2013年3月20日

加热来冷却

我们最新的建立传感器网络的实验，作为改造的一部分661号楼(建筑能源科学中心)为节能建筑(EEB)美国能源部在2011年创建的三个创新集群之一的Hub已经产生了一些有趣的结果。

同时在建筑中进行加热和热成像练习，该建筑自1996年以来一直未被使用，我们推出了一系列传感器来读取墙壁的温度。空建筑加热两天，用红外摄像机进行记录，发现热量损失和水分渗入点，为比较改造前后建筑围护结构的热性能提供依据。

我们在不同深度的661号楼的外围部分部署了57个传感器，每个位置有8个传感器:两个传感器用于读取内部环境和表面温度，六个传感器放置在不同深度以读取墙壁内部的温度。传感器捕捉到总共持续三天的冷却期。数据不仅证实了热成像分析的外表面温度读数，而且还提供了温度的横截面，以揭示通过包络材料发生的动态热传递的本质。这些信息是热成像技术无法感知的。

使用定制的热传导工具，我们确定了热传导速率(热扩散率)在每个传感器位置之间。结合热阻和热容，这些常数描述了每个壁段抑制热传递和抵抗温度变化的相对能力，以时间单位表示。

使用这些计算出的常数，我们可以使用相邻传感器读数作为边界条件，准确预测任何墙体截面随时间的热行为，如下图所示。

这些扩散系数从多个方面增强了我们对建筑性能的理解。当我们知道边界条件时，例如实时天气数据，我们可以使用一维有限元分析来预测墙体截面的时间依赖性行为，如上图所示。我们也可以比较计算的扩散率与预期的大块材料的性质，每种材料，以改变能量模型的输入。

例如，普通砖的电阻通常为R-0.2 /英寸，热容为3.6 Btu/ft²°F /英寸，产生的预期扩散率为0.72小时x厚度²。因此，我们用相距4英寸的传感器对661号楼的砖层进行测量时，应该能得出11.5小时的扩散率。实际上，我们计算的扩散系数通常更低，从4.3小时到11.2小时不等。这表明，现有的墙体结构，特别是在某些地区，提供的热效益(就热阻和热惯性而言)比仅从大块材料性能预测的要少。

虽然这证实了现有墙体的热值低于预期，但我们也可以看到它保留了大量的热量。我们通常从热阻的角度来考虑墙壁的性能，但我们的研究表明，温度分布既取决于墙壁吸收热量的能力(即抵抗温度变化)，也取决于它抵抗热流的能力。bobapp下载

如果我们可以利用我们开发的工具比较不同墙体组件的性能，我们就可以保证我们的能源模型的质量，确保提供最佳性能。