專利名稱：建筑室內自然通風模型測試系統及測試方法
技術領域：
本發明涉及室內自然通風測試領域，具體是指一種建筑室內自然通風模型測試系
統及測試方法。
背景技術：
自然通風是重要的生態建筑觀念，建筑室內自然通風一方面可以在夏季或過渡季 節改善室內熱環境、帶走潮濕污濁的空氣、加速人體表面皮膚汗液的揮發，從而提高人體的 舒適感；另一方面，自然通風可以不消耗不可再生能源來提供新鮮清潔的自然空氣，有利于 節約能源、保護環境。建筑意義上的自然通風指的是通過有目的的開口，在風壓和熱壓作用 下產生空氣流動。 目前建筑室內自然通風的評價主要是采用數值模擬方式，即采用流體計算軟件， 選取建筑物不同高度處典型樓層和戶型進行室內流場的計算機數值模擬分析。由于流體的 復雜性，計算模擬往往需采用假定條件，計算模型還沒有完善的理論支持，因此采用計算機 模擬方式來評估建筑物自然通風還存在很多未知因素，而且不夠直觀。目前采用試驗臺進 行自然通風模型測試和評價的實驗方式還未開展，但該方法可直接測試室內自然通風狀態 下的風速、風向和流場分布，并以此為依據對建筑室內自然通風效果進行評估。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種建筑室內自然通風模型測試系統，該測試系統通過 實物模型進行自然通風狀態參數的測試，可靈活布置戶型及室內裝修布局，并且測試結果 直觀可信。 本發明的這一目的通過如下技術方案來實現的一種建筑室內自然通風模型測試 系統，其特征在于所述測試系統包括建筑室內模型、多點壓力加載系統、風速測量系統和 流場顯示系統，所述的多點壓力加載系統與所述建筑室內模型相連，向所述建筑室內模型 內加載壓力，所述的風速測量系統伸入所述建筑室內模型內，采集所述建筑室內模型內的 風速數據信息，所述的流場顯示系統與所述建筑室內模型相連，向所述建筑室內模型內釋 放有色氣體，并且通過拍攝有色氣體的分布狀態來顯示所述建筑室內模型內風速的流場分 布。 本發明的測試系統可靈活布置戶型及室內裝修布局，利用壓差原理實現風壓驅動 下室內自然通風狀況的測試分析，該系統解決了計算機模擬結果不可信、不直觀的技術問 題，同時解決了行業內無測試檢測系統，無法開展建筑自然通風科學試驗的難題，符合目前 建筑節能的實際需求。 本發明中所述的多點壓力加載系統為兩套，兩套多點壓力加載系統分別設置在 所述建筑室內模型的兩側，當其中一套多點壓力加載系統向所述建筑室內模型施加正壓力 時，另一套多點壓力加載系統向所述建筑室內模型施加負壓力。 所述的多點壓力加載系統包括風機、靜壓箱和斷面擴大器，所述風機通過管道與
3所述靜壓箱相連，所述風機與所述靜壓箱之間的管道上安裝有總閥門，用于調節進入所述 靜壓箱的流量，所述靜壓箱與多個支路管道相連，所述的斷面擴大器與所述多個支路管道 數量相等，分別安裝在所述多個支路管道的端部，所述的多個支路管道中的每一個支路管 道上均安裝有支路閥門，用于控制由所述靜壓箱輸出的氣流壓力，所述斷面擴大器與所述 建筑室內模型的窗口相連，通過所述建筑室內模型的窗口向所述建筑室內模型內加載壓 力。 本發明中，風機為本系統提供最初始的壓力源，按照自然通風實驗要求和實際窗 口壓力分布情況，需要對窗口施加正壓力或負壓力，因此本實驗臺配備兩套多點壓力加載 系統，其中兩臺風機根據實際情況進行鼓風或者抽風設置。風機選型時需著重考慮其額定 送風量、出口管道全壓以及電機功率等，此外對于本實驗臺來說，還應要求其振動小，噪音 低，滿足室內實驗的要求。 本發明中所述的風速測量系統包括風速測試探頭和數據采集儀，所述風速測試 探頭伸入所述建筑室內模型內，測試所述建筑室內模型內的風速，并將測試到的風速轉換 成風速數據信息傳輸給所述的數據采集儀，所述數據采集儀采集所述風速測試探頭傳輸來 的風速數據。風速測量系統主要解決室內模型不同功能區域的風速分布的測試。
