许多建筑构件中的热传递是导热、对流和辐射三种方式的复合过程。本标准所描
述的方法只测量在给定的温差情况下，从试件一侧传向另一侧的总传热量而不单独考
虑某一种传热方式。然而热传递性质经常与试件本身、试件尺寸、传热方向、温度、
温差、空气速度和相对湿度有关。因此，测试条件应尽量与预定的使用条件一致。
１ 主题内容与适用范围
本标准规定了实验室测定板状建筑构件和工业用类似构件稳态热传递性质（传热
系数或比热阻）的测量过程、装置要求和必需报告的数据。
本标准适用于垂直试件（如墙）和水平试件（如屋面板和楼板），不适用于特殊
的构件（如窗）。
本标准规定了两种可供选择的方法：标定热箱法和防护热箱法。
本标准不考虑湿迁移、水气的重新分布和相变对热流测量的影响以及热传递与通
过试件的空气传质复合作用，但测定时，应考虑湿迁移对测试精度产生的影响。
２ 引用标准
gb 4132 绝热材料名词术语
gb 10294 绝热材料稳态阻及有关特性的测定 防护热板法
gb 10295 绝热材料稳态阻及有关特性的测定 热流计法
３ 术语、定义、符号和单位
３．１ 术语和定义
除下述规定的术语外，本标准所用术语按gb 4132规定。
３．１．１ 环境温度ｔn
空气温度和辐射温度的加权值，用于确定试件表面的热流量，见附表a．
３．１．２ 表面换热系数h
稳定状态下，构件表面与周围环境之间的热流密度和温度差的比值。
３．１．３ 传热系数ｕ
通过构件的热流密度除以两侧环境温度之差。
３．１．４ 总比热阻ｒo
传热系数的倒数。
３．２ 符号和单位
本标准所用符号及其单位见表１。
表 1
───────┬───────────────────────┬─────────
符 号 │ 名 称 │ 单 位
───────┼───────────────────────┼─────────
u │ 总比热阻 │ m[2]·k/w
───────┼───────────────────────┼─────────
│ 比热阻 │ m[2]·k/w
───────┼───────────────────────┼─────────
│ 传热系数 │ w/m[2]·k
───────┼───────────────────────┼─────────
│ 表面换热系数 │ w/m[2]·k
───────┼───────────────────────┼─────────
λ │ 热导率 │ w/m[2]·k
───────┼───────────────────────┼─────────
│ 热流量 │ w
───────┼───────────────────────┼─────────
p │ 加热或冷却的总输入功率 │ w
───────┼───────────────────────┼─────────
1 │ 通过试件计量面积的热流量 │ w
───────┼───────────────────────┼─────────
2 │ 计量箱周边区域平行试件的不平衡热流量 │ w
───────┼───────────────────────┼─────────
3 │ 通过计量箱壁的热流量 │ w
───────┼───────────────────────┼─────────
4 │ 绕过试件侧面的迂回热损 │ w
───────┼───────────────────────┼─────────
5 │ 在试件边界处平行试件的周边热损 │ w
───────┼───────────────────────┼─────────
│ 垂直于热流的计量面积 │ m[2]
───────┼───────────────────────┼─────────
│ 热流密度 │ w/m[2]
───────┼───────────────────────┼─────────
│ 试件厚度 │ m
