供暖设备散热性能测试综合实验系统的制作方法

本实用新型涉及实验系统，具体涉及一种供暖设备散热性能测试综合实验系统。

背景技术：

现有技术中，在供暖设备中设置有供暖末端装置，该供暖末端装置为热媒水盘管等形式，供暖设备为该供暖末端装置供热媒水，热媒水与空气进行热交换，以实现将空气加热。为了保证热媒水与空气的热交换过程中供暖末端装置散热性能较高，故在供暖末端装置出厂前等时候需要对供暖末端装置进行测试，测试过程中需要对供暖末端装置的进出口温度进行测试，并测试流过供暖末端装置内热媒水单位时间内的流量，在热传递过程中交换的热负荷Q，热负荷Q能够用于评价供暖末端装置的换热能力，为了得到热负荷Q，其计算公式为：Q＝M*C*(T₂-T₁)，式中，T₂为供暖末端装置的出水端的温度(T₂的单位为K)，T₁为供暖末端装置的进水端的温度(T₁的单位为K)，C为比热容(C的单位为)，M为热媒水单位时间内流过供暖末端装置的质量(M的单位为kg)。为了得到热媒水单位时间内流过供暖末端装置的质量M，根据公式M＝ρ*v*s(式中，ρ为水的密度；v为热媒水的流速；s为流过的供暖末端装置的截面面积)。综上所述，为了对供暖末端装置换热能力进行评价，必须对T₂、T₁以及M进行测试，但是现有装置存在的缺点为：

1)现有技术中，没有辅助测试的设备能对影响供暖末端装置散热性能的指标进行试验测试；

2)再加上，现有技术中并没有考虑热媒水温变化、热媒水流量变化、散热环境等影响，而热媒水温变化和热媒水流量变化直接体现的是供暖末端装置的不同工况，没有在不同工况下进行测量以评价不同工况下的散热性能，而散热环境的变化直接关系到T₂和T₁的变化，故导致对供暖末端装置的散热性能评价不准确，再加上，流量的测量一般采用流量计的测量，而一般流量计的测量结果不够精确，进一步导致对供暖末端装置的散热性能评价不够精确。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种供暖设备散热性能测试综合实验系统，为评价测试供暖设备的供暖末端装置的换热性提供了实验数据。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种供暖设备散热性能测试综合实验系统，包括：

测试小室，其包括内层墙壁，内层墙壁内形成测试环境舱，内层墙壁外设置有外层墙壁，内层墙壁与外层墙壁之间形成空气调控腔，测试环境舱用于置入待测试的供暖末端装置；

热水供应装置，其输出部与供暖末端装置的进水端相连，其输入部与供暖末端装置的出水端相连，以为供暖末端装置提供热媒水；

空气冷却控制系统，其包括空气调节机组，空气调节机组输入端与空气调控腔底部连通，空气调节机组输出端与空气调控腔顶部连通，以将测试环境舱内传递至空气调控腔内的热量及时排出；以及

监测控制系统，监测控制系统包括舱室温度传感器、进口温度传感器、出口温度传感器、流量检测装置以及控制电路，舱室温度传感器、进口温度传感器、出口温度传感器、流量检测装置均与控制电路相连，舱室温度传感器设置于测试环境舱内，以检测测试环境舱内的温度；进口温度传感器设置于供暖末端装置的进水端，以检测供暖末端装置的进水端的温度；出口温度传感器设置于供暖末端装置的出水端，以检测供暖末端装置的出水端的温度；流量检测装置设置于热水供应装置的管路上，以检测单位时间内流经供暖末端装置的热媒水的质量；热水供应装置空气冷却控制系统与监测控制系统相连，以控制空气冷却控制系统将测试环境舱内温度控制在恒定温度；

其中，内层墙壁采用导热材料制成，外层墙壁采用隔热材料制成。

优选的是，热水供应装置还包括：

低水位箱，其顶部设置有连通自来水管的进水管，其底部设置有泄水管，进水管上设置开闭进水管的第一阀门，泄水管上设置有开闭泄水管的第二阀门，低水位箱内设置有用于一次加热低水位箱内水的第一加热器；

