测量和计算热传输的方法

测量和计算热传输的方法
【专利摘要】本发明建议了一种用于计算通过外壳面的热传输的方法。在此既考虑对流也考虑热辐射。
【专利说明】测量和计算热传输的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于测量和计算通过外壳面的热和能量传输的方法。
[0002] 特别地建议了集成的HW和SW系统以用于测量和计算装置、设备、建筑物等的表面 (部件）的热能损失、热阻、有效热容量Cw以及所属的热惯性常数tw。
[0003] 本发明涉及多个测量和计算方法以及EDV系统，以便用于测量、分析、图示和确定 在建筑技术、设备技术和电气技术中的能量损失和能量特征值。在此，特别地使用热成像或 非接触（IR)温度测量技术、热和流动力学、照相和光学远程测量技术的【技术领域】。

【背景技术】
[0004] 本发明的主要应用领域是建筑【技术领域】，其中特别地是建筑能量【技术领域】。根据 此应用领域，在下文中解释现有技术和通过本发明可实现的进步。
[0005] 为了"在现场"测量（热）能量损失，目前仅存在高开销的分析和测量方法。然而 部件所属的能量特征值（Rw，cw，Tw，…）对于新建或改造项目是需要的，并且可能必须费时 间和费力地单独地完成/确定。
[0006] 不同的BRD和EU倡议已经产生在建筑领域中的（初级）能量消耗的明显并且持 久的减小（例如，ENEV2009/2012,EEG，…）。这在欧洲范围内将用于建筑能量技术的计 算和仿真模型的标准置于目前很高的标准。建筑物理学为此给出了坚实的基础，并且通过 几乎任意的材料和覆层布置以及对于部件的几乎任意几何形状，实现了对于热传输的动态 和静态仿真模型的开发。德国公司Hottgenroth的"EnergiebereaterPlus18599"以及 瑞典公司C0MS0L的同名的（物理）仿真包C0MS0L仅是在这方面的两个示例。所有这些模 型需要很详细的、精确的并且完全的对于建筑物几何形状或所有部件几何形状的描述以及 对于带有所有层的各墙壁结构、其各位置、尺寸和物理特征的精确知识，作为输入信息。这 些物理材料特征在主要由政府或半政府的大规模参数收集中获得（例如，CSTB(法国建筑 科学技术中心）），对于在参考书或在仿真模型中的使用可自由地得到。除此处可使用的并 且仅在实验室规模上可使用的热测量技术外，为了确定热阻、热容量等，目前在建筑领域中 不存在可靠地可使用的测量技术以用于此材料和部件的此中心能量特征值。（建筑）环境 的影响则通常根本不被考虑，这由于成本原因对于大多数动态模型是合适的，或仅很简化 地被考虑（例如，仅通过环境空气的平均月温度或年温度）。空气流动、空气湿度、降雨或降 雪的影响以及天空/阳光或环境的各辐射的非常明显的影响在此通常完全不被考虑。
[0007] 在建筑能量技术的示例中显见的是，许多这些必须的信息通常不存在或仅可以很 高的成本获取，例如通过分析待测量/检查的墙壁的钻芯。这实际上仅对于带有详细的图 纸、材料和零件清单的新建计划存在。建筑物通常具有30年至60年的平均寿命（直至完 全的"核心翻新"，这从成本角度而言大致对应于新建）。在此，所需的对于建筑物的几何形 状和结构的精确知识特别地在改造/翻新的情况中一般是不存在的。因此，对于此建筑物， 通常只得进行费时的并且容易出错的"人工"现场几何形状测量。各顶板/墙壁的结构只 能通过很费成本并且费时的以及昂贵的钻芯分析来确定。使用所述的建筑仿真模型实际上 要求所有这些很昂贵的检查，因为对于所需的参数，目前不存在足够精确并且低成本的其 他测量方法。目前该不足的测量现有技术使得用于现有建筑的节能翻新的数据获取成为昂 贵的、长期的并且一般地也很容易出错误的过程，此过程在单户住房的情况下也要求很长 的时间。
