研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置的制造方法

文档序号:10568588阅读:589来源:国知局
研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,包括室外环境参数模拟装置、室内环境参数模拟装置、横纵异向热湿耦合实验块、实验台台架,室外环---境参数模拟装置由空气热环境模拟风管及喷淋装置组成,室内环境参数模拟装置由恒温水浴板、水浴温度测点、水浴速度测点、水泵组成;横纵异向热湿耦合实验块由传热土体、土体温度测点、土体相对湿度测点、热流密度测点组成;传热土体支撑架有5%的倾斜度,可移动整体支撑架下部设有四个地轮。该装置可简便地改变恒温水浴的流速及温度和室外环境周期性变化,使得实验块土体参数发生变化,经过动态分析,给出地下空间围护结构中侧面土体在室内外周期性温湿度边界条件下的长期蓄放热特性。
【专利说明】
研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种地下空间建筑热环境研究的实验装置,具体涉及一种地下空间围 护结构中侧面土体在室内外周期性温湿度边界条件下的长期蓄放热特性研究的的实验装 置。
【背景技术】
[0002] 如今,地下空间作为现代城市的重要组成部分,其建筑面积不断增大,建筑功能不 断增多,在书店、餐饮、地铁等地下建筑热环境中,都存在围护结构侧土体蓄放热问题。已知 其对室内热环境有以下影响:一是对室内空气温湿度具有平衡调节作用,这一作用既影响 了室内冷热负荷和空调周期长度,又影响了非空调周期的通风和室内温度场的形成;二是 土体蓄放热规律作用下的周期性小幅波动较稳定的壁温会形成稳定的辐射换热,进而影响 人体热舒适性,则从舒适节能的角度出发,需要研究地下空间围护结构土体长期蓄放热特 性。本发明是针对地下空间侧面土体长期蓄放热演化规律进行研究的实验装置,该规律影 响了地下空间建筑运行能耗以及人体的热舒适性。而这方面的相关研究鲜见报道,为此对 于土体的横纵方向的蓄放热研究显得尤为重要。
[0003]目前针对土壤热质传递规律的研究有很多,一方面关于地铁隧道围岩土体蓄热, 南京大学李晓昭教授和同济大学于连广学者分别从土木工程和水渗流的角度研究了地铁 隧道围岩传热量与温度分布;另一方面针对地下空间围岩热湿传递与负荷计算,重庆大学 付祥钊教授和西安建筑科技大学李安桂教授多年来一直关注以地下水电站为代表的多孔 介质墙体与室内空气动态热湿传递与气流组织优化;姚杨、姜益强等教授,周光伟学者和朱 培根教授对地下空间用能和室外温度周期变化边界条件下的负荷计算进行了二维建模与 软件编程。上述学者从不同角度针对地下空间土体的温度场和负荷计算进行了研究,为地 下空间的发展做出了杰出贡献,但大多研究只考虑地下空间室外或室内一侧的边界条件, 对室外边界条件也未考虑湿度变化,即只考虑到了一维变化而忽视了二维方向的热湿耦 合。对于地下空间侧面土体蓄放热的周期性变化规律也未提及。而该实验装置不仅考虑了 实际地下空间的湿度影响,还加入了二维方向的热湿耦合,最大程度地还原了地下空间的 真实情况,为准确地研究地下空间工况提供了良好的实验保障。因此研究地下空间围护结 构中侧面土体在室内外周期性温湿度边界条件下二维横纵耦合形成的长期蓄放热特性具 有一定的研究意义。

【发明内容】

[0004]本发明是要提供一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,该 实验装置克服了地下空间土壤蓄放热演化规律研究中实测情况下难以测量土壤热湿变化 参数的问题,弥补了数值模拟受限于物理建模和边界条件设定的制约,且本装置工况调节 方便,实验数据可以简单获取,极大程度地再现了地下空间侧部土体在室内外周期性温度 边界条件下横纵异向蓄放热的演化规律;通过该演化规律可以给出地下空间围护结构的蓄 放热特性,可以作为地下空间负荷及能耗研究的重要基础,并可分析预测室内空调季节冷 负荷,给出非空调季节室内气温波动特性,为地下空间空调负荷设计提供了指导意义。
