建筑环境测试技术测试技术应用

1、 建筑环境测试技术建筑环境测试技术 第第12章章 自动化测量系统（自动化测量系统（2学学 时）时） 12.1 自动化测量系统概述自动化测量系统概述 12.2 集中及分布式自动测量系集中及分布式自动测量系 统统 12.3 数据采集器数据采集器 12.4 数据采集系统数据采集系统 第第13章章 建筑环境测试技术（建筑环境测试技术（2学时）学时） 13.1 建筑能耗测试技术 13.2 通风空调系统风量测量技术 13.3 一般通风用空气过滤器性能测量技术 13.4 空气冷却器与空气加热器性能测量技 术 13.5 散热器热工性能测量技术 13.6 空调机组测量技术 13.7 洁净室测量技术 13.8 工

2、业企业噪声测量技术 *建筑热工温度与热流巡回检测仪检测技术 *建筑环境测试新技术与新设备（激光多普 勒测速仪、红外热像仪、全息干涉仪、脉冲 中子活化技术） 建筑环境测试技术建筑环境测试技术 n授课时间：2学时 n主要内容： n 数据采集器的结构，集中及分布式自动测量系统。 n重点和难点: n 数据采集器的结构和典型功能 12自动化测量系统试自动化测量系统试 第12章 自动化测量系统 自动化测量系统概述 集中及分布式自动测 量系统 数据采集器 数据采集系统 建筑环境测试技术建筑环境测试技术 第第12章自动化测量系统章自动化测量系统 n 人工测量与自动化测量 n 人工测量/自动测量模式切换 n 自

3、动化测量系统 n 集中式、分布式及主从分布式 第第12章自动化测量系统章自动化测量系统 n测量系统测量系统 n是指借助于测量仪器与设备获得测量结果的整是指借助于测量仪器与设备获得测量结果的整 个过程的测量体系。个过程的测量体系。 n或指用来对被测量赋值的操作程序、评价人、或指用来对被测量赋值的操作程序、评价人、 量具、设备、环境及软件等要素的综合量具、设备、环境及软件等要素的综合, ,是获是获 得测量结果的整个过程。得测量结果的整个过程。 n构建（一个理想）测量系统，要考虑诸如测量构建（一个理想）测量系统，要考虑诸如测量 的目的、被测对象的特性、测量精度要求、系的目的、被测对象的特性、测量精度

4、要求、系 统实时性要求、地理位置分布、现场条件等多统实时性要求、地理位置分布、现场条件等多 方面的因素。方面的因素。 测量的目测量的目 被测对象的特性被测对象的特性 测量精度测量精度 实时性实时性 现场条件现场条件 时空定位时空定位 6 主从式系统主从式系统 多主式系统多主式系统 分布式系统分布式系统 系统设备系统设备 自记式采集器自记式采集器 7 第第12章自动化测量系统章自动化测量系统 n 自动化测量系统的构建自动化测量系统的构建 n构建一个构建一个自动化自动化测量系统，除考虑上述因素外，还测量系统，除考虑上述因素外，还 应考虑。应考虑。连续采样、模连续采样、模/ /数转换、软件分析、计算

5、机数转换、软件分析、计算机 处理、自动监控、人机界面、通信网络处理、自动监控、人机界面、通信网络等要素。等要素。 n工业化过程自动化测量系统分类工业化过程自动化测量系统分类 n集中式自动化测量系统自动化测量系统 （ “集中式集中式”是指整个整个系统是指整个整个系统中一个主 机，只使用一份数据，只使用一份数据 ） n分布式自动化测量系统分布式自动化测量系统 （ “分布式分布式”就是就是多个分机，每一个客，每一个客 户端都有数据的副本户端都有数据的副本 ） 9 n 自动化测量核心是一台微型计算机，在机内扩展一定 数量的I/O接口板与现场测量仪表进行匹配连接. 10 n 在监控中心可实时地观察到系统

