CN205229127U - 一种可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置 - Google Patents

Abstract

一种可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置，其特征在于：恒温恒湿控制箱、试验墙体架、中部连接构件、静压箱、风机、温湿度以及空气压力的传感器、采集模块、计算机按如下连接：试验墙体砌筑在试验墙体架内，在试验墙体内及其两侧表面附近设置温湿度传感器，在恒温恒湿控制箱前室和静压箱内设置压力传感器，静压箱与风机采用软连接，恒温恒湿控制箱的敞口侧与静压箱的敞口侧通过中部连接构件分别密封安装在试验墙体两侧，温湿度及压力信号通过信号线、采集模块传输至计算机；在线监测软件显示、存储温湿度及压力。本试验装置适用性较好，经济合理，测试精度高，可广泛应用于测量试验墙体在热湿及空气耦合传递过程中温、湿度场分布。

Description

一种可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置

技术领域

本实用新型属于建筑科学技术领域，具体涉及新型可控式墙体热湿耦合传递规律试验装置，特别是一种可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置。

背景技术

建筑围护结构是构成建筑空间，抵御环境不利影响的构件。随着全球可持续发展和节能减排意识的不断增强，建筑围护结构再次成为人们关注的焦点。在建筑能耗中约有60％左右为采暖空调能耗，是建筑能耗中最大的部分，其中，围护结构的耗热量占建筑采暖空调能耗的1/3以上。合理设计和选择建筑围护结构类型和组成部分是减少采暖空调负荷的有效方法。建筑墙体是围护结构中的重要组成部分，建筑墙体内部的湿累积、甚至结冰会显著降低其热工性能，认识其内部的热湿耦合传递规律是正确进行建筑能耗计算和墙体构造设计的基础，研究建筑墙体的热湿耦合传递理论并应用于其热湿特性分析和热工性能优化设计具有十分重要的现实意义。

建筑墙体一般由多孔介质材料构成，内部热湿耦合传递具有复杂性、耦合性和非线性特点，同时受风压、热压的共同作用，在建筑墙体两侧往往存在压差，特别是在高层建筑中墙体两侧的压差作用更加突出和显著，由于压差的存在，会引起墙体内部空气的宏观流动，而且墙体内部的热量传递、水分传递和空气流动相互作用，相互耦合，从而引起墙体内的热、湿、空气耦合传递。墙体热、湿、空气耦合传递过程与规律极其复杂，试验研究是获得墙体内部热湿及空气耦合传递规律和特征的重要手段。

目前，对于墙体内部热湿耦合传递试验装置的设计多侧重于等压的条件下，并积累了很多建筑墙体内部热湿耦合传递方面的成果；有些学者考虑了建筑墙体由于热压、风压引起的空气压差的影响，并取得了一些建筑墙体热湿及空气耦合传递方面的成果。但是，在研究热湿耦合传递规律的试验装置中试验墙体一维处理措施比较简单，误差较大；由于目前检测技术中的空气压差是标准大气压下的空气压差，与实际空气压差有一定的误差，影响了墙体内部热湿及空气耦合传递规律的准确获得。因此，有必要进一步改善试验墙体热湿及空气耦合传递规律的试验装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种适用性好、应用方便的可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置。

为实现上述目的，本实用新型的可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置的特征如下：

试验装置包括：恒温恒湿控制箱、试验墙体架、中部连接构件、静压箱、风机、温湿度以及空气压力的传感器、采集模块、计算机等按如下连接：试验墙体砌筑在试验墙体架内，在试验墙体内及其两侧表面附近设置温湿度传感器，在恒温恒湿控制箱前室和静压箱内设置压力传感器，静压箱进风口与风机出风口采用软连接，恒温恒湿控制箱敞口侧与静压箱敞口侧通过中部连接构件分别密封安装在试验墙体的两侧，温湿度及压力信号传输至采集模块，采集模块与计算机通过信号线连接；温度、湿度、空气压力经采集模块传输至计算机，用在线监测软件显示、存储、记录和监测不同压差作用下墙体内部温、湿度的分布情况。

所述的恒温恒湿控制箱为一侧面开敞、其余五面封闭的箱体，箱体内安装加湿水箱、补水水箱、干湿温度传感器、空气循环***、压缩机、换热器、排水口、排水槽、保温材料、防水铝箔、连固板、连固孔等，底部安装滑动小轮，侧面加工有温湿度控制器和电源线接口；内部由不锈钢板分隔为前室和后室两部分；三个压力传感器沿前室长度方向的中轴线均匀布置；通过恒温恒湿控制箱获取试验墙体一侧附近的一系列稳定温湿度。

