CN104132958B - 相变构件蓄、放热性能研究实验台及其应用 - Google Patents

Abstract

相变构件蓄、放热性能研究实验台及其应用。本发明为了提出一种可以对相变构件进行不同环境条件下的模拟从而得到相变构件蓄、放热规律的装置与方法，提供了一种相变构件蓄、放热性能研究实验台，包括实验箱和多路温度巡检仪，其中，所述实验箱包括壳体，壳体内包括光源室、隔热室、第一温控室、第二温控室，所述实验箱还包括相变构件。本发明能够对处于不同环境及多变环境下不同类型的相变构件进行不同应用形式的多因素研究，且实验装置简单、精确，操作便捷。

Description

相变构件蓄、放热性能研究实验台及其应用

技术领域

本发明属于建筑材料研究测试技术领域，更具体地，涉及一种相变构件蓄、放热性能研究实验台及其应用。该实验台原理科学，测试简单方便，结果能够准确地反映相变构件在不同环境及不同地域的气候条件下不同类型的相变构件的蓄、放热规律。

背景技术

在建筑领域，寻求一种能够蓄积大量热量以减缓室内温度波动同时能够在热量需求较大时及时将储存的热量放出的建筑材料已成为建筑节能领域的重要课题。相变材料在相变区间内进行蓄、放热时，具有相变温度小、蓄放热密度大的特点，将其与传统建筑材料进行掺混制成相变储能构件作为建筑围护结构，能够在一定程度上减缓室内的温度波动，同时能够在寒冷季节蓄积大量太阳辐射能量，使室内温度维持在人体舒适区，并且能够降低室内的冷、热负荷。相变材料及相变构件的应用日益成为节能领域的研究热点。

但近些年，多数的实验研究只将相变材料的应用局限在一定的地域内，且研究结果在很大程度上受不同地域气候的影响及相变材料的种类与加工方法的影响，较难得到关于相变材料或相变构件的蓄放热特性在普遍意义上的规律与结论。而理论研究虽然具有一定的参考价值，但相比于实验研究，毕竟缺少一定的实际意义。如果能够提出一种可以对相变构件进行不同环境条件下的模拟从而得到相变构件蓄、放热规律的装置与方法，将具有极大的实验及理论研究价值。

发明内容

本发明是为了满足现有技术中存在的上述需求。更具体地，本发明的发明目的在于：1)以光源的辐射作为相变构件的蓄能方式进行实验研究能够准确地模拟相变构件在实际情况下的蓄热特性；2)通过搭建光照可调控、内环境可调控及外环境可调控的实验台能够模拟不同地域、不同气候条件下的相变构件在一天中的应用情况；3)通过相关的测试可以准确、有效、便捷地对相变构件的蓄、放热特性进行研究；4)通过相关的测试可以准确、有效、便捷地对相变构件的蓄、放热特性的影响因素进行研究；5)实验台的多用性能够对相变构件不同的应用方式进行研究；6)相变构件可更换，这样能够对不同类型的相变构件的蓄、放热特性进行研究。

相应地，根据本发明的一方面，提供了一种相变构件蓄、放热性能研究实验台，包括实验箱和多路温度巡检仪，其中，所述实验箱包括壳体，壳体内包括光源室、隔热室、第一温控室、第二温控室，所述实验箱还包括相变构件，其中，所述光源室、隔热室、第一温控室、第二温控室被依次相连接地设置，所述光源室与隔热室之间间隔有透镜，所述隔热室与第一温控室之间设置移动透光板，所述相变构件设置在所述第一温控室与第二温控室之间，所述多路温度巡检仪分别与所述第一温控室、相变构件的向光面、相变构件的背光面、第二温控室连接。

进一步地，所述实验台还包括两个温控仪和两个电量表。

进一步地，所述光源室包括大功率灯泡和散热风扇，所述大功率灯泡被设置成正对着所述透镜。

进一步地，所述第一温控室包括第一制热装置、第一制冷装置、第一均流风扇和第一测温热电偶，所述第一均流风扇与第一电量表相连，所述第一制热装置、第一制冷装置与第一测温热电偶均被连接到第一温控仪，所述第一温控室左侧设置移动透光板。

进一步地，所述第一温控室包括第二制热装置、第二制冷装置、第二均流风扇和第二测温热电偶，所述第二均流风扇与第二电量表相连，所述第二制热装置、第二制冷装置与第二测温热电偶均被连接到第二温控仪，所述第二温控室右侧设置移动透光板。