[0005] 为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
[0006] -种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,包括室外环境参数 模拟装置、室内环境参数模拟装置、横纵异向热湿耦合实验块、实验台台架,所述室外环境 参数模拟装置、室内环境参数模拟装置置于实验台台架上面,室外环境参数模拟装置与室 内环境参数模拟装置之间放置横纵异向热湿耦合实验块;
[0007] 所述室外环境参数模拟装置由热环境模拟风管、喷淋装置、温度探头、湿度探头及 空气温湿度控制柜组成;恒温恒湿空气从热环境模拟风管侧面进口进入,依次经过变频风 机、加热器、加湿器进入土壤与室外环境热湿交换区域,再经由热环境模拟风管1出口排至 恒温恒湿室排风口;所述热环境模拟风管内装有喷淋装置,用于模拟室外降水;
[0008] 所述室内环境参数模拟装置由恒温水浴板、水浴温度测点、水浴速度测点、水栗、 恒温水浴控制柜组成;恒温水浴板、水浴温度测点、水浴速度测点设置在近横纵异向热湿耦 合实验块的土体一侧,恒温水浴控制柜通过水栗、供回水管进行水流循环,恒温水浴控制柜 连接水浴温度测点、水浴速度测点的探头以及水栗,通过各测点的分析流态,调节恒温水浴 板内水流温度及流速;
[0009] 所述横纵异向热湿耦合实验块由用于研究土壤蓄热特性的传热土体、土体温度测 点、土体相对湿度测点、热流密度测点、土体参数集中显示仪组成;传热土体顶面设置土体 温度测点、土体相对湿度测点、热流密度测点,所述土体温度测点、土体相对湿度测点、热流 密度测点的探头通过导线连接土体参数集中显示仪,通过土体温度测点得到土体温度分布 体现土体显热变化、通过土体相对湿度测点得到土体含水率变化、通过热流密度测点得到 土体内的潜热变化;并且土体显热变化、土体含水率变化、潜热变化共同反应土体总热量随 时间的变化,进而得到土体蓄放热规律;
[0010] 所述实验台台架由风管支撑架、传热土体支撑架、恒温水浴支撑架、可移动整体支 撑架构成,为便于喷淋水流出,传热土体支撑架具有5%的倾斜度,可移动整体支撑架下部 设有四个可拆卸移动的地轮。
[0011] 所述温水浴板中的水浴温度测点、水浴速度测点多9个,并在水浴中沿恒温水浴板 的长宽方向均匀分布,测点间隔最大为〇.125m;测点布置在近土体测;所述土体温度测点多 50个,在土体中沿深度方向上密下疏分布成五排,测点纵向间隔最大为0. lm;水平方向近密 远疏分成十排,测点横向间隔最大为〇. 15m;所述土体相对湿度测点多四个,土体相对湿度 测点由长25cm间隔4cm的探针组成,通过感应两根探针之间的电流信号转化为容积含水率 来反映土壤湿度;所述热流密度测点多7块,其中,土体顶面均匀布置至少3块,土体侧面均 匀布置至少4块。
[0012]所述的室外环境参数模拟装置中将室外空气温度和太阳辐射量综合成室外空气 综合温度表示;利用喷淋装置模拟下雨天工况;通过改变室外综合温度波动曲线的振幅和 初相,模拟不同埋深的地下空间;所述热环境模拟风管送风处、出风处以及管内都布置有 温、湿度测点,送风处温、湿度测点用于监测反馈送风参数便于调控;出风处温、湿度测点用 于计算送风焓差,确定空气放热量曲线;而管内的温、湿度测点,用于反映实验土体所处的 周期性温湿度边界条件曲线;其中空气作用时间由土体侧F。相似准则数确定。
[0013] 所述模拟不同埋深的地下空间具有三种所处传热传湿工况:①整个地下空间侧墙 处于土壤最大温度值点离壁面的距离之上,侧向土体受室外空气参数波动影响明显;②整 个侧墙处于特征厚度与等温层之间时,侧向土体受室外空气参数和地下空间室内空气参数 共同影响;③整个侧墙处于等温层之下,侧向土体只受地下空间室内空气参数影响。
