CN103091361A - 一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置 - Google Patents

Abstract

一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置，该装置包括冷箱、气液相变材料、储液灌、储气罐、温度传感器、风扇、控制阀、导液管、导气管、换热器、保温材料。冷箱的一端开口且与围护结构紧密接触；换热器内的气液相变材料与冷箱内空气进行热交换，当冷箱内空气温度高于设定值时，温度传感器将信号传送到控制阀并自动调节阀门的开度大小进而调节相变材料的流量，从而控制冷箱内的空气温度，使检测结果更加准确。本发明具有控温准确，结构简单，运行节能且便于现场操作等特点，可以使围护结构传热系数的现场检测不受检测环境条件的限制，具有较好的应用前景。

Description

一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置

技术领域

本发明涉及建筑中现场检测的装置，具体涉及一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置。

背景技术

建筑竣工验收是建筑节能监管工作中的重要内容之一，而在建筑竣工验收中建筑节能现场检测工作尤为重要，其目的是能通过实测来评价被测建筑物的节能效果。建筑节能中检测项目一般包括对建筑围护结构中主体部位的传热系数的检测、热工缺陷检测、热桥部位温度检测、窗户气密性检测、采暖空调***的检验和建筑年能耗检测等。在这些现场检测项目中建筑围护结构中主体部位的传热系数检测成为了检测重点，因为随着围护结构的保温技术和新型墙体构造方式的出现，使人们对于传统围护结构的认识有了突破性的变化，通过改变围护结构的构造方式和使用新保温技术来降低建筑能耗成为了人们研究的重点。围护结构的传热系数对建筑节能有着至关重要的影响，因此在建筑节能现场检测中，对围护结构传热系数进行现场检测成为了建筑节能检测的重点，其检测结果的准确性也决定着建筑节能效果的评价准确度。

在进行围护结构传热系数的现场检测时，需要在被测部位的两侧形成稳定的温度差，该温度差可以利用自然条件形成，也可以通过人工制造形成；但是利用自然条件形成温度差的方法会使现场检测方法受到气候环境条件的影响，限制了现场检测方法中常用的热流计法的广泛应用。目前在人工制造的温差中冷端侧一般是通过在室内设置空调或采用带有制冷机组制冷的冷箱来实现。而通过设置的空调来降低房间内温度的方式不容易控制，在检测时房间内的温度也不稳定，而且需要在检测现场设置空调设备，所控制的温度范围也有限，这给现场检测过程带来了诸多麻烦，因此不便在现场检测中得到应用；采用带有制冷机组制冷的冷箱来降低被测部位的温度时由于制冷机组设备体积和重量较大，用于检测时存在很多不便，因此也很难在现场检测中得到广泛应用。建筑节能工作者们正在积极寻找一种更加简便的现场检测装置，如公告号为CN1945299A的专利《一种用于建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱》，该冷箱是以半导体制冷片作为冷源的来源，利用半导体制冷片制冷制造人工环境，半导体制冷片需要直接利用电能来驱动，制冷效率不高；此外，由于半导体制冷片的制冷量有限，因此，在应用过程中，冷箱内的温度控制范围较小，这也就限制了围护结构传热系数的现场检测***的适用范围。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种具有控温准确，温度控制范围广，结构简单，节能且便于现场操作的建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置。

所述目的之技术方案是这样实现的：一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置，该装置包括冷箱、气液相变材料、储液灌、储气罐、温度传感器、风扇、控制阀、导液管、导气管、换热器、保温材料。其中，冷箱外表面覆盖有保温材料，冷箱的一端开口，开口端与围护结构紧密接触；温度传感器将冷箱内空气的温度信号传送到控制阀，控制阀根据传送来的温度信号自动调节阀门的开度大小；换热器呈长方体形状且与冷箱的封闭端有一定的距离，前后两面呈锯齿状，以利于与冷箱内的空气进行热交换，换热器所能承受的压力应该大于相变材料发生相变时对应的压力；储气罐用来储存气态相变材料；该气液相变材料在标准大气压下的相变温度在10℃以下，这样可以比较准确地控制冷箱内的空气温度。