进一步地，所述相变构件的上部及下部为隔热层，隔热层与相变构件及壳体紧密结合。

进一步地，所述相变构件包括标准相变构件或保温型相变构件。

进一步地，所述多路温度巡检仪接入所述第一测温热电偶、第二测温热电偶、第三测温热电偶、第四测温热电偶，所述第三和第四测温热电偶分别连接所述相变构件的向光面和背光面。

根据本发明的另一方面，提供了一种根据上述相变构件蓄、放热性能研究实验台在外墙实验中的应用，第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，即前文所述的内环境；包括：

1)在蓄热阶段，光源开启，设相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

同时，相变构件存在着与第一温控室及第二温控室的对流换热，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t₁、相变构件向光面温度为t₂、第二温控室内的空气温度为t₃、相变构件背光面温度为t₄，并绘制温度的实时变化曲线，其中相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_out1-Q_out2

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂、第二温控室内的空气温度为t′₃、相变构件背光面温度为t′₄，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₃，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₄，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

Q′_out1及Q′_out2即分别是相变构件的室内放热量及室外放热量。

在蓄热阶段，如果第一温控室或第二温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件向光面及背光面的对流换热量还可根据第一温控室及第二温控室内空气的温升得出：设第一温控室内空气的体积为V₁及第二温控室内空气的体积为V₂，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t₀₁、第二温控室的初始温度t₀₂及放热测试结束时第一温控室的温度t₁₁、第二温控室的温度t₁₂，便可得到第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量分别为：

Q_k1＝cρV₁(t₁₁-t₀₁)

Q_k2＝cρV₂(t₁₂-t₀₂)

第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量既包括相变构件的散热量，也包括第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量，第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量分别可以通过与之相连接的第一电量表读数Q_f1及第二电量表的读数Q_f2得到，则相变构件向光面的散热量及背光面的散热量分别为：

Q_out1＝Q_k1-Q_f1

Q_out2＝Q_k2-Q_f2。

在放热阶段，如果第一温控室或第二温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量还可采用如下方法进行计算：设第一温控室内空气的体积为V₁及第二温控室内空气的体积为V₂，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁、第二温控室的初始温度t′₀₂及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁、第二温控室的温度t′₁₂，便可得到第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量分别为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

Q'_k2＝cρV₂(t'₁₂-t'₀₂)

第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量分别可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1及第二电量表的读数Q′_f2得到，则相变构件的室内放热量及室外放热量分别为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1

Q'_out2＝Q'_k2-Q'_f2。

根据本发明的又一方面，提供了一种根据上述的相变构件蓄、放热性能研究实验台在内墙实验中的应用，第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，

1)在蓄热阶段，光源开启，相变构件既有热量的流入又有热量的流出，相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度t₁、相变构件向光面温度t₂，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，则相变构件向光面的对流换热量为：

根据以上两式便可得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_in-Q_out

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面的对流换热量为：

如果第一温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件向光面的对流换热量还可根据第一温控室内空气的温升得出：设第一温控室内空气的体积为V₁，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t₀₁及放热测试结束时第一温控室的温度t₁₁，便可得到第一温控室内空气所吸收的热量为：

Q_k1＝cρV₁(t₁₁-t₀₁)

第一均流风扇的做功与散热量可以通过与之相连接的第一电量表的读数Q_f1得到，则相变构件向光面的散热量为：

Q_out＝Q_k1-Q_f1。

如果第一温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量还可采用如下方法进行计算：第一温控室内空气的体积为V₁，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁，便可得到第一温控室内空气所吸收的热量为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

第一均流风扇的做功与散热量可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1得到，则相变构件的室内放热量为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1。

根据本发明的又一方面，提供了一种根据上述相变构件蓄、放热性能研究实验台在内墙通风实验中的应用，第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，第二温控室用以模拟相变构件的内墙通风环境，内墙通风实验需要将相变构件加工成标准相变构件；

1)在蓄热阶段，光源开启，相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

同时，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t₁、相变构件向光面温度为t₂、第二温控室内的空气温度为t₃、相变构件背光面温度为t₄，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

根据以上几式便可得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_in-Q_out1-Q_out2

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂、第二温控室内的空气温度为t′₃、相变构件背光面温度为t′₄，并绘制温度的实时变化曲线，其中相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₃，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₄，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