高水位箱，其底面所在位置高于低水位箱顶面所在位置，其内设置有用于二次加热高水位箱内水的第二加热器；以及

水泵，水泵进水端通过第三阀门与低水位箱连通，水泵出水端与高水位箱连通；

其中，高水位箱底部设置有用于连通供暖末端装置进水端的供液管，供液管为热水供应装置的输出部，供液管上设置用于开闭供液管的第五阀门，低水位箱的顶部设置有用于连通供暖末端装置出水端的回液管，回液管为热水供应装置的输入部。

优选的是，监测控制系统还包括：

热媒水温度传感器，其设置于高水位箱内，以采集高水位箱内水温度，第二加热器与控制电路相连，以在控制电路的控制下将高水位箱内的热媒水温度控制为指定温度。

优选的是，控制电路包括：

第一信号处理电路，其输入端与舱室温度传感器相连，以对采集到的测试环境舱内空气温度进行信号调理、采样及A/D转换得到腔室温度数字信号；

第二信号处理电路，其输入端与热媒水温度传感器相连，以对采集到的高水位箱内水温度进行信号调理、采样及A/D转换得到水位箱温度数字信号；

第三信号处理电路，其输入端与进口温度传感器相连，以对采集到的供暖末端装置进口端内水温度进行信号调理、采样及A/D转换得到进口温度数字信号；

第四信号处理电路，其输入端与出口温度传感器相连，以对采集到的供暖末端装置出口端内水温度进行信号调理、采样及A/D转换得到出口温度数字信号；

控制器，第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路以及第四信号处理电路的输出端均连接至控制器；以及

加热器驱动电路，控制器通过加热器驱动电路连接第二加热器，以水位箱温度数字信号控制第二加热器的运作；

其中，控制器还与空气冷却控制系统电连接，以根据腔室温度数字信号、水位箱温度数字信号、进口温度数字信号、出口温度数字信号以及温水的流量控制空气冷却控制系统的运作。

优选的是，流量检测装置包括电子称，电子称顶面所在位置低于高水位箱底面所在位置，在冷却器于低水位箱连接的通路上设置有水路切换机构，电子称设置于水路切换机构旁，水路切换机构与控制器相连，以在控制器的控制下使得经过冷却器的回水流入至低水位箱或电子称内；电子称与控制器相连，以得到单位时间内回水的质量。

优选的是，水路切换机构包括：

承接器，其为杯状结构，承接器的盛水槽内设置有隔离板，隔离板将盛水槽分隔为相互独立的第一水槽和第二水槽，第一水槽连通至低水位箱，电子称包括称体以及位于称体上的量杯，第二水槽底面上开设有位于量杯正上方的出水孔；

漏斗，冷却器第一通道出口连接有管道，漏斗位于管道出口的下方，且漏斗位于隔离板上方；

导向杆，导向杆横跨盛水槽且与承接器连接，导向杆位于隔离板上方，漏斗滑动地与导向杆连接；

电磁铁，其设置在承接器内壁上且位于隔离板一侧，电磁铁与控制器电连接；

永磁铁，其设置于漏斗的底部且与电磁铁相对设置；以及

弹簧，其一端与承接器内壁连接，其另一端与漏斗连接；

其中，弹簧位于漏斗靠近电磁铁的一侧，且在弹簧处于自然长度时，漏斗出口与第一水槽对准；当电磁铁通电后，电磁铁与永磁铁相吸，漏斗出口与第二水槽对准。

优选的是，热水供应装置还包括冷却器，冷却器内设置有第一通道和第二通道，冷却器设置在回液管上，供暖末端装置通过冷却器的第一通道连通至水路切换机构，第二通道一端连接自来水管，第二通道另一端连接地漏，以对第一通道内流入的供暖末端装置排出的回水进行降温。

