传热系数检测方法之热箱法
甘肃省建材科研设计院 兰州瑞洋建筑节能检测咨询有限公司 田斌守
2、功率法（就是俗称的热箱法）
2.1热箱法原理
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，就可以根据公式（2）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。
)
(e i T T A Q k -= （2） 其中： K 为传热系数，W/(m 2.K)；
Q 为通过试件功率，W ；
A 为热箱开口面积，m 2；
Ti 热箱空气温度，K 或℃；
Te 冷箱空气温度，K 或℃。
2.1.1标定热箱法原理
检测原理示意图如图2所示。将标定热箱法的装置置于一个温度受到控制的空间内，该空间的温度可与计量箱内部的温度不同。采用高比热阻的箱壁使得流过箱壁的热流量Q 3尽量小。输入的总功率Q p 应根据箱壁热流量Q 3和侧面迂回热损Q 4进行修正。Q 3 和Q 4应该用已知比热阻的试件进行标定，标定试件的厚度、比热阻范围应同被测试件的范围相同，其温度范围亦应与被测试件试验的温度范围相同。用公式（3）计算被测试件的热阻、传热阻和传热系数。
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???-=-=--=)(//)(11431ne ni se si p T T A Q K Q T T A R Q Q Q Q （3）
式中 Q p 为输入的总功率，W ；
Q 1为通过试件的功率，W ；
Q 2为试件内不平衡热流，W ；
Q 3为箱壁热流量，W ；
Q 4为侧面迂回热损，W ；
A 为热箱开口面积，m 2；
T si 为试件热侧表面温度，K
T se 为试件冷侧表面温度，K ；
T ni 为试件热侧环境温度，K ；
T ne 为试件冷侧环境温度，K
图2 实验室标定热箱法原理示意图
2.1.2防护热箱法原理
防护热箱法检测原理示意图如图3所示。在防护热箱法中，将计量箱置于防护箱内。控制防护箱内温度与计量箱内温度相同，使试件内不平衡热流量Q 2和流过计量箱壁的热流量Q 3减至最小可以忽略。按公式（4）计算被测试件的热阻、传热阻和传热系数，
?????-=-=--=)(//)(11231ne ni se si p T T A Q K Q T T A R Q Q Q Q
（4）
图3 实验室防护热箱法检测原理示意图
2.2热箱法特点
热箱法作为实验室检测建筑构件热工性能的方法使用由来已久，是成熟的试验方法，并颁布有国际、国内的标准。热箱法用来进行现场检测建筑物热阻或传热系数是近几年的事情，它的特点是不受季节限制，据研究人员介绍只要建筑物室内外温差达到8℃就可以一年四季进行现场检测围护结构的传热系数，设备也比较简单，自动化程度较高，如图4所示。但是在现场如何消除误差是一个不容回避的问题，因为环境在变，采用标定热箱法就不适宜；如果采用防护热箱法就要把整个被测房间加热或用一个大的防护箱，这样设备大又多，不适合在现场作业。
图4 热箱法现场检测示意图
导热系数、传热系数、热阻值概念及热工计算方法 导热系数λ[W/(m.k)]： 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度(K,℃),在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度(W/m?K,此处的K可用℃代替)。导热系数可通过保温材料的检测报告中获得或通过热阻计算。 传热系数K [W/(㎡?K)]： 传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度(K，℃)，1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米?度(W/㎡?K，此处K可用℃代替)。传热系数可通过保温材料的检测报告中获得。 热阻值R(m.k/w)： 热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。单位为开尔文每瓦特（K/W）或摄氏度每瓦特（℃/W）。 传热阻： 传热阻以往称总热阻，现统一定名为传热阻。传热阻R0是传热系数K的倒数，即R0=1/K，单位是平方米*度/瓦（㎡*K/W）围护结构的传热系数K值愈小，或传热阻R0值愈大，保温性能愈好。 （节能）热工计算： 1、围护结构热阻的计算 单层结构热阻：R=δ/λ 式中：δ—材料层厚度(m)；λ—材料导热系数[W/(m.k)] 多层结构热阻： R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn 式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻(m.k/w) δ1、δ2、---δn—各层材料厚度(m) λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)] 2、围护结构的传热阻 R0=Ri+R+Re 式中: Ri —内表面换热阻(m.k/w)(一般取0.11) Re —外表面换热阻(m.k/w)(一般取0.04) R —围护结构热阻(m.k/w) 3、围护结构传热系数计算 K=1/ R0 式中: R0—围护结构传热阻 外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算 Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式中:Km—外墙的平均传热系数[W/(m.k)] Kp—外墙主体部位传热系数[W/(m.k)]