如果第一温控室或第二温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量还可采用如下方法进行计算，第一温控室内空气的体积为V₁及第二温控室内空气的体积为V₂，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁、第二温控室的初始温度t′₀₂及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁、第二温控室的温度t′₁₂，便可得到第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量分别为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

Q'_k2＝cρV₂(t'₁₂-t'₀₂)

第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量分别可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1及第二电量表的读数Q′_f2得到，则相变构件的室内放热量及通风放热量分别为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1

Q'_out2＝Q'_k2-Q'_f2。

本发明的有益效果在于：

本发明通过可调控、整体化的实验装置能够对处于不同环境及多变环境下不同类型的相变构件进行不同应用形式的多因素研究，且实验装置简单、精确，操作便捷。

附图说明

图1示出了根据本发明的优选实施例中的相变构件蓄、放热性能研究实验台的结构原理图。

具体实施方式

如图1所示的优选实施例中，相变构件蓄、放热性能研究实验台包括实验箱和多路温度巡检仪，其中，所述实验箱包括壳体，壳体内包括光源室、隔热室、温控室1、温控室2，所述实验箱还包括相变构件，其中，所述光源室、隔热室、温控室1、温控室2被依次相连接地设置，所述光源室与隔热室之间间隔有透镜，所述隔热室与温控室1之间设置移动透光板，所述相变构件设置在所述温控室1与温控室2之间，所述多路温度巡检仪分别与所述温控室1、相变构件的向光面、相变构件的背光面、温控室2连接。

实验箱主要由光源室、隔热室、温控室1、温控室2组成。实验箱壳体采用隔热材料，且壳体外部包裹有聚氨酯泡沫，并对所有缝隙处进行密封，目的是减小实验箱外部环境温度波动对实验箱内部的影响并防止温控室1及温控室2内的热量散失。

光源室内有大功率灯泡，既能以恒定的光照强度进行照射，又能通过控制装置使一天内的光照强度按照一定的规律变化，用以模拟一天的太阳辐射。右侧的透镜一方面可以将灯泡发出的点光源变成平行线光源以使灯光均匀照射在相变构件上，另一方面可以隔绝光源室与隔热室，以减少灯光的散热对隔热室及温控室1内空气温度的影响。在灯泡上部设置散热风扇，以将灯泡的散出的热量及时带走。

隔热室的设置能够将光源室与温控室1隔离开来，以防止光源室与温控室1之间的热量传递，最大限度地减少两者之间的相互影响。

温控室1的左侧设置移动透光板，移动透光板一方面可以使光源发出的光平行通过，另一方面可以通过移动改变温控室1的体积。温控室1内设有制热装置1及制冷装置1，与控温热电偶1一起接入温控仪1，既能使温控室1保持恒定的温度，又能通过控制装置使温控室1内的温度以一定的规律变化，用以模拟一天内的室外温度变化或室内温度变化。同时，温控室1内设置均流风扇1，以使空气参数保持均匀并能使相变构件一侧的风速保持恒定。均流风扇1与电量表1相连，这样便能够得到均流风扇1在温控室1内的做功与散热。相变构件附近的透光风道既能使光源发出的光平行通过，又能使相变构件附近的风速保持均匀、稳定。

温控室2内的设置与温控室1基本相同，右侧设置移动板，可以通过移动改变温控室2的体积。温控室2内设有制热装置2及制冷装置2，与控温热电偶2一起接入温控仪2，能够使温控室2保持恒定的温度。同时，温控室2内设置均流风扇2，以使空气参数保持均匀并能使相变构件一侧的风速保持恒定。均流风扇2与电量表2相连，这样便能够得到均流风扇2在温控室2内的做功与散热。相变构件附近的风道能够使相变构件附近的风速保持均匀、稳定。

相变构件装于温控室1及温控室2之间，构件的上部及下部为隔热层，隔热层与相变构件及壳体紧密结合，可以防止温控室1及温控室2内的空气串通，同时起到隔热的作用。相变构件的加工分为两种情况，一种情况是将相变构件加工至规定尺寸后即装入实验箱，这里将加工后的构件称为标准相变构件，另一种情况是除了将相变构件加工至规定尺寸外，还需要将构件的一侧紧密贴满隔热材料，并使无隔热材料的一侧暴露于温控室1，有隔热材料的一侧暴露于温控室2，这里将加工后的构件称为保温型相变构件。

