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现场测量建筑围护结构节能特性的问题分析
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0 引言
建筑节能现场检测技术近几年有着迅速地发展，特别是在北方寒冷地区和严寒地区，针对供暖能耗已经形成了较为严密的测试方法和完善的测试手段。建筑节能检测中建筑围护结构的现场检测应用也越来越多，过去绝大多数的检测集中在北方地区，如今检测则以北方为主、全国各地蓬勃发展。根据我单位近两年的检测情况发现，随着全国建筑节能工作的深入，包括夏热冬冷地区等非北方地区的现场围护结构检测工程越来越多，说明围护结构现场检测在建筑节能工作中的重要性和受重视的程度越来越大。（参考《建筑中文网》）
1 现有的一些问题
JGJ132—2001《采暖居住建筑节能检验标准》(以下简称“节能检验标准”)中规定了建筑围护结构传热系数现场检验方法，在按照标准进行工作的几年以来，发现了一些问题。
(1)节能检验标准推荐采用热流计法，但该节能检验标准也规定了可以使用经国家质量技术监督部门认定的其他方法，这种规定会在实际测量当中出现诸多分歧，尤其是在仲裁性测量结果中出现一种方法测量结果合格，而另一种方法测量结果不合格的情况，给结果判定带来很多不便；
(2)节能检验标准规定，检测应在采暖供热系统正常运行后进行，检测时间宜选在最冷月且应避开气温剧烈变化的天气，检测持续时间不应少于 96 h。该项规定主要有以下 2 点考虑：①使围护结构中温度场基本稳定，使围护结构内外表面温差远大于室外空气温度波幅，从而保证围护结构处于准稳态传热状态；②采用算术平均方法进行数据分析。这种规定理论上是正确且必要的，但是执行起来往往会受到时间的限制，经常出现的情况是天气状况剧烈变化，导致不符合标准要求，往往需要延长测量时间，这样就加大了工作量、降低了工作效率，也相应提高了检测成本；而且检测也被固定在冬季，与建筑竣工时间严重脱节，春季竣工的建筑至少要等半年才可以检验；
(3)现有节能检验标准主要针对严寒地区和寒冷地区有采暖的居民建筑，而对于中部及其以南建筑的现场检验提及很少。但是随着全国建筑节能形势的发展，建筑节能概念已经从北方地区扩展至全国，这就不仅仅是北方采暖建筑需要围护结构检测，其他地区的建筑也需要进行一定程度的检测；
(4)在现场检测实际建筑的过程中，会遇到方方面面的其他问题，如：实际建筑由于外窗的存在，有时很难找到较大面积的外墙，由于现场检测的基础理论就是一维传热，外墙的面积直接影响到墙体真实传热状况与一维传热的近似程度，因此，外墙面积过小会导致测量误差非常大。再比如天气状况，在我国中部和南部地区难获得较大的室内外温差，事实上由于测量误差的存在，又误差与温差成正比，小的室内外温差不可避免的会导致较大的测量误差，这是现场检测力求改善的地方。中部和南部地区建筑很少具有集中采暖的条件，而且该地区冬季天气阴晴的变化频率要远远高于北方地区，这种不稳定的外部环境也给现场测量带来很多不便。在保持测量稳定判定条件不变的情况下，有可能根本无法获得满足要求的条件，使得检测计算结果不符合标准要求。
2 现场围护结构检测实例分析
2.1 新疆乌鲁木齐市某小区围护结构现场检测图 1 是新疆乌鲁木齐某外保温墙体的冬季现场检测温度、热流曲线。
图 1 中，18、19、10 和 59 号测点分别为室外空气温度、室内空气温度、外墙内表面温度(℃)和外墙热流计读数(mV)。采样时间间隔为 0.5 h，检测持续时间大于 7 d(采样次数为 48 次 /d)。
由图 1 可以看出：①该墙体热稳定性很好，尽管室外空气温度在某段时间有很大地上升，内表面温度和热流计读数仍然保持不变。在这种情况下，采用算术平均法计算墙体热阻，能保证有足够的精确度；②热流计读数紧随室内温度而波动；③采用算术平均法计算墙体热阻时，应采用测量持续时间内的全部检测数据进行计算。我们曾经发现，有的检测机构只采用部分检测数据计算墙体热阻，有的采用 24 h 数据，有的甚至不足 24 h。由图 1 可以看出，用室外温度高的区段和低区段的数据计算墙体热阻，结果是有一定差别的。