6、的全部测量数据。在监控中心可实时地观察到系统的全部测量数据。 n 以微型计算机为核心的，具有强大的数值计算、逻辑以微型计算机为核心的，具有强大的数值计算、逻辑 判断、信息存储等功能。判断、信息存储等功能。 n 只适用于规模较小的工业过程，测量点数应在只适用于规模较小的工业过程，测量点数应在100点点 以内，传输距离一般应在百米以内。以内，传输距离一般应在百米以内。 n 当系统的规模较大时，主机的负担较重，实时性变差。当系统的规模较大时，主机的负担较重，实时性变差。 n 测量点数较多，测量的地理范围较大时，应采用分布 式自动化测量系统。 11 n 系统构成：主要由系统构成：主要由主计算机、通信信

7、道及现场、通信信道及现场分机。 n 主机：可由一台带有：可由一台带有RS232C或或RS485总线接口的总线接口的 微型计算机担任。微型计算机担任。 n RS485接口接口 12 n RS485接口接口 n半双工工作方式半双工工作方式，在总线上任意时刻只能有一台分机占有 总线 n可进行分时双向数据通讯，可以高速远距离传递信号 n智能仪表都配有RS485总线接口 n一般情况下，RS485总线可连接32台台分机，最大传输距 离可达到1200m，数据传送速率可达100 kbit/s 13 14 32 15 分机各自巡检测量分机各自巡检测量 分机自行数据处理（数字滤波、标度变换、分机自行数据处理（数字

8、滤波、标度变换、A/D转换、转换、 显示、存储等）显示、存储等） 分机与主机进行数据交换分机与主机进行数据交换 主机是整个测量系统的中心，负责数据进一步的加工主机是整个测量系统的中心，负责数据进一步的加工 处理处理 数据交换由主机控制，定时完成数据通信数据交换由主机控制，定时完成数据通信 主机完成协调工作主机完成协调工作 16 灵活性灵活性: 负载、危险、功能、地域分散和不确定负载、危险、功能、地域分散和不确定等特点 远程性远程性: 测量的作用半径大半径大 实时性：实时性： 大部分的数据处 理工作由分机完 成，提高了数据 测量的是实时性 可靠性：可靠性： 某一台分机出现 影故障并不响整 行。个

9、系统的运 例：例： 17 第第12章自动化测量系统章自动化测量系统 n模拟自动记录仪模拟自动记录仪 n将模拟数据转化为移动的机械手臂，将模拟数据转化为移动的机械手臂， 在卷纸上画出随时间变化的测量参在卷纸上画出随时间变化的测量参 数的曲线数的曲线 n早期的有毛发湿度自记仪早期的有毛发湿度自记仪 n数据采集器数据采集器 n将测量信号转化为数字在内部保存将测量信号转化为数字在内部保存 n设备中的数据须转移到设备中的数据须转移到PC中分析，中分析， 保存和生成报表保存和生成报表 n采用电池供电采用电池供电 19 数据采集器的主要功能数据采集器的主要功能 n定义：定义：电池供电的、便携式的、具有海量存

10、储器的、电池供电的、便携式的、具有海量存储器的、 具有与具有与PC机接口的数据采集分时记录智能仪表机接口的数据采集分时记录智能仪表 n类型：类型：一体式数据采集器，即数据采集器自带传感一体式数据采集器，即数据采集器自带传感 器；组合式数据采集器，即传感器和数据采集器是分器；组合式数据采集器，即传感器和数据采集器是分 离的离的 n 组合式数据采集器可以分为单通道和多通道的。多通组合式数据采集器可以分为单通道和多通道的。多通 道的可以一次同时从多个输入端采集数据道的可以一次同时从多个输入端采集数据 20 记录存储 串行接口 电池供电 超低功耗单片机 （内含） 信号调理传感器 n DS18B20是一

11、种可组网的数字温度传感器，具有单总是一种可组网的数字温度传感器，具有单总 线的结构线的结构 n 每个每个DS18B20都有一个都有一个64位的地址码位的地址码 21 . . . . 数 字 温 度 传 感 器 1 （） 数 字 温 度 传 感 器 2 （） 单 片 机 数 字 温 度 传 感 器 8 （） 串 行 通 信 接 口 ） 非 易 失 串 行 存 储 器 ） 串 行 窃 电 电 路 3.6 纽 扣 电 池 或 9 电 池 （ 6） 电 源 切 换 电 路 复 位 电 路 8点温度数据采集器点温度数据采集器 22 智能仪表与采集系统实物简介智能仪表与采集系统实物简介 一、一线通温度传感