优选的是，在空气调节机组与空气调控腔连接的管路中设有加热补偿器，加热补偿器与控制电路相连。

优选的是，高水位箱包括：

箱体，箱体内形成内腔；

隔板，其立于箱体的底面上，隔板将内腔分隔成溢流腔以及储液腔，溢流腔的底面连通有溢流管，隔板的顶面与内腔的顶面之间有距离，以使溢流腔与储液腔之间从隔板上方连通；以及

液面传感器，其设置于储液腔内，以检测储液腔内的液面，液面传感器通过第五信号处理电路连接至控制器。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1)通过设置空气调控腔，加强了测试环境舱与外界空气的隔离，测试环境舱内过热量及时传递至空气调控腔内，空气调控腔通过外层墙壁与外界空气接触，外界空气仅对空气调控腔内温度有所影响，进而避免了测试环境舱与外界空气之间热传递对测试环境舱内温度的影响；

2)通过设置空气冷却控制系统，实现了及时将测试环境舱内热量排出，进而实现对测试环境舱内温度的精确控制；

3)通过设置内层墙壁为导热材料，为测试环境舱内过热量及时传递至空气调控腔内提供了条件。

4)所述供暖设备散热性能测试综合实验系统具有稳定的热媒水供应装置、散热环境测试舱室及预留的多种供暖设备的连接模块，并包含了精确的流量计量装置、完备的运行监测系统，全面体现了供暖设备散热性能测试过程的热工监测技术及实施方案，可开展多种供暖设备全工况性能的测试分析，也可进行典型热工对象的过程控制规律研究工作，具有较大的实用价值，同时该设备能广泛用于教学实验中，以使学者能够更加了解自己设计的供暖末端装置的性能。

附图说明

图1为供暖设备散热性能测试综合实验系统的结构示意图；

图2为供暖设备散热性能测试综合实验系统的监测控制系统的电路框图；

图3为图1中水路切换机构剖开后的视图；

图4为图1中高水位箱沿竖直方向的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提出了一种供暖设备散热性能测试综合实验系统，包括：

测试小室1，其包括内层墙壁11，内层墙壁11内形成测试环境舱12，内层墙壁11外设置有外层墙壁13，内层墙壁11与外层墙壁13之间形成空气调控腔14，测试环境舱12用于置入待测试的供暖末端装置6；

热水供应装置2，其输出部与供暖末端装置6的进水端相连，其输入部与供暖末端装置6的出水端相连，以为供暖末端装置6提供热媒水；

空气冷却控制系统3，其包括空气调节机组31，空气调节机组31输入端与空气调控腔14底部连通，空气调节机组31输出端与空气调控腔14顶部连通，以将测试环境舱12内传递至空气调控腔14内的热量及时排出；以及

监测控制系统，监测控制系统包括舱室温度传感器、进口温度传感器、出口温度传感器、流量检测装置以及控制电路，舱室温度传感器、进口温度传感器、出口温度传感器、流量检测装置均与控制电路相连，舱室温度传感器设置于测试环境舱12内，以检测测试环境舱12内的温度；进口温度传感器设置于供暖末端装置6的进水端，以检测供暖末端装置6的进水端的温度；出口温度传感器设置于供暖末端装置6的出水端，以检测供暖末端装置6的出水端的温度；流量检测装置设置于热水供应装置2的管路上，以检测单位时间内流经供暖末端装置6的热媒水的质量；热水供应装置2空气冷却控制系统3与监测控制系统相连，以控制空气冷却控制系统3将测试环境舱12内温度控制在恒定温度；

