CN101776530A - 建筑室内自然通风模型测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑室内自然通风模型测试系统及测试方法，测试系统包括建筑室内模型、多点压力加载系统、风速测量系统和流场显示系统，多点压力加载系统与建筑室内模型相连，向建筑室内模型内加载压力，风速测量系统伸入建筑室内模型内，采集建筑室内模型内的风速数据信息，流场显示系统与建筑室内模型相连，向建筑室内模型内释放有色气体，并且通过拍摄有色气体的分布状态来显示建筑室内模型内风速的流场分布。该测试系统通过实物模型进行自然通风状态参数的测试，可灵活布置户型及室内装修布局，可以方便的进行各种类型建筑物、各种户型布置、各种室内装修方式下建筑物室内自然通风指标的试验测试和评估，并且测试结果直观可信。
Description
技术领域
本发明涉及室内自然通风测试领域，具体是指一种建筑室内自然通风模型测试系统及测试方法。
背景技术
自然通风是重要的生态建筑观念，建筑室内自然通风一方面可以在夏季或过渡季节改善室内热环境、带走潮湿污浊的空气、加速人体表面皮肤汗液的挥发，从而提高人体的舒适感；另一方面，自然通风可以不消耗不可再生能源来提供新鲜清洁的自然空气，有利于节约能源、保护环境。建筑意义上的自然通风指的是通过有目的的开口，在风压和热压作用下产生空气流动。
目前建筑室内自然通风的评价主要是采用数值模拟方式，即采用流体计算软件，选取建筑物不同高度处典型楼层和户型进行室内流场的计算机数值模拟分析。由于流体的复杂性，计算模拟往往需采用假定条件，计算模型还没有完善的理论支持，因此采用计算机模拟方式来评估建筑物自然通风还存在很多未知因素，而且不够直观。目前采用试验台进行自然通风模型测试和评价的实验方式还未开展，但该方法可直接测试室内自然通风状态下的风速、风向和流场分布，并以此为依据对建筑室内自然通风效果进行评估。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种建筑室内自然通风模型测试系统，该测试系统通过实物模型进行自然通风状态参数的测试，可灵活布置户型及室内装修布局，并且测试结果直观可信。
本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：一种建筑室内自然通风模型测试系统，其特征在于：所述测试系统包括建筑室内模型、多点压力加载系统、风速测量系统和流场显示系统，所述的多点压力加载系统与所述建筑室内模型相连，向所述建筑室内模型内加载压力，所述的风速测量系统伸入所述建筑室内模型内，采集所述建筑室内模型内的风速数据信息，所述的流场显示系统与所述建筑室内模型相连，向所述建筑室内模型内释放有色气体，并且通过拍摄有色气体的分布状态来显示所述建筑室内模型内风速的流场分布。
本发明的测试系统可灵活布置户型及室内装修布局，利用压差原理实现风压驱动下室内自然通风状况的测试分析，该系统解决了计算机模拟结果不可信、不直观的技术问题，同时解决了行业内无测试检测系统，无法开展建筑自然通风科学试验的难题，符合目前建筑节能的实际需求。
本发明中：所述的多点压力加载系统为两套，两套多点压力加载系统分别设置在所述建筑室内模型的两侧，当其中一套多点压力加载系统向所述建筑室内模型施加正压力时，另一套多点压力加载系统向所述建筑室内模型施加负压力。
所述的多点压力加载系统包括风机、静压箱和断面扩大器，所述风机通过管道与所述静压箱相连，所述风机与所述静压箱之间的管道上安装有总阀门，用于调节进入所述静压箱的流量，所述静压箱与多个支路管道相连，所述的断面扩大器与所述多个支路管道数量相等，分别安装在所述多个支路管道的端部，所述的多个支路管道中的每一个支路管道上均安装有支路阀门，用于控制由所述静压箱输出的气流压力，所述断面扩大器与所述建筑室内模型的窗口相连，通过所述建筑室内模型的窗口向所述建筑室内模型内加载压力。
本发明中，风机为本系统提供最初始的压力源，按照自然通风实验要求和实际窗口压力分布情况，需要对窗口施加正压力或负压力，因此本实验台配备两套多点压力加载系统，其中两台风机根据实际情况进行鼓风或者抽风设置。风机选型时需着重考虑其额定送风量、出口管道全压以及电机功率等，此外对于本实验台来说，还应要求其振动小，噪音低，满足室内实验的要求。