本發明中所述的流場顯示系統包括壓力源、有色氣體源、分管器和攝像儀，所述 的壓力源通過管道與所述有色氣體源一端相連，驅動有色氣體源的流動，所述壓力源與所 述有色氣體源相連的管道上安裝有用于調節驅動壓力的大小的閥門，所述有色氣體源的另 一端與所述分管器相連，所述分管器具有多個氣體通道，每一個氣體通道的端頭均伸入所 述的建筑室內模型內，并且每一個氣體通道的端頭均安裝有用于噴射有色氣體的噴嘴，所 述的攝像儀位于所述建筑室內模型的上方，拍攝所述噴嘴噴射出的有色氣體在所述建筑室 內模型內的分布狀態，從而顯示風速的流場分布。流場顯示系統主要解決室內自然通風狀 態下，各功能分區流場分布的直觀顯示。 本發明通過在建筑縮尺模型的門、窗、洞口處加載指定的壓力差，驅動建筑內部空 氣流動實現自然通風，通過測量手段獲得建筑內部的風速和流場分布情況來評價自然通風 的效果。可以方便的進行各種類型建筑物、各種戶型布置、各種室內裝修方式下建筑物室內 自然通風指標的試驗測試和評估。 本發明的目的之二是提供上述建筑室內自然通風模型測試系統的測試方法。
本發明的這一目的通過如下技術方案來實現的一種建筑室內自然通風模型測試 方法，其特征在于所述方法包括如下步驟(l)通過多點壓力加載系統向建筑室內模型內 加載壓力；(2)通過流場顯示系統向建筑室內模型內釋放有色氣體；(3)將風速測量系統伸 入所述建筑室內模型內，采集所述建筑室內模型內的風速數據信息；(4)通過流場顯示系 統拍攝有色氣體的分布狀態來顯示建筑室內模型內風速的流場分布。
與現有技術相比，本發明具有如下顯著優點 (1)本發明避免了目前自然通風測試需在現場布置儀器設備進行采集帶來的限 制，而且測試環境和測試時間易控，保證了測量結果的準確性和適用性。 (2)本發明通過多點壓力加載系統實現對各門、窗、洞口處的正負壓差進行模擬和 控制，實現裝置和設備簡單易行。
(3)本發明通過在壓力通道上設置閥門和靜壓箱，可以根據實際要求方面的調節
4出建筑物模型室外各窗口的正風壓和負風壓，且能保持相應位置處壓力的持續、穩定和均 勻性。 (4)本發明斷面擴大器的設計簡單方面，通過壓力導管與靜壓箱相連，方便與壓力 測試設備相連，以便實時監測窗口處輸入壓力值。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。 圖1是本發明的整體結構示意圖； 圖2是本發明的多點壓力加載系統的結構示意圖； 圖3是本發明中斷面擴大器的結構示意圖； 圖4是本發明中風速測量系統的結構示意圖； 圖5是本發明的流場顯示系統除去攝像儀后的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1至圖5所示的一種建筑室內自然通風模型測試系統，測試系統包括建筑室 內模型2、多點壓力加載系統1、風速測量系統4和流場顯示系統3，多點壓力加載系統1與 建筑室內模型2相連，向建筑室內模型2內加載壓力，風速測量系統4伸入建筑室內模型2 內，采集建筑室內模型2內的風速數據信息，流場顯示系統3與建筑室內模型2相連，向建 筑室內模型2內釋放有色氣體，并且通過拍攝有色氣體的分布狀態來顯示建筑室內模型內 2風速的流場分布。 建筑室內模型2是指按照一定的縮尺比例，對建筑外墻、室內分隔、門窗構造和室 內家具布置等進行模擬，建立主要戶型的布局模式，模型的大小尺寸需要滿足實驗室內測 量等要求。 多點壓力加載系統1為兩套，兩套多點壓力加載系統1分別設置在建筑室內模型 的兩側，當其中一套多點壓力加載系統向建筑室內模型施加正壓力時，另一套多點壓力加 載系統向建筑室內模型施加負壓力。 多點壓力加載系統1包括風機101、靜壓箱103和斷面擴大器105，風機101通過 管道102與靜壓箱103相連，風機與靜壓箱之間的管道上安裝有總閥門，用于調節進入靜壓 箱的流量，靜壓箱103與多個支路管道104相連，斷面擴大器105與多個支路管道104數量 相等，分別安裝在多個支路管道104的端部，多個支路管道104中的每一個支路管道上均安 裝有支路閥門，用于控制由靜壓箱輸出的氣流壓力，多點壓力加載系統通過調節總閥門和 支路閥門與靜壓箱共同作用達到輸出制定穩定氣壓的目的，斷面擴大器105與建筑室內模 型2的窗口相連，通過建筑室內模型的窗口向建筑室內模型2內加載壓力。