所述的静压箱风口包含进风口和可调节出风口；可调节出风口位于静压箱沿长度方向的两侧，用于调节静压箱内的压力大小；静压箱的一侧面敞口，敞口的面积不小于试验墙体一侧的面积；三个压力传感器沿静压箱长度方向的中轴线均匀布置。

所述的试验墙体架由冷轧钢板、保温材料、隔湿材料、橡胶密封板、滑动小轮五个部分组成；保温材料与隔湿材料填充并固定到试验墙体架内侧的接触面四周，橡胶密封板粘固在试验墙体架两侧的四周接触面上，保证恒温恒湿控制箱、静压箱分别与试验墙体架的两侧接触面紧密结合；试验墙体架预留试验墙体的宽与高相等且均不小于1.5m、厚度不大于300mm；保温材料厚度至少为150mm，隔湿材料的厚度至少为3mm，橡胶密封板的厚度至少为10mm。

所述的试验墙体内沿厚度方向均匀预埋至少三个温湿度传感器，试验墙体连接恒温恒湿控制箱一侧的表面附近设置一个温湿度传感器，在静压箱中心位置设置一个温湿度传感器，所有的温湿度传感器均处在同一高度。

所述的中部连接构件为双头螺栓，双头螺栓的抗拉和抗折强度需满足使用要求；恒温恒湿控制箱和静压箱两者的敞口侧边沿均焊接宽度为150mm的连固板，连固板均匀设置十个连固孔；双头螺栓将恒温恒湿控制箱、静压箱分别与试验墙体的两侧紧密连接，并保证二个接触面具有良好密闭性。

所述的试验装置包括已安装在线监测软件的计算机，该在线监测软件能实时显示、存储、记录和监测试验墙体和静压箱内的温度、湿度及压力信号；根据所布置的压力传感器，该在线监测软件可实时且准确得到试验墙体两侧的空气压力；根据监测的压力，对可调节出风口和多叶调节阀进行人工调节，控制静压箱内的压力保持在允许误差范围内。

有益效果：采用上述方案，本实用新型能够准确测出墙体两侧环境的温湿度及空气压差、墙体内部的温度分布与湿度分布。通过对静压箱的多叶调节阀和可调节出风口的调节、恒温恒湿控制箱温湿度的设定，可得到在试验墙体两侧对流换热边界条件和不同空气压差作用下的墙体内部温度、湿度分布，进而运用多孔介质传热传质理论分析出试验墙体热湿及空气耦合传递规律；本实用新型适用性比较好、经济合理、测试精度高，可应用于探知墙体热湿及空气耦合传递规律。

附图说明

图1为本实用新型的***示意图。

图2为本实用新型图1中的试验墙体A-A剖面示意图。

图3为本实用新型图1中的试验墙体B-B剖面示意图。

图4为本实用新型图1中的静压箱C-C剖面示意图。

图5为本实用新型图1中的恒温恒湿控制箱正视图。

图6为本实用新型图1中的恒温恒湿控制箱俯视图。

图7为本实用新型图1中的恒温恒湿控制箱侧视图。

图中：1—恒温恒湿控制箱；2—试验墙体架；3—中部连接构件；4—静压箱；5—风机；6—温湿度传感器；7—压力传感器；8—温湿度采集模块；9—压力采集模块；10—计算机；11—试验墙体；12—隔湿材料；13—保温材料；14—滑动小轮；15—前室；16—后室；17—温湿度控制器；18—补水水箱；19—压缩机；20—空气循环***；21—加湿水箱；22—干湿温度传感器；23—换热器；24—控温箱；25—防水铝箔；26—连固板；27—连固孔；28—可调节出风口；29—多叶调节阀；30—稳固基座；31—排水口；32—排水槽；33—橡胶密封板；34—电源线。

具体实施方式

本实用新型的试验装置包括：恒温恒湿控制箱、试验墙体架、中部连接构件、静压箱、风机、温湿度以及空气压力的传感器、采集模块、计算机等按如下连接：试验墙体砌筑在试验墙体架内，在墙体内及其两侧表面附近设置温湿度传感器，在恒温恒湿控制箱前室和静压箱内设置压力传感器，静压箱进风口与风机出风口采用软连接，恒温恒湿控制箱敞口侧与静压箱敞口侧通过中部连接构件分别密封安装在试验墙体的两侧，温湿度及压力信号传输至采集模块，采集模块与计算机通过信号线连接；温度、湿度、空气压力经采集模块传输到计算机，用在线监测软件显示、存储、记录和监测不同压差作用下墙体内部温、湿度的分布情况。