2.2 宁波某小区围护结构现场检测
图2是宁波某小区的冬季现场检测温度、热流曲线。
图 2 中，3、4、13 和 59 号测点分别为室内空气温度、室外空气温度、外墙内表面温度(℃)和外墙热流计读数(mV)。采样时间间隔为 0.5 h，为了说明问题，图 2中显示了持续检测中最后的 5 d。
由图 2 可以看出：①该墙体热阻值非常大，室内空气温度和外墙内表面温度相差很小；②在倒数第三天的时候，从图 2 中可以看到由于室外温度的升高，供热公司逐步减少了室内热负荷，导致室内空气温度一直呈下降趋势，由于墙体保温性能非常好，又因为墙体外保温的存在，内侧墙体本身蓄的热量不能及时释放到室外，所以出现墙体向室内室外同时放热的现象，这说明对围护结构性能好的建筑，在测量时要尽量减少热源加热量的波动，否则会给测量结果带来非常大的误差。
还应该看到，在非采暖地区确保室内加热源的稳定工作也是一项新增加的重要内容，类似的热源问题在非采暖区的建筑现场检测中会经常出现。
3 结语
现场围护结构测量是对竣工后的建筑围护结构整体性能的实际测量，比理论计算和实验室抽样测量更具有说服力，除了在技术上有其直观的优势以外，也是促进开发商保证施工质量的一种有效措施。
现场测量由于其特殊性，测量条件不可能像实验室那样随心所欲地控制，在现场会出现诸如上述一些不可控的影响因素，有些因素又是对测量结果有致命影响的，因此，如何在保证测量设备本身精度的前提下，尽量减少外界条件对测量的影响是至关重要的。为了提高节能检验标准的适用范围和可操作性，建议采取以下措施：
(1)数据分析方法由单一使用算术平均法变为增加使用动态分析方法。动态分析方法是利用热平衡方程对热性能的变化进行分析计算的。在数学模型中 t时刻的热流密度是在该时刻以及此前所有时刻下温度的函数[1-2]；
(2)人为创造一定的室内外温差，可分为以下几种情况：①冬季室内用电加热器加热。为了减小室内温度波动，建议采用电暖气等自身热容好的加热设备，不宜使用热风机等设备；②夏季室内用空调机降温。建议采用变频空调机，以减小室内温度波动；③春秋季在外墙、屋顶外表面覆盖电加热装置(例如电热毯)，增大外墙、屋顶内外表面温差，这种加热装置在夏季也可以使用；
(3)建筑节能工程施工验收时，如果需要通过现场检测传热系数来评判围护结构节能性能，需考虑的问题：①依据现场检测结果本身的不确定性，来规定评定指标的允许偏差；②掌握传热系数与围护结构湿度分布的关系。新竣工的围护结构中都不同程度地含有水分，这时的传热系数会比干燥状态下大。对于混凝土外墙和 EPS 板，含湿量的影响可能不会太大。
而对于像砖砌体、加气混凝土和胶粉聚苯颗粒保温浆料这样的材料，含湿量的影响可能会很大。需进行大量的试验和研究工作来确定传热系数与围护结构湿度分布的关系。据此，通过现场检测围护结构含湿量，可计算出干燥后的传热系数；③解决由围护结构主体部位传热系数计算围护结构平均传热系数的方法问题。节能设计标准规定的是围护结构平均传热系数限值，而现场只能检测围护结构主体部位传热系数，应计算出平均传热系数后才能进行评定；④规定抽样规则。因条件所限，现场检测围护结构传热系数只能对个别建筑的个别部位进行检测，抽样数量很少，能否代表大面积建筑群，是一个值得考虑的问题。但是过量增加检测密度会大大增加检测工作的工作量，强制执行甚至会给检测行业带来不可能完成的任务，因此，抽样数量是一个非常值得重视和考虑的问题。
参考文献：
[1]JGJ132—2001,采暖居住建筑节能检验标准[S].
[2]ISO9869,Thermal insulation—Building elements—In-situ measurementof thermal resistance and thermal transmittance[S].
作者简介： 杨玉忠 (1979)，男，硕士，建筑热工室副主任，工程师(yangyuzhong @163.com)。 来源: 《建筑中文网》.
