CN115394174A - 一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造方法及系统

【技术领域】

本发明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领域。

【背景技术】

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。

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。

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。

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)。

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。

【发明内容】

本发明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。

本发明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。

为实现上述第一目的，本发明采取的技术方案为：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：

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。

为实现上述第二目的，本发明采取的技术方案为：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：

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；

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；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。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：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。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：所述收缩段外部轮廓曲线符合维托辛斯基曲线。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：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。

本发明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，以调节缩尺建筑模型与气流间的角度；所述转盘上设有均匀分布的、孔径为 1.0～1.5cm的圆孔；所述圆孔内填有厚度与转盘相同、直径大于圆孔直径的硅胶软塞；所述传动轴与转盘、伺服电机间采用齿轮连接；所述伺服电机通过连接线与数据采集及控制系统相连，在数据采集及控制系统指令下运转；所述防护罩与试验段外底部采用螺栓连接。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：所述扩压段进口截面积小于出口截面积，扩散角不大于4°；所述扩压段靠近进口处壁面开有调压孔；所述动力段内设有动力电机、桨毂、桨叶、整流罩以及阻尼网；所述动力电机通过连接线与数据采集及控制系统相连，在数据采集及控制系统指令下运转；所述桨毂与动力电机间采用齿轮连接，并在动力电机驱使下绕轴心定向转动；所述桨叶与桨毂间采用焊接方式相连，带动气流在风速调节装置内流动；所述整流罩覆盖在动力电机和桨毂外；所述阻尼网由不锈钢丝编织而成，开孔率为64％。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：所述温湿度调节装置包括用于降低气流温度与绝对湿度的模型外部空气冷却段，用于提高气流温度与降低气流相对湿度模型的外部空气加热段，以及用于提高气流绝对湿度的模型外部空气电加湿段；所述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均通过连接线与数据采集及控制系统相连，在数据采集及控制系统指令下调节空气温湿度。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：所述模型内部空气发生装置沿空气流动方向设置，其包括过滤段、全热交换段、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以及循环风机；其中，所述过滤段过滤效率不低于99％；所述全热交换段回收气流中的余热对并对新吸入的气流进行预热或预冷；所述模型内部空气冷却段用于降低气流温度与绝对湿度；所述模型内部空气加热段用于提高气流温度与降低气流相对湿度；所述模型内部空气电加湿段用于提高气流绝对湿度；所述循环风机驱使气流进入和排出模型内部空气发生装置，并在空气发生装置及缓冲箱间流动；所述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、循环风机均通过连接线与数据采集及控制系统相连，在数据采集及控制系统指令下调节空气温湿度及流量。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：所述缓冲箱前部通过进风管与排风管与模型内部空气发生装置相接；所述进风管引入经模型内部空气发生装置处理后的空气；所述排风管送出已流经缩尺建筑模型的空气；所述缓冲箱后部设有送风管与回风管；所述送风管与送风风机相连，其将处理后的空气送至缩尺模型内部；所述回风管与回风风机相连，其回收已流经缩尺建筑模型的空气。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统进一步为：所述输气管包括送风软管和回风软管；所述送风软管和回风软管的外径均小于转盘的圆孔孔径；所述送风软管前端与送风风机相连，后端经由转盘的圆孔进入缩尺建筑模型中；所述回风软管前端位于缩尺建筑模型中，经转盘的圆孔引出，后端与回风风机相连。

本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统还可为：所述模型外部温湿度传感器、模型内部温湿度传感器、缓冲箱温湿度传感器的测量范围均不小于–20.0～60.0℃和0～100％RH，精度均不低于±0.5℃和±3％RH，测量频率不低于0.1Hz；所述模型外部温湿度传感器、模型内部温湿度传感器、缓冲箱温湿度传感器均通过连接线与数据采集及控制系统相连，并将所测得的温湿度数据传输至数据采集及控制系统；所述模型外部温湿度传感器位于缩尺建筑模型上游，用于监测模型外部空气温湿度；所述模型内部温湿度传感器位于缩尺建筑模型内，用于监测模型内部空气温湿度；所述缓冲箱温湿度传感器位于缓冲箱内，用于监测输送至缩尺建筑模型内的空气温湿度；所述风速传感器的测量范围不小于0～10.0m/s，精度均不低于 0.1m/s，测量频率不低于0.1Hz；所述风速传感器通过连接线与数据采集及控制系统相连，其将所测得的温度数据传输至数据采集及控制系统；所述风速传感器位于缩尺建筑模型上游，用于监测风速。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统结构简单、原理成熟，各类参数调节范围广、组合方式多样，适用于仿真模拟各类气候条件下的室外环境及不同用能模式下的室内环境，利用该热湿环境营造装置可使缩尺建筑模型围护结构内外表面存在稳定且可变的温湿度梯度，为热量与水分在围护结构中的传递提供驱动力；