建筑物围护结构传热系数的检测 一适用范围 适用于严寒和寒冷地区设置集中采暖的居住建筑及节能技术措施的节能效果检验。 二引用标准 JGJ 132-2001 《采暖居住建筑节能检验标准》 三仪器设备 建筑热工温度热流巡回检测仪 四检测条件 检测期间室内平均温度应保持基本稳定，热流计不得受阳光直射，围护结构被测区域的外表面宜避免雨雪侵袭和阳光直射，检测持续时间不应少于96h。 五建筑物围护结构主体部位的传热系数应符合设计要求。 六试验步骤 1 测点位置的确定 测量主体部位的传热系数时，测点位置不应靠近热桥，裂缝和有空气渗漏的部位，不应受加热、制冷装置和风扇的直接影响。
2 热流计和温度传感器的安装 ① 热流计应直接安装在被测围护结构的内表面上，且应与表面完全接触。 ② 温度传感器应在被测围护结构两侧表面安装。内表面温度传感器应靠近热流计安装，外表面温度传感器宜在与热流计相对应的的位置安装。温度传感器连同0.1m 长引线应与被测表面紧密接触，传感器表面的辐射系数应与被测表面基本相同。 3 记录数据 检测期间，应逐时记录热流密度和内、外表面温度。可记录多次采样数据的平均值，采样间隔宜短于传感器最小时间常数的二分之一。 七 数据处理 1 数据分析可采用算术平均法 采用算术平均法进行数据分析时，应按下式计算围护结构的热阻，并符合下列规定。 ∑ ∑ ===n j 1 j n 1 j Ej Ij q ) -(R θθ
式中：R——围护结构的热阻（m2·K/W）； θIj——围护结构内表面温度的第j次测量值； θEj——围护结构外表面温度的第j次测量值； q j——热流密度的第j次测量值； ①对于轻型围护结构（单位面积比热容小于20KJ/（M2·K）），宜使用夜间采集的数据（日落后1h至日出）计算围护结构的热阻。当经过连续四个夜间测量之后，相邻两测量的计算结果相差不大于5%时，方可结束测量； ②对于重型围护结构（单位面积比热容大于等于20KJ/（m2·K）），应使用全天数据（24h的整数倍）计算围护结构的热阻，且只有在下列条件得到满足时方可结束测量。 a 末次R计算值与24h之前的R计算值相差不大于5%。 b 检测期间内第一个INT（2×DT/3）天内与最后一个同样长的天数内的R计算值相差不大于5%。 注：DT为检测持续天数，INT表示取整数部分。 2. 围护结构的传热系数计算： 按下式计算： K=1/（Ri+R+Re）
建筑围护结构传热系数现场检测方法 研究总结。 1. 引言 随着能源和环境形势日益严峻，建筑节能将是我国的一项长期国策。传热系数是建筑热工节能设计中的重要参数。建筑构件（如门、窗等）的传热系数，可在实验室条件下对其进行测试。而建筑围护结构是在建造过程中形成的，其传热系数需要现场检测才能确定。通过检测建筑的实际传热性能，来判定建筑保温隔热系统的产品、技术是否符合节能设计要求，以此来鉴定新系统的产品、技术的优缺点等，同时对分析建筑物实际运行中的能耗状况和施工过程的偏差也起着非常重要的作用。本文对传热系数现场检测方法进行综述，注重对热流计法研究总结。 2. 围护结构传热系数现场检测方法 目前对围护结构的传热系数现场检测的方法主要有四种，即热流计法、热箱法、控温箱热流计法和常功率平面热源法。 2.1热流计法。 （1）热流计法原理[1]。 热流计法是利用温差和热流量之间的对应关系进行传热系数的测
定。通常的做法是用热流计、热电偶在现场检测出被测围护结构的热流密度以及内、外表面温度，通过数据处理计算得出建筑物围护结构各部分的传热系数（如图1）。计算公式如下： （2）热流计法特点。 热流计法的核心是测量通过被测对象的热流，并假定传热为一维。否则，热流有分量，计算出的被测物的热阻偏小，传热系数就偏大。该方法是国家检测标准首选的方法，在国际上也是公认的方法，但是这种方法用在现场测试有严重的局限性。因为使用该方法的前提条件是必须在采暖期才能进行测试，我国的现实情况是有些地区基本不采暖、采暖地区的有些工程又在非采暖期竣工等，这样就限制了它的使用。在计算时所用到的内外墙表面换热系数受环境（温度、风速、辐射等）的影响显著。 如文献[2]对实验用房进行了不同风速的情况下，外墙表面换热系数A 的研究，结果表明外环境（风速）对外墙表面换热系数的影响很大（如表1）。文献[3][4]就其它环境（如雨水和太阳辐射等）条件对围护结构传热系数的影响也作了研究和分析，结果表明也有较大的影响。 （3）双面热流计法。 它是改进的热流计法，一般的热流计法是在墙体内表面（环境相对
聊城大学实验报告 课题名称：化工原理实验 实验名称：总传热系数的测定 姓名：元险成绩： 学号：1989 班级： 实验日期：2011-9-18 实验内容：测定套管换热器中水—水物系在常用流速范围内的总传热系数K，分析强化传热效果的途径。
总传热系数的测定 一、实验目的 1.了解换热器的结构，掌握换热器的操作方法。 2.掌握换热器总传热系数K 的测定方法。 3.了解流体的流量和流向不同对总传热系数的影响 二、基本原理 在工业生产中，要完成加热或冷却任务，一般是通过换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送一定的热量以满足工艺要求。换热器性能指标之一是传热系数K 。通过对这一指标的实际测定，可对换热器操作、选用、及改进提供依据。 传热系数K 值的测定可根据热量恒算式及传热速率方程式联立求解。 传热速率方程式： Q =kS ?t m （1） 通过换热器所传递的热量可由热量恒算式计算，即 Q =W h C ph （T 1－T 2）=W c C pc （t 2－t 1）＋Q 损 （2） 若实验设备保温良好，Q 损可忽略不计，所以 Q =W h C ph （T 1－T 2）=W c C pc （t 2－t 1） （3） 式中，Q 为单位时间的传热量，W ；K 为总传热系数，W/(m 2·℃)；?t m 为传热对数平均温度差，℃；S 为传热面积（这里基于外表面积），m 2；W h ,W c 为热、冷流体的质量流量，kg/s ；C ph ,C pc 为热、冷流体的平均定压比热，J/(kg ·℃)；T 1,T 2为热流体的进出口温度，℃；t 1,t 2为冷流体的进出口温度，℃。 ?tm 为换热器两端温度差的对数平均值，即 12 1 2ln t t t t t m ???-?=? （4） 当212≤??t t 时，可以用算术平均温度差(2 12t t ?+?)代替对数平均温度差。由上式所计算出口的传热系数K 为测量值K 测。 传热系数的计算值K 计可用下式进行计算： ∑+++=S i R K λδαα11 10计 （5） 式中，α0为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；αi 为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；δ为管壁厚度，m ；λ——管壁的导热系数，W/(m 2·℃)；R S 为污垢热阻，m 2·℃/W 。 当管壁和垢层的热阻可以忽略不计时，上式可简化成：
建筑物围护结构传热系数现场检测技术 范宏武，邢大庆，王吉霖，李德荣，曹亮，曹毅然 上海市建筑科学研究院 为改善居住建筑室内热环境质量，提高人民居住水平，提高采暖、空调能源利用效率，贯彻执行国家可持续发展战略，2001 年《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》颁布实施[1]。该标准在提出节能50% 的同时，对建筑物围护结构的热工性能也进行了相应规定。虽然《节能标准》在设计阶段保证了建筑物围护结构的热工性能达到目标要求，但并不能保证建筑物 建造完后也能达到节能要求，因为建筑的施工质量同样非常关键。因此，判定建筑物围护结构热工性能是否达到标准要求，仅靠资料并不能给出结论，需要现场实测。 但我国建筑节能工作起步较晚，至今尚无一套完善、先进、适合我国国情的建筑节能现场检测技术，在某种程度上限制了建筑节能工作的规范发展。这使得建筑节能现场检测技术的研究开发就显得尤为迫切和重要。 围护结构传热系数是表征围护结构传热量大小的一个物理量，是围护结构保温性能的评价指标，也是隔热性能的指标之一[2]，因此本文主要针对围护结构传热系数的现场检测技术进行分析与探讨。 1 现有围护结构传热系数现场检测方法 1.1 热流计法[3] 热流计是建筑能耗测定中常用仪表，该方法采用热流计及温度传感器测量通过构件的热流值和表面温度，通过计算得出其热阻和传热系数。其检测基本原理为：在被测部位布置热流计，在热流计周围的内外表面布置热电偶，通过导线把所测试的各部分连接起来，将测试信号直接输入微机，通过计算机数据处理，可打印出热流值及温度读数。当传热过程稳定后，开始计量。为使测试结果准确，测试时应在连续采暖（人为制造室内外温差亦可）稳定至少7d 的房间中进行。 般来讲，室内外温差愈大（要求必须大于20C）,其测量误差相对愈小，所得结果亦较为精 确，其缺点是受季节限制。该方法是目前国内外常用的现场测试方法，国际标准和美国ASTM 标准都对热流计法作了较为详细的规定。
实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S π= （3） 式中：d i —内管管内径，m ； L i —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，
建筑物围护结构传热系数的检测 一适用围 适用于严寒和寒冷地区设置集中采暖的居住建筑及节能技术措施的节能效果检验。 二引用标准 JGJ 132-2001 《采暖居住建筑节能检验标准》 三仪器设备 建筑热工温度热流巡回检测仪 四检测条件 检测期间室平均温度应保持基本稳定，热流计不得受直射，围护结构被测区域的外表面宜避免雨雪侵袭和直射，检测持续时间不应少于96h。 五建筑物围护结构主体部位的传热系数应符合设计要求。 六试验步骤 1 测点位置的确定 测量主体部位的传热系数时，测点位置不应靠近热桥，裂缝和有空气渗漏的部位，不应受加热、制冷装置和风扇的直接影响。
2 热流计和温度传感器的安装 ① 热流计应直接安装在被测围护结构的表面上，且应与表面完 全接触。 ② 温度传感器应在被测围护结构两侧表面安装。表面温度传感 器应靠近热流计安装，外表面温度传感器宜在与热流计相对应的的位置安装。温度传感器连同0.1m 长引线应与被测表面紧密接触，传感器表面的辐射系数应与被测表面基本相同。 3 记录数据 检测期间，应逐时记录热流密度和、外表面温度。可记录多次采 样数据的平均值，采样间隔宜短于传感器最小时间常数的二分之一。 七 数据处理 1 数据分析可采用算术平均法 采用算术平均法进行数据分析时，应按下式计算围护结构的热阻，并符合下列规定。 ∑ ∑ ===n j 1j n 1 j Ej Ij q ) -(R θθ
式中： R——围护结构的热阻（m2·K/W）； θIj——围护结构表面温度的第j次测量值； θEj——围护结构外表面温度的第j次测量值； q j——热流密度的第j次测量值； ①对于轻型围护结构（单位面积比热容小于20KJ/（M2·K）），宜使用夜间采集的数据（日落后1h至日出）计算围护结构的热阻。当经过连续四个夜间测量之后，相邻两测量的计算结果相差不大于5%时，方可结束测量； ②对于重型围护结构（单位面积比热容大于等于20KJ/（m2·K）），应使用全天数据（24h的整数倍）计算围护结构的热阻，且只有在下列条件得到满足时方可结束测量。 a 末次R计算值与24h之前的R计算值相差不大于5%。 b 检测期间第一个INT（2×DT/3）天与最后一个同样长的天数的R 计算值相差不大于5%。 注：DT为检测持续天数，INT表示取整数部分。 2. 围护结构的传热系数计算： 按下式计算： K=1/（Ri+R+Re）