所述的恒温恒湿控制箱为一侧面开敞，其余五面封闭的箱体，箱体内安装加湿水箱、补水水箱、干湿温度传感器、空气循环***、压缩机、换热器、排水口、排水槽、保温材料、防水铝箔、连固板、连固孔等，底部安装滑动小轮，侧面加工有温湿度控制器和电源线接口；内部由不锈钢板分隔为前室和后室两部分；前室上侧面沿长度方向的中轴线均匀布置三个压力传感器；且所有压力传感器的末端均在前室沿长度方向的中轴线上。所述的恒温恒湿控制箱敞口侧完全密封，按现有的技术水平能控制前室内的温湿度保持稳定、波动小，温湿度的均匀度比较小，且均在误差允许的范围内；恒温恒湿控制箱的前室能提供一系列恒定的温湿度。

所述的静压箱风口包含进风口和可调节出风口；可调节出风口位于静压箱沿长度方向的两侧，用于调节静压箱内的压力大小；静压箱上侧面沿长度方向的中轴线均匀布置三个压力传感器；且所有压力传感器的末端均在静压箱沿长度方向的中轴线上。在静压箱底部四角安装滑动小轮，便于使用时移动；静压箱进风口与风机出风口采用软连接相连，而且软连接材料降低噪音，减少振动，密封性好。所述的静压箱敞口一侧与试验墙体架一侧接触面密封连接，密封材料有一定弹性，在一定振动范围内保持良好密封性。

所述的试验墙体架由冷轧钢板、保温材料、隔湿材料、橡胶密封板、滑动小轮五个部分组成；保温材料与隔湿材料填充并固定到试验墙体架内的接触面四周，橡胶密封板粘固在试验墙体架两侧的四周接触面上，保证恒温恒湿控制箱、静压箱分别与试验墙体的两侧接触面紧密结合。冷轧钢板为市场上的合格品；试验墙体架预留试验墙体的宽与高均不小于1.5m，试验墙体厚度不大于300mm；保温材料为挤塑聚苯乙烯保温板，其填充厚度至少为150mm；隔湿材料为聚乙烯丙纶高分子防水卷板，其填充厚度至少为3mm，橡胶密封板的厚度至少为10mm；试验墙体砌筑试验墙体架内，保证试验墙体的四周绝热绝湿。所述的试验墙体内沿厚度方向均匀预埋至少三个温湿度传感器，试验墙体安装恒温恒湿控制箱的一侧表面附近设置一个温湿度传感器，在静压箱中心位置设置一个温湿度传感器，所有的温湿度传感器均处在同一高度。

所述的中部连接构件为双头螺栓，恒温恒湿控制箱和静压箱两者的敞口侧边沿均焊接宽度为150mm的连固板，连固板均匀设置10个连固孔；双头螺栓将恒温恒湿控制箱、静压箱分别与试验墙体的两侧紧密结合，并保证二个接触面具有良好密闭性。

所述的风机安装在稳固基座上，风机出风口与静压箱进风口采用软连接；通过调节可调节出风口和多叶调节阀，静压箱能提供一系列稳定的空气压力。

所述的试验装置包括已安装在线监测软件的计算机，该在线监测软件能实时显示、存储、记录和监测试验墙体、静压箱、前室内的温湿度及压力信号；根据所布置的压力传感器，该在线监测软件可实时且准确得到试验墙体两侧的空气压力；根据监测的压力，对可调节出风口和多叶调节阀进行人工调节，控制压力保持在允许误差范围内。

本实用新型的试验装置实施步骤如下：

a、搭建装置：搭建包括恒温恒湿控制箱、试验墙体架、试验墙体、中部连接构件、静压箱、风机、温湿度传感器、压力传感器、采集模块、计算机等部分的试验装置；

b、检查确认：检查试验装置各个部分的连接与密封，保证均正常无误；检查温恒湿控制箱的补水水箱和加湿水箱，保证其水位为正常水平；

c、启动装置：启动恒温恒湿控制箱，调节温湿度控制器，确保恒温恒湿控制箱运行正常；开启计算机和温度、湿度、压力的在线监测软件，确保在线监测软件能正常获取并存储各监测点的信号；启动风机，确保风机正常运转；