本发明通过相变材料的相变控制冷箱内温度的具体过程如下：

设置在冷箱内的温度传感器将测得的冷箱内空气温度与人为设定的冷箱内空气温度值进行比较，当冷箱内空气的温度高于设定值时，传感器将信号传送给控制阀，控制阀开启调节阀门，储液罐内相变材料沿着导液管流进换热器中。由于冷箱内空气温度高于相变材料的蒸发温度，相变材料通过换热器与冷箱内空气进行热量交换，吸收冷箱内空气的热量并发生相变转变为气态，冷箱内空气温度随之降低。换热器内液态相变材料由于吸热而不断发生相变成为气态，因气态的气液相变材料密度小而上升，使得换热器内气态相变材料压力不断增大，气态相变材料会沿着导气管进入储气罐内。当冷箱内空气的温度即将达到设定值时，温度传感器将信号传送给控制阀，控制阀调节阀门进而使阀门的开度也逐渐关小，由储液罐流入换热器内的液态相变材料的量随之减少，进入冷箱内的冷量也减少，如此循环，最终冷箱内的空气温度达到动态平衡并保持在某个温度范围内。在上述过程中，储气罐内收集的气态相变材料可以通过储气罐上设置的导出管装入容器中，再把装有气态相变材料的容器放入在现场检测地点之外的制冷设备（如冰箱）中，使气态相变材料吸收冷量后发生相变成为液态，后通过储液罐上设置的导入管添加到储液罐中重复使用，这样可以减少在现场中设置体积庞大的制冷设备。

在利用相变材料的蓄冷来实现对冷箱内的空气温度进行控制的过程中，由于本冷箱中所选用的气液相变材料在标准大气压下的相变温度在10℃以下，所以对冷箱内的空气进行冷却时可以使冷箱内的空气温度也维持在这个范围内，达到围护结构传热系数检测时的基本条件，可以在一年中的大部分时间内使用，且与传统方法所采用空调制冷房间或制冷机组制冷的冷箱相比，由于相变材料的恒温相变特性（即相变材料在发生相变时温度保持不变），可以使冷箱内空气温度稳定在某一范围内，从而保证围护结构内表面温度的稳定性，这样可以确保在对围护结构传热系数进行检测时得到更加准确的结果。

作为本发明的进一步完善，所述的风扇促进了冷箱内的空气流动。由于冷气流向下流动，热气流向上流动，冷箱底部的风扇带动底部的空气流动，使底部的冷空气向上流动，从而提高了冷箱内空气温度的均匀性。

从方案和冷箱内的温度控制过程中可以看出，在进行现场检测时，本发明既省去了现有技术中采用制冷机组制冷所需的基本的四大件：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀等，同时在向冷箱内提供冷量时也不需要消耗额外动力。这样不但简化了现场检测的冷箱装置，使现场操作更加简便，也降低了检测过程中的运行成本，而且可以更快地使冷箱内温度达到稳定，提高了现场检测的效率和检测结果的准确性，同时也可以达到节能的目的。简言之，本发明是一种具有控温准确，温度控制范围广，结构简单，节能且便于现场操作的建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1——本发明的结构示意图；

图2——换热器的立体图。

图中：1. 围护结构  2. 冷箱  3. 相变材料  4.储液罐  5. 储气罐  6. 温度传感器  

7. 风扇  8. 控制阀  9. 导液管  10. 导气管   11. 换热器  12. 保温材料  13. 导入管 14. 导出管 15. 截止阀。

具体实施方式

一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置（参考图1），该装置包括冷箱2、气液相变材料3、储液灌4、储气罐5、温度传感器6、风扇7、控制阀8、导液管9、导气管10、换热器11、保温材料12。其中，冷箱2外表面覆盖有保温材料12，冷箱2的一端开口，开口端与围护结构1紧密接触；温度传感器6将冷箱2内空气的温度信号传送到控制阀8，控制阀8根据传送来的温度信号自动调节阀门的开度大小；换热器11呈长方体形状且与冷箱2的封闭端有一定的距离，前后两面呈锯齿状（如图2所示），以利于与冷箱2内的空气进行热交换，换热器11所能承受的压力应该大于相变材料3发生相变时对应的压力；储气罐5用来储存气态相变材料；该气液相变材料3在标准大气压下的相变温度在10℃以下，这样可以比较准确地控制冷箱2内的温度。

设置在冷箱2内的温度传感器6将测得的冷箱2内空气的温度与人为设定的冷箱2内空气的温度值进行比较，当冷箱2内空气的温度高于设定值时，温度传感器6将信号传送给控制阀8，控制阀8开启调节阀门，储液罐4内液态相变材料沿着导液管9流进换热器11中（见图1中实线箭头所示）。由于冷箱2内空气温度高于相变材料3的蒸发温度，相变材料3通过换热器11与冷箱2内空气进行热量交换，吸收冷箱2内空气的热量并发生相变转变为气态，冷箱2内空气温度随之降低。换热器11内液态相变材料不断吸热发生相变，因气态的气液相变材料3密度小而上升，使得换热器11内气态相变材料3的压力不断增大，气态相变材料3会沿着导气管10进入储气罐5内（见图1中虚线箭头所示）。当冷箱2内空气的温度即将达到设定值时，温度传感器6将信号传送给控制阀8，控制阀8调节的阀门开度也逐渐关小，由储液罐4流入换热器11内的液态相变材料3的量随之减少，进入冷箱2内的冷量也减少，如此循环，最终冷箱2内的空气温度达到动态平衡并保持在某个温度范围内。在上述过程中，储气罐5内收集的气态相变材料3可以通过储气罐5上设置的导出管14装入容器中，再把装有气态相变材料3的容器放入在现场检测地点之外的制冷设备（如冰箱）中，使气态相变材料3吸收冷量后发生相变成为液态，后通过储液罐4上设置的导入管13添加到储液罐4中重复使用，这样可以减少在现场中设置体积庞大的制冷设备；同时在导入管13和导出管14上均设置有截止阀15，这样可以方便加入和取出相变材料3。