2.本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统及方法，可通过监测缩尺建筑模型围护结构内温湿度场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，避免了真实建筑或足尺建筑模型的使用，降低了经济成本；加快了围护结构内的热湿传递过程，降低了时间成本；减少了对真实室外环境气象参数的依赖程度，也增强了实验的可控性和复现性。

3.本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统及方法，可进一步地选用具有热(冷)桥等复杂节点的缩尺建筑模型作为实验对象，为更深入地理解热湿在围护结构内的三维耦合传递过程提供了可能。

【附图说明】

图1是本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统的立体图。

图2是本发明的缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统的剖面图。

图3是图1中的风向调节装置及缩尺建筑模型的立体图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1至附图3所示，本发明为一种缩尺建筑模型室内外热湿环境营造系统，其能同时营造缩尺建筑模型100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)，其由模型外部(室外)环境营造系统、模型内部(室内)环境营造系统、传感器、数据采集及控制系统8等几部分组成。

其中，所述模型外部环境营造系统中放置有缩尺建筑模型100，并营造实验所需的建筑模型外部热湿环境与风环境，其由温湿度调节装置1、风向调节装置2和风速调节装置(风洞)3组成。

所述模型内部环境营造系统的功能为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100内，以营造所需的缩尺建筑模型100 内部热湿环境，其由模型内部空气发生装置4、缓冲箱5和输气管6组成。

所述传感器的功能为实时监测缩尺建筑模型室内外环境参数，其由模型外部温湿度传感器7-1、风速传感器7-2、模型内部温湿度传感器7-3、缓冲箱温湿度传感器7-4组成。

所述数据采集及控制系统8的功能为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。

具体地说，所述风速调节装置3沿空气流动方向(本创作为由前至后) 共包括稳定前段3-1、稳定后段3-2、收缩段3-3、试验段3-4、扩压段3-5、动力段3-6、前部底座3-7、中部底座3-8、后部底座3-9。所述温湿度调节装置1前部与稳定前段3-1采用法兰连接，温湿度调节装置1后部与稳定后段3-2采用法兰连接。所述稳定后段3-2、收缩段3-3、试验段3-4、扩压段 3-5、动力段3-6间均采用法兰连接。所述稳定前段3-1、温湿度调节装置1 和稳定后段3-2与前部底座3-7间采用焊接方式连接。所述试验段3-4与中部底座3-8间采用焊接方式连接；动力段3-6与后部底座3-9间采用焊接方式连接。所述稳定前段3-1、稳定后段3-2、收缩段3-3、试验段3-4和温湿度调节装置1截面均为正方形；扩压段3-5进口截面为正方形，出口截面为圆形；动力段3-6截面为圆形。

进一步地，所述稳定前段3-1内设有3层由不锈钢丝编织而成的阻尼网 3-1-1，开孔率为64％，用于防止杂质被吸入风速调节装置3。在阻尼网后设有蜂窝器3-1-2，用于导直气流，使其平行于模型外部环境营造系统轴线，把气流中的大尺度旋涡分割成小旋窝，加快旋涡的衰减。所述蜂窝器3-1-2 的单元呈正六边形，六边形对角线长度为1.5～2.0cm。

进一步地，所述稳定后段3-2内亦设有蜂窝器3-2-1，用于进一步改善气流的速度分布。所述蜂窝器3-2-1的单元呈正六边形，六边形对角线长度为1.5～2.0cm。

所述收缩段3-3外部轮廓曲线符合维托辛斯基曲线，用于提高试验段 3-4的气流品质，即改善流场的均匀性、稳定性及降低湍流度。

所述试验段3-4侧壁设有观察门3-4-1，可自由启闭，用于取放缩尺建筑模型。所述观察门3-4-1上设有观察窗3-4-2，用于实时观察缩尺建筑模型100状态。所述试验段3-4底部嵌有风向调节装置2，使风向调节装置2 顶部与试验段3-4内底部齐平。

