專利名稱：圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能的主動(dòng)式檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能檢測(cè)的建筑熱工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是針對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
在建筑熱工領(lǐng)域，對(duì)建筑圍護(hù)整體隔熱性能的測(cè)試和評(píng)價(jià)是建筑節(jié)能效果檢測(cè)亟需解決的難題之一。
關(guān)于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能檢測(cè)一般是指兩個(gè)方面的問題，其一是對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件(如墻體、門、窗)的隔熱性能進(jìn)行檢測(cè)，其二是對(duì)建筑中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體隔熱性能進(jìn)行檢測(cè)。
建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的隔熱性能測(cè)試可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。根據(jù)傳熱理論，按照標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法，在穩(wěn)態(tài)的人工環(huán)境下可以獲得準(zhǔn)確的構(gòu)件隔熱性能指標(biāo)(如熱阻)。
對(duì)于實(shí)際建筑，由于無(wú)法提可控的測(cè)試環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室中采用的測(cè)試方法不能應(yīng)用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體隔熱性能測(cè)試。以往經(jīng)常用于建筑能耗的方法都存在著各自的缺陷。例如熱流計(jì)法中熱流傳感器在較小的溫差下會(huì)有很大的誤差，并且還受到貼片位置等不確定因素的干擾；而紅外熱像法僅能夠獲得局部圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面瞬間的溫度分布，并不能獲得實(shí)際的能耗指標(biāo)和隔熱性能指標(biāo)。
另外，由于環(huán)境、建設(shè)和安裝等方面的因素使建筑構(gòu)件在實(shí)際使用中的條件與實(shí)驗(yàn)室中有很大的不同，因此根據(jù)每個(gè)構(gòu)件的隔熱性能推算出來(lái)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體隔熱性能指標(biāo)與實(shí)際情況往往有很大的差距。
目前還沒有公認(rèn)的成熟方法能夠用于實(shí)際建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能檢測(cè)的方法和裝置或系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種在室內(nèi)有可調(diào)功率的熱源的情況下，根據(jù)室內(nèi)溫度變化率和熱源功率時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)性檢測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能的主動(dòng)式檢測(cè)方法。
技術(shù)方案用功率變化的熱源對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱，用溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集處理裝置獲得一段時(shí)間內(nèi)室內(nèi)溫度的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論計(jì)算出室內(nèi)溫度變化率與變化的熱源功率的相關(guān)系數(shù)，用相關(guān)系數(shù)的數(shù)值來(lái)表征圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能。
