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自制热电堆型热流仪在节能效果评价中的应用

更新时间:2016-07-05

近年来,全球能源危机快速加剧,各国节能减排工作压力剧增。2012年8月,国务院印发《节能减排“十二五”规划》。数据显示,我国目前能源利用效率总体偏低,实现节能减排目标面临的形势十分严峻。我国国内生产总值约占世界的8.6%,但能源消耗占世界的19.3%,单位国内生产总值能耗仍是世界平均水平的2倍以上。在我国,建筑能耗占社会总能耗的27.5%。建设部资料显示,我国既有建筑约400亿平方米,95%以上是高能耗建筑,每年新增建筑约20亿平方米,其中80%以上为高能耗建筑。我国新建建筑已经基本实现按节能标准设计,比例高达95.7%,但施工阶段执行节能设计标准的比例仅为53.8%。

节能效率评价工作分为设计审查、现场实测、验收三个阶段[1]。部分开发商未严格按照设计方案施工,致使建筑的实际节能水平低下。建筑节能材料品种繁多,鱼龙混杂,按照统一的流程和仪器到现场实地测试以评价其性能已是大势所趋。目前,全国建筑节能测试执行JGJ132—2010《采暖居住建筑节能效率测试标准》,标准中的部分环节过于繁琐,所用仪器昂贵无法普及,因此这项工作的实际效果大打折扣。要评价材料的节能效果,最主要就是要掌握实际热流损失情况。长期以来,科技工作者往往单纯地根据材料的导热系数来判断保温性能。随着现代科学技术的发展,热流损失检测理论和技术引起了越来越多的关注,热流传感器和测量仪的研制工作也越来越被重视。

为了提高保温节能材料和建筑实际节能效果的评价水平,必须具有一套价格低精度高的设备和一套运行成本低廉的现场检测程序。基于一维平面传热基本原理,使用XKD-1型自制热流测量仪[3]对建筑保温材料的节能效果、办公室散热情况、人体表面散热速度进行现场测试,进行了系统的误差分析,希望能够为科技工作者的热工现场节能检测工作提供一定的参考。

1 建筑保温材料的节能效果测试

1.1 测试条件

测试对象:西南科技大学西3附楼,结构完全对称的两间样板房(如图1)。房间A(左)为膨胀蛭石保温节能材料墙面,房间B(右)为普通石灰砂浆墙面。

专业设置伊始,学校斥资1400多万元,建造了建筑面积为8000多平方米校内模拟星级酒店。拥有酒店前台、大堂、75座西餐厅、55座咖啡吧、西饼烘焙房、演示厨房、调酒教室、商务中心、可容纳300人的会议厅和83间客房,配备数字化酒店信息管理系统(PMS)、销售系统(POS)等软件,用于专业实验课教学和综合实训。学院在推进教育教学改革过程中,根据应用型人才培养路径,大胆改革创新校内实验教学,构建四年不断线的实践教学体系。

图1 样板房

图2 测试现场

环境温度:室外温度3 ℃,室内空调设置为25 ℃[2]。室内外温差大于20 ℃,符合住房和城乡建设部发布的JGJ/T 177—2009《公共建筑节能检测标准》对于测试条件的要求。

一旦自动制动手柄放置在此位置,列车管迅速减压到零,均衡风缸以常用制动速率减压到零,16CP模块响应列车管减压变化,迅速给作用管(16#管)充风到最大允许压力,BCCP模块响应作用管压力增加,给机车制动缸充风产生紧急制动作用;同时车辆副风缸给车辆制动缸充风,车辆制动机制动。

材料和仪器:RG-ICFN-200G-B1型酷冷至尊导热硅脂,自制热电堆型热流测量仪(型号XKD-1,传感器系数为48.44 W/(m2·mV),分辨力为0.05 W/m2,测量准确度为3.0%)。

1.2 测试步骤与方案

由热流密度测试数据对比可知,使用了某种膨胀蛭石保温节能材料后,比使用普通石灰砂浆具有非常明显的节能效果。

实验步骤:(1)紧闭门窗,将室内立式空调温度均调为25 ℃,2个小时后,室内温度达到稳定;(2)在传感器与墙面之间涂导热硅脂,选择远离门窗的平整墙面安装热流传感器;(3)分别测量两个样板房四面墙体的热流密度,采样周期为0.5 s。

1.3 结果与讨论

我们再对故意无视维度(Q13~Q15)和默认补偿维度(Q16~Q18)分别进行因子分析,其KMO值和Bartlett的球形度检验Sig.值分别为0.635和0.000,0.643和0.000,说明这两个维度在一定程度上能够分别作为因子来反映旅游者的故意无视与默认补偿行为(如表2所示)。

高等教育要符合大学生的身心发展和教育自身的规律。构建科学的渐进式专业认知教育体系需要吸取系统论、协同论、人的全面发展理论知识,全面充分的认识大学生的成长成才教育规律。

