CN111380713A - 用于模拟墙壁辐射的热环境实验室 - Google Patents

Abstract

本发明属于热环境实验室技术领域，其公开了一种用于模拟墙壁辐射的热环境实验室。该热环境实验室包括：外室，材质为保温材料，包括外顶板、外地板和周向外侧壁；内室，为密闭空间，置于外室内，内室的材质为保温材料，内室包括：内顶板、内地板、周向内侧壁和天花板，内顶板设置于周向内侧壁的顶端，并与外顶板有第一间隔，内顶板上开设有进风口，内地板设置于周向内侧壁的底端，与外地板有第二间隔，内室的底部开有出风口，天花板嵌装于内顶板下方，周向边缘开有通风口。本发明可实现对内室墙壁温度的控制，使得可以准确的模拟房间的墙壁辐射换热或房间热环境。解决了现有热环境实验室无法模拟墙壁辐射或无法控制投入热负荷的问题。

Description

用于模拟墙壁辐射的热环境实验室

技术领域

本发明属于热环境实验室技术领域，具体涉及一种用于模拟墙壁辐射的热环境实验室。

背景技术

室内环境的墙壁温度通过热辐射对室内温度产生影响，是影响人体热舒适的一个主要因素。空调器营造室内环境的热舒适性能力是评价空调性能的指标之一。为了研究空调器营造室内环境的热舒适性能力，需要搭建热环境实验室，以检测模拟实际情况下空调对室内的热舒适性调节。

现有的热环境实验室主要有2种，一种是由保温库板构成的热环境实验室，实验室的四周和顶地板都是由保温库板构成，主要用来测试空调器的能耗和性能等指标，完全不考虑实际的室内环境温度分布情况，不能用于评价空调器营造环境的热舒适性。另外一种是模拟住宅房间的实验室，这类实验室一般由内外室构成，外室是保温库板构成，主要功能是营造室外环境，内室是砖混结构的房间，主要功能是模拟房间的环境，测评空调器营造热环境舒适性，由于内室的墙壁是砖混结构，由不同砖块和不同水泥材料建筑的不同的砖混结构房屋就会有不同的漏热特性，室内的热负荷无法通过墙面的参数来精确控制，即无法准确的模拟室外向室内传递的热负荷，也无法控制墙壁的辐射换热，因此，也不能准确的测试评价空调器营造环境的热舒适性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于模拟墙壁辐射的热环境实验室，以至少解决目前热环境实验室无法控制墙壁的辐射换热，导致不能准确的测试评价空调器营造环境的热舒适性的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于模拟墙壁辐射的热环境实验室，其包括：外室，所述外室的材质为保温材料，所述外室包括：外顶板、外地板和周向外侧壁，所述外顶板、外地板和周向外侧壁围成密闭空间；内室，为密闭空间，置于所述外室内，所述内室的材质为保温材料，所述内室包括：内顶板、内地板、周向内侧壁和天花板，所述内顶板设置于所述周向内侧壁的顶端，并与所述外顶板有第一间隔，所述内顶板上开设有进风口以使所述内室与所述外室连通，所述内地板设置于所述周向内侧壁的底端，并与所述外地板有第二间隔，所述内室的底部开有出风口以使所述内室与所述外室连通，所述天花板嵌装于所述内顶板下方且与所述内顶板之间有第三间隔，所述天花板的周向边缘开有通风口。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，所述内室的底部为所述周向内侧壁的底端，且所述内地板的上方。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，所述天花板与所述内顶板之间设置有连通所述进风口和所述通风口的导流管道。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，所述通风口为沿所述天花板的周向连续的通风孔；或所述通风口包括沿所述天花板的周向间隔排列的多个通风孔。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，所述周向内侧壁与所述周向外侧壁通过连接墙壁连接，所述连接墙壁的数量为两个，两个所述连接墙壁在所述内室的周向上有第四间隔，两个所述连接墙壁将所述内室和外室之间的空间分割成第一容纳空间和第二容纳空间，所述连接墙壁的材质为保温材料，所述出风口与所述第一容纳空间连通。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，位于两个所述连接墙壁之间的周向内侧壁的面积与所述周向内侧壁的面积比为1:2；围成所述第一容纳空间的周向内侧壁上设置有窗户。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，所述热环境实验室还包括：第一风机，与所述进风口密封连接，用于将所述外室内空气输入至所述内室内；第二风机，与所述出风口密封连接，用于将所述内室内空气输入至所述外室内；第一温度传感器，设置于所述周向内侧壁上，用于测量所述周向内侧壁壁面温度。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，所述热环境实验室还包括：水平传感器组，设置于所述内室形成的密闭空间内，沿竖直方向，间隔设置有多个所述水平传感器组，所述水平传感器组具有多个布置在同一水平面上的第二温度传感器。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，所述水平传感器组内的多个第二温度传感器分别在所述内室的宽度方向上以所述内室的宽度的轴线为对称轴和在所述内室的长度方向上以所述内室的长度的轴线为对称轴。