在利用相变材料3的蓄冷来实现对冷箱2内的空气温度进行控制的过程中，由于本冷箱装置中冷箱2中所选用的气液相变材料3在标准大气压下的相变温度在10℃以下，所以对冷箱2内的空气进行冷却时可以使冷箱2内的空气温度也维持在这个范围内，达到了围护结构传热系数检测时的基本条件，可以在一年中的大部分时间内使用，但是与传统方法所采用的空调制冷或制冷机组制冷相比，由于相变材料3的恒温相变特性（即相变材料在发生相变时温度保持不变），可以使冷箱2内空气温度稳定在某一范围内，从而保证围护结构1内表面温度的稳定性，这样可以确保在对围护结构1的表面传热系数进行检测时得到更加准确的结果。在本发明具体实施方式中，所述气液相变材料3的沸点在10℃以下，因此，冷箱2内温度的设定值应该低于此范围值，从而保证相变材料3能够顺利发生相变。

本领域的技术人员清楚，在实际运用本发明的实施过程中，储液罐4和储气罐5的容积、导液管9和导气管10的管径以及他们的承载压力的大小等相关参数的选取，应当在满足现场检测需要的基础上相互匹配，并保证整个***的安全性（因仅通过有限的常规试验即可确定，故不详述）。 

本发明中，当控制阀门8打开时，储液罐4中的液态相变材料3是在重力作用下流入换热器11内，没有额外的动力辅助，因此，在实际操作过程中，储液罐4放置的高度应该高于整个冷箱2的顶部，这样，由于连通器原理，只要控制阀门8打开，储液罐4内的液态相变材料3就能顺利流入换热器11内。

另外，在实际运用本发明的实施过程中，本发明能够实现的关键是利用气液相变材料3的相变特性来控制冷箱2内的温度，在相变材料3进入换热器11内之前应始终处于液态状态，而测试环境温度通常都高于相变材料3的沸点，因此，为保证相变材料3不提前发生相变，储液罐4和导液管9应进行保温。液态相变材料转变为气态后，需要重新进行冷凝，以便重复使用，而气态的相变材料3的温度往往也低于测试环境的温度，为了节省重新冷凝气态相变材料所需的冷量，对导气管10和储气罐5也要进行保温。

本发明具有如下优点：利用相变材料的恒温相变特性可以保证冷箱内温度的相对稳定，从而提高检测精度；另外，由于相变材料随温度变化及时发生相变，因此，冷箱内可以在短时间内达到所要求的温度，从而缩短了围护结构传热系数的检测时间；利用温度传感器随时监控冷箱内温度，从而调节控制阀的开度，实现了冷箱内温度的自动调节；另外本发明可以利用相变材料的蓄冷简化现场检测时的冷箱装置，使现场检测的操作更加简便。

Claims (5)

1.一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置，其特征在于，该装置包括冷箱（2）、气液相变材料(3)、储液灌(4)、储气罐(5)、温度传感器（6）、风扇（7）、控制阀（8）、导液管（9）、导气管（10）、换热器（11）、保温材料（12）组成；其中换热器（11）内的气液相变材料（3）与冷箱（2）内空气进行热交换，当冷箱（2）内空气温度高于设定值时，温度传感器（6）将信号传送到控制阀（8）并自动调节阀门的开度大小进而调节相变材料（3）的流量，从而控制冷箱（2）内的空气温度；在利用气液相变材料（3）冷却冷箱（2）内空气过程中，储气罐（5）内收集的气态相变材料（3）可以装入容器中，再把装有气态相变材料（3）的容器放入在现场检测地点之外的制冷设备（如冰箱）中，使气态相变材料（3）吸收冷量后发生相变成为液态，后添加到储液罐（4）中重复使用；所述气液相变材料（3）在标准大气压下的相变温度在10℃以下。

2.根据权利要求1所述一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置，其特征在于：所述冷箱（2）的底部安装有风扇（7）。

3.根据权利要求1所述一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置，其特征在于：所述换热器（11）前后两面呈锯齿状。

4.根据权利要求1所述一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置，其特征在于：所述储液罐(4)上设置有导入管(13)，储气罐（5）上设置有导出管（14）。

5.根据权利要求4所述一种建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱装置，其特征在于：所述的导入管(13)和导出管（14）上均设置有截止阀（15）。

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