实验三 传热系数K 和给热系数α的测定 一、 实验目的 1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法； 2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法； 3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。 二、实验原理 在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。 在热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传热过程中，所涉及的热量衡算为： 1212() ()()()h h w c c w m w w Q KA T t Q A T t Q A t t A Q t t ααλδ =-=-=-= - 1122111w w w w h h m c c T t t t t t T t Q A A A KA δαλα----= === 1 h h m c c K A A A A A A δαλα= ++ 在所考虑的这个传热过程忠，所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法 ：π=13-4=9 个无因次数群。 该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程 。即： 12(,)K f αα≈ 分别对α1、α2进行研究： 1111111(,,,,,)p f d u c αρμλ= 无因次处理得：
实验二：总传热系数的测定 一、实验目的 1、了解换热器的结构与用途; 2、学习换热器的操作方法； 3、掌握传热系数k计算方法； 4、测定所给换热器的逆流传热系数k。 二、实验原理 在工业生产过程中冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行热量传递，称为间壁式换热。间壁式换热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三部分组成。本实验热流体采用饱和蒸汽走壳程，冷流体为空气走管程。 当传热达到稳定时，总传热速率与冷流体的传热速率相等时， 而即为， 综上可得，其中。 T --- 热流体; t --- 冷流体; V --- 冷流体进口处流量计读数; ---冷流体平均温度下的对应的定压比热容; ρ --- 冷流体进出口平均温度下对应的密度. 三、实验设备及流程 1、实验设备
传热单元实验装置(换热器、风机、蒸汽发生器) ，整套实验装置的核心是一个套管式换热器，它的外管是一根不锈钢管，内管是一根紫铜管。根据紫铜管形状的不同，我们的实验装置配有两组换热器，一种是普通传热管换热器，另一种是强化传热管换热器，本实验以普通传热管换热器为例，介绍总传热系数的测定。 2、实验流程 来自蒸汽发生器的水蒸气从换热器的右侧进入换热器的不锈钢管。而来自风机的冷空气从换热器的左侧进入换热器的紫铜管，冷热流体通过紫铜管的壁面进行传热。冷空气温度升高而水蒸汽温度降低，不凝气体和冷凝水通过疏水阀排出系统，而冷空气通过风机的右侧排出装置。 四、实验步骤 需测量水蒸气进口温度，出口温度，冷空气进口温度，出口温度，冷空气的体积流量以及紫铜管的长度及管径。前四项通过仪表读数可获得，冷空气进口温度可以由另外一块仪表盘读数计算可获得。紫铜
220kV交联聚乙烯绝缘电力电缆 最高额定温度 电缆导体长期允许最高工作温度为90℃，短时过负载最高工作温度为130℃，短路时（短路时间为5S）最高工作温度为250℃。 电缆使用特性： （1）电缆导体长期允许温度为90℃。 （2）短路时（最长持续时间不超过5秒），导体最高温度不超过250℃，电缆线路中间有接头时，锡焊接头不超过120℃，压接接头不超过150℃，电焊或气焊接头不超过250℃。 （3）电缆敷设时，在保证足够机械拉力的情况下不受落差限制，但不允许敷设于铁质管道中，也不允许沿电缆周围形成环状的铁质金具固定电缆。 （4）电缆敷设时，其温度应不低于零度，当电缆温度低于零度时应采用适当的方法将电缆加热至零度有以上。 高密度聚乙烯HD 980 密度0.50导热系数 热传导和热导率物体内部分子和原子微观运动所引起的热量传递过程称为热传导，又称导热。在单位时间内从tω1的高温壁面传递到tω2的低温壁面的热流量φ（W）的大小，和壁的面积F（m2）与两壁温差（tω1-tω2）（℃）成正比，与壁的厚度δ（m）成反比。此外，还与壁的材料性质等因素有关。因此由上面的比例关系， 导热量 = f(两壁温差) / 壁的厚度 * 导热系数 聚乙烯(PE)的导热系数 0.4 W / K-Meter PVC 0.231 ABS 0.245 PP 0.138 Cu 365
SUS 16 Steel 86 水的导热系数0.54 空气的导热系数 0.024 pvc的导热系数 0.14W/MK 殷钢 11 拌石水泥 1.5 海砂 20 0.03 对某一特定物质而言，只考虑热传递时，热量与温度之间存在一个线性关系，即 变化的内能（亦即传递的热量）=该物质的比热容*质量*该物质变化的温度 导热系数 指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,℃），在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度（W/m?K，此处为K可用℃代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05瓦/米?度以下的材料称为高效保温材料。 材料的厚度加大则材料的导热系数如何变化？