[0008] 对于在部件或部件环境中的物理上正确的能量传输机制的缺失的和详尽的考虑 是建筑技术的标准和模型中的目前的明显的缺失。此传输机制为：
[0009] ?地面中的热传导，遗憾地带有通常相对不精确地已知的结构、温度以及物理特 性
[0010] #与周围空气的对流，以及
[0011] ?与环境的（IR)辐射能量交换，但特别地与天空/宇宙空间和环境的（IR)辐射 能量交换。
[0012] 后面两个机制通常都肯定完全不具有在模型中假定的平均日间温度（气温），而 是具有与之明显不同的值。为考虑此根据ENEV或DIN-EN-IS0的传输机制而限定的Rsi值 或RSe值不具有物理真实性。所述值是"辅助构造"，以便对于模型的（标准）误差至少按照 月平均或年平均能够接受。对于测量目的，所述值在最好的情况下是误导性的。
[0013] 然后，还必须考虑到，遗憾的是目前不存在允许快速地-也可以说以照相机拍照 的方式-并且以足够的精度确定部件或建筑物表面的尺寸的最优的测量和成像技术。目前 已知的并且也工业化的方法不可实现此情况。在此，仍需给出经济可行的并且有意义的方 法和设备的组合和整合。


【发明内容】

[0014] 在此背景下，建议了带有根据权利要求1的特征的方法和根据权利要求13的设 备。由从属权利要求和说明书给出了实施方式。
[0015] 因此建议了用于计算通过外壳面的热传输的方法，其中考虑热辐射和对流，其中 为了确定热辐射，考虑外壳面的表面温度和外壳面周围的半球的反向辐射温度。
[0016] 可建议为了确定表面温度使用热成像照相机。此外，为了确定反向辐射温度可使 用热成像照相机。典型地，对于两个情况，使用可以用来直接测量的照相机。
[0017] 此外，在计算对流时可考虑外壳面的几何条件。这又可使用照相机或可使用用来 测量表面温度或表面温度分布的照相机来确定。
[0018] 在构造中考虑与地面的对流传热。典型的应用领域是通过建筑物限定的外壳面。
[0019] 在测量对象通过未知的导热介质-在此提到地面-部分地整合或覆盖的情况中， 也可通过整合的内部测量和外部测量的求差来确定地面内的热传导损失。
[0020] 在构造中通过照相机或传感器非接触地检测所有面元件的各表面温度，并且通过 整合的几何测量系统一同检测和计算所述面元件在空间内的各实际位置和几何形状。
[0021] 此外，测量对象环境在每个被测量的面元件内的辐射能量输入通过整合的2 半 空间辐射传感器，按照至少两个可调节的空间角度（(Psky,q>Earth)分离地，并且与各面元件 的表面温度的测量值同时地被采集。
[0022] 2 半空间辐射传感器可将待测量的半空间分为MXK个相等/不相等的空间角 度，将其分开地测量并且将各个空间角度的各辐射温度以空间角度分量正确的方式传递到 整合的测量系统。
[0023] 此外，整合了照相机的几何测量系统可与温度测量同时地，通过带有已知的相互 角度（a12，ai3，ai2，…）的至少三个测量射线（SpSyS^…），在相对于照相机的图像平 面的位置和距离上，测量各测量面上的至少三个点（Pi，p2，p3，…），并且因此通过简单的三 角学计算，为测量对象的每个图像像素赋予真实的物理尺寸（例如，以m为单位），并且因此 使得热成像照相机或测量照相机的总图像也与真实的x/y/z坐标相关。
[0024] 此外建议了用于计算通过外壳面的热传输的设备，特别是用于执行前述方法的设 备，所述设备带有构造为考虑热辐射和对流的计算单元，其中为了确定热辐射考虑外壳面 的表面温度和外壳面周围的半球的反向福射温度。
[0025] 此设备可包括测量和热成像照相机，在一种实施方式中包括恰好一个照相机。
[0026] 设备在下文中也称为测量系统，所述测量系统也可包括分析系统。
[0027] 集成的分析系统按照种类、方向和范围确定了通过部件的表面所有对流和辐射能 量流。从中确定了部件的所属的能量特征值。所述分析系统包括至少两个环境参数测量装 置、环境辐射测量器、热成像照相机和用于生成结果和报告的评估系统。