───────┼───────────────────────┼─────────
a │ 空气温度 │ k
───────┼───────────────────────┼─────────
r │ 平均辐射温度 │ k
───────┼───────────────────────┼─────────
n │ 环境温度 │ k
───────┼───────────────────────┼─────────
s │ 表面温度 │ k
───────┴───────────────────────┴─────────
３．３ 脚标符号
本标准所用的脚标符号及含义见表２。
表 2
───────┬─────────────────────────────────
符 号 │ 意 义
───────┼─────────────────────────────────
i │ 内部的,通常为热侧
───────┼─────────────────────────────────
e │ 外部的,通常为冷侧
───────┼─────────────────────────────────
s │ 表面的
───────┼─────────────────────────────────
n │ 环境的
───────┼─────────────────────────────────
c │ 对流的
───────┼─────────────────────────────────
r │ 辐射的
───────┴─────────────────────────────────
４ 原理
４．１ 概述
本标准基于一维稳态传热原理，在试件两侧的箱体（冷箱和热箱）内，分别建立
所需的温度、风速和辐射条件，达到稳定状态后，测量空气温度、试件和箱体内壁的
表面温度及输入到计量箱的功率，就可计算出试件的热传递性质。
试件表面的热交换包括对流和辐射。对流和辐射的传热作用综合在“环境温度”
的概念中，见附录a。
对于低比热阻试件来说，表面换热系数是传热系数的一个重要部分，因此正确确
定环境温度尤为重要。对高比热阻试件，如果试件任何一边空气温度和辐射温度的不
同不影响准确度，那么可以只记录空气温度。
4．2 防护热箱法
防护热箱法中，计量箱置于防护箱内（见图1）。控制防护箱的环境温度，使试件
内不平衡热流量q2和流过计量箱壁的热流量q2减至zui小。
4．3 标定热箱法
标定热箱法的装置（见图2）置于一个温度受到控制的空间内，该空间的温度可与
计量箱内部的温度不同。采用高比热阻的箱壁使得流过箱壁的热流量q3尽量小。输入
的总功率qp，应根据箱壁热流量q3和侧面迂回热损q4进行修正。流过箱壁的热流量q3
和侧面迂回热损q4应该用已知比热阻的试件进行标定（参见附录c），标定试件的厚度、
比热阻范围应同被测试件的范围相同，其温度范围亦应与被测试件试验的温度范围相同。
5 装置
由于被测构件种类和测试条件是多种多样的，因此，本章不一个设奋的特殊设
计或尺寸，只给出必须遵循的要求以及必须考虑的内容。
图１及图2表示被测试件的典型布置型式及装置的主要组成部分；图3及图4表示另外
一些可供选择的布置型式。
5．1 计量箱
计量面积必须足够大，使试验面积具有代表性。对于有模数的构件，计量箱尺寸应
地为模数的整倍数。
计量面积的尺寸取决于试件的zui大厚度，参照gb 10294规定的原则确定试件大小同
厚度的比例关系。
计量箱壁应该是热均匀体，以保证箱壁内表面温度均匀，便于用热电堆或其他热流
传感器测量流过箱壁的热流量q3。
q3的不确定性引起q1的误差不应大于±0.5％。
箱壁应是气密性的绝热体。可以用泡沫塑料或者用中间为泡沫塑料并有适当面层的
夹心板做成。箱壁的表面辐射率应大于0．8。
防护热箱装置中的计量箱的鼻锥应紧贴试件表面以形成一个气密性的连接。鼻锥密
