GB10296-88絕熱層穩(wěn)態(tài)熱傳遞特性的測定圓管法.pdf

七、 建筑用保溫隔熱材料6 4 5附加說明:本標(biāo)準(zhǔn)由國家建筑材料工業(yè)局提出。本標(biāo)準(zhǔn)由河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)起草。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人曹聲韶, 陳愛珠。1 0 . 絕熱層穩(wěn)態(tài)熱傳遞特性的測定圓管法 G B 1 0 2 9 6 -8 8 本標(biāo)準(zhǔn)參照采用國際標(biāo)準(zhǔn)I S O / D I S 8 4 9 7 -1 9 8 6 熱絕緣 穩(wěn)態(tài)熱傳遞特性的測定管絕熱層裝置 。1 主題內(nèi)容與適用范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了圓管法測定絕熱層穩(wěn)態(tài)熱傳遞特性的適用范圍、 術(shù)語及測定裝置、 試樣、步驟和結(jié)果計(jì)算。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于通常高于周圍環(huán)境溫度的圓管絕熱層( 包括縱、 橫接縫、 防潮層及覆皮等)穩(wěn)態(tài)熱傳遞特性的測定。2 引用標(biāo)準(zhǔn)G B 4 1 3 2 絕熱材料名詞術(shù)語G B 1 0 2 9 4 絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的 測定 防護(hù)熱板法3 術(shù)語、 定義與符號(hào)3 . 1 本標(biāo)準(zhǔn)下列術(shù)語定義引自G B 4 1 3 2 03 . 1 . 1 熱流量 Q( W) o3 . 1 . 2 線熱流密度q L ( W/ m ) o3 . 1 . 3 熱流密 度q ( W/ m 2 ) o3 . 2 本標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)符號(hào)規(guī)定如下:3 . 2 . 1 計(jì)量段長度( 軸線方向) L ( m ) o3 . 2 . 2 指定面的面積A( m 2 ) o3 . 2 . 3 管子表面溫度 T o ( K ) o3 . 2 . 4 絕熱層外表面溫度 T 2 ( K ) e3 . 2 . 5 圓管的外徑d o ( m ) o3 . 2 . 6 圓 形絕熱層的 外徑d 2 ( m ) o3 . 3 本標(biāo)準(zhǔn)中其他術(shù)語的定義規(guī)定如下:3 . 3 . 1 線傳熱率 T r L W/ ( m- K ) 在穩(wěn)態(tài)條件下， 線熱流密度除以 管子表面和環(huán)境氣體的溫度差。TrL = 丁 qLT rL = T o - T a一 撰。( 1 )式中 T 環(huán)境氣體溫度( K ) o3 . 3 . 2 線熱阻R L ( m- K / W)6 4 6第一部分主要建筑材料的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)在穩(wěn)態(tài)條件下， 管子表面和絕熱層外表面之間的溫度差除以線熱流密度。RL_T 一T 2 4L( 2 )3 . 3 . 3 線熱導(dǎo)率 C L L W/ ( m K) J 從管表面到絕熱層外表面的線熱阻的倒數(shù)。 C L表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h 2 W/ ( m 2 K ) l Q/ L丁 。 一T 2( 3 )3. 3. 4 穩(wěn)態(tài)條件下， 絕熱層外表面的熱流密度除以外表面和環(huán)境氣體之間的溫差。圓管狀絕熱層的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為: h 2 = crd 2 L ( T 2 - T . )表觀導(dǎo) 熱系 數(shù), W/ ( m K ) ( 4 )3. 3. 5在穩(wěn)態(tài)條件下， 對(duì)于圓管狀絕熱層， 本標(biāo)準(zhǔn)定義其表觀導(dǎo)熱系數(shù)( 以下簡稱“ 導(dǎo)熱系數(shù)” 腸_式中 A , 圓 管 絕 熱 層導(dǎo) 熱系 數(shù); I 二自 然對(duì)數(shù)。