不均匀辐射热环境试验台及其使用方法与流程

本发明属于辐射热环境测试领域，具体涉及不均匀辐射热环境试验台的装置及其使用方法。

背景技术：

在控制室内热空气环境时，通常使用空调来控制空气的温度，湿度和清洁度。从舒适性的观点出发，近年来，用于控制地板，天花板，墙壁等的表面温度的辐射冷却和辐射加热已开始普及。通过辐射来控制室内环境的方法具有许多优点，例如辐射加热的热量直接与人体进行传递和接收，能够相对降低空气温度，从而实现节能、室内温度分布较均匀和增强人体舒适感等很多优点。为了分析辐射制冷和加热，在论文《放射を利用した室内環境調整技術に関する研究》(《利用辐射进行室内环境调节技术的研究》)中，设计了一种辐射环境试验室用于研究如何计算地板加热期间地板释放的热量以及如何防止地板冷却期间结露的方法。

该论文采取的措施是开发了一个长*宽*高为3600*2700*3150mm大小的辐射环境试验室，通过冷热水辐射板直接控制试验室的地板面、墙面及天花板面的表面温度。为了在试验室的内壁上固定辐射板，以45.5mm的间隔设置40mm的柱子。所设置的辐射板是将石竹状组合的木材、ω型的铝板及交联聚乙烯管(外径8.5mm，内径6.0mm)这3个部分重叠制作而成的。另外，在辐射面板表面粘贴黑色涂装的铝带。该试验室上下设置腔室，其中下腔室存储交联聚乙烯管，可以模拟出地板制冷及地板采暖的效果。另外4个墙面中的2个墙面分成3份，按照系统要求进行温度控制，可以再现窗等隔热性能低的部分，因此能够再现室外环境对室内环境影响。另外在室内设置一台空调，用来控制室内空气温度，可以模拟出冷风制冷及暖风采暖的效果。该试验室的控制系统如下：系统分为1次侧和2次侧；在1次侧，通过检测2次侧配管内的温度，通过三通阀控制从热源到热交换器的冷热水流入量，从而控制辐射板内的冷热水的温度；在2次侧，由热交换器控制设定好水温的冷热水在冷热水辐射板中的循环；另外，热水系统为2个系统，可以控制在高温和中温两个温度。

通过此辐射环境试验室，虽然能达到计算地板加热期间地板释放的热量以及如何防止地板冷却期间结露方法的预期目的，但是该试验室(装配式房间)大小为3600*2700*3150mm，体积庞大，价格高昂，对其他研究工作者进行相关类型实验不具备普适性；该试验室的空调安装在天花板，只有上送风的效果，不适用于研究置换通风、侧送风、散流器送风等不同送风形式对试验室热环境的影响；该试验室通过冷热水辐射板直接控制试验室的地板面、墙面及天花板面的表面温度，但是冷热水辐射板的制作、安装过程复杂；试验室6个面的温度全用水系统进行控制，系统庞大且运行过程复杂，且难免出现漏水等问题；该试验室4个墙面中的2个墙面分成3份，按照系统要求进行温度控制，可以再现窗等隔热性能低的部分，以此再现室外环境对室内环境影响的环境试验室，但是此为最简单的一种房间类型，若有天窗、落地窗等不同的房间类型，则需要重新排列安装，又因为是水系统，费时费力，不够便捷；该试验室一个墙面最多分成3份，达到2种不同温度分布且分布位置固定，若研究局部温度过高或过低的不均匀辐射热环境，该试验室达不到要求。因而迫切需要一种改进的试验台可以模拟不均匀的辐射环境。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供不均匀辐射热环境试验台及其使用方法，本发明可用于热环境评价试验，特别是不均匀辐射热环境下的试验。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种不均匀辐射热环境试验台，包括一个混凝土模块底座和框架；

所述混凝土模块底座水平横截面为正方形，其内部沿水平面埋设一根环回的盘管；

所述框架为正立方体型框架，框架放置于混凝土模块底座之上，且框架的底面与混凝土模块底座相吻合，框架和混凝土模块底座一起组成一个近立方体的试验台；框架除底面外的其余五个面分别设置成宫格型结构，这五个面的每个面均由横向隔断和竖向隔断间隔成大小相等的宫格，每个宫格的四个角落的位置各设置一块磁吸铁

在至少一个宫格上固定设置天圆地方管件，在剩余的宫格上固定设置凸型电热辐射板。

作为本发明的不均匀辐射热环境试验台的改进；

所述天圆地方管件一端为方形开口，另一端为圆形开口，在天圆地方管件内腔中靠近方形开口端处设置有送回风口，天圆地方管件的方形开口端与宫格相吻合且通过磁吸铁与宫格相连，天圆地方管件的圆形开口端朝向框架外围且通过外部风管连接至外部风机盘管。

