CN111982456A - 静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置及测量方法 - Google Patents

静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

一种静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置及测量方法，属于室外风热环境测试技术领域。本发明解决了现有的对建筑群室外风热环境的测量方法均不能实现静风环境下的建筑群室外风热环境的测量的问题。它包括静风实验箱体、建筑群构件、温度测试系统及风速测试系统，其中静风实验箱体内部为实验空间，静风实验箱体顶部开口，所述建筑群构件包括建筑群模型及若干电热膜，若干所述电热膜固设在建筑群模型中每个建筑的南向立面上，模拟建筑立面发热。本申请能够提供无风环境，减少外界环境对实验内部的影响，使得实验结果更加准确可靠。相对于风洞实验，实验操作更简单，实验周期更短，实验装置的制作费用更低，能够更快更精确的得到实验结果。

Description

静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及一种静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置及测量方法，属于室外风热环境测试技术领域。
背景技术
随着经济社会的发展和城市化进程日益加快，全球气候日益恶化，特别是城市区域，高大建筑密集分布、静风天气频发、热量及污染物累积严重且难以排出，进而导致空气污染愈演愈烈、热岛效应日益加剧，快速城市化演变和城市环境问题之间的矛盾也愈加突显，极大地影响了经济的发展，并危害人民的健康。因此对城市建筑群本体特征对区域风热环境之间的影响机制展开研究，具有重要的理论和实践意义。一方面，研究无风环境下城市建筑群立面处由温差引起的自然对流(即热羽流)特性，充分利用该热流诱发城区向上气流，有助于改善建筑群局域风热环境，排出污染物。另一方面，研究建筑群热羽流无风下对局域热风环境的影响机制，可为建筑群的形态布局优化设计提供新的思路及方向。
目前，对建筑群室外风热环境的测量方法主要分为现场实测与风洞实验。现场实测是直接得到可靠大气相关参数的一种实验手段，但其易受外界天气的影响，通常不能得到我们想要关注的数据。风洞实验，即在风洞中对大气环境进行模拟研究，其易于控制且规律性较强，受干扰较小，但其应用比较复杂，测试周期较长，不易实现多工况的测量，且不能对复杂气候条件进行模拟。以上两种均不能实现静风环境下的建筑群室外风热环境的测量。
发明内容
本发明是为了解决现有的对建筑群室外风热环境的测量方法均不能实现静风环境下的建筑群室外风热环境的测量的问题，进而提供了一种静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置及测量方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，它包括静风实验箱体、建筑群构件、温度测试系统及风速测试系统，其中静风实验箱体内部为实验空间，静风实验箱体顶部开口，所述建筑群构件包括建筑群模型及若干电热膜，若干所述电热膜固设在建筑群模型中每个建筑的南向立面上，模拟建筑立面发热；所述温度测试系统包括若干T型热电偶及温度巡检仪，实验空间内及每个电热膜表面分别布置有若干温度测点，T型热电偶的一端对应布置在每个温度测点的位置，T型热电偶的另一端与温度巡检仪连接，通过温度巡检仪实时监测并记录温度数据；所述风速测试系统包括实验支架及若干热线风速仪，实验空间内布置有若干风速测点，实验支架设置在静风实验箱体内，热线风速仪安装实验支架上且其测量端对应布置在风速测点的位置，热线风速仪的数据采集端位于静风实验箱体外部。
进一步地，每个电热膜表面均布置有若干建筑表面温度测点，且若干建筑表面温度测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个建筑表面温度测点之间的距离均为10cm。
进一步地，实验空间内布置有若干虚拟的竖向温度测量面，每相临的两个竖向温度测量面之间相距5cm，其中每个竖向温度测量面上均布置有若干空间内温度测点，且若干空间内温度测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个空间内温度测点之间距离均为5cm。
进一步地，静风实验箱体的顶部开口处固装有网格框架，布置在实验空间内的若干T型热电偶挂设在网格框架上，且其一端对应按照空间内温度测点的位置布置。