多路温度巡检仪内接入测温热电偶1、测温热电偶2、测温热电偶3、测温热电偶4，可以时刻检测温控室1内的空气温度、相变构件向光面温度、温控室2内的空气温度及相变构件向光面温度并绘制温度随时间的变化曲线。

2.测试原理：

实验台的使用与测试主要包括三个方面：第一个方面是通过对相变构件的加工及温控室的灵活使用能够实现对相变构件三种应用形式的研究；第二个方面是通过自控装置对光源辐射照度、内环境的温度、外环境的温度、相变构件表面对流换热系数的调控能够最大限度地做到对相变构件在实际应用中的环境进行模拟；第三个方面是测试方法，即通过对相变构件表面的辐射照度、对流换热量的测试与计算能够得到相变构件的蓄、放热量，在温控室内的制冷及制热装置没有开启的情况下，通过测量温控室内空气的温升同样能够得到相变构件的蓄、放热量。

3.具体测试步骤如下：

实验台的主要研究内容为相变构件的蓄、放热特性及不同影响因素对相变构件蓄、放热特性的影响，可实现三大研究性实验，每个大的研究性实验又包括若干子实验，各实验的步骤与方法现分别给出。

(1)外墙实验

若将相变构件作为建筑外墙，利用本实验台可进行室外环境、室内环境对相变构件的蓄热特性的影响研究、相变构件的蓄热特性对室内环境的影响研究、室内环境、室外环境对相变构件的放热特性的影响研究以及相变构件的放热特性对室内环境的影响研究。此时，温控室1用以模拟相变构件在实际工程使用中的室外环境，温控室2用以模拟实际工程的室内环境。

1)将相变构件加工成标准相变构件并装入实验箱；

2)设定光源的室外光照变化曲线、温控室1的室外温度变化曲线及温控室2的室内温度变化曲线；

3)开启光源、温控室1及温控室2的制冷或制热装置并使这三个装置按设定的初始值将实验箱预冷或预热并持续一段时间直至各温度测点处的温度基本保持稳定，这一步是考虑到在实验的初始阶段实验结果会受到实验箱及相变构件的初始温度及环境温度的影响，为了减小实验误差并加快实验进程，需要对实验箱进行预冷或预热；

4)在预冷或预热完成后，即可进行相关实验，实验包括：不同的辐射照度对相变构件蓄热特性的影响，不同的室外温度对相变构件蓄热特性的影响，不同的室外风速对相变构件蓄热特性的影响，不同的室内温度对相变构件蓄热特性的影响，不同的室内风速对相变构件蓄热特性的影响，相变构件的蓄热特性对室内环境的影响，不同的室外温度对相变构件放热特性的影响，不同的室外风速对相变构件放热特性的影响，不同的室内温度对相变构件放热特性的影响，不同的室内风速对相变构件放热特性的影响，相变构件的放热特性对室内环境的影响；

5)在进行实验时，可控制某一或某几个因素按照所设定的规律发生变化而保持其他因素不变来进行实验研究，实验分为蓄热阶段和放热阶段，蓄热阶段相变构件的蓄热量Q1、对室外的散热量Qout1、对室内的散热量Qout2可通过相变构件所接受的辐射热量、相变构件与温控室1及温控室2内空气的对流换热量得出，也可通过温控室1及温控室2内空气的温升得出；放热阶段相变构件对室外的放热量Q′out1及对室内的放热量Q′out2可通过相变构件与温控室1及温控室2内空气的对流换热量得出，也可通过温控室1及温控室2内空气的温升得出；

6)实验台应连续运行多个循环，以消除初始误差及偶然因素的影响；

7)可通过更换相变构件进行不同相变构件的蓄、放热特性研究。

(2)内墙实验

若将相变构件作为建筑内墙，利用本实验台可进行室外光照条件、室内环境对相变构件的蓄热特性的影响研究、相变构件的蓄热特性对室内环境的影响研究、室内环境对相变构件的放热特性的影响研究以及相变构件的放热特性对室内环境的影响研究。此时，温控室1用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，即前文所述的内环境。相变构件只有向温控室1的传热而无向温控室2的传热，此时温控室2无任何用途。