本項(xiàng)發(fā)明的理論依據(jù)是傳熱學(xué)理論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)理論。根據(jù)傳熱學(xué)理論可知，在排除了室內(nèi)外干擾的條件下，室內(nèi)的溫度變化率時(shí)間序列與變化的加熱功率之間的相關(guān)性僅與圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的隔熱性能有關(guān)。理論上存在兩種極限的情況。如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)是完全隔熱的，即熱阻為無(wú)限大，則室內(nèi)溫度變化率僅與加熱功率有關(guān)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，可計(jì)算出二者的相關(guān)系數(shù)為1；而如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)是完全不隔熱的，即熱阻為0，則室內(nèi)溫度將完全不受加熱功率控制，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，可計(jì)算出二者的相關(guān)系數(shù)為0。因?yàn)閷?shí)際建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能一定介于兩者之間，所以室內(nèi)溫度變化率與變化的熱源功率的相關(guān)系數(shù)值恰好表征了它的整體隔熱性能。
本發(fā)明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能的主動(dòng)式檢測(cè)方法是采用室內(nèi)溫度變化率與室內(nèi)熱源功率時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)性的方法來(lái)檢測(cè)和評(píng)價(jià)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能，具體的方法為1.)在室內(nèi)安裝1臺(tái)可程控的加熱源，與數(shù)據(jù)采集和處理控制器相連接，并使其能按照給定的功率變化規(guī)律進(jìn)行工作；2.)分別將若干個(gè)測(cè)量室內(nèi)溫度的室內(nèi)溫度傳感器和測(cè)量室外溫度的室外溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集和處理控制器相連接，3.)由鍵盤選定熱源控制規(guī)律，輸入采樣間隔、總采樣時(shí)間和啟動(dòng)指令，4.)由數(shù)據(jù)采集和處理控制器(3)內(nèi)置的室內(nèi)溫度變化率與熱源功率相關(guān)系數(shù)的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，求出相關(guān)系數(shù)ρt′,P=Cov(t′,P)/D(t′)D(P).]]>其中，D(t′)為溫度變化率的方差，D(P)為功率的方差，Cov(t′，P)為D(t′)與D(P)二者的協(xié)方差，該相關(guān)系數(shù)介于0與1之間，其數(shù)值就表征了圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的隔熱性能。
具體方法如下假設(shè)在某個(gè)測(cè)試周期內(nèi)測(cè)得的室內(nèi)溫度的時(shí)間序列為{t1，t2，…，tn}，熱源功率的時(shí)間序列為{P1，P2，…，Pn}，則可用差分法計(jì)算出溫度的變化率的時(shí)間序列為{t1′，t2′，…，}ti′＝(ti′-ti-1′)/Δτ，溫度變化率和功率的平均值分別為E(t′)=Σi=1nti′/n]]>和E(P)=Σi=1nPi/n,]]>方差分別為D(t′)=Σi=1n[ti′-E(t′)]2/n]]>和D(P)=Σi=1n[Pi-E(P)]2/n,]]>二者的協(xié)方差為Cov(t′,P)=Σi=1n[ti′-E(t′)][Pi-E(P)]/n,]]>相關(guān)系數(shù)ρt′,P=Cov(t′,P)/D(t′)D(P),]]>該相關(guān)系數(shù)介于0與1之間，其數(shù)值就表征了圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的隔熱性能。
其工作過程為將加熱功率可調(diào)的程控?zé)嵩?置于室內(nèi)，至少一個(gè)溫度傳感器1置于室外通風(fēng)陰涼處或百葉箱中，至少一個(gè)溫度傳感2置于被測(cè)房間內(nèi)，將溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集處理控制器3連接，通過鍵盤4設(shè)定加熱功率的幅值、和變化頻率、溫度傳感器的采樣時(shí)間間隔、總采樣時(shí)間并發(fā)出啟動(dòng)測(cè)試指令，數(shù)據(jù)采集處理控制器3開始按照設(shè)定值控制加熱電源工作，按照采樣間隔記錄來(lái)自于溫度傳感器1和溫度傳感器2上的溫度數(shù)據(jù)，并在顯示屏5顯示得到的數(shù)據(jù)。當(dāng)采樣時(shí)間超過總采樣時(shí)間后數(shù)據(jù)采集處理器停止采樣，按照相關(guān)系數(shù)的算法計(jì)算出所測(cè)得的室內(nèi)溫度傳感器上的溫度變化率與加熱功率之間的相關(guān)系數(shù)并在顯示器5上顯示結(jié)果。
本項(xiàng)發(fā)明可用于建筑節(jié)能效果的檢測(cè)和評(píng)價(jià)以及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱動(dòng)態(tài)特性的分析等。
有益效果根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明提出的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能的檢測(cè)方法理論可靠、算法簡(jiǎn)單，測(cè)試結(jié)果能直觀反映建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體隔熱性能；裝置制造成本低廉，所采用硬件均屬于市場(chǎng)上常見的器件，極易獲得。
根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明提出的方法和裝置完全實(shí)現(xiàn)了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗檢測(cè)的自動(dòng)化，在熱源、傳感器安裝和裝置參數(shù)設(shè)定后就無(wú)需人工干預(yù)。
根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明提出的方法所制造的測(cè)試裝置具有數(shù)據(jù)量小、占用資源少、算法簡(jiǎn)單、計(jì)算快捷的優(yōu)點(diǎn)，極便于制成實(shí)現(xiàn)小型化、微型化的便攜式儀器。
根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明提出的方法所制造的測(cè)試裝置，可以在擴(kuò)充了總線通信功能后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分布式系統(tǒng)，可以用于同時(shí)檢測(cè)多個(gè)房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能；在擴(kuò)充了網(wǎng)絡(luò)通訊功能后還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化分布式檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
以上的圖中有置于室內(nèi)的功率可調(diào)節(jié)的加熱器0，室外溫度傳感器1、室內(nèi)溫度傳感器2、數(shù)據(jù)采集和處理控制器3、鍵盤4、顯示屏5、打印機(jī)6、墻體7。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能的主動(dòng)式檢測(cè)方法是采用室內(nèi)溫度變化率與室內(nèi)熱源功率時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)性的方法來(lái)檢測(cè)和評(píng)價(jià)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能，具體的方法為1.)在室內(nèi)安裝1臺(tái)可程控的加熱源0，與數(shù)據(jù)采集和處理控制器相連接，并使其能按照給定的功率變化規(guī)律進(jìn)行工作；2.)分別將若干個(gè)測(cè)量室內(nèi)溫度的室內(nèi)溫度傳感器1和測(cè)量室外溫度的室外溫度傳感器2與數(shù)據(jù)采集和處理控制器3相連接，3.)由鍵盤4選定熱源控制規(guī)律，輸入采樣間隔、總采樣時(shí)間和啟動(dòng)指令，4.)由數(shù)據(jù)采集和處理控制器(3)內(nèi)置的室內(nèi)溫度變化率與熱源功率相關(guān)系數(shù)的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，求出相關(guān)系數(shù)ρt′,P=Cov(t′,P)/D(t′)D(P),]]>其中，D(t′)為溫度變化率的方差，D(P)為功率的方差，Cov(t′，P)為D(t′)與D(P)二者的協(xié)方差，該相關(guān)系數(shù)介于0與1之間，其數(shù)值就表征了圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的隔熱性能。
具體方法如下假設(shè)在某個(gè)測(cè)試周期內(nèi)測(cè)得的室內(nèi)溫度的時(shí)間序列為{t1，t2，…，tn}，熱源功率的時(shí)間序列為{P1，P2，…，Pn}，則可用差分法計(jì)算出溫度的變化率的時(shí)間序列為{t1′，t2′，…，tn′}，ti′＝(ti′-ti-1′)/Δτ，溫度變化率和功率的平均值分別為E(t′)=Σi=1nti′/n]]>和E(P)=Σi=1nPi/n,]]>方差分別為D(t′)=Σi=1n[ti′-E(t′)]2/n]]>和D(P)=Σi=1n[Pi-E(P)]2/n,]]>二者的協(xié)方差為Cov(t′,P)=Σi=1n[ti′-E(t′)][Pi-E(P)]/n,]]>相關(guān)系數(shù)ρt′,P=Cov(t′,P)/D(t′)D(P),]]>該相關(guān)系數(shù)介于0與1之間，其數(shù)值就表征了圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的隔熱性能。
典型的實(shí)施方案之一如圖1所示。用變頻器(如北京大恒的DG-55K)驅(qū)動(dòng)的電加熱器0(可用電暖風(fēng)機(jī))加熱室內(nèi)空氣，用數(shù)字式半導(dǎo)體感溫芯片1，2(如Dallas公司的DS18B20)作為溫度傳感器分別安裝在室外和室內(nèi)，采用基于單片計(jì)算機(jī)3(如Intel公司的8051系列，Microchip公司的PIC16F877)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集與處理控制系統(tǒng)控制變頻器驅(qū)動(dòng)的電加熱器0的輸出頻率來(lái)調(diào)節(jié)功率，與數(shù)字式半導(dǎo)體感溫芯片1，2通信，通過鍵盤4設(shè)定加熱功率的幅值、和變化頻率、采樣間隔和總采樣時(shí)間和發(fā)出指令，連續(xù)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，測(cè)試周期結(jié)束時(shí)在單片機(jī)3內(nèi)計(jì)算出相關(guān)系數(shù)，通過液晶顯示器5(如12864漢字液晶模塊)顯示出來(lái)亦可通過微型打印機(jī)6打印出來(lái)。本方案特別適用于制造檢測(cè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能的便攜式設(shè)備。
典型的實(shí)施方案之二如圖1所示。用可控硅調(diào)壓器(如杭州西子固態(tài)繼電器公司的STY-380D120F)驅(qū)動(dòng)的電加熱器0(可用電阻式加熱器)加熱室內(nèi)空氣，用數(shù)字式半導(dǎo)體感溫芯片1，2(如Dallas公司的DS18B20)作為溫度傳感器分別安裝在室外和室內(nèi)，采用基于數(shù)字信號(hào)處理器3(DSP，如Microchip公司的dsPIC30F6014)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集與處理控制系統(tǒng)控制可控硅調(diào)壓器驅(qū)動(dòng)的電加熱器0的輸出功率，與數(shù)字式半導(dǎo)體感溫芯片1，2通信，通過鍵盤4設(shè)定加熱功率的幅值、和變化頻率、采樣間隔和總采樣時(shí)間和發(fā)出指令，連續(xù)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，測(cè)試周期結(jié)束時(shí)在DSP 3內(nèi)計(jì)算出相關(guān)系數(shù)，通過液晶顯示器5(如12864漢字液晶模塊)顯示出來(lái)亦可通過微型打印機(jī)6打印出來(lái)。本方案特別適用于制造檢測(cè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能的便攜式設(shè)備。
典型的實(shí)施方案之三如圖1所示。用變頻器(如北京大恒的DG-55K)驅(qū)動(dòng)的電加熱器0(可用電暖風(fēng)機(jī))加熱室內(nèi)空氣，用熱敏電阻1，2作為溫度傳感器分別安裝在室內(nèi)和室外，采用基于單片計(jì)算機(jī)3(Microchip公司的PIC16F877，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換功能)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集與處理控制系統(tǒng)控制變頻器驅(qū)動(dòng)的電加熱器0的輸出頻率來(lái)調(diào)節(jié)功率，采集熱敏電阻1，2上的電壓信號(hào)并轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)，通過鍵盤4設(shè)定加熱功率的幅值、和變化頻率、采樣間隔和總采樣時(shí)間和發(fā)出指令，連續(xù)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，測(cè)試周期結(jié)束時(shí)在單片機(jī)3內(nèi)計(jì)算出相關(guān)系數(shù)，通過液晶顯示器5(如12864漢字液晶模塊)顯示出來(lái)亦可通過微型打印機(jī)6打印出來(lái)。本方案特別適用于制造檢測(cè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能的廉價(jià)便攜式設(shè)備。
典型的實(shí)施方案之四如圖1所示。用可控硅調(diào)壓器(如杭州西子固態(tài)繼電器公司的STY-380D120F)驅(qū)動(dòng)的電加熱器0(可用電阻式加熱器)加熱室內(nèi)空氣，用熱敏電阻1，2作為溫度傳感器分別安裝在室內(nèi)和室外，采用基于數(shù)字信號(hào)處理器3(DSP，如Microchip公司的dsPIC30F6014)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集與處理控制系統(tǒng)控制可控硅調(diào)壓器驅(qū)動(dòng)的電加熱器0的輸出功率，采集熱敏電阻1，2上的電壓信號(hào)并轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)，通過鍵盤4設(shè)定加熱功率的幅值、和變化頻率、采樣間隔和總采樣時(shí)間和發(fā)出指令，連續(xù)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，測(cè)試周期結(jié)束時(shí)在DSP 3內(nèi)計(jì)算出相關(guān)系數(shù)，通過液晶顯示器5(如12864漢字液晶模塊)顯示出來(lái)亦可通過微型打印機(jī)6打印出來(lái)。