房屋抗停电承受时间的模拟测试系统、方法及应用与流程

1.本发明涉及仿真实验室领域，具体而言，涉及一种房屋抗停电承受时间的模拟测试系统、方法及应用。


背景技术：

2.近年来，中国大力推动实施清洁能源改造工作。其中，清洁改造主要以电采暖方式为主。电采暖无污染、碳排放量低、可控性强，但其在电网故障情况下的供电可靠性问题日益严峻，该问题在作为电采暖工程应用主战场的农村地区薄弱配电网显得尤为严峻。因此，停电不停暖技术保障措施的设定十分必要。
3.实际中，房屋抗停电承受时间受所在地区气候条件、房屋围护结构、房屋保温性能、停电时刻房屋初始状态、供暖系统散热末端及供暖模式影响，导致房屋抗停电承受时间无法固定，需进行现场测试。然而，不同地域，房屋设置不同，每一个都需要现场测试的化，耗费的人力、物力都无比繁重，根本无法实现。故而，有必要提供一种仿真实验室，使其可以对不同地区，不同房屋材料均可进行抗停电承受时间测试，且测试可靠性较高。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种，以解决现有技术中现场测试房屋抗停电承受时间存在的成本较高、操作较繁重的问题。
5.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电采暖房屋抗停电承受时间的模拟测试系统，模拟测试系统包括夹套式箱体；其中，夹套式箱体包括外部箱体和位于外部箱体之内的内部箱体，内部箱体具有第一腔体，内部箱体和外部箱体之间的空间为第二腔体；第二腔体配置有至少一组第一温度控制装置、至少一组第一温度采集装置、至少一组湿度控制装置及至少一组风力控制装置；第一腔体配置有至少一组第二温度控制装置、至少一组第二温度采集装置及计时器；内部箱体的箱体材料包括由内到外依次叠置的第一板材、电加热膜、第二板材、呼吸纸、第三板材、第四板材及保温层；保温层的厚度和/或材料可调节，以使内部箱体的箱体材料的传热系数可调节。
6.进一步地，第一温度控制装置及第二温度控制装置各自独立地包括制冷设备、加热设备以及温度调节设备，且温度调节设备分别与制冷设备及加热设备电连接；优选地，湿度控制装置包括加湿器、除湿器以及湿度传感器，且湿度传感器分别与加湿器及除湿器电连接；优选地，风力控制装置包括风机盘管和风力调节设备，且风力调节设备与风机盘管电连接。
7.进一步地，制冷设备包括制冷机和与制冷机电连接的制冷水箱。
8.进一步地，第一板材及第二板材的厚度各自独立地为9～9.2mm、热阻各自独立地为0.02～0.04(m2·
k)/w；电加热膜的厚度为1～1.1mm、热阻为0.02～0.04(m2·
k)/w；呼吸纸的厚度为100～105mm、热阻为0.16～0.18(m2·
k)/w；第三板材的厚度为10～10.5mm、热阻为0.076～0.077(m2·
k)/w；第四板材的厚度为17～18mm、热阻为0.121～0.0122(m2·
k)/
w。
9.进一步地，第一板材及第二板材各自独立地选自石膏板；第三板材选自osb板、胶合板或泡沫板中的一种或多种；第四板材选自木屑板、软木板或橡木板中的一种或多种；保温层的材料为岩棉。
10.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电采暖房屋抗停电承受时间的模拟测试方法，采用上述的模拟测试系统对目标待测电采暖房屋进行模拟测试；测试方法包括以下步骤：步骤1，获取目标待测电采暖房屋的墙体材料的传热系数，记为传热系数k1；根据传热系数k1调整保温层的厚度和/或材料，以使内部箱体的箱体材料的传热系数k2与传热系数k1的差值≤0.1；步骤2，开启第一温度控制装置、第一温度采集装置、湿度控制装置及风力控制装置，以使第二腔体内的温度为-40～50℃，湿度为25～100％rh，风力为0～12m/s；步骤3，开启第二温度控制装置和第二温度采集装置，以使第一腔体内的温度达到18～20℃；步骤4，将第一腔体内的温度保持至少12h后，关闭第二温度控制装置及电加热膜，同时以此为时间起点，开启计时器，每间隔1min通过第二温度采集装置采集第一腔体内的温度，待第一腔体内的温度降至12～13℃后，停止采集，同时以此为时间终点，记录终点时间即为目标待测电采暖房屋的抗停电承受时间。
