阅读说明：本技术 一种模拟住宅区沥青路面热岛效应的测温装置 (Temperature measuring device for simulating heat island effect of bituminous pavement in residential area ) 是由 侯曙光 张东 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明是一种模拟住宅区沥青路面热岛效应的测温装置,装置包括环境箱、热电阻、沥青混凝土板、水泥混凝土立方块、绿色纸板、模拟光源、灯架。环境箱与外界隔热；热电阻测量环境箱内不同位置的温度；沥青混凝土板模拟沥青路面；水泥混凝土立方块模拟房屋建筑,通过或密或疏的布置来模拟不同建筑密度的住宅区；绿色纸板模拟住宅区的绿地,与混凝土块结合使用；模拟光源采用碘钨灯,起到加热作用；灯架固定光源,并可调节光源的入射角度。该装置可根据测试需要,自由组合沥青混凝土板、水泥混凝土块和绿色纸板,满足各种建筑分布类型。通过热电阻测出多个位置的温度,从而得出住宅区的温度分布。(The invention relates to a temperature measuring device for simulating a heat island effect of an asphalt pavement in a residential area. The environment box is insulated from the outside; the thermal resistor measures the temperature of different positions in the environment box; the asphalt concrete slab simulates an asphalt pavement; the cement concrete cube simulates a house building, and residential areas with different building densities are simulated through dense or sparse arrangement; the green paperboard simulates the green land of a residential area and is used in combination with the concrete blocks; the simulated light source adopts a iodine-tungsten lamp to play a role in heating; the lamp bracket fixes the light source and can adjust the incident angle of the light source. The device can freely combine the asphalt concrete plate, the cement concrete block and the green paper board according to the test requirements, and various building distribution types are met. The temperature of a plurality of positions is measured by the thermal resistor, so that the temperature distribution of the residential area is obtained.)

一种模拟住宅区沥青路面热岛效应的测温装置

技术领域

本发明涉及一种住宅区沥青路面热岛效应的测温装置，属于城市居民区热岛效应评价领域。

背景技术

随着经济的快速发展，城市化的步伐越来越快。为了满足日益增长的城市居住和交通需求，建筑物密度不断提高，道路面积不断增大，从而导致夏季城市的热岛效应日趋显著，严重降低了人体舒适度，危害了居民身体健康。

目前，为了评价城市热岛效应，普遍采用气象数据采集装置、红外图像采集装置、市郊区温度采集装置测试温度、风速等。但这些装置存在以下几个缺陷：

(1)测试均为室外实测，天气条件影响很大，风速、太阳入射角度等等均会对测试结果产生很大影响。且对于一组已经测到的数据，无法进行相同风速、入射角度或者天气条件下的重复性测试，即测试结果不可重复；

(2)实测只能对已有的建筑规模进行测试，无法分析相同条件下建筑密度、绿化程度和道路面积对城市热岛效应的影响；

(3)人工量大，需要市区、郊区同时测试，耗费人工；

(4)测试成本高，气象和红外图像采集装置昂贵。

为此，有必要发明一种经济有效，重复使用且能够模拟各种建筑分布的热岛效应测试装置。

发明内容

本发明的主要目的在于，测试住宅区不同建筑分布、绿地和路面面积下的热岛效应，就建筑密度、绿化程度、沥青路面面积对热岛效应的影响作出全面、准确的分析与评价。

本发明所要解决的技术问题是提供一种可自由组合建筑、绿地和沥青路面的住宅区模型，在此基础上模拟太阳光照射下的温度变化，且避免光源通过空气对流热传递对模型的影响。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

一种模拟住宅区热岛效应的测温装置，包括环境箱、热电阻、混凝土立方块、绿色纸板、模拟光源、灯架。环境箱内外均涂抹隔热涂料——复合硅酸镁铝隔涂料，用来隔绝环境箱内外的热量交换。环境箱内的地面由多块长宽均为30cm，高5cm的沥青混凝土板拼接而成。

进一步的，混凝土立方块数量与尺寸可根据实际需要制作。草皮采用绿色纸板代替，每块纸板大小、厚度均相同，铺在沥青混凝土板表面，纸板与纸板之间可预留间隙，该间隙即为沥青混凝土路面。

具体地，灯架由4根长方体立柱和两根半圆形钢管组成，用于固定碘钨灯，钢管上预留孔洞，各孔洞对应相应弧度，用于设定模拟光源的入射角度。模拟光源采用碘钨灯，灯罩后盖焊接一块钢板，且在钢板侧面中间钻孔，孔洞直径与上述灯架孔洞相同，钢板上孔洞间距根据灯架上预留孔洞的间距而定。将孔洞与灯架上孔洞相重叠，并用直径适宜的圆杆插入固定。固定在不同的位置，碘钨灯对应的入射角度也不同。

更具体的，环境箱内在各沥青混凝土板的相交处布设圆台形套筒，套筒长度不超过混凝土立方块高度。套筒顶端直径略小于热电阻感温头直径，大于热电阻导线直径。将热电阻感温探头置于套筒顶端，使用不同长度的套筒即可实现环境箱内不同高度处的温度测试。热电阻通过数据采集模块与计算机相连，自动读取并记录温度数据。