其中，内层墙壁11采用导热材料制成，外层墙壁13采用隔热材料制成。工作时，热水供应装置2实时为供暖末端装置6提供热媒水，由于供暖末端装置6置于测试环境舱12内，通过热传递作用，供暖末端装置6将热媒水的热量传递至测试环境舱12内，实现为测试环境舱12内供热，供暖末端装置6为测试环境舱12内的持续供热，温度舱室温度传感器实时检测测试环境舱12内的温度，当将测试环境舱12内温度为20℃时，由于暖末端装置为测试环境舱12内的持续供热，这时控制电路就控制空气调节机组31工作，测试环境舱12内热量通过热传递至空气调控腔14内，空气调节机组31通过抽风方式将热气转移走，并使得空气调节机组31降低空气调控腔14内温度，使得测试环境舱12提供热舒适要求的20℃的环境，测试该环境条件下被测试供暖装置的散热性能，通过空调机组提供的冷风在空气调控腔14的循环，维持测试环境舱12的温度要求。进而实现在维持20℃的环境下，对暖末端装置进水端和出水端温度的检测，也实现了对单位时间内流过暖末端装置的热媒水的质量的检测，从而实现了热负荷的计算，便于评价暖末端装置的换热性能。

为了设计结构简单、使用方便的热水供应装置2，热水供应装置2包括：

低水位箱22，其顶部设置有连通自来水管的进水管221，其底部设置有泄水管222，进水管221上设置开闭进水管221的第一阀门223，泄水管222上设置有开闭泄水管222的第二阀门224，低水位箱22内设置有用于一次加热低水位箱22内水的第一加热器225；

高水位箱23，其底面所在位置高于低水位箱22顶面所在位置，其内设置有用于二次加热高水位箱23内水的第二加热器231；以及

水泵24，水泵24进水端通过第三阀门与低水位箱22连通，水泵24出水端与高水位箱23连通；

其中，高水位箱23底部设置有用于连通供暖末端装置6进水端的供液管233，供液管233为热水供应装置2的输出部，供液管233上设置用于开闭供液管233的第五阀门232，低水位箱22的顶部设置有用于连通供暖末端装置6出水端的回液管235，回液管235为热水供应装置2的输入部。工作时，首先，打开第一阀门223，自来水从进水管221进入至低水位箱22内；然后，第一加热器225启动，对低水位箱22内的自来水进行加热，第一加热器225将低水位箱22内的温度初步加热至需要温度；再后，打开第三阀门，启动水泵24，将低水位箱22内的温水泵24入至高水位箱23内；再后，高水位箱23内第二加热器231将其内温水精确加热到指定温度，以便于达到供暖末端装置6的需求；最后，打开第五阀门232，低水位箱22、高水位箱23以及供暖末端装置6形成一个连通器，由于高水位箱23底面所在位置高于低水位箱22顶面所在位置，利用高低液面差，热媒水会自动从高水位箱23流至低水位箱22内，由高水位箱底部流出，流经供暖末端装置6至下位水箱。

为了控制为供暖末端装置6的提供的热媒水为不同的温度，以实现在不同温度工况下测试供暖末端装置6，监测控制系统还包括：

热媒水温度传感器，其设置于高水位箱23内，以采集高水位箱23内水温度，第二加热器231与控制电路相连，以在控制电路的控制下将高水位箱23内的热媒水温度控制为指定温度。

如图2所示，为了实现对各个传感器信号的采集及对第二加热器231的控制，控制电路包括：

第一信号处理电路，其输入端与舱室温度传感器相连，以对采集到的测试环境舱12内空气温度进行信号调理、采样及A/D转换得到腔室温度数字信号；

第二信号处理电路，其输入端与热媒水温度传感器相连，以对采集到的高水位箱23内水温度进行信号调理、采样及A/D转换得到水位箱温度数字信号；

第三信号处理电路，其输入端与进口温度传感器相连，以对采集到的供暖末端装置6进口端内水温度进行信号调理、采样及A/D转换得到进口温度数字信号；

第四信号处理电路，其输入端与出口温度传感器相连，以对采集到的供暖末端装置6出口端内水温度进行信号调理、采样及A/D转换得到出口温度数字信号；

控制器，第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路以及第四信号处理电路的输出端均连接至控制器；以及

加热器驱动电路，控制器通过加热器驱动电路连接第二加热器231，以水位箱温度数字信号控制第二加热器231的运作；

其中，控制器还与空气冷却控制系统3电连接，以根据腔室温度数字信号、水位箱温度数字信号、进口温度数字信号、出口温度数字信号以及温水的流量控制空气冷却控制系统3的运作。