1)将相变构件加工成保温型相变构件并装入实验箱；

2)设定光源的室外光照变化曲线及温控室1的室内温度变化曲线；

3)开启光源及温控室1的制冷或制热装置并使这两个装置按设定的初始值将实验箱预冷或预热并持续一段时间直至各温度测点处的温度基本保持稳定，这一步是考虑到在实验的初始阶段实验结果会受到实验箱及相变构件的初始温度及环境温度的影响，为了减小实验误差并加快实验进程，需要对实验箱进行预冷或预热；

4)在预冷或预热完成后，即可进行相关实验，实验包括：不同的辐射照度对相变构件蓄热特性的影响，不同的室内温度对相变构件蓄热特性的影响，不同的室内风速对相变构件蓄热特性的影响，相变构件的蓄热特性对室内环境的影响，不同的室内温度对相变构件放热特性的影响，不同的室内风速对相变构件放热特性的影响，相变构件的放热特性对室内环境的影响；

5)在进行实验时，可控制某一或某几个因素按照所设定的规律发生变化而保持其他因素不变来进行实验研究，实验分为蓄热阶段和放热阶段，蓄热阶段相变构件的蓄热量Q1及对室内的散热量Qout1可通过相变构件所接受的辐射热量、相变构件与温控室1的对流换热量得出，也可通过温控室1内空气的温升得出；放热阶段相变构件对室内的放热量Q′out1可通过相变构件与温控室1内空气的对流换热量得出，也可通过温控室1内空气的温升得出；

6)实验台应连续运行多个循环，以消除初始误差及偶然因素的影响；

7)可通过更换相变构件进行不同相变构件的蓄、放热特性研究。

(3)内墙通风实验

若将相变构件作为建筑内墙，同时在内墙的一侧通风，利用本实验台可进行室外光照条件、室内环境及通风情况对相变构件的蓄热特性的影响研究、相变构件的蓄热特性对室内环境的影响研究、室内环境、通风情况对相变构件的放热特性的影响研究以及相变构件的放热特性对室内环境的影响研究。此时，温控室1用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，即前文所述的外环境，温控室2用以模拟相变构件的内墙通风环境，即前文所述的内环境。

1)将相变构件加工成标准相变构件并装入实验箱；

2)设定光源的室外光照变化曲线、温控室1的室内温度变化曲线及温控室2的通风温度；

3)开启光源、温控室1及温控室2的制冷或制热装置并使这三个装置按设定的初始值将实验箱预冷或预热并持续一段时间直至各温度测点处的温度基本保持稳定，这一步是考虑到在实验的初始阶段实验结果会受到实验箱及相变构件的初始温度及环境温度的影响，为了减小实验误差并加快实验进程，需要对实验箱进行预冷或预热；

4)在预冷或预热完成后，即可进行相关实验，实验包括：不同的辐射照度对相变构件蓄热特性的影响，不同的室内温度对相变构件蓄热特性的影响，不同的室内风速对相变构件蓄热特性的影响，相变构件的蓄热特性对室内环境的影响，不同的室内温度对相变构件放热特性的影响，不同的室内风速对相变构件放热特性的影响，不同的通风温度对相变构件放热特性的影响，不同的通风风速对相变构件放热特性的影响，相变构件的放热特性对室内环境的影响；

5)在进行实验时，可控制某一或某几个因素按照所设定的规律发生变化而保持其他因素不变来进行实验研究，实验分为蓄热阶段和放热阶段，蓄热阶段相变构件的蓄热量Q1、对室内的散热量Qout1、通风的散热量Qout2可通过相变构件所接受的辐射热量、相变构件与温控室1及温控室2内空气的对流换热量得出，也可通过温控室1及温控室2内空气的温升得出；放热阶段相变构件对室内的放热量Qout1及通风的放热量Qout2可通过相变构件与温控室1及温控室2内空气的对流换热量得出，也可通过温控室1及温控室2内空气的温升得出；

6)实验台应连续运行多个循环，以消除初始误差及偶然因素的影响；

7)可通过更换相变构件进行不同相变构件的蓄、放热特性研究。

下面给出上述各应用的计算过程：

1、外墙实验应用

第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，即前文所述的内环境；包括：

1)在蓄热阶段，光源开启，设相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

同时，相变构件存在着与第一温控室及第二温控室的对流换热，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t₁、相变构件向光面温度为t₂、第二温控室内的空气温度为t₃、相变构件背光面温度为t₄，并绘制温度的实时变化曲线，其中相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_in-Qo_ut1-Qo_ut2

