本发明专利技术涉及一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置，包括室外环境参数模拟装置、室内环境参数模拟装置、横纵异向热湿耦合实验块、实验台台架，室外环境参数模拟装置由空气热环境模拟风管及喷淋装置组成，室内环境参数模拟装置由恒温水浴板、水浴温度测点、水浴速度测点、水泵组成；横纵异向热湿耦合实验块由传热土体、土体温度测点、土体相对湿度测点、热流密度测点组成；传热土体支撑架有5%的倾斜度,可移动整体支撑架下部设有四个地轮。该装置可简便地改变恒温水浴的流速及温度和室外环境周期性变化，使得实验块土体参数发生变化，经过动态分析，给出地下空间围护结构中侧面土体在室内外周期性温湿度边界条件下的长期蓄放热特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种地下空间建筑热环境研究的实验装置，具体涉及一种地下空间围护结构中侧面土体在室内外周期性温湿度边界条件下的长期蓄放热特性研究的的实验装置。
技术介绍
如今，地下空间作为现代城市的重要组成部分，其建筑面积不断增大，建筑功能不断增多，在书店、餐饮、地铁等地下建筑热环境中，都存在围护结构侧土体蓄放热问题。已知其对室内热环境有以下影响：一是对室内空气温湿度具有平衡调节作用，这一作用既影响了室内冷热负荷和空调周期长度，又影响了非空调周期的通风和室内温度场的形成；二是土体蓄放热规律作用下的周期性小幅波动较稳定的壁温会形成稳定的辐射换热，进而影响人体热舒适性，则从舒适节能的角度出发，需要研究地下空间围护结构土体长期蓄放热特性。本专利技术是针对地下空间侧面土体长期蓄放热演化规律进行研究的实验装置，该规律影响了地下空间建筑运行能耗以及人体的热舒适性。而这方面的相关研究鲜见报道，为此对于土体的横纵方向的蓄放热研究显得尤为重要。目前针对土壤热质传递规律的研究有很多，一方面关于地铁隧道围岩土体蓄热，南京大学李晓昭教授和同济大学于连广学者分别从土木工程和水渗流的角度研究了地铁隧道围岩传热量与温度分布；另一方面针对地下空间围岩热湿传递与负荷计算，重庆大学付祥钊教授和西安建筑科技大学李安桂教授多年来一直关注以地下水电站为代表的多孔介质墙体与室内空气动态热湿传递与气流组织优化；姚杨、姜益强等教授，周光伟学者和朱培根教授对地下空间用能和室外温度周期变化边界条件下的负荷计算进行了二维建模与软件编程。上述学者从不同角度针对地下空间土体的温度场和负荷计算进行了研究，为地下空间的发展做出了杰出贡献，但大多研究只考虑地下空间室外或室内一侧的边界条件，对室外边界条件也未考虑湿度变化，即只考虑到了一维变化而忽视了二维方向的热湿耦合。对于地下空间侧面土体蓄放热的周期性变化规律也未提及。而该实验装置不仅考虑了实际地下空间的湿度影响，还加入了二维方向的热湿耦合，最大程度地还原了地下空间的真实情况，为准确地研究地下空间工况提供了良好的实验保障。因此研究地下空间围护结构中侧面土体在室内外周期性温湿度边界条件下二维横纵耦合形成的长期蓄放热特性具有一定的研究意义。
技术实现思路
本专利技术是要提供一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置，该实验装置克服了地下空间土壤蓄放热演化规律研究中实测情况下难以测量土壤热湿变化参数的问题，弥补了数值模拟受限于物理建模和边界条件设定的制约，且本装置工况调节方便，实验数据可以简单获取，极大程度地再现了地下空间侧部土体在室内外周期性温度边界条件下横纵异向蓄放热的演化规律；通过该演化规律可以给出地下空间围护结构的蓄放热特性，可以作为地下空间负荷及能耗研究的重要基础，并可分析预测室内空调季节冷负荷，给出非空调季节室内气温波动特性，为地下空间空调负荷设计提供了指导意义。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置，包括室外环境参数模拟装置、室内环境参数模拟装置、横纵异向热湿耦合实验块、实验台台架，所述室外环境参数模拟装置、室内环境参数模拟装置置于实验台台架上面，室外环境参数模拟装置与室内环境参数模拟装置之间放置横纵异向热湿耦合实验块；所述室外环境参数模拟装置由热环境模拟风管、喷淋装置、温度探头、湿度探头及空气温湿度控制柜组成；恒温恒湿空气从热环境模拟风管侧面进口进入，依次经过变频风机、加热器、加湿器进入土壤与室外环境热湿交换区域，再经由热环境模拟风管1出口排至恒温恒湿室排风口；所述热环境模拟风管内装有喷淋装置，用于模拟室外降水；所述室内环境参数模拟装置由恒温水浴板、水浴温度测点、水浴速度测点、水泵、恒温水浴控制柜组成；恒温水浴板、水浴温度测点、水浴速度测点设置在近横纵异向热湿耦合实验块的土体一侧，恒温水浴控制柜通过水泵、供回水管进行水流循环，恒温水浴控制柜连接水浴温度测点、水浴速度测点的探头以及水泵，通过各测点的分析流态，调节恒温水浴板内水流温度及流速；所述横纵异向热湿耦合实验块由用于研究土壤蓄热特性的传热土体、土体温度测点、土体相对湿度测点、热流密度测点、土体参数集中显示仪组成；传热土体顶面设置土体温度测点、土体相对湿度测点、热流密度测点，所述土体温度测点、土体相对湿度测点、热流密度测点的探头通过导线连接土体参数集中显示仪，通过土体温度测点得到土体温度分布体现土体显热变化、通过土体相对湿度测点得到土体含水率变化、通过热流密度测点得到土体内的潜热变化；并且土体显热变化、土体含水率变化、潜热变化共同反应土体总热量随时间的变化，进而得到土体蓄放热规律；所述实验台台架由风管支撑架、传热土体支撑架、恒温水浴支撑架、可移动整体支撑架构成，为便于喷淋水流出，传热土体支撑架具有5％的倾斜度，可移动整体支撑架下部设有四个可拆卸移动的地轮。所述温水浴板中的水浴温度测点、水浴速度测点≥9个，并在水浴中沿恒温水浴板的长宽方向均匀分布，测点间隔最大为0.125m；测点布置在近土体测；所述土体温度测点≥50个，在土体中沿深度方向上密下疏分布成五排，测点纵向间隔最大为0.1m；水平方向近密远疏分成十排，测点横向间隔最大为0.15m；所述土体相对湿度测点≥四个，土体相对湿度测点由长25cm间隔4cm的探针组成，通过感应两根探针之间的电流信号转化为容积含水率来反映土壤湿度；所述热流密度测点≥7块，其中，土体顶面均匀布置至少3块，土体侧面均匀布置至少4块。所述的室外环境参数模拟装置中将室外空气温度和太阳辐射量综合成室外空气综合温度表示；利用喷淋装置模拟下雨天工况；通过改变室外综合温度波动曲线的振幅和初相，模拟不同埋深的地下空间；所述热环境模拟风管送风处、出风处以及管内都布置有温、湿度测点，送风处温、湿度测点用于监测反馈送风参数便于调控；出风处温、湿度测点用于计算送风焓差，确定空气放热量曲线；而管内的温、湿度测点，用于反映实验土体所处的周期性温湿度边界条件曲线；其中空气作用时间由土体侧Fo相似准则数确定。所述模拟不同埋深的地下空间具有三种所处传热传湿工况：①整个地下空间侧墙处于土壤最大温度值点离壁面的距离之上，侧向土体受室外空气参数波动影响明显；②整个侧墙处于特征厚度与等温层之间时，侧向土体受室外空气参数和地下空间室内空气参数共同影响；③整个侧墙处于等温层之下，侧向土体只受地下空间室内空气参数影响。所述室内环境参数模拟装置根据相似准则数利用水的流动代替地下空间室内的空气流动；将恒温水浴板贴于土体侧模拟地下空间空气掠过壁面时的流态和温度，用风速大小来分类强制对流和自然对流，并对强制对流和自然对流应用不同的Nu定出恒温水浴的相关参数；所述恒温水浴板由数个薄壁水管组成，通过改变薄壁水管管束组合形式，模拟不同的地下空间室内气体流动方向；通过改变水浴温度的变化规律用于模拟不同类型的地下建筑；所述恒温水浴板的空气侧加有保温层，用于保证水浴管内温度的稳定性，所述横纵异向热湿耦合实验块中地下空间侧面土体纵向深度由所需研究的地下空间的特征厚度、等温层深度得出；地下空间侧面土体横向距离取室内温度的影响极限距离为其横向距离；并在几何比例下按照准则数定出实验时间；当考虑消除热滞留效应对实验结果的影响时，将土体横纵方向的尺寸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置，包括室外环境参数模拟装置（A）、室内环境参数模拟装置（B）、横纵异向热湿耦合实验块（C）、实验台台架（D），其特征在于：所述室外环境参数模拟装置（A）、室内环境参数模拟装置（B）置于实验台台架（D）上面，室外环境参数模拟装置（A）与室内环境参数模拟装置（B）之间放置横纵异向热湿耦合实验块（C）；所述室外环境参数模拟装置（A）由热环境模拟风管（1）、喷淋装置（2）、温度探头（3）、湿度探头（4）及空气温湿度控制柜（5）组成；恒温恒湿空气从热环境模拟风管（1）侧面进口进入，依次经过变频风机（1‑1）、加热器（1‑2）、加湿器（1‑3）进入土壤与室外环境热湿交换区域，再经由热环境模拟风管1出口排至恒温恒湿室排风口；所述热环境模拟风管（1）内装有喷淋装置（2），用于模拟室外降水；所述室内环境参数模拟装置（B）由恒温水浴板（11）、水浴温度测点（12）、水浴速度测点（13）、水泵（14）、恒温水浴控制柜（15）组成；恒温水浴板（11）、水浴温度测点（12）、水浴速度测点（13）设置在近横纵异向热湿耦合实验块（C）的土体一侧，恒温水浴控制柜（15）通过水泵（14）、供回水管进行水流循环，恒温水浴控制柜（15）连接水浴温度测点（12）、水浴速度测点（13）的探头以及水泵（14），通过各测点的分析流态，调节恒温水浴板(11)内水流温度及流速；所述横纵异向热湿耦合实验块（C）由用于研究土壤蓄热特性的传热土体（6）、土体温度测点（7）、土体相对湿度测点（8）、热流密度测点（9）、土体参数集中显示仪（10）组成；传热土体（6）顶面设置土体温度测点（7）、土体相对湿度测点（8）、热流密度测点（9），所述土体温度测点（7）、土体相对湿度测点（8）、热流密度测点（9）的探头通过导线连接土体参数集中显示仪（10），通过土体温度测点（7）得到土体温度分布体现土体显热变化、通过土体相对湿度测点（8）得到土体含水率变化、通过热流密度测点（9）得到土体内的潜热变化；并且土体显热变化、土体含水率变化、潜热变化共同反应土体总热量随时间的变化，进而得到土体蓄放热规律；所述实验台台架（D）由风管支撑架（16‑1）、传热土体支撑架（16‑2）、恒温水浴支撑架（16‑3）、可移动整体支撑架（16）构成，传热土体支撑架（16‑2）具有5%的倾斜度，可移动整体支撑架（16）下部设有四个可拆卸移动的地轮。...
【技术特征摘要】
1.一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置，包括室外环境参数模拟装置（A）、室内环境参数模拟装置（B）、横纵异向热湿耦合实验块（C）、实验台台架（D），其特征在于：所述室外环境参数模拟装置（A）、室内环境参数模拟装置（B）置于实验台台架（D）上面，室外环境参数模拟装置（A）与室内环境参数模拟装置（B）之间放置横纵异向热湿耦合实验块（C）；所述室外环境参数模拟装置（A）由热环境模拟风管（1）、喷淋装置（2）、温度探头（3）、湿度探头（4）及空气温湿度控制柜（5）组成；恒温恒湿空气从热环境模拟风管（1）侧面进口进入，依次经过变频风机（1-1）、加热器（1-2）、加湿器（1-3）进入土壤与室外环境热湿交换区域，再经由热环境模拟风管1出口排至恒温恒湿室排风口；所述热环境模拟风管（1）内装有喷淋装置（2），用于模拟室外降水；所述室内环境参数模拟装置（B）由恒温水浴板（11）、水浴温度测点（12）、水浴速度测点（13）、水泵（14）、恒温水浴控制柜（15）组成；恒温水浴板（11）、水浴温度测点（12）、水浴速度测点（13）设置在近横纵异向热湿耦合实验块（C）的土体一侧，恒温水浴控制柜（15）通过水泵（14）、供回水管进行水流循环，恒温水浴控制柜（15）连接水浴温度测点（12）、水浴速度测点（13）的探头以及水泵（14），通过各测点的分析流态，调节恒温水浴板(11)内水流温度及流速；所述横纵异向热湿耦合实验块（C）由用于研究土壤蓄热特性的传热土体（6）、土体温度测点（7）、土体相对湿度测点（8）、热流密度测点（9）、土体参数集中显示仪（10）组成；传热土体（6）顶面设置土体温度测点（7）、土体相对湿度测点（8）、热流密度测点（9），所述土体温度测点（7）、土体相对湿度测点（8）、热流密度测点（9）的探头通过导线连接土体参数集中显示仪（10），通过土体温度测点（7）得到土体温度分布体现土体显热变化、通过土体相对湿度测点（8）得到土体含水率变化、通过热流密度测点（9）得到土体内的潜热变化；并且土体显热变化、土体含水率变化、潜热变化共同反应土体总热量随时间的变化，进而得到土体蓄放热规律；所述实验台台架（D）由风管支撑架（16-1）、传热土体支撑架（16-2）、恒温水浴支撑架（16-3）、可移动整体支撑架（16）构成，传热土体支撑架（16-2）具有5%的倾斜度，可移动整体支撑架（16）下部设有四个可拆卸移动的地轮。2.根据权利要求1所述的研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置，其特征在于：所述温水浴板（11）中的水浴温度测点（12）、水浴速度测点（13）≥9个，并在水浴中沿恒温水浴板（11）的长宽方向均匀分布，测点间隔最大为0.125m；测点布置在近土体测；所述土体温...
【专利技术属性】
技术研发人员：王丽慧，邹学成，刘畅，杜志萍，宋洁，倪丹，郑彦，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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