3 . 3 . 6 熱阻系數(shù)r ( m K / W)Ql n ( d 2 / d n )2 n L ( T 一T 2 )( 5 )一1x p( 6 )3 . 3 . 7 面熱阻R( 郝 K / W)在穩(wěn)態(tài)條件下， 管表面和絕熱層外表面之間的溫度差除以熱流密度。R =T o 一T 2Q乙 A( 7 )式中 A 指定表面( 通常是測試管表面， 有時(shí)是絕熱層外表面或選定的其他表面) 的面積。3 . 3 . 8 面熱導(dǎo)率C W/ ( 澎 K ) c = 1 找( 8 )4 方法提要 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用圓管防護(hù)端頭型測定裝置( 如圖1 ) 。在計(jì)量段兩端頭處， 依靠用隔縫分開個(gè)別加熱的防護(hù)段使其軸向熱流減到最小。其他類型的測定裝置如經(jīng)證明其測定結(jié)果與本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裝置測得的結(jié)果的偏差在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)， 可以使用; 偏差超過本標(biāo)準(zhǔn)允許范圍時(shí)， 以本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為準(zhǔn)。但附有高軸向熱導(dǎo)元件( 如金屬外殼) 的 試件， 必須用本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的防護(hù)端頭型裝置測定。 測定裝置由被分段加熱的測定管和控制、 測量測定管各段溫度、 試件外表面溫度、 環(huán)境氣體溫度及耗于計(jì)量段加熱功率的儀器等組成。七、 建筑用保溫隔熱材料6 4 7A- A匕A 圖 1 防護(hù)端頭型裝置圖1 -測定管右防護(hù)段; 2 -測定管計(jì)量段; 3 -測定管左防護(hù)段; 4 一加熱管左防護(hù)段; 5 一跨過加熱管隔縫的控制熱偶: 6 -防護(hù)端測量熱偶; 7 一跨過測定管隔縫的控制熱偶; 8 -側(cè)定管 計(jì)量段測量熱偶之一 本標(biāo)準(zhǔn)允許測定管在試件或測定管材料的最高使用溫度下運(yùn)行。測定溫度的下限受試件外表溫度和為達(dá)到特定的測量精度所需溫差的約束。通常測定裝置是在1 5 - 3 5 仔細(xì)控制的靜止空氣中 運(yùn)行， 但可伸延到其他環(huán)境溫度、 流速和其他氣體中。 試件外表溫度可以靠加熱或冷卻的 外殼、 或者使用一層附加絕熱層來達(dá)到某一溫度水平。 按測定要求， 試樣制備和鋪設(shè)情況不同， 可得到兩種顯著不同的 結(jié)果: a . 實(shí)際使用性能: 以 原試樣為試件， 按保溫施工方式鋪設(shè)在測試管上， 其結(jié)果代表試樣實(shí)際使用性能。 b . 材料特性: 將試樣選擇和修飾成每一塊能彼此緊密配合， 沒有張口的接頭和切縫的試件并與測試管 吻合 無間。 其結(jié) 果( 如x p ) 僅表征 材料的 特性。5 裝里5 . 1 外形尺寸 本標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于具有圓筒形截面的測定管， 其外徑為現(xiàn)行公稱管徑之一。在管子外形尺寸上不作限制， 但計(jì)量段應(yīng)有足夠長度、 以確信經(jīng)端頭的軸向 熱損失與測得的總熱流相比 是足夠的 小， 以達(dá)到所期望的精度。 對(duì)于一個(gè)外徑為8 8 . 9 二 的防護(hù)端頭型裝置, 0 . 6 m的 計(jì)量段長度與約l m的 試件總長經(jīng)證明是滿意的。 通常對(duì)于一種制品 或材料， 應(yīng)至少在接近有關(guān)范圍內(nèi)的兩種管徑上進(jìn)行測定， 測得的導(dǎo)熱系數(shù)如相差很遠(yuǎn)， 一個(gè)辦法是在不同 管子尺寸， 但在相同 絕熱層厚及相同溫度下測得的同一熱傳遞特性不同值之間內(nèi)擂。 為便于各實(shí)驗(yàn)室之間比 較， 推薦三種測定管外徑: 3 4 m m , 8 8 . 9 m m和1 5 9 m m o5 . 