相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺及其應用的制作方法
【專利摘要】相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺及其應用。本發明為了提出一種可以對相變構件進行不同環境條件下的模擬從而得到相變構件蓄、放熱規律的裝置與方法，提供了一種相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，包括實驗箱和多路溫度巡檢儀，其中，所述實驗箱包括殼體，殼體內包括光源室、隔熱室、第一溫控室、第二溫控室，所述實驗箱還包括相變構件。本發明能夠對處于不同環境及多變環境下不同類型的相變構件進行不同應用形式的多因素研究，且實驗裝置簡單、精確，操作便捷。
【專利說明】相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺及其應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于建筑材料研究測試【技術領域】，更具體地，涉及一種相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺及其應用。該實驗臺原理科學，測試簡單方便，結果能夠準確地反映相變構件在不同環境及不同地域的氣候條件下不同類型的相變構件的蓄、放熱規律。
【背景技術】
[0002]在建筑領域，尋求一種能夠蓄積大量熱量以減緩室內溫度波動同時能夠在熱量需求較大時及時將儲存的熱量放出的建筑材料已成為建筑節能領域的重要課題。相變材料在相變區間內進行蓄、放熱時，具有相變溫度小、蓄放熱密度大的特點，將其與傳統建筑材料進行摻混制成相變儲能構件作為建筑圍護結構，能夠在一定程度上減緩室內的溫度波動，同時能夠在寒冷季節蓄積大量太陽輻射能量，使室內溫度維持在人體舒適區，并且能夠降低室內的冷、熱負荷。相變材料及相變構件的應用日益成為節能領域的研究熱點。
[0003]但近些年，多數的實驗研究只將相變材料的應用局限在一定的地域內，且研究結果在很大程度上受不同地域氣候的影響及相變材料的種類與加工方法的影響，較難得到關于相變材料或相變構件的蓄放熱特性在普遍意義上的規律與結論。而理論研究雖然具有一定的參考價值，但相比于實驗研究，畢竟缺少一定的實際意義。如果能夠提出一種可以對相變構件進行不同環境條件下的模擬從而得到相變構件蓄、放熱規律的裝置與方法，將具有極大的實驗及理論研究價值。
【發明內容】
[0004]本發明是為了滿足現有技術中存在的上述需求。更具體地，本發明的發明目目的在于:1)以光源的輻射作為相變構件的蓄能方式進行實驗研究能夠準確地模擬相變構件在實際情況下的蓄熱特性；2)通過搭建光照可調控、內環境可調控及外環境可調控的實驗臺能夠模擬不同地域、不同氣候條件下的相變構件在一天中的應用情況；3)通過相關的測試可以準確、有效、便捷地對相變構件的蓄、放熱特性進行研究；4)通過相關的測試可以準確、有效、便捷地對相變構件的蓄、放熱特性的影響因素進行研究；5)實驗臺的多用性能夠對相變構件不同的應用方式進行研究；6)相變構件可更換，這樣能夠對不同類型的相變構件的蓄、放熱特性進行研究。
[0005]相應地，根據本發明的一方面，提供了一種相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，包括實驗箱和多路溫度巡檢儀，其中，所述實驗箱包括殼體，殼體內包括光源室、隔熱室、第一溫控室、第二溫控室，所述實驗箱還包括相變構件，其中，所述光源室、隔熱室、第一溫控室、第二溫控室被依次相連接地設置，所述光源室與隔熱室之間間隔有透鏡，所述隔熱室與第一溫控室之間設置移動透光板，所述相變構件設置在所述第一溫控室與第二溫控室之間，所述多路溫度巡檢儀分別與所述第一溫控室、相變構件的向光面、相變構件的背光面、第二溫控室連接。
[0006]進一步地，所述實驗臺還包括兩個溫控儀和兩個電量表。
[0007]進一步地，所述光源室包括大功率燈泡和散熱風扇，所述大功率燈泡被設置成正對著所述透鏡。
[0008]進一步地，所述第一溫控室包括第一制熱裝置、第一制冷裝置、第一均流風扇和第一測溫熱電偶，所述第一均流風扇與第一電量表相連，所述第一制熱裝置、第一制冷裝置與第一測溫熱電偶均被連接到第一溫控儀，所述第一溫控室左側設置移動透光板。