在如上所述的热环境实验室中，可选的，所述内室和所述外室的材质为保温库板。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

通过设置天花板及在天花板上的通风口、在内顶板上设置进风口、在内室的底部设置出风口，并且内室和外室的材质均为保温材料，使得通过对导入的空气的温度的控制实现对内室墙壁温度的控制，使得可以准确的模拟房间的墙壁辐射换热或房间热环境，解决了现有技术中热环境实验室无法模拟墙壁辐射，或无法控制投入的热负荷的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例提供的一种用于模拟墙壁辐射的热环境实验室的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种空气流动示意图，；

图中符号说明如下：

1外室、11周向外侧壁、2内室、21周向外侧壁、22内顶板、23内地板、24进风口、25出风口、31第一容纳空间、32第二容纳空间、41第一连接墙壁、42第二连接墙壁、5天花板、51通风口、6窗户、71第一温度传感器、72第二温度传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1～2，本发明实施例提供了一种用于模拟墙壁辐射的热环境实验室，其包括：外室1和内室2。

外室1用于提供室外环境，材质为保温材料。外室1包括：外顶板、外地板和周向外侧壁11，周向外侧壁11的顶端设置有外顶板，周向外侧壁11的底端设置有外地板，如此使外顶板、外地板和周向外侧壁11围成密闭空间。通常将外地板设置在钢架上，钢架置于地面上以降低地面环境对本实验室的影响程度。内室2用于模拟住宅房间环境，材质为保温材料。内室2包括：内顶板22、内地板23、周向内侧壁21和天花板5，内顶板22和内地板23分别置于周向内侧壁21的顶端和底端以使内顶板22、内底板23和周向内侧壁21围成密闭空间。内室2位于外室1内，且内顶板22与外顶板有第一间隔以形成流通空间，内地板23与外地板有第二间隔以形成流通空间，从而使得在内室2置于外室1内后，外室1形成的密闭空间仍是一个连通的空间。第一间隔的距离可以大于第二间隔，在内顶板22上开设有进风口24，在内室2的底部开有出风口25，天花板5吊装于内顶板22的下方，并与内顶板22之间有第三间隔，第三间隔的距离可以是150mm、200mm、220mm等，天花板5的周向边缘开有通风口51，即天花板5与内顶22板形成夹层，作为气体流通通道。天花板5的材质可以为铝板，还可以是铝塑板等。使用时，将外室1的空气由进风口24导入(或称)夹层内，空气在天花板5的导流作用下由通风口51流出，然后沿周向内侧壁21的壁面向下流动，经出风口25(或称吸风口)排到外室1，图2中箭头方向示意的是空气流动方向。夹层内空气的温度与内室壁面温度一致。内室2和外室1的形状可以为方形，如长方形。

通过设置天花板5及在天花板5上的通风口51、在内顶板22上设置进风口24、在内室2的底部设置出风口25，并且内室2和外室1的材质均为保温材料，使得通过对导入的空气的温度的控制实现对内室墙壁温度的控制，使得可以准确的模拟住宅房间的墙壁辐射换热或房间热环境，解决了现有技术中热环境实验室无法模拟墙壁辐射，或无法控制投入的热负荷的问题。当外室1内的空气湿度可调时，进入内室的空气湿度也是可调的。通常会在内室2内放置空调的室内机，在外室1内放置空调的室外机，还放置环境控制机组，其用于控制外室的温度和湿度，从而间接控制内室的温度和湿度，能营造预设的热湿环境，可以避免采用给内室增加风速的方法。