2 隔縫 防護(hù)端頭型裝置在測定管和內(nèi)加熱管上用隔縫使計(jì)量段和防護(hù)段間的熱交換減到最小。但隔縫寬度不超過4 m m， 其間用絕熱材料填滿。每個(gè)隔縫內(nèi)部應(yīng)有隔板阻擋計(jì)量段與防護(hù)段的熱交換。 測定管和加熱管表面每個(gè)隔縫兩側(cè)不超過2 5 二 處應(yīng)安裝溫差熱電偶或熱電 堆。在任何跨越隔縫的高導(dǎo)熱支撐部件上也應(yīng)在對(duì)應(yīng)部位安裝示差熱電偶。6 4 8第一部分主要建筑材料的檢瀏方法標(biāo)準(zhǔn)5 . 3 方位 本標(biāo)準(zhǔn)一般應(yīng)用具有水平軸的測定管裝置。5 . 4 測定管表面熱電 偶布置 測定管計(jì)量段表面溫度應(yīng)由 至少四 支熱偶測其平均值， 當(dāng)計(jì)量段較長時(shí)， 每1 5 0 m m管長至少一支。它們應(yīng)被縱向 設(shè)置在計(jì)量段等長度段的中心， 并應(yīng)以螺旋線形沿管周等間距角整圈數(shù)布置， 間 距角從4 5 0 - - 9 0 0 05 . 5 溫度傳感器 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一般用裸珠絕緣線熱電 偶作為溫度傳感器。熱電 偶應(yīng)單獨(dú)標(biāo)定或取自 經(jīng)過標(biāo)定的同一等級(jí)熱偶線材。測金屬表面溫度時(shí)， 熱偶線徑不得大于0 . 6 r n m, 測非金屬表面溫度時(shí)不得大于0 . 4 r n m 。 用幾支熱偶并聯(lián)測定平均溫度時(shí)， 各熱偶結(jié)點(diǎn)間應(yīng)電絕緣， 各支熱偶電阻應(yīng)相等。5 . 6 溫度測定系統(tǒng) 溫度測定系統(tǒng)應(yīng)具有的準(zhǔn)確度要足以把確定溫差的誤差限制在可接受的范圍內(nèi)。例如: 假定試件徑向溫差為2 0 K 、 而溫差測量誤差允許范圍不超過百分之一， 則溫差測定必須準(zhǔn)確到0 . 2 K以內(nèi); 溫度是個(gè)別測定時(shí)， 假如誤差是隨機(jī)的， 則溫度的測定必須準(zhǔn)確到0 . 1 4 K以內(nèi)。 顯然， 溫差較大時(shí)， 溫度和溫差測定允許的 絕對(duì)誤差可以 大得多。5 . 7 電源 計(jì)量段加熱的電源應(yīng)很好地整定， 可以是直流也可以 是交流。防護(hù)段加熱器的電源如不用溫控儀也應(yīng)加整定。5 . 8 功率測量 計(jì)量段加熱器的平均功率測量準(zhǔn) 確度應(yīng)不低于士 0 . 5 %。必須注意使測得的功率僅是耗于計(jì)量段加熱用的。5 . 9 環(huán)境溫度控制和測量 有溫度控制的 封閉室， 在測定管和環(huán)境空氣之間的溫差不超過2 0 0 時(shí)， 環(huán)境空氣溫度變化應(yīng)維持在士 1 以內(nèi); 溫差在2 0 0 以上時(shí)維持在士 2 以內(nèi)， 并能保持在第4 章規(guī)定范圍內(nèi)的任何溫度上。 裝置周圍 不得有影響試件表面自 然對(duì)流換熱的任何物件， 也不得有總半球發(fā)射率低于0 . 8 5 , 溫度與環(huán)境空氣溫度有顯著差異的物體或表面?？删哂袀溆迷O(shè)備以便用空氣以外的氣體并能模擬風(fēng)速的影響。 環(huán)境氣體溫度傳感器應(yīng)設(shè)計(jì)和安置 得不會(huì)直接受測定管或其他熱源的影響?？梢?用實(shí)驗(yàn)確定合適的位置， 需要時(shí)應(yīng)加輻射屏蔽。不允許直接置于裝置上部。5 . 1 0 外套或外加絕熱層 受溫度控制的外套或外加絕熱層將試件圍起， 都可用于改變試件外表面溫度。在任何一種情況下， 在6 . 4 條里規(guī)定的 試件外表面溫度測量熱偶應(yīng)在外套或外加絕熱層放置以前裝好。外套或外加絕熱層面對(duì)試件的內(nèi)表面， 其發(fā)射率應(yīng)大于0 . 8 06 試件 試件可以是剛性、 半剛 性、 可曲 折的( 氈類) 或是有適當(dāng)包含的松散材料， 不論是否是均質(zhì)的或是否各向同性的， 可包括切縫、 接頭、 其他覆皮、 金屬元件或外套。試件應(yīng)在其全長內(nèi)七、 建筑用保溫隔熱材料6 4 9尺寸和形狀均勻( 試件本身固有的不均勻性如接縫的錯(cuò)位或其他特意布置的不規(guī)則處除外) 。