总传热系数测定实验 一、实验目的 1． 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型； 2． 测定饱和水蒸气在圆形管外壁上的冷凝给热系数； 二、基本原理 在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下公式： V ρC P (t 2-t 1)=K A m t ? 其中： V ：空气体积流量，m 3/s A ：内管的外壁的传热面积，m 2 ρ：空气密度，kg/m 3 C P ：空气平均比热，J/(kg ℃) t 1、t 2：空气进、出口温度，℃ T 1、T 2：蒸汽进、出口温度，℃ m t ?：对数平均温差，℃ 1 2211221ln ) ()(t T t T t T t T t m -----= ? 若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A 以及水蒸气温度T 1、T 2，即可计算实测的水蒸气（平均）冷凝给热系数。 三、实验装置与流程 实验装置如下图
水蒸气～空气换热流程图 来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自风机的风进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气经孔板（转子）流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。 2．设备与仪表规格 （1）紫铜管规格：直径φ21×2.8mm，长度L=1000mm （2）外套玻璃管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm （3）压力表规格：0～0.1MPa 四、实验步骤与注意事项 1．打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。 2．打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门，让套管换热器里冲有一定量的空气。 3．打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。 4．在做实验前，应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀。 5．刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀门的开度，让蒸汽徐徐通入换热器中，
建筑节能检测方法综述 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
建筑节能现场检测方法 田斌守 摘要本文综述了几种建筑物围护结构传热系数现场检测方法的原理、操作方法、适用条件，指出各种方法的优缺点及注意事项。 关键词建筑节能检测热流计法热箱法控温箱－热流计法非稳态法当今飞速发展的国民经济活动必然导致前所未有的资源能源消耗速度。而许多资源能源是不可再生的，为了人类的可持续发展，节约能源刻不容缓。据介绍，我国目前单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近的发达国家的2～3倍，而建筑能耗也占全国能耗总量的％。随着人民生活水平的不断提高、城市化进程的加快以及住房体制改革的深化，建筑能耗在我国增长趋势很大，很可能是我国今后能耗的一个主要增长点。为建设节约型社会，促进经济社会可持续发展，国家发展委员会发布了“节能中长期专项规划”，建筑节能作为三大重点领域中的一项，受到高度重视。建设部也相继发布了一系列建筑节能标准，其中包括若干强制性条款，目前正在建设领域逐步实施。 建筑节能工作从流程上可分为设计审查、现场检测、竣工验收三个大的阶段。对节能建筑的评价，从建设前期对施工图纸审查计算阶段、向现场检测和竣工验收转移是大势所趋。建筑节能现场检测也是落实建筑节能政策的重要保证手段。目前，全国范围内建筑节能检测都执行JGJ132－2001《采暖居住建筑节能检验标准》，它是最具权威性的检测方法，它的发布实施，为建筑节能政策的执行提供了一个科学的依据，使得建筑节能由传统的间接计算、目测定性评判到现在的直接测量，从此这项工作进入了由定性到定量、由间接到直接、由感性判断到科学检测的新阶段。 根据我们对建筑节能影响因素和现场检测的可实施性的分析，我们认为能够在实验室检测的宜在实验室检测（如门窗等作为产品在工程使用前后它的性状不会发生改变），除此之外，只有围护结构是在建造过程中形成的，对它的检测只能在现场进行。因此建筑节能现场检测最主要的项目是围护结构的传热系数，这也是最重要的项目。如何准确测量墙体传热系数是建筑节能现场检测验收的关键。目前对建筑节能现场检测的、围护结构（一般测外墙和屋顶、架
传热系数K 和给热系数α的测定 一. 实验目的 1. 了解间壁式传热元件的研究和给热系数测定的实验组织方法； 2. 掌握借助于热电偶测量壁温的方法； 3. 学会给热系数测定的试验数据处理方法； 4. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途 径。 二. 基本原理 １．传热系数K 的理论研究 在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置 来达到物料的冷却和加热。这种传热过程系冷、热流体 通过固体壁面进行热量交换。它是由热流体对固体壁面 的 对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对 流给热三个传热过程所组成。如图1所示。 由传热速率方程知，单位时间所传递的热量 Q=()t T KA - （1） 而对流给热所传递的热量，对于冷、热流体均可由牛顿冷却定律表示 Q=()1w h h t T A -α （2） 或 Q=()t t A w c c -2α （3） 对固体壁面由热传导所传递的热量，则由傅立叶定律表示为 Q ()21w w m t t A -?=δ λ （4） 由热量平衡和忽略热损失，可将（2）、（3）、（4）式写成如下等式 Q=KA t T A t t A t t A t T c c w m w w h h w 1 112211-=-=-=-αλδα （5）所以 c c m h h A A A K αλδα111 ++= （6） 图1传热过程示意图