[0009]進一步地，所述第一溫控室包括第二制熱裝置、第二制冷裝置、第二均流風扇和第二測溫熱電偶，所述第二均流風扇與第二電量表相連，所述第二制熱裝置、第二制冷裝置與第二測溫熱電偶均被連接到第二溫控儀，所述第二溫控室右側設置移動透光板。
[0010]進一步地，所述相變構件的上部及下部為隔熱層，隔熱層與相變構件及殼體緊密結合。
[0011]進一步地,所述相變構件包括標準相變構件或保溫型相變構件。
[0012]進一步地，所述多路溫度巡檢儀接入所述第一測溫熱電偶、第二測溫熱電偶、第三測溫熱電偶、第四測溫熱電偶，所述第三和第四測溫熱電偶分別連接所述相變構件的向光面和背光面。
[0013]根據本發明的另一方面，提供了一種根據上述相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺在外墻實驗中的應用，第一溫控室用以模擬相變構件在實際工程使用中的室內環境，即前文所述的內環境；包括:
[0014]I)在蓄熱階段，光源開啟，設相變構件向光面的逐時光照強度為E，光照時間為τ i，相變構件的面積即光照面積為S，則相變構件所接受的輻射熱量為:
[0015]
【權利要求】
1.一種相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，包括實驗箱和多路溫度巡檢儀，其中，所述實驗箱包括殼體，殼體內包括光源室、隔熱室、第一溫控室、第二溫控室，其特征在于，所述實驗箱還包括相變構件，其中，所述光源室、隔熱室、第一溫控室、第二溫控室被依次相連接地設置，所述光源室與隔熱室之間間隔有透鏡，所述隔熱室與第一溫控室之間設置移動透光板，所述相變構件設置在所述第一溫控室與第二溫控室之間，所述多路溫度巡檢儀分別與所述第一溫控室、相變構件的向光面、相變構件的背光面、第二溫控室連接。
2.根據權利要求1所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，其特征在于，所述實驗臺還包括兩個溫控儀和兩個電量表。
3.根據權利要求1所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，其特征在于，所述光源室包括大功率燈泡和散熱風扇，所述大功率燈泡被設置成正對著所述透鏡。
4.根據權利要求2所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，其特征在于，所述第一溫控室包括第一制熱裝置、第一制冷裝置、第一均流風扇和第一測溫熱電偶，所述第一均流風扇與第一電量表相連，所述第一制熱裝置、第一制冷裝置與第一測溫熱電偶均被連接到第一溫控儀，所述第一溫控室左側設置移動透光板。
5.根據權利要求4所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，其特征在于，所述第一溫控室還包括第二制熱裝置、第二制冷裝置、第二均流風扇和第二測溫熱電偶，所述第二均流風扇與第二電量表相連，所述第二制熱裝置、第二制冷裝置與第二測溫熱電偶均被連接到第二溫控儀，所述第二溫控室右側設置移動透光板。
6.根據權利要求1-5之一所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，其特征在于，所述相變構件的上部及下部為隔熱層，隔熱層與相變構件及殼體緊密結合。
7.根據權利要求1-5之一所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，其特征在于，所述相變構件包括標準相變構件或保溫型相變構件。
8.根據權利要求1-5之一所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺，其特征在于，所述多路溫度巡檢儀接入所述第一測溫熱電偶、第二測溫熱電偶、第三測溫熱電偶、第四測溫熱電偶，所述第三和第四測溫熱電偶分別連接所述相變構件的向光面和背光面。
9.一種根據權利要求1-8之一所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺在外墻實驗中的應用，第一溫控室用以模擬相變構件在實際工程使用中的室內環境，即前文所述的內環境；包括: I)在蓄熱階段，光源開啟，設相變構件向光面的逐時光照強度為E，光照時間為T1，相變構件的面積即光照面積為S，則相變構件所接受的輻射熱量為:β" = ￡ ESdr 同時，相變構件存在著與第一溫控室及第二溫控室的對流換熱，分別通過測溫熱電偶由多路溫度巡檢儀測得第一溫控室內的空氣溫度為α、相變構件向光面溫度為t2、第二溫控室內的空氣溫度為t3、相變構件背光面溫度為t4，并繪制溫度的實時變化曲線，其中相變構件向光面與第一溫控室內空氣的對流換熱系數為4，相變構件背光面與第二溫控室內空氣的對流換熱系數為h2，則相變構件向光面與背光面的對流換熱量分別為:
得出相變構件在一定光照條件下的蓄熱量為:
Ql Qin Qoutl ^out2 2)在放熱階段，光源關閉，相變構件只有熱量的流出而無熱量的流入，光源的關閉時間為τ2，分別通過測溫熱電偶由多路溫度巡檢儀測得第一溫控室內的空氣溫度為t' 1、相變構件向光面溫度為t' 2、第二溫控室內的空氣溫度為t' 3、相變構件背光面溫度為t' 4，并繪制溫度的實時變化曲線，相變構件向光面與第一溫控室內空氣的對流換熱系數為h3，相變構件背光面與第二溫控室內空氣的對流換熱系數為h4，則相變構件向光面與背光面的對流換熱量分別為:
Qi。-及…wt2即分別是相變構件的室內放熱量及室外放熱量。
10.根據權利要求9所述的應用，在蓄熱階段，如果第一溫控室或第二溫控室的制熱及制冷裝置沒有開啟，則相變構件向光面及背光面的對流換熱量還可根據第一溫控室及第二溫控室內空氣的溫升得出:設第一溫控室內空氣的體積為V1及第二溫控室內空氣的體積為V2，空氣的比熱為C與密度為P，通過多路溫度巡檢儀所記錄的在放熱測試開始時第一溫控室的初始溫度^、第二溫控室的初始溫度^及放熱測試結束時第一溫控室的溫度tn、第二溫控室的溫度t12，便可得到第一溫控室及第二溫控室內空氣所吸收的熱量分別為:
Qkl = c P V1 (tn-t01)
Qk2 = c P V2 (t12-t02) 第一溫控室及第二溫控室內空氣所吸收的熱量既包括相變構件的散熱量，也包括第一均流風扇及第二均流風扇的做功與散熱量，第一均流風扇及第二均流風扇的做功與散熱量分別可以通過與之相連接的第一電量表讀數Qfl及第二電量表的讀數Qf2得到，則相變構件向光面的散熱量及背光面的散熱量分別為:
Q0Utl — Qkl-Qfl
Q0Ut2 一 Qk2_Qf2。
11.根據權利要求9所述的應用，在放熱階段，如果第一溫控室或第二溫控室的制熱及制冷裝置沒有開啟，則相變構件的放熱量還可采用如下方法進行計算:設第一溫控室內空氣的體積為V1及第二溫控室內空氣的體積為V2，空氣的比熱為C與密度為P，通過多路溫度巡檢儀所記錄的在放熱測試開始時第一溫控室的初始溫度t' C11、第二溫控室的初始溫度t' C12及放熱測試結束時第一溫控室的溫度t' n、第二溫控室的溫度t' 12，便可得到第一溫控室及第二溫控室內空氣所吸收的熱量分別為:
Q1 k! = CP V1(t/ 11-t/ 01)Q' J52 = CpV2Ct' 12~t' 02) 第一均流風扇及第二均流風扇的做功與散熱量分別可以通過與之相連接的第一電量表讀數V fl及第二電量表的讀數V f2得到，則相變構件的室內放熱量及室外放熱量分別為: Q outl — Q kl_Q fl
Q out2 — Q k2_Q f2。
12.一種根據權利要求1-8之一所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺在內墻實驗中的應用，第一溫控室用以模擬相變構件在實際工程使用中的室內環境， 1)在蓄熱階段，光源開啟，相變構件既有熱量的流入又有熱量的流出，相變構件向光面的逐時光照強度為E，光照時間為τ i，相變構件的面積即光照面積為S，則相變構件所接受的輻射熱量為:
分別通過測溫熱電偶由多路溫度巡檢儀測得第一溫控室內的空氣溫度α、相變構件向光面溫度t2，并繪制溫度的實時變化曲線，相變構件向光面與第一溫控室內空氣的對流換熱系數為Ii1，則相變構件向光面的對流換熱量為:
根據以上兩式便可得出相變構件在一定光照條件下的蓄熱量為:
Q1 = Qin-Q0Ut 2)在放熱階段，光源關閉，相變構件只有熱量的流出而無熱量的流入，光源的關閉時間為τ2，分別通過測溫熱電偶由多路溫度巡檢儀測得第一溫控室內的空氣溫度為t' 1、相變構件向光面溫度為t' 2，并繪制溫度的實時變化曲線，相變構件向光面與第一溫控室內空氣的對流換熱系數為h2，則相變構件向光面的對流換熱量為:
13.根據權利要求12的應用，如果第一溫控室的制熱及制冷裝置沒有開啟，則相變構件向光面的對流換熱量還可根據第一溫控室內空氣的溫升得出:設第一溫控室內空氣的體積為V1，空氣的比熱為c與密度為P，通過多路溫度巡檢儀所記錄的在放熱測試開始時第一溫控室的初始溫度^及放熱測試結束時第一溫控室的溫度tn，便可得到第一溫控室內空氣所吸收的熱量為:
Qkl = c P V1 (tn-t01) 第一均流風扇的做功與散熱量可以通過與之相連接的第一電量表的讀數Qfl得到，則相變構件向光面的散熱量為:
Q0Ut — Qkl-Qfl。
14.根據權利要求12的應用，如果第一溫控室的制熱及制冷裝置沒有開啟，則相變構件的放熱量還可采用如下方法進行計算:第一溫控室內空氣的體積為V1，空氣的比熱為C與密度為P，通過多路溫度巡檢儀所記錄的在放熱測試開始時第一溫控室的初始溫度t/ C11及放熱測試結束時第一溫控室的溫度t' n，便可得到第一溫控室內空氣所吸收的熱量為:
Q' ki = CPv1(t/ 11-t/ 01) 第一均流風扇的做功與散熱量可以通過與之相連接的第一電量表讀數Q, fl得到，則相變構件的室內放熱量為:
Q outl — Q kl_Q fl。
15.一種根據權利要求1-8之一所述的相變構件蓄、放熱性能研究實驗臺在內墻通風實驗中的應用，第一溫控室用以模擬相變構件在實際工程使用中的室內環境，第二溫控室用以模擬相變構件的內墻通風環境，內墻通風實驗需要將相變構件加工成標準相變構件； 1)在蓄熱階段，光源開啟，相變構件向光面的逐時光照強度為E，光照時間為T1，相變構件的面積即光照面積為S，則相變構件所接受的輻射熱量為:
同時，分別通過測溫熱電偶由多路溫度巡檢儀測得第一溫控室內的空氣溫度為、相變構件向光面溫度為t2、第二溫控室內的空氣溫度為t3、相變構件背光面溫度為t4，并繪制溫度的實時變化曲線，相變構件向光面與第一溫控室內空氣的對流換熱系數為4，相變構件背光面與第二溫控室內空氣的對流換熱系數為h2，則相變構件向光面與背光面的對流換熱量分別為:
根據以上幾式便可得出相變構件在一定光照條件下的蓄熱量為:
Ql=Qin- Qoutl-Qout2 2)在放熱階段，光源關閉，相變構件只有熱量的流出而無熱量的流入，光源的關閉時間為τ2，分別通過測溫熱電偶由多路溫度巡檢儀測得第一溫控室內的空氣溫度為t' 1、相變構件向光面溫度為t' 2、第二溫控室內的空氣溫度為t' 3、相變構件背光面溫度為t' 4，并繪制溫度的實時變化曲線，其中相變構件向光面與第一溫控室內空氣的對流換熱系數為h3，相變構件背光面與第二溫控室內空氣的對流換熱系數為比，則相變構件向光面與背光面的對流換熱量分別為:
16.根據權利要求15的應用，如果第一溫控室或第二溫控室的制熱及制冷裝置沒有開啟，則相變構件向光面及背光面的對流換熱量還可根據第一溫控室及第二溫控室內空氣的溫升得出:第一溫控室內空氣的體積為V1及第二溫控室內空氣的體積為V2,空氣的比熱為c與密度為P，通過多路溫度巡檢儀所記錄的在放熱測試開始時第一溫控室的初始溫度U、第二溫控室的初始溫度U及放熱測試結束時第一溫控室的溫度tn、第二溫控室的溫度t12，便可得到第一溫控室及第二溫控室內空氣所吸收的熱量分別為:
Qoutl 一 Qkl-Qfl
Qout2 一 Qk2_Qf2 第一均流風扇及第二均流風扇的做功與散熱量分別可以通過與之相連接的第一電量表讀數Qfl及第二電量表的讀數Qf2得到，則相變構件的室內放熱量及通風散熱量分別為:
17.根據權利要求15的應用，如果第一溫控室或第二溫控室的制熱及制冷裝置沒有開啟，則相變構件的放熱量還可采用如下方法進行計算，第一溫控室內空氣的體積為V1及第二溫控室內空氣的體積為V2，空氣的比熱為c與密度為P，通過多路溫度巡檢儀所記錄的放熱測試開始時第一溫控室的初始溫度t' C11、第二溫控室的初始溫度t' C12及放熱測試結束時第一溫控室的溫度t' n、第二溫控室的溫度t' 12，便可得到第一溫控室及第二溫控室內空氣所吸收的熱量分別為:
Q' ki = CPV1U' n_t' 01)
Q' J52 = CpV2Ct' ^-t1 02) 第一均流風扇及第二均流風扇的做功與散熱量分別可以通過與之相連接的第一電量表讀數V fl及第二電量表的讀數V f2得到，則相變構件的室內放熱量及通風放熱量分別為: Q outl — Q kl_Q fl
Q out2 — Q k2_Q f2。
【文檔編號】G01N25/20GK104132958SQ201410191227
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月7日 優先權日:2014年5月7日
【發明者】謝靜超, 劉加平, 王未 申請人:北京工業大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