为了使进入内室2的空气更好地沿周向内侧壁21流动，避免对内室1内空气产生扰动，影响室内的空气流场，出风口25设置在周向内侧壁21的底端，其位于内地板23的上方，即在周向内侧壁21上开设的出风口，其与内地板23的间距可以是40mm、60mm等，本实施例不对该间距的具体数值进行限定。实际应用中，可以将出风口25设置在墙角处。在其他的实施例中，还可以将出风口25设置在内地板23上，且位于墙角处，

在天花板5与内顶板22之间设置有导流管道，如此便于使空气流向通风口。具体地，导流管道的一端与进风口24连通，另一端与通风口51连接，可以是另一端与通风口51不直接相连，两者在水平方向上间距预设距离，利于扩大空气的输送范围。为了对负荷的投入范围进行控制，根据实验情况对投入负荷进行调整，如对周向内侧壁21的一部分投热负荷，此时可将该一部分称之为内墙，对周向内侧壁21的另一部分投热负荷，此时可将该部分称之为外墙，导流管道的数量为多个，多个导流管道以天花板5的中部为中心向外辐射。当某导流管道关闭时，可实现与其对应的周向内侧壁21的部分不投热负荷。优选地，进风口24位于内顶板22的中部。

通风口51可以为天花板5的周向边缘与周向内侧壁21之间的缝隙，该缝隙为沿天花板5的周向连续的通风孔。缝隙的宽度可以是120mm、170mm，等，本实施例不对该宽度的具体数值进行限定。通风口24还可以为沿天花板5的周向间隔排列的多个通风孔，此时可以将多个通风孔等间隔排列，如此利于使空气经均布处理后流出。为了便于空气沿周向内侧壁21流动，天花板5的周向边缘的上顶角为圆倒角。

周向内侧壁21与周向外侧壁11通过两个连接墙壁连接，两个连接墙壁分为第一连接墙壁41和第二连接墙壁42，两者在内室2的周向上间距第四间隔，从而使两个连接墙壁将内室2和外室1之间的空间分割成第一容纳空间31和第二容纳空间32，可以将围成第二容纳空间的结构体称之为第二内室，对应地，将内室1称之为第一内室，连接墙壁的材质为保温材料，出风口24与第一容纳空间31连通。围成第一容纳空间31的周向内侧壁上设置有窗户6以模拟住宅房间的窗户。可以在围成第二容纳空间32的周向内侧壁和周向外侧壁上分别设置房门，以供试验人员进入。一般根据实验要求，通常将位于两个连接墙壁之间的周向内侧壁的面积与整个的周向内侧壁的面积比设定为1:2。内室2和外室1的材质可以均为保温库板，连接墙壁的材质也可以为保温库板。

本热环境实验室还包括：第一风机、第二风机和第一温度传感器71。第一风机用于将外室1内空气输入至内室2内，其与进风口24密封连接。第二风机用于将内室2内空气输入至外室1内，其与出风口25密封连接。第一温度传感器71设置于周向内侧壁21上，用于测量周向内侧壁壁面温度，如沿竖直方向，在周向内侧壁21上均布有多个第一温度传感器71。使用时，可以通过调节各风机的流量调节周向内侧壁壁面温度。通常会使第一风机的进气量和第二风机的进气量一致，以便于空气沿内室壁面的流动。

为了提高测试精度，本热环境实验室还包括：多个水平传感器组，其沿竖直方向间隔设置，每个水平传感器组具有多个第二温度传感器72，该多个第二温度传感器72布置在同一水平面内，从而利于保证水平方向的测试精度和垂直方向(或称竖直方向)上室内温度分布整体情况，得到完整的温度场云图。在垂直方向，从内地板23至天花板5按照一定间隔的间距布置测温点，同时在距离地面0.1m和距离天花板0.1m处也布置测温点，测温点为放置第二温度传感器72的位置。具体地，垂直方向上的温度测点分布可以按照人体尺寸特征布置，如第一位置布置一个测温点，该第一位置表示的距离高度与人体脚踝部位高度相同；第二位置布置一个测温点，该第二位置表示的距离地面高度与人体膝盖部位高度高度；第三位置布置一个测温点，该第三位置表示的距离地面高度与人体站姿臀部高度；第四位置布置一个测温点，该第四位置表示的距离地面高度与人体坐姿额头高度；第五位置布置一个测温点，该第五位置表示的距离地面高度与人体站姿颈部高度；第六位置布置一个测温点，该第六位置表示的距离地面高度与人体站姿额头高度；第七位置布置一个测温点，该第七位置距离天花板的高度与第一位置距离内地板的高度相同，可以均为0.1m。在水平方向布置时，传感器组内的多个第二温度传感器呈矩阵式排列，排列结构的中心分别为以内室宽度方向上的第一中心线和内室长度方向上的第二中心线，在第一中心线和第二中心线上均设置有第二温度传感器。具体地，可以以内室宽度的轴线为中心线每隔一定间隔对称布置一个测温点，个数为奇数，如9，在水平的长度方向上测温点的布置方式与水平宽度方向上的测温点的布置方式一致，即以内室长度的轴线为中心线每隔一定间隔对称布置一个测温点，个数为奇数，如9，从而可以在一个水平面内，形成9*9矩阵排列的测温点，利于测量内室内中心位置的温度。在其他的实施例中，测温点的奇数还可以为其他数值，如7，本实施例对此不进行限定。