[0028] 能量特征值以及几何的测量在建筑能量技术中实现。也可实现电气、装置和/或 设备技术的类似的问题的测量。
[0029] 以所述方法实现了物理上正确地、完全地、快速地并无过多时间和装置花费地可 靠地采集对于确定（热）能量损失所需的参数，以便由此可尽可能自动化地计算相应的能 量损失特征值。此测量和分析参数特别地包括：
[0030] ?测量对象及其所有相关的表面在真实的3D坐标中的3D几何形状和结构，
[0031] ?包围测量对象的介质/流体的（与能量传输）相关的参数，例如IYuft、Vutft、湿 度…，
[0032] ?测量对象的所有参与能量交换的表面的（与能量传输）相关的参数，例如TSi/ TSe(i，k)、倾斜角度、粗糙度…，
[0033] ?测量对象周围的空间的以及其内所有参与（辐射）能量交换的物体的（与能量 传输）相关的参数。
[0034] 从此参数的测量值可物理上正确地并且精度尽可能高地_即在物理上合适的模 型或情况选择中-在量值和方向上确定出入各部件表面的实际（热）能量流。
[0035] 因此对于开发用于测量和计算通过装置、设备、建筑物等的表面的热能损失或测 量和计算此表面的热阻（心或仏=1/RW)、有效热容量Cw以及所属的热惯性常数\的集成 的系统，本发明基于如下七个任务：
[0036] 1.在所有3个空间方向上以对于在然后的（建筑物）建模和仿真中的进一步使用 的至少足够的精度，简单地、低成本地并且快速地测量/确定测量物体（墙壁、表面等）的 一般的3D尺寸。
[0037] 2.以对于在然后的（建筑物）建模和仿真中的进一步使用的至少足够的精度，简 单地、低成本地并且快速地测量在一般的3D的测量物体（墙壁、表面等）上和内的结构/ 对象（例如，外窗台、窗、门、屋顶、阳台等）。
[0038] 3.以对于可用的结果和然后在（建筑物）建模和仿真中的使用的至少足够的精 度，简单地、低成本地并且快速地测量/确定测量物体（墙壁、表面等）的全部3D环境的所 有所需的（流体）环境参数，例如空气温度、空气湿度、空气运动（值和方向）以及辐射强 度。
[0039] 4.快速、精确和物理上正确地计算所有对于（然后的）仿真模型所需的参数，例如 部件（墙壁、表面等）的尺寸以及包含在其内的部件（例如，窗、门、屋顶坚窗、阳台等）的 尺寸及其各能量特征值（Pv、Rw、Cf)。
[0040] 5.简单、低成本并且快速地在值和方向上，以对于可用的结果和然后在（建筑物） 建模和仿真中的使用的至少足够的精度，测量/确定测量物体（墙壁、表面等）的用于计算 通过其表面的（热）能量流而所需的所有参数。
[0041] 6.快速、精确并且物理上正确地计算对于（然后的）仿真模型所需的所有几何参 数，例如部件（墙壁、表面等）的尺寸以及包含在其内的部件（例如，窗、门、屋顶坚窗、阳台 等）的尺寸及其各能量特征值（PV、RW、(；--?）。
[0042] 7.给出对于所属的EDV系统的流程控制和相应的系统结构。
[0043] 对于1)，在所有3个空间方向上简单地确定测量对象的真实几何形状：
[0044] 直接激光测量距离是目前最精确并且最廉价的方法，以便很精确地采集对象的尺 寸。然而，此方法是费时的。照相方法一般地精度较低，但时间和成本很有效。将测量对象 的图像平面内的至少两个通常一般任意选择的参考线的费时的（激光）测量，通过也在那 个图像平面内的至少三个精确地测量的点来替代，持久地解决了此问题。这可以非常简单 地通过三个固定地与图像拍摄光学器件相关的（激光）距离测量器（例如，图8中的DM1) 来完成。如果其测量射线聚焦，如在图8中所图示，则空间内各相对于测量图像所处的测量 点位置及其在x/y像素中的"图像坐标"存在三角学上简单地确定的固定关系。如果所述 测量射线不聚焦，则必须与距离和倾斜相关地计算现在必须调节的视差误差。根据此计算 可将每个图像点与真实的x/y/z坐标（例如以m为单位）对应，并且因此确定测量平面与 照相机的图像平面的相对位置并因此其在空间内的相对位置。