为了提高对单位时间内温水的流量的计量精度，流量检测装置包括电子称42，电子称42顶面所在位置低于高水位箱23底面所在位置，以保证在温水流向电子称42内时还是能借住液位差流动，在冷却器于低水位箱22连接的通路上设置有水路切换机构43，电子称42设置于水路切换机构43旁，水路切换机构43与控制器相连，以在控制器的控制下使得经过冷却器的回水流入至低水位箱22或电子称42内；电子称42与控制器相连，以得到单位时间内回水的质量，也即是单位时间内流过供暖末端设备的质量。由于单纯的流量计是经过管路截面大小、流体流速等于流量的关系来计算，因此与实施有一定的差异，那么通过设置电子称42就能弥补这一缺点，实现对单位时间内流入电子称42上的温水进行称重，进而达到对温水计量的目的，此方式计量流量更加精确。而水路切换机构43的设置则是为冷却器流入低水位箱22或电子称42提供了条件，避免在供暖末端设备内流过的热媒水挥发出去，影响称重时的测量精度，当需要计量流量时，水路切换结构将流出的温水导向至电子称42内；当需要不计量流量时，水路切换结构将流出的温水导向至低水位箱22内，水路切换机构43实现的是管路流通道的切换。

如图1以及图3所示，为了设计结构简单、使用方便的水路切换机构43，水路切换机构43包括：

承接器431，其为杯状结构，承接器431的盛水槽内设置有隔离板437，隔离板437将盛水槽分隔为相互独立的第一水槽438和第二水槽439，第一水槽438连通至低水位箱22，电子称42包括称体421以及位于称体421上的量杯422，第二水槽439底面上开设有位于量杯422正上方的出水孔；

漏斗432，冷却器第一通道出口连接有管道，漏斗432位于管道出口的下方，且漏斗432位于隔离板437上方；

导向杆433，导向杆433横跨盛水槽且与承接器431连接，导向杆433位于隔离板437上方，漏斗432滑动地与导向杆433连接；

电磁铁434，其设置在承接器431内壁上且位于隔离板437一侧，电磁铁434与控制器电连接；

永磁铁435，其设置于漏斗432的底部且与电磁铁434相对设置；以及

弹簧436，其一端与承接器431内壁连接，其另一端与漏斗432连接；

其中，弹簧436位于漏斗432靠近电磁铁434的一侧，且在弹簧436处于自然长度时，漏斗432出口与第一水槽438对准；当电磁铁434通电后，电磁铁434与永磁铁435相吸，漏斗432出口与第二水槽439对准。当需要不计量流量时，电磁铁434处于断电状态，弹簧436处于正常伸长长度，此时漏斗432位于第一水槽438上方，实现将流出的温水通过第一水槽438导向至低水位箱22，使得该系统能够正常工作；当需要计量流量时，控制器发出开启电磁铁434信号，电磁铁434接收到信号后通电，电磁铁434产生磁性且与永磁铁435相互吸引，在磁性作用力下，使得原位于第一水槽438上方的漏斗432向第二水槽439所在方向移动，弹簧436被压缩，最终漏斗432的出口流出的温水进入电子称42的量杯422内，控制漏斗432向量杯422内供温水的时间为单位时间，电子称42对量杯422内温水进行称量，进而实现对单位时间内流过温水的流量进行计量，达到计量流量的目的；当再次需要不计量流量时，电磁铁434断开，电磁铁434处于断电状态，永磁铁435与电磁铁434之间失去相互吸引力，在弹簧436自动回复力作用下，使得漏斗432向第一水槽438方向移动，最终使得漏斗432位于第一水槽438上方，实现将流出的温水通过第一水槽438导向至低水位箱22，使得该系统再次能够正常工作。

