CN201402251Y - 模拟气温的试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种模拟气温的试验装置，它包括室内侧温度模拟系统和室外侧气温模拟系统。室内侧温度模拟系统内包括室内侧温度控制系统和室内侧中温冷冻机组；室外侧气温模拟系统内包括室外侧温度控制系统，蓄冷系统和室外侧低温冷冻机组。因为，室内外侧温度模拟系统内均包括温度控制系统，所以室内外侧的温度和湿度均能够被控制，完全能够达到美国AAM501.5.98对建筑幕墙检测时所要求的温度控制标准。

Description

模拟气温的试验装置
技术领域
本实用新型涉及一种模拟气温的试验装置，适用于建筑幕墙的热工性能的测试，也可应用于材料测试、生物测试以及环境研究等。
背景技术
当今世界各种大型建筑物拔地而起，造型千变万化，给城市增加了一道又一道绚丽的风采。玻璃幕墙因其独特的外观魅力和其所带来的明亮室内环境而被建筑设计师们广泛采用，但是在玻璃幕墙灿烂风景的背后也有诸多安全和节能方面的隐患存在。因此，加强玻璃幕墙的质量检测是玻璃幕墙安全性问题中至关重要的一环。
玻璃幕墙在建筑物的外侧，常年累月经受外界恶劣环境的考验，而且不同气候地区对玻璃幕墙的要求也有很大的差别，因此玻璃幕墙耐受冷热程度的能力是衡量其质量的一项重要指标。即使在恶劣的热环境下，优质的玻璃幕墙依然可以具备良好的安全性、气密性和水密性。然而在某些地区，还没有玻璃幕墙冷热循环试验的标准，也少有针对玻璃幕墙冷热循环试验进行测试的装置。按照美国AAMA501.5.98玻璃幕墙热循环试验标准(Test Method for Thermal Cycling of Exterior Walls)的要求，在测试玻璃幕墙性能的过程中，需要模拟幕墙在实际应用中所处的最恶劣环境，即在一定的时间内完成环境的温升、保持温度以及温降等过程。因此，该试验系统的目标就是建立幕墙两侧的气温模拟系统，按照美国AAMA501.5.98的要求模拟环境的温度和湿度，外侧系统内的温度应在-18～82℃之间，而且按照一定的时间要求进行交变。
建筑幕墙热工试验的目的在于检验幕墙能否适应一整年(四个季节)的由热量导致的变化，但由于试验是在较短的时间内完成的，冷热变化速度可以比正常工作状态下更剧烈。
Test method for thermal cycling of exterior walls AAMA501.5.98中对试验温度有这样的要求。
需要至少3次冷热循环，每次8小时并遵循如下要求：
在1小时内将外部温度升高至最高计算室外温度，并保持2小时。
在至少1小时内将外部温度调至24C或75F。
在下1个小时内降低外部温度至最低计算室外温度，并保持2小时。
在至少1小时内将外部温度调至24C或75F。
温度控制曲线如图4所示。
目前，还没有专门用于这个试验的设备和装置，现有的在升温阶段利用电加热，在降温阶段利用液氮。这种方式不能很好的控制冷量，使温度的变化不能达到一个线性的变化，满足不了上述试验的要求。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够达到上述美国AAMA501.5.98标准的试验要求，能够控制温度和湿度的模拟气温的试验装置。
本实用新型为了达到上述的目的，所采取的技术方案是：
提供一种模拟气温的试验装置，包括室内侧温度模拟系统和室外侧气温模拟系统；所述室内侧温度模拟系统内包括室内侧温度控制系统和室内侧中温冷冻机组；所述室外侧气温模拟系统内包括室外侧温度控制系统，室外侧低温度冷冻机组以及位于室外侧温度控制系统和室外侧低温冷冻机组之间的蓄冷系统。
本实用新型模拟气温的试验装置效益显著。
●如上述本实用新型的结构，因为室内侧温度模拟系统中包括室内侧温度控制系统，该控制系统控制室内侧中温冷冻机组的工作，能够控制室内测的温度和湿度；
●如上述本实用新型的结构，因为室外侧气温模拟系统中包括室外侧温度控制系统，该温度控制系统通过蓄冷系统控制室外侧低温冷冻机组，能够控制室外侧的温度和湿度；
●如上述本实用新型的结构，因为室内外侧的温度和湿度都可以控制，所以，本实用新型气温模拟试验装置完全能够达到美国AAM501.5.98标准的要求。图5是用本实用新型试验装置所测得的温度曲线；图4是美国AAM501.5.98标准要求的温度控制曲线；由图5与图4的比较上看，两图4、5中温度控制曲线完全相同，这证明本实用新型的试验装置是完全符合作为建筑幕墙性能测试的试验装置。
