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現場測量建筑圍護結構節能特性的問題分析

收錄時間:2011-01-16 08:15 來源:中國建筑科學研究院建筑物理研究所  作者:楊玉忠,孫立新,丁子虎  閱讀:0次 評論:0我要評論

內容提示:通過實際建筑圍護結構熱工性能現場檢測總結了一些客觀存在的問題,針對這些問題提出了解決問題的方法,并針對相關標準提出了改善的建議。

延伸閱讀:圍護結構 溫度 熱流 算術平均法

        0 引言

        建筑節能現場檢測技術近幾年有著迅速地發展,特別是在北方寒冷地區和嚴寒地區,針對供暖能耗已經形成了較為嚴密的測試方法和完善的測試手段。建筑節能檢測中建筑圍護結構的現場檢測應用也越來越多,過去絕大多數的檢測集中在北方地區,如今檢測則以北方為主、全國各地蓬勃發展。根據我單位近兩年的檢測情況發現,隨著全國建筑節能工作的深入,包括夏熱冬冷地區等非北方地區的現場圍護結構檢測工程越來越多,說明圍護結構現場檢測在建筑節能工作中的重要性和受重視的程度越來越大。(參考《建筑中文網

        1 現有的一些問題

        JGJ132—2001《采暖居住建筑節能檢驗標準》(以下簡稱“節能檢驗標準”)中規定了建筑圍護結構傳熱系數現場檢驗方法,在按照標準進行工作的幾年以來,發現了一些問題。

        (1)節能檢驗標準推薦采用熱流計法,但該節能檢驗標準也規定了可以使用經國家質量技術監督部門認定的其他方法,這種規定會在實際測量當中出現諸多分歧,尤其是在仲裁性測量結果中出現一種方法測量結果合格,而另一種方法測量結果不合格的情況,給結果判定帶來很多不便;

        (2)節能檢驗標準規定,檢測應在采暖供熱系統正常運行后進行,檢測時間宜選在最冷月且應避開氣溫劇烈變化的天氣,檢測持續時間不應少于 96 h。該項規定主要有以下 2 點考慮:①使圍護結構中溫度場基本穩定,使圍護結構內外表面溫差遠大于室外空氣溫度波幅,從而保證圍護結構處于準穩態傳熱狀態;②采用算術平均方法進行數據分析。這種規定理論上是正確且必要的,但是執行起來往往會受到時間的限制,經常出現的情況是天氣狀況劇烈變化,導致不符合標準要求,往往需要延長測量時間,這樣就加大了工作量、降低了工作效率,也相應提高了檢測成本;而且檢測也被固定在冬季,與建筑竣工時間嚴重脫節,春季竣工的建筑至少要等半年才可以檢驗;

        (3)現有節能檢驗標準主要針對嚴寒地區和寒冷地區有采暖的居民建筑,而對于中部及其以南建筑的現場檢驗提及很少。但是隨著全國建筑節能形勢的發展,建筑節能概念已經從北方地區擴展至全國,這就不僅僅是北方采暖建筑需要圍護結構檢測,其他地區的建筑也需要進行一定程度的檢測;

        (4)在現場檢測實際建筑的過程中,會遇到方方面面的其他問題,如:實際建筑由于外窗的存在,有時很難找到較大面積的外墻,由于現場檢測的基礎理論就是一維傳熱,外墻的面積直接影響到墻體真實傳熱狀況與一維傳熱的近似程度,因此,外墻面積過小會導致測量誤差非常大。再比如天氣狀況,在我國中部和南部地區難獲得較大的室內外溫差,事實上由于測量誤差的存在,又誤差與溫差成正比,小的室內外溫差不可避免的會導致較大的測量誤差,這是現場檢測力求改善的地方。中部和南部地區建筑很少具有集中采暖的條件,而且該地區冬季天氣陰晴的變化頻率要遠遠高于北方地區,這種不穩定的外部環境也給現場測量帶來很多不便。在保持測量穩定判定條件不變的情況下,有可能根本無法獲得滿足要求的條件,使得檢測計算結果不符合標準要求。

        2 現場圍護結構檢測實例分析

        2.1 新疆烏魯木齊市某小區圍護結構現場檢測圖 1 是新疆烏魯木齊某外保溫墻體的冬季現場檢測溫度、熱流曲線。

       

        圖 1 中,18、19、10 和 59 號測點分別為室外空氣溫度、室內空氣溫度、外墻內表面溫度(℃)和外墻熱流計讀數(mV)。采樣時間間隔為 0.5 h,檢測持續時間大于 7 d(采樣次數為 48 次 /d)。

        由圖 1 可以看出:①該墻體熱穩定性很好,盡管室外空氣溫度在某段時間有很大地上升,內表面溫度和熱流計讀數仍然保持不變。在這種情況下,采用算術平均法計算墻體熱阻,能保證有足夠的精確度;②熱流計讀數緊隨室內溫度而波動;③采用算術平均法計算墻體熱阻時,應采用測量持續時間內的全部檢測數據進行計算。我們曾經發現,有的檢測機構只采用部分檢測數據計算墻體熱阻,有的采用 24 h 數據,有的甚至不足 24 h。由圖 1 可以看出,用室外溫度高的區段和低區段的數據計算墻體熱阻,結果是有一定差別的。