靜壓箱103的作用是一方面對風機出口風壓和氣流進行調整、穩定，另一方面通 過多個支路管道104向建筑室內模型2的窗口提供穩定風壓。靜壓箱103由進風管、箱體 和出風管組成。箱體采用不銹鋼鐵皮密閉制作而成，長400mm、寬400mm、厚100mm，在箱體兩 側分別焊接有進、出風口 。其中進風口采用圓鋼管制作，外徑為8mm，長度100mm，與箱體一 側焊接，在進風管處設置總閥門，控制總進風量；在箱體另一側焊接有五個等間距出風管， 出風管也采用圓鋼管制作，外徑為4mm，長度lOOmm，在靠近箱體一段設置分閥門，控制直管
5風量和壓力，另外在出風管中部設置泄壓管，泄壓管端部設置閥門，與大氣接觸，起到穩定出風管壓力的作用。 從靜壓箱出風管引出一段送風軟管，約500 1000mm長，軟管與斷面擴大器105相連，通過該斷面擴大器105將風壓加載到建筑室內模型2的窗口上。該斷面擴大器105為錐形結構，采用不銹鋼鐵皮制作而成，斷面擴大器105的擴大端的斷面面積約在1200rnm2左右，為了便于與模型洞口處密封連接，擴大端粘接有橡膠墊圈，與建筑室內模型2連接時采用熱熔膠進行密封。 風速測量系統4主要解決室內模型不同功能區域的風速分布的測試，它包括風速測試探頭401和數據采集儀402，風速測試探頭401伸入建筑室內模型2內，測試建筑室內模型2內的風速，并將測試到的風速轉換成風速數據信息傳輸給數據采集儀402，數據采集儀402采集風速測試探頭401傳輸來的風速數據。 流場顯示系統3主要解決室內自然通風狀態下，各功能分區流場分布的直觀顯示，它包括壓力源301、有色氣體源302、分管器303和攝像儀305，壓力源301通過管道與有色氣體源302 —端相連，驅動有色氣體源的流動，壓力源與有色氣體源相連的管道上安裝有用于調節驅動壓力的大小的閥門，有色氣體源302的另一端與分管器303相連，分管器303具有多個氣體通道，每一個氣體通道的端頭均伸入建筑室內模型內，安裝在測試點上，每一個氣體通道的端頭均安裝有用于噴射有色氣體的噴嘴304，攝像儀305位于建筑室內模型2的上方，進行多角度拍攝噴嘴304噴射出的有色氣體在建筑室內模型2內的分布狀態，從而顯示風速的流場分布。 本實施例測試系統的工作過程如下采用兩套壓力加載系統，一套用于產生正壓，
另一套產生負壓，實現建筑物外部的正負壓分布。開啟風機，利用壓力采集儀器監測靜壓箱
及斷面擴大器內的壓力，同時通過調節壓力加載系統的閥門，直到達到既定的建筑物窗口
壓力分布；然后開啟流場顯示系統的閥門，實現可控的室內有色氣體源；同時開啟攝像儀
及風速測量系統，即可多方面的獲得該待測建筑模型的室內的流場速度信息和流場分布信
息，根據測試結果建筑物評估室內自然通風狀態，為建筑設計提供依據和指導。 采用上述測試系統的測試方法包括如下步驟(1)通過多點壓力加載系統向建筑
室內模型內加載壓力；(2)通過流場顯示系統向建筑室內模型內釋放有色氣體；(3)將風速
測量系統伸入所述建筑室內模型內，采集所述建筑室內模型內的風速數據信息；(4)通過
流場顯示系統拍攝有色氣體的分布狀態來顯示建筑室內模型內風速的流場分布。
權利要求
一種建筑室內自然通風模型測試系統，其特征在于所述測試系統包括建筑室內模型(2)、多點壓力加載系統(1)、風速測量系統(4)和流場顯示系統(3)，所述的多點壓力加載系統(1)與所述建筑室內模型(2)相連，向所述建筑室內模型(2)內加載壓力，所述的風速測量系統(4)伸入所述建筑室內模型(2)內，采集所述建筑室內模型(2)內的風速數據信息，所述的流場顯示系統(3)與所述建筑室內模型(2)相連，向所述建筑室內模型(2)內釋放有色氣體，并且通過拍攝有色氣體的分布狀態來顯示所述建筑室內模型內(2)風速的流場分布。