进一步地，每个建筑模型的南向立面侧平行布置有五个虚拟风速测量面，其中每相临两个虚拟风速测量面之间的距离以及靠近建筑模型的一个虚拟风速测量面与建筑模型的南向立面之间的距离均为1cm，每个虚拟风速测量面内均呈矩阵分布有若干建筑表面风速测点，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个建筑表面风速测点之间的距离均为5cm。
进一步地，建筑群模型区域内的实验空间中，布置有若干虚拟的竖向风速测量面，每相临的两个竖向风速测量面之间相距5cm，其中每个竖向风速测量面上均布置有若干空间内风速测点，且若干空间内风速测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个空间内风速测点之间距离均为5cm。
进一步地，静风实验箱体的一侧面开设有出入口，且出入口上设置有自动闭合透明门帘。
进一步地，静风实验箱体的底部固设有长2.4m、宽2.4m、高10cm的绝缘保温层。
一种采用上述测量装置的测量方法，它包括如下步骤：
步骤一、根据需要制作建筑群模型，在建筑群模型中每个建筑的南向立面上安装电热膜，然后将安装有电热膜的建筑群模型摆放到静风实验箱体的实验空间内，并将电热膜并联到220V的电压上；
步骤二、将若干T型热电偶的一端按照温度测点的位置设置在电热膜表面及实验空间内，将若干T型热电偶的另一端经由静风实验箱体的底端穿出；
步骤三、将实验支架按照测点位置摆放到距离建筑群模型整体20cm的位置处，实验支架上沿其高度方向均布有若干安装点，将热线风速仪对应固定到实验支架底部的安装点上，并将热线风速仪的数据采集端经由静风实验箱体的底端穿出，将热线风速仪的测量端调整至该水平面内对应的风速测点位置；
步骤四、将T型热电偶接线端子固定到温度巡检仪上，同时将热线风速仪的测量端与数据采集端相连；
步骤五、打开电源，并注意观察温度巡检仪和热线风速仪的读数，1小时后，温度巡检仪上和热线风速仪上的温度和风速稳定后开始读取数据；
步骤六、一次读取完成后，进入实验空间内，按照实验支架上的测点位置将热线风速仪整体向上移一排；
步骤七、重复步骤五及步骤六，直至实验支架上端部测点位置的数据读取结束；
步骤八、按照实验空间内的测点位置移动实验支架，重复步骤五至七，直到完成实验空间内所有测点位置的数据读取；
步骤九、实验完成后，整理数据并分析。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请相对于现有技术中的现场测试，能够提供无风环境，减少外界环境对实验内部的影响，使得实验结果更加准确可靠。
相对于现有技术中的风洞实验，实验操作更简单，实验周期更短，实验装置的制作费用更低，能够更快更精确的得到实验结果。
实验支架具有可移动性，对风场影响较小，避免了因环境因素而导致的人为误差，并可实现远程测量，提高了测量效率以及测量的精度。
附图说明
图1为本申请的立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，一种静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，它包括静风实验箱体1、建筑群构件、温度测试系统及风速测试系统，其中静风实验箱体1内部为实验空间，静风实验箱体1顶部开口，所述建筑群构件包括建筑群模型3及若干电热膜4，若干所述电热膜4固设在建筑群模型3中每个建筑的南向立面上，模拟建筑立面发热；所述温度测试系统包括若干T型热电偶6及温度巡检仪8，实验空间内及每个电热膜4表面分别布置有若干温度测点，T型热电偶6的一端对应布置在每个温度测点的位置，T型热电偶6的另一端与温度巡检仪8连接，通过温度巡检仪8实时监测并记录温度数据；所述风速测试系统包括实验支架5及若干热线风速仪7，实验空间内布置有若干风速测点，实验支架5设置在静风实验箱体1内，热线风速仪7安装实验支架5上且其测量端对应布置在风速测点的位置，热线风速仪7的数据采集端位于静风实验箱体1外部。
静风实验箱体1是长×宽×高大小为2m×2m×2m的密封透明箱体，其框架采用长5cm，宽3cm，高210cm的金属铁进行焊制，箱体侧边界采用PVC透明板材密封；箱体顶部不密封。实验模型能摆放的空间大小为距离四周50cm以及距离顶部100cm的长方体内。
建筑群模型3依据相似理论对实际建筑进行缩尺，选择实心木块制作而成。
电热膜4的功率为220W/m2，联接220V的电压以实现模拟建筑立面发热，并使用变压器改变接入电路的电压以此改变电热膜4的功率实现不同南向立面温度的发热。
通过设置T型热电偶6实现温度的测量。温度巡检仪8设置在静风实验箱体1外部。温度巡检仪8及热线风速仪7的导线均从静风实验箱体1的底部伸出。
实验支架5采用三角铁焊制，并在侧面相距5cm的位置处固定挂钩以便风速测量仪器的放置固定以及实现多点测量。
本申请相对于现有技术中的现场测试，能够提供无风环境，减少外界环境对实验内部的影响，使得实验结果更加准确可靠。