本发明中：所述的风速测量系统包括风速测试探头和数据采集仪，所述风速测试探头伸入所述建筑室内模型内，测试所述建筑室内模型内的风速，并将测试到的风速转换成风速数据信息传输给所述的数据采集仪，所述数据采集仪采集所述风速测试探头传输来的风速数据。风速测量系统主要解决室内模型不同功能区域的风速分布的测试。
本发明中：所述的流场显示系统包括压力源、有色气体源、分管器和摄像仪，所述的压力源通过管道与所述有色气体源一端相连，驱动有色气体源的流动，所述压力源与所述有色气体源相连的管道上安装有用于调节驱动压力的大小的阀门，所述有色气体源的另一端与所述分管器相连，所述分管器具有多个气体通道，每一个气体通道的端头均伸入所述的建筑室内模型内，并且每一个气体通道的端头均安装有用于喷射有色气体的喷嘴，所述的摄像仪位于所述建筑室内模型的上方，拍摄所述喷嘴喷射出的有色气体在所述建筑室内模型内的分布状态，从而显示风速的流场分布。流场显示系统主要解决室内自然通风状态下，各功能分区流场分布的直观显示。
本发明通过在建筑缩尺模型的门、窗、洞口处加载指定的压力差，驱动建筑内部空气流动实现自然通风，通过测量手段获得建筑内部的风速和流场分布情况来评价自然通风的效果。可以方便的进行各种类型建筑物、各种户型布置、各种室内装修方式下建筑物室内自然通风指标的试验测试和评估。
本发明的目的之二是提供上述建筑室内自然通风模型测试系统的测试方法。
本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：一种建筑室内自然通风模型测试方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)通过多点压力加载系统向建筑室内模型内加载压力；(2)通过流场显示系统向建筑室内模型内释放有色气体；(3)将风速测量系统伸入所述建筑室内模型内，采集所述建筑室内模型内的风速数据信息；(4)通过流场显示系统拍摄有色气体的分布状态来显示建筑室内模型内风速的流场分布。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明避免了目前自然通风测试需在现场布置仪器设备进行采集带来的限制，而且测试环境和测试时间易控，保证了测量结果的准确性和适用性。
(2)本发明通过多点压力加载系统实现对各门、窗、洞口处的正负压差进行模拟和控制，实现装置和设备简单易行。
(3)本发明通过在压力通道上设置阀门和静压箱，可以根据实际要求方面的调节出建筑物模型室外各窗口的正风压和负风压，且能保持相应位置处压力的持续、稳定和均匀性。
(4)本发明断面扩大器的设计简单方面，通过压力导管与静压箱相连，方便与压力测试设备相连，以便实时监测窗口处输入压力值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的多点压力加载系统的结构示意图；
图3是本发明中断面扩大器的结构示意图；
图4是本发明中风速测量系统的结构示意图；
图5是本发明的流场显示系统除去摄像仪后的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图5所示的一种建筑室内自然通风模型测试系统，测试系统包括建筑室内模型2、多点压力加载系统1、风速测量系统4和流场显示系统3，多点压力加载系统1与建筑室内模型2相连，向建筑室内模型2内加载压力，风速测量系统4伸入建筑室内模型2内，采集建筑室内模型2内的风速数据信息，流场显示系统3与建筑室内模型2相连，向建筑室内模型2内释放有色气体，并且通过拍摄有色气体的分布状态来显示建筑室内模型内2风速的流场分布。
建筑室内模型2是指按照一定的缩尺比例，对建筑外墙、室内分隔、门窗构造和室内家具布置等进行模拟，建立主要户型的布局模式，模型的大小尺寸需要满足实验室内测量等要求。
多点压力加载系统1为两套，两套多点压力加载系统1分别设置在建筑室内模型的两侧，当其中一套多点压力加载系统向建筑室内模型施加正压力时，另一套多点压力加载系统向建筑室内模型施加负压力。
