CN101196485B - 建筑幕墙热循环性能检测装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑幕墙热循环性能检测装置及其控制方法，其利用检测装置的高、低温侧冷、热风机组、恒温侧恒温机组及基于PLC的控制系统，对设置在幕墙样件两侧的模拟高、低温环境温度的高、低温仓体和模拟恒温环境温度的恒温仓体通过冷、热风机加热或制冷循环空气的方法，风管路采用顶送风下回风方式循环，通过分别设置在各进、出风管路口和各仓体内的与控制系统中PLC的CPU处理器连接的传感元件，以控制系统中的PID运算来调节执行元件电动三通比例阀或膨胀阀进行实时PID控制。该装置结构设计合理，操作简便，测量准确可靠，其检测控制方法运行成本低，制冷剂闭路自循环使用安全，实时监测控制精度高，显著提高建筑幕墙热循环性能的检测效果。

Description

建筑幕墙热循环性能检测装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种建筑幕墙用的测试实验方法，特别是一种可以用于检验幕墙系统的结构在冷、热交变条件下性状的建筑幕墙热循环性能检测装置及其控制方法。

背景技术

目前，为了检测幕墙系统在内侧环境保持室温不变、外部环境冷、热交变的情况下，幕墙系统的结构性状，需要对建筑幕墙进行热循环性能检测试验。国内尚没有用于检测幕墙系统的结构在冷、热交变条件下性状(结构是否发生破损或失效)的标准实验方法，现有的对建筑幕墙进行热循环性能测试的实验方法，主要是利用加热装置或液氮制冷装置直接向幕墙样件两侧的仓体加热或制冷，模拟冷、热交变环境，并利用温度传感器测出相关参数，通过自动控制的单一手段来满足不同条件的测试要求，因此，一般难以达到理想的效果。国内此类检测的设备很少，均采用液氮技术进行制冷的实验方法。这种方法存在的缺点主要有以下几点：其一是制冷机组中的液氮使用后不可回收，运行成本高；其二是采用液氮喷淋难以满足温度均匀度和温度波动范围的要求，检测技术尚不够成熟，幕墙系统的各项实验参数难以准确控制，检测准确度受到影响；其三是液氮制冷管路需要直接输送到仓体内，由于液氮蒸发会急剧吸收大量热量，如果操作失误，液氮输送管路突然发生破损，则很可能造成设备损坏和人员伤害。

发明内容

本发明的目的是提供一种建筑幕墙热循环性能检测装置及其控制方法，该装置结构设计合理，操作简便，测量准确可靠，其检测控制方法运行成本低，制冷剂闭路自循环使用安全，实时监测所采集和输出的实验参数进行PID运算，控制精度高，显著提高建筑幕墙热循环性能的检测效果。

本发明的目的是这样实现的：该检测装置包括分别组装在幕墙样件两侧的模拟室外环境温度的高、低温仓体和模拟室内环境温度的恒温仓体及与其连接的冷、热循环控制回路，其技术要点是：所述冷、热循环控制回路分别由与高、低温侧冷、热风机组、恒温侧恒温机组连接的循环风管路及基于PLC的控制系统构成，各循环风管路中分别运行冷、热风，各进风管路与各仓体的顶部连通，各出风管路连接在各仓体下方的侧部，在各进、出风管路口及仓体内分别设置采集相应实验参数信号的传感元件，各传感元件连接控制系统中PLC的CPU处理器，并通过控制系统中的PID运算调节执行元件电动三通比例阀或膨胀阀进行实时PID控制。

所述高、低温侧冷、热风机组包括带电动三通比例阀的低温冷水机组、电加热器及其循环风管路，所述低温冷水机组由各一台中低温冷水制冷机组、水泵、乙二醇泵、乙二醇缓冲罐、冷却塔集成一体，以乙二醇水溶液进行制冷，并使乙二醇水溶液只在低温冷水机组和制冷机组内循环。