●如上述本实用新型的结构，因为室外侧气温模拟系统中包括蓄冷系统，该蓄冷系统内可以采用控制流量的冷冻液，例如可以采用乙二醇溶液泵和调节阀控制低温乙二醇溶液的流量。这对调节室外侧的低温很容易控制。
附图说明
图1是本实用新型模拟气温的试验装置一实施例的结构示意图；
图2是本实用新型试验装置中室内侧温度模拟系统一实施例的结构示意图；
图3是本实用新型试验装置中室外侧气温模拟系统一实施例的结构示意图；
图4是美国AAM501.5.98的标准要求室外侧的温度控制曲线图；
图5是本实用新型试验装置一实施例实测的室外侧温度控制曲线图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型模拟气温的试验装置的结构特征。
如图1、2、3所示，本实用新型模拟气温的试验装置包括室内侧温度模拟系统1和室外侧气温模拟系统3(图1示)，所述被测玻璃幕墙的样品2置于室内侧温度模拟系统1和室外侧气温模拟系统3之间(如图1示)；所述室内侧温度模拟系统1内包括室内侧温度控制系统11和室内侧中温冷冻机组12(如图2示)；所述室外侧气温模拟系统3内包括室外侧温度控制系统31，室外侧低温冷冻机组33以及位于室外侧温度控制系统33和室外侧低温冷冻机组31之间的蓄冷系统32(如图3示)。
如2所示，所述室内侧中温冷冻机组12内包括冷凝器123，分别与冷凝器123相连接的冷却塔124，膨胀阀122和压缩机组125，通过膨胀阀122和压缩机组125与冷凝器123相连接的蒸发器121。在本实施例中，中温冷冻机组采用LD86型号的冷热风机组(由南京建贸制冷空调设备有限公司提供)，它包括由两台涡旋压缩机01、02组成的压缩机组125、冷凝器123、蒸发器121、热力膨胀阀122、冷却塔124(图2示)以及冷冻水泵(图上没显示)。
如图2所示，所述室内侧温度控制系统11包括中央处理器112，表冷器113，分别与中央处理器112相连接的温度传感器111，电加热装置114和风机115，表冷器113与室内侧中温冷冻机组12内的蒸发器121相连接，中央处理器112与室内侧中温冷冻机组12内的压缩机组125相连接。
在本实施例中，所述中央处理器112采用PLC(为可编程控制器)。所采用的PLC具有高可靠性、高效率、高度自动化、操作简便等特点，无需专用机房，安装快捷，使用方便。
在本实施例中，所述电加热装置114是比例调节电加热装置，它的最大加热能力为70KW，可在0～70KW范围内无级调节。
在本实施例中，所述风机115为变频风机，由中央处理器112控制其风机115的频率及控制其风机115的风量，实现对室内侧风量的调节。
在本实施例中，所述温度传感器111采用精度为0.1℃的铂电阻温度计。温度传感器111用于测量回风的温度(即室内的温度)，并将测得的回风温度输送到中央处理器112内。
所述中央处理器112根据回风的温度(即当时室内侧的温度)与试验对室内侧温度的要求进行对比；如果对比的结果当时室内侧的温度(回风温度)比试验要求的低，则中央处理器112控制电加热装置114加热；如果当时室内侧的温度(回风温度)高于试验要求的温度，则中央处理器112控制电加热装置114停止加热；这时通过压缩机组125、冷凝器123、膨胀阀122、蒸发器121控制表冷器113使室内侧的温度降低以及控制室内侧的湿度达到所要求的湿度。
如上述图2所示的结构，蒸发器与膨胀阀连接，膨胀阀与冷凝器(水冷)连接，冷凝器(水冷)与制冷压缩机组连接，制冷压缩机组与蒸发器连接。中央处理器控制压缩机组工作，从压缩机组排出的高温高压制冷剂流入冷凝器(如管壳式水冷)，经过冷凝后由膨胀阀节流进入蒸发器蒸发制冷后进入表冷器(表冷段)进行降温；回风通过表冷段(表冷器)降温，通过电加热段(电加热装置)加温，以及通过风机改变风速等，经过一系列的处理后返送回中央处理器，反复重复以达到或保持试验所要求的温度。
对于降温原理：中央处理器控制压缩机组排出的高温高压(R22)气体进入冷凝器被冷凝成中温过冷液体，经膨胀阀节流降压变成低温低压的汽液两相混和物进入蒸发器，通过蒸发器的空气热量被蒸发并吸收，使流经蒸发器的空气得以降温，汽化后的蒸汽再被压缩机组吸入，这样不断循环，从而达到降温目的。
