保温材料性能检测试验方案

墙体保温性能检测试验方案

背景资料：

近几年我国建筑行业高速发展的同时，也伴随着能源的大量浪费。因而，针

对高能耗建筑，减少其能源的消耗势在必行。

相对于建筑系统的节能，建筑本体的节能更受到人们的关注。诸如针对围护

结构的墙体保温、门窗节能以及屋面保温节能，已有很多的研究。而要实现建筑

物本体节能，就离不开建筑保温材料及其构件。为指导建筑节能设计，提供确切

可靠的建筑材料热物理性能数据（如比热阻、传热系数等），确保最终建筑体的

节能可靠性，有必要对建筑材料及其构件进行非常准确的节能检测。

防护热箱法是对非透明围护结构传热系数的测定，如垂直试件（自保温砌

墙）、水平试件（屋面板、楼板）、建筑保温材料等。实验室测量参照的主要标准：

GB/T13475—2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》。

实验目的：

1.学习墙体保温性能检测装置的实验原理，熟悉实验装置的使用情况；

2.对墙体砌块进行热工参数的检测实验，学会对实验数据的整理；

3.培养科学的实验研究方法，加深对专业知识的理解，学会独立分析和解决

一些工程技术问题的能力。

设计思想：

热箱法是基于一维稳态传热的原理，在试件两侧的箱体（热箱和冷箱）内，

分别建立所需的温度、风速和辐射条件，达到稳定状态后，测量空气温度、试件

和箱体内壁的表面温度及输入到计量箱的功率，从而计算出试件的热传递性质—

—传热系数。因为要检测通过被测对象的热量，因此要把传向别处的热量进行剔

除，这样根据处理方式的不同又分为标定热箱法和防护热箱法。

本实验室采用的是防护热箱法实验装置， 其结构如图1所示。

图1：防护热箱装置结构图（具体尺寸依现场装置而定）

1-防护箱微调加热器 2-试验墙体 3-支撑件 4-导流板（无） 5-热箱微调加热器

6-分体式变频空调器 7-冷箱加热送风器（无）

基于一维稳定传热原理，模拟夏季围护结构件的传热，将构件置于装置为两

个不同温度箱体之间，在这两个箱体内分别建立夏季室内外气象条件而进行测

试。热箱模拟夏季室外空气温度、风速、辐射条件；冷箱模拟夏季室内空调房间

空气温度、风速。 经过若干小时的运行，整个装置均达到稳定状态。形成稳定

温度场、速度场后， 测量试件两侧的空气温度，表面流速，表面防护箱温度 ，

以及输入热箱的风扇电量和电加热器耗电量，就可以算出试件传热系数 K，从

而判别该试件热工性能优劣。具体计算方法如下：

根据热平衡原理，有Qp Q1 Q2 Q3。Qp为输入到计量箱的总功率，Q1

为流过被测试件的热量，Q3为流过计量箱壁的热量，Q2为试件内不平衡热流量。

通过控制防护箱的环境温度，即控制其温度与计量箱内的环境温度基本相

等，从而使Q2和Q3减至最小，甚至为零。此时，有Qp=Q1。

测试墙体构件传热系数K=Q

A（Tn1-Tn2）（w/m2*k）

Tn1--试件热测的环境温度

Tn2--试件冷侧的环境温度

A--垂直于热流的计量面积（m2）

Q--试墙表面与热环境交换的总热流量（w）

试件两侧任一侧面的热平衡方程可写成

Q

A hr（Tr Ts） hc(Ta-Ts)，

Tr-导流板的平均辐射温度

Ta--导流腔内流动空气温度

Ts--试件表面温度，ε--辐射率

hr-辐射换热系数（w/m2*k）

hc--对流换热系数（w/m2*k）

Q

A Tn-Ts） Rs1

Tn—Ta和Tr的加权平均值，Rs为表面比热阻（m2*k/w）

Tn hr

hr hc

1Tr hc Rs hr hcTa hr hc

1 1-11

1 2

hr 4 Tr3

1—导流板表面辐射率，取0.97 2—石墙表面辐射率，取0.9

实际情况下，Q2、Q3并不为零。因此对试件检测前需进行标定。标定时冷箱和计量热箱的温度设定应根据实际使用情况确定，冷箱温度应与实际使用时一致；对于防护热箱法，计量热箱温度设定为第一种工况比防护热箱温度低3～5 ℃、第二种工况比防护热箱温度高3～5 ℃，而防护热箱的温度始终保持与实际使用时一致。

