JZYG-HJC型大型建筑全環(huán)境艙動態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺

一、概述

建筑動態(tài)環(huán)境實(shí)驗(yàn)技術(shù)是國際建筑技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域的前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)，是研究建筑材料、構(gòu)件和系統(tǒng)性能退化及耐久性的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)方法，同時還可以開展建筑節(jié)能、建筑人居環(huán)境等方向的實(shí)驗(yàn)研究。大型建筑全環(huán)境艙動態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺是開展建筑動態(tài)環(huán)境實(shí)驗(yàn)的大型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，代表了該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)核心技術(shù)為多環(huán)境參數(shù)同步耦合的動態(tài)模擬，不同于傳統(tǒng)的單一環(huán)境參數(shù)穩(wěn)態(tài)環(huán)境模擬。本系統(tǒng)可模擬動態(tài)的溫濕度變化、紅外太陽輻照、紫外太陽輻射、降雨（酸雨）、降雪、陣風(fēng)等自然環(huán)境條件。
本系統(tǒng)的原型是東南大學(xué)建筑學(xué)院和城市與建筑遺產(chǎn)保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托國家985和211工程，于2009年正式啟動的"東南大學(xué)大型建筑全環(huán)境艙動態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺"（ Large Scale Dynamic Building Climate Chamber Testing Facilityof Southeast University）建設(shè)項(xiàng)目。系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、控制、采集、數(shù)據(jù)處理方面都采用了模塊化設(shè)計(jì)，不斷完善和升級系統(tǒng)，最終將該系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。本實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)成功，將會為推動我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的動態(tài)環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

二、環(huán)境艙特點(diǎn)

1、大尺度的實(shí)驗(yàn)空間：實(shí)驗(yàn)段截面面積可達(dá)到 3.0m× 4.0m，可進(jìn)行大型試件的實(shí)驗(yàn)；配合高精度傳感器、變送器和采集器，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可信度大大提高。
2、全環(huán)境下的動態(tài)、精確、連續(xù)模擬控制：可對溫度、濕度、太陽熱輻射、紫外輻射、降水、酸雨等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行動態(tài)、同步、精確、連續(xù)的模擬控制，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)自然環(huán)境的高精度仿真。
3、大范圍環(huán)境控制：溫度控制范圍達(dá)到 -20℃～+40℃，濕度控制范圍達(dá)到 20%～90%，太陽熱輻射控制范圍達(dá)到0～1000 W/m＾2。
4、高速的環(huán)境動態(tài)變化頻率：環(huán)境加速比可達(dá)到8，即在3小時內(nèi)完成真實(shí)條件下24小時的環(huán)境動態(tài)變化。

三、環(huán)境艙應(yīng)用

1、建筑：研究建筑材料、構(gòu)件和系統(tǒng)性能退化及耐久性，同時還可以開展建筑節(jié)能、建筑人居環(huán)境等方向的實(shí)驗(yàn)研究。比如單獨(dú)對一個墻體或一種建筑材料進(jìn)行長時間的測試，不僅可得到其老化及耐久性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也可得到系列節(jié)能指標(biāo)的測試結(jié)果，如傳熱系數(shù)等。

2、：為氣候?qū)嶒?yàn)提供仿真實(shí)驗(yàn)室。比如裝甲車要在天氣情況下或特定的氣候條件下進(jìn)行試車，考察其在不同的外界環(huán)境負(fù)荷下，對車內(nèi)的舒適度性、發(fā)動機(jī)的效率等因素的影響力度。如果在自然環(huán)境里實(shí)驗(yàn)，這些參數(shù)往往要受自然環(huán)境多變的困擾，而且隨機(jī)性大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度差。在一個相對持續(xù)穩(wěn)定的動態(tài)環(huán)境里，可長時間控制在一個想要的環(huán)境，使得測試更為簡單和快捷。（該測試需要另配置底盤測功儀、一個空跑的平臺、而且需要增加尾氣排放系統(tǒng)等。具體依據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)）。
3、汽車工業(yè)：如同一樣，這樣的實(shí)驗(yàn)室可為汽車、摩托車等機(jī)械提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。比如汽車的動力性、空調(diào)的負(fù)荷、車漆的老化等指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)和測試。（該測試需要另配置底盤測功儀、一個空跑的平臺、而且需要增加尾氣排放系統(tǒng)等。具體依據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)）。

4、農(nóng)業(yè)：為植物生長、動植物培養(yǎng)等研究提供動態(tài)的環(huán)境模擬。
5、其它對環(huán)境模擬有需求的領(lǐng)域。