[0045] 对于2)，简单地确定在3D测量物体上和内的结构/对象：
[0046] 如果根据1)的测量面带有实际的（图像）像素坐标，则在图像中搜寻图案/结构 的每个图像处理算法首先提供了其在像素中的尺寸并且然后提供了其真实尺寸。因此，可 至少半自动地识别和测量在测量对象平面上/内的对象/结构，而不损失精度。这在对于 建筑物等的测量对象的数据拍摄时具有明显的时间和成本优点。
[0047]对于3)，简单地确定环境流体的参数：
[0048] 由于任意的测量对象通常并非处在无空气的空间内而是处在我们的（空气）环境 内，所以必须考虑其所有表面与其周围的流体的能量交换。因此，需要与另外的（能量交 换）相关的参数一起，将此参数务必尽可能同时地一同采集。这通常相对简单地以对此合 适的专用测量装置t2 (例如，对于ivuft、、湿度…）来完成，所述测量装置例如通过无 线电将其测量结果直接提供到总系统以用于另外的处理。因此，此测量值/结果在总系统 内的集成也可简单地并且低成本地得以保证。
[0049]对于4)，简单地确定测量对象周围的空间的参数：
[0050] 如果周围空间是空的或以（IR)透明的介质/流体填充，则必须也考虑并且特别地 考虑所述介质/流体对与各测量表面的现在的辐射能量交换的参与。由于在此使用的普朗 克辐射定律带有其T4的比例，所以在此即使小的温度差异也比在所有另外的热传输机制情 况下起到超过4倍的更大的作用。由此，关键的是物理上正确的采集重要的能量交换参与 者。如在图2或图9中清晰地可见，幸运的是基本上仅存在三个真正重要的参与者。它们 是：
[0051] ?各表面元件AA(i,k)自身，
[0052] ?表面元件AA(i，k)周围的带有Tsky的（或多或少地空的）宇宙空间/天空，和
[0053] ?从表面元件AA(i，k)分别可见的景物/环境，包括带有TMe的大地。
[0054] 如容易地可认识到，天空或大地的辐射特征不被测量对象或AA(i，k)所影响，并 且可因此作为（纯）黑体辐射器在物理上正确地建模。确切而言，则现在以特殊的IR传感 器TK2或热成像照相机TK2实现了对于（辐射）环境对表面元件AA(i，k)/每个表面元件 AA(i，k)的"反向辐射"的（精确的）测量，如在图9中图示。因此，可避免对普朗克辐射 交换积分的通常几乎总是不可能的建立和求解，并且计算每个AA(i，k)和因此还有测量 对象与周围空间的（辐射）能量交换。此方法绝非限制于测量对象的（辐射）环境的此简 单划分，虽然对于建筑物通常足够精确。如果为测量此"反向辐射温度"使用带有MXK像 素的2 31热成像照相机（例如图9中的TK2)，则可将相应的环境容易地也按照相同的分辨 率成像并且在能量平衡中也正确地考虑。这当然对于"复杂的热环境"是足够精确的。但 在此示例中可见，带有仅两个"反向辐射温度"（Tsky、TEnJ的很简单的"建筑物解决方法"通 常实际上足够精确，只要对于MXK空间角度分量的T4平均考虑了类似地使用的2 热成 像照相机。
[0055] 对于5)，简单地采集测量对象的能量相关的表面参数：
[0056] 这些参数（根据VDI热图）是几何属性以及物理属性。相关的几何参数/所有 相关的几何参数（例如，aDadl、…）根据1)和2)提供了整合的几何测量系统（在 图8中的带有评估系统的DM1)。物理相关的参数，在此特别是各表面温度（如需要也包括 粗糙度、质地等）也由整合的（热成像）照相机TK1物理上正确地提供，作为带有所有TSe/ TSi(i，k)的图像信息。除已在1)至4)中收集的测量值外，不需求另外的用于物理上正确 地确定流过各表面的（热）能量流的对流分量和辐射分量的另外的测量值。