11.进一步地，当目标待测电采暖房屋位于严寒地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为-40～-10℃；当目标待测电采暖房屋位于寒冷地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为-10～0℃；目标待测电采暖房屋位于夏热冬冷地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为-10～0℃；目标待测电采暖房屋位于夏热冬暖地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为10～13℃；目标待测电采暖房屋位于温和地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为-13～0℃。
12.进一步地，温度采集装置各自独立地布置在第一腔体及第二腔体的底壁、顶壁、侧壁或三维空间中任意一点；优选地，将温度采集装置距离内部箱体内壁的最小距离记为l1，将内部箱体的内壁的任意两个点之间的最大距离记为l2，则l1/l2＝1/4～1/2；最优选地，温度采集装置位于第一腔体的中心处。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种上述的电采暖房屋抗停电承受时间的模拟测试方法的应用。
14.应用本发明的技术方案，有效解决了必须要现场测量的成本高及操作繁重的问题，通过简单系统的设置，即可测试不同地区不同材质房屋的抗停电承受时间，成本更低、操作更简单、且测试方法更可靠、测试结果更精确。
附图说明
15.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1示出了本发明实施例1中模拟电采暖房屋的抗停电承受时间测试图。
具体实施方式
17.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
18.传热系数定义：传热系数是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温度为1度，单位时间通过单位面积传递的热量，单位是w/(m2·
k)。
19.正如本发明背景部分所描述的，现有技术中现场测试房屋抗停电承受时间存在成本较高、操作较繁重的问题。为了解决这一问题，本发明提供了一种房屋抗停电承受时间的模拟测试系统，模拟测试系统包括夹套式箱体；其中，夹套式箱体包括外部箱体和位于外部箱体之内的内部箱体，内部箱体具有第一腔体，内部箱体和外部箱体之间的空间为第二腔体；第二腔体配置有至少一组第一温度控制装置、至少一组第一温度采集装置、至少一组湿度控制装置及至少一组风力控制装置；第一腔体配置有至少一组第二温度控制装置、至少一组第二温度采集装置及计时器；内部箱体的箱体材料包括由内到外依次叠置的第一板材、电加热膜、第二板材、呼吸纸、第三板材、第四板材及保温层，保温层的厚度和/或材料可调节，以使内部箱体的箱体材料的传热系数及热惰性指标可调节。
20.其中，第一腔体可用于模拟目标待测房屋的室内环境，第二腔体可用于模拟目标待测房屋的室外环境。具体地，第二腔体配置有至少一组第一温度控制装置、至少一组第一温度采集装置、至少一组湿度控制装置及至少一组风力控制装置。基于此，可以更精确的调整第二腔体的环境以使其和目标待测房屋的室外环境相似性更高，比如温度、湿度以及风力更接近，从而可以提高模拟环境和目标待测环境的匹配性，进而可以促使模拟测试的可靠性更佳、测试结果和实际现场测量的结果更吻合、更精准。第一腔体配置有至少一组第二温度控制装置、至少一组第二温度采集装置及计时器。基于此，可以随时监测第一腔体的温度，操作自动化程度更佳、数据精准性更佳。同时，本发明内部箱体的材料包括由内到外依次叠置的第一板材、电加热膜、第二板材、呼吸纸、第三板材、第四板材、以及保温层，基于此，可以更精准的模拟目标待测房屋的围护结构。目标待测房屋的围护结构具有热惰性指标和传热系数。本发明可获取目标待测房屋围护结构的传热系数，根据传热系数以选择模拟测试系统内部箱体的保温层的厚度和/或材料，根据公式以调节内部箱体的传热系数，使其和目标待测房屋的围护结构的传热系数k差值≤0.1，式中，ri为内表面换热阻，为0.11，re为外表面换热阻，为0.04，r是围护结构总热阻，即第一板材、电加热膜、第二板材、呼吸纸、第三板材、第四板材及保温层的总热阻。基于此，本发明上述系统和实际房屋的拟合效果更佳、测试可靠性更高、测试结果更精确。综上，基于上述系统的设置，本发明有效解决了必须要现场测量的成本高及操作繁重的问题，通过简单系统的设置，即可测试不同地区不同材质房屋的抗停电承受时间，成本更低、操作更简单、且测试方法更可靠、测试结果更精确。而且，这一测试系统对停电不停暖措施制定尤为关键，工程可根据房屋抗停电承受时间进行房屋热需求分析，设计电采暖主要技术路线和停电不停暖措施。
