為改善居住建筑室內熱環境質量，提高人民居住水平，提高采暖、空調能源利用效率，貫徹執行國家可持續發展戰略，2001年《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》頒布實施^[1]。該標準在提出節能50%的同時，對建筑物圍護結構的熱工性能也進行了相應規定。雖然《節能標準》在設計階段保證了建筑物圍護結構的熱工性能達到目標要求，但并不能保證建筑物建造完后也能達到節能要求，因為建筑的施工質量同樣非常關鍵。因此，判定建筑物圍護結構熱工性能是否達到標準要求，僅靠資料并不能給出結論，需要現場實測。

但我國建筑節能工作起步較晚，至今尚無一套完善、先進、適合我國國情的建筑節能現場檢測技術，在某種程度上限制了建筑節能工作的規范發展。這使得建筑節能現場檢測技術的研究開發就顯得尤為迫切和重要。

圍護結構傳熱系數是表征圍護結構傳熱量大小的一個物理量，是圍護結構保溫性能的評價指標，也是隔熱性能的指標之一^[2]，因此本文主要針對圍護結構傳熱系數的現場檢測技術進行分析與探討。

1現有圍護結構傳熱系數現場檢測方法

1.1熱流計法^[3]

熱流計是建筑能耗測定中常用儀表，該方法采用熱流計及溫度傳感器測量通過構件的熱流值和表面溫度，通過計算得出其熱阻和傳熱系數。其檢測基本原理為：在被測部位布置熱流計，在熱流計周圍的內外表面布置熱電偶，通過導線把所測試的各部分連接起來，將測試信號直接輸入微機，通過計算機數據處理，可打印出熱流值及溫度讀數。當傳熱過程穩定后，開始計量。為使測試結果準確，測試時應在連續采暖（人為制造室內外溫差亦可）穩定至少7d的房間中進行。

一般來講，室內外溫差愈大（要求必須大于20℃），其測量誤差相對愈小，所得結果亦較為精確，其缺點是受季節限制。該方法是目前國內外常用的現場測試方法，國際標準和美國ASTM標準都對熱流計法作了較為詳細的規定。

1.2熱箱法^[4]

熱箱法是測定熱箱內電加熱器所發出的全部通過圍護結構的熱量及圍護結構冷熱表面溫度。其基本檢測原理是用人工制造一個一維傳熱環境，被測部位的內側用熱箱模擬采暖建筑室內條件并使熱箱內和室內空氣溫度保持一致，另一側為室外自然條件，維持熱箱內溫度高于室外溫度8℃以上，這樣被測部位的熱流總是從室內向室外傳遞，當熱箱內加熱量與通過被測部位的傳遞熱量達平衡時，通過測量熱箱的加熱量得到被測部位的傳熱量，經計算得到被測部位的傳熱系數。

該方法的主要特點：基本不受溫度的限制，只要室外平均空氣溫度在25℃.以下，相對濕度在60%以下，熱箱內溫度大于室外最高溫度8℃以上就可以測試。據業內技術專家通過交流認為：該方法在國內尚屬研究階段，其局限性亦是顯而易見的，熱橋部位無法測試，況且尚未發現有關熱箱法的國際標準或國內權威機構的標準。

1.3紅外熱像儀法^[5]

紅外熱像儀法目前還在研究改進階段，它通過攝像儀可遠距離測定建筑物圍護結構的熱工缺陷，通過測得的各種熱像圖表征有熱工缺陷和無熱工缺陷的各種建筑構造，用于在分析檢測結果時作對比參考，因此只能定性分析而不能量化指標。

通過以上幾種檢測方法的分析比較，筆者認為，熱流計法是目前國內外較為成熟的檢測方法，且已得到普遍應用。因此本文主要討論熱流計法。

2 熱流計法測試原理

熱流計法主要采用熱流計、熱電偶在現場檢測被測圍護結構的熱流量和其內、外表面溫度，通過數據處理計算出該圍護結構的傳熱系數，從而判定建筑物是否達到節能標準要求。

當熱流通過建筑物圍護結構時，由于其熱阻存在，在厚度方向的溫度梯度為衰減過程，使該圍護結構內、外表面具有溫差，利用溫差與熱流量之間的對應關系進行熱流量測定。

建筑物圍護結構的熱流量可通過在該圍護結構表面安裝平板狀熱流計測量，由于熱流計熱阻一般比被測圍護結構的熱阻小很多，當被測圍護結構背面貼上熱流計后，傳熱工況影響很少，可忽略不計。因而在穩定狀態下，流過熱流計的熱流量亦為被測圍護結構的熱流量。

根據傅立葉定律，在兩側溫差為時，流過熱流計的熱流量可通過下式計算：

                                           （1）

式中，為通過熱流計的熱流量，W/m²。

為熱流計的厚度，m。

為熱流計的導熱系數，W/(m·℃)

為被測圍護結構加裝熱流計后，熱流計兩面的溫差。

如果用熱電偶測量上述溫差，根據熱電偶在其測量范圍內熱電勢與溫差成正比的關系，可得到通過熱流計的熱量，為

                                 （2）

其中，為熱電勢（mV），可通過溫度與熱流巡回自動檢測儀檢測。

為熱流計系數（W/（m²·mv），其物理意義為，當熱流計有單位熱電勢輸出時，通過它的熱流量為，檢測所用的熱流計系數是熱流計生產廠家按國家標準校定好的已知常數。在本文中， W/（m²·mv）。