[0057] 对于6)，物理上正确地计算几何参数以及能量特征值（Pv、Rw、(；--?）：
[0058] 通过（测量）表面ISe/ISi (i，k)的总（热）能量流，如在图4、图6和图9中详细 图示和解释的，具有两个分量：
[0059] ?-般地重要的并且由于普朗克辐射定律而与温度差很强地相关（M倍）的辐射 分量IKyiKi(i，k)，和
[0060] ?与环境流体（通常为空气）的对流分量Lk/Lu(i，k)，所述对流分量仅与各温度 差线性地相关。
[0061] 因此，总是分开地考虑和计算这两个参数。
[0062] 辐射分量IK6/IKi(i，k)在此可根据4)的假定和简化，作为AA(i，k)的"黑体辐射" 和各辐射环境（例如，Tsky、TEnJ的纯的加和被计算。
[0063] 然而为计算能量流与环境流体（空气）的对流分量Ue/Lu (i，k)，必须附加地区分 多个情况。因此必须根据（在值和方向上）的各测量值，分开地计算面与水平 面/垂直面的倾斜（例如，aDaJ以及面的几何形状O^J。评估系统必须将此值与对于测 量位置（i，k)处的层流和/或湍流流动的另外的条件一起尽可能自动地考虑（见图9)。对 于计算所需的情况区别和取决于所述情况区别的对用于Nusselt数、Raleigh数、Grashof数、Prandtl数和Reynold数的待应用的计算公式的正确选择（见图9)也应由评估系统尽 可能自动地并且在每个情况中物理上正确地作出。这在VDI热图中执行的多个不同的情况 的复杂性方面不是简单的任务。这必须在评估系统开发中高度仔细地并且以高的物理专业 知识来保证。
[0064] 对于7)，流程控制和系统结构：
[0065] 测量对象的各表面的测量值和对于环境辐射的各测量值应尽可能同时地被确定。 对于环境空气或流体的测量值则一般地通过时间平均而变得更精确。在此，如需要则甚至 建议超过测量对象的实际的热照相测量的测量时间。这通常提供了物理上更有意义的平均 值。
[0066] 几何测量值在此根据本发明总是与热照相检查的温度测量值和环境测量值一起 出现。这是因为对于计算也需要这些测量值。这明显地简化了系统结构和流程控制。因 此，如需要则仅需使得"较迟滞的"（因为通常被平均的）对于环境流体的测量值也可随后 被（必要时自动地）"后处理"。
[0067] 带有完整的评估、分析和计算软件的计算工作站将此系统结构完整化为方便的、 快速的并且低成本的（完备的）对于几乎任意的3D测量对象的热分析（见图10)。
[0068] 本发明的另外的优点和构造从描述和附图中得到。
[0069] 应理解的是前述的和下文中仍将解释的特征不仅以给出的组合而且以另外的组 合可使用或独立地可使用，而不偏离本发明的范围。

【专利附图】

【附图说明】
[0070] 本方面在下文中根据附图中的实施例阐述并且在下文中通过参考附图进一步解 释。
[0071] 图1示出了住房的典型的损失。
[0072] 图2示出了建筑物的能量损失的物理原因。
[0073] 图3示出了建筑物的能量损失和热流模型。
[0074] 图4示出了根据热流模型和有限元模型的测量物理意义。
[0075] 图5示出了根据等效热流模型和热图像模型的测量物理意义。
[0076] 图6示出了根据物理意义与ENEV2009的差异的测量物理意义。
[0077] 图7示出了根据能量特征值的计算的测量物理意义。
[0078] 图8示出了根据部件尺寸/几何形状的计算的测量物理意义
[0079] 图9示出了根据能量流的计算的测量物理意义。
[0080] 图10示出了用于测量能量损失的设备。

【具体实施方式】
[0081] 因此根据多个实施例在图1至图10中进一步解释本发明。在此，图1至图10示 出了对于测量方法的（第一次）物理正确性（图1至图3,图9)以及对于建模的物理正确 性的细节（图4至图6)的例子和细节。图7至图9示出了根据本发明的评估方法。图2 以及图8至图10示出了测量和计算的根据本发明的执行以及用于执行方法的设备的、整合 的测量系统的由此得到的总系统结构（图10)。
