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基本信息

项目名称:
门窗传热性能实验测量系统的设计和研究
小类:
机械与控制
简介:
本作品采用实验研究与数值模拟相结合的办法,设计的门窗传热性能实验测量系统,可以快速、准确的测定门窗的传热系数。系统拥有良好的可靠性和实用性,而且成本低廉,可以应用于不同的领域。同时对于门窗传热性能测量的研究,有较好的指导作用。
详细介绍:
将50个18B20型温度传感器用粘贴的方式固定在试件冷热面上,采集试件冷热面的表面温度,经由数据线将各点的温度传输到FPGA开发板,通过FPGA开发板的主板处理器进行数据处理,最后经由串口将数据从开发板传输到上位机上,使用软件进行数据收集和处理,进而得到试件的温度分布和传热系数。

作品图片

  • 门窗传热性能实验测量系统的设计和研究
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

目前,门窗的节能研究具有很大的意义,简便计算门窗的热工性能是十分必要的。本作品采用实验研究与数值模拟相结合的办法,设计的门窗传热性能实验测量系统,可以快速、准确的测定门窗的传热系数。 温度测量采用18B20型温度传感器,其温度精度为0.25℃。对于数据采集方面,采用spartan-3a XC3S50A-TQG144型FPGA开发板,通过对开发板进行编程和制定串口,来对不同的温度传感器进行测温。窗体构件传热性能实验台的温度测量系统采用50个18B20型温度传感器采集窗体冷热面的表面温度,经由数据线将各点的温度传输到FPGA开发板,通过FPGA开发板的主板处理器进行数据处理,最后经由串口将数据从开发板传输到上位机上,通过软件进行数据收集和处理。通过冷热箱体的能量损失,进而得到门窗的传热性能。

科学性、先进性

衡量门窗节能优劣的最关键的指标就是传热系数,而传热系数小并且其他性能突出的门窗是首选。为此应该大力研究门窗的传热性能。过去的一些计算方法基本属于简化的计算方法,并不适用于需要得到门窗精确传热系数的场所和建筑。 与现有技术相比,该测量系统在温度采集上,采用18D20温度传感器,而非传统测量方法使用的热电阻或热电偶。所以检测精度较高,硬件结构简单,整个系统的速度快,灵活性高,具有较强的抗干扰能力。 在门窗传热系数的得出方法上,该测量系统弥补了过去对于门窗传热系数简化的计算方法的不足,使得门窗传热系数的获得更加的快捷、精确,有良好的可靠性。同时对今后的门窗的热工性能的研究有较好的指导意义。

获奖情况及鉴定结果

作品所处阶段

中试阶段

技术转让方式

作品可展示的形式

图纸、图片、样品。

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

该测量系统硬件结构简单,成本低廉,采集并处理数据灵敏、迅速,有良好的可靠性。具有其他测量方法无法比拟的优势。 该测量系统方便、快捷、灵敏、成本低,非常适用于需要得到门窗精确传热系数的厂商和部门。可以推广到相关门窗生产厂商,对某一产品样本实际测量,得出热工性能报告速度快,结果精确度高。还可以推广到高等院校及科研部门的实验室,应用于相关实验,可靠性较高。同时对于门窗传热性能测量未来的研究,也有较好的指导作用。 随着该技术的不断成熟,其在各个领域的运用将会越来越广泛。因此,这是一项值得投入人力和物力开发的新技术,可以取得良好的经济效益。

同类课题研究水平概述

一、国外研究状况 国外的节能门窗研究与使用开始于20世纪70年代,因为当时爆发了能源危机,使得各国开始重视能源问题,同时在建筑节能方面进行研究。这种条件使得国外的门窗从只注重美观变化为美观和节能兼顾的观念。国外的建筑节能标准相对比我国要高很多,这就要求节能门窗的保温性更加好,即其节能门窗的传热系数更小,同时要达到其他很多优良的性能。 在国外,门窗传热系数的获得方法上,一般是使用简单的传热系数表进行查找,或者是使用查表法对门的传热系数进行计算,这两种计算方法的优点为使用简单,计算方便,但是由于门窗框架形式不同的限制,以及选值的问题,使得计算得到的K值不够准确。 二、国内研究状况 1989年开始,以涂逢详为首的“中国建筑节能经济技术政策研究组”,开展了以“系统掌握我国建筑能耗、建筑热环境、建筑节能工作进展的实际情况”为目的的调查工作,得到了城市单位建筑面积能耗数据,为建筑节能法规政策的制定提供了强有力的数据基础,是我国历史上最早的全方位建筑能耗调查研究。 1999年哈尔滨建筑大学赵立华等,利用所编制的计算机程序对蒿山小区内各建筑物建筑节点作了计算分析,指出热桥在新型保温建筑中的影响远远大于传统建筑。 1999年林海燕利用PTDA对住宅的一个典型开间的外墙砸的外保温和内保温进行了温度分布和表面热流的计算分析,并求出了墙面的平均传热系数。通过分析对比,得到结论:窗洞口侧面的热损失相当大,无论是外保温还是内保温墙体都应该采取措施加强窗洞1:3侧面的保温。 2000年,青岛建筑工程学院胡松涛等应用不可逆热力学分析并试验测试了双层窗的复合传热过程,得出:在不考虑日射得热的条件下自然对流换热及其对辐射换热的交叉效应是传热过程的主要因素,说明降低窗间气体的自然对流将是提高外窗的绝热性能的主要方向之一。 2004年华中科技大学分析目前建筑保温墙体的热工测试方法,提出了科学完善的测试方法,即红外线诊断墙体热工缺陷和墙体传热系数两种方法相结合的现场测试手段,用以评价建筑的节能效果。 2005年深圳市建筑科学研究院建筑节能研究中心利用导热仪和热流计方法对墙体和外门窗检测系统测量准确性进行验证。
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