所述扩压段3-5进口截面积略小于出口截面积，扩散角不大于4°，用于将气流动压转化为静压，以减少能量损失。所述扩压段3-5靠近进口处壁面开有调压孔3-5-1，用于均衡风速调节装置3内外静压。

进一步地，所述动力段3-6内设有动力电机3-6-1、桨毂3-6-2、桨叶 3-6-3、整流罩3-6-4、阻尼网3-6-5。所述动力电机3-6-1通过连接线与数据采集及控制系统8相连，在数据采集及控制系统8指令下运转。所述桨毂 3-6-2与动力电机3-6-1间采用齿轮连接，可在动力电机3-6-1驱使下绕轴心定向转动。所述桨叶3-6-3与桨毂3-6-2间采用焊接方式相连，带动气流在风速调节装置3内流动，形成具备一定流速的均匀流场。所述整流罩3-6-4 覆盖在动力电机3-6-1和桨毂3-6-2外，使桨叶3-6-3前后保持流线型，改善气流性能。所述阻尼网3-6-5由不锈钢丝编织而成，开孔率为64％。

具体地说，所述温湿度调节装置1包括模型外部空气冷却段1-1、模型外部空气加热段1-2、模型外部空气电加湿段1-3组成。所述模型外部空气冷却段1-1用于降低气流温度与绝对湿度；模型外部空气加热段1-2用于提高气流温度与降低气流相对湿度；模型外部空气电加湿段1-3用于提高气流绝对湿度。所述模型外部空气冷却段1-1、模型外部空气加热段1-2、模型外部空气电加湿段1-3均通过连接线与数据采集及控制系统8相连，在数据采集及控制系统指令下调节空气温湿度。

所述风向调节装置2包括转盘2-1、传动轴2-2、伺服电机2-3、防护罩 2-4以及硅胶软塞2-5。所述转盘2-1可在传动轴2-2的带动下绕轴心自由转动，以调节缩尺建筑模型与气流间的角度，起到调节缩尺建筑模型朝向的效果。所述转盘2-1上设有均匀分布的、孔径为1.0～1.5cm的圆孔2-6。所述圆孔2-6内填有厚度与转盘相同、直径略大于圆孔直径的硅胶软塞2-5，可自由取出或填入圆孔2-6。所述传动轴2-2与转盘2-1、伺服电机2-3间采用齿轮连接；伺服电机2-3通过连接线与数据采集及控制系统8相连，在数据采集及控制系统8指令下运转；防护罩2-4与试验段3-4外底部采用螺栓连接，用于防止传动轴和伺服电机受外力破坏。

所述模型内部空气发生装置4沿空气流动方向(本创作由前至后)共包括过滤段4-1、全热交换段4-2、模型内部空气冷却段4-3、模型内部空气加热段4-4、模型内部空气电加湿段4-5、循环风机4-6组成。所述过滤段 4-1过滤效率不低于99％，用于防止杂质被吸入模型内部空气发生装置。所述全热交换段4-2用于回收排出气流中的余热对并对吸入装置的新气流进行预热或预冷。所述模型内部空气冷却段4-3用于降低气流温度与绝对湿度。所述模型内部空气加热段4-4用于提高气流温度与降低气流相对湿度。所述模型内部空气电加湿段4-5用于提高气流绝对湿度。所述循环风机4-6 用于为气流提供动能，驱使气流进入和排出空气发生装置，并在空气发生装置及缓冲箱5间流动。所述模型内部空气冷却段4-3、模型内部空气加热段4-4、模型内部空气电加湿段4-5、循环风机4-6均通过连接线与数据采集及控制系统8相连，在数据采集及控制系统8指令下调节空气温湿度及流量。

所述缓冲箱5前部通过进风管5-1与排风管5-2与模型内部空气发生装置4相接。所述进风管5-1用于引入经模型内部空气发生装置处理后的空气，排风管5-2用于送出已流经缩尺建筑模型的空气。所述缓冲箱5后部设有送风管5-3与回风管5-4，送风管5-3与送风风机5-5相连，用于将处理后的空气送至缩尺模型内部。所述回风管5-4与回风风机5-6相连，用于回收已流经缩尺建筑模型的空气。