四、環(huán)境艙各模塊介紹

1、艙體模塊
艙體是本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的載體，艙體的基本形式有混凝土整體澆注和鋼構(gòu)加保溫層兩種類型。具體規(guī)格我公司提供兩種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格：縱向截面尺寸供用戶選擇：2 × 2m和 3m× 3m；長度為 6m左右。其它非標(biāo)規(guī)格依據(jù)用戶需求定制。艙體模塊大小由有效實(shí)驗(yàn)面積決定。艙體的空間由設(shè)備間、室內(nèi)環(huán)境模擬間、室外環(huán)境模擬間、數(shù)據(jù)采集及自動控制室組成。具體空間設(shè)置可依據(jù)用戶的實(shí)驗(yàn)空間條件進(jìn)行個性化設(shè)計(jì)。
2、環(huán)境參數(shù)控制模塊
（1）溫濕度控制模塊
在建筑領(lǐng)域，溫濕度的控制可按照我國典型區(qū)域氣候條件設(shè)計(jì)，提供2種基本組合供用戶選擇：可滿足夏熱冬冷、夏熱冬暖、溫和地區(qū)實(shí)驗(yàn)要求：溫度-10℃～+40℃，濕度 20%RH～90%RH；可滿足寒冷、嚴(yán)寒地區(qū)實(shí)驗(yàn)要求：溫度-30℃～+40℃，濕度 20%RH～90%RH。
注：低溫高濕不好實(shí)現(xiàn)，自然界也不會有這樣的情況，低溫下一般都是 60%相對濕度，需用戶注意該指標(biāo)。
（2）太陽輻射模擬模塊
太陽輻射模擬利用連續(xù)光譜的太陽模擬燈矩陣模擬，可調(diào)節(jié)角度及輻射強(qiáng)度，配置可調(diào)穩(wěn)壓電源：紅外熱輻射范圍約為 0～1000W/m2。具體調(diào)節(jié)角度及輻射強(qiáng)度可依據(jù)用戶要求單獨(dú)設(shè)計(jì)。布置形式也依據(jù)需求可頂置也可側(cè)置。

（3）降（酸）雨模擬模塊
降雨采用特制淋雨噴頭矩陣，可調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度，也可調(diào)節(jié)淋雨角度?？蛇_(dá)到特大暴雨等級：0～140mm/12h。酸雨 PH值設(shè)計(jì)參考《近年中國酸雨分布圖》，最小 PH值達(dá)到 4.5，可滿足全國絕大多數(shù)地區(qū)實(shí)驗(yàn)的要求。< /p>

（4）降雪模擬模塊
本系統(tǒng)可配置人工造雪設(shè)備進(jìn)行模擬降雪。按照降雪等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，大雪為 12小時內(nèi)降雪量 3～6 mm，暴雪為 12小時內(nèi)降雪量超過 6 mm。
3、終端傳感器測試模塊
傳感器模塊分為環(huán)境控制傳感器子模塊和數(shù)據(jù)測量傳感器子模塊，前者為用于環(huán)境控制的傳感器，后者為用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量的傳感器。環(huán)境控制傳感器子模塊需根據(jù)用戶選擇的環(huán)境控制模塊確定，包括室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)的溫濕度傳感器（考慮高精度、高可靠度的進(jìn)口儀器）和室外側(cè)的太陽輻射計(jì)量儀。降雨量測定通過降雨管路上的電磁流量閥累積計(jì)算控制，在艙體內(nèi)無需設(shè)置單獨(dú)的傳感器。
數(shù)據(jù)測量傳感器子模塊根據(jù)艙體大?。从行?shí)驗(yàn)截面積大?。┐_定?？煽紤]提供兩種標(biāo)準(zhǔn)配備：
(1) 2x2米：配備熱流計(jì) 64個（平均每 25 x 25 cm一個），溫度傳感器 150個（128 個對應(yīng) 64個熱流計(jì)，另 22個機(jī)動使用），材料含水量傳感器 20個。
(2) 3x3米：配備熱流計(jì) 144個（平均每 25 x 25 cm一個），溫度傳感器 310個（288個對應(yīng) 144個熱流計(jì)，另 22個機(jī)動使用），材料含水量傳感器 30個。
上述傳感器的種類和數(shù)量用戶可以定制。
4、數(shù)據(jù)采集及自動控制硬件模塊
數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)硬件主要涉及溫度、濕度、流量等多通道傳感器。自動控制模塊通道數(shù)應(yīng)同環(huán)境控制設(shè)備協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，與用戶選擇的環(huán)境控制種類直接相關(guān)。
5、系統(tǒng)控制及處理軟件
數(shù)據(jù)采集及自動控制軟件基于美國國家儀器公司的 LABVIEW平臺編寫，基本框架為大量傳感器的數(shù)據(jù)采集和包含控制邏輯的自動控制部分。具體內(nèi)容需根據(jù)硬件系統(tǒng)的要求定制。

五、施工及用電要求

1、施工空間要求：可根據(jù)用戶的空間條件確定。
2、用電要求：本實(shí)驗(yàn)室的功率較大，需配置動力電，功率不小于 60KW。
3、用水要求：本實(shí)驗(yàn)室需提供水源。
4、施工周期：施工周期約為 60個工作日（不含設(shè)備采購及系統(tǒng)綜合調(diào)試）。

六、用戶選型定制

我們推薦三款建筑領(lǐng)域用的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其它非標(biāo)規(guī)格及其它領(lǐng)域的特殊要求按實(shí)際配置另行設(shè)計(jì)方案。