()22222111111,,,,,,,,,,,,u c u c d f K p p λμρδλλμρ=＝()5,2,6f （7） 从上式可知，除固体的导热系数和壁厚对传热过程的传热性能有影响外，影响传热过程的参数还有12个，这不利于对传热过程作整体研究。根据因次分析方法和π定理，热量传递范畴基本因次有四个：[L],[M],[T],[t] ,壁面的导热热阻与对流给热热阻相比可以忽略 K ≈()21,ααf （8） 要研究上式的因果关系，尚有π=13-4=9个无因次数群，即由正交网络法每个水平变化10次，实验工作量将有108次实验，为了解决如此无法想象的实验工作量，过程分解和过程合成法由此诞生。该方法的基本处理过程是将(7)式研究的对象分解成两个子过程如(8)式所示，分别对21,αα进行研究，之后再将21,αα合并，总体分析对K 的影响，这有利于了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。 当1α＞＞2α时，2α≈K ，反之当1α＜＜2α时，1α≈K 。欲提高K 设法强化给热系数小的一侧α，由于设备结构和流体已定，从(9)式可知，只要温度变化不大，1α只随1u 而变， ()1111111,,,,,λμραp c u d f = (9) 改变1u 的简单方法是改变阀门的开度，这就是实验研究的操作变量。同时它提示了欲提高K 只要强化α小的那侧流体的u 。而流体u 的提高有两种方法： （１）增加流体的流量； （２）在流体通道中设置绕流内构件，导致强化给热系数。 由(9)式，π定理告诉我们，π=７－４＝３个无因次数群，即： ()1111111,,,,,λμραp c u d f = ? ??? ? ??=λμμρλαp c du f d , (10) 经无因次处理，得： c b o a Nu Pr Re = (11)
一．实验课程名称 化工原理 二．实验项目名称 空气－蒸汽对流给热系数测定 三、实验目的和要求 1、了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。 2、掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 3、学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。 四．实验内容和原理 实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算?，关联出相关系数。 实验原理：在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4－1)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热， 固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。 达到传热稳定时，有 ()()()()m m W M W p p t KA t t A T T A t t c m T T c m Q ?=-=-=-=-=221112222111αα （4－1） 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算， ()()() 2 211 2211ln W W W W m W T T T T T T T T T T -----= - （4－2） 式中：T W 1 －热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；T W 2 －热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算，
()()() 2 21 12211ln t t t t t t t t t t W W W W m W -----= - （4－3） 式中：t W 1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；t W 2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。 热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算， ()() 1 221 1221m t T t T ln t T t T t -----= ? （4－4） 当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4－1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数， ()()M W p t t A t t c m --= 212222α （4－5） 实验中测定紫铜管的壁温t w1、t w2；冷空气或水的进出口温度t 1、t 2；实验用紫铜管的长度l 、内径d 2，l d A 22π=；和冷流体的质量流量，即可计算?2。 然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。 由式（4－1）得， ()m p t A t t c m K ?-= 1222 （4－6） 实验测定2m 、2121T T t t 、、、、并查取()212 1 t t t += 平均下冷流体对应的2p c 、换热面积