一般試件外形是圓的， 與孔徑同心。6 . 1 預(yù)處理 一般試件應(yīng)在緊接測定之前予以干燥或按產(chǎn)品規(guī)定條件處理至穩(wěn)定狀態(tài)。正常步驟是在1 0 2 -1 2 0 的溫度下干燥到恒重， 特定的試件例外。6 . 2 安裝 試件應(yīng)按測定要求固 定安裝在測定管上。封粘劑、 捆扎帶等的 使用應(yīng)考慮到測定要求。6 . 3 外形尺寸 試件裝配于測定管上后， 測量其外形尺寸的平均值， 測量誤差小于士 0 . 5 %。用一把軟鋼皮尺測得周長， 計(jì)算求得直徑d 2 - 計(jì)量段全長至少分為四 等份， 在每一等份的中點(diǎn)測量。每個(gè)防護(hù)段中心也應(yīng)進(jìn)行附加的測量。 以上測定應(yīng)避開接縫、 箍帶等不規(guī)則處。 每一測定值與計(jì)量段的平均值之差超過士 5 %時(shí)， 試件就應(yīng)廢棄。6 . 4 試件外表面溫度 測定試件外表面平均溫度T : 的熱偶， 應(yīng)按下述規(guī)定附在絕熱層表面上。6 . 4 . 1 傳感器位置 計(jì)量段應(yīng)至少分成四 等份， 表面熱偶應(yīng)軸向置于每一段的中心。大型裝置要求較大數(shù)目 的熱偶。 熱偶測點(diǎn)形成具有整圈數(shù)的螺旋線形， 相鄰位置之間角距為4 5 0 - - 9 0 0 ， 應(yīng)盡可能離開接頭或其他不規(guī)則物一個(gè)等于試件厚度的 距離。如需要， 可用外加熱偶記錄該處表面溫度及位置。6 . 4 . 2 固定傳感器 熱偶應(yīng)系牢在試件表面上， 從結(jié)點(diǎn)起有一定長度( 對(duì)非金屬表面不少于l 0 0 m m， 金屬表面 不少于l o m m ) 熱偶線與試件表面緊密熱接觸， 但不改變鄰近表面的輻射發(fā)射率。 對(duì)于表面溫度不均勻的 試件， 應(yīng)使用與熱偶結(jié)點(diǎn)系牢的 小金屬箔片( 約2 0 m m x 2 0 m m ) 。這類金屬箔片的表面發(fā)射率近似于試件表面的發(fā)射率。6 . 4 . 3 高熱導(dǎo)率元件 在高軸向熱導(dǎo)率元件如金屬套和圈上， 應(yīng)安裝熱偶測量軸向溫度計(jì)算軸向傳熱。 這些熱偶在元件頂部和底部都應(yīng)安裝， 地點(diǎn)應(yīng)在兩側(cè)距隔縫中 心約4 5 m m處。7 測定步驟7 . 1 尺寸測量 測定計(jì)量段長度、 試件外周長和其他描述外形或另外要求所需的尺寸。在本方法里常用的尺寸應(yīng)是在1 0 - - 3 5 的環(huán)境溫度下測得的。 若需要在測定溫度下的實(shí)際尺寸， 應(yīng)在測定溫度下直接測量。7 . 1 . 1 計(jì)量長度 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)量長度為計(jì)量段兩頭隔縫中心線之間的距離。7 . 1 . 2 直徑 試件的外徑應(yīng)按6 . 3 條規(guī)定測定。6 5 1 ，第一部分主要建筑材料的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)7 . 2 測定管溫度 如要在測定管溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測定， 至少應(yīng)在該溫度范圍上、 下限和中值附近做三次測定。如只需某一個(gè)溫度時(shí)的數(shù)據(jù)， 測定可在該溫度下進(jìn)行; 或在略高于和略低于所需溫度下進(jìn)行的測定結(jié)果用內(nèi)插法求得所需值。7 . 3 防護(hù)平衡 調(diào)節(jié)每個(gè)防護(hù)段的溫度， 使測定管表面隔縫的溫差趨近于零， 或不使計(jì)量段測得熱流增加誤差超過士 1 %。為減少隔 縫溫差引起的測定結(jié)果的 誤差， 可用內(nèi) 插法消除或控制隔縫溫差不超過試件溫差( T 。 一T 2 ) 的1 0 . 5 %07 . 4 測量周期和穩(wěn)定態(tài) 每隔至少半小時(shí)測讀一次， 直至連續(xù)三次測得的試件徑向溫差與其平均值偏差小于1 %， 并且不顯出 單方面趨勢， 可以 認(rèn)為裝置達(dá)到穩(wěn)態(tài)。7 . 4 . 