所述恒温侧恒温机组包括带膨胀阀的由蒸发器、压缩机、水冷冷凝器构成的制冷机组、电加热器及其循环风管路。

所述冷、热风循环控制回路中的高、低温侧冷、热风机组的低温冷水机组和恒温侧恒温机组的制冷机组采用同一台冷却塔和同一台水泵。

所述高、低温仓体和恒温仓体的内、外壁板间分别充填保温层。

该建筑幕墙热循环性能检测装置的控制方法如下：利用所述检测装置的高、低温侧冷、热风机组、恒温侧恒温机组及基于PLC的控制系统，对设置在幕墙样件两侧的模拟室外环境温度的高、低温仓体和模拟室内环境温度的恒温仓体通过冷、热风机加热或制冷循环空气的方法，风从与各仓体顶部连通的进风管路输入，由各仓体下方侧部的出风管路输出，通过分别设置在各进、出风管路口和仓体内的与控制系统中PLC的CPU处理器连接的传感元件采集相应实验参数的信号，并以控制系统中的PID运算来调节执行元件电动三通比例阀或膨胀阀进行实时PID控制，来准确控制恒温仓体的设定温度和高、低温仓体的随时间周期性变化的预期温度。

所述高、低温仓体的随时间周期性变化的预期温度为82℃～-18℃，每一个循环周期为四个阶段：第一阶段是先将温度调节到24℃，再升温至82℃，升温时间为1小时，并持续保持该温度至少2小时；第二阶段是从82℃降温至24℃，降温时间为1小时，并持续保持该温度至少1个小时；第三阶段是从24℃降温至-18℃，降温时间为1小时，并持续保持该温度至少2小时；第四阶段是从-18℃升温至24℃，升温时间为1小时，并持续保持该温度至少1小时。

所述恒温仓体设定温度为24±1℃。

由于本发明将幕墙样件两侧的高、低温仓体和恒温仓体，采用独特结构的高、低温侧冷、热风机组，恒温侧恒温机组及基于PLC的控制系统，通过冷、热风机加热或制冷循环空气的方法，风管路采用顶送风下回风方式循环，所以该检测装置结构设计合理，操作简便，仓体内温度均匀。因该检测装置的机组封闭管路中采用乙二醇水溶液进行制冷，制冷剂闭路自循环使用安全，故其控制方法运行成本低。通过布置在进、出风口及仓体内的温度传感器采集相应实验参数的信号，并采用可编程控制器对模拟仓体的温度进行实时PID(比例积分微分)的控制，来准确控制恒温仓体的设定温度和高、低温仓体的随时间周期性变化的预期温度。这不仅可使两个试验仓体的环境温度达到所要求的实验参数，测量准确可靠，而且实时监测所采集和输出的包括恒温侧温度、风量，高、低温侧温度、风量等的实验参数进行PID运算，控制精度高，显著提高建筑幕墙热循环性能的检测效果，从而达到观察幕墙结构是否发生破损或失效的检测目的，完全可以满足对建筑幕墙热循环性能检测的要求。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种具体结构示意图。

图2是本发明的一种电气控制原理图。

图3是本发明的一种电气控制流程图。

图中序号说明：1低温冷水机组、2表冷器、3电加热器、4风机、5水泵、6冷却塔、7高、低温仓体、8恒温仓体、9水泵、10缓冲水箱、11电动三通比例阀、12加湿器、13蒸发器、14水冷冷凝器、15压缩机、16膨胀阀、17风机、18电加热器。

具体实施方式

根据图1-3和实施方式详细说明本发明的具体结构。该检测装置包括分别组装在幕墙样件两侧的模拟室外环境温度的高、低温仓体7和模拟室内环境温度的恒温仓体8及与其连接的冷、热循环控制回路。其中高、低温仓体7和恒温仓体8的规格、形状应根据实际和可能确定，其内、外壁板间分别充填保温层。为增加外观美感各仓体的内、外壁板可由彩钢板构成，其间的保温层可由耐高温聚氨脂等保温材料充填。为使各仓体的设计、制作完全避免冷桥的产生，在各部相接的位置填加发泡剂进行密封。

冷、热循环控制回路分别由与高、低温侧冷、热风机组、恒温侧恒温机组连接的循环风管路及基于PLC的控制系统构成。高、低温侧冷、热风机组包括带电动三通比例阀11、水泵9、缓冲水箱10的低温冷水机组1、电加热器3及其循环风管路。其中低温冷水机组1由一台中低温冷水制冷机组、一台水泵、一台乙二醇泵、一台乙二醇缓冲罐和一台冷却塔集成一体。低温冷水机组1中以乙二醇水溶液进行制冷，并使乙二醇水溶液只在低温冷水机组1内循环。该循环风管路由表冷器2、电加热器3和风机4等组成。在其进、出风管路口及仓体7内的相应位置分别设置采集相应实验参数信号的传感元件。本实施例在仓体7内布置两套温度传感器，温度范围控制在-25℃～100℃，一个布置在循环风出口处，另一个布置在仓内可移动的位置，以便根据不同试验要求调整。非试验状态时以循环风出口处温度传感器为控制基准，试验状态以仓内温度传感器为控制基准。可在控制系统中自动选择。恒温侧恒温机组包括带膨胀阀16的由蒸发器13、压缩机15、水冷冷凝器14构成的制冷机组、电加热器及其循环风管路。该循环风管路由水冷电热型冷、热风机17、加湿器12、电加热器18和蒸发器13组成。通过该循环风管路与制冷机组、电加热器18的联动运行，可以实现恒温仓体8内的温度自动控制。上述各循环风管路中分别运行冷、热风，各进风管路与各仓体的顶部连通，各出风管路连接在各仓体下方的侧部，以实现上送风侧回风，使仓体内的温度均匀。