相对于现有技术中的风洞实验，实验操作更简单，实验周期更短，实验装置的制作费用更低，能够更快更精确的得到实验结果。
实验支架5具有可移动性，对风场影响较小，避免了因环境因素而导致的人为误差，并可实现远程测量，提高了测量效率以及测量的精度。
每个电热膜4表面均布置有若干建筑表面温度测点，且若干建筑表面温度测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个建筑表面温度测点之间的距离均为10cm。即在每个电热膜4表面，建筑表面温度测点布置在水平方向每隔10cm以及竖直方向上每隔10cm的交点上。
实验空间内布置有若干虚拟的竖向温度测量面，每相临的两个竖向温度测量面之间相距5cm，其中每个竖向温度测量面上均布置有若干空间内温度测点，且若干空间内温度测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个空间内温度测点之间距离均为5cm。
静风实验箱体1的顶部开口处固装有网格框架，布置在实验空间内的若干T型热电偶6挂设在网格框架上，且其一端对应按照空间内温度测点的位置布置。
每个建筑模型的南向立面侧平行布置有五个虚拟风速测量面，其中每相临两个虚拟风速测量面之间的距离以及靠近建筑模型的一个虚拟风速测量面与建筑模型的南向立面之间的距离均为1cm，每个虚拟风速测量面内均呈矩阵分布有若干建筑表面风速测点，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个建筑表面风速测点之间的距离均为5cm。
建筑群模型3区域内的实验空间中，布置有若干虚拟的竖向风速测量面，每相临的两个竖向风速测量面之间相距5cm，其中每个竖向风速测量面上均布置有若干空间内风速测点，且若干空间内风速测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个空间内风速测点之间距离均为5cm。
静风实验箱体1的一侧面开设有出入口，且出入口上设置有自动闭合透明门帘2。自动闭合透明门帘2采用磁吸式自动闭合方式，其高为2m，宽为1m。方便进入到静风实验箱体1内安装仪器，测点布置，模型摆放。
静风实验箱体1的底部固设有长2.4m、宽2.4m、高10cm的绝缘保温层。
一种采用上述测量装置的测量方法，它包括如下步骤：
步骤一、根据需要制作建筑群模型3，在建筑群模型3中每个建筑的南向立面上安装电热膜4，然后将安装有电热膜4的建筑群模型3摆放到静风实验箱体1的实验空间内，并将电热膜4并联到220V的电压上；
步骤二、将若干T型热电偶6的一端按照温度测点的位置设置在电热膜4表面及实验空间内，将若干T型热电偶6的另一端经由静风实验箱体1的底端穿出；
步骤三、将实验支架5按照测点位置摆放到距离建筑群模型3整体20cm的位置处(在后续测量中，移动实验支架5时，使终保持实验动架与建筑群模型3之间的距离为20cm)，实验支架5上沿其高度方向均布有若干安装点，将热线风速仪7对应固定到实验支架5底部的安装点上，并将热线风速仪7的数据采集端经由静风实验箱体1的底端穿出，将热线风速仪7的测量端调整至该水平面内对应的风速测点位置；
步骤四、将T型热电偶6接线端子固定到温度巡检仪8上，同时将热线风速仪7的测量端与数据采集端相连；
步骤五、打开电源，并注意观察温度巡检仪8和热线风速仪7的读数，1小时后，温度巡检仪8上和热线风速仪7上的温度和风速稳定后开始读取数据；
步骤六、一次读取完成后，进入实验空间内，按照实验支架5上的测点位置将热线风速仪7整体向上移一排；
步骤七、重复步骤五及步骤六，直至实验支架5上端部测点位置的数据读取结束；
步骤八、按照实验空间内的测点位置移动实验支架5，重复步骤五至七，直到完成实验空间内所有测点位置的数据读取；
步骤九、实验完成后，整理数据并分析。

Claims (9)

1.一种静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，其特征在于：它包括静风实验箱体(1)、建筑群构件、温度测试系统及风速测试系统，其中静风实验箱体(1)内部为实验空间，静风实验箱体(1)顶部开口，所述建筑群构件包括建筑群模型(3)及若干电热膜(4)，若干所述电热膜(4)固设在建筑群模型(3)中每个建筑的南向立面上，模拟建筑立面发热；所述温度测试系统包括若干T型热电偶(6)及温度巡检仪(8)，实验空间内及每个电热膜(4)表面分别布置有若干温度测点，T型热电偶(6)的一端对应布置在每个温度测点的位置，T型热电偶(6)的另一端与温度巡检仪(8)连接，通过温度巡检仪(8)实时监测并记录温度数据；所述风速测试系统包括实验支架(5)及若干热线风速仪(7)，实验空间内布置有若干风速测点，实验支架(5)设置在静风实验箱体(1)内，热线风速仪(7)安装实验支架(5)上且其测量端对应布置在风速测点的位置，热线风速仪(7)的数据采集端位于静风实验箱体(1)外部。