12、器一、一线通温度传感器 现场数据现场数据 采集器采集器 计算机传输线计算机传输线 23 二、智能数据采集模块实物简介二、智能数据采集模块实物简介 现场数据采集器现场数据采集器 温度曲线自动绘图温度曲线自动绘图 24 智能仪表与采集系统实物简介智能仪表与采集系统实物简介 三、三、SWP型巡检仪温度传感器型巡检仪温度传感器 25 四、四、 SWP型温度巡检仪数据采集模块实物简介型温度巡检仪数据采集模块实物简介 沈阳加美自动化仪表有限公司沈阳加美自动化仪表有限公司 智能温度巡检仪（多路巡检仪表）智能温度巡检仪（多路巡检仪表） 现场数据采集器现场数据采集器 便携式多路温度巡检仪 上海精密博盈实业有限公

13、司上海精密博盈实业有限公司 n 上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC， 屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。 n 一般是上位机发出的数字命令（一般是一般是上位机发出的数字命令（一般是PC或主机），下位或主机），下位 机读取设备状态模拟量数据（一般是机读取设备状态模拟量数据（一般是PLC/单片机或从机）。单片机或从机）。 n 计算机发展快，计算机发展快，软件在不断更新。软件在不断更新。 n 数据采集系统一般具有数据获取、在线分析、数据记数据采集系统一般具有数据获取、在线分析、数

14、据记 录、离线分析和显示及数据共享五个功能：录、离线分析和显示及数据共享五个功能： n获取数据是测量物理参数的过程，测量结果以数字获取数据是测量物理参数的过程，测量结果以数字 量的形式送入系统量的形式送入系统 n在线分析是在线处理获取的数据的过程在线分析是在线处理获取的数据的过程 n数据记录是每一个数据采集系统的基本功能数据记录是每一个数据采集系统的基本功能 n离线分析是获取数据之后，从数据中分析出有用信离线分析是获取数据之后，从数据中分析出有用信 息的过程息的过程 n显示、数据共享构成了最后的功能显示、数据共享构成了最后的功能 27 28 220 电源供电 机 模数转换 信号调理 接线端子板

15、现场 数据共享 显示 记录存储 离线分析 在线分析 转换 激励 线性化 隔离 滤波 衰减 放大 多路切换 接线端子 1 接线端子 2 接线端子 . 传感器 传感器 2 传感器 1 n 传感器：传感器： 用于实际物理参数到电信号的转换用于实际物理参数到电信号的转换 n 接线端子：用于传感器到数据采集系统的连接接线端子：用于传感器到数据采集系统的连接 n 信号的调理：进行模信号的调理：进行模/数转换前，对模拟信号的处理数转换前，对模拟信号的处理 n A/D转换：转换： 模拟输入信号转换成数字信号模拟输入信号转换成数字信号 n 在线分析：对采集到的测量数据的实时的处理，如坏在线分析：对采集到的测量数

16、据的实时的处理，如坏 数据的剔除、数据的软件滤波、数据的标度变换等数据的剔除、数据的软件滤波、数据的标度变换等 n 离线分析：对已记录或存储的数据的事后处理和分析离线分析：对已记录或存储的数据的事后处理和分析 n 记录或存储：采用记录或存储：采用U盘、硬盘来存储的盘、硬盘来存储的 n 显示：显示： 显示当前数据和历史数据显示当前数据和历史数据 n 供电：供电： 采用交流采用交流220V电源电源 29 30 220 电源供电 传感器 1 传感器 2 传感器 . 接线端子 接线端子 2 接线端子 1 多路切换 放大 衰减 滤波 隔离 线性化 激励 单片机 （内含） 显示 记录存储 现场接线端子板