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂、第二温控室内的空气温度为t′₃、相变构件背光面温度为t′₄，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₃，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₄，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

Q′_out1及Q′_out2即分别是相变构件的室内放热量及室外放热量。

在放热阶段，如果第一温控室或第二温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量还可采用如下方法进行计算：设第一温控室内空气的体积为V₁及第二温控室内空气的体积为V₂，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁、第二温控室的初始温度t′₀₂及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁、第二温控室的温度t′₁₂，便可得到第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量分别为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

Q'_k2＝cρV₂(t'₁₂-t'₀₂)

第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量分别可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1及第二电量表的读数Q′_f2得到，则相变构件的室内放热量及室外放热量分别为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1

Q'_out2＝Q'_k2-Q'_f2。

2、内墙实验应用

第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，

1)在蓄热阶段，光源开启，相变构件既有热量的流入又有热量的流出，相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度t₁、相变构件向光面温度t₂，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，则相变构件向光面的对流换热量为：

根据以上两式便可得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_in-Qo_ut

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面的对流换热量为：

如果第一温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件向光面的对流换热量还可根据第一温控室内空气的温升得出：设第一温控室内空气的体积为V₁，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t₀₁及放热测试结束时第一温控室的温度t₁₁，便可得到第一温控室内空气所吸收的热量为：

Q_k1＝cρV₁(t₁₁-t₀₁)

第一均流风扇的做功与散热量可以通过与之相连接的第一电量表的读数Q_f1得到，则相变构件向光面的散热量为：

Q_out＝Q_k1-Q_f1。

如果第一温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量还可采用如下方法进行计算：第一温控室内空气的体积为V₁，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁，便可得到第一温控室内空气所吸收的热量为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

第一均流风扇的做功与散热量可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1得到，则相变构件的室内放热量为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1。

3、内墙通风实验应用

第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，第二温控室用以模拟相变构件的内墙通风环境，内墙通风实验需要将相变构件加工成标准相变构件；

1)在蓄热阶段，光源开启，相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

同时，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t₁、相变构件向光面温度为t₂、第二温控室内的空气温度为t₃、相变构件背光面温度为t₄，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

根据以上几式便可得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_in-Q_out1-Q_out2

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂、第二温控室内的空气温度为t′₃、相变构件背光面温度为t′₄，并绘制温度的实时变化曲线，其中相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₃，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₄，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

如果第一温控室或第二温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量还可采用如下方法进行计算，第一温控室内空气的体积为V₁及第二温控室内空气的体积为V₂，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁、第二温控室的初始温度t′₀₂及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁、第二温控室的温度t′₁₂，便可得到第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量分别为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

Q'_k2＝cρV₂(t'₁₂-t'₀₂)

第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量分别可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1及第二电量表的读数Q′_f2得到，则相变构件的室内放热量及通风放热量分别为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1

Q'_out2＝Q'_k2-Q'_f2。

上面以文字和附图说明的方式阐释了本发明一些具体实施方式的结构，并非详尽无遗或限制于上述所述具体形式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种相变构件蓄、放热性能研究实验台，包括实验箱和多路温度巡检仪，其中，所述实验箱包括壳体，壳体内包括光源室、隔热室、第一温控室、第二温控室，其特征在于，所述实验箱还包括相变构件，其中，所述光源室、隔热室、第一温控室、第二温控室被依次相连接地设置，所述光源室与隔热室之间间隔有透镜，所述隔热室与第一温控室之间设置移动透光板，所述相变构件设置在所述第一温控室与第二温控室之间，所述多路温度巡检仪分别与所述第一温控室、相变构件的向光面、相变构件的背光面、第二温控室连接。

2.根据权利要求1所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台，其特征在于，所述实验台还包括两个温控仪和两个电量表。

3.根据权利要求1所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台，其特征在于，所述光源室包括大功率灯泡和散热风扇，所述大功率灯泡被设置成正对着所述透镜。

4.根据权利要求2所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台，其特征在于，所述第一温控室包括第一制热装置、第一制冷装置、第一均流风扇和第一测温热电偶，所述第一均流风扇与第一电量表相连，所述第一制热装置、第一制冷装置与第一测温热电偶均被连接到第一温控仪，所述第一温控室左侧设置移动透光板。

5.根据权利要求4所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台，其特征在于，所述第二温控室还包括第二制热装置、第二制冷装置、第二均流风扇和第二测温热电偶，所述第二均流风扇与第二电量表相连，所述第二制热装置、第二制冷装置与第二测温热电偶均被连接到第二温控仪，所述第二温控室右侧设置移动透光板。