[0014] 所述室内环境参数模拟装置根据相似准则数利用水的流动代替地下空间室内的 空气流动;将恒温水浴板贴于土体侧模拟地下空间空气掠过壁面时的流态和温度,用风速 大小来分类强制对流和自然对流,并对强制对流和自然对流应用不同的N u定出恒温水浴的 相关参数;所述恒温水浴板由数个薄壁水管组成,通过改变薄壁水管管束组合形式,模拟不 同的地下空间室内气体流动方向;通过改变水浴温度的变化规律用于模拟不同类型的地下 建筑;所述恒温水浴板的空气侧加有保温层,用于保证水浴管内温度的稳定性,
[0015] 所述横纵异向热湿耦合实验块中地下空间侧面土体纵向深度由所需研究的地下 空间的特征厚度、等温层深度得出;地下空间侧面土体横向距离取室内温度的影响极限距 离为其横向距离;并在几何比例下按照4准则数定出实验时间;当考虑消除热滞留效应对 实验结果的影响时,将土体横纵方向的尺寸扩增至1.3倍,定出最后土体形状。
[0016] 与现有技术相比,本发明有如下有益效果:
[0017] (1)本发明填补了地下空间土体横向热传递和纵向的热湿传递耦合工况研究的空 白。
[0018] (2)目前试验方法中用装置来模拟太阳辐射时,无法考虑夜间地面长波辐射,且辐 射装置与实际辐射作用相差较远,而本发明将室外综合温度引入实验装置中,简化了室外 太阳辐射的模拟装置,辐射的温度效果更直接;
[0019] (3)目前实验装置研究地下空间空气流动过程时,并不能较好地控制其流态和温 度,而本发明提供了地下空间空气侧流动过程模拟的新方式,利用恒温水浴通过对水的相 似模拟,可以更好的调节空气的流速和温度;
[0020] (4)本发明克服了实测过程中的不可实施性,在相似理论基础上,良好的再现了地 下空间侧面土体在室内外周期性温度边界条件下的蓄放热演规律
[0021] (5)本发明提供了一种简便的研究地下空间侧面土体长期蓄放热特性的实验装 置,同时体现了温湿度耦合的边界条件作用对土体蓄放热的效果的演化规律。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的实验装置的整体结构示意图;
[0023] 图2为本发明的实验装置的喷淋装置示意图;
[0024]图3为传热土体内测点布置主视图;
[0025]图4为传热土体内测点布置侧视图;
[0026] 图5为恒温水浴板及测点布置主视图;
[0027] 图6为恒温水浴板及测点布置侧视图。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合附图和实施案例对本发明进行详细说明。
[0029]如图1至图6所示,一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置, 该实验台主要由四部分组成,分别为:室外环境参数模拟装置A、室内环境参数模拟装置B、 横纵异向热湿親合实验块C、实验台台架D。
[0030] 室外环境参数模拟装置A如图1所示,由空气热环境模拟风管及喷淋装置组成,主 要由热环境模拟风管1、喷淋装置2、温度探头3、湿度探头4及温湿度控制柜5构成;其中热环 境模拟风管1主要由风机1-1、加热器1-2、加湿器1-3组成;
[0031] 喷淋装置2如图2所示,主要由加湿喷嘴2-1、流量计2-2、压力计2-3、截止阀2-4、变 频水栗2-5、水槽2-6、控制箱2-7组成;构成室外环境参数模拟装置A。
[0032] 室内环境参数模拟装置B由恒温水浴板11、水浴温度测点12、水浴速度测点13、水 栗14、恒温水浴控制柜15组成;
[0033]横纵异向热湿耦合实验块C主要由用于研究土壤蓄热特性的传热土体6、土体温度 测点7、土体相对湿度测点8、热流密度测点9、土体参数集中显示仪10组成;