        2.2 寧波某小區圍護結構現場檢測

        圖2是寧波某小區的冬季現場檢測溫度、熱流曲線。

       

        圖 2 中,3、4、13 和 59 號測點分別為室內空氣溫度、室外空氣溫度、外墻內表面溫度(℃)和外墻熱流計讀數(mV)。采樣時間間隔為 0.5 h,為了說明問題,圖 2中顯示了持續檢測中最后的 5 d。

        由圖 2 可以看出:①該墻體熱阻值非常大,室內空氣溫度和外墻內表面溫度相差很小;②在倒數第三天的時候,從圖 2 中可以看到由于室外溫度的升高,供熱公司逐步減少了室內熱負荷,導致室內空氣溫度一直呈下降趨勢,由于墻體保溫性能非常好,又因為墻體外保溫的存在,內側墻體本身蓄的熱量不能及時釋放到室外,所以出現墻體向室內室外同時放熱的現象,這說明對圍護結構性能好的建筑,在測量時要盡量減少熱源加熱量的波動,否則會給測量結果帶來非常大的誤差。

        還應該看到,在非采暖地區確保室內加熱源的穩定工作也是一項新增加的重要內容,類似的熱源問題在非采暖區的建筑現場檢測中會經常出現。

        3 結語

        現場圍護結構測量是對竣工后的建筑圍護結構整體性能的實際測量,比理論計算和實驗室抽樣測量更具有說服力,除了在技術上有其直觀的優勢以外,也是促進開發商保證施工質量的一種有效措施。

        現場測量由于其特殊性,測量條件不可能像實驗室那樣隨心所欲地控制,在現場會出現諸如上述一些不可控的影響因素,有些因素又是對測量結果有致命影響的,因此,如何在保證測量設備本身精度的前提下,盡量減少外界條件對測量的影響是至關重要的。為了提高節能檢驗標準的適用范圍和可操作性,建議采取以下措施:

        (1)數據分析方法由單一使用算術平均法變為增加使用動態分析方法。動態分析方法是利用熱平衡方程對熱性能的變化進行分析計算的。在數學模型中 t時刻的熱流密度是在該時刻以及此前所有時刻下溫度的函數[1-2];

        (2)人為創造一定的室內外溫差,可分為以下幾種情況:①冬季室內用電加熱器加熱。為了減小室內溫度波動,建議采用電暖氣等自身熱容好的加熱設備,不宜使用熱風機等設備;②夏季室內用空調機降溫。建議采用變頻空調機,以減小室內溫度波動;③春秋季在外墻、屋頂外表面覆蓋電加熱裝置(例如電熱毯),增大外墻、屋頂內外表面溫差,這種加熱裝置在夏季也可以使用;

        (3)建筑節能工程施工驗收時,如果需要通過現場檢測傳熱系數來評判圍護結構節能性能,需考慮的問題:①依據現場檢測結果本身的不確定性,來規定評定指標的允許偏差;②掌握傳熱系數與圍護結構濕度分布的關系。新竣工的圍護結構中都不同程度地含有水分,這時的傳熱系數會比干燥狀態下大。對于混凝土外墻和 EPS 板,含濕量的影響可能不會太大。

        而對于像磚砌體、加氣混凝土和膠粉聚苯顆粒保溫漿料這樣的材料,含濕量的影響可能會很大。需進行大量的試驗和研究工作來確定傳熱系數與圍護結構濕度分布的關系。據此,通過現場檢測圍護結構含濕量,可計算出干燥后的傳熱系數;③解決由圍護結構主體部位傳熱系數計算圍護結構平均傳熱系數的方法問題。節能設計標準規定的是圍護結構平均傳熱系數限值,而現場只能檢測圍護結構主體部位傳熱系數,應計算出平均傳熱系數后才能進行評定;④規定抽樣規則。因條件所限,現場檢測圍護結構傳熱系數只能對個別建筑的個別部位進行檢測,抽樣數量很少,能否代表大面積建筑群,是一個值得考慮的問題。但是過量增加檢測密度會大大增加檢測工作的工作量,強制執行甚至會給檢測行業帶來不可能完成的任務,因此,抽樣數量是一個非常值得重視和考慮的問題。

        參考文獻:

        [1]JGJ132—2001,采暖居住建筑節能檢驗標準[S].

        [2]ISO9869,Thermal insulation—Building elements—In-situ measurementof thermal resistance and thermal transmittance[S].

        作者簡介: 楊玉忠 (1979),男,碩士,建筑熱工室副主任,工程師(yangyuzhong @163.com)。 來源: 《建筑中文網》.

原文網址:http://www.xfmlzfz.cn/research/201101/14689.htm

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