真空玻璃保溫性能及其衰減快速檢測(cè)評(píng)估方法非穩(wěn)態(tài)法2022-10-12發(fā)布I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)提出。本文件由全國(guó)工業(yè)玻璃和特種玻璃標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC447)歸口。本文件起草單位：海南大學(xué)、中國(guó)國(guó)檢測(cè)試控股集團(tuán)股份有限公司、航麒科技(深圳)有限公司、青島廣璃新材料科技有限公司、?？谑谐墙ńㄔO(shè)工程施工圖設(shè)計(jì)文件審查有限公司、海南建設(shè)工程股份有限公司、大連海洋大學(xué)、沈陽(yáng)市星辰儀器儀表有限公司、無(wú)錫學(xué)院、湖北晶爾真空玻璃技術(shù)有限責(zé)任公司、大連理工大學(xué)、重慶英諾維節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?、南通大學(xué)、海南師范大學(xué)、中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)海南有限公司、皓晶控股集團(tuán)股份有限公司。本文件主要起草人：王磊、胡楊剛、王元麒、李建保、化山、節(jié)洪壯、凌海、李成良、張明揚(yáng)、袁力、Ⅱ本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)提請(qǐng)注意，聲明符合本文件時(shí)，可能涉及第4章、第5章、第6章、第7章及附錄A和附錄B的內(nèi)容與《真空玻璃保溫性能非穩(wěn)態(tài)檢測(cè)方法與裝置》和《一種快速測(cè)量真空玻璃熱阻的方本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)對(duì)與專利的真實(shí)性、有效性和范圍無(wú)任何立場(chǎng)。該專利持有人已向本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)承諾，他愿意同任何申請(qǐng)人在合理且無(wú)歧視的條款和條件下，就專利授權(quán)許可進(jìn)行談判。該專利持有人的聲明已在本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)備案。相關(guān)信息可以通過以下聯(lián)系方式獲得：1)專利持有人姓名：海南大學(xué)地址：海南省海口市人民大道58號(hào)2)專利持有人姓名：新立基節(jié)能玻璃(天津)有限公司地址：天津市寶坻區(qū)天津?qū)氎婀?jié)能環(huán)保工業(yè)區(qū)寶中道30號(hào)請(qǐng)注意除上述專利外，本文件的某些內(nèi)容仍可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。1真空玻璃保溫性能及其衰減快速檢測(cè)評(píng)估方法非穩(wěn)態(tài)法本文件規(guī)定了利用非穩(wěn)態(tài)法檢測(cè)評(píng)估真空玻璃保溫性能及其衰減的方法原理、儀器裝置、試驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理與試驗(yàn)報(bào)告。本文件適用于生產(chǎn)企業(yè)對(duì)真空玻璃保溫性能及其在研究過程中對(duì)保溫性能衰減的快速檢測(cè)評(píng)估。2規(guī)范性引用文件下列文件的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T8484—2020建筑外門窗保溫性能檢測(cè)方法GB/T38586—2020真空玻璃3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。真空玻璃保溫性能thermalinsulationperformanceforvacuuminsulatingglass真空玻璃阻止熱量從一側(cè)向另一側(cè)傳遞的能力。注：真空玻璃保溫性能一般用傳熱系數(shù)來表征。