[0034]实验台台架D主要由风管支撑架16-1、传热土体支撑架16-2、恒温水浴支撑架16- 3、可移动整体支撑架16构成,所有的装置部件均放置在整体支撑架16上;为便于喷淋水流 出,传热土体支撑架16-2有5%的倾斜度,可移动整体支撑架16下部设有四个地轮且可拆卸 移动。
[0035]测点在土壤中的布置如图3,4所示:土体温度测点7不少于50个,土体研究主体厚 度为〇.5m,长度为1.5m,无论是室外空气温度波动还是地下空间室内温度波动其对土体的 影响随着距离的增加而减小,需要进行不均匀布置,在土体中沿深度方向上密下疏分布成 五排,测点纵向间隔最大为〇. lm; 7义平方向近密远疏分成十排,测点横向间隔最大为0.15m; 湿度测点8应不少于四根,其由长25cm间隔4cm的探针组成,通过感应两根探针之间的电流 信号转化为容积含水率来反映土壤湿度,为消除各个探头信号的干扰,湿度探头避免布置 在同一竖直面上;热流密度测点9不少于7块,土体顶面均匀布置不少于3块,土体侧面均匀 布置不少于4块;各测点通过导线连接到土体参数集中显示仪上,由温度测点7得到土体温 度分布体现土体显热变化,由土体湿度测点8得到土体含水率变化,土体中液气相变量可以 体现其土体内的潜热变化。显热、潜热变化共同反应了土体总热量随时间的变化,进而得到 土体蓄放热规律。
[0036] 测点在恒温水浴板中的布置如图5,6所示:水浴温度测点12不少于9个,长3cm,恒 温水浴板厚度为0.1m,长宽都为0.5m,在水浴中沿长宽方向均匀分布,测点间隔最大为 0.125m;测点布置在近土体测。水浴速度测点13不少于9个,在水浴中沿长宽方向均匀分布, 测点间隔最大为〇.125m;测点布置在近土体测。恒温水浴内参数在恒温水浴控制柜上显示。
[0037] 室外环境参数模拟装置A中将室外空气温度和太阳辐射量综合成室外空气综合温 度表示;利用喷淋装置模拟下雨天工况;通过改变室外综合温度波动曲线的振幅和初相,模 拟不同埋深的地下空间;所述热环境模拟风管1送风处、出风处以及管内都布置有温、湿度 测点3,4,送风处温、湿度测点3,4用于监测反馈送风参数便于调控;出风处温、湿度测点3,4 用于计算送风焓差,确定空气放热量曲线;而管内的温、湿度测点3,4,用于反映实验土体所 处的周期性温湿度边界条件曲线;其中空气作用时间由土体侧F。相似准则数确定。
[0038] 将室外空气温度和太阳辐射量综合成室外空气综合温度表示;利用喷淋装置模拟 下雨天工况;通过改变室外综合温度波动曲线的振幅和初相,模拟不同埋深的地下空间;风 管进出口以及管内都布置有温湿度测点,送风处测点用于监测反馈送风参数便于调控;出 口处测点用于计算送风焓差,确定空气放热量曲线;而风管内的温湿度测点可以反映实验 土体所处的周期性温湿度边界条件曲线;其中空气作用时间由土体侧F。相似准则数确定。 [0039]地下空间侧墙高度所处传热传湿工况有三种:①整个侧墙处于特征厚度(土壤最 大温度值点离壁面的距离)之上,一般情况下侧向土体受室外空气参数波动影响明显;②整 个侧墙处于特征厚度与等温层之间时,一般情况下侧向土体受室外空气参数和地下空间室 内空气参数共同影响;③整个侧墙处于等温层之下,一般情况下侧向土体只受地下空间室 内空气参数影响。④整个侧墙以特征厚度为线,一部分位于特征厚度之上地表之下,此时侧 向土体受室外空气参数影响明显;另一部分位于特征厚度之下,等温层之上,此时侧向土体 受室外空气参数和地下空间室内空气参数共同影响。存在分层现象。⑤整个侧墙以等温层 为线,一部分位于等温层之上特征厚度之下,此时侧向土体受室外空气参数和地下空间室 内空气参数共同影响;另一部分位于等温层下,此时侧向土体只受地下空间室内空气参数 影响。存在分层现象。⑥最后整个侧墙横跨特征厚度和等温层,侧向土体所处工况综合了① ②③这三种情况。也存在分层现象。