建筑节能现场检测技术近几年有着迅速地发展，特别是在北方寒冷地区和严寒地区，针对供暖能耗已经形成了较为严密的测试方法和完善的测试手段。建筑节能检测中建筑围护结构的现场检测应用也越来越多，过去绝大多数的检测集中在北方地区，如今检测则以北方为主、全国各地蓬勃发展。根据我单位近两年的检测情况发现，随着全国建筑节能工作的深入，包括夏热冬冷地区等非北方地区的现场围护结构检测工程越来越多，说明围护结构现场检测在建筑节能工作中的重要性和受重视的程度越来越大。（参考《建筑中文网》）
1 现有的一些问题
JGJ132—2001《采暖居住建筑节能检验标准》(以下简称“节能检验标准”)中规定了建筑围护结构传热系数现场检验方法，在按照标准进行工作的几年以来，发现了一些问题。
(1)节能检验标准推荐采用热流计法，但该节能检验标准也规定了可以使用经国家质量技术监督部门认定的其他方法，这种规定会在实际测量当中出现诸多分歧，尤其是在仲裁性测量结果中出现一种方法测量结果合格，而另一种方法测量结果不合格的情况，给结果判定带来很多不便；
(2)节能检验标准规定，检测应在采暖供热系统正常运行后进行，检测时间宜选在最冷月且应避开气温剧烈变化的天气，检测持续时间不应少于 96 h。该项规定主要有以下 2 点考虑：①使围护结构中温度场基本稳定，使围护结构内外表面温差远大于室外空气温度波幅，从而保证围护结构处于准稳态传热状态；②采用算术平均方法进行数据分析。这种规定理论上是正确且必要的，但是执行起来往往会受到时间的限制，经常出现的情况是天气状况剧烈变化，导致不符合标准要求，往往需要延长测量时间，这样就加大了工作量、降低了工作效率，也相应提高了检测成本；而且检测也被固定在冬季，与建筑竣工时间严重脱节，春季竣工的建筑至少要等半年才可以检验；
(3)现有节能检验标准主要针对严寒地区和寒冷地区有采暖的居民建筑，而对于中部及其以南建筑的现场检验提及很少。但是随着全国建筑节能形势的发展，建筑节能概念已经从北方地区扩展至全国，这就不仅仅是北方采暖建筑需要围护结构检测，其他地区的建筑也需要进行一定程度的检测；
(4)在现场检测实际建筑的过程中，会遇到方方面面的其他问题，如：实际建筑由于外窗的存在，有时很难找到较大面积的外墙，由于现场检测的基础理论就是一维传热，外墙的面积直接影响到墙体真实传热状况与一维传热的近似程度，因此，外墙面积过小会导致测量误差非常大。再比如天气状况，在我国中部和南部地区难获得较大的室内外温差，事实上由于测量误差的存在，又误差与温差成正比，小的室内外温差不可避免的会导致较大的测量误差，这是现场检测力求改善的地方。中部和南部地区建筑很少具有集中采暖的条件，而且该地区冬季天气阴晴的变化频率要远远高于北方地区，这种不稳定的外部环境也给现场测量带来很多不便。在保持测量稳定判定条件不变的情况下，有可能根本无法获得满足要求的条件，使得检测计算结果不符合标准要求。
2 现场围护结构检测实例分析
2.1 新疆乌鲁木齐市某小区围护结构现场检测图 1 是新疆乌鲁木齐某外保温墙体的冬季现场检测温度、热流曲线。
图 1 中，18、19、10 和 59 号测点分别为室外空气温度、室内空气温度、外墙内表面温度(℃)和外墙热流计读数(mV)。采样时间间隔为 0.5 h，检测持续时间大于 7 d(采样次数为 48 次 /d)。
由图 1 可以看出：①该墙体热稳定性很好，尽管室外空气温度在某段时间有很大地上升，内表面温度和热流计读数仍然保持不变。在这种情况下，采用算术平均法计算墙体热阻，能保证有足够的精确度；②热流计读数紧随室内温度而波动；③采用算术平均法计算墙体热阻时，应采用测量持续时间内的全部检测数据进行计算。我们曾经发现，有的检测机构只采用部分检测数据计算墙体热阻，有的采用 24 h 数据，有的甚至不足 24 h。由图 1 可以看出，用室外温度高的区段和低区段的数据计算墙体热阻，结果是有一定差别的。
2.2 宁波某小区围护结构现场检测
图2是宁波某小区的冬季现场检测温度、热流曲线。