封垫的宽度不应超过汁量宽度的2％，zui大不超过20mm。
供热及空气循环装置应保证试件表面有均匀的空气温度分布，沿着气流方向的空气
温度梯度不得超过2k／m。平行于试件表面气流的横向温度差不应超过热、冷侧空气温
差的2％。
通常采用电阻加热器作为热源。热源应用绝热反射罩屏蔽使得辐射到计量箱壁和试
件上的辐射热量减至zui小。
采用强迫对流时，建议在计量箱中设置平行于试件表面的导流屏。导流屏应与计量
箱内面同宽，而上下端有空隙以便空气循环。导流屏在垂直其表面方向上可以移动，以
调节平行于试件表面的空气速度。导流屏表面的辐射率亦应大于0.8。
在垂直位置测量时，自然对流所形成的循环应能达到所需的温度均匀性和表面换热
系数。当空气为自然对流时，试件同导流屏之间的距离应远大于边界层的厚度，或者不
用导流屏。当自然对流循环不能满足所要求的条件时，应安装风扇。风扇电动机安装在
计量箱中时，必须测量电动机消耗的功率并加到加热器消耗的功率上。如果只有风叶在
计量箱内，应准确测量轴功率并加到加热器消耗的功率上，使得试件热流量测量误差小
于±0．5％，建议气流方向与自然对流方向相同，计量箱的深度在满足边界层厚度和容
纳设备的前提下应尽量小。
5．2 防护箱
防护箱的作用是在计量箱周围建立适当的空气温度和表面换热系数，使流过计量箱
壁的热流量q3及试件不平衡热流量q2减到zui小。
防护面积大小及边界绝热应满足：当测试zui大预期比热阻和厚度的均质试件时，由
周边热损q5引起的热流量q1的误差应小于±0．5％。
防护箱内壁的辐射率，加热器屏蔽等要求与计量箱相同。
防护箱内环境的不均匀性引起不平衡误差应小于±0．5％。为避免防护箱中的空气
停滞不动，通常需要安装循环风扇。
5．3 试件框架
试件框架的作用主要是支承试件。标定热箱装置中试件框架是侧面迂回热损的通路，
因此是一个重要的部件，朝向试件的面应由低导热系数的材料做成。
典型的防护热箱装置中，不用试件框架，用边界绝热的方式将q5减到zui小。如果使
用试件框架，应按5．2条的要求，使q5减到zui小。
5．4 冷箱
标定热箱装置中，冷箱的大小取决于计量箱的大小；防护热箱装置中，冷箱的大小
取决于防护箱的大小。可采用如图1到图4所示的布置。
箱壁应绝热良好并防止结露，箱壁内表面的辐射率、加热器的热辐射屏蔽及温度均
匀件的要求与计量箱相同。
制冷系统的蒸发器出口处可设置电阻加热器，以调节冷箱温度。为使箱内空气
温度均匀分布，可设置导流屏。建议气流方向与自然对流方向相同。电机、风扇和蒸发
器应进行辐射屏蔽。空气速度应可以调节，测量建筑构件时。风速一般为0．1￣10m／s。
5．5 温度测量
测量空气温度和试件表面温度的温度传感器（一般采用热电偶）应该尽量均匀分布
在试件表面上，并且热侧和冷侧互相对应布置。测量所有与试件进行辐射换热表面的温
度，以便计算平均辐射温度。
除非已知道温度的分布，各种用途的温度传感器数量至少为每平方米两支，并且不
得少于9支。
为提高精度，可用示差接法测量试件两侧的空气温差、表面的温差和计量箱壁两侧
的表面温差。
5．5．1 装置和试件表面的温度测量
采用热电偶时其线径应小于0．5mm。热电偶的接点及至少10omm长的偶丝应沿等温面
布置，用粘结剂或胶带固定在被测表面以形成良好的热接触，其表面用辐射率与被测表
面相同的材料覆盖。
5．5．2 空气温度测量
应对温度传感器进行热辐射屏蔽。
在自然对流情况下，温度传感器应该置于边界层的外面。多数情况下层流边界层厚
度为几厘米；紊流情况下边界层的厚度可能超出0．lm。
强迫对流时，试件与导流屏之间应有*扩展的紊流。应设置温度传感器测量空气
的容积温度（绝热混合温度）。
5．5．3 热电堆
用于监视流过计量箱壁热流量的热电堆接点的安装要求与５．５．１的要求相同，
并且每０．２５m[2]至少要有一个接点。
5．6 温度控制
稳态时，至少在两个连续的测量周期内计量箱内温度的随机波动和漂移应小于试