. 传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，℃），1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米·度（W/㎡·K，此处K可用℃代替）。 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,℃），在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度（W/m?K，此处为K可用℃代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。 通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05瓦/米?度以下的材料称为高效保温材料。 传热系数(Heat transfer coefficient) 传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K/℃）1小时内通过1平方米面积传递的热量单位是瓦/平方米?度（W/㎡?K）此处K可用℃代替。 传热系数不是描述物质物性的物理量,它会随着不同的外界条件而发生变化,例如温度,流速,流量等,总的说来,它是一个工程上的概念. 机械工程中遇到的传热过程常常是热传导、对流换热和辐射换热三者的综合，而在应用最多的表面式换热器（又称间壁式换热器）中温度不太高，辐射换热的作用不大，所以分析时主要考虑热传导和对流换热的综合过程。因此，传热系数不仅与器壁的材料性能和厚度有关,还与器壁两侧的对流换热(有时还有辐射换热)过程有关。 导热系数(Thermal conductivity) 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，°C）,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/（米·度），w/（m·k）（W/m·K,此处的K可用℃代替）。 导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。导热系数又被称作“热导系数”或“导热率”,反映材料热性能的重要物理量.这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 热传导是热交换的三种(热传导,对流和辐射)基本形式之一.是工程热物理、材料科学、固态物理、能源、环保等各个研究领域的课题。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构。热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。 .
传热系数检测方法之热箱法 甘肃省建材科研设计院 兰州瑞洋建筑节能检测咨询有限公司 田斌守 2、功率法（就是俗称的热箱法） 2.1热箱法原理 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，就可以根据公式（2）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。 ) (e i T T A Q k -= （2） 其中： K 为传热系数，W/(m 2.K)； Q 为通过试件功率，W ； A 为热箱开口面积，m 2； Ti 热箱空气温度，K 或℃； Te 冷箱空气温度，K 或℃。 2.1.1标定热箱法原理 检测原理示意图如图2所示。将标定热箱法的装置置于一个温度受到控制的空间内，该空间的温度可与计量箱内部的温度不同。采用高比热阻的箱壁使得流过箱壁的热流量Q 3尽量小。输入的总功率Q p 应根据箱壁热流量Q 3和侧面迂回热损Q 4进行修正。Q 3 和Q 4应该用已知比热阻的试件进行标定，标定试件的厚度、比热阻范围应同被测试件的范围相同，其温度范围亦应与被测试件试验的温度范围相同。用公式（3）计算被测试件的热阻、传热阻和传热系数。 ?? ???-=-=--=)(//)(11431ne ni se si p T T A Q K Q T T A R Q Q Q Q （3） 式中 Q p 为输入的总功率，W ；
Q 1为通过试件的功率，W ； Q 2为试件内不平衡热流，W ； Q 3为箱壁热流量，W ； Q 4为侧面迂回热损，W ； A 为热箱开口面积，m 2； T si 为试件热侧表面温度，K T se 为试件冷侧表面温度，K ； T ni 为试件热侧环境温度，K ； T ne 为试件冷侧环境温度，K 图2 实验室标定热箱法原理示意图 2.1.2防护热箱法原理 防护热箱法检测原理示意图如图3所示。在防护热箱法中，将计量箱置于防护箱内。控制防护箱内温度与计量箱内温度相同，使试件内不平衡热流量Q 2和流过计量箱壁的热流量Q 3减至最小可以忽略。按公式（4）计算被测试件的热阻、传热阻和传热系数， ?????-=-=--=)(//)(11231ne ni se si p T T A Q K Q T T A R Q Q Q Q （4）