作为本发明的不均匀辐射热环境试验台的进一步改进：所述凸型电热辐射板包括大小一致的矩形的加热模块和辐射板底板；加热模块和辐射板底板相互叠合从而形成组合件；该组合件与宫格相吻合；

组合件的左右两侧固定设置辐射板框架条，辐射板框架条的底面与辐射板底板的底面齐平，辐射板框架条的顶面低于加热模块的顶面，从而使加热模块相对辐射板框架条形成凸台；

每根辐射板框架条两端各设置有一个铁片；凸型电热辐射板通过铁片和宫格上的磁吸铁固定连接在一起，加热模块朝向框架的内部，辐射板底板朝向框架的外部。

作为本发明的不均匀辐射热环境试验台的进一步改进；

在天圆地方管件的方形开口端与宫格之间设置密封圈；

在凸型电热辐射板与宫格之间设置密封圈。

作为本发明的不均匀辐射热环境试验台的进一步改进；当天圆地方管件的数量为2个时，可以在框架一个面上选二个宫格安装天圆地方管件，也可以选择两个面且每个面各取一个宫格安装天圆地方管件。

作为本发明的不均匀辐射热环境试验台的进一步改进；框架、竖向隔断、横向隔断和辐射板底板均选用隔热绝缘材料，天圆地方管件选用能被磁铁吸附的金属材料。

作为本发明的不均匀辐射热环境试验台的进一步改进；横向隔断、竖向隔断表面设置有保温棉层。

作为本发明的不均匀辐射热环境试验台的进一步改进；加热模块为电热膜或电热板。

在本发明中，盘管可以选用交联聚乙烯管；所述混凝土模块底座的厚度可以为100mm-120mm。

本发明还同时提供了上述不均匀辐射热环境试验台的使用方法，包括以下步骤：

1)、盘管中通入冷水或热水，与外界的冷水源/热水源形成循环，从而控制混凝土模块底座的温度，模拟成地面制冷与地面采暖；

2)、由外界电源对加热模块供电，加热模块通电后加热产生热量可以加热相应的宫格，通过调节加热模块的温度从而可以调整所在宫格的局部辐射温度；

3)、天圆地方管件的圆形开口端通过外部风管连接至外部风机盘管，外部风机盘管送出的冷风/热风通过圆形开口端进入天圆地方管件内腔中，再通过送回风口、天圆地方管件的方形开口端进入环境试验台内(即，由混凝土模块底座和框架组合形成的试验台的内腔中)，按实验需求选择送回风口的不同形式用以模拟不同送风形式(包括置换通风、侧送风、散流器送风)，从而实现不同送风形式下的加湿、冷风制冷或热风采暖。

作为本发明使用方法的改进：进行辐射热环境实验时，每一宫格都可以独立的设置为一个温控分区，或者将相邻的几个宫格设置为同一个温控分区，不同的温控分区进行不同的温度设置，从而形成不均匀热辐射环境。

本发明具有以下技术优势：

1、本发明与现有技术相比，采用框架结构和模块化的电热辐射板，占地空间灵活可变，可以根据所需热环境实验需求而调整框架结构大小，节省制作时间与费用，且可以灵活移动或布置在各种场所。

2、本发明与现有技术相比，使用混凝土制作成地面，更具真实性。

3、本发明与现有技术相比，每面墙可分成多个分区，每个分区温度独立控制，从而形成不均匀热辐射的实验环境。

4、本发明与现有技术相比，凸型电热辐射板和天圆地方管件采用磁铁吸附，安装和拆卸变得更加简单、灵活，更加节省时间。

5、本发明与现有技术相比，可以制造更多类型的送风形式：现有技术只用一台空调来控制室内温湿度及提供冷风制冷或热风采暖，而本发明使用模块化的天圆地方管件为试验台内提供湿度、冷风制冷或热风采暖，送风的位置可以任意变化来营造置换通风、侧送风、散流器送风等不同送风形式，从而满足不同的实验需求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为不均匀辐射热环境试验台的立体示意图；

图2为图1中的混凝土模块底座1的水平横截面示意图；

图3为图1的正视示意图；

图4为图3中的凸型电热辐射板33放大后的示意图(包括正视图和俯视图)；

图5为放大后的天圆地方管件32与宫格3连接示意图；

图6为放大后的天圆地方管件32与宫格3的正投影示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1、一种不均匀辐射热环境试验台，如图1～图6所述，包括一个混凝土模块底座1和框架2。

所述混凝土模块底座1的水平横截面为正方形，如图2所示，其内部沿水平面埋设一根环回的盘管11，该盘管11例如为交联聚乙烯管；从外界向盘管11内通入冷水或热水，从而控制混凝土模块底座1的温度来模拟地面制冷与地面采暖，为达到良好的热传递，混凝土模块底座1的厚度一般为100mm-120mm。