热水供应装置2还包括冷却器25，冷却器25内设置有第一通道和第二通道，冷却器25设置在回液管235上，供暖末端装置6通过冷却器25的第一通道连通至水路切换机构43，第二通道一端连接自来水管，第二通道另一端连接地漏，以对第一通道内流入的供暖末端装置6排出的回水进行降温。

由于可能单位时间内空气调节机组31输入的空气温度过低，因此需要将空气调节机组31输出的温度提高到指定温度，在空气调节机组31与空气调控腔14连接的管路中设有加热补偿器39，以对空气调节机组31输出的冷气稍微加热得到较热的冷气，加热补偿器39与控制电路相连。

为了仅通过控制第五阀门232的开度就能控制单位时间内流经供暖末端装置6的质量，高水位箱包括：

箱体236，箱体236内形成内腔；

隔板237，其立于箱体236的底面上，隔板237将内腔分隔成溢流腔238以及储液腔239，溢流腔238的底面连通有溢流管，隔板237的顶面与内腔的顶面之间有距离，以使溢流腔238与储液腔239之间从隔板237上方连通；以及

液面传感器230，其设置于储液腔239内，以检测储液腔239内的液面，液面传感器230通过第五信号处理电路连接至控制器。这样通过液面传感器230就可以检测储液腔239内的热媒水高度，热媒水的欲达到高度与隔板237的高度相等，当热媒水过多时，热媒水自动通过隔板237的上方进入到溢流腔238内，进而从溢流管排出；当热媒水过少时，液位传感器检测到热媒水液面过低，控制器控制水泵24工作，在水泵24通过泵管伸入至储液腔239内，泵管伸入储液腔239内的端部设置有喷射头，以使得储液腔239内热媒水混合均匀，保证各处的温度一致。此保证了储液腔239内热媒水高度一致性，保证了高水位箱23内热媒水与低水位箱22内热媒水的液面差一致性，因此保证了压强的一致性，热媒水在供暖末端装置6流通的速度一直相等，由于热媒水单位时间内流过供暖末端装置6的质量M，根据公式M＝ρ*v*s，在ρ和v一直不变的情况下，通过调节第五阀门232的开度，也就改变了s的大小，实现了不同的媒水单位时间内流过供暖末端装置6的质量M工况控制，且M控制后与预定值相等，以便于好控制M的大小。(当然可以理解的是：当在储液腔239有溢流的情况下才工作时，就不需设置液面传感器，下位水箱至上位水箱的泵一直打开，多余的水从溢流腔回流至下位水箱，这样就能保证隔板237高度的水位。)

对于热媒水供应装置，采用恒定位置高度水位保证高水位箱和低水位箱的压差一定，便于通过调节第五阀门的开度来调节单位时间内流过供暖末端装置的流量；通过控制第一加热器和第二加热器件工作时间，实现了对供水温度的精确调整；通过营造温度恒定的测试环境舱，采用夹层送风冷却配合电加热补偿的方式稳定环境温度，且设置加热补偿器，实现补偿空气调节机组供出与测试环境舱需要的冷风，避免因空气调节机组供出较冷的冷风而导致测试环境舱的温度低于指定温度；采用流量计监测热媒水供应装置流量掌握工况变化，同时采用称重方法计量热媒水流量并结合被测设备进出口温差确定恒定散热环境下的散热量，进而便于控制供暖末端装置工作在不同的工况下，同时提高了实时计量不同工况下的流量的精度；通过采集热媒水温流量及供水温度变化改变被测供暖末端装置的工况；采用集中式监测控制系统，实现实验过程中反映运行工况相关参数的集中采集及热媒水温、环境舱室温度的协调控制、被测供暖装置的全工况分析。本实用新型所述供暖设备散热性能测试综合实验系统具有稳定的热媒水供应装置、测试环境室及预留的多种供暖设备的连接模块，并包含了精确的流量计量装置、完备的运行监测系统，全面体现了供暖设备散热性能测试过程的热工监测技术及实施方案。可开展多种供暖设备全工况性能的测试分析，也可进行典型热工对象的过程控制规律研究工作。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。