传热实验 一、实验目的 1、了解换热器的结结构及用途。 2、学习换热器的操作方法。 3、了解传热系数的测定方法。 4、测定所给换热器的传热系数K。 5、学习应用传热学的概念与原理去分析与强化传热过程,并实验之。 二、实验原理 根据传热方程Q=KA△tm,只要测得传热速率Q,冷热流体进出口温度与传热面积A,即可算出传热系数K。在该实验中,利用加热空气与自来水通过列管式换热器来测定K,只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水与空气的流量即可。 在工作过程中,如不考虑热量损失,则加热空气释放出的热量Q1与自来水得到的热量Q2应相等,但实际上因热损失的存在,此两热量不等,实验中以Q2为准。 三、实验流程与设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计等组成。空气走管程,水走壳程。列管式换热器的传热面积由管径、管数与管长进行计算。 实验流程图:
四、实验步骤及操作要领 1、熟悉设备流程,掌握各阀门、转子流量计与温度计的作用。 2、实验开始时,先开水路,再开气路,最后再开加热器。 3、控制所需的气体与水的流量。 4、待系统稳定后,记录水的流量、进出口温度,记录空气的流量与进出口温度,记录设备的有关参数。重复一次。 5、保持空气的流量不变,改变自来水的流量,重复第四步。 6、保持第4步水的流量,改变空气的流量,重复第四步。 7、实验结束后,关闭加热器、风机与自来水阀门。 五、实验数据记录与整理 1、设备参数与有关常数 换热流型错流 ; 换热面积 0、4㎡
六、实验结果及讨论 1、求出换热器在不同操作条件下的传热系数。 计算数据如上表,以第一次记录数据序号1为例计算说明: 度 水的算数平均温度：水流量：空气流量：水气4.2029 .219.182/0222.03600 1000 1080/0044.03600 16 213=+=+==??=== -t t T s kg W s m V s J t t C W Q K kg J C p p /867.278)9.189.21(41830222.0)() /(418312=-??=-??=?=传热速率比热容：查表得，此温度下水的 K =-----=-----= ?2479.369.182.299 .21110ln 9.182.29)9.21110(ln )()(） （对数平均温度水进 气出水出气进水进气出水出气进逆T T T T T T T T t m 9333 .269 .189.212.291100329.09 .181109 .189.2112211112=--=--==--=--= t t T T R t T t t P K =?=??ψ=?∴=ψ??2479.362479.360.10 .1逆查图得校正系数m t m t t t ) /(1717.192 1101 .192333.19) /(2333.192479 .364.0867 .27822K m W K K K m W t S Q K m ?=+= ?=?=??= 的平均值：传热系数 2、对比不同操作条件下的传热系数,分析数值,您可得出什么结论？ 答:比较一、二、三组可知当空气流量不变,水的流量改变时,传热系数变化不大,比较四、五组可知空气流量改变而水的流量不改变时,传热系数有很大变化,且空气流量越大,传热系数越大,传热效果越好;综上可知,K 值总就是接近热阻大的
习题热工性能现场检测含答案
热工性能现场检测 一、填空题 1、在建筑热工法现场测量中最关键的一项指标是建筑墙体的__________。 2、现场热工法是以测量______与______的方法确定建筑物外围护结构的传热系数。 3、围护结构的热阻是指在稳定状态下，与热流方向垂直的物体两表面______除以______。在非稳定条件下，建筑构件t 和q 是指较长检测时间的______。 4、围护结构传热阻主要包括两部分内容，一部分是-____________，另一部分是____________。表面换热阻分为-____________和____________。 5、热流计法指用热流计进行______测量并计算______或-______的测量方法。 6、热流计法是按_____传热原理设计的测试方法，采用热流计及温度传感器测量经过构件的______和____________，经过计算即可求得建筑物围护结构的热阻和传热系数。 7、热箱法中被测部位的______用热箱模拟采暖建筑室内条件，另一侧为____________。 8、围护结构的传热系数的现场检测方法有____________、-______、________________________。
9、____________具有稳定、易操作、精度高、重复性好等优点，是当前国内外常见的现场测试方法 10、热流计法主要采用____________、______在现场检测被测围护结构的热流量和其内、外表面温度。 11、公式E =中C为____________，E?为______。 C q?? 12、热流计法要求围护结构高温侧表面温度宜高于低温侧-____________________________________以上而且不低于-______℃，在检测过程中的任何时刻均不得等于或低于______表面温度。检测持续时间不应少于______。 13、热流计法检测围护结构的传热系数期间，室内空气温度应保持____________，被测区域外表面宜避免____________和-____________。 14、《民用建筑节能工程现场热工性能检测标准》DGJ32/J 23- 中规定。同一居住小区围护结构保温措施及建筑平面布局基本相同的建筑物作为一个样本随机抽样。抽样比例不低于样本比数的______，至少______；不同结构体系建筑，不同保温措施的建筑物应分别抽样检测。公共建筑应______抽样检测。 15、DGJ32/J 23- 规定抽样建筑应在______与______进行至少2处墙体、______的热阻检测。至少1组窗气密性检测。 16、DGJ32/J 23- 规定屋顶、墙体、楼板内外表面温度测点各不得少于3个；表面温度测点应选在构件有代表性的位置。测点位置不应靠近______、______和有空气渗漏的部位。