各传感元件连接控制系统中PLC的CPU处理器，并通过控制系统中的PID运算调节执行元件电动三通比例阀11或膨胀阀16进行实时PID控制。为节约运行成本，冷、热风循环控制回路中的高、低温侧冷、热风机组的低温冷水机组1和恒温侧恒温机组的制冷机组采用同一台冷却塔6和同一台水泵5。

该基于PLC的控制系统的控制原理如图2所示，本发明的控制系统由常用的监控站、CPU、高、低温升温控制电路、高、低温降温控制电路、恒温升温控制电路、恒温降温控制电路、模拟信号采集电路以及相关的执行元件、检测装置等组成。用户可以通过监控站的上位机界面设定温度、压力等参数值，CPU将这些数值与传感元件采集的当前值进行比较，根据比较的数值驱动相应的控制电路，以便达到升温或降温目的。同时，本系统为了更准确的实现对温度的控制，采用了PID(比例积分微分)控制，通过对冷水机组和空调机组的开停、电加热量的投放量、三通水流量的旁通水量、电加热器的工作状态、风机转速的控制等手段控制所有的实验参数，包括恒温侧温度、风量，高、低温侧温度、风量等。用户还可以在上位机上改变相应的参数值，以便更合理的控制升温或降温的速度。

该建筑幕墙热循环性能检测装置的控制方法如下：利用上述检测装置的高、低温侧冷、热风机组、恒温侧恒温机组及基于PLC的控制系统，对设置在幕墙样件两侧的模拟高、低温环境温度的高、低温仓体7和模拟恒温环境温度的恒温仓体8通过冷、热风机加热或制冷循环空气的方法，风从与各仓体顶部连通的进风管路输入，由各仓体下方侧部的出风管路输出，通过分别设置在各进、出风管路口和仓体内的与控制系统中PLC的CPU处理器连接的传感元件采集相应实验参数的信号，并以控制系统中的PID运算来调节执行元件电动三通比例阀或膨胀阀进行实时PID控制，来准确控制恒温仓体8的设定温度和高、低温仓体7的随时间周期性变化的预期温度。

具体的控制步骤如下：

一、高低温侧工作原理：

1、制冷：低温冷水机组1启动，将出水温度为-28℃～-30℃的乙二醇水溶液送至循环风系统中的表冷器2，在此，乙二醇水溶液与周围空气进行热交换，把空气温度迅速降低，通过风机4运转将冷风送至高、低温仓体7内，并将仓体内较高温度的空气抽回风机4处，循环流动，从而达到降温效果。乙二醇水溶液回水流经缓冲水箱10、水泵9回至制冷机组1，由冷却塔6和水泵5对系统进行冷却，再回到低温冷水机组1，如此循环形成整套制冷系统。当接到减缓降温速度或停止降温的指令时，乙二醇水溶液部分或全部通过电动三通比例阀11回到缓冲水箱10，从而回到机组1，机组自动减载。

2、加热：低温冷水机组1停止运转，电加热器3启动，直接加热周围空气，通过风机4运转将热量送至高、低温仓体7内，并将仓体内较低温度的空气抽回风机4处，循环流动，从而达到加热效果，可以通过调节电加热器3的功率来控制升温的速率。

二、恒温侧工作原理：

1、制冷：制冷压缩机15启动，将制冷剂在高压下变成液态，然后在蒸发器13中由液态变成气态，此过程中吸收周围空气中大量的热量，空气温度迅速降低，通过风机17运转将冷风送至恒温仓体8内，并将仓体内较高温度的空气抽回风机17处，循环流动，从而达到降温效果。气态制冷剂流经水冷冷凝器14，在此由冷却塔6和水泵5对系统进行冷却，然后再回到制冷压缩机15，如此循环形成整套制冷系统。可以通过膨胀阀16以适应对冷量的精确调节。