本热环境实验室还包括：湿度传感器、风速传感器、第三温度传感器。该三种传感器在室内环境中变化梯度较小，因此在垂直方向上，通常将其布置在人活动区域内，如风速传感器布置的高度与人体坐姿头部的高度相同。在水平方向上，各传感器沿内室的宽度和长度方向分别间隔布置多个测温点，间距小于1m。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种用于模拟墙壁辐射的热环境实验室，其特征在于，所述热环境实验室包括：

外室，所述外室的材质为保温材料，所述外室包括：外顶板、外地板和周向外侧壁，所述外顶板、外地板和周向外侧壁围成密闭空间；

内室，为密闭空间，置于所述外室内，所述内室的材质为保温材料，所述内室包括：内顶板、内地板、周向内侧壁和天花板，所述内顶板设置于所述周向内侧壁的顶端，并与所述外顶板有第一间隔，所述内顶板上开设有进风口以使所述内室与所述外室连通，所述内地板设置于所述周向内侧壁的底端，并与所述外地板有第二间隔，所述内室的底部开有出风口以使所述内室与所述外室连通，所述天花板嵌装于所述内顶板下方且与所述内顶板之间有第三间隔，所述天花板的周向边缘开有通风口。

2.根据权利要求1所述的热环境实验室，其特征在于，所述内室的底部为所述周向内侧壁的底端，且所述内地板的上方。

3.根据权利要求1所述的热环境实验室，其特征在于，所述天花板与所述内顶板之间设置有连通所述进风口和所述通风口的导流管道。

4.根据权利要求1所述的热环境实验室，其特征在于，所述通风口为沿所述天花板的周向连续的通风孔；或

所述通风口包括沿所述天花板的周向间隔排列的多个通风孔。

5.根据权利要求1所述的热环境实验室，其特征在于，所述周向内侧壁与所述周向外侧壁通过连接墙壁连接，所述连接墙壁的数量为两个，两个所述连接墙壁在所述内室的周向上有第四间隔，两个所述连接墙壁将所述内室和外室之间的空间分割成第一容纳空间和第二容纳空间，所述连接墙壁的材质为保温材料，所述出风口与所述第一容纳空间连通。

6.根据权利要求5所述的热环境实验室，其特征在于，位于两个所述连接墙壁之间的周向内侧壁的面积与所述周向内侧壁的面积比为1:2；

围成所述第一容纳空间的周向内侧壁上设置有窗户。

7.根据权利要求1所述的热环境实验室，其特征在于，所述热环境实验室还包括：

第一风机，与所述进风口密封连接，用于将所述外室内空气输入至所述内室内；

第二风机，与所述出风口密封连接，用于将所述内室内空气输入至所述外室内；

第一温度传感器，设置于所述周向内侧壁上，用于测量所述周向内侧壁壁面温度。

8.根据权利要求7所述的热环境实验室，其特征在于，所述热环境实验室还包括：

水平传感器组，设置于所述内室形成的密闭空间内，沿竖直方向，间隔设置有多个所述水平传感器组，所述水平传感器组具有多个布置在同一水平面上的第二温度传感器。

9.根据权利要求8所述的热环境实验室，其特征在于，所述水平传感器组内的多个第二温度传感器分别在所述内室的宽度方向上以所述内室的宽度的轴线为对称轴和在所述内室的长度方向上以所述内室的长度的轴线为对称轴。

10.根据权利要求1所述的热环境实验室，其特征在于，所述内室和所述外室的材质为保温库板。

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