所述框架2为正立方体型框架(即，仅仅由12根柱体组成)，如图1和图3所示，框架2可以选用隔热绝缘材料制成并放置于混凝土模块底座1之上，框架2的底面与混凝土模块底座1相吻合(即，两者的面积大小一致)，框架2和混凝土模块底座1一起组成一个近立方体的试验台；框架2除底面外的其余5个面分别设置成宫格型结构，即由横向隔断21和竖向隔断22间隔成大小相等的宫格3，例如9宫格、15宫格和20宫格等等，横向隔断21和竖向隔断22表面可设置有保温棉层，用以更好地间隔阻断每个宫格3间的温度传递。

每个宫格3配套设有4块磁吸铁31，磁吸铁31用于吸附和固定天圆地方管件32以及凸型电热辐射板33。磁吸铁31具体可按照如下方式进行设置：每个宫格3四个角落的位置各设置1块磁吸铁31，例如当宫格3是由2个相互平行的竖向隔断22形成时，在每个竖向隔断22的两端的各设置1块磁吸铁31；当宫格3是由竖向隔断22以及与其相平行的用于组成宫格3的框架2柱体形成时，在此竖向隔断22的两端以及相应框架2柱体的两端，各设置1块磁吸铁31。

天圆地方管件32为两端开口(方形开口端、圆形开口端)的管件，如图5和图6，在天圆地方管件32内腔中靠近方形开口端处固定设置有送回风口38，天圆地方管件32选取可以被磁铁吸附的金属材料制成；天圆地方管件32的方形开口端与宫格3相吻合，通过磁吸铁31的吸附作用将圆地方管件32的方形开口端与宫格3相连，同时天圆地方管件32的另一端圆形开口朝向框架2外侧(框架2外围)，通过外部风管连接至外部风机盘管。作为优选技术方案：为了实现尽可能避免漏风，可以在天圆地方管件32的方形开口端的外侧与宫格3之间设置密封圈。

凸型电热辐射板33，如图4，包括矩形的加热模块35和辐射板底板37，加热模块35一般可以选用电热膜或电热板，加热模块35和辐射板底板37的形状和大小一致，加热模块35与辐射板底板37固定贴合在一起从而形成组合件；辐射板底板37选用绝缘隔热材料可以支撑加热模块35并隔绝热量朝外散发。

凸型电热辐射板33还包括二根由隔热绝缘材料制成的辐射板框架条34，组合件(由加热模块35和辐射板底板37组成的组合件)的左右两侧固定设置辐射板框架条34，辐射板框架条34的底面与辐射板底板37的底面齐平，辐射板框架条34的顶面低于加热模块35的顶面，从而使加热模块35相对辐射板框架条34形成凸台；每根辐射板框架条34两端各固定设置有一个铁片36，用以和磁吸铁31相吸附，从而能使凸型电热辐射板33以加热模块35朝框架2内部、辐射板底板37朝框架2外的安装方式，和宫格3固定连接在一起；凸型电热辐射板33的大小与每个宫格3的大小相匹配。同理，作为优选技术方案：为了实现尽可能避免漏风，可以在凸型电热辐射板33与宫格3之间设置密封圈。

在框架2设有宫格型结构的5个面上，随机选取一或二个宫格3，用来固定设置天圆地方管件32。当选用二个宫格3固定设置天圆地方管件32时，可以选取两个面且每个面各取一个宫格3安装天圆地方管件32，也可以在一个面上选二个宫格3安装天圆地方管件32，天圆地方管件32的圆形开口朝框架2外用以连接外部风机盘管；凸型电热辐射板33设置固定于剩余位置的宫格3上，即，除了安装天圆地方管件32的宫格3外，其余所有的宫格3均用凸型电热辐射板33填满。

实际使用时：

1)、盘管11与外界的冷水源/热水源形成循环，从而控制混凝土模块底座1的温度模拟成地面制冷与地面采暖；

2)、由外界电源对加热模块35供电，加热模块35通电后加热产生热量可以加热相应的宫格3，通过调节加热模块35的温度从而可以调整所在宫格3的局部辐射温度，进行辐射热环境实验时，将每一宫格3设置为一个温控分区，不同的宫格3进行不同的温控，从而形成不均匀热辐射环境；

3)、天圆地方管件32的圆形开口端通过外部风管连接至外部风机盘管，外部风机盘管送出的冷风/热风通过圆形开口端进入天圆地方管件32内腔中，再通过送回风口38、天圆地方管件32的方形开口端进入本环境试验台内，可以按实验需求选择送回风口38的不同形式用以模拟置换通风、侧送风、散流器送风等不同送风形式，从而实现不同送风形式下的冷风制冷或热风采暖。

按照不同送风形式设置送回风口38的形状属于常规技术，加热模块35的温度控制以及风机盘管也都属于现有的成熟技术，因此，本发明中不再详细阐述。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。