2、加热：制冷压缩机15停止运转，电加热器18启动，直接加热周围空气，通过风机17运转将热量送至恒温仓体8内，并将仓体内较低温度的空气抽回风机17处，循环流动，从而达到加热效果，可以通过调节电加热器18的功率来控制升温的速率。

该装置的电气控制流程如图3所示，系统安装好以后，用户设置系统温度、压力等参数值。高、低温仓体7的随时间周期性变化的预期温度为82℃～-18℃，每一个循环周期为四个阶段：第一阶段是先将温度调节到24℃，再升温至82℃，升温时间为1小时，并持续保持该温度至少2小时；第二阶段是从82℃降温至24℃，降温时间为1小时，并持续保持该温度至少1个小时；第三阶段是从24℃降温至-18℃，降温时间为1小时，并持续保持该温度至少2小时；第四阶段是从-18℃升温至24℃，升温时间为1小时，并持续保持该温度至少1小时。实际监测时，此四阶段为一个循环，重复至少三个循环。恒温仓体8的温度要求控制在24±1℃，当温度低于23℃，启动加热设备，开始升温；当温度高于25℃，启动制冷设备，开始降温，通过调节膨胀阀16和电加热器18的功率可以调节降温及升温速度。

Claims (6)

1.一种建筑幕墙热循环性能检测装置，包括分别组装在幕墙样件两侧的模拟高、低温环境温度的高、低温仓体和模拟恒温环境温度的恒温仓体及冷、热循环控制回路，其特征在于：所述冷、热循环控制回路分别由与高、低温侧冷、热风机组、恒温侧恒温机组连接的循环风管路及基于PLC的控制系统构成，所述高、低温侧冷、热风机组包括带电动三通比例阀的低温冷水机组、电加热器及其循环风管路，所述低温冷水机组由各一台中低温冷水制冷机组、水泵、乙二醇泵、乙二醇缓冲罐、冷却塔集成一体，以乙二醇水溶液进行制冷，并使乙二醇水溶液只在低温冷水机组和制冷机组内循环；所述恒温侧恒温机组包括带膨胀阀的由蒸发器、压缩机、水冷冷凝器构成的制冷机组、电加热器及其循环风管路；各循环风管路中分别运行冷、热风，各进风管路与各仓体的顶部连通，各出风管路连接在各仓体下方的侧部，在各进、出风管路口及仓体内分别设置温度传感器，各温度传感器连接控制系统中PLC的CPU处理器，并通过控制系统中的PID运算调节执行元件电动三通比例阀或膨胀阀进行实时PID控制。

2.根据权利要求1所述的建筑幕墙热循环性能检测装置，其特征在于：所述冷、热风循环控制回路中的高、低温侧冷、热风机组的低温冷水机组和恒温侧恒温机组的制冷机组采用同一台冷却塔和同一台水泵。

3.根据权利要求1所述的建筑幕墙热循环性能检测装置，其特征在于：所述高、低温仓体和恒温仓体的内、外壁板间分别充填保温层。

4.一种根据权利要求1所述的建筑幕墙热循环性能检测装置的控制方法，其特征在于：利用所述检测装置的高、低温侧冷、热风机组、恒温侧恒温机组及基于PLC的控制系统，对设置在幕墙样件两侧的模拟高、低温环境温度的高、低温仓体和模拟恒温环境温度的恒温仓体通过冷、热风机加热或制冷循环空气的方法，风从与各仓体顶部连通的进风管路输入，由各仓体下方侧部的出风管路输出，通过分别设置在各进、出风管路口和仓体内的与控制系统中PLC的CPU处理器连接的温度传感器采集相应实验参数的信号，并以控制系统中的PID运算来调节执行元件电动三通比例阀或膨胀阀进行实时PID控制，来准确控制恒温仓体的设定温度和高、低温仓体的随时间周期性变化的预期温度。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述高、低温仓体的随时间周期性变化的预期温度为82℃～-18℃，每一个循环周期为四个阶段：第一阶段是先将温度调节到24℃，再升温至82℃，升温时间为1小时，并持续保持该温度至少2小时；第二阶段是从82℃降温至24℃，降温时间为1小时，并持续保持该温度至少1个小时；第三阶段是从24℃降温至-18℃，降温时间为1小时，并持续保持该温度至少2小时；第四阶段是从-18℃升温至24℃，升温时间为1小时，并持续保持该温度至少1小时。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述恒温仓体设定温度为24±1℃。

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