1 所需的 數(shù)據(jù) 裝置達(dá)到穩(wěn)態(tài)后， 記錄連續(xù)三個(gè)周期的數(shù)據(jù): a . 測定管計(jì)量段的平均溫度( 即管表面溫度) T o ; b . 計(jì)量段至防護(hù)段的不平衡溫差; 。 . 試件外表面( 即絕熱層外表面) 的平均溫度 T 2 ; d . 平均環(huán)境氣體溫度 T 。 和氣體速度; e . 計(jì)量加熱器的 平均電功率。7 . 4 . 2 軸向 熱流7 . 4 . 2 . 1 裝置內(nèi) 對(duì)任何內(nèi)加熱管或支撐橋， 在計(jì)量段和防護(hù)段之間的隔縫邊界處測量軸向 溫度梯度( 見5 . 2 條和7 . 3 條) 。7 . 4 . 2 . 2 試件內(nèi) 對(duì)于有高的軸向 熱導(dǎo)率元件的 試件， 按6 . 4 . 3 規(guī)定的方法確定軸向溫度梯度， 估算總軸向 導(dǎo)熱。如總軸向 熱流超過計(jì)量段熱功率輸人的1 %， 此測定結(jié)果應(yīng)予以 剔除。8 計(jì)算 用7 . 4 . 1 記錄的數(shù)據(jù)的 平均值， 按式( 1 ) 一 式( 8 ) 的公式計(jì)算并記錄所需的熱傳遞特性( 見 1 0 . 1 . 8 ) 09 測定的精密度、 準(zhǔn)確度9 . 1 估算 測定的精密度、 準(zhǔn)確度與裝置和它的運(yùn)行以及試件特性和所選的測定條件有關(guān)。因而無法對(duì)所有測定進(jìn)行簡單的定量描述。對(duì)于每一組測定條件， 由參與熱傳遞特性計(jì)算的各項(xiàng)誤差， 用誤差理論估算最后結(jié)果的不確定度。9 . 2 實(shí)驗(yàn)室間的比 較 實(shí)驗(yàn)室間比較測定的情況可以估計(jì)本測定方法的精密度。 注: 幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室間 進(jìn)行的初步比 較測定情況表明， 用等同試樣在平均溫度為6 0 - 2 5 0 范圍內(nèi)， 各個(gè) 實(shí)驗(yàn)室對(duì)材料特性的 測定值與平均值相比， 偏差不超過士 4 %0七、 建筑用保溫隔熱材料6 5 11 0 報(bào)告1 0 . 1 一般要求 報(bào)告應(yīng)記錄被測試件、 取樣法和測定方法， 所用的測定裝置和測定結(jié)果。需要時(shí)可作出試件熱特性對(duì)平均溫度的曲 線圖。 所有數(shù)字值都應(yīng)表明單位。根據(jù)需要， 報(bào)告中可適當(dāng) 說明下列內(nèi)容:1 0 . 1 . 1 試件 試件說明和其他鑒定包括商業(yè)和制造廠名， 材料形式， 制造日 期或來樣日 期和來源， 公稱尺寸、 形狀和密度。測定前和測定后試件的任何異常都應(yīng)予以說明。1 0 . 1 . 2 尺寸和密度 測得的尺寸和測定前后的密度。如果尺寸不是在環(huán)境溫度下測得的， 應(yīng)注明測定時(shí)的溫度和得到尺寸的方法。1 0 . 1 . 3 安裝 試件固定于測定管的方法， 包括所用捆帶或箍的形式、 數(shù)目 和位置、 試件接頭和切縫或合縫位置、 外套或覆皮的形式( 如果用了) ， 所用的任何封粘物的 形式、 來源及封粘方法， 以 及試件與管子是否緊密吻合無間等。1 0 . 1 . 4 預(yù)處理 預(yù)處理或干燥的方法， 因預(yù)處理或千燥所致的密度或尺寸的改變。1 0 . 1 . 5 溫度 a . 測定管計(jì)量段的平均溫度 T o ; b . 試件外表面的 平均溫度 T 2 。 對(duì)于不規(guī)則試件， 還要說明不規(guī)則處測溫?zé)崤嘉恢煤妥x數(shù)( 見6 . 4 . 1 ) 01 0 . 1 . 6 環(huán)境條件 環(huán)境氣體的種類， 平均溫度 丁 。 和強(qiáng)制流動(dòng)時(shí)的風(fēng)速大小和方向、 控制外表溫度的方法， 例 如 用 外 加 絕 熱 層 或 溫 度 控 制 殼 或 氈 。1 0 . 1 . 7 功率 計(jì)量段平均功率輸人和所用的 任何修正。1 0 . 1 . 8 熱傳遞特性，、“、 J .。*一， ， . . ， _ _ ， 、 L . ， _一1 幾 +孔 、 、 、. _ 、 行一 _P J r rm瀏褂傳通符任色佰 I 9 0 仕A兒種和X 7 皿 曰十到溫厭 (一萬- 。區(qū)些勝足仕弟 匕 、乙