CN105424881B - 一种建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性测试装置及方法，属于建筑墙体热湿耦合传递测试装置及方法。一侧开口的静压箱采取密封安装在被测试建筑墙体的一侧，静压箱进风口与风机出风口采用软连接，在墙体内及墙体的另一侧表面设置温湿度传感器，在静压箱内设置温湿度和压力传感器，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传输线连接；静压箱风口包括可调节出风口和设置多叶调节阀的进风口；温湿度、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；本方法简便易行，测试精度高，可广泛应用于测量建筑墙体在热、湿、空气多场耦合传递过程中温、湿度场的分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑墙体热湿耦合传递特性测试装置及方法，特别是一种建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性测试装置及方法。
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建筑墙体两侧的压差作用更加突出和显著，由于压差的存在，会引起建筑墙体内部空气的宏观流动，而且建筑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，从而引起建筑墙体内的热、湿、空气耦合传递。建筑墙体热、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特性测试装置多侧重于等压测量，忽视了高层建筑由于热压、风压引起的空气压差的影响，无法获得建筑墙体内部热、湿、空气耦合传递特征和规律。
发明内容
本发明的目的是要提供一种方案简单、应用方便的建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性测试装置及方法。
为实现上述目的，本发明的建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性的测试装置包括：静压箱、风机、温湿度传感器、空气压力传感器、采集模块和计算机；一侧开口的静压箱安装在被测试建筑墙体的一侧，静压箱与墙体连接处采取密封措施，静压箱进风口与风机出风口采用软连接，在墙体的另一侧表面附近设置温湿度传感器，在建筑墙体内设置温湿度传感器，在静压箱内设置温湿度传感器和空气压力传感器，温湿度信号及静压箱内空气压力信号经信号排线传输至采集模块，采集模块与计算机通过信号传输线连接；温湿度信号、空气压力信号经采集模块传输到计算机上的在线监测软件，并且该软件用于显示、存储、记录和监测不同压差作用下墙体内温湿度的分布情况。
所述的建筑墙体内沿厚度方向均匀预埋至少三个温湿度传感器，建筑墙体未安装静压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至少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。
本发明的建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性的测试方法：包括安装并正常使用在线监测软件的计算机，该在线监测软件能实时显示、存储、记录和监测建筑墙体和静压箱内的温度、湿度及压力信号；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；实施步骤如下：
a、搭建装置：搭建包括建筑墙体、静压箱、风机、温湿度传感器、空气压力传感器、采集模块和计算机等部分的测试装置；
b、检查确认：检查测试装置各个部分的连接与密封，保证均正常无误；
c、启动装置：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、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；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；
f、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，可以分析和得出建筑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建筑墙体热湿传递的影响，得出建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性。
有益效果：采用上述方案，本发明能够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，可得到在建筑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建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性；本发明简便易行，测试精度高，在本技术领域内具有广泛地实用性，可应用于测量建筑墙体热、湿、空气多场耦合传递特性。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图2为本发明图1中的静压箱俯视图。
图3为本发明图1中的静压箱正视图。
图4为本发明图1中的建筑墙体A-A剖面示意图。
图5为本发明图2的静压箱B-B剖面示意图。
图中：1—建筑墙体；2—静压箱；3—风机；4—温湿度传感器；5—压力传感器；6—多叶调节阀；7—可调节出风口；8—静压箱开口与建筑墙体紧密连接处；9—静压箱进风口；10—温湿度采集模块；11—压力采集模块；12—计算机。
具体实施方式
本发明的测试装置包括：建筑墙体、静压箱、风机、温湿度传感器、空气压力传感器、采集模块和计算机；一侧开口的静压箱安装在被测试建筑墙体的一侧，静压箱与墙体连接处采取密封措施，静压箱进风口与风机出风口采用软连接，在墙体的另一侧表面附近设置温湿度传感器，在建筑墙体内设置温湿度传感器，在静压箱内设置温湿度传感器和空气压力传感器，温湿度信号及静压箱内空气压力信号经信号排线传输至采集模块，采集模块与计算机通过信号传输线连接；温湿度信号、空气压力信号经采集模块传输到计算机上的在线监测软件，并且该软件用于显示、存储、记录和监测不同压差作用下墙体内部温度和湿度的分布情况。
所述的建筑墙体可以是实际房屋的墙体，也可以是已对四周进行绝热绝湿处理的墙体。所述的建筑墙体内沿厚度方向均匀预埋至少三个温湿度传感器，建筑墙体未安装静压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至少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。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。所述的墙体一侧与静压箱开口一侧密封连接，密封材料有一定弹性，在一定振动范围内保持良好密封性。
本发明的建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性的测试方法：包括有安装并正常使用在线监测软件的计算机，该在线监测软件能实时显示、存储、记录和监测建筑墙体和静压箱内的温度、湿度及压力信号；根据监测到的压力以人工调节的方式对静压箱内的压力进行调节，控制压力保持在允许误差范围内；实施步骤如下：
a、搭建装置：搭建包括建筑墙体、静压箱、风机、温湿度传感器、空气压力传感器、采集模块和计算机等部分的测试装置；
b、检查确认：检查测试装置各个部分的连接与密封，保证均正常无误；
c、启动装置：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、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；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；