[0040] 根据相似准则数利用水的流动代替地下空间室内的空气流动;将恒温水浴板贴于 土体侧模拟地下空间空气掠过壁面时的流态和温度,通过风速大小来考虑强制对流和自然 对流的分类,即风速小的时候地下空间墙壁内侧空气为自然流动,风速较大时地下空间墙 壁内侧空气为为强制对流,分别对于两种情况应用不同的N u定出恒温水浴的相关参数;为 保证恒温水浴板与土体换热的均匀性,其具体是由无数个薄壁水管组成,通过改变管束组 合形式,可根据实际情况,模拟不同的地下空间室内气体流动方向;改变水浴温度的变化规 律还可用于模拟不同类型的地下建筑;当然为了保证水浴管内温度的稳定性,需在恒温水 浴板空气测加保温层。
[0041] 地下空间侧面土体纵向深度由研究资料的特征厚度、等温层深度得出;地下空间 侧面土体横向距离考虑室内温度影响属于半无限大土体,取室内温度的影响极限距离为其 横向距离;并在特定几何比例下按照F。准则数定出实验时间;由实验经验考虑消除热滞留 效应对实验结果的影响,将土体横纵方向的尺寸扩增至1.3倍,定出最后土体形状;
[0042]本发明各部分由各自控制柜进行工况调节,土壤侧数据可在土体参数集中显示仪 10上读取,恒温水浴内参数在恒温水浴控制柜15上显示。
[0043]本发明送风管、传热土体、恒温水浴板及水浴供回水管表面均包裹有3cm厚的保温 材料(如聚苯乙烯泡沫塑料)。
[0044] 在研究实验进行前,需要对实验装置进行热平衡和质量平衡实验,验证实验装置 基本研究性能的正确性。
[0045] 实施例1:近壁面风速较小时工况
[0046] 如图1中,恒温恒湿空气由热环境模拟风管1的风机侧进入,依次经过变频风机1-1、加热器1-2、加湿器1-3,进入土壤与室外环境热湿交换区域,再经由热环境模拟风管1出 口排至恒温恒湿室排风口;恒温恒湿室空调箱能够同时保证较低空气温度和空气湿度调 节,而加热器1-2能提供较高的空气温度,加湿器1-3可以进一步调节空气湿度,变频风机1-1则调控气流速度;喷淋装置2中打开截止阀2-4、打开变频水栗2-5,加湿喷嘴2-1开始模拟 室外降水,流量计2-2和压力计2-3经过反馈来控制变频水栗2-5,调节其流量;水栗14打开, 恒温水浴板11通过供回水管进行水流循环,恒温水浴控制柜15通过测点分析流态,调节恒 温水浴板11内水流温度及流速。
[0047]本发明室外综合温度计算公式见公式1。以上海市游泳馆地铁站站厅层为原型,这 里利用傅里叶准则I
其中:FQ:傅里叶准则数,无因次量;a:热扩散率,单位m 2/s; 导热从边界上开始发生热扰动的时刻起到所计时刻为止的时间间隔,单位s;S:定型尺 寸,单位m。根据1:20的几何尺寸确定时间比例。地下空间原型与模型几何尺寸以及时间参 数对应见表1,其中游泳馆站厅层实际埋深在5m处,而模型只能提供3m埋深,则为了模拟实 际游泳馆地铁站站厅层工况,需利用公式2对其进行处理。近壁面风速较小时地下空间墙壁 内侧空气为自然流动,根据长壁温竖直壁自然对流下的努谢尔特准则数Nu = 0. l(Gr ? Pr )1/3(Gr格拉晓夫准则数,无量纲数;Pr普朗特准则数,无量纲数。)在保证流速不变情况下, 根据几何比例定出壁面温差比例。地下空间与恒温水浴具体的温差换算对应见表2。
[0048]公式1室外综合温度计算公式
[0050] 式中:tz :室外综合温度,单位C ; tair :室外5?气温度;a :围护结构外表面对太阳福 射的吸收率;围护结构外表面的对流换热系数,单位w/(m2 ? °C ); I:太阳辐射总强度, 单位W/m2; Qu围护结构外表面与环境的长波辐射换热量,单位W/m2。
[0051] 注:该室外综合温度采用具体情况下室外气温及太阳辐射等参数进行计算。
[0052]公式2周期性变化边界条件下温度场的表达式:
[0054] 式中:to是地表温度,单位°C ;AW是地表面温度波的振幅;T是地表面温度波的周期, 8760h; z是地层土壤深度,单位m; a是导温系数,单位m2; t是时间,单位s。