6.根据权利要求1-5之一所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台，其特征在于，所述相变构件的上部及下部为隔热层，隔热层与相变构件及壳体紧密结合。

7.根据权利要求1-5之一所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台，其特征在于，所述相变构件包括标准相变构件或保温型相变构件。

8.根据权利要求5所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台，其特征在于，所述多路温度巡检仪接入所述第一测温热电偶、第二测温热电偶、第三测温热电偶、第四测温热电偶，所述第三和第四测温热电偶分别连接所述相变构件的向光面和背光面。

9.一种根据权利要求1-8之一所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台在外墙实验中的应用，第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境；包括：

1)在蓄热阶段，光源开启，设相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

$Q_{in}={\∫}_0^{{\mathrm{\τ}}_1}ESd\mathrm{\τ}$

同时，相变构件存在着与第一温控室及第二温控室的对流换热，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t₁、相变构件向光面温度为t₂、第二温控室内的空气温度为t₃、相变构件背光面温度为t₄，并绘制温度的实时变化曲线，其中相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

$Q_{out1}={\∫}_0^{{\mathrm{\τ}}_1}{h}_{1}S(t_2-t_1)d\mathrm{\τ}$

$Q_{out2}={\∫}_0^{{\mathrm{\τ}}_1}{h}_{2}S(t_4-t_3)d\mathrm{\τ}$

得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_in-Q_out1-Q_out2

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂、第二温控室内的空气温度为t′₃、相变构件背光面温度为t′₄，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₃，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₄，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

${Q^{\′}}_{out1}={\∫}_{{\mathrm{\τ}}_1}^{{\mathrm{\τ}}_2}{h}_{3}S({t^{\′}}_2-{t^{\′}}_1)d\mathrm{\τ}$

${Q^{\′}}_{out2}={\∫}_{{\mathrm{\τ}}_1}^{{\mathrm{\τ}}_2}{h}_{4}S({t^{\′}}_4-{t^{\′}}_3)d\mathrm{\τ}$

Q′_out1及Q′_out2即分别是相变构件的室内放热量及室外放热量。

10.根据权利要求9所述的应用，在蓄热阶段，如果第一温控室或第二温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件向光面及背光面的对流换热量根据第一温控室及第二温控室内空气的温升得出：设第一温控室内空气的体积为V₁及第二温控室内空气的体积为V₂，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t₀₁、第二温控室的初始温度t₀₂及放热测试结束时第一温控室的温度t₁₁、第二温控室的温度t₁₂，便可得到第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量分别为：

Q_k1＝cρV₁(t₁₁-t₀₁)

Q_k2＝cρV₂(t₁₂-t₀₂)

第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量既包括相变构件的散热量，也包括第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量，第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量分别可以通过与之相连接的第一电量表读数Q_f1及第二电量表的读数Q_f2得到，则相变构件向光面的散热量及背光面的散热量分别为：

Q_out1＝Q_k1-Q_f1

Q_out2＝Q_k2-Q_f2。

11.根据权利要求9所述的应用，在放热阶段，如果第一温控室或第二温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量采用如下方法进行计算：设第一温控室内空气的体积为V₁及第二温控室内空气的体积为V₂，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁、第二温控室的初始温度t′₀₂及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁、第二温控室的温度t′₁₂，便可得到第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量分别为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

Q'_k2＝cρV₂(t'₁₂-t'₀₂)

第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量分别可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1及第二电量表的读数Q′_f2得到，则相变构件的室内放热量及室外放热量分别为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1

Q'_out2＝Q'_k2-Q'_f2。

12.一种根据权利要求1-8之一所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台在内墙实验中的应用，第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，

1)在蓄热阶段，光源开启，相变构件既有热量的流入又有热量的流出，相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

$Q_{in}={\∫}_0^{{\mathrm{\τ}}_1}ESd\mathrm{\τ}$

分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度t₁、相变构件向光面温度t₂，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，则相变构件向光面的对流换热量为：

$Q_{out}={\∫}_0^{{\mathrm{\τ}}_1}{h}_{1}S(t_2-t_1)d\mathrm{\τ};$

根据以上两式便可得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_in-Q_out

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面的对流换热量为：

${Q^{\′}}_{out1}={\∫}_{{\mathrm{\τ}}_1}^{{\mathrm{\τ}}_2}{h}_{2}S({t^{\′}}_2-{t^{\′}}_1)d\mathrm{\τ}.$