多点压力加载系统1包括风机101、静压箱103和断面扩大器105，风机101通过管道102与静压箱103相连，风机与静压箱之间的管道上安装有总阀门，用于调节进入静压箱的流量，静压箱103与多个支路管道104相连，断面扩大器105与多个支路管道104数量相等，分别安装在多个支路管道104的端部，多个支路管道104中的每一个支路管道上均安装有支路阀门，用于控制由静压箱输出的气流压力，多点压力加载系统通过调节总阀门和支路阀门与静压箱共同作用达到输出制定稳定气压的目的，断面扩大器105与建筑室内模型2的窗口相连，通过建筑室内模型的窗口向建筑室内模型2内加载压力。
静压箱103的作用是一方面对风机出口风压和气流进行调整、稳定，另一方面通过多个支路管道104向建筑室内模型2的窗口提供稳定风压。静压箱103由进风管、箱体和出风管组成。箱体采用不锈钢铁皮密闭制作而成，长400mm、宽400mm、厚100mm，在箱体两侧分别焊接有进、出风口。其中进风口采用圆钢管制作，外径为8mm，长度100mm，与箱体一侧焊接，在进风管处设置总阀门，控制总进风量；在箱体另一侧焊接有五个等间距出风管，出风管也采用圆钢管制作，外径为4mm，长度100mm，在靠近箱体一段设置分阀门，控制直管风量和压力，另外在出风管中部设置泄压管，泄压管端部设置阀门，与大气接触，起到稳定出风管压力的作用。
从静压箱出风管引出一段送风软管，约500～1000mm长，软管与断面扩大器105相连，通过该断面扩大器105将风压加载到建筑室内模型2的窗口上。该断面扩大器105为锥形结构，采用不锈钢铁皮制作而成，断面扩大器105的扩大端的断面面积约在1200mm2左右，为了便于与模型洞口处密封连接，扩大端粘接有橡胶垫圈，与建筑室内模型2连接时采用热熔胶进行密封。
风速测量系统4主要解决室内模型不同功能区域的风速分布的测试，它包括风速测试探头401和数据采集仪402，风速测试探头401伸入建筑室内模型2内，测试建筑室内模型2内的风速，并将测试到的风速转换成风速数据信息传输给数据采集仪402，数据采集仪402采集风速测试探头401传输来的风速数据。
流场显示系统3主要解决室内自然通风状态下，各功能分区流场分布的直观显示，它包括压力源301、有色气体源302、分管器303和摄像仪305，压力源301通过管道与有色气体源302一端相连，驱动有色气体源的流动，压力源与有色气体源相连的管道上安装有用于调节驱动压力的大小的阀门，有色气体源302的另一端与分管器303相连，分管器303具有多个气体通道，每一个气体通道的端头均伸入建筑室内模型内，安装在测试点上，每一个气体通道的端头均安装有用于喷射有色气体的喷嘴304，摄像仪305位于建筑室内模型2的上方，进行多角度拍摄喷嘴304喷射出的有色气体在建筑室内模型2内的分布状态，从而显示风速的流场分布。
本实施例测试系统的工作过程如下：采用两套压力加载系统，一套用于产生正压，另一套产生负压，实现建筑物外部的正负压分布。开启风机，利用压力采集仪器监测静压箱及断面扩大器内的压力，同时通过调节压力加载系统的阀门，直到达到既定的建筑物窗口压力分布；然后开启流场显示系统的阀门，实现可控的室内有色气体源；同时开启摄像仪及风速测量系统，即可多方面的获得该待测建筑模型的室内的流场速度信息和流场分布信息，根据测试结果建筑物评估室内自然通风状态，为建筑设计提供依据和指导。
采用上述测试系统的测试方法包括如下步骤：(1)通过多点压力加载系统向建筑室内模型内加载压力；(2)通过流场显示系统向建筑室内模型内释放有色气体；(3)将风速测量系统伸入所述建筑室内模型内，采集所述建筑室内模型内的风速数据信息；(4)通过流场显示系统拍摄有色气体的分布状态来显示建筑室内模型内风速的流场分布。
Claims (6)
1.一种建筑室内自然通风模型测试系统，其特征在于：所述测试系统包括建筑室内模型(2)、多点压力加载系统(1)、风速测量系统(4)和流场显示系统(3)，所述的多点压力加载系统(1)与所述建筑室内模型(2)相连，向所述建筑室内模型(2)内加载压力，所述的风速测量系统(4)伸入所述建筑室内模型(2)内，采集所述建筑室内模型(2)内的风速数据信息，所述的流场显示系统(3)与所述建筑室内模型(2)相连，向所述建筑室内模型(2)内释放有色气体，并且通过拍摄有色气体的分布状态来显示所述建筑室内模型内(2)风速的流场分布。