[0082] 在图1至图3中解释了测量对象（在此为住房）在其环境中的（热）能量传输机 制，示出了对此关键的影响因素/参数（图2)并且给出了对此物理上正确的建模（图3)。 图9最后示出，以此为基础可如何在真实的测量对象上根据本发明进行物理上正确的测量 和计算。
[0083] 在图4至图6中逐步地图示了（热）能量传输的该建模是物理上正确的并且为何 如此（图4至图5)，并且为何热图像测量和由此导出的能量流被正确地建模。在图6中最 后示出为何ENEV或DIN-EN-IS0 6946的目前的值和定义在物理上是不正确的，并且因此不 适合于测量方法。
[0084] 对用于计算能量特征值（RW，CW，…）的测量的根据本发明的评估在图7至图9中 示出。在此，图7示出了基于必要时多个（能量）流测量，对能量特征值（RW，CW，…）的物 理上正确的确定。图8和图9示出了如何由不同的测量值可确定所需的几何信息（图8) 以及最终可确定（能量）流本身（图9)。
[0085] 图 1 至图 10 :
[0086] 图1在示意性示例中示出了平均的（单户）住房EH!的（热）能量损失的来源和 数量级（值对于法国是典型的）。
[0087] 图2作为原理图示出了负责根据图1的通过各表面的能量损失的所有三个热传输 机制。即：
[0088] 1?在地面内的热传导，其中TBQden = Xl°K，
[0089] 2.邻接各面的在此为空气的流体的对流加热/冷却，其中IYuft =x2°K，
[0090] 3.与包围各面的2ji半空间的辐射交换。在此对于建筑物，特别重要的是特别是 天空的（福射）温度，其中Tsky =x3°K，或周围的景物的（福射）温度，其中TErde =x4°K。[0091] Bzl:由于缺少对于温度和材料的知识（TB()d6n、入p屯…），通常仅可间接地确定在 地面内的热传导/损失。
[0092] 图3示出了对于图1中的（典型的）热损失的等效的热流模型。在此模型中，所 有围成了房间的墙壁/表面通过等效热阻来模拟（确切而言，由于其单独的墙壁组成部分 /覆层的不可避免热存储容量导致的阻抗）。进一步地，所有墙壁或表面温度分别等效于热 流模型中的相应的电势/电压（例如，Tint =U(Tint))。因此，现在在热流模型中所有（电） 流在量值和方向上对应于在真实的部件/表面内或通过所述部件/表面的各（热）能量流。 在此，能量守恒定律由对于电流和电压的基尔霍夫节点定律和网孔定律反映。
[0093] 图4根据有限元单元示意性地示出了典型的真实的墙壁结构如何在等效的有限 元热流模型中被描述。在此模型中，所有（热能）流仅流过在模型的每个节点（i，j，k)的 六个直接相邻节点中的各两个（i±l，k±l，z)和（i，k，z±l)之间的通常取决于材料的 阻抗。因此，出入部件的墙壁/表面的总（热）流因此如在图4中可见，是每个被建模的 表面点的所有ISi(i，k，Zl)和IS6(i，k，zN)与由IR测量照相机可采集的所属的温度/电压 TSi(i，k，Zl)和TSe(i，k，zN)的总和。此（热能）流在各辐射环境（IKe(i，k)和IKi(i，k))或 在对流环境（L(i，k)和Iu(i，k))上被释放，或被此环境吸收。必须的能量守恒因此总是 使得流ISi (i,k,zD和ISe;(i，k,zN)与在位置（i,k,z/zj处的此福射流和对流流的总和相 等。其大小和方向因此由测量结果（IR图像和环境参数）可直接导出。
[0094] Bzl:损失的测量2ikISe(i，k):
[0095] *TK1 (TS11，TS12，…，Tsln，…，TSmn)
[0096] * 损失2ikISe(i，k)，因为Ij(ik)=0!