件两测空气温差
的±１％。本要求原则上亦适用于防护箱和冷箱，防护箱的温度控制引起的附加不平
衡误差应小于±０．５％。
5．7 仪器
温差测量的准确度应高于试件两侧空气温差的±1％，建议测量仪表增加的不确定
性应小于±０．０５k。温度测量的准确度为两测空气温差的±５％。
热电堆的输出、加热器及风扇的输入功率等的测量仪器的准确度应该使得被测试件
的热流量q1的准确度高于±3％。
5．8 装置的品质检验
当建成一台新的装置或对原有装置进行改进后，在开始正常工作之前，必须细致
地进行一系列检验。
6 测量步骤
根据试件的检查和分析，应初步估计出试件热工性能的可能范围值，并评价可能
获得的准确度。
对于特殊的试件，应该考虑本标准是否可以应用，或者用其他方法更恰当，如gb
10294或gb 10295规定的方法，或者通过计算。
6．1 试件的状态调节
为减少试件中热流受到所含水分的影响，建议试件在测量前调节到气干状态。
6．2 试件的选择与安装
测量试件应选择或做成有代表性的。
对非均质试件应作如下考虑：
6．2．1 防护热箱法中，如有可能应将热桥对称地布置在计量面积和防护面积的分界
线上，这样，热桥面积的一半在计量箱内。另一半在防护箱内。
如果试件是有模数的，计量箱的周边应同模数线外型重合或在模数线的中间。
如果不能满足这些要求，可将计量箱放在不同位置做几次试验，并且要非常谨慎
地考虑这些结果，必要时，辅以温度、热流的测量和计算。
6．2．2 标定热箱法中，应考虑试件边缘的热桥对侧面迂回传热的影响。
试件安装时周边应密封，不让空气或水气从边缘进入试件，也不从热的一侧传到
冷的一侧，反之亦然。
试件的边缘应绝热，使q5减小到符合准确度的要求。
6．2．3 在防护热箱法中，试件中连续的空腔可用隔板将其分成防护空腔和计量空
腔，试件表面为高导热性的饰面时，可在计量箱周边将饰面切断。
如果试件表面不平整，可用砂浆、嵌缝材料或其他适当的材料将同计量箱周边密
封接触的面积填平。
如果试件尺寸小于计量箱所要求的试件尺寸，将试件镶嵌在一堵辅助墙板的中间。
这种情况下，辅助墙板与试件之间的边界范围内的热流将不是一维的，辅助墙板的比
热阻和厚度应与试件相同。
测量试件表面温度的传感器的数量、位置及要求与5．5茶所述相同。
6．2．4 对于非均质试件．上述所要求的温度传感器数目将不能保证得到可靠的平均
表面温度。对于中等非均质试件，每一个温度变化区域应该放置辅助温度传感器。试
件的表面平均温度是每个区域的表面平均温度的面积加权平均值。
上述情况不能用于极为不均质的试件。在此情况下，不能测量试件的比热阻r，只
能根据试件两侧的环境温度差确定传热系数u。
当试件不均匀性引起的表面温度的局部差值超过试件两侧表面平均温差的２０％时，
可认为是不均质的。
6．2．5 防护热箱装置中监视计量面积与防护面积间试计表面的不平衡热流量q2的热
电堆，除要求计量面积边长上每0．5m设置一对接点外，安装要求与5．5．1相同。
热电堆接点的位置不能太靠近鼻锥，亦不能远离鼻锥。参见附录b。
6．3 测量条件
测量条件的选择应考虑zui终的使用条件和对准确度的影响。zui小温差为20℃。根据
试验要求调节热、冷侧的空气速度，调节防护箱的温度使q2和q3尽可能接近零。
按照5．6条的要求控制冷、热箱的温度。
6．4 测量的持续时间
接近达到稳态后，两个至少为3h测量周期内功率和温度测量值及其计算的r或u平
均值偏差小于1％，并且每1h的数值不是单方向变化时，才能结束测量。对于高比热阻
或高热容量的试件，此要求是不够的，必须延长试验持续时间。
7 计算
7．1 稳态的传热性质按照下列关系式用6．4条zui后两个至少为3h的平均值进行计算：
r＝a（tsi－tse）／q1 ……………（1）
r＝1／ｃ[λ] ……………（2）
rsi＝a（tni－tsi）／q1 ……………（3）
