一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备

1.本发明涉及一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，属于建筑雪荷载领域。


背景技术：

2.全球极端低温冰雪灾害频发，积雪导致建筑物、构筑物倒塌事故不断增加，建筑结构的抗雪形式十分严峻。而在国内外自2008年起发生的近百起雪致工程灾害中，跨度较大的空间结构(网架网壳占 25％，空间桁架占18％)、钢悬挑结构与轻钢结构等对雪荷载敏感的结构类型居多。大跨空间结构具有屋面结构轻，屋面面积大，雪荷载占总荷载比例大的特点，其设计往往由雪荷载控制，属于对雪荷载敏感的结构。另一方面，大跨空间结构多应用于体育场馆、机场航站楼和火车站站房等人员十分密集、影响十分重大的公共建筑，因此，大跨空间结构的雪致工程灾害后果往往十分严重，正确掌握其屋面雪荷载的设计方法意义尤为重大。
3.大量灾后调查结果表明：对屋面积雪的堆积机理与变化规律认识不清，特别是对风、雨、热等环境因素影响下屋面积雪的堆积
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消融
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结晶
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堆积演变全过程机理的认识几乎为空白成为导致灾害的最根本原因。因此只有全面掌握了屋面积雪堆积的机理，才能对屋面雪荷载形成全面认识，并进行正确设计，从源头上保证结构的安全与可靠。目前雪荷载研究有三种方法，分别是现场实测、风洞试验和数值模拟。现场实测由于受气候和测量条件的限制，工作进展缓慢，基础数据十分匮乏。数值模拟虽然耗资少，设计周期短，但是缺乏实测以及实验数据的支持，并且缺乏一个统一的标准。目前来讲，风洞试验是中外学者研究雪荷载的主要手段，但应用现存的风洞(传统风洞、法国jv气象风洞、日本新庄ces 风洞以及哈工大风雪联合试验系统等)进行试验时，存在一些对屋面积雪机理模拟，尤其是对建筑室内供暖系统对屋面积雪影响的模拟不全面的问题。此类问题从根源上为大跨空间结构屋面雪荷载的研究造成影响，因此亟需开发一种可用于建筑供热与积雪耦合实验的新型试验设备，为其研究提供可靠的数据支持。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，以解决现有风洞对建筑室内供暖系统对屋面积雪影响的模拟不全面的问题。
5.一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，可调节热源试验设备包括伺服监测系统和主控系统，主控系统和伺服监测系统双向连接，其中，
6.主控系统，用于实时接收伺服监测系统的温度监测数据，并对伺服监测系统下达加热指令；
7.伺服监测系统，用于实时向主控系统发送温度监测数据，并接收主控系统的命令对模拟建筑进行加热。
8.进一步的，伺服监测系统包括转盘、温度传感器和加热器，转盘中部上下贯通，温
度传感器和加热器均安装在转盘的中心处。
9.进一步的，转盘包括上回转台面、下回转台面和回转支承，上回转台面和下回转台面通过螺钉分别固定连接于回转支承的上端和下端上，下回转台面设置有齿条。
10.进一步的，转盘还包括驱动机构，驱动机构受主控系统控制，包括电机、大齿轮和小齿轮，电机的转子固定连接小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合连接，大齿轮和下回转台面啮合连接。
11.进一步的，上回转台面和下回转台面的直径均为1.5m。
12.本发明的有以下优点：
13.1、该试验设备充分考虑了由建筑采暖这一热源所导致融雪、再结晶过程。为大跨空间结构屋面积雪堆积
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消融
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结晶
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堆积演变全过程模拟研究的问题提供重要了支持。
14.2、通过对试件加热装置以及转盘的调节，控制热源的强度大小，使得实验结果更加接近真实的融雪过程。
15.3、利用高精度多任务监测与控制系统实时测量建筑内部及表面的温度，实现对系统的远程控制及参数监视功能，避免意外情况发生，及时排除故障。
附图说明
16.图1为带有本发明的用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备的风洞整体结构示意图；
