CN203929552U - 一种一维热湿传递特性参数测量试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一维热湿传递特性参数测量试验台。本实用新型中的绝干腔进气系统包括风机、过滤网、半导体制冷片和集水盘。氮气进给系统包括氮气瓶、氮气入口阀门、氮气进气管道、去离子水箱、氮气入口管道、氮气出口管道。超声波加湿系统包括去离子水进水管道、水箱、超声振荡器、去离子水出水管道和排污管道；试样固定装置位于恒温恒湿腔、绝干腔之间，包括试样定位板、具有弹性的绝湿保温材料、被测多孔介质、可开闭式进样口、湿度传感器固定板、多孔介质试样纵向可伸缩滑动压紧楔块。本实用新型能单独有效分别控制样品一维方向两侧的环境温度，并保证湿分可以在近一维方向上进行传递。

Description

一种一维热湿传递特性参数测量试验台

技术领域

本实用新型属于多孔介质热湿物性测试设备领域，涉及一种一维热湿传递试验台，特别是一种确保建筑多孔材料内湿分进行一维热湿传递的试验台。

背景技术

目前在对建筑围护结构进行选型及设计时，除了考虑其能够提供了一个安全、抵挡不利外界环境的基本条件外，更多的是需要考虑围护结构内部环境与人体舒适性间的关系（如室内热湿环境）。因此在考虑了围护结构热湿性能的前提下合理设计建筑围护结构就显得尤为重要。然而由于湿环境理论的不完善及多孔介质本身的复杂性，关于多孔建筑材料的热湿传递特性参数的测量，目前尚未有标准化且对参数具有准确化控制的测量设备。基于目前基本建筑材料物性参数的匮乏，且随着越来越多新型建筑材料地不断涌现，设计出方便快捷、节能环保、可精准控温控湿的多孔建筑材料一维热湿传递物性测量的试验台就显得尤为重要。

发明内容

本实用新型提供一种测定多孔介质一维热湿传递特性的试验台，以弥补在测量多孔介质一维热湿传递物性的技术不足，满足试验及生产的需要。

本实用新型包括恒温恒湿腔、绝干腔、试样固定装置、绝干腔体进气系统、超声波加湿系统和氮气进给系统。

所述的绝干腔进气系统包括风机、过滤网、半导体制冷片和集水盘。风机位于进气系统的入口处，风机出风口附有一层过滤网，过滤网的出口段与冷凝干燥器的一端相连，其中冷凝干燥器由四片半导体制冷片组成，且半导体制冷片间呈错排排列；冷凝干燥器底部设有一个集水盘，集水盘中布有吸湿材料。冷凝干燥器的另一端与干燥气体回路进气口相连，且干燥气体回路上设有加热制冷换热器，干燥气体回路的出气口与绝干腔相连通。在绝干腔内部壁面中心处布有一个风扇，风扇正对外扩型干燥气体回路的回流段。

所述的氮气进给系统包括氮气瓶、氮气入口阀门、氮气进气管道、去离子水箱、氮气入口管道、氮气出口管道。氮气瓶与氮气进气管道间设有一个氮气入口阀门，氮气流量通过氮气入口阀门由手动进行控制。氮气进气管道尾部接有一个外扩口，装置运行时需保证水箱内水面没过氮气进气管道的外扩口；氮气入口管道一端同样设有一个外扩口，装置运行时需保证水箱内水面不没过氮气入口管道的外扩口，氮气入口管道的另一端与恒温恒湿腔体相连通，且氮气入口管道入口处设有一个单向进气阀门；恒温恒湿腔的另外一侧设有氮气出口管道。

所述的超声波加湿系统包括去离子水进水管道、水箱、超声振荡器、去离子水出水管道和排污管道。超声波加湿系统设有两个超声振荡器，且两者均位于水箱的水位线下，水箱位于恒温恒湿腔体内，水箱的去离子水进水管道与外接的去离子水机相连，提供水源。水箱的一侧地面设有排污管，排污管同侧的上部设有去离子水出水管道。

所述的试样固定装置位于恒温恒湿腔、绝干腔之间，包括试样定位板、具有弹性的绝湿保温材料、被测多孔介质、可开闭式进样口、湿度传感器固定板、多孔介质试样纵向可伸缩滑动压紧楔块。可开闭式进样口可水平轴向打开，便于被测多孔介质及试样固定板的放置和更换。试样定位板则置于被测多孔介质底部，并与被测多孔介质两侧的具有弹性的绝湿保温材料紧密接触。被测多孔介质顶部和底部均设置有湿度传感器固定板，其中顶部的湿度传感器固定板由多孔介质试样纵向可伸缩滑动压紧楔块固定，底部的湿度传感器固定板由试样定位板固定；湿度传感器分别固定在湿度传感器固定板上。

在绝干腔腔体顶部壁面中心和四周壁面中心均设有热电偶测温点，在恒温恒湿腔四周壁面的靠近中心处设置半导体制冷板和有热电偶测温点，在恒温恒湿腔中央设置有加热板；所述热电偶测温点的信号输出、湿度传感器的信号输出均与PID温湿度控制器输入端连接，PID温湿度控制器输出端与加热板、半导体制冷片及超声振荡器信号连接。

本实用新型可为多孔建筑材料热湿耦合传递特性参数的测量提供一种新设备，其对样品的尺寸自适性好，并能单独有效分别控制样品一维方向两侧的环境温度，并保证湿分可以在近一维方向上进行传递，为分析湿度、温度对多孔建筑材料热湿耦合传递特性参数影响程度的研究提供了科学的技术支持，并可为多孔介质材料的研究提供了基础物性测量数据。本试验台结构简单，方便操作，安全性高的特点，便于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

其中，图中的标识为：风机1、过滤网2、进气管路3、集水盘4、半导体制冷片5、单向阀门6、加热板7、半导体制冷片8、回路管道9、风扇10、绝干腔体11、绝干腔热电偶12、PID温湿度控制器及数据采集系统13、湿传递结束测湿度传感器14、湿度传感器固定板15、可开闭式进样口16、具有一定弹性的绝湿保温材料17、湿传递起始侧湿度传感器18、试样定位板19、半导体制冷板20、恒温恒湿腔体21、氮气出口管道22、超声振荡器23、去离子水出水管道24、排污管阀门25、排污管道26、去离子水进水管道27、水箱28、恒温恒湿腔热电偶29、加热板30、被测多孔介质31、纵向可伸缩滑动压紧楔块32、氮气入口管道33、去离子水箱34、氮气进气管道35、氮气入口阀门36、氮气瓶37。

具体实施方式

本实用新型是为进行多孔建筑材料热湿传递物性参数测试研究而设计的，主要是提供一种便捷节能且安全的试验台，用于准确测量计算多孔材料的蒸汽渗透量，当量水蒸气扩散系数及水蒸汽扩散阻力系数。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提供一种测定多孔介质一维热湿传递特性的试验台，以弥补在测量多孔介质一维热湿传递物性的技术不足，满足试验及生产的需要。

本实用新型一维热湿传递热性试验台的部件结构特征包括绝干腔进气系统、氮气进给系统、超声波加湿系统、温湿度控制系统、试样固定装置。

绝干腔进气系统包括风机1、过滤网2、半导体制冷片5、集水盘4、管路3。风机位于进气系统的入口处，风机出风口将附有一层过滤网，过滤网的出口段与冷凝干燥器相连，其中冷凝干燥器由4片半导体制冷片组成，且半导体制冷片间呈错排排列，增强入口气体中湿分的冷凝干燥过程；此外，冷凝干燥器底部设有一个集水盘，当具有一定湿度的气体通过插排排列的半导体制冷片时，水汽将遇冷在其上冷凝，并在重力作用下下落至集水盘，集水盘中布有高吸湿材料，以防止下落水分再次回到干燥气体中，且集水盘可根据需要自行取出。冷凝干燥器的另一端与干燥气体回路相连，且干燥气体回路上设有加热制冷换热器，回路管道9的另一侧则与绝干腔相连通。在绝干腔11内部壁面中心处布有一个风扇10，风扇正对外扩型回路管道的回流段，且回路管道的干燥气体进气段和气体回热段均设有单向阀门6

所述的氮气进给系统包括氮气瓶37、氮气入口阀门36、氮气进气管道35、去离子水箱34、氮气入口管道33、氮气出口管道。氮气由进气管道通入后，进入去离子水箱，并携带少量湿分由氮气入口管道进入恒温恒湿腔中。氮气流量通过氮气入口阀门由手动进行控制。

所述的超声波加湿系统包括去离子水进水管道27、水箱28、超声振荡器23、去离子水出水管道24、排污管道26，超声振荡器通过高频振荡使水溅跃出水面产生一定量水汽，使液面以上空间保持一定的相对湿度。进水管道与外接的去离子水机相连，为加湿系统提供水源。

所述的温湿度控制系统包括绝干腔气体控温模块和恒温恒湿腔控温控湿模块。绝干腔气体控温模块包括风扇10、加热板7、单向阀门6、绝干腔热电偶12、湿传递结束测湿度传感器14。所述的恒温恒湿腔控温控湿模块包括风扇、加热板30、恒温恒湿腔热电偶29、湿传递起始侧湿度传感器18。传递开始侧温湿度测点18和传递结束侧温湿度测点14沿被测多孔介质试样水平方向分别均匀布置4个湿度传感器，且湿度传感器由被测试样表面的固定板进行固定。存在绝干腔的五个面中心各分布一个热电偶进行测温，恒温恒湿箱四周各个面各分布两个热电偶进行测温。两个模块中的热电偶和湿度传感器均与PID温湿度控制器相连，温湿度传感器的输出信号由PID温湿度控制器接收并返回对加热板、半导体制冷片及超声振荡器的控制信号。当绝干腔温度超过设定温度时，PID控制器返回信号，加热板7停止加热，半导体制8冷片开始工作制取冷量，通过对流换热使管道内气体温度降低，并由腔内风扇带入腔体，同时，一部分腔内气体在风扇的作用下从单向流动管道再次回流至换热器处，形成一个单向流动的换热回路。

所述的试样固定装置包括试样定位板19、具有一定弹性的绝湿保温材料17、被测多孔介质31、可开闭式进样口16、湿度传感器固定板15、多孔介质试样纵向可伸缩滑动压紧楔块32。可开闭式进样口可水平轴向打开，便于被测试样及试样固定板的放置和更换。被测多孔介质试样与试样定位板为搭接，试样固定板可根据被测试样的大小进行尺寸选取，且固定被测多孔介质试样的腔体四周存在一层具有一定弹性的绝湿保温材料，绝湿保温材料与被测试样间呈紧密接触状态；为更好地对被测试样纵向进行有效固定，装置存在纵向可伸缩滑动压紧楔块。绝湿保温材料与纵向可伸缩滑动压紧楔块的设置可有效防止恒温恒湿腔内的气体泄漏到绝干腔，以保证湿分在试样内进行一维传湿。为准确测量被测多孔介质表面的相对湿度，湿度传感器与试样间紧密接触。湿度传感器分别固定在湿度传感器固定板上，当进行试样更换时，可将湿度传感器固定板连带固定于上面的湿度传感器取出。此外，湿度传感器固定板除了起到固定湿度传感器之外，还起到隔绝绝干腔及恒温恒湿腔的作用。

本试验台的的工作原理与过程：

进行试验前通过去离子水管道27向水箱28缓慢匀速地注入去离子水，为试验做好准备，当注入去离子水水位过高时，可由去离子水出水管道24排出。为排除测试箱体内其他气体对试验结果的干扰，进行试验前，通过设置PID温湿度控制器13，使半导体制冷片5和加热板7处于开启状态，并稳定10分钟，而后打开风机1，气体进过过滤网2由进气管道3进入冷凝干燥装置并使气体中的湿分在半导体制冷片上冷凝，凝结液体将在重力作用下由半导体制冷片5下落至集水盘4。干燥过后的气体接连通过加热板7，被加热后进入绝干腔11，并由腔内风扇10吹入具有单向阀门6的单向回路管道9并重新回热，该过程持续保持20分钟，以减少绝干腔11中的湿度。

进行试验前，通过打开氮气瓶37上的氮气入口阀门36使氮气由氮气进气管道35引入去离子水箱34，此时去离子水箱上部腔体是具有一定湿度的氮气，再有氮气入口管道33均与引入恒温恒湿腔21，并由具有单向阀门的氮气出口管道22排出，并保持该过程持续10分钟，以保证恒温恒湿腔21无其他气体存在。而后通过PID温湿度控制器控制开启恒温恒湿腔体内风扇，并设定好进行试验时所需绝干腔的温度及恒温恒湿腔的温度、湿度，其中，两个腔体的温湿度通过由PID温湿度控制器分别监视两个腔体的热电偶12、29和湿度传感器14、18。当绝干腔的温度高于设定温度时，通过PID温湿度控制器控制半导体制冷片8打开从而对腔内气体温度进行降温，当绝干腔的温度低于设定温度时，通过PID温湿度控制器控制半导体制冷片关闭，并控制打开加热板7，使气体温度上升达到设定温度。同理，对于恒温恒湿腔体，当恒温恒湿腔体湿度过低时，PID温湿度控制器控制超声震荡器23开启，开始加湿，当湿度超过预设湿度时，控制器控制超声振荡器关闭，同时控制处于竖直布置的半导体制冷片20开启，使水汽在其上凝结并下落至水箱；当恒温恒湿腔温度低于设定温度时，控制器则会控制加热板30开启，同时配合开启超声振荡器适当增加腔内湿度，PID温湿度控制器面板显示温度波动小于3℃，湿度波动小于5%RH时，表示内部环境基本稳定。

打开可开闭式进样口16，放入合适的试样定位板19，再放入预先定制好尺寸的多孔介质试样31，并调整纵向可伸缩滑动压紧楔块32，使上下两块湿度传感器固定板15很好的接触试样并使可伸缩的绝湿保温材料17压紧试样，关上进样口，同时数据采集系统13开始采集试样上下面的温度和湿度数据并记录储存于外接计算机中。

每隔12小时，取出被测试样，放入已知质量的密封袋，并称取其质量，当试样前后连续五次的质量变化值小于该五次质量变化的平均值的5%时，认为此时试样的蒸汽扩散已达到稳定状态。此时可获得加湿前试样质量及蒸汽扩散达到平衡时试样的质量。

对于被测试样的水蒸气渗透量 ，由式（1）计算可得，其单位为。

（1）

其中为相邻两次被测试样的质量变化，单位为；为相邻两次测量的间隔时间，单位为s；为试样与恒温恒湿腔有效接触面积，单位为cm²。

对于被测试样的水蒸汽扩散系数，由式（2）计算可得，其单位为。

（2）

其中为被测试样的厚度，单位为mm；P为蒸汽侧压力，单位为Pa，其可通过查表获得。

当试验进行了一段时间后，由于长期运行产生的水垢及更换试样等引入水箱中的杂质可通过打开排污管阀门25由排污管道26排出。

Claims (1)

1. 一种一维热湿传递特性参数测量试验台，包括恒温恒湿腔、绝干腔、试样固定装置、绝干腔体进气系统、超声波加湿系统和氮气进给系统，其特征在于：

所述的绝干腔进气系统包括风机、过滤网、半导体制冷片和集水盘；风机位于进气系统的入口处，风机出风口附有一层过滤网，过滤网的出口段与冷凝干燥器的一端相连，其中冷凝干燥器由四片半导体制冷片组成，且半导体制冷片间呈错排排列；冷凝干燥器底部设有一个集水盘，集水盘中布有吸湿材料；冷凝干燥器的另一端与干燥气体回路进气口相连，且干燥气体回路上设有加热制冷换热器，干燥气体回路的出气口与绝干腔相连通；在绝干腔内部壁面中心处布有一个风扇，风扇正对外扩型干燥气体回路的回流段；

所述的氮气进给系统包括氮气瓶、氮气入口阀门、氮气进气管道、去离子水箱、氮气入口管道、氮气出口管道；氮气瓶与氮气进气管道间设有一个氮气入口阀门，氮气流量通过氮气入口阀门由手动进行控制；氮气进气管道尾部接有一个外扩口，装置运行时需保证水箱内水面没过氮气进气管道的外扩口；氮气入口管道一端同样设有一个外扩口，装置运行时需保证水箱内水面不没过氮气入口管道的外扩口，氮气入口管道的另一端与恒温恒湿腔体相连通，且氮气入口管道入口处设有一个单向进气阀门；恒温恒湿腔的另外一侧设有氮气出口管道；

所述的超声波加湿系统包括去离子水进水管道、水箱、超声振荡器、去离子水出水管道和排污管道；超声波加湿系统设有两个超声振荡器，且两者均位于水箱的水位线下，水箱位于恒温恒湿腔体内，水箱的去离子水进水管道与外接的去离子水机相连，提供水源；水箱的一侧地面设有排污管，排污管同侧的上部设有去离子水出水管道；

所述的试样固定装置位于恒温恒湿腔、绝干腔之间，包括试样定位板、具有弹性的绝湿保温材料、被测多孔介质、可开闭式进样口、湿度传感器固定板、多孔介质试样纵向可伸缩滑动压紧楔块；可开闭式进样口可水平轴向打开，便于被测多孔介质及试样固定板的放置和更换；试样定位板则置于被测多孔介质底部，并与被测多孔介质两侧的具有弹性的绝湿保温材料紧密接触；被测多孔介质顶部和底部均设置有湿度传感器固定板，其中顶部的湿度传感器固定板由多孔介质试样纵向可伸缩滑动压紧楔块固定，底部的湿度传感器固定板由试样定位板固定；湿度传感器分别固定在湿度传感器固定板上；

在绝干腔腔体顶部壁面中心和四周壁面中心均设有热电偶测温点，在恒温恒湿腔四周壁面的靠近中心处设置半导体制冷板和有热电偶测温点，在恒温恒湿腔中央设置有加热板；所述热电偶测温点的信号输出、湿度传感器的信号输出均与PID温湿度控制器输入端连接，PID温湿度控制器输出端与加热板、半导体制冷片及超声振荡器信号连接。