rse＝a（tse－tne）／q1 ……………（4）
ru＝1／u ……………（5）
u＝q1／［a（tni－tne）］ ……………（6）
q1（防护热箱）＝qp－q3－q2 ……………（7）
q1（标定热箱）＝qp－q3－q4 ……………（8）
式中a为垂直于热流的计量面积，其尺寸根据下述原则确定。
对于防护热箱法，当试件厚度与鼻锥宽度相比是厚的时候，取计量箱鼻锥中心线
所包括的面积；当试件很薄时．取鼻锥的内周边。对于标走热箱法，取计量箱的内周
边面积。
7．2 均质试件或不均匀度小于20％的试件（见6．2．4），可根据表面温度计算比热
阻r，根据环境温度计算传热系数u和表面换热系数h。如超出上面所述的均匀性或者试
件有特殊的几何形状，仅能根据环境温度计算传热系数u。
8 结果评价
试验结果应同第6章中初步估计值进行比较。按本标准进行测试其准确度应在±5％
之内。存在明显差异时．应仔细检查试件，找出它与技术要求的差异，然后根据检查结
果重新评价。如果仍存在有不可解释的差异，可能是计算过程过于简单或试验的误差，
应找出其根源，并消除之。
9 测量报告
9．1 测量报告应包括下述内容：
a．试件名称和描述（包括各种传感器的位置）；
b．试验室的名称、地址及试验日期；
c．试件方位及传热的方向；
d．热、冷侧空气的平均速度及方向；
e．总输入功率及流过试件的纯传热量；
f．试件试验前后的质量、含湿量；
g．测量装置的尺寸及内表面的辐射率；
h．试验条件与本标准有不符时的说明。
9．2 均质试件比热阻的试验除报告9．1条内容外，还应报告下述各项：
a．热、冷侧的空气温度；
b．热、冷侧的表面温度；
c．热、冷侧的加权表面温度；
d．计算的比热阻和为计算传热系数由建筑规范推荐的常用表面传热系数；
注：a￣d项中所报告的数值是第7章中所取数据的平均值。
e．估计的准确度；
f．测量的持续时间；
g．附加测量，即作为试件一部分的材料的导热系数和含湿量测量的持续时间；
h．试验结果同第6章的初始估计值明显或不能解释的偏差。
试件的检查结果及
对偏差的可能解释。
9．3 非均质试件的传热系数u值的测量，除报告9．1条所述内容外，还应报告下
述各项：
a．热、冷侧的空气温度；
b．热、冷侧计算的环境温度；
c．根据均质试件计算的传热系数和表面换热系数；
注：a￣c项中所报告的数值是第7章中所取数据的平均值。
d．估计的准确度；
e．测量的持续时间；
f．附加测量，即作为试件一部分的材料的导热系数和含湿量测量的持续时间；
g．试验结果同第6章的初始估计值明显或不能解释的偏差。试件的检查结果及
对偏差的可能解释。
附录a
表面换热及环境温度
（补充件）
热量传入试件或从试件中传出是通过试件同箱内其他表面的辐射热交换及试件表
面的对流换热进行的。*种机理，传热量取决于所有与试件进行辐射换热表面部位
的平均的辐射平均温度；第二种机理，传热量取决于邻近的空气温度。因此，通过试
件的热流受到冷、热两个侧面中任何一个侧面的辐射和空气温度的影响。
a1 环境温度
试件任何一个侧面的热平衡方程可写成：
q/a = εhr（t'r-ts）+hc（ta-ts） ……………（a1）
式中：q --表面与环境热交换的总热流量，w；
a --表面的面积，m[2]；
t'r--所有与试件进行辐射换热表面平均的辐射平均温度，k或℃；
ta --邻近试件的空气温度，k或℃；
ts --试件的表面温度，k或℃；
ε --辐射率；
hr --辐射换热系数，w/m[2]·k；
hc --对流换热系数，w/m[2]·k；
将辐射温度和空气温度合并成一个单一的符号--环境温度tn。
可写出：
1
q/a = ── （tn - ts） ……………（a2）
rs
由式（a1）和式（a2）可导出：
εhr hc
tn = ────tr'+ ──── ta ……………（a3）
εhr+hc εhr+hc
1
rs = ──── ……………（a4）