实验装置：

该检测装置集现代计算机技术、测试技术、传感技术及自动化技术于一身，根据GB/T13475-92标准用于建筑墙体（自保温砌块）或板状建筑节能材料及产品的传热性能参数的测定。主要由冷室（固定）、移动热室、移动试件框、压缩机组（为冷室提供冷量）、电加热系统及计算机监控系统几部分组成。各部分功能构造如下：

热室：

热室采用万向脚轮机构，可向任意方向移动，便于墙体的安装、拆卸。整个空间分成防护箱和计量箱俩部分。

计量箱的功能是在试件的热测模拟，维护夏季室外热环境。计量箱置于防护箱内，由8个电加热器（每个275W）提供所需要的热量，通过控制计量检测装置的计量箱电压、电流来改变灯泡的亮度，从而控制计量箱的温度。

计量箱内应设置导流板，目的是将加热器产生的热量通过导流板的导流作用后使得计量箱内形成一个均匀的温度场，使加热器所产生的热量能较为均匀地从被测试件的整个表面进行传递，计量热箱内外壁的温度差宜不大于0.5℃。如果没有导流板，会导致靠近加热器附近的被测试件两表面温差过大，导致传热量比其他地方大、整个被测试件传热不均匀，造成测量准确度的下降，这种现象在测

试低热阻试件时会更加明显。

防护箱的功能是在计量箱周围建立适当的空气温度和表面换热系数，使计量箱的五个壁面与周围环境的热交换量尽量接近于零，从而使计量箱内发热量几乎全部由试件表面传出，以提高装置的测量精度。另外，防护箱内安装电热器及风扇等设备的目的是使防护箱内空腔形成一个均匀稳定的温度场，该温度场内各点温度与计量箱内温度场温度尽可能保持一致。

冷室：

冷室为固定式结构，其温度由分体式变频空调器进行调节。空调器的压缩机安装于室外，降低室内噪声的同时也延长了压缩机的使用寿命。冷箱的功能是在试件另一侧形成一个温度比计量箱低的稳定均匀温度场，以便测试过程中在试件两侧形成恒定的温差。

试件框：

试件框的主要作用是用于安放测试试件，本实验室的试件框基本尺寸为1200mm*1200mm（宽*高）。

计算机监控系统：

主要由计量检测装置、数显调节仪、和软件部分。计量检测装置可以控制绝热室的温度、计量箱的电压电流以及温度。数显调节仪的主要作用是控制冷室的温度。软件部分是通过电脑反映整个测试过程的一些数据变化及记录所要测量的结果。

实验内容：

1.检测前期工作

根据试件的检查和分析，应初步估计出试件热工性能的可能范围值，并评价可能获得的准确度。

1.1检测设备标定

墙体保温检测设备在投入使用前应进行计量箱壁的标定。

标准试件采用长期存放的EPS或XPS板，厚度可以是50~100mm。标准试件可重复多次使用，但应小心保存，避免受潮、阳光照射。

标定时冷箱和计量热箱的温度设定应根据实际使用情况确定，冷箱温度应与实际使用时一致；计量热箱温度设定为第一种工况比防护热箱温度低3～

5 ℃、第二种工况比防护热箱温度高3～5 ℃，而防护热箱的温度始终保持与实际使用时一致。

1.2检测前样品处理

墙体在砌筑过程中要进行润湿处理，含水率较高。加上墙体俩侧的砂浆面板、防水层等，短期内水分不易蒸发。因此必须要对墙体的含水率进行人工调节，控制墙体的含水率在 5%以下，尽量将被测试的墙体在干燥状态下进行，使检测结果更加接近理论计算值，各个检测机构的检测结果趋于接近。