[0055]注:对于这种情况,z取值为2m;
[0056] 表1地下空间原型与模型几何尺寸对应表
[0058] 表2地下空间与恒温水浴温差换算对应表
[0060]在室外环境综合温度和相对湿度周期性变化下,随着地下空间内温度和流速的有 规律变化,通过土壤内的温度、湿度、热流密度数据的对比分析,得出地下空间近壁面风速 较小时侧向土体在横纵方向上的温湿度场变化,进而分析其蓄放热规律。
[0061]根据实施例1;壁面风速较大时工况 [0062]根据实施例1进行如下工况调整:
[0063] 近壁面风速较大时地下空间墙壁内侧空气为强制流动,保证温差不变情况下,根 据外掠平板工况下的努谢尔特准则数Nu = 0.664Re1/2. PrV3 (Re雷诺准则数,无量纲数;Pr普 朗特准则数,无量纲数。)和几何比例定出流速比例,地下空间与恒温水浴流速换算对应见 表3〇
[0064]表3地下空间与恒温水浴流速换算对应表
[0066] 注:除上述调整外,其他原理及实施过程与实施例1相同。
[0067] 本实验装置还可调节地下空间类型、近壁面风速、室外边界条件等方式进行不同 边界条件的实验方案,得出更多工况下地下空间顶部土体蓄放热演化规律,进而全面的给 出土体在竖直方向随室内外周期性温湿度边界条件作用下的蓄放热特性。
【主权项】
1. 一种研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,包括室外环境参数模 拟装置(A)、室内环境参数模拟装置(B)、横纵异向热湿耦合实验块(C)、实验台台架(D),其 特征在于:所述室外环境参数模拟装置(A)、室内环境参数模拟装置(B)置于实验台台架(D) 上面,室外环境参数模拟装置(A)与室内环境参数模拟装置(B)之间放置横纵异向热湿耦合 实验块(C); 所述室外环境参数模拟装置(A)由热环境模拟风管(1)、喷淋装置(2)、温度探头(3)、湿 度探头(4)及空气温湿度控制柜(5)组成;恒温恒湿空气从热环境模拟风管(1)侧面进口进 入,依次经过变频风机(1-1)、加热器(1-2)、加湿器(1-3)进入土壤与室外环境热湿交换区 域,再经由热环境模拟风管1出口排至恒温恒湿室排风口;所述热环境模拟风管(1)内装有 喷淋装置(2),用于模拟室外降水; 所述室内环境参数模拟装置(B)由恒温水浴板(11)、水浴温度测点(12)、水浴速度测点 (13)、水栗(14)、恒温水浴控制柜(15)组成;恒温水浴板(11)、水浴温度测点(12)、水浴速度 测点(13)设置在近横纵异向热湿耦合实验块(C)的土体一侧,恒温水浴控制柜(15)通过水 栗(14)、供回水管进行水流循环,恒温水浴控制柜(15)连接水浴温度测点(12)、水浴速度测 点(13)的探头以及水栗(14),通过各测点的分析流态,调节恒温水浴板(11)内水流温度及 流速; 所述横纵异向热湿耦合实验块(C)由用于研究土壤蓄热特性的传热土体(6)、土体温度 测点(7 )、土体相对湿度测点(8 )、热流密度测点(9 )、土体参数集中显示仪(10 )组成;传热土 体(6)顶面设置土体温度测点(7)、土体相对湿度测点(8)、热流密度测点(9),所述土体温度 测点(7)、土体相对湿度测点(8)、热流密度测点(9)的探头通过导线连接土体参数集中显示 仪(10),通过土体温度测点(7)得到土体温度分布体现土体显热变化、通过土体相对湿度测 点(8)得到土体含水率变化、通过热流密度测点(9)得到土体内的潜热变化;并且土体显热 变化、土体含水率变化、潜热变化共同反应土体总热量随时间的变化,进而得到土体蓄放热 规律; 所述实验台台架(D)由风管支撑架(16-1)、传热土体支撑架(16-2)、恒温水浴支撑架 (16-3)、可移动整体支撑架(16)构成,传热土体支撑架(16-2)具有5%的倾斜度,可移动整体 支撑架(16)下部设有四个可拆卸移动的地轮。