CN106872511A - 一种模拟墙体保温材料实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟墙体保温材料实验装置,其包括仪器主体,其特征在于,其还包括加热装置,制冷装置,温度传感器及应变传感器;仪器主体为一密封的腔体,其底部由固定支座固定,其侧面设置有气凝胶毛毡,其顶部设置有仪器盖板;仪器主体包括待测区、试验区及试块固定区,加热装置、制冷装置设置在试验区,温度传感器、应变传感器设置在试块固定区内。本发明提供的模拟墙体保温材料实验装置,对于不同施工工艺后的保温成品能够模拟导热性能的变化、以验证是否满足外墙保温性能要求,通过对试验试块的受热面温度变形的测定,分析温度场应力对保温系统的影响,能够验证有限元模拟计算中温度变形与实际情况是否吻合。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,尤其涉及一种模拟墙体保温材料实验装置。
背景技术
外墙外保温体系的组成与基本构造情况在不同的外保温体系中,其材料、构造和施工工艺各有一定的差别。有代表性的基本构造有两种:(1)由饰面层、含有加强网布的抹灰层、b1级挤塑板保温层、粘结层及基底等由外至内依次组成;(2)由表面装饰层、有钢丝网加强的抹灰层、岩棉板、粘结层及基层,另加固定件,依次由外至内组成。
保温层应采用高效保温材料,导热系数小于0.07kw/mk,吸湿率低、粘结性能好、收缩率小的产品。可选用膨胀型聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉毡以及超轻保温浆料等,其中,阻燃级膨胀型聚苯乙烯板应用普遍。
保温系统包括保温材料、抗裂粘结材料、饰面材料,这些材料所处系统的不同位置受外界环境的影响也不一样。保温系统外饰面长期处于外界环境的变换中,受膨胀和收缩的影响最大,这样反复影响会使饰面材料老化、会使粘结材料失去粘结力失去强度。而保温系统的内侧由于有保温材料具有的热阻性,避免了对内侧墙体的影响。保温系统内外两侧所处温度场不同,考量着保温系统性能的优劣。因此考虑出现变形和开裂的问题,则需要分析温度场应力对保温系统的影响。
目前,国内外对建筑墙体的保温性能测试设备多使用热流计法、保护热箱法及标定热箱法进行开发,该设备主要包括冷箱、热箱和试件架等构件,
目前的试件架一般为封闭固定式试件架,将测试墙体砌筑于试件架中,测试完成后把试验墙体拆除掉,试件架循环使用。
目前现有的保温性能测试设备费用高,对墙体的结构性能会存在一定的损伤,同时设备的密闭性仍需进一步加强,对试验结果存在一定的误差影响。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题,提供了一种模拟墙体保温材料实验装置,能够同时测量墙体的导热性能及温度变形,对于不同施工工艺后的保温成品能够模拟导热性能的变化、以验证是否满足外墙保温性能要求,通过对试验试块的受热面温度变形的测定,分析温度场应力对保温系统的影响,能够验证有限元模拟计算中温度变形与实际情况是否吻合,同时温度变形的测定对于在冬夏温差变化较大的北方地区保温材料的性能判定具有重要的意义。
本发明的技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供的一种模拟墙体保温材料实验装置包括仪器主体,其特征在于,其还包括加热装置,制冷装置,温度传感器及应变传感器。
仪器主体为一密封的腔体,其底部由固定支座固定,其侧面设置有气凝胶毛毡,其顶部设置有仪器盖板;仪器主体包括待测区、试验区及试块固定区,加热装置、制冷装置设置在试验区,试块设置在试块固定区并由试块固定螺栓固定,温度传感器、应变传感器设置在试块固定区内。
这样可以通过本申请所述的试验装置同时完成模拟墙体保温材料的导热性能及温度变形的测量,分析温度场应力对保温系统的影响,能够验证有限元模拟计算中温度变形与实际情况是否吻合,同时可结合试验结果对墙体保温材料的耐久性进行综合评定。