3 圍護結構傳熱系數計算公式與誤差分析

圍護結構傳熱系數的定義為：在穩態傳熱條件下，圍護結構兩側空氣溫度差為1℃時，單位時間通過單位面積傳遞的熱量。單位為W/(m²·℃)。

根據定義，當傳熱處于穩態條件下時，通過圍護結構的熱流量應該與通過熱流計的熱流量相等。這樣，圍護結構的熱阻可由下式計算：

                                 （3）

則圍護結構的傳熱阻為：

                            （4）

其中，為內表面換熱阻，取0.11m²·K/W。

為外表面換熱阻，取0.04 m²·K/W。

其傳熱系數則可通過下式計算：

                             （5）

在實際現場測試過程中，為了提高測試結果的準確性，一般會采用多個測點進行檢測。而根據國家行業標準《采暖居住建筑節能檢驗標準》，建筑物圍護結構熱阻采用算術平均法計算，具體公式為：

                                  （6）

將（6）式代入（5）式，可得到該圍護結構的平均傳熱系數，計算公式如下：

                       （7）

相對應的測量相對誤差為：

              （8）

根據（7）式和（8）式，圍護結構傳熱系數現場實測結果可表示為：

                               （9）

4 圍護結構傳熱系數現場實測案例分析

為了驗證熱流計法現場測試圍護結構傳熱系數的準確性，本文對某一建筑屋面的傳熱系數進行了現場實測與測量誤差分析。

4.1屋面構造概況

該建筑屋面型式為綠化平屋面，具體構造如圖1所示，根據設計方案，其傳熱系數為0.28 W/(m²·℃)。

圖1 實測屋面的構造示意圖

4.2現場實測方法

根據標準要求，當采用熱流計法進行現場實測時，建議在冬季進行。但為了分析其他時間測量傳熱系數的可能性與準確性，我們在春季對該屋頂的傳熱系數進行了現場實測。為了提高測試結果的測試精度，選用受太陽輻射影響較小的北屋面進行傳熱系數現場實測布點。其中：屋頂外表面溫度傳感器布置在裸露的覆土層上，并避開陽光直接照射，測點數量為3點；屋頂內表面溫度傳感器布置在室內相對應位置，測點數量為3點；熱流計布置在室內溫度傳感器中間，數量為2只。溫度傳感器采用銅—康銅熱電偶傳感器，熱流和溫度采用自動化數據記錄儀表與計算機進行數據分析處理。

根據相關文獻，采用熱流計測量時建議室內外溫差大于20℃。為了制造人為溫差，在實測過程中采用電熱器進行加熱，當加熱達到基本穩定后，進行相關參數的計量與測試。測試期間，熱流和溫度的記錄間隔為30分鐘。

4.3結果分析與討論

該屋頂傳熱系數現場實測工作開始于2005年4月7日，從測試過程來看，4月17日到4月18日已基本實現一維穩態傳熱過程，因此可根據這兩天的數據進行相關熱工性能分析。

在本測試過程中，為了計算屋頂的傳熱系數，主要對屋頂外表面溫度、屋頂內表面溫度和屋頂熱流量進行了現場實測，具體實測結果如圖2所示。

當屋頂外表面溫度、內表面溫度和熱流量已知時，該屋頂瞬時的傳熱阻和傳熱系數則可通過方程（4）和方程（5）計算得到，其具體結果如圖3所示。

圖2 相關參數現場實測結果

圖3屋面傳熱系數實測值

根據實測數據，通過計算可得出該屋頂傳熱系數，結果如表1所示。從表中可以看出，當采用所有數據進行分析時，該屋頂平均傳熱系數為0.351 W/(m²·℃)，與設計傳熱系數相比偏差達25.4%；而若只采用晚上的測試數據進行計算時，其平均傳熱系數為0.330 W/(m²·℃)，偏差可縮小到17.9%。這說明，太陽輻射對于圍護結構傳熱系數現場實測結果影響較大，因此為減小這種誤差，現場實測時盡量考慮采用日落后至日出前的數據進行傳熱系數計算。

從測試時間與結果來看，為了提高測試結果的準確性，應在傳熱過程基本達到熱穩定條件后，再進行數據的采集與處理。

表1 實測傳熱系數結果及誤差分析

5結論

為了促進建筑節能工作的開展，本文對采用熱流計法現場實測圍護結構傳熱系數的準確性進行了研究與誤差分析。研究結果表明：

（1）當人為可實現較大溫差的一維傳熱過程時，采用熱流計法可得到較準確的傳熱系數測試結果，且可不受季節限制；

（2）測試結果處理時，應在傳熱過程基本達到熱穩定條件后，再進行數據采集與處理；

（3）建議采用日落后至日出前的數據來提高測量精度。

通過研究還發現，雖然熱流計法可對圍護結構傳熱系數進行較準確的現場實測，但要實現一維傳熱過程所需時間較長，這使節能建筑現場實測工作受到了限制。因此，為了推動建筑節能的開展，我們正在積極研究開發更新、更快和更準確的建筑節能現場檢測方法。

參考文獻

[1] 夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準（JGJ134-2001）. 中華人民共和國行業標準.

[2] 民用建筑熱工設計規范（GB50176-93）. 中華人民共和國國家標準.