2. 根据权利要求1所述的研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,其 特征在于:所述温水浴板(11)中的水浴温度测点(12)、水浴速度测点(13)多9个,并在水浴 中沿恒温水浴板(11)的长宽方向均匀分布,测点间隔最大为0.125m;测点布置在近土体测; 所述土体温度测点(7)多50个,在土体中沿深度方向上密下疏分布成五排,测点纵向间隔最 大为0 . lm;水平方向近密远疏分成十排,测点横向间隔最大为0.15m;所述土体相对湿度测 点(8)多四个,土体相对湿度测点(8)由长25cm间隔4cm的探针组成,通过感应两根探针之间 的电流信号转化为容积含水率来反映土壤湿度;所述热流密度测点(9)多7块,其中,土体顶 面均匀布至少3块,土体侧面均匀布置至少4块。3. 根据权利要求1所述的研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,其 特征在于:所述的室外环境参数模拟装置(A)中将室外空气温度和太阳辐射量综合成室外 空气综合温度表示;利用喷淋装置模拟下雨天工况;通过改变室外综合温度波动曲线的振 幅和初相,模拟不同埋深的地下空间;所述热环境模拟风管(1)送风处、出风处以及管内都 布置有温、湿度测点(3,4),送风处温、湿度测点(3,4)用于监测反馈送风参数便于调控;出 风处温、湿度测点(3,4)用于计算送风焓差,确定空气放热量曲线;而管内的温、湿度测点 (3,4),用于反映实验土体所处的周期性温湿度边界条件曲线;其中空气作用时间由土体侧 g相似准则数确定。4. 根据权利要求1所述的研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,其 特征在于:所述室内环境参数模拟装置(B)根据相似准则数利用水的流动代替地下空间室 内的空气流动;将恒温水浴板(11)贴于土体侧模拟地下空间空气掠过壁面时的流态和温 度,用风速大小来分类强制对流和自然对流,并对强制对流和自然对流应用不同的和^定出 恒温水浴的相关参数;所述恒温水浴板(11)由数个薄壁水管组成,通过改变薄壁水管管束 组合形式,模拟不同的地下空间室内气体流动方向;通过改变水浴温度的变化规律用于模 拟不同类型的地下建筑;所述恒温水浴板(11)的空气侧加有保温层,用于保证水浴管内温 度的稳定性。5. 根据权利要求1所述的研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,其 特征在于:所述横纵异向热湿耦合实验块(C)中地下空间侧面土体纵向深度由所需研究的 地下空间的特征厚度、等温层深度得出;地下空间侧面土体横向距离取室内温度的影响极 限距离为其横向距离;并在几何比例下按照&准则数定出实验时间;当考虑消除热滞留效 应对实验结果的影响时,将土体横纵方向的尺寸扩增至1.3倍,定出最后土体形状。6. 根据权利要求3所述的研究地下空间土体横纵异向蓄放热演化规律的实验装置,其 特征在于:所述模拟不同埋深的地下空间具有三种所处传热传湿工况:①整个地下空间侧 墙处于土壤最大温度值点离壁面的距离之上,侧向土体受室外空气参数波动影响明显;② 整个侧墙处于特征厚度与等温层之间时,侧向土体受室外空气参数和地下空间室内空气参 数共同影响;③整个侧墙处于等温层之下,侧向土体只受地下空间室内空气参数影响。
【文档编号】G01N25/18GK105928976SQ201610387991
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】王丽慧, 邹学成, 刘畅, 杜志萍, 宋洁, 倪丹, 郑彦
【申请人】上海理工大学
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