f、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，可以分析和得出建筑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建筑墙体热湿传递的影响，得出建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性。
下面结合附图对发明作进一步的描述：
实施例：
该测试装置包括建筑墙体1、与建筑墙体1连接的静压箱2、与静压箱2连接的风机3、汇集传感器信号的温湿度采集模块10和压力采集模块11、连接采集模块的计算机12，建筑墙体1与静压箱2开口处一侧为密封连接，静压箱进风口9与风机3出风口采用软连接、建筑墙体1和静压箱2内所有传感器的信号经信号排线传输至温湿度采集模块10和压力采集模块11，并通过采集模块把温度、湿度，压力信号传输到计算机12上的在线监测软件。
建筑墙体1两个表面附近均设置温湿度传感器4，建筑墙体1内均匀预埋一定数量的温湿度传感器4，进一步的是：建筑墙体安装静压箱一侧表面附近的温湿度传感器4设置于静压箱2的中心位置；建筑墙体1内部沿厚度方向至少均匀布置三个温湿度传感器4；所有的温湿度传感器4均处在同一高度。
与建筑墙体1紧密连接的静压箱2一侧开口尺寸不小于1.0×0.6㎡，且能覆盖建筑墙体1内所有温湿度传感器4，静压箱进风口9设置有多叶调节阀6。
静压箱2沿长度方向的两侧设有可调节出风口7；静压箱2上侧面沿长度方向的中轴线至少均匀布置三个压力传感器5，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。根据设定的每个压力和所监测的压力，对可调节出风口7和多叶调节阀6进行人工调节，使静压箱2内空气压力保持稳定，且压力波动保持在设定压力的允许误差范围内。
在附图中：
本发明的测试装置，建筑墙体1、静压箱2、风机3、温湿度采集模块10、压力采集模块11、计算机12按如下连接：建筑墙体1和静压箱2内的传感器通过信号排线连接到温湿度采集模块10和压力采集模块11上，采集模块与计算机12通过信号传输线连接；详见系统示意图，如图1。建筑墙体未安装静压箱的一侧表面附近设置一个温湿度传感器4；在静压箱2内中心位置设置一个温湿度传感器4；五个温湿度传感器4沿厚度方向均匀预埋到建筑墙体1内；静压箱2上侧面沿长度方向的中轴线均匀布置三个压力传感器5，详见系统示意图，如图1。
所有温湿度传感器4均处在同一高度，详见建筑墙体A-A剖面示意图，如图4中的建筑墙体A-A剖面示意图。静压箱2风口包含进风口、可调节出风口，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，详见静压箱的俯视图、正视图、B-B剖面示意图，分别如图2、图3、图5所示。静压箱2一侧开口处与建筑墙体1密封连接，静压箱进风口9与风机3出风口进行软连接，详见图1；静压箱2沿长度方向的两侧各设置一个可调节出风口7，详见系统示意图和静压箱正视图，分别如图1、图3所示。
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；建筑墙体在每个空气压差作用下，在线监测软件24小时不间断地获取并存储测试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。在不同的空气压差作用下，整个测试装置的温度、湿度及静压箱内空气压力信号经信号排线传输至采集模块，再传输到计算机上的在线监测软件，并进行实时显示、存储、记录。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，可以分析和得出建筑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建筑墙体热湿传递的影响，得出建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性。
Claims (4)
1.一种建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性的测试装置，其特征在于：测试装置包括静压箱、风机、温湿度传感器、空气压力传感器、采集模块和计算机；一侧开口的静压箱安装在被测试建筑墙体的一侧，静压箱与墙体连接处采取密封措施，静压箱进风口与风机出风口采用软连接，在墙体的另一侧表面附近设置温湿度传感器，在建筑墙体内设置温湿度传感器，在静压箱内设置温湿度传感器和空气压力传感器，温湿度信号及静压箱内空气压力信号经信号排线传输至采集模块，采集模块与计算机通过信号传输线连接；温湿度信号、空气压力信号经采集模块传输到计算机上的在线监测软件，并且该软件用于显示、存储、记录和监测不同压差作用下墙体内温湿度的分布情况；
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。
2.根据权利要求1所述的建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性的测试装置，其特征在于：所述的建筑墙体内沿厚度方向均匀预埋至少三个温湿度传感器，建筑墙体未安装静压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。
3.根据权利要求1所述的建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性的测试装置，其特征在于：静压箱上侧面沿长度方向的中轴线至少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。
4.一种建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性的测试方法，其特征在于：包括有安装并正常使用在线监测软件的计算机，该在线监测软件能实时显示、存储、记录和监测建筑墙体和静压箱内的温度、湿度及压力信号；根据监测到的压力以人工调节的方式对静压箱内的压力进行调节，控制压力保持在允许误差范围内；测试方法实施步骤如下：
a、搭建装置：搭建装置包括建筑墙体、静压箱、风机、温湿度传感器、空气压力传感器、采集模块和计算机部分的测试装置；一侧开口的静压箱安装在被测试建筑墙体的一侧，静压箱与墙体连接处采取密封措施，静压箱进风口与风机出风口采用软连接，在墙体的另一侧表面附近设置温湿度传感器，在建筑墙体内设置温湿度传感器，在静压箱内设置温湿度传感器和空气压力传感器，温湿度信号及静压箱内空气压力信号经信号排线传输至采集模块，采集模块与计算机通过信号传输线连接；温湿度信号、空气压力信号经采集模块传输到计算机上的在线监测软件，并且该软件用于显示、存储、记录和监测不同压差作用下墙体内温湿度的分布情况；
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;
b、检查确认：检查测试装置各个部分的连接与密封，保证均正常无误；
c、启动装置：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、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；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；
f、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，可以分析和得出建筑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建筑墙体热湿传递的影响，得出建筑墙体热、湿、空气耦合传递特性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |