一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法及系统，包括模型外部环境营造系统、模型内部环境营造系统、传感器、数据采集及控制系统：所述模型外部环境营造系统中放置缩尺建筑模型，其营造实验所需的建筑模型外部热湿环境与风环境；所述模型内部环境营造系统将系统外的空气处理至实验所需要求，并将其输送至缩尺建筑模型内，以营造所需的缩尺建筑模型内部热湿环境；所述传感器能实时监测缩尺建筑模型外部与内部的环境参数；所述数据采集及控制系统收集传感器反馈的实时参数，同时输出指令调控缩尺建筑模型室内外环境的各个参数。本发明专利技术能够满足对真实建筑或足尺建筑模型在各类气候条件及不同用能模式下围护结构内部热湿传递过程仿真模拟。湿传递过程仿真模拟。湿传递过程仿真模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种室内外系统热湿环境营造系统及方法，具体涉及一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法及系统，属于建筑内外环境仿真模拟


技术介绍

[0002]建筑业引起的碳排放已占社会总碳排放的50％以上，降低建筑能耗及碳排放不仅是我国实现目标的关键环节，也是实现人类永续发展的必要条件。依靠建筑产业化的大力推进，建筑生产及建筑施工阶段的碳排放已得到一定控制，而由建筑运行造成的碳排放仍不断攀升。由于与建筑冷热负荷直接相关的供冷供热能耗在建筑总能耗中占比巨大，且建筑负荷中的七成由围护结构热量传递引起，故提高围护结构保温隔热能力是降低建筑运行阶段能耗的必由之路。
[0003]在围护结构中，水分的扩散与毛细作用也在热量传递的伴随下同步进行，改变了围护结构的热工性能及由围护结构热传递(包括显热部分及潜热部分)造成的冷热负荷，并进一步地影响着建筑能耗及室内热湿环境。与此同时，多样的材料及复杂的结构也造成了围护结构内温度场与湿度场的不均匀分布，导致特定的高湿区域往往多发水汽冷凝及霉菌孳生，不但造成了围护结构湿风险，也恶化了室内空气品质。而随着建筑节能工作的逐步推进，围护结构保温处理方式愈发复杂，水分积聚风险日益增大。因此，通过实验揭示建筑围护结构内的热湿传递过程并依此明晰其对室内环境及热湿负荷的影响规律对实现“双碳”目标具有重要意义。
[0004]当前国际与国内主要的研究对象为真实建筑或足尺建筑模型，通过在围护结构表面及内部埋设温湿度传感器以记录围护结构温湿度场在一段时间内的变化情况，进而推断热量与水分的传递过程。从以上测试过程可知，目前的测试方式还存在如下不足：1)对于真实建筑来说，在围护结构内部与表面埋设温湿度传感器的方式将对原本围护结构造成不可逆的破坏，影响了建筑的正常使用功能；2)对于足尺建筑模型来说，模型建立及场地租赁均需高昂费用，极大地增加了实验成本，不利于长期且多次的实验。
[0005]为克服以上不足，截取围护结构部分区域并探索热湿在其中的传递过程是近年来更常采用的实验方法，然而这种方法引入了新的不足，即热量与水分在所截取的围护结构区域内往往可视作一维传递，围护结构复杂节点处的热湿分布难以得到研究。同时，以上所有实验方式中围护结构外表面均暴露于真实室外环境，真实室外环境复杂多变，难以控制，不利于实验中的针对性研究，也使实验过程不具有复现性。此外，湿传递较为缓慢，监测足尺围护结构内的水分传递过程耗时较长，增加了实验的时间成本。采用缩尺建筑模型作为研究对象可弥补以上所述的现有实验方式所存在的绝大部分不足，而这种实验方式的关键在于同时营造针对缩尺建筑模型的室内及室外环境(即模型内部与外部空间的热湿环境与风环境)。
[0006]因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法及系统，以克服现有技术中的所述缺陷。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法，其简便可行，使探究缩尺建筑模型围护结构内的热湿传递过程成为了可能，降低了此类实验的经济成本与时间成本，提高了实验的可控性与复现性，并为建筑冷热负荷计算、供热供冷能耗预测、围护结构湿风险防护提供实验数据支持。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种具有可靠性强、调控范围广的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其可同时对缩尺建筑模型室内及室外环境进行营造，并具有各类环境参数调节空间大、组合多样等特点，能够满足对真实建筑或足尺建筑模型在各类气候条件及不同用能模式下围护结构内部热湿传递过程的仿真模拟。
[0009]为实现上述第一目的，本专利技术采取的技术方案为：一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法，其利用缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统实现，包括如下工艺步骤：
[0010]1)，开启观察门，确定缩尺建筑模型在转盘上的目标位置，取出目标位置范围中圆孔内的硅胶软塞，将送风软管后端、回风软管前端、模型内部温湿度传感器经由圆孔引入试验段内部；
[0011]2)，将缩尺建筑模型摆放至目标位置，使送风软管后端、回风软管前端、模型内部温湿度传感器处于缩尺建筑模型内部，紧闭观察门；
[0012]3)，接通数据采集及控制系统电源，通过数据采集及控制系统驱动伺服电机运转以调整转盘转动角度，使缩尺建筑模型面向目标朝向；
[0013]4)，通过数据采集及控制系统由小到大增加动力电机转动频率，直至模型外部风速传感器处风速达到所需的建筑模型外部风速目标值；
[0014]5)，通过数据采集及控制系统调节模型外部空气冷却段、模型外部空气加热段、模型外部空气电加湿段功率，直至模型外部温湿度传感器处温湿度达到所需的建筑模型外部温湿度目标值；
[0015]6)，通过数据采集及控制系统启动循环风机，并调节模型内部空气冷却段、模型内部空气加热段、模型内部空气电加湿段功率，直至缓冲箱温湿度传感器处温湿度达到所需的建筑模型内部温湿度目标值；
[0016]7)，通过数据采集及控制系统启动送风风机和回风风机，使缩尺建筑模型内空气被持续置换，当模型内部温湿度传感器处温湿度与缓冲箱温湿度传感器处温湿度偏差不超过5％时，即可开始围护结构内部热湿传递过程的仿真模拟；
[0017]8)，实验结束后，依序断开送风风机、回风风机、模型内部空气冷却段、模型内部空气加热段、模型内部空气电加湿段、循环风机、模型外部空气冷却段、模型外部空气加热段、模型外部空气电加湿段、动力电机的供电，再断开数据采集及控制系统电源；开启观察门，取出缩尺建筑模型，紧闭观察门。
[0018]为实现上述第二目的，本专利技术采取的技术方案为：一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其包括模型外部环境营造系统、模型内部环境营造系统、传感器、数据采集及控制系统：
[0019]所述模型外部环境营造系统中放置有缩尺建筑模型，其通过温湿度调节装置、风向调节装置和风速调节装置营造实验所需的建筑模型外部热湿环境与风环境；
[0020]所述模型内部环境营造系统包括模型内部空气发生装置、缓冲箱和输气管，其将
系统外的空气处理至实验所需要求，并将其输送至缩尺建筑模型内，以营造所需的缩尺建筑模型内部热湿环境；
[0021]所述传感器包括模型外部温湿度传感器、风速传感器、模型内部温湿度传感器、缓冲箱温湿度传感器，其能实时监测缩尺建筑模型外部与内部的环境参数；
[0022]所述数据采集及控制系统收集传感器反馈的实时参数，同时输出指令调控缩尺建筑模型室内外环境的各个参数。
[0023]本专利技术的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：所述风速调节装置沿空气流动方向布置，其包括稳定前段、稳定后段、收缩段、试验段、扩压段、动力段、前部底座、中部底座以及后部底座；其中，所述温湿度调节装置前部与稳定前段采用法兰连接，温湿度调节装置后部与稳定后段采用法兰连接；所述稳定后段、收缩段、试验段、扩压段、动力段间均采用法兰连接；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法，其特征在于：其利用缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统实现，包括如下工艺步骤：1)，开启观察门，确定缩尺建筑模型在转盘上的目标位置，取出目标位置范围中圆孔内的硅胶软塞，将送风软管后端、回风软管前端、模型内部温湿度传感器经由圆孔引入试验段内部；2)，将缩尺建筑模型摆放至目标位置，使送风软管后端、回风软管前端、模型内部温湿度传感器处于缩尺建筑模型内部，紧闭观察门；3)，接通数据采集及控制系统电源，通