17.图2为本发明的一种建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备的系统示意图；
18.图3为转盘的结构示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.参照图2所示，本发明提出了一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，可调节热源试验设备包括伺服监测系统和主控系统，主控系统和伺服监测系统双向连接，其中，
21.主控系统，用于实时接收伺服监测系统的温度监测数据，并对伺服监测系统下达加热指令；
22.伺服监测系统，用于实时向主控系统发送温度监测数据，并接收主控系统的命令对模拟建筑进行加热。
23.进一步的，参照图1、图3所示，伺服监测系统包括转盘、温度传感器和加热器，转盘中部上下贯通，温度传感器和加热器均安装在转盘的中心处。
24.具体的，加热器的热功率：500～1200w/m2，均匀且连续可调；转盘直径1.5m。
25.进一步的，参照图1、图3所示，转盘包括上回转台面、下回转台面和回转支承，上回转台面和下回转台面通过螺钉分别固定连接于回转支承的上端和下端上，下回转台面设置
有齿条。
26.进一步的，参照图1、图3所示，转盘还包括驱动机构，驱动机构受主控系统控制，包括电机、大齿轮和小齿轮，电机的转子固定连接小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合连接，大齿轮和下回转台面啮合连接。
27.进一步的，上回转台面和下回转台面的直径均为1.5m。
28.具体的，建筑物供热模拟系统中，在模型转盘下部，设置供热装置，为模型内部进行加热处理，模拟实际建筑供暖装置。试验段主要为转盘装置构成，由直径1.5m转盘、上下回转台面、回转支承、转盘驱动装置组成。1.5m直径的圆盘采用扇形拼接结构形式，通过连接螺钉固定于上回转台面上；上回转台面采用钢板焊接而成，与回转支承之间通过直口进行定位，并用螺钉与回转支承的外环进行连接，由电机驱动装置驱动小齿轮转动，在通过小齿轮与大齿轮的啮合带动壁面转盘转动。转盘中间预留空间，放置电加热装置，对试验件进行加热。
29.以上实施示例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，其特征在于，所述可调节热源试验设备包括伺服监测系统和主控系统，其特征在于，所述主控系统和伺服监测系统双向连接，其中，所述主控系统，用于实时接收所述伺服监测系统的温度监测数据，并对所述伺服监测系统下达加热指令；所述伺服监测系统，用于实时向主控系统发送温度监测数据，并接收所述主控系统的命令对模拟建筑进行加热。2.根据权利要求1所述的一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，其特征在于，所述伺服监测系统包括转盘、温度传感器和加热器，所述转盘中部上下贯通，所述温度传感器和加热器均安装在所述转盘的中心处。3.根据权利要求2所述的一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，其特征在于，所述转盘包括上回转台面、下回转台面和回转支承，所述上回转台面和下回转台面通过螺钉分别固定连接于所述回转支承的上端和下端上，所述下回转台面设置有齿条。4.根据权利要求3所述的一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，其特征在于，所述转盘还包括驱动机构，所述驱动机构受所述主控系统控制，包括电机、大齿轮和小齿轮，所述电机的转子固定连接小齿轮，所述小齿轮与大齿轮啮合连接，所述大齿轮和下回转台面啮合连接。5.根据权利要求4所述的一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，其特征在于，所述上回转台面和下回转台面的直径均为1.5m。

技术总结
本发明公开了一种用于建筑供热与积雪耦合实验的可调节热源试验设备，属于建筑雪荷载领域。可调节热源试验设备包括伺服监测系统和主控系统，主控系统和伺服监测系统双向连接，其中，主控系统，用于实时接收伺服监测系统的温度监测数据，并对伺服监测系统下达加热指令；伺服监测系统，用于实时向主控系统发送温度监测数据，并接收主控系统的命令对模拟建筑进行加热。本发明的设备可用于研究屋面积雪过程中，考虑了建筑采暖传导热的热力融雪机理，为深入开展大跨空间结构屋面雪荷载研究、规范修订以及大跨度屋盖设计提供可靠的实验数据。修订以及大跨度屋盖设计提供可靠的实验数据。修订以及大跨度屋盖设计提供可靠的实验数据。


技术研发人员：范峰 张清文 莫华美 张国龙 李睿
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2021.06.29
技术公布日：2021/9/28