进一步地,所述仪器盖板上附有气凝胶毛毡,仪器盖板由可固定卡扣固定在仪器主体的顶部。气凝胶毛毡可以有效进行密封,保证实验装置的温度场的稳定。
进一步地,所述加热装置为电阻式加热器,所述制冷装置为压缩式制冷机,加热装置、制冷装置利用热量通过空气的传播作用于实验装置。
进一步地,所述试块固定区设置有一凹槽,试块固定区位于待测区及试验区之间,试块设置在凹槽中,并由试块固定螺栓固定在试块的端部。
进一步地,所述应变传感器为光纤传感器,光纤传感器的精度较高,可以满足多种试验条件。
进一步地,所述待测区与试块非接触的侧面设置有温度传感器、应变传感器,用于对待测区中综合环境进行监视测量。
本申请还公开了一种模拟墙体保温材料实验装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将实验装置固定在简易工作台上,并安装加热装置或制冷装置;
S2,根据有限元计算结果,在实验装置的试块固定区设置温度传感器及应变传感器,并对各个传感器测试点进行监测;
S3,将试块固定在试块固定区,安装仪器盖板,并检测实验装置的密封性;
S4,开机试验,通过温度传感器对仪器主体内温度监测,并调整制冷装置或加热装置使得试块固定区的温度达到设计要求,并保持在设定的温度范围内;利用待测区内的温度传感器的监测数值,得出单位面积试块的保温隔热性能;
S5,利用试验区内的应变传感器对温度变形监测,得出在不同时间段的保温材料受热或受冷的同时温度场应力的大小,并与有限元模拟结果进行比对,同时找出温度变化的最不利位置,并验证保温装置材料开裂后的保温效果;
S6,利用待测区内应变传感器对温度变形的监测,结合温度传感器的数值监测结果,分析得出温度场应力对各种保温装置材料性能的影响,同时利用待测区及试验区的温度变形数值变化,对墙体材料保温性能进行综合评判。
本发明有益效果:
本发明提供的一种模拟墙体保温材料实验装置,其结构合理,具有以下有益效果:
(1)本实验装置为封闭且保温的实验舱,实验舱内充分密闭以尽量减少与外界空气之间的流通,保证试验数据的准确。通过试块将实验舱体分为试验区与待测区,本装置在试验试块表面设置了多处温度传感器,通过温度传感器反馈的数据来控制试验区内的温度,温度控制迅速精确且有效。在试验区域内通过对加热装置或制冷装置调节来模拟各种工况下的试块的性能,获得试验数据,达到测试墙体材料导热性能的目的,同时计算出导热系数综合评定保温性能。
(2)由于热变形温度对材料的使用范围有很大的影响的,特别是对高分子材料,因此在本实验装置在试块上敷设了应变传感器,对不同温度条件下试块的特定位置产生的温度应变进行监测,结合温度传感器测定的数据,分析温度场应力对各种保温装置材料性能的影响,并找出温度变化的最不利位置,对墙体材料保温性能进行综合的评判,同时能够验证有限元模拟计算与实际情况是否吻合。
(3)本实验装置对墙体保温装置的导热性能、实验装置的热变形同时进行监测,同时温度调节区域较大,能够模拟各个地区不同温度条件。
(4)本实验装置结构简单,易于操作、控制和维修,综合运行成本低。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述,本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解,这些附图只是示意性的,并不限制本发明,其中:
图1是本发明所述模拟墙体保温材料实验装置的剖视图;
图2是本发明所述模拟墙体保温材料实验装置的的立面图。
附图中,各标号所代表的部件如下:
1.仪器主体;2.试块固定螺栓;3.气凝胶毛毡;4.仪器盖板;5.固定支座;6.待测区;7.试验区;8.试块固定区;9.温度传感器;10.应变传感器;11.加热装置;12.制冷装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的一种模拟墙体保温材料实验装置进行详细说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式,用于说明本发明的构思,均是解释性和示例性的,不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图,辅助说明本发明的构思,示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意,为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构,各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
一种模拟墙体保温材料实验装置,如图1所示,其包括仪器主体1,其还包括加热装置11,制冷装置12,温度传感器9及应变传感器10;仪器主体1为一密封的腔体,其底部由固定支座5固定,其侧面设置有气凝胶毛毡3,其顶部设置有仪器盖板4;仪器主体1包括待测区6、试验区7及试块固定区8,加热装置11、制冷装置12设置在试验区7,试块设置在试块固定区8并由试块固定螺栓2固定,温度传感器9、应变传感器10设置在试块固定区8内,温度传感器9、应变传感器10的设置位置是根据实验条件由有限元模拟结果确定的。
为保证仪器主体1的密封性,其内部铺设有气凝胶毛毡3,气凝胶毛毡3的保温系数为0.015-0.017W/m·K,使仪器主体1内空气不与外界环境的空气流通,将舱体内与环境的热交换降到最低。使用模具制作混凝土试块作为模拟实体墙面,并按照不同的保温材料施工工艺制作不同的试块并养护成型,模拟墙体保温性能成品。
所述试块固定区8设置有一凹槽(如图2所示),试块固定区8位于待测区6及试验区7之间,试块设置在凹槽中,并由试块固定螺栓2固定在试块的端部。
在图1所示的实施例中,使用试块固定螺栓2将试块固定在试块固定区8内,在试验区7内设置了温度传感器9,通过对温度的监测来调节加热装置11或制冷装置12对舱内温度进行调节,以满足工况要求。
在试验区7内的试块受热面(受冷面)上,根据需要选取若干待测区安装温度传感器9,也可安装在试验区7内其他舱壁上对温度进行监测;结合有限元计算结果在试块表面选取合适的待测区安装应变传感器10。
所述待测区6与试块非接触的侧面设置有温度传感器9、应变传感器10,用于对待测区6中综合环境进行监视测量。
本实验装置的试验区7内的制冷装置12和加热装置11均通过电源在舱外进行连接加热,电线预留孔以及电线装置均用气凝胶毛毡3进行处理,保证舱体的密闭;通过温度传感器9对温度的监测,对制冷装置12和加热装置11在舱外进行调节,保证温度达到工况要求;制冷装置12和加热装置11利用热量通过空气的传播对墙体保温装置的影响,来模拟墙体保温装置在实际情况受热或受冷情况下的工作性能是否满足要求。
所述仪器盖板4上附有气凝胶毛毡3,仪器盖板4由可固定卡扣固定在仪器主体1的顶部;所述加热装置11为电阻式加热器,所述制冷装置12为压缩式制冷机,加热装置11、制冷装置12利用热量通过空气的传播作用于实验装置;所述应变传感器10为光纤传感器。
本申请还公开了一种模拟墙体保温材料实验装置的实验方法,其具体包括以下步骤:
S1,将实验装置固定在简易工作台上,并安装加热装置11或制冷装置12;
S2,根据有限元计算结果,在实验装置的试块固定区设置温度传感器9及应变传感器10,并对各个传感器测试点进行监测;
S3,将试块固定在试块固定区,安装仪器盖板4,并检测实验装置的密封性;
S4,开机试验,通过温度传感器对仪器主体1内温度监测,并调整制冷装置12或加热装置11使得试块固定区的温度达到设计要求,并保持在设定的温度范围内;利用待测区6内的温度传感器9的监测数值,得出单位面积试块的保温隔热性能;
S5,利用试验区7内的应变传感器10对温度变形监测,得出在不同时间段的保温材料受热或受冷的同时温度场应力的大小,并与有限元模拟结果进行比对,同时找出温度变化的最不利位置,并验证保温装置材料开裂后的保温效果;