过数据采集及控制系统驱动伺服电机运转以调整转盘转动角度，使缩尺建筑模型面向目标朝向；4)，通过数据采集及控制系统由小到大增加动力电机转动频率，直至模型外部风速传感器处风速达到所需的建筑模型外部风速目标值；5)，通过数据采集及控制系统调节模型外部空气冷却段、模型外部空气加热段、模型外部空气电加湿段功率，直至模型外部温湿度传感器处温湿度达到所需的建筑模型外部温湿度目标值；6)，通过数据采集及控制系统启动循环风机，并调节模型内部空气冷却段、模型内部空气加热段、模型内部空气电加湿段功率，直至缓冲箱温湿度传感器处温湿度达到所需的建筑模型内部温湿度目标值；7)，通过数据采集及控制系统启动送风风机和回风风机，使缩尺建筑模型内空气被持续置换，当模型内部温湿度传感器处温湿度与缓冲箱温湿度传感器处温湿度偏差不超过5％时，即可开始围护结构内部热湿传递过程的仿真模拟；8)，实验结束后，依序断开送风风机、回风风机、模型内部空气冷却段、模型内部空气加热段、模型内部空气电加湿段、循环风机、模型外部空气冷却段、模型外部空气加热段、模型外部空气电加湿段、动力电机的供电，再断开数据采集及控制系统电源；开启观察门，取出缩尺建筑模型，紧闭观察门。2.一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其特征在于：包括模型外部环境营造系统、模型内部环境营造系统、传感器、数据采集及控制系统：所述模型外部环境营造系统中放置有缩尺建筑模型，其通过温湿度调节装置、风向调节装置和风速调节装置营造实验所需的建筑模型外部热湿环境与风环境；所述模型内部环境营造系统包括模型内部空气发生装置、缓冲箱和输气管，其将系统外的空气处理至实验所需要求，并将其输送至缩尺建筑模型内，以营造所需的缩尺建筑模型内部热湿环境；所述传器包括模型外部温湿度传感器、风速传感器、模型内部温湿度传感器、缓冲箱温湿度传感器，其能实时监测缩尺建筑模型外部与内部的环境参数；所述数据采集及控制系统收集传感器反馈的实时参数，同时输出指令调控缩尺建筑模型室内外环境的各个参数。3.如权利要求2所述的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其特征在于：所述风速调节装置沿空气流动方向布置，其包括稳定前段、稳定后段、收缩段、试验段、扩压段、动力段、前部底座、中部底座以及后部底座；其中，所述温湿度调节装置前部与稳定前段采用法兰连接，温湿度调节装置后部与稳定后段采用法兰连接；所述稳定后段、收缩段、试验段、扩
压段、动力段间均采用法兰连接；所述稳定前段、温湿度调节装置和稳定后段采用焊接方式连接至前部底座；所述试验段采用焊接方式连接至中部底座；所述动力段采用焊接方式连接至后部底座；所述稳定前段、稳定后段、收缩段、试验段和温湿度调节装置截面均为正方形；所述扩压段进口截面为正方形，出口截面为圆形；所述动力段截面为圆形。4.如权利要求3所述的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其特征在于：所述稳定前段内设有3层由不锈钢丝编织而成的阻尼网，开孔率为64％；所述阻尼网后设有蜂窝器；所述稳定后段内亦设有蜂窝器；所述蜂窝器的单元呈正六边形，六边形对角线长度为1.5～2.0cm。5.如权利要求3所述的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其特征在于：所述收缩段外部轮廓曲线符合维托辛斯基曲线。6.如权利要求3所述的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其特征在于：所述试验段侧壁设有用于取放缩尺建筑模型的观察门；所述观察门上设有用于实时观察缩尺建筑模型状态的观察窗；所述试验段底部嵌有风向调节装置，风向调节装置顶部与试验段内底部齐平。7.如权利要求6所述的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其特征在于：所述风向调节装置包括转盘、传动轴、伺服电机、防护罩以及硅胶软塞；其中，所述转盘上放置缩尺建筑模型，并通过传动轴的带动下绕轴心自由转动，以调节缩尺建筑模...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊一帆，薛育聪，徐婉清，葛坚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：