21.额外说明的是，本发明上述第二腔体内设备的温度调节区间在-40～50℃之间，该区间的温度值基本与各地低温较低时节的室外温度相一致。
22.在一种优选的实施方式中，第一温度控制装置及第二温度控制装置各自独立地包括制冷设备、加热设备以及温度调节设备，且温度调节设备分别与制冷设备及加热设备电连接。基于此，可以进一步更精准的控制第一腔体及第二腔体的环境和目标待测房屋的屋内温度和屋外温度吻合度更高，且在温度吻合较佳的基础上，其稳定性也较佳，后续基于此系统的测试可靠性更高、测试结果更精确。
23.在一种优选的实施方式中，湿度控制装置包括加湿器、除湿器以及湿度传感器，且湿度传感器分别与加湿器及除湿器电连接。基于此，可通过温湿度传感器实时监测第二腔体内的湿度，随时根据波动开启加湿器或除湿器，以使第二腔体内的湿度稳定保持在测试范围内，模拟效果更佳、测试可靠性更佳、测试结果更精准。
24.优选地，风力控制装置包括风机盘管和风力调节设备，且风力调节设备与风机盘管电连接。在实际应用过程中，可通过风机盘管模拟第二腔体风力，以使其和房屋室外风力状况吻合程度更高、更稳定。
25.在一种可选的实施方式中，加热设备选自热泵式电暖气、直热式电暖气或蓄热式电暖气中的一种或多种。采用上市加热设备更贴切目前实际应用中的供暖设备，从而可以更好地模拟实际应用的场景，测试可靠性更高、测试结果更精确。
26.在一种可选的实施方式中，制冷设备包括制冷机和与制冷机电连接的制冷水箱。实际操作过程中，可先由制冷机组将制冷水箱内的水温调节至实验环境所需温度，然后开启第二腔体表冷器冷冻水调节阀，调节阀的开度由第一腔体环境所需温度与第二腔体实时温度的差值进行pid调节，使第二腔体的温度稳定在模拟测试所需温度。
27.为了进一步模拟实际应用中房屋的构建模式，优选第一板材及第二板材的厚度各自独立地为9～9.2mm、热阻各自独立地为0.02～0.04(m2·
k)/w；电加热膜的厚度为1～1.1mm、热阻为0.02～0.04(m2·
k)/w；呼吸纸的厚度为100～105mm、热阻为0.16～0.18(m2·
k)/w；第三板材的厚度为10～10.5mm、热阻为0.076～0.077(m2·
k)/w；第四板材的厚度为17～18mm、热阻为0.121～0.0122(m2·
k)/w。更优选地，第一板材及第二板材各自独立地选自石膏板、泡沫石膏或加气石膏中的一种或多种；第三板材选自osb板材、胶合板或泡沫板中的一种或多种；第四板材选自木屑板、软木板或橡木板中的一种或多种。
28.本发明还提供了一种电采暖房屋抗停电承受时间的模拟测试方法，采用上述的模拟测试系统进行模拟测试；测试方法包括以下步骤：步骤1，获取目标待测电采暖房屋的墙体材料的传热系数，记为传热系数k1；根据传热系数k1调整保温层的厚度和/或材料，以使内部箱体的箱体材料的传热系数k2与传热系数k1的差值≤0.1；步骤2，开启第一温度控制装置、第一温度采集装置、湿度控制装置及风力控制装置，以使第二腔体内的温度为-40～13℃，湿度为25～100％rh，风力为0～12m/s；步骤3，开启第二温度控制装置和第二温度采集装置，以使第一腔体内的温度达到18～20℃；步骤4，将第一腔体内的温度保持至少12h后，关闭第二温度控制装置及电加热膜，同时以此为时间起点，开启计时器，每间隔1min通过第二温度采集装置采集第一腔体内的温度，待第一腔体内的温度降至12～13℃后，停止采集，同时以此为时间终点，记录终点时间即为目标待测电采暖房屋的抗停电承受时间。
29.基于前文的各项原因，本发明上述测试方法有效解决了必须要现场测量的成本高及操作繁重的问题，通过简单系统的设置，即可测试不同地区不同材质房屋的抗停电承受时间，成本更低、操作更简单、且测试方法更可靠、测试结果更精确。而且，这一测试系统对停电不停暖措施制定尤为关键，工程可根据房屋抗停电承受时间进行房屋热需求分析，设计电采暖主要技术路线和停电不停暖措施。
30.在一种优选的实施方式中，当目标待测电采暖房屋位于严寒地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为-40～-10℃；当目标待测房屋位于寒冷地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为-10～0℃；目标待测房屋位于夏热冬冷地区时，步骤2中，调节第二腔体内
的温度为-10～0℃；目标待测房屋位于夏热冬暖地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为10～13℃；目标待测房屋位于温和地区时，步骤2中，调节第二腔体内的温度为-13～0℃。本发明可依托模拟测试方法，对不同气象参数环境进行模拟。并且，发明人将全国划分为以下分区，针对不同地域特殊性，该测试方法均有较高的可靠性及结果精确性。需说明的是，本发明上述严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区及温和地区的定义如下表所示。
[0031][0032]
其中，严寒地区的代表城市有哈尔滨，寒冷地区的代表城市有北京，夏热冬冷地区的代表城市有上海，夏热冬暖地区的代表城市有广州，温和地区的代表城市有昆明。
[0033]
在一种可选的实施方式中，温度采集装置各自独立地布置在第一腔体及第二腔体的底壁、顶壁、侧壁或三维空间中任意一点；优选地，将温度采集装置距离内部箱体内壁的最小距离记为l1，将内部箱体的内壁的任意两个点之间的最大距离记为l2，则l1/l2＝1/4～1/2；最优选地，温度采集装置位于第一腔体的中心处。基于此，温度的选择准确性更高。
[0034]
本发明还提供了一种上述的房屋抗停电承受时间的模拟测试方法的应用。
[0035]
基于前文的各项原因，本发明有效解决了必须要现场测量的成本高及操作繁重的问题，通过简单系统的设置，即可测试不同地区不同材质房屋的抗停电承受时间，成本更低、操作更简单、且测试方法更可靠、测试结果更精确。而且，这一测试系统对停电不停暖措施制定尤为关键，工程可根据房屋抗停电承受时间进行房屋热需求分析，设计电采暖主要技术路线和停电不停暖措施。
[0036]
以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
[0037]
实施例1
[0038]
对北京一典型客房进行房屋抗停电承受时间模拟测试。
[0039]
步骤1，获取目标待测电采暖房屋的墙体材料的传热系数，记为传热系数k1；根据
传热系数k1调整保温层的厚度和/或材料，以使内部箱体的箱体材料的传热系数k2与传热系数k1的差值为0.1。
[0040]
继而建立模拟测试系统，其包括夹套式箱体，夹套式箱体包括外部箱体和位于外部箱体之内的内部箱体，内部箱体具有第一腔体，所内部箱体和外部箱体之间的空间为第二腔体；第二腔体配置有一组第一温度控制装置、一组第一温度采集装置、一组湿度控制装置及一组风力控制装置；第一腔体配置有一组第二温度控制装置、一组第二温度采集装置及计时器。其中，温度采集装置位于第一腔体的中心处。内部箱体的箱体材料包括由内到外依次叠置的石膏板、电加热膜、石膏板、呼吸纸、osb板及木屑板，且木屑板的外部设置有岩棉保温层。石膏板的厚度为9mm，热阻为0.03(m2·
k)/w；电加热膜的厚度为1mm，热阻为0.03333(m2·
k)/w；呼吸纸的厚度为100mm，热阻为0.18(m2·
k)/w；osb板的厚度为10mm，热阻为0.076923(m2·
k)/w，木屑板的厚度为17mm，热阻为0.121429(m2·
k)/w；保温层岩棉的厚度为50mm，热阻为1.25(m2·
k)/w。
[0041]
步骤2，开启第一温度控制装置、第一温度采集装置、湿度控制装置及风力控制装置，以使第二腔体内的温度为-10℃，湿度为25％rh，风力为3m/s。
[0042]
步骤3，开启第二温度控制装置和第二温度采集装置，以使第一腔体内的温度达到18℃。
[0043]
步骤4，将第一腔体内的温度保持12h后，关闭第二温度控制装置及电加热膜，同时以此为时间起点，开启计时器，每间隔1min通过第二温度采集装置采集第一腔体内的温度，待第一腔体内的温度降至12℃后，停止采集，同时以此为时间终点，记录终点时间即为目标待测电采暖房屋的抗停电承受时间，如图1所示，抗停电时间为160min。
[0044]
实际现场测量过程中，典型客房房屋抗停电承受时间为165min。由实施例可知，基于本发明模拟测试方法，和实际测量的误差在3.1％以内，测量精准性较高。
[0045]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。