保溫性能衰減度declinedegreeofthermalinsulationperformance傳熱系數(shù)在一定測(cè)試周期(一個(gè)月)的變化率。注：保溫性能衰減度可快速評(píng)估真空玻璃保溫性能的衰減。4方法原理基于瞬態(tài)響應(yīng)，真空玻璃一側(cè)(熱端)溫度迅速地階躍上升，同時(shí)精確測(cè)量另一側(cè)(測(cè)量端)較小的較慢的溫升，可獲得真空玻璃非穩(wěn)態(tài)傳熱特性(此溫升過程在特征時(shí)刻的溫度變化率與傳熱系數(shù)正相關(guān))。而此溫度變化率檢測(cè)會(huì)受到環(huán)境溫度與溫差的影響，所以，通過建立以測(cè)量端溫度、環(huán)境溫度與熱端溫度為輸入變量，以傳熱系數(shù)為輸出變量的智能模型，可實(shí)現(xiàn)真空玻璃保溫性能的快速檢測(cè)與評(píng)估。定期檢測(cè)真空玻璃的保溫性能，傳熱系數(shù)保持不變的時(shí)間為保溫性能保持時(shí)間，從開始衰減的時(shí)間到達(dá)到分級(jí)閾值的時(shí)間為保溫性能衰減時(shí)間，可通過退化冪律模型擬合，以評(píng)估保溫性能衰減趨勢(shì)。5儀器裝置5.1真空玻璃保溫性能智能檢測(cè)儀真空玻璃保溫性能智能檢測(cè)儀由熱端(由加熱器、熱端溫度傳感器及溫度控制器組成)、測(cè)量端(由2測(cè)量端溫度傳感器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成)、環(huán)境溫度檢測(cè)系統(tǒng)(由環(huán)境溫度傳感器、溫度測(cè)量?jī)x組成)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，如圖1所示。標(biāo)引序號(hào)說明：1——試樣；2——加熱器；3——熱端溫度傳感器；4——測(cè)量端溫度傳感器；5——環(huán)境溫度傳感器；6——溫度測(cè)量?jī)x；7——溫度控制器；8——模數(shù)轉(zhuǎn)換器；9——計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。圖1真空玻璃保溫性能智能檢測(cè)儀示意圖5.2熱端一般由鋁或銅等金屬材料制成，導(dǎo)熱系數(shù)不低于237.2W/(m·K),與試樣接觸的表面平整度應(yīng)不大于0.005mm,形狀為圓形，直徑不小于100mm,內(nèi)部裝有加熱器及傳感器，溫度控制器控制精度5.3測(cè)量端應(yīng)由K型熱電偶制成，與試樣接觸面積不大于5mm2,測(cè)量位置放在試樣支撐點(diǎn)矩陣單元的正中間，且對(duì)應(yīng)熱端中心偏差不大于5mm,經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器溫度測(cè)量分辨率不低于0.001K。5.4環(huán)境溫度檢測(cè)系統(tǒng)環(huán)境溫度檢測(cè)系統(tǒng)包括傳感器及溫度測(cè)量?jī)x，溫度測(cè)量分辨率不低于0.01K。5.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)熱端、測(cè)量端及環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的采集及計(jì)算等功能，算法應(yīng)滿足附錄A要求。5.6檢測(cè)區(qū)域測(cè)量點(diǎn)(接觸圓圓心)在真空玻璃四周邊線向中心偏移130mm的線段圍成的封閉區(qū)域。36試驗(yàn)6.1試驗(yàn)條件試驗(yàn)在下述條件下進(jìn)行：a)測(cè)量裝置和待測(cè)試樣不應(yīng)陽(yáng)光直射；b)放置測(cè)量裝置和試樣的臺(tái)面應(yīng)無(wú)震動(dòng)。6.2試樣6.2.1試樣為真空玻璃，尺寸不小于300mm(長(zhǎng))×300mm(寬)。試樣的支撐物排列規(guī)則，不應(yīng)有缺6.2.2試樣試驗(yàn)前，應(yīng)置于6.1a)試驗(yàn)條件下不少于8h。6.3試驗(yàn)步驟6.3.1傳熱特性檢測(cè)6.3.1.1開啟真空玻璃保溫性能智能檢測(cè)儀裝置，預(yù)熱30min。