2. 根據權利要求1所述的一種建筑室內自然通風模型測試系統，其特征在于所述的多點壓力加載系統(1)為兩套，兩套多點壓力加載系統(1)分別設置在所述建筑室內模型 的兩側，當其中一套多點壓力加載系統向所述建筑室內模型施加正壓力時，另一套多點壓 力加載系統向所述建筑室內模型施加負壓力。
3. 根據權利要求2所述的一種建筑室內自然通風模型測試系統，其特征在于所述的多點壓力加載系統(1)包括風機(101)、靜壓箱(103)和斷面擴大器(105)，所述風機(101) 通過管道(102)與所述靜壓箱(103)相連，所述風機與所述靜壓箱之間的管道上安裝有總 閥門，用于調節進入所述靜壓箱的流量，所述靜壓箱(103)與多個支路管道(104)相連，所 述的斷面擴大器(105)與所述多個支路管道(104)數量相等，分別安裝在所述多個支路管 道(104)的端部，所述的多個支路管道(104)中的每一個支路管道上均安裝有支路閥門，用 于控制由所述靜壓箱輸出的氣流壓力，所述斷面擴大器(105)與所述建筑室內模型(2)的 窗口相連，通過所述建筑室內模型的窗口向所述建筑室內模型(2)內加載壓力。
4. 根據權利要求1所述的一種建筑室內自然通風模型測試系統，其特征在于所述的 風速測量系統(4)包括風速測試探頭(401)和數據采集儀(402)，所述風速測試探頭(401) 伸入所述建筑室內模型(2)內，測試所述建筑室內模型(2)內的風速，并將測試到的風速轉 換成風速數據信息傳輸給所述的數據采集儀(402)，所述數據采集儀(402)采集所述風速 測試探頭(401)傳輸來的風速數據。
5. 根據權利要求1所述的一種建筑室內自然通風模型測試系統，其特征在于所述的 流場顯示系統(3)包括壓力源(301)、有色氣體源(302)、分管器(303)和攝像儀(305)，所 述的壓力源(301)通過管道與所述有色氣體源(302) —端相連，驅動有色氣體源的流動，所 述壓力源與所述有色氣體源相連的管道上安裝有用于調節驅動壓力的大小的閥門，所述有 色氣體源(302)的另一端與所述分管器(303)相連，所述分管器(303)具有多個氣體通道， 每一個氣體通道的端頭均伸入所述的建筑室內模型內，并且每一個氣體通道的端頭均安裝 有用于噴射有色氣體的噴嘴(304)，所述的攝像儀(305)位于所述建筑室內模型(2)的上 方，拍攝所述噴嘴(304)噴射出的有色氣體在所述建筑室內模型(2)內的分布狀態，從而顯 示風速的流場分布。
6. 如權利要求1所述的建筑室內自然通風模型測試系統的測試方法，其特征在于所 述方法包括如下步驟(l)通過多點壓力加載系統向建筑室內模型內加載壓力；(2)通過流 場顯示系統向建筑室內模型內釋放有色氣體；(3)將風速測量系統伸入所述建筑室內模型 內，采集所述建筑室內模型內的風速數據信息；(4)通過流場顯示系統拍攝有色氣體的分 布狀態來顯示建筑室內模型內風速的流場分布。
全文摘要
本發明公開了一種建筑室內自然通風模型測試系統及測試方法，測試系統包括建筑室內模型、多點壓力加載系統、風速測量系統和流場顯示系統，多點壓力加載系統與建筑室內模型相連，向建筑室內模型內加載壓力，風速測量系統伸入建筑室內模型內，采集建筑室內模型內的風速數據信息，流場顯示系統與建筑室內模型相連，向建筑室內模型內釋放有色氣體，并且通過拍攝有色氣體的分布狀態來顯示建筑室內模型內風速的流場分布。該測試系統通過實物模型進行自然通風狀態參數的測試，可靈活布置戶型及室內裝修布局，可以方便的進行各種類型建筑物、各種戶型布置、各種室內裝修方式下建筑物室內自然通風指標的試驗測試和評估，并且測試結果直觀可信。
文檔編號G01M99/00GK101776530SQ20091021409
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者李慶祥, 楊仕超, 許偉, 黃啟明 申請人:廣東省建筑科學研究院;廣東省建筑工程集團有限公司