对于降湿原理：由于蒸发器(翅片)的表面温度低于空气的露点温度，空气流经蒸发器表面时，在蒸发器表面有水份析出。
对于升温原理：由电加热装置接通电源，使流经电加热装置的空气温度得以升温，这样不断循环，从而达到连续升温的目的。
在本实施例中，如上述的结构，室内侧温度模拟系统具有温度调节能力范围大，控制精度高，控制迅速的特点。如该系统具有70kW的制冷量，60KW的加热量；通过电加热装置、变频风机以及压缩机组能够迅速、精确地提供所需的冷热量，并能够将温度控制在0℃～40℃内的任意一点上。其具体的主要技术参数和性能指标为：制冷量：70kW(名义工况[24℃，30％])；风量为：12000m3/h；机外余压：300Pa(高)80Pa(低)；适用的电源：380V 50Hz三相四线制；机组配电功率：82kW；压缩机组为：2台涡旋压缩机，输入功率-9.4kW/台；冷凝器为壳管式，接管尺寸为-Rp1-1/2，制冷剂为R22类型，充注量为-20kg，流量为-18t/h；节流方式-采用热力膨胀阀；风机为：离心风机(双速-变频风机)，数量为：2台，功率：一台是1.5kW/台(高速)，一台是0.75kW/台(低速)；蒸发器为：铜管套铝片式；电加热装置是电热式，功率为-60kW；外形尺寸是：1950mm×1090mm×1935mm；重量为：850kg。
如图3所示，所述室外侧低温冷冻机组33包括冷凝器334，分别与冷凝器334相连接的冷却塔335、膨胀阀332和压缩机333，通过膨胀阀332和压缩机333与冷凝器334相连接的蒸发器331。
在本实施例中，所述低温冷冻机组采用QYG/D130Y机组(由南京建贸制冷空调设备有限公司提供)，它包括(半封闭螺杆)压缩机、(水冷)冷凝器、(电子)膨胀阀、(干式)蒸发器，还包括过滤器、球阀、经济器、喷液装置、油冷却器、电气控制系统等(图上没显示)。
如图3所示，所述室外侧气温模拟系统3中的蓄冷系统32包括乙二醇溶液泵321，与乙二醇溶液泵321相连接的三通调节阀322，通过三通调节阀322与乙二醇溶液泵321相连接的乙二醇储液罐323，乙二醇溶液泵321和乙二醇储液罐323均与室外侧低温冷冻机组33内的蒸发器331相连接。
在本实施例中，所述蓄冷系统采用低温乙二醇储液罐，通过三通调节阀可调节进出该储液罐的低温乙二醇溶液。
所述室外侧温度控制系统31包括中央处理器312，表冷器313，分别与中央处理器312相连接的温度传感器311、电加热装置314和风机315，中央处理器312通过三通调节阀322与乙二醇溶液泵321和表冷器313相连接，表冷器313与乙二醇储液罐323相连接，表冷器313通过三通调节阀322与乙二醇溶液泵321相连接。
在本实施例中，所述电加热装置314为比例调节电加热装置，它的最大加热能力72KW，可在0～72KW范围内无级调节。
在本实施例中，所述风机315为变频风机，由中央处理器312控制其风机315的频率及控制风机315的风量，实现对室外侧风量的调节。
在本实施例中，所述温度传感器311采用精度为0.1℃的铂电阻温度计。
在本实施例中，所述室外侧温度控制系统31中由中央处理器(采用PLC可编程控制器)控制，它将温度变化曲线转化为若干个时刻对应的温度控制点。通过温度传感器311反馈来的回风温度与试验所要求温度的差别来控制电加热装置314的加热量，控制风机的频率以及控制三通调节阀的开通比例，进而实现对送风温度高低的调节。其中为比例调节电加热装置的电加热装置314的加热功率是通过比例调节电加热装置中的可控硅部件实现无级调节，作为风机的变频风机通过变频器可实现风量的调节，三通调节阀(或称调节线性比例调节阀)的开度来实现对乙二醇溶液流量的控制。
如上述的结构，在本实施例中，室外侧气温模拟系统的特点具有温度调节能力范围大，控制精度高，控制迅速的特点。其系统具有31.4KW的制冷量，72KW的加热量；能够将温度控制在-18℃～85℃内的任意一点。