还有，在环境箱顶部悬挂一根绝热线，线端与水泥混凝土立方块顶端齐平，从线端开始均匀分布多个温度计，用于检测模拟光源对环境箱内空气温度的影响。

本发明所具有的得益效果是：

(1)本发明试验的测试过程均在一个大的环境箱中完成，所有相关试验条件可控。采用碘钨灯模拟太阳光源，不受实测时的测试条件限制，且人工量小，单人即可操作；

(2)能够模拟各种类型的住宅区建筑分布情况，可以自由设置建筑、绿化、道路的面积比例，可以在相同测试条件下比较这三种影响因素对城市热岛效应的影响；

上述内容仅是对本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图作进一步的描述。

附图说明

图1为装置主视图；

图2为装置俯视图；

图3为装置左视图；

图4为装置斜视图；

图5为碘钨灯图；

图6为套筒和热电阻图；

附图标记，1-环境箱；2-半圆形灯架；3-模拟光源；4-混凝土立方块；5-绿色纸板；6-沥青混凝土板；7-套筒；8-悬挂温度计；9-灯架圆管孔洞；10-长方体立柱；11-钢板；12-钢板孔洞；13-热电阻感温探头；14-热电阻导线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

结合图1-3，本发明的模拟住宅区热岛效应的测温装置包括环境箱1，环境箱内架着半圆形灯架2，灯架上固定模拟光源3，在光源下设置模拟建筑的水泥混凝土立方块4和模拟草地的绿色纸板5，环境箱的地面由沥青混凝土板6组成，通过热电阻13和悬挂温度计8监测环境箱内温度。

本实施例中，所述环境箱1的长宽高分别是180cm、180cm、160cm，厚度是2cm，环境箱内外均涂抹合复合硅酸镁铝隔热涂料，涂层厚度0.5cm。

所述半圆形灯架2由两根直径5cm的钢管弯曲成半径95cm的半圆形，架在环境箱两边的长方体立柱10上，交接处采用焊接。在半圆形灯架弧度25°和35°、55°和65°、85°和95°、115°和125°、145°和155°处钻孔9，孔径0.5cm，插入对应直径的钢棒固定支架。

所述模拟光源3采用1000W碘钨灯，灯罩后盖焊接一块长宽厚为25cm、15cm、2cm的钢板11，且在钢板中间钻孔12，孔洞直径0.5cm，间距16.56cm，该间距为顶角角度为10°，腰长95cm的等腰三角形的底边长度，也是上述灯架上相邻两孔洞的直线距离。以25°和35°处的孔洞为例，将碘钨灯灯罩上钢板的孔洞12与25°和35°处孔洞9重叠，用适宜的钢棒插入固定，该位置的碘钨灯照射角度即为30°。同理，其余处对应的入射角度分别为60°、90°、120°、150°。

所述混凝土立方块4为实心水泥混凝土，长宽高为8cm、10cm、25cm，共计8个。绿色纸板尺寸10cm×10cm，共计324个。组成地面的沥青混凝土板6长宽均为30cm，厚5cm，级配为OGFC-13，共计36块。

所述圆台形套筒7，底面半径1cm，顶面半径0.1cm，设置5种高度：5cm、10cm、15cm、20cm、25cm，每种高度的套筒各25个。热电阻为PT100型，由感温探头13和导线14组成，感温探头半径略大于套筒顶面半径，导线则穿过沥青混凝土板之间的间隙，最终与数据采集仪相连。

所述悬挂温度计8，用于检测模拟光源对环境箱内空气温度的影响。距离光源越近，空气温度越高。绝热线悬挂在环境箱顶部，底端与混凝土立方块顶端齐平，总长130cm。从底端开始，每隔30cm悬挂一个温度计，共计悬挂4个。当最底端的温度计数值超过夏季城市最高气温后，即停止加热，以免热空气的干扰。本装置拟定夏季城市最高气温为40℃。

一种住宅区热岛效应的温度测试方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：设定建筑面积:草地面积:道路面积为a:b:c，根据实际住宅区结构分布，合理布设混凝土立方块、绿色纸板以及纸板间隙的位置。

步骤二：选择需要模拟的太阳入射角，固定模拟光源。选择热电阻所需要测量的高度，并在沥青混凝土板间隙处布设相应高度的套筒，避开被混凝土立方块和绿色纸板遮挡的间隙处。

步骤三：记录悬挂温度计温度，并打开计算机记录所有热电阻的数值。先静置一段时间，等四个悬挂温度计温度数值基本一致时，打开模拟光源。

步骤四：当最下方的悬挂温度计数值达到40℃时，关闭模拟光源。通过计算机导出温度数据，绘制成温度图像1。

步骤五：保持其余条件不变，更改建筑面积、草地面积和道路面积比例，重复上述试验步骤，绘制温度图像2。

步骤六：比较图像1和2，分析建筑面积、草地面积和道路面积不同比例对住宅区温度的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。