所述输气管6分为送风软管6-1和回风软管6-2，外径均略小于转盘2-1 的圆孔2-6孔径。所述送风软管6-1前端与送风风机5-5相连，后端经由转盘2-1的圆孔2-6进入缩尺建筑模型100中。所述回风软管6-2前端位于缩尺建筑模型100中，经转盘2-1的圆孔2-6引出，后端与回风风机5-6相连。

所述模型外部温湿度传感器7-1、模型内部温湿度传感器7-3、缓冲箱温湿度传感器7-4的测量范围均不小于–20.0～60.0℃和0～100％RH，精度均不低于±0.5℃和±3％RH，测量频率不低于0.1Hz。所述模型外部温湿度传感器7-1、模型内部温湿度传感器7-3、缓冲箱温湿度传感器7-4均通过连接线与数据采集及控制系统8相连，将所测得的温度数据传输至数据采集及控制系统8。所述模型外部温湿度传感器7-1位于缩尺建筑模型100上游，用于监测模型外部空气温湿度；模型内部温湿度传感器7-3位于缩尺建筑模型100内，用于监测模型内部空气温湿度；缓冲箱温湿度传感器7-4 位于缓冲箱5内，用于监测输送至缩尺建筑模型内的空气温湿度。

所述风速传感器7-2的测量范围不小于0～10.0m/s，精度均不低于0.1 m/s，测量频率不低于0.1Hz；风速传7-2感器通过连接线与数据采集及控制系统8相连，将所测得的温度数据传输至数据采集及控制系统8。所述风速传感器7-2位于缩尺建筑模型100上游，用于监测风速。

所述数据采集及控制系统8与电源直接相连，并通过连接线将电能传递并发送控制指令至模型外部空气冷却段1-1、模型外部空气加热段1-2、模型外部空气电加湿段1-3、伺服电机2-3、动力电机3-6-1、模型内部空气冷却段4-3、模型内部空气加热段4-3、模型内部空气电加湿段4-4、循环风机4-5、送风风机5-5、回风风机5-6。所述数据采集及控制系统8通过连接线与模型外部温湿度传感器7-1、风速传感器7-2、室内湿度传感器7-3、缓冲箱温湿度传感器相连7-4，收集传感器测得的各类参数。

采用上述系统对缩尺建筑模型室内外热湿环境进行营造的方法包括如下工艺步骤：

1)，开启观察门3-4-1，确定缩尺建筑模型100在转盘2-1上的目标位置，取出目标位置范围中圆孔2-6内的硅胶软塞2-5，将送风软管6-1后端、回风软管6-2前端、模型内部温湿度传感器7-3经由圆孔2-6引入试验段3-4 内部；

2)，将缩尺建筑模型100摆放至目标位置，使送风软管6-1后端、回风软管6-2前端、模型内部温湿度传感器7-3处于缩尺建筑模型100内部，紧闭观察门3-4-1；

3)，接通数据采集及控制系统8电源，通过数据采集及控制系统8驱动伺服电机2-3运转以调整转盘2-1转动角度，使缩尺建筑模型100面向目标朝向；

4)，通过数据采集及控制系统8由小到大增加动力电机3-6-1转动频率，直至模型外部风速传感器7-2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8调节模型外部空气冷却段1-1、模型外部空气加热段1-2、模型外部空气电加湿段功率1-3，直至模型外部温湿度传感器1-3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8启动循环风机4-6，并调节模型内部空气冷却段4-3、模型内部空气加热段4-4、模型内部空气电加湿段4-5功率，直至缓冲箱温湿度传感器7-4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8启动送风风机5-5和回风风机5-6，使缩尺建筑模型100内空气被持续置换，当模型内部温湿度传感器7-3处温湿度与缓冲箱温湿度传感器7-4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5-5、回风风机5-6、模型内部空气冷却段4-3、模型内部空气加热段4-4、模型内部空气电加湿段4-5、循环风机4-6、模型外部空气冷却段1-1、模型外部空气加热段1-2、模型外部空气电加湿段1-3、动力电机3-6-1的供电，再断开数据采集及控制系统8电源；开启观察门3-4-1，取出缩尺建筑模型100，紧闭观察门3-4-1。