图 2 中，3、4、13 和 59 号测点分别为室内空气温度、室外空气温度、外墙内表面温度(℃)和外墙热流计读数(mV)。采样时间间隔为 0.5 h，为了说明问题，图 2中显示了持续检测中最后的 5 d。
由图 2 可以看出：①该墙体热阻值非常大，室内空气温度和外墙内表面温度相差很小；②在倒数第三天的时候，从图 2 中可以看到由于室外温度的升高，供热公司逐步减少了室内热负荷，导致室内空气温度一直呈下降趋势，由于墙体保温性能非常好，又因为墙体外保温的存在，内侧墙体本身蓄的热量不能及时释放到室外，所以出现墙体向室内室外同时放热的现象，这说明对围护结构性能好的建筑，在测量时要尽量减少热源加热量的波动，否则会给测量结果带来非常大的误差。
还应该看到，在非采暖地区确保室内加热源的稳定工作也是一项新增加的重要内容，类似的热源问题在非采暖区的建筑现场检测中会经常出现。
3 结语
现场围护结构测量是对竣工后的建筑围护结构整体性能的实际测量，比理论计算和实验室抽样测量更具有说服力，除了在技术上有其直观的优势以外，也是促进开发商保证施工质量的一种有效措施。
现场测量由于其特殊性，测量条件不可能像实验室那样随心所欲地控制，在现场会出现诸如上述一些不可控的影响因素，有些因素又是对测量结果有致命影响的，因此，如何在保证测量设备本身精度的前提下，尽量减少外界条件对测量的影响是至关重要的。为了提高节能检验标准的适用范围和可操作性，建议采取以下措施：
(1)数据分析方法由单一使用算术平均法变为增加使用动态分析方法。动态分析方法是利用热平衡方程对热性能的变化进行分析计算的。在数学模型中 t时刻的热流密度是在该时刻以及此前所有时刻下温度的函数[1-2]；
(2)人为创造一定的室内外温差，可分为以下几种情况：①冬季室内用电加热器加热。为了减小室内温度波动，建议采用电暖气等自身热容好的加热设备，不宜使用热风机等设备；②夏季室内用空调机降温。建议采用变频空调机，以减小室内温度波动；③春秋季在外墙、屋顶外表面覆盖电加热装置(例如电热毯)，增大外墙、屋顶内外表面温差，这种加热装置在夏季也可以使用；
(3)建筑节能工程施工验收时，如果需要通过现场检测传热系数来评判围护结构节能性能，需考虑的问题：①依据现场检测结果本身的不确定性，来规定评定指标的允许偏差；②掌握传热系数与围护结构湿度分布的关系。新竣工的围护结构中都不同程度地含有水分，这时的传热系数会比干燥状态下大。对于混凝土外墙和 EPS 板，含湿量的影响可能不会太大。
而对于像砖砌体、加气混凝土和胶粉聚苯颗粒保温浆料这样的材料，含湿量的影响可能会很大。需进行大量的试验和研究工作来确定传热系数与围护结构湿度分布的关系。据此，通过现场检测围护结构含湿量，可计算出干燥后的传热系数；③解决由围护结构主体部位传热系数计算围护结构平均传热系数的方法问题。节能设计标准规定的是围护结构平均传热系数限值，而现场只能检测围护结构主体部位传热系数，应计算出平均传热系数后才能进行评定；④规定抽样规则。因条件所限，现场检测围护结构传热系数只能对个别建筑的个别部位进行检测，抽样数量很少，能否代表大面积建筑群，是一个值得考虑的问题。但是过量增加检测密度会大大增加检测工作的工作量，强制执行甚至会给检测行业带来不可能完成的任务，因此，抽样数量是一个非常值得重视和考虑的问题。
参考文献：
[1]JGJ132—2001,采暖居住建筑节能检验标准[S].
[2]ISO9869,Thermal insulation—Building elements—In-situ measurementof thermal resistance and thermal transmittance[S].
作者简介： 杨玉忠 (1979)，男，硕士，建筑热工室副主任，工程师(yangyuzhong @163.com)。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201101/14689.htm
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