6.3.1.2熱端溫度控制應(yīng)高于環(huán)境溫度40℃~60℃。6.3.1.3待熱端溫度穩(wěn)定后，將試樣置于熱端和測(cè)量端之間，并應(yīng)接觸良好。6.3.1.4開始檢測(cè)測(cè)量端溫度，獲得至少連續(xù)5min數(shù)據(jù)。6.3.2保溫性能檢測(cè)6.3.2.1.1制備系列基準(zhǔn)樣品，按GB/T8484—2020或GB/T38586—2020分別檢測(cè)傳熱系數(shù)(U值或6.3.2.1.2端溫度。用真空玻璃保溫性能智能檢測(cè)儀按6.3.1分別檢測(cè)測(cè)量端溫度，并記錄相應(yīng)的環(huán)境溫度和熱按式(1)建立以測(cè)量端溫度、環(huán)境溫度、熱端溫度為輸入變量，傳熱系數(shù)為輸出變量的智能模6.3.2.2.1取待測(cè)樣品，按6.3.1檢測(cè)測(cè)量端溫度至少記錄連續(xù)5min數(shù)據(jù)，并記錄相應(yīng)的環(huán)境溫度和熱端溫度。6.3.2.2.2將6.3.2.2.1檢測(cè)的測(cè)量端溫度、環(huán)境溫6.3.3保溫性能衰減評(píng)估6.3.3.1按6.3.2每月檢測(cè)同一片真空玻璃傳熱系數(shù)一次，每次取連續(xù)三天平均值。按式(2)計(jì)算保溫性能衰減度，直到真空玻璃傳熱系數(shù)年增加0.1W/(m2·K)[對(duì)于傳熱系數(shù)小于或等于1.0W/(m2·K)的樣品]或者保溫性能年衰減度達(dá)到10%以上[對(duì)于傳熱系數(shù)大于1.0W/(m2·K)的樣品]時(shí)，記錄保溫性能保持時(shí)間。6.3.3.2繼續(xù)每月檢測(cè)真空玻璃傳熱系數(shù)一次，每次取連續(xù)三天平均值。依據(jù)12個(gè)月周期數(shù)據(jù)按附錄B的B.2擬合出退化軌跡冪律模型的待定系數(shù)，即退化率因子、退化軌跡參數(shù)和傳熱系數(shù)偏置。再依據(jù)4GB/T41743—2022表B.1,預(yù)測(cè)出真空玻璃保溫性能衰減時(shí)間。6.3.3.3用保溫性能保持時(shí)間和保溫性能衰減時(shí)間來評(píng)估真空玻璃保溫性能衰減趨勢(shì)。注：真空玻璃真空壽命預(yù)測(cè)研究參見附錄C。7數(shù)據(jù)處理7.1以測(cè)量端溫度、環(huán)境溫度、熱端溫度為輸入變量，傳熱系數(shù)為輸出變量，構(gòu)成樣本數(shù)據(jù)集。傳熱系數(shù)的預(yù)測(cè)模型(見附錄A)按式(1)構(gòu)建：U——傳熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開爾文[W/(m2·K)];th——熱端溫度，單位為攝氏度(℃);7.2真空玻璃保溫性能衰減度可按式(2)計(jì)算：U'?——保溫性能衰減度；U'——每月檢測(cè)的傳熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開爾文[W/(m2·K)],n=1,2,…,12;U'w——傳熱系數(shù)初始值，單位為瓦每平方米開爾文[W/(m2·K)]。7.3測(cè)量端溫度在小數(shù)點(diǎn)后保留三位數(shù)字，環(huán)境溫度和熱端溫度在小數(shù)點(diǎn)后保留兩位數(shù)字。7.4溫度變化率在小數(shù)點(diǎn)后保留三位數(shù)字。7.5傳熱系數(shù)在小數(shù)點(diǎn)后保留兩位數(shù)字。7.6保溫性能衰減度在小數(shù)點(diǎn)后保留兩位數(shù)字。8試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：a)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)(本文件編號(hào));d)使用儀器；e)檢測(cè)環(huán)境溫度；f)檢測(cè)結(jié)果；h)檢測(cè)單位。55GB/T41743—2022(規(guī)范性)真空玻璃保溫性能檢測(cè)A.1智能模型原理智能模型采用隨機(jī)森林法，隨機(jī)森林法的結(jié)構(gòu)原理如圖A.1所示。