d、调节压力：根据设定的每个空气压力和所监测到的空气压力，调节静压箱的多叶调节阀和可调节出风口，保持压力稳定，且压力波动保持在允许误差范围内；

e、调节温湿度：恒温恒湿控制箱启动后，根据设定的每个温度和湿度，调节温湿度控制器，保持每个温度和湿度的稳定；

f、数据采集与存储：在线监测软件24小时不间断地获取并存储各监测点的温度、湿度及压力数据并存储；在恒温恒湿控制箱前室的温湿度设定值下，通过改变静压箱压力的设定值，可以测量一系列不同压差作用下的墙体内部温湿度分布；

g、数据处理：根据检测得到的墙体两侧环境的温湿度及空气压差、墙体内部的温度湿度分布，运用多孔介质传热传质理论，可以分析和得出墙体两侧对流换热边界条件和空气压差作用下内部的温度、湿度、空气压力随时间的变化规律，进而分析空气压差对墙体热湿传递的影响，得出墙体热湿及空气耦合传递规律。

下面结合附图和实施例对实用新型作进一步的描述：

该试验装置的各个部分按如下连接：试验墙体11砌筑在试验墙体架2内，通过滑动小轮14将恒温恒湿控制箱1和静压箱4移至试验墙体架2的两侧，微调恒温恒湿控制箱1和静压箱4的位置，保证恒温恒湿控制箱1和静压箱4的开口面对准试验墙体架2的中部且保证试验墙体架2竖向中心线与恒温恒湿控制箱1、静压箱4的开口面竖向中线三线共面，利用中部连接构件3通过连固孔27将恒温恒湿控制箱1与静压箱4分别密封安装在试验墙体架2的两侧，静压箱4进风口与风机5出风口采用软连接，在试验墙体11内及其两侧表面附近设置温湿度传感器6，在前室15和静压箱4内设置压力传感器7，温湿度及压力信号传输至采集模块，采集模块与计算机10通过信号传输线连接；详见本实用新型的***示意图，如图1所示。

所述的恒温恒湿控制箱1为一侧面开敞，其余五面封闭的箱体；恒温恒湿控制箱1外壳由静电喷塑处理的冷轧钢板和不锈钢板二层组成，内部由不锈钢板分隔为前室15和后室16两部分。前室15内壁表面粘固保温材料13，以隔绝前室15内与前室15外温度；防水铝箔25粘结于保温材料13表面，以防止保温材料13受潮和锈蚀箱体。前室15下表面安装有加湿水箱21、控温箱24、排水口31、排水槽32；加湿水箱21由不锈钢板制作而成，可以升高前室15内部湿度；控温箱24可以起到升高前室15内部温度，降低前室15内部湿度的作用；排水口31位于前室15下表面中心位置，以使前室15内积水排出；排水槽32位于前室15下表面靠近外侧位置，当前室15内积水严重时，可以快速排出积水，防止前室15内积水渗入润湿试验墙体11。在恒温恒湿控制箱1的敞口侧边沿焊接厚度为150mm的连固板26，连固板26上均匀布置十个连固孔27。前室15的两侧壁有换热器23、干湿温度传感器22、空气循环***20，空气循环***20均在换热器23的上面；其中换热器23主要起降低前室15内部温度的作用，其中干湿温度传感器22与温湿度控制器17连接，以实时检测前室内部15的温湿度，并通过温湿度控制器17实时显示前室15内部的温湿度和进行温湿度控制；空气循环***20以制造循环风保障前室15内部的空气温湿度均匀性。前室上侧面沿长度方向的中轴线均匀布置三个压力传感器；且所有压力传感器的末端均在前室沿长度方向的中轴线上。后室16下表面安装有补水水箱18、压缩机19、电源线34。其中补水水箱18由不锈钢板制作而成，与加湿水箱21连通，以为加湿水箱21补充水分。在恒温恒湿控制箱1底部四角上安装四个滑动小轮14，使用时方便移动。详见本实用新型的恒温恒湿控制箱正视图、俯视图、侧视图，分别如图5、6、7所示。

所述的试验墙体架由冷轧钢板、保温材料13、隔湿材料12、橡胶密封板33、滑动小轮14五个部分组成；保温材料13与隔湿材料12填充并固定到试验墙体架2内的接触面四周，橡胶密封板33粘固在试验墙体架2两侧的四周接触面上，保证恒温恒湿控制箱1、静压箱4分别与试验墙体架2的两侧接触面紧密结合。试验墙体架预留试验墙体的宽与高均为1.5m，试验墙体厚度不大于300mm；保温材料13的厚度为150mm；隔湿材料12的厚度为3mm，橡胶密封板33的厚度为10mm。所述的中部连接构件3为双头螺栓，通过连固板26与连固孔27把恒温恒湿控制箱1、试验墙体11、静压箱4三者紧密连接。在试验墙体架2底部两侧安装两个滑动小轮14，使用时方便移动。详见本实用新型的***示意图与试验墙体的A-A剖面示意图，分别如图1、2所示。