17、信号调理 n 传感器：传感器： 用于实际物理参数到电信号的转换用于实际物理参数到电信号的转换 n 接线端子：用于传感器到数据采集系统的连接接线端子：用于传感器到数据采集系统的连接 n 数据处理：能力有限，只能进行简单的在线分析数据处理：能力有限，只能进行简单的在线分析 n A/D转换：单片机内集成了转换：单片机内集成了A/D转换器，输入通道的数转换器，输入通道的数 量有限，其它功能有限，结构紧凑，适于在较小系统量有限，其它功能有限，结构紧凑，适于在较小系统 的应用的应用 n 记录或存储：单片机的数据采集系统一般采用非易失记录或存储：单片机的数据采集系统一般采用非易失 的存储器来存储数据，数据的

18、存储量有限的存储器来存储数据，数据的存储量有限 n 显示：显示屏幕较小，可当前部分数据和历史数据显示：显示屏幕较小，可当前部分数据和历史数据 n 供电：采用交流供电：采用交流220V电源供电。电源供电。 n 不能在线分析和离线分析。不能在线分析和离线分析。 31 n数据采集器的主要功能：数据采集、记录数据采集器的主要功能：数据采集、记录 和显示和显示 n数据采集器具有串行接口，与数据采集器具有串行接口，与PC机进行数机进行数 据交换据交换 n多个数据采集器安装在现场，进行同步数多个数据采集器安装在现场，进行同步数 据采集和记录据采集和记录 n可以对整体分时数据进行离线分析可以对整体分时数据进行

19、离线分析 n由若干个安装在现场的数据采集器和办公由若干个安装在现场的数据采集器和办公 室中的室中的PC机可构成离线式数据采集系统。机可构成离线式数据采集系统。 32 n 无线网（无线电台、无线网（无线电台、GPRS网）网） n技术成熟，使用方便，技术成熟，使用方便， GPRS网由电信维护，价格网由电信维护，价格 较贵较贵 33 n 有线电视网有线电视网 n一般为单向传输，改造费用较大（发展一般为单向传输，改造费用较大（发展 潜力大）潜力大） n架设专线架设专线 n需架设专线双绞线或光缆，可利用综合需架设专线双绞线或光缆，可利用综合 布线系统布线系统 n 电力线网（电力线网（220V供电网）供电

20、网） 无需通讯线路的连接与拆线，通信速度快无需通讯线路的连接与拆线，通信速度快 n通讯费用低，几乎不需增加通讯费用通讯费用低，几乎不需增加通讯费用 n无需再架设线路，造价低、安装维护方无需再架设线路，造价低、安装维护方 便便 n负载复杂、信号衰减大、干扰大、可靠负载复杂、信号衰减大、干扰大、可靠 性差性差 34 n普通电话线普通电话线 n通讯线路普及通讯线路普及 n技术成熟、较易实现技术成熟、较易实现 n改造工作量小、容易实现改造工作量小、容易实现 n通讯速度较低通讯速度较低 35 n利用现有线路利用现有线路 n有线数字电视网有线数字电视网+有线宽带网有线宽带网+视频通讯网视频通讯网 36 3

21、7 离线分布式采集系统离线分布式采集系统 38 1,2,5,6,10 n 1.张永瑞，刘振起等编著张永瑞，刘振起等编著.电子测量技术基础电子测量技术基础 M. 西安电子西安电子 科技大学出版社，科技大学出版社，2000. n 2.田胜元，肖田胜元，肖曰嵘曰嵘编著编著.实验设计与数据处理实验设计与数据处理.中国建筑工业出中国建筑工业出 版社版社.1988. n 3 .周渭周渭,于建国于建国编著编著.测试与计量技术基础测试与计量技术基础M.西安电子科技西安电子科技 大学大学. 2004. n 4.张子慧编.热工测量与自动控制.中国建筑工业出版社.1996 n 5.郭绍霞编.热工测量技术.中国电力出