本发明可同时对缩尺建筑模型外部与内部空间环境进行营造，且各类环境参数调节空间大、组合多样，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，并降低了实验成本，提高了实验的可控性与复现性，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。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (13)

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，以调节缩尺建筑模型与气流间的角度；所述转盘上设有均匀分布的、孔径为1.0～1.5cm的圆孔；所述圆孔内填有厚度与转盘相同、直径大于圆孔直径的硅胶软塞；所述传动轴与转盘、伺服电机间采用齿轮连接；所述伺服电机通过连接线与数据采集及控制系统相连，在数据采集及控制系统指令下运转；所述防护罩与试验段外底部采用螺栓连接。

8.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：所述扩压段进口截面积小于出口截面积，扩散角不大于4°；所述扩压段靠近进口处壁面开有调压孔；所述动力段内设有动力电机、桨毂、桨叶、整流罩以及阻尼网；所述动力电机通过连接线与数据采集及控制系统相连，在数据采集及控制系统指令下运转；所述桨毂与动力电机间采用齿轮连接，并在动力电机驱使下绕轴心定向转动；所述桨叶与桨毂间采用焊接方式相连，带动气流在风速调节装置内流动；所述整流罩覆盖在动力电机和桨毂外；所述阻尼网由不锈钢丝编织而成，开孔率为64％。

9.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：所述温湿度调节装置包括用于降低气流温度与绝对湿度的模型外部空气冷却段，用于提高气流温度与降低气流相对湿度模型的外部空气加热段，以及用于提高气流绝对湿度的模型外部空气电加湿段；所述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均通过连接线与数据采集及控制系统相连，在数据采集及控制系统指令下调节空气温湿度。

10.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：所述模型内部空气发生装置沿空气流动方向设置，其包括过滤段、全热交换段、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以及循环风机；其中，所述过滤段过滤效率不低于99％；所述全热交换段回收气流中的余热对并对新吸入的气流进行预热或预冷；所述模型内部空气冷却段用于降低气流温度与绝对湿度；所述模型内部空气加热段用于提高气流温度与降低气流相对湿度；所述模型内部空气电加湿段用于提高气流绝对湿度；所述循环风机驱使气流进入和排出模型内部空气发生装置，并在空气发生装置及缓冲箱间流动；所述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、循环风机均通过连接线与数据采集及控制系统相连，在数据采集及控制系统指令下调节空气温湿度及流量。

11.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：所述缓冲箱前部通过进风管与排风管与模型内部空气发生装置相接；所述进风管引入经模型内部空气发生装置处理后的空气；所述排风管送出已流经缩尺建筑模型的空气；所述缓冲箱后部设有送风管与回风管；所述送风管与送风风机相连，其将处理后的空气送至缩尺模型内部；所述回风管与回风风机相连，其回收已流经缩尺建筑模型的空气。

12.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：所述输气管包括送风软管和回风软管；所述送风软管和回风软管的外径均小于转盘的圆孔孔径；所述送风软管前端与送风风机相连，后端经由转盘的圆孔进入缩尺建筑模型中；所述回风软管前端位于缩尺建筑模型中，经转盘的圆孔引出，后端与回风风机相连。

13.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：所述模型外部温湿度传感器、模型内部温湿度传感器、缓冲箱温湿度传感器的测量范围均不小于–20.0～60.0℃和0～100％RH，精度均不低于±0.5℃和±3％RH，测量频率不低于0.1Hz；所述模型外部温湿度传感器、模型内部温湿度传感器、缓冲箱温湿度传感器均通过连接线与数据采集及控制系统相连，并将所测得的温湿度数据传输至数据采集及控制系统；所述模型外部温湿度传感器位于缩尺建筑模型上游，用于监测模型外部空气温湿度；所述模型内部温湿度传感器位于缩尺建筑模型内，用于监测模型内部空气温湿度；所述缓冲箱温湿度传感器位于缓冲箱内，用于监测输送至缩尺建筑模型内的空气温湿度；所述风速传感器的测量范围不小于0～10.0m/s，精度均不低于0.1m/s，测量频率不低于0.1Hz；所述风速传感器通过连接线与数据采集及控制系统相连，其将所测得的温度数据传输至数据采集及控制系统；所述风速传感器位于缩尺建筑模型上游，用于监测风速。

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