本方案特別適用于制造檢測(cè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能的廉價(jià)便攜式設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能的主動(dòng)式檢測(cè)方法，其特征在于采用室內(nèi)溫度變化率與室內(nèi)可調(diào)熱源功率時(shí)間序列關(guān)聯(lián)性的方法來(lái)檢測(cè)和評(píng)價(jià)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能，具體的方法為1.)在室內(nèi)安裝1臺(tái)可程控的加熱源(0)，與數(shù)據(jù)采集和處理控制器相連接，并使其能按照給定的功率變化規(guī)律進(jìn)行工作；2.)分別將若干個(gè)測(cè)量室內(nèi)溫度的室內(nèi)溫度傳感器(1)和測(cè)量室外溫度的室外溫度傳感器(2)與數(shù)據(jù)采集和處理控制器(3)相連接，3.)由鍵盤(4)向數(shù)據(jù)采集和處理控制器(3)輸入選定熱源控制規(guī)律，輸入采樣間隔、總采樣時(shí)間和啟動(dòng)指令，4.)由數(shù)據(jù)采集和處理控制器(3)內(nèi)置的室內(nèi)溫度變化率與熱源功率相關(guān)系數(shù)的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，求出相關(guān)系數(shù)ρt′,P=Cov(t′,P)/D(t′)D(P),]]>其中，D(t′)為溫度變化率的方差，D(P)為功率的方差，Cov(t′，P)為D(t′)與D(P)二者的協(xié)方差，該相關(guān)系數(shù)介于0與1之間，其數(shù)值就表征了圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的隔熱性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能的主動(dòng)式檢測(cè)方法，其特征在于相關(guān)系數(shù)的確定方法如下假設(shè)在某個(gè)測(cè)試周期內(nèi)測(cè)得的室內(nèi)溫度的時(shí)間序列為{t1，t2，…，tn}，熱源功率的時(shí)間序列為{P1，P2，…，Pn}，則用差分法計(jì)算出溫度的變化率的時(shí)間序列為{t1′，t2′，…，tn′}，ti′＝(ti′-ti-1′)/Δτ，溫度變化率和功率的平均值分別為E(t′)=Σi=1nti′/n]]>和E(P)=Σi=1nPi/n,]]>方差分別為D(t′)=Σi=1n[ti′-E(t′)]2/n]]>和D(P)=Σi=1n[Pi-E(P)]2/n,]]>D(t′)與D(P)二者的協(xié)方差為Cov(t′,P)=Σi=1n[ti′-E(t′)][Pi-E(P)]/n,]]>相關(guān)系數(shù)ρt′,P=Cov(t′,P)/D(t′)D(P),]]>該相關(guān)系數(shù)介于0與1之間，其數(shù)值就表征了圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的隔熱性能。
全文摘要
圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能的主動(dòng)式檢測(cè)方法是一種針對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體隔熱性能檢測(cè)的方法和裝置，具體的方法為1.)在室內(nèi)安裝1臺(tái)可程控的加熱源0，與數(shù)據(jù)采集和處理控制器相連接，并使其能按照給定的功率變化規(guī)律進(jìn)行工作；2.)分別將若干個(gè)測(cè)量室內(nèi)溫度的室內(nèi)溫度傳感器1和測(cè)量室外溫度的室外溫度傳感器2與數(shù)據(jù)采集和處理控制器3相連接，3.)由鍵盤4選定熱源控制規(guī)律，輸入采樣間隔、總采樣時(shí)間和啟動(dòng)指令，4.)由數(shù)據(jù)采集和處理控制器3內(nèi)置的室內(nèi)溫度變化率和熱源功率相關(guān)系數(shù)的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，所得的相關(guān)系數(shù)介于0與1之間，其數(shù)值就表征了圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的隔熱性能。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101078698SQ200710024649
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者張輝, 陳岳天, 沈來(lái)宏, 肖兵, 沈慰峰 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 中國(guó)人民解放軍南京軍區(qū)南京總醫(yī)院