S6,利用待测区6内应变传感器对温度变形的监测,结合温度传感器9的数值监测结果,分析得出温度场应力对各种保温装置材料性能的影响,同时利用待测区6及试验区7的温度变形数值变化,对墙体材料保温性能进行综合评判。
通过以上方法可以同时获取墙体保温材料试块的导热性能及温度变形。
本发明公开的一种模拟墙体保温材料实验装置,能够同时测量墙体的导热性能及温度变形,对于不同施工工艺后的保温成品能够模拟导热性能的变化、以验证是否满足外墙保温性能要求,通过对试验试块的受热面温度变形的测定,分析温度场应力对保温系统的影响,能够验证有限元模拟计算中温度变形与实际情况是否吻合,同时温度变形的测定对于在冬夏温差变化较大的北方地区保温材料的性能判定具有重要的意义。
本发明不局限于上述实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或结构上作任何变化,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种模拟墙体保温材料实验装置,包括仪器主体(1),其特征在于,其还包括加热装置(11),制冷装置(12),温度传感器(9)及应变传感器(10);仪器主体(1)为一密封的腔体,其底部由固定支座(5)固定,其侧面设置有气凝胶毛毡(3),其顶部设置有仪器盖板(4);仪器主体(1)包括待测区(6)、试验区(7)及试块固定区(8),加热装置(11)、制冷装置(12)设置在试验区(7),试块设置在试块固定区(8)并由试块固定螺栓(2)固定,温度传感器(9)、应变传感器(10)设置在试块固定区(8)内。
2.根据权利要求1所述模拟墙体保温材料实验装置,其特征在于,所述仪器盖板(4)上附有气凝胶毛毡(3),仪器盖板(4)由可固定卡扣固定在仪器主体(1)的顶部。
3.根据权利要求1所述模拟墙体保温材料实验装置,其特征在于,所述加热装置(11)为电阻式加热器,所述制冷装置(12)为压缩式制冷机,加热装置(11)、制冷装置(12)利用热量通过空气的传播作用于实验装置。
4.根据权利要求1所述模拟墙体保温材料实验装置,其特征在于,所述试块固定区(8)设置有一凹槽,试块固定区(8)位于待测区(6)及试验区(7)之间,试块设置在凹槽中,并由试块固定螺栓(2)固定在试块的端部。
5.根据权利要求1所述模拟墙体保温材料实验装置,其特征在于,所述应变传感器(10)为光纤传感器。
6.根据权利要求1所述模拟墙体保温材料实验装置,其特征在于,所述待测区(6)与试块非接触的侧面设置有温度传感器(9)、应变传感器(10)。
7.一种模拟墙体保温材料实验装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将实验装置固定在简易工作台上,并安装加热装置(11)或制冷装置(12);
S2,根据有限元计算结果,在实验装置的试块固定区设置温度传感器(9)及应变传感器(10),并对各个传感器测试点进行监测;
S3,将试块固定在试块固定区,安装仪器盖板(4),并检测实验装置的密封性;
S4,开机试验,通过温度传感器对仪器主体(1)内温度监测,并调整制冷装置(12)或加热装置(11)使得试块固定区的温度达到设计要求,并保持在设定的温度范围内;利用待测区(6)内的温度传感器(9)的监测数值,得出单位面积试块的保温隔热性能;
S5,利用试验区(7)内的应变传感器(10)对温度变形监测,得出在不同时间段的保温材料受热或受冷的同时温度场应力的大小,并与有限元模拟结果进行比对,同时找出温度变化的最不利位置,并验证保温装置材料开裂后的保温效果;
S6,利用待测区(6)内应变传感器对温度变形的监测,结合温度传感器(9)的数值监测结果,分析得出温度场应力对各种保温装置材料性能的影响,同时利用待测区(6)及试验区(7)的温度变形数值变化,对墙体材料保温性能进行综合评判。
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