如图3所示的结构，所述室外侧气温模拟系统工作过程是：由蒸发器出来的低温低压蒸汽，被压缩机吸入，经压缩机压缩成高温、高压气体，进入冷凝器，流经冷凝器被冷凝器的冷却水带走热量，高温、高压的气体被冷凝成过冷液体，(经过滤器、球阀-图上无显示)进入膨胀阀，被节流减压后变为低温低压液体(有少许制冷剂蒸汽)通过蒸发器、乙二醇溶液泵、三通调节阀进入表冷器。中央处理器控制三通调节阀的开通比例，即控制低温低压液体和低温乙二醇溶液的混合溶液进入表冷器的流量，从而控制了低温、湿度和降温速度；流经蒸发器内的低温低压液体不断地变为低温低压蒸汽被压缩机压缩成高温、高压气体，进入冷凝器，通过膨胀阀再进入蒸发器，通过乙二醇溶液泵、三通调节阀进入表冷器。如此循环，冷冻液(冷冻水加乙二醇溶液)的温度不断降低到所需的温度供系统使用。冷冻液进入表冷器，吸收通过表冷器的空气热量，使流经表冷器的空气得以降温，从而达到降温目的。
对于降湿原理：由于表冷器(翅片)的表面温度低于空气的露点温度，空气流经蒸发器表面时，在表冷器表面有水份析出，增加空气中的湿度。
对于升温：启动电加热装置，空气流经加热装置时，空气被加热而升温。
在本实施例中，室外侧气温模拟系统的主要技术参数和性能指标是：风量为26000m3/h；名义制冷量为60kW；电加热量为72kW；融霜电加热量为24+1.8kW；温控范围为-18℃～80℃；压缩机数量为1台；压缩机输入功率为33kW；冷却塔的电机功率为1.5kW(冷冻泵功率为5.5kW，冷却泵的功率为7.5kW)；适用的电源为3N 380V 50Hz；制冷剂/充注量为R22(乙二醇溶液)/32kg；该室内侧气温模拟系统的外形尺寸为6800mm×2000mm×2650mm(长×宽×高)；该系统净量为3300kg。
图5是使用本实用新型的试验装置一实施例实测的室外侧温度控制曲线图。
试验的放置如图1所示，所述被测玻璃幕墙样品2置于室内侧温度模拟系统1和室外侧气温模拟系统3之间。试验过程是
1.1、室内侧气温模拟系统在整个试验过程中保持24±3℃(图5中曲线002所示)；
1.2、室外侧：
1.2.1保持24℃至少一小时；
1.2.2在1小时，将外测气温模拟系统的温度升高至最高室外空气温度37℃、表面温度为82℃，并保持至少2小时；
1.2.3至少1小时，将室外测气温模拟系统调至24℃；
1.2.4至少1小时，降低室外测气温模拟系统的温度至最低温度14℃，并保持至少2小时；
1.2.5至少1小时内，将室外测气温模拟系统调至24℃；
1.3重复1-4过程3次。
上述室外侧的试验过程，所获得的实测温度曲线为图5中001所示。
图5中001曲线为室外侧的温度变化曲线；002曲线为室内侧的温度保持在24±3℃的曲线。
上述试验所获得的图5中实测温度曲线001与图4中美国AAM501.5.98的标准要求室外侧的温度控制曲线相比较，两者曲线完全相同，说明本实用新型的试验装置完全符合检测玻璃幕墙性能的要求。

Claims (6)

1.一种模拟气温的试验装置，其特征在于包括室内侧温度模拟系统和室外侧气温模拟系统；所述室内侧温度模拟系统内包括室内侧温度控制系统和室内侧中温冷冻机组；所述室外侧气温模拟系统内包括室外侧温度控制系统，室外侧低温冷冻机组以及位于室外侧温度控制系统和室外侧低温冷冻机组之间的蓄冷系统。
2.根据权利要求1所述的模拟气温的试验装置，其特征在于所述室内侧中温冷冻机组包括冷凝器，分别与冷凝器相连接的冷却塔，膨胀阀和压缩机组，通过膨胀阀和压缩机组与冷凝器相连接的蒸发器。
3.根据权利要求1或2所述的模拟气温的试验装置，其特征在于所述室内侧温度控制系统包括中央处理器，表冷器，分别与中央处理器相连接的温度传感器、电加热装置和风机，表冷器与室内侧中温冷冻机组内的蒸发器相连接，中央处理器与室内侧中温冷冻机组内的压缩机组相连接。
4.根据权利要求1所述的模拟气温的试验装置，其特征在于所述室外侧低温冷冻机组包括冷凝器，分别与冷凝器相连接的冷却塔、膨胀阀和压缩机，通过膨胀阀和压缩机与冷凝器相连接的蒸发器。
5.根据权利要求1所述的模拟气温的试验装置，其特征在于所述室外侧气温模拟系统中的蓄冷系统包括乙二醇溶液泵，与乙二醇溶液泵相连接的三通调节阀，通过三通调节阀与乙二醇溶液泵相连接的乙二醇储液罐。
6.根据权利要求1或4或5所述的模拟气温的试验装置，其特征在于所述室外侧温度控制系统包括中央处理器，表冷器，分别与中央处理器相连接的温度传感器、电加热装置和风机，中央处理器通过三通调节阀与乙二醇溶液泵和表冷器相连接，表冷器通过三通调节阀与乙二醇溶液泵和与乙二醇储液罐相连接，乙二醇溶液泵和乙二醇储液罐均与室外侧低温冷冻机组内的蒸发器相连接。
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