2.根据权利要求1所述的一种建筑室内自然通风模型测试系统，其特征在于：所述的多点压力加载系统(1)为两套，两套多点压力加载系统(1)分别设置在所述建筑室内模型的两侧，当其中一套多点压力加载系统向所述建筑室内模型施加正压力时，另一套多点压力加载系统向所述建筑室内模型施加负压力。
3.根据权利要求2所述的一种建筑室内自然通风模型测试系统，其特征在于：所述的多点压力加载系统(1)包括风机(101)、静压箱(103)和断面扩大器(105)，所述风机(101)通过管道(102)与所述静压箱(103)相连，所述风机与所述静压箱之间的管道上安装有总阀门，用于调节进入所述静压箱的流量，所述静压箱(103)与多个支路管道(104)相连，所述的断面扩大器(105)与所述多个支路管道(104)数量相等，分别安装在所述多个支路管道(104)的端部，所述的多个支路管道(104)中的每一个支路管道上均安装有支路阀门，用于控制由所述静压箱输出的气流压力，所述断面扩大器(105)与所述建筑室内模型(2)的窗口相连，通过所述建筑室内模型的窗口向所述建筑室内模型(2)内加载压力。
4.根据权利要求1所述的一种建筑室内自然通风模型测试系统，其特征在于：所述的风速测量系统(4)包括风速测试探头(401)和数据采集仪(402)，所述风速测试探头(401)伸入所述建筑室内模型(2)内，测试所述建筑室内模型(2)内的风速，并将测试到的风速转换成风速数据信息传输给所述的数据采集仪(402)，所述数据采集仪(402)采集所述风速测试探头(401)传输来的风速数据。
5.根据权利要求1所述的一种建筑室内自然通风模型测试系统，其特征在于：所述的流场显示系统(3)包括压力源(301)、有色气体源(302)、分管器(303)和摄像仪(305)，所述的压力源(301)通过管道与所述有色气体源(302)一端相连，驱动有色气体源的流动，所述压力源与所述有色气体源相连的管道上安装有用于调节驱动压力的大小的阀门，所述有色气体源(302)的另一端与所述分管器(303)相连，所述分管器(303)具有多个气体通道，每一个气体通道的端头均伸入所述的建筑室内模型内，并且每一个气体通道的端头均安装有用于喷射有色气体的喷嘴(304)，所述的摄像仪(305)位于所述建筑室内模型(2)的上方，拍摄所述喷嘴(304)喷射出的有色气体在所述建筑室内模型(2)内的分布状态，从而显示风速的流场分布。
6.如权利要求1所述的建筑室内自然通风模型测试系统的测试方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)通过多点压力加载系统向建筑室内模型内加载压力；(2)通过流场显示系统向建筑室内模型内释放有色气体；(3)将风速测量系统伸入所述建筑室内模型内，采集所述建筑室内模型内的风速数据信息；(4)通过流场显示系统拍摄有色气体的分布状态来显示建筑室内模型内风速的流场分布。
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Effective date of registration: 20200113 Address after: 510500 No. 121 martyrs East Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee after: Guangdong Construction Academy Group Plc Address before: 510500 No. 121 martyrs East Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Co-patentee before: Guangdong Construction Engineering Group Co., Ltd. Patentee before: Guangdong Construction Academy Group Plc |
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