1.3参数控制

热室最高温度：30℃ 热室温度控制精度：<0.1℃

冷室最低温度：-10℃ 冷室温度控制精度：<0.2℃

冷热箱内空气温度均匀，纵向梯度不超过 0.5℃

制冷机组功率：2.2KW 电暖器功率：500W

传感器精度：0.0625 温差范围：25℃～50℃

计量热箱的空气流速可采用自然对流形式，冷箱空气流速宜控制距离试件冷表面50mm处的平均风速为3.0m/s。（允许）

2.实验准备

2.1试件安装

安装前检查试件俩侧是否有连通的空气孔，如有应充分填埋。热箱侧的试件表面应平整，保证鼻锥带与试件框表面充分接触，隔绝计量箱内外侧的空气流。

2.2试件表面温度传感器布置

本实验室检测装置试件冷热侧各有5个热电偶，建议每侧面的测点分布为四角各一个中间一个，且冷热面对称分布。需要注意的是，热电偶端应用硅胶粘合，增强冷侧面表温度的准确值。同时应注意避免温度测点过多地布置于热桥处。同时应测量所有与试件进行辐射换热表面的温度，以便计算平均辐射温度。

2.3测量时间控制

不同墙体、砌块达到稳态传热的时间是不同的，判断一个墙体的传热是否会达到平衡状态，应至少在两个 2h 的测量周期内 (12 次的数据采集结果) 其热功率、温度差、传热系数计算值的偏差值小于 1%，且不是单方向变化，说明传热已经趋于稳定状态。

2.4注意的问题

a.计量面积应足够大，

b.热源应用绝热反射罩屏蔽使得辐射到计量箱壁和试件上的辐射热量减至最小。

c.实验允许的话，可以在冷热侧均设置导流屏。导流屏应与计量箱内面同宽，上下端有空隙以便空气循环。导流屏在垂直其表面方向上可以移动，以调节平行于试件表面的空气速度。导流屏表面的辐射率亦应大于0.8。

d. 防护箱内环境的不均匀性引起不平衡误差应小于±0．5％。为避免防护箱中的空气停滞不动，通常需要安装循环风扇。

e.试件表面如果不平整，可用砂浆、嵌缝材料或其他适当的材料将同计量箱周边密封接触的面积填平。

实验结果：

略

结果评价：

1.试验结果应同初步估计值进行比较。按本标准进行测试其准确度应在±5％之内。存在明显差异时．应仔细检查试件，找出它与技术要求的差异，然后根据检查结果重新评价。

2.实验结果如果与标准值偏差较大，可能原因：

a.检测仪器本身的精度问题；

无法去改变。

b.测量过程中的操作问题；

仔细分析过程中出现的问题，及时改正。

c.填充材料的本身的密度等热工参数随外界环境不断变化；

d.计算过程过于简单或各类的误差

3.防护热箱法的误差：

3.1温度测量

a．所测量温度的代表性（温度传感器的位置）；

b．热电偶（或温度传感器）的标定；

c．热电偶参考接点的准确度；

d．热电偶连接和补偿导线；

e．温度传感器输出的测量准确度（数字电压表或数据采集系统）； f．平均温度的计算。

3.2 表面换热系数

a．空气温度的确定；

b．对流和辐射传热复合效应；

c．沿计量箱边缘的温度不均匀性；

d．平板均质试件与其他试件的比较；

e．沿计量箱鼻锥的均匀性。

3.3 计量箱周边区域平行试件的不平稳热流量Q2。

3.4 计量箱壁热流量Q3

3.5 防护不充分引起的热流量误差

3.6 湿度影响

3.7 装置的几何尺寸

a．计量面积的确定

b．测量计量面积的准确度；

c．确定试件厚度的准确度；

d．非均质试件取代均质试件对确定计量面积的影响。

3.8 输入功率

a．导线损失；

b．测量风扇功率的准确度；

c．计量箱内有冷却系统时，测量冷却功率的准确度。

4.误差讨论

暂略

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