[发明专利]一种建筑材料表面对流热交换系数的测量系统及方法

权利要求书

1.一种建筑材料表面对流热交换系数的测量系统，其特征在于，所述系统包括保温隔热箱、工业风扇、风速仪、小型自动气象站、热电偶温度传感器、气温传感器、水温传感器和建筑材料试件；

所述保温隔热箱和建筑材料试件构成一个封闭箱体；所述风速仪设置在建筑材料试件外表面上方，用于测定流经建筑材料试件外表面的风速；所述工业风扇用于制造和控制建筑材料试件的环境风速；在所述保温隔热箱内设置水温传感器，用于测量保温隔热箱内水的温度；在所述建筑材料试件内外表面均设置热电偶温度传感器，用于测量建筑材料试件的温度；在外部环境设置气温传感器，用于测量大气温度；热电偶温度传感器、气温传感器、水温传感器与风速仪均连接一个小型自动气象站，用于对测试数据进行实时地采集和存储。

2.根据权利要求1所述的一种建筑材料表面对流热交换系数的测量系统，其特征在于，所述建筑材料试件为板状，其长度和宽度与保温隔热箱上部保温盖相一致，建筑材料试件的厚度视材料特性选取。

3.根据权利要求1所述的一种建筑材料表面对流热交换系数的测量系统，其特征在于，在所述保温隔热箱内安装电热装置，使系统能够进行建筑材料在自然环境下吸热和放热这两类热传递过程的测试；在所述保温隔热箱内安装一个水循环装置，使箱内的水保持缓慢流动形成内循环，确保整个保温隔热箱内水的温度一致。

4.根据权利要求1所述的一种建筑材料表面对流热交换系数的测量系统，其特征在于，在所述保温隔热箱的一侧安装工业风扇，根据建筑材料试件外表面所需的风速，能够对工业风扇的数量以及工业风扇到保温隔热箱的距离进行调整。

5.根据权利要求1所述的一种建筑材料表面对流热交换系数的测量系统，其特征在于，所述风速仪设置在建筑材料试件上表面中心点正上方0.5米高处。

6.一种建筑材料表面对流热交换系数的测量方法，其基于权利要求1-5任意一项所述的建筑材料表面对流热交换系数测量系统，其特征在于，所述方法的具体步骤包括：

(1)通过对系统进行连续测量得到保温隔热箱内水的降温曲线，并采用二次多项式进行函数拟合；

(2)用建筑材料试件取代保温盖，打开保温隔热箱内水循环装置和电热装置，加热水温至试验所需的初始温度，关闭电热装置，保持水循环装置开启，打开工业风扇，持续测量风速、建筑试件温度、保温隔热箱内水温和大气温度，直至保温隔热箱内水温在30分钟内变化不超过0.3℃；

(3)选取测试过程中的某个时间段Δt，根据所选时间段内建筑材料试件温度和保温隔热箱内水温的变化，计算系统的热变化量Q_t；

(4)根据步骤(1)得到的保温隔热箱热损曲线计算所选取时间段内保温隔热箱的热损量，并求取对流热交换系数；

(5)通过在水中加入冰块降低保温隔热箱内水的初始温度，重复上述步骤(1)-(4)但不开启电热装置，测量建筑材料吸热过程中表面对流热交换系数；把测试系统放置在室内无风环境，测量建筑材料吸热和放热过程中的表面稳态对流热交换系数；

(6)对同一次试验取多段数据，分别计算对流热交换系数并取平均值。

7.根据权利要求6所述的一种建筑材料表面对流热交换系数的测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中，热变化量的具体计算方法为：

Q_t＝c_wm_w(T_w1-T_w0)+c_sm_s(T_s1-T_s0)

其中，c_w和c_s分别表示水和建筑材料的比热容；m_w和m_s分别表示水和建筑材料的质量；T_w0和T_w1分别表示所选取时间段内开始和终止时刻水的温度；T_s0和T_s1分别表示所选取时间段内开始和终止时刻整个建筑材料试件的温度。