图3 墙体A1热流密度与时间曲线

图4 墙体B1热流密度与时间曲线

图3、图4分别为墙体A1、B1热流密度与时间曲线,由图可知,随着空调的变频周期,热流密度成周期性变化。在热流密度达到规律性变化后,采取计算3个周期内平均值的方法对热流数据进行计算,作为被测墙体的热流密度实验值。对比墙体A1、B1发现,q(A1)=25.38 W/m2q(B1)=27.37 W/m2,粉刷保温材料的房间热流损失更慢,比普通墙面节能7.27%。

图5 墙体A2热流密度与时间曲线

图6 墙体B2热流密度与时间曲线

图5、图6分别为墙体A2、B2热流密度与时间曲线,算得q(A2)=19.47 W/m2q(B2)=20.64 W/m2,保温材料墙面比普通墙面节能5.67%。

图7 墙体A3热流密度与时间曲线

图8 墙体B3热流密度与时间曲线

图7、图8分别为墙体A3、B3热流密度与时间曲线,算得q(A3)=18.31 W/m2q(B3)=20.73 W/m2,保温材料墙面比普通墙面节能11.67%。

图9 墙体A4热流密度与时间曲线

图9、图10分别为墙体A4、B4热流密度与时间曲线,算得q(A4)=19.72 W/m2q(B4)=21.75 W/m2,保温材料墙面比普通墙面节能9.33%。

图10 墙体B4热流密度与时间曲线

利用自制热流测量仪对建筑热工现场进行测试,对使用了某种膨胀蛭石保温节能材料的A房间和使用普通石灰砂浆的B房间进行墙体热流损失的对比测试实验[4]

2 办公室散热情况测试

2.1 实验内容

西南科技大学西3204,面积约15 m2,室内14 ℃、室外10 ℃,门窗紧闭,实验前4小时内室内人数2人,无取暖设施。研究室内向室外热流损失情况。

2.2 结果与讨论

热流传感器实验前放置在室内,其初始温度与空气温度相同。图11为实测室内散热情况曲线图,反应了从传感器接触室内墙体到热流达到稳定的过程[5]。由图可知,传感器刚接触墙体时热流密度为197.06 W/m2,这是因为墙体温度低于室内空气温度,传感器刚接触时,传感器两侧温差很大[6],故而此时热流密度非常大。热流稳定后,热流密度为3.90 W/m2。另外由图可知,热流达到稳定的时间大约为200 s。

图11 室内(无空调)散热情况

3 人体散热速度测试

3.1 实验内容

实验条件同3.1。研究室内人体腹部向外散热情况,测试对象为笔者。

3.2 结果与讨论

中国测试技术研究院出具的《关于XKD-1型热流测量仪的测试报告》显示,该热流传感器测量分辨力为0.05 W/m2,测量范围为0.05~9 999.00 W/m2,传感器系数为48.44 W/(m2·mV),相对测量准确度为1.0%,标定仪器系统误差为2.0%,因此自制热流测量仪的综合仪器误差为3.0%。

图12 人体腹部散热速度测试

4 测试误差分析

4.1 热流测量仪的系统误差

对人体腹部散热速度进行测试,热流传感器用透明胶带粘贴于腹部,被测人腹部露于空气中,处于平静端坐状态[7]。选取粘贴后20 s以后热流变化相对稳定后的数据成图,如图12。由图可知,曲线不如测试墙体的曲线平滑,是因为腹部随着人的呼吸,会有起伏,并且人不能完全处于静止状态。40 s以后,热流密度基本达到稳定,计算从40~120 s的热流密度平均值,算得人体腹部向外损失的热流密度约85 W/m2。维普查询1989~2015年所有期刊,以人体、热流密度为题名或关键词查询所有文献,未见任何相关报道,此热流测量仪的相关研究可为生物研究提供一种新的手段。

4.2 传感器热阻引起的误差

本实验采用贴壁式热流计法测量热流密度,传感器为70 mm×70 mm正方形,热电堆厚度为1 mm,综合导热系数为0.0817 W/m·K,虽然传感器的面积远远大于其厚度,基本可以满足一维平面传热模型,但由于其导热系数与一般墙体处于同一个数量级,所以传感器的介入仍会对使热流产生一定程度的畸变,当然由于普通墙面一般为240 mm左右,远远大于其厚度,因此此项误差影响不会太大。当厚度不大于1 mm时,相对误差不大于2%,可满足绝大部分的使用要求。若对测试精度有更高的要求,可以采用与标定传感器系数的方法,在传感器周围加装同种材料的保护框,当保护框的面积达到300×300 mm以上时,此项误差可以忽略不计[8]

4.3 传感器与墙体的接触状态引起的误差

测量时,传感器与被测面的接触状态对测量结果有很大的影响,因为被测面的表面情况千差万异,传感器在接触热面时,如果中间有空气,因空气的热阻远大于一般材料,会使测试产生较大的误差。通过实验发现,操作不当时,此项误差能达到20%以上。这就要求无论在标定和现场测试过程中,都要严格地在传感器和被测面之间涂上导热硅脂[9],使传感器与被测面之间几乎没有间隙,使两个面融为一体,才能得到客观准确的测量结果。

在互联网科技迅猛发展的今天,我们应该秉持开放的心态对待调查方法。要深入学习并掌握抽样问卷调查技术,同时不要忽略质化研究方法。要关注大数据,充分利用网络平台开展调查。

4.4 传感器响应时间引起的误差

当热流变化到达传感器时,从测量系统反应出的热流密度值会有变化[10],目前诸多学者误认为传感器的响应时间就是从热流到达传感器到测量值反馈出变化的时间,实际并非如此,测量系统测出的热流密度是根据传感器冷热面温差换算得到的,热流变化到达传感器时,传感器的其中一面温度立即会有变化,此时的热流测量结果反映的并非实际通过传感器的热流密度,必须要等热流基本达到稳定后的测量值才是真正的热流密度。简明地说,热流传感器的响应时间就是传感器一面有温度变化到另一面随之产生温度变化的时间,作者对自制热流传感器的响应时间做了测试,大约为5 s左右。考虑到实际热流密度值很少有非常稳定的状态,实际测量时取热流基本稳定后一段时间内的平均值能够最大程度地减小此项误差。

为什么把“所看”与“看”联系在一起的“太阳”是“善的理念”呢?如何理解“善的理念”?一方面,要避免从现代人习以为常的道德、伦理、价值等方面来理解“善”,另一方面,关于“理念”,则要避免现代哲学中“主观表象”意义上的理解。如果把这两方面的理解结合起来,对“善的理念”的理解就往往倾向于在其中去寻找某种现成的“价值”,以及对于这种价值的“理念”。这样的理解错失了柏拉图idea tou agathon的源始本质,作为联系“被看”与“看”的源初统一者,善的理念自身不可能通过一种割裂中的拼接得到恰当的理解。

5 结 论

(1)自制热流测量仪在各种热工现场的测试实例,给建筑材料性能的评价、节能检测、生物研究等诸多领域提供了一种新的研究手段;

样板房的墙体相对应地编号为A1、A2、A3、A4,B1、B2、B3、B4。

所有数据采用SPSS 24.0统计软件进行处理,所有检验均为双侧检验,P<0.05表示差异有统计学意义。计量资料采用(±s)进行统计描述,两组间比较采用独立样本t检验,方差不齐,采用t'检验,多组间比较采用单因素方差分析(F检验)。计数资料采用率和频数进行统计描述,率的比较采用χ2检验。尿酸与血压、血糖等指标的相关分析采用简单相关分析,因各指标之间也相互关联,为排除各因素之间的影响,故将尿酸与各指标在简单相关分析后再控制其他因素进行偏相关分析,如尿酸和身体质量指数进行偏相关分析时,控制因素为收缩压、舒张压、空腹血糖、甘油三酯、总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇,依此类推。

(3)热流测试误差主要来源于热流测量仪的系统误差、传感器热阻、传感器与墙体的接触状态以及传感器响应时间引起的误差。

参考文献

A study of Kestenbaum[52],conducted among patients with CRF,showed that the presence of phosphorus in the blood serum exceeding 3.5 mg/dL (1.13 mmol/L) was associated with a signi ficant increase of mortality risk,and for each increase of 1 mg/dL raised the risk of death by 18%.

[1] 田斌守,杨永恒,孟渊,等.应用热流计现场检测建筑物传热系数[J].新型建筑材料,2004(8):59-61.

[2] 吴玉杰,赵志愿,李玉娜.热流计法在建筑节能现场检测中的应用[J].建筑节能,2008,36(205):73-75.

[3] 罗浩,彭同江.一种多级式热电堆型微量热流传感器的设计与制备[J].西南科技大学学报,2014(1):55-59.

(2)自制热流测量仪在各种热工现场的成功测试,证明了该仪器是一款使用方便,准确可靠的热流测量仪;

易象之“象”是象征性的形象,它既具有形上性、神秘性又具有直观性。意象涵义是“意”与“象”两者的结合,这里的“象”是一种象征性的形象,是直观的;“意”是作者之意,它蕴含着作者的某些感悟,是较为模糊、抽象、幽隐的。由这些特征看来,意象与易象是不是存在着某种特殊的联系?正如大部分学者所认为,易象是意象范畴之源。笔者将从意象范畴的形成过程及其特征这两方面来讨论它与易象之间的关系。

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[8] 彭昌海.关于建筑节能现场测试的几点思考[J].暖通空调,2005,35(3):51-53.

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(32)疏叶叶苔 Jungermannia sparsofolia C.Gao&J.Sun,Bull.

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罗浩,向泽英,赵福海
《大学物理实验》 2018年第02期
《大学物理实验》2018年第02期文献

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