[0097] *ISeQk) =IKe(ik)+ILe(ik)
[0098] *IKe(ik) =F(TSe (ik)，TKe (环境），AA)
[0099] *TKe(环境）=F(Tsky，TErde)
[0100] *ILe (ik) =F(TSe (ik)，TLe，ak，Lchar，AA)
[0101] 图5在三个传输部分中示出了与任意的墙壁/表面结构等效的有限元热流模型到 也与之等效的（有限元）热图像模型的转换。在此，在两个任意的相邻表面点（i，k，zk)和 a1，Zk)之间的所测量的温度/电压差通过具有在那个点之间的所属的（阻抗）流的受控 电流源描述（在图5中的第2个传输步骤）。其现在可根据基尔霍夫定律（能量守恒）通过 无电流的电压源替换，其带有在热图像中的两个任意的表面点P(i，k，Zl/zN)和P(j，1，Zl/ zN)的测量的温度差ATSK。因为所有另外的出入墙壁/表面的流因此消失，所以唯一地取决 于各表面温度TSe(i，k)和TSi(i，k)的流ISe(i，k)和ISi(i，k)是出入各墙壁/表面P(i，k，Zl/ zN)的总（热）能传输。这可以使用_更好地必须仅使用-热成像照相机非接触地采集，因 为每个另外的测量方法通常明显地导致结果的错误和畸变。
[0102] 图6示出了根据本发明的物理正确的通过墙壁/部件表面的（热）能量流ISe/ISi 的建模/测量和在所有（可购得的）建筑物仿真模型中使用的根据DINENISO6946(ENEV 2009/2012)的标准的差异。因为在此模型中仅（外部/内部）空气温度1/^作为唯一 的环境参数出现，所以所述模型对于测量部件/表面的热阻和（热）阻抗完全不合适。此 (标准）RSe值/RSi值物理上无意义并且因此不可用于实际的测量/计算。此值仅适合于在 (热）能量流的强度的（月/年）平均的仿真时，在需要时补偿通过所选择的模型简化（例 如，缺少"辐射气候"和"辐射环境"）必然出现的误差。
[0103]Bzl:计算热阻：

【权利要求】
1. 一种用于测量和计算通过外壳面的热传输的方法，其中考虑热辐射和对流，其中，为 确定热福射考虑外壳面的表面温度和外壳面周围的半球的反向福射温度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，为确定表面温度使用热成像照相机。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，为确定反向辐射温度使用热成像照相机。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在计算对流时考虑外壳面的几何条 件。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，考虑与地面的对流热传输。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，所述方法对于建筑物执行。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在测量对象部分地整合或 覆盖在未知的导热介质-在此提到地面-内/通过所述导热介质部分地整合或覆盖的情况 中，也通过整合的内部测量和外部测量的求差来确定地面内的热传导损失。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，通过照相机或传感器非接触地采集 所有面元件的各表面温度，并且通过整合的几何测量系统同时采集和计算其在空间内的各 实际位置和几何形状。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，测量对象环境到各被测量面元件 内的辐射能量输入通过整合的2 半空间辐射传感器，按照至少两个可调节的空间角度 (9sky，（PEartH)被分离，并且与各面元件的表面温度的测量值被同时采集。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，2JI半空间辐射传感器将待测量的半空间分为 MXK个相等/不相等的空间角度，将其分开地测量并且将单个空间角度的各辐射温度以空 间角度分量正确的方式传递到整合的测量系统。
11. 根据权利要求9和10所述的方法，其中，2 半空间辐射传感器的任务通过带有附 加的用于自动采集测量面的完全的2 半球的全景功能的根据权利要求8的传感器实现， 或通过2 照相机枢转实现。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，整合了照相机的几何测量系统 与温度测量同时地，通过带有已知的角度U12,a13,a12，…）的三个或多个测量射线（Sp S2，S3，…），在与照相机图像平面的位置和距离上，测量各测量平面上的三个或多个点（Pp P2,P3，…），并且因此通过简单的三角学计算为测量对象的每个图像像素赋予真实的物理 尺寸（例如，以m为单位），并且因此使得热成像或测量照相机的总图像也与真实的x/y/z 坐标相关。
13. -种用于计算通过外壳面的热传输的设备，特别是用于执行根据权利要求1至12 中任一项所述的方法的设备，所述设备带有计算单元，所述计算单元被构造为考虑热辐射 和对流，其中，为确定热辐射考虑外壳面的表面温度和外壳面周围的半球的反向辐射温度。
14. 根据权利要求13所述的设备，所述设备包括热成像照相机。
15. -种计算机产品，所述计算机产品可直接下载到计算机的内部存储器内并且包括 软件段，以所述软件段可执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
【文档编号】G01J5/10GK104412081SQ201380033487
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年5月10日 优先权日:2012年5月9日
【发明者】杰拉尔德.米施克 申请人:杰拉尔德.米施克