22、版社.1997 n 6.王子延编.热能与动力工程测试技术.西安交通大学出版 社.1998 周卫平 2011.3 （第二版）（第二版） 建筑环境测试技术（第二版）建筑环境测试技术（第二版） 建筑环境测试技术建筑环境测试技术 n授课时间：2学时 n主要内容：建筑能耗测试技术、通风空调系统 风量测量技术、一般通风用空气过滤器性能测量 技术、空气冷却器与空气加热器性能测量技术、 散热器热工性能测量技术、空调机组测量技术、 洁净室测量技术、工业企业噪声测量技术。 n重点和难点: n建筑能耗测试技术的方案与设计。建筑能耗测试技术的方案与设计。 第第13章章 建筑环境测试技术建筑环境测试技术 商场商场 空调

23、 50%照明 40% 其他 10% 开水器开水器 10%10% 电梯电梯 8%8% 电脑电脑 29%29% 照明照明 27%27% 空调系统空调系统 26%26% 空调系统 26 照明 27 电梯 8 电脑 29 开水器 10 1 3.1 建筑能耗测试技术建筑能耗测试技术 图 北京大型公共建筑能耗比例 公共建筑能耗统计情况：（采暖或空调所占比例较大） 空 间 类 别采暖计算平均温度 卧室、起居室（厅）和卫生间18 厨 房15 设采暖的楼梯间和走廊14 jki jki n t t n t t 或, 测点平均法建模：测点平均法建模： 三三级计算法：级计算法： （见书P.276.） 第第13章章 建

24、筑环境测试技术建筑环境测试技术 三三级计算法：级计算法：（见书P.276.） 第第13章章 建筑环境测试技术建筑环境测试技术 居住建筑节能检验标准JGJ132-2007 n 建筑面积建筑面积20000平方米的建筑，考虑到将有如通风系统、冷热源系平方米的建筑，考虑到将有如通风系统、冷热源系 统等的主要设备，宜采用数据采集系统测量。统等的主要设备，宜采用数据采集系统测量。 方案二，采用数据采集系统测量 方案一，采用数据采集器测量 n 室内温度在-3050，测试点少于1000个时， 宜采用数据采集宜采用数据采集器器测量。如选用测量。如选用BES-01BES-01温度采集记采集记 录器。（见书录器。（

25、见书P.277.P.277.） 1，测量方案设计 温度温度采集记录器 数据记录间隔不超过数据记录间隔不超过60min，检测时段和持续时间一般不，检测时段和持续时间一般不 少于少于72h。 2，测点设置及数据测量 建筑物内房间面积大于建筑物内房间面积大于5m设置测点，测点应处于被测房设置测点，测点应处于被测房 间的中央，具体位置按以下规定确定：间的中央，具体位置按以下规定确定： （一）单个房间以地面对角线交汇点正上方 （1.000.03）m处为测点，实际测量点偏离测量点的水 平距离误差不大于5厘米。 （二）所测房间与走廊等处相连，应以主房间的中央位 置为测量点。 （三）特殊形状的房间，需根据几何

26、平面图的中心点现 场确定中央位置。 （参见书P.278.） 测点设置：测点设置： 数据测量：数据测量： 13.1.2 室外空气温度测量室外空气温度测量 13.1.3 室外风速测量室外风速测量 可将温度可将温度采集记录器放 置于百叶箱中，进行室室 外空气温度测量外空气温度测量。百叶 箱放置的高度在地面以 上1.52.0米之间，距 建筑物5-10米的范围。 室外风速采用 杯式风速计，杯式风速计， 测量范围：测量范围：1-30 m/s，精，精 度：度： 0.4 m/s放置位置同百叶 箱。 百叶箱百叶箱 杯式风速计杯式风速计 n 1. 测量方案设计 n 2. 测量仪表安装 n 3. 测量时间及数据处理

27、 KKKm 13.1.4 墙体主体传热系数测量 主要检测建筑墙体主体的保温性能。 ei RRR K 1 q tt R 21 21 2121 11 tt R tt q 墙体主体传热过程与传热系数 其中：-导热系数 -对流换热系数 R -墙体结构热阻 ， ， 墙体主体传热系数 n 2 测量仪表的安装 n 保温层的温度场 n因安装会增加热阴，而引入误差 n13.1.5 建筑物单位耗能测量建筑物单位耗能测量 HA Q q ha ha 278 0 我国单位建筑面积能耗目前却是发达国家的2至3倍。预 计到2020年，全国高耗能建筑的面积将达到700亿平方米， 仅空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷

28、能力。 我国单位建筑面积为12.7亿平方米，超过所有发达 国家年建成建筑面积的总和。 目前九成以上建筑不节能 建筑物单位耗能测量公式：建筑物单位耗能测量公式： 居住建筑节能检验标准JGJ132-2007 n13.1.5 建筑物单位耗能测量 1，空调建筑物单位耗能测量，空调建筑物单位耗能测量 HA Q q ha ha 273 0 测总耗能测总耗能 1，空调建筑物单位耗能测量，空调建筑物单位耗能测量 测总耗能测总耗能 采暖（空调）建筑物单位耗能测量采暖（空调）建筑物单位耗能测量 方案一，组合式热量表方案一，组合式热量表 缺点：需切割管道缺点：需切割管道 采暖（空调）建筑物单位耗能测量采暖（空调）建

29、筑物单位耗能测量 方案二方案二A，集中式温度热量自动测量系统，集中式温度热量自动测量系统 方案二方案二B，集中式温度热量在线式测量系统，集中式温度热量在线式测量系统 分项能耗 数据应用 原始能耗数据 采集/远传/存储 分项能耗 拆分计算 3 单位采暖耗热量及耗冷量测量数据的转换单位采暖耗热量及耗冷量测量数据的转换 因目前没有统一转换方法，可留给学生做科研课题。因目前没有统一转换方法，可留给学生做科研课题。 一方面降低建筑物的能耗； 另一方面一般将垃圾再利用得到的能源，或太阳 能、风能、地热能和生物能等绿色利用等等。 “零耗能”建筑主要是通过最佳整体设计、利用最先 进的建筑材料以及已上市的节能设

30、备，达到房屋所 需能源或电力100自产的目标。 如北京科技大学体如北京科技大学体 育馆。通过馆顶上育馆。通过馆顶上 的采光的采光“气球气球”， 收集并储存室外光收集并储存室外光 线，实现了日间采线，实现了日间采 光照明的光照明的“零耗零耗 能能”。 北京科技大学体育馆北京科技大学体育馆 空调箱, 65.4% 冷却水泵, 5.6% 冷却塔, 1.5% 冷机, 23.0% 冷冻水泵, 4.5% 商场商场 风机盘管, 10.0% 采暖泵, 9.4% 冷却塔, 1.1% 冷冻机, 25.3% 冷冻泵, 11.2% 冷却泵, 5.3% 空调箱, 37.7% 酒店酒店 采暖泵, 9.2% 空调箱, 45.

31、3% 冷却塔, 1.3% 冷冻机, 30.0% 冷冻泵 , 8.0%冷却泵, 6.2% 写字楼写字楼 冷机冷机 45%45% 冷冻冷却泵冷冻冷却泵 40%40% 风机盘管风机盘管 8%8% 冷却塔冷却塔 4%4% 空调机组空调机组 3%3% 政府办公楼政府办公楼 冷冻冷却泵冷冻冷却泵 11.1% 冷冻冷却冷冻冷却 采暖泵采暖泵 25.9% 冷冻冷却冷冻冷却 采暖泵采暖泵 23.4% 空调建筑物单位耗能测量空调建筑物单位耗能测量 测总耗能：测总耗能： 13.2.1 利用毕托管测量管道内空气的流量利用毕托管测量管道内空气的流量 参见参见p.288. Fuqv3600 测试项目测试项目测试原理测试原理 温度温度温度计温度计 相对湿度相对湿度相对湿度仪相对湿度仪 二氧化碳二氧化碳采用气体滤波红外技术，依据气体对红外线特定波长有采用气体滤波红外技术，依据气体对红外线特定波长有 选择性吸收的原理计算气体浓度。选择性吸收的原理计算气体浓度。 总挥发性有机总挥发性有机 物（物（TVOC） 有机物电离后产生正、负离子，通过测量该电流的大小，有机物电离后产生正、负离子，通过测量该电流的大小，