所述的试验墙体11内沿厚度方向均匀预埋五个温湿度传感器6，试验墙体架2安装恒温恒湿控制箱1的一侧表面附近设置一个温湿度传感器6，在静压箱4中心位置设置一个温湿度传感器6；所有的温湿度传感器6均处在同一高度。详见本实用新型的***示意图与试验墙体的A-A、B-B剖面示意图，分别如图1、2、3所示。

所述的静压箱4风口包含进风口和可调节出风口，可调节出风口位于静压箱4沿长度方向的两侧，用于调节静压箱4内的压力大小；静压箱4上侧面沿长度方向的中轴线均匀布置三个压力传感器7，且所有压力传感器7的末端均在静压箱4沿长度方向的中轴线上。静压箱4进风口与风机5出风口采用软连接相连，而且软连接材料降低噪音，减少振动，密封性好。在静压箱4的敞口侧边沿焊接厚度为150mm的连固板26，连固板26上均匀布置十个连固孔27。所述的试验墙体11一侧与静压箱4敞口一侧密封连接，在一定振动范围内保持良好密封性。在静压箱箱4底部四角上安装四个滑动小轮14，使用时方便移动。详见本实用新型的***示意图与静压箱的C-C剖面示意图，分别如图1、4所示。

在本试验装置的测试过程中，根据设定的每个空气压力和所监测到的空气压力，调节静压箱的多叶调节阀和可调节出风口，保持压力稳定，且压力波动保持在允许误差范围内；根据恒温恒湿控制箱确定一系列的温湿度设定值；试验墙体在每个空气压差作用下和每个试验墙体一侧的温湿度设定下，在线监测软件24小时不间断地获取并存储试验装置各监测点的温度、湿度及压力信号，直至墙体热湿耦合传递达到稳态。根据检测得到的试验墙体两侧环境的温湿度及空气压差、试验墙体内部的温度湿度分布，可以分析和得出试验墙体两侧对流换热边界条件和空气压差作用下内部的温度、湿度、空气压力随时间的变化关系，探知试验墙体热湿及空气耦合传递规律。

Claims (3)

1.一种可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置，其特征在于：恒温恒湿控制箱(1)、试验墙体架(2)、中部连接构件(3)、静压箱(4)、风机(5)、温湿度以及空气压力的传感器、采集模块、计算机(10)按如下连接：试验墙体(11)砌筑在试验墙体架(2)内，在试验墙体(11)内及其两侧表面附近设置温湿度传感器(6)，在恒温恒湿控制箱前室(15)和静压箱(4)内设置压力传感器(7)，静压箱(4)与风机(5)采用软连接，恒温恒湿控制箱(1)的敞口侧与静压箱(4)的敞口侧通过中部连接构件(3)分别密封安装在试验墙体(11)两侧，温湿度及压力信号通过信号线、采集模块传输至计算机(10)；通过控制恒温恒湿控制箱(1)的温湿度参数和静压箱的空气压力，温度、湿度、空气压力经采集模块传输至计算机(10)。

2.根据权利要求1所述的可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置，其特征在于：试验墙体架(2)由冷轧钢板、保温材料(13)、隔湿材料(12)、橡胶密封板(33)、滑动小轮(14)五个部分组成；保温材料(13)与隔湿材料(12)填充并固定到试验墙体架(2)内侧的接触面四周，橡胶密封板(33)粘固在试验墙体架(2)两侧的四周接触面上，保证恒温恒湿控制箱(1)、静压箱(4)分别与试验墙体架(2)的两侧接触面紧密结合；试验墙体架(2)预留试验墙体(11)的宽与高相等且均不小于1.5m、厚度不大于300mm；保温材料(13)厚度至少为150mm，隔湿材料(12)的厚度至少为3mm，橡胶密封板(33)的厚度至少为10mm。

3.根据权利要求1所述的可控式墙体热湿及空气耦合传递规律试验装置，其特征在于：三个压力传感器(7)沿恒温恒湿控制箱前室(15)长度方向的中轴线均匀布置，通过恒温恒湿控制箱(1)获取试验墙体(11)一侧附近的一系列稳定温湿度。