圖A.1隨機(jī)森林法的結(jié)構(gòu)原理通過對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行回寫采樣，得到的樣本數(shù)與原始數(shù)據(jù)集的樣本數(shù)一致，有些樣本數(shù)是重復(fù)的；或者對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行不帶回寫的抽樣，提取60%的原始樣本構(gòu)成數(shù)據(jù)集，其余作為檢驗(yàn)誤差的檢驗(yàn)集。將提取的樣本作為生成的決策樹，然后將提取的樣本放回原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行新一輪的提取。這樣，依次生成的多個(gè)決策樹就構(gòu)成了一個(gè)隨機(jī)森林。若采用隨機(jī)森林分類，則每棵決策樹的計(jì)算原則為基尼指數(shù)?；嶂笖?shù)是隨機(jī)抽取的樣本被錯(cuò)誤分類的一種概率。基尼指數(shù)越低，樣品被錯(cuò)誤分類的概率就越低，這意味著樣品的純度越高，樣本集更高?；嶂笖?shù)很高，就意味著樣本集的純度很低?；嶂笖?shù)的計(jì)算方法見公式(A.1)?！?A.1)基尼指數(shù)等于樣本被選中的概率乘以樣本被分類錯(cuò)誤的概率，其中，P、是樣本屬于k類的概率，(1-P)是樣本不屬于k類的概率，即分類錯(cuò)誤的概率。對(duì)于回歸問題，原則是最小均方誤差。通過對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行隨機(jī)分割，得到均方誤差最小的數(shù)據(jù)集的分割點(diǎn)。c?和c?分別是數(shù)據(jù)集樣本的平均輸出值，具體計(jì)算方法見式(A.2)。隨機(jī)森林為每組重采樣數(shù)據(jù)集訓(xùn)練一個(gè)最優(yōu)模型，共k個(gè)模型。令X;為隨機(jī)可放回抽樣的子數(shù)據(jù)集的N維變量，根據(jù)可返回采樣并使用相同模型的子數(shù)據(jù)集的相似性，每個(gè)模型具有近似相等的偏差和方差，模型的分布也大致相同，但不是獨(dú)立的(因?yàn)樽訑?shù)據(jù)集之間存在重復(fù)變量)。基于集成學(xué)習(xí)的套袋6GB/T41743—2022方法，可從該方法的角度分析隨機(jī)森林的偏差和方差，計(jì)算方法見式(A.3)?！?A.3)采用極限分析法對(duì)袋裝法的方差問題進(jìn)行分析，將其分為兩種不同的情況?！?A.4)……………(A.5)式(A.4)和式(A.5)分別表示模型完全相同和模型完全獨(dú)立的兩種情況。結(jié)論是，套袋方法的子數(shù)………………(A.6)………(A.7)…………(A.8)………(A.9)A.2智能模型構(gòu)建智能模型構(gòu)建如圖A.2所示。上導(dǎo)變量選擇上導(dǎo)變量選擇樣本有放回?cái)?shù)據(jù)集1數(shù)據(jù)集2*數(shù)據(jù)集n最終預(yù)測(cè)值ddo圖A.2智能模型構(gòu)建其中，測(cè)量端溫度需取至少連續(xù)5min的數(shù)據(jù)，按式(A.10)計(jì)算第5分鐘溫度變化率，為中間變量。7GB/T41743—2022t'。=tzt…………(A.10)t'。——第5分鐘的溫度變化率，單位為攝氏度每分鐘(℃/min);t?——第240秒時(shí)測(cè)量端溫度，單位為攝氏度(℃);t?——第300秒時(shí)測(cè)量端溫度，單位為攝氏度(℃)。將數(shù)據(jù)集采用6:3:1的比例劃分成訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集，運(yùn)行建模程序。8(規(guī)范性)真空玻璃保溫性能衰減評(píng)估B.1真空玻璃保溫性能按傳熱系數(shù)分級(jí)閾值真空玻璃保溫性能按傳熱系數(shù)分級(jí)閾值，見表B.1。表B.1真空玻璃保溫性能按傳熱系數(shù)分級(jí)閾值傳熱系數(shù)(U值或K值)W/(m2·K)特級(jí)優(yōu)級(jí)注：本文件中熱流計(jì)法測(cè)試的傳熱系數(shù)用U值表示，標(biāo)定熱箱法測(cè)試的傳熱系數(shù)用K值表示。B.2傳