εhr+hc
式中：rs--表面比热阻；
tn--环境温度，将热量传至表面的空气温度和辐射温度适当的加权值。
通常用两个箱之间的环境温差来确定传热系数，而式（a2）是用于确定表面比热阻。
实际上在热箱和冷箱中tr'和ta经常是很接近的，特别在试件比热阻远大于表面比
热阻以及使用强迫对流时（此时hc比εhr大得多）。在这些情况下，可以根据试件两
侧的空气温度来确定传热系数。
确定试件的比热阻，仅需平均表面温度。
a2 环境温度度的计算
如εhr和hc值已知，并已测得tr'及ta值时，可用式（a3）计算环境温度。
如果用导流屏，并且此屏靠近及平行于试件表面，它的平均温度可取为tr'，并且
1 1 1
── = ── + ── -1 ……………（a5）
ε ε1 ε2
hr = 4σt[3]m ……………（a6）
tm = 0.5（tr' + ts） ……………（a7）
式中：ε --同式（a1）；
ε1--导流屏的辐射率，0.97；
ε2--试件表面的辐射率，0.9；
σ --斯蒂芬常数，5.67×10[-8] w/m[2]·k[4]；
tm --参与辐射换热表面的平均辐射温度，ｋ；
tr'、ts--同式（a1）。
如果除导流屏外，还有其他表面直接对试件辐射，则必须直接测量所有的表面温
度并且恰当地将它们综合在一起以得到tr'。
对流换热系数hc与各种因素有关，如空气－表面温度差、表面的粗糙度、空气速
度、热流方向，因而不易预计。
垂直表面的自然对流换热系数hc的典型值为3.0w/m[2]·k。强迫对流时，hc远大
于3.0w/m[2]·k。
当hc值不确定时，可以根据式（a1）、（a2）消去hc而得到：
taq/a + εhr（ta-tr'）ts
tn = ──────────── ……………（a8）
q/a + εhr（ta-tr'）
这个方程式对于热流传入（或传出）表面均是正确的。对热流传入表面，符号q取
正值（即热侧为正，冷侧为负）。
使用式（a8）还需要确定试件平均表面温度ts。对于非均质的试件ts可能是不知道
的，此时，可用式（a3）计算tn，式（a3）中的hc值可由另一种均质试件试验得到。
例：在一次传热试验中，得到下述读数：
输入至计量箱的功率 q=31.8w
计量面积 a=1.5m[2]
则流经试件单位面积的热流量 q/a=21.2w/m[2]
热侧的温度为：
空气平均温度 ta1=30.98℃
导流屏平均温度 tr1'=29.78℃
表面平均温度 ts1=27.60℃
因此：
tm = 0.5（tr1' - ts1） = 28.69℃ = 301.7k
hr = 4×5.67×10[-8]×301.7[3] = 6.23w/m[2]·k
取ε为0.9，得εhr为5.61w/m[2]·k
hr值未知时，用式（a8）：
30.98×21.20 + 5.61×（30.98-29.78）×27.60
tn1 = ──────────────────────
21.20 + 5.61×（30.98 - 29.78）
= 30.17℃
冷侧的温度为：
空气平均温度 ta2=7.39℃
导流屏平均温度 tr2'=7.69℃
表面平均温度 ts2＝8.75℃
取ε为0.9，得εhr为4.54，计算得tm等于281.3k，根据式（a8）：
7.39×（-21.20）+4.54×（7.39-7.69）×8.75
tn2 = ──────────────────────
-21.20+4.54×（7.39-7.69）
= 7.47℃
因此： q
u = ────── = 0.94 w/m[2]·k
a（tn1-tn2）
且表面比热阻为，
热侧：
a（tn1-ts1）
rs1 = ───── = 0.12 m[2]·k/w
q
冷侧：
a（tn2-ts2）
rs2 = ───── = 0.06 m[2]·k/w
q
附录ｂ
误差分析
（参考件）