2.根据权利要求1所述的静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，其特征在于：每个电热膜(4)表面均布置有若干建筑表面温度测点，且若干建筑表面温度测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个建筑表面温度测点之间的距离均为10cm。
3.根据权利要求2所述的静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，其特征在于：实验空间内布置有若干虚拟的竖向温度测量面，每相临的两个竖向温度测量面之间相距5cm，其中每个竖向温度测量面上均布置有若干空间内温度测点，且若干空间内温度测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个空间内温度测点之间距离均为5cm。
4.根据权利要求3所述的静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，其特征在于：静风实验箱体(1)的顶部开口处固装有网格框架，布置在实验空间内的若干T型热电偶(6)挂设在网格框架上，且其一端对应按照空间内温度测点的位置布置。
5.根据权利要求1所述的静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，其特征在于：每个建筑模型的南向立面侧平行布置有五个虚拟风速测量面，其中每相临两个虚拟风速测量面之间的距离以及靠近建筑模型的一个虚拟风速测量面与建筑模型的南向立面之间的距离均为1cm，每个虚拟风速测量面内均呈矩阵分布有若干建筑表面风速测点，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个建筑表面风速测点之间的距离均为5cm。
6.根据权利要求5所述的静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，其特征在于：建筑群模型(3)区域内的实验空间中，布置有若干虚拟的竖向风速测量面，每相临的两个竖向风速测量面之间相距5cm，其中每个竖向风速测量面上均布置有若干空间内风速测点，且若干空间内风速测点呈矩阵分布，其中沿水平方向及沿竖直方向上每相临的两个空间内风速测点之间距离均为5cm。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，其特征在于：静风实验箱体(1)的一侧面开设有出入口，且出入口上设置有自动闭合透明门帘(2)。
8.根据权利要求7所述的静风条件下建筑群风热环境模拟实验测量装置，其特征在于：静风实验箱体(1)的底部固设有长2.4m、宽2.4m、高10cm的绝缘保温层。
9.一种采用上述权利要求1～8中任一权利要求所述测量装置的测量方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤一、根据需要制作建筑群模型(3)，在建筑群模型(3)中每个建筑的南向立面上安装电热膜(4)，然后将安装有电热膜(4)的建筑群模型(3)摆放到静风实验箱体(1)的实验空间内，并将电热膜(4)并联到220V的电压上；
步骤二、将若干T型热电偶(6)的一端按照温度测点的位置设置在电热膜(4)表面及实验空间内，将若干T型热电偶(6)的另一端经由静风实验箱体(1)的底端穿出；
步骤三、将实验支架(5)按照测点位置摆放到距离建筑群模型(3)整体20cm的位置处，实验支架(5)上沿其高度方向均布有若干安装点，将热线风速仪(7)对应固定到实验支架(5)底部的安装点上，并将热线风速仪(7)的数据采集端经由静风实验箱体(1)的底端穿出，将热线风速仪(7)的测量端调整至该水平面内对应的风速测点位置；
步骤四、将T型热电偶(6)接线端子固定到温度巡检仪(8)上，同时将热线风速仪(7)的测量端与数据采集端相连；
步骤五、打开电源，并注意观察温度巡检仪(8)和热线风速仪(7)的读数，1小时后，温度巡检仪(8)上和热线风速仪(7)上的温度和风速稳定后开始读取数据；
步骤六、一次读取完成后，进入实验空间内，按照实验支架(5)上的测点位置将热线风速仪(7)整体向上移一排；
步骤七、重复步骤五及步骤六，直至实验支架(5)上端部测点位置的数据读取结束；
步骤八、按照实验空间内的测点位置移动实验支架(5)，重复步骤五至七，直到完成实验空间内所有测点位置的数据读取；
步骤九、实验完成后，整理数据并分析。
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