13.根据权利要求12的应用，如果第一温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件向光面的对流换热量根据第一温控室内空气的温升得出：设第一温控室内空气的体积为V₁，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t₀₁及放热测试结束时第一温控室的温度t₁₁，便可得到第一温控室内空气所吸收的热量为：

Q_k1＝cρV₁(t₁₁-t₀₁)

第一均流风扇的做功与散热量可以通过与之相连接的第一电量表的读数Q_f1得到，则相变构件向光面的散热量为：

Q_out＝Q_k1-Q_f1。

14.根据权利要求12的应用，如果第一温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量采用如下方法进行计算：第一温控室内空气的体积为V₁，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的在放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁，便可得到第一温控室内空气所吸收的热量为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

第一均流风扇的做功与散热量可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1得到，则相变构件的室内放热量为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1。

15.一种根据权利要求1-8之一所述的相变构件蓄、放热性能研究实验台在内墙通风实验中的应用，第一温控室用以模拟相变构件在实际工程使用中的室内环境，第二温控室用以模拟相变构件的内墙通风环境，内墙通风实验需要将相变构件加工成标准相变构件；

1)在蓄热阶段，光源开启，相变构件向光面的逐时光照强度为E，光照时间为τ₁，相变构件的面积即光照面积为S，则相变构件所接受的辐射热量为：

$Q_{in}={\∫}_0^{{\mathrm{\τ}}_1}ESd\mathrm{\τ}$

同时，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t₁、相变构件向光面温度为t₂、第二温控室内的空气温度为t₃、相变构件背光面温度为t₄，并绘制温度的实时变化曲线，相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₁，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₂，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

$Q_{out1}={\∫}_0^{{\mathrm{\τ}}_1}{h}_{1}S(t_2-t_1)d\mathrm{\τ}$

$Q_{out2}={\∫}_0^{{\mathrm{\τ}}_1}{h}_{2}S(t_4-t_3)d\mathrm{\τ};$

根据以上几式便可得出相变构件在一定光照条件下的蓄热量为：

Q₁＝Q_in-Q_out1-Q_out2

2)在放热阶段，光源关闭，相变构件只有热量的流出而无热量的流入，光源的关闭时间为τ₂，分别通过测温热电偶由多路温度巡检仪测得第一温控室内的空气温度为t′₁、相变构件向光面温度为t′₂、第二温控室内的空气温度为t′₃、相变构件背光面温度为t′₄，并绘制温度的实时变化曲线，其中相变构件向光面与第一温控室内空气的对流换热系数为h₃，相变构件背光面与第二温控室内空气的对流换热系数为h₄，则相变构件向光面与背光面的对流换热量分别为：

${Q^{\′}}_{out1}={\∫}_{{\mathrm{\τ}}_1}^{{\mathrm{\τ}}_2}{h}_{3}S({t^{\′}}_2-{t^{\′}}_1)d\mathrm{\τ}$

${Q^{\′}}_{out2}={\∫}_{{\mathrm{\τ}}_1}^{{\mathrm{\τ}}_2}{h}_{4}S({t^{\′}}_4-{t^{\′}}_3)d\mathrm{\τ}.$

16.根据权利要求15的应用，如果第一温控室或第二温控室的制热及制冷装置没有开启，则相变构件的放热量采用如下方法进行计算，第一温控室内空气的体积为V₁及第二温控室内空气的体积为V₂，空气的比热为c与密度为ρ，通过多路温度巡检仪所记录的放热测试开始时第一温控室的初始温度t′₀₁、第二温控室的初始温度t′₀₂及放热测试结束时第一温控室的温度t′₁₁、第二温控室的温度t′₁₂，便可得到第一温控室及第二温控室内空气所吸收的热量分别为：

Q'_k1＝cρV₁(t'₁₁-t'₀₁)

Q'_k2＝cρV₂(t'₁₂-t'₀₂)

第一均流风扇及第二均流风扇的做功与散热量分别可以通过与之相连接的第一电量表读数Q′_f1及第二电量表的读数Q′_f2得到，则相变构件的室内放热量及通风放热量分别为：

Q'_out1＝Q'_k1-Q'_f1

Q'_out2＝Q'_k2-Q'_f2。