CN114279945B - 一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，空调系统在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的温度至预设温度，加湿系统在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的湿度至预设湿度，阳光模拟系统在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的光照强度至预设光照强度，降雪系统用于在电控配电系统的控制下模拟预设降雪强度，能够模拟冬季低温、降雪、日照、融雪的大尺度环境条件，实现足尺式样或较大尺度式样在舱体模拟不同赋存冬季环境条件，最大程度的利用设备较准确地仿真或还原冬季气候条件，全面揭示试样在不同冬季条件环境的侵蚀作用机制，量化捕捉试样侵蚀病害发育、材料老化失效全过程。

Description

一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体

技术领域

本发明涉及环境试验技术及文物保护技术领域，特别是涉及一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体。

背景技术

中国境内石窟寺与土遗址等不可移动文物种类丰富、数量繁多，生动再现了中华文明的发展历程，是中国物质文化遗产中十分重要的实物资料和艺术瑰宝。

随着研究机构的科研投入和科学管理，部分遗址逐渐由抢救性保护阶段向预防性保护阶段转变，取得了众多研究成果。但由于试验条件的限制，无法实现真实环境的足尺、多因素耦合的环境模拟试验，阻碍了文物病害机理、材料老化和措施有效评价研究、保护技术的推广和应用。

近年来，学界更多关注赋存环境与遗址病害发育过程、材料老化、加固措施有效性评价的研究，特别是冬季气候环境对遗址影响更为显著，更多研究还处于对小型试验的冻融循环模拟实验，无法实现冬季室外文物面临低温、降雪、冻融、日照等多因素耦合和尺寸效应影响，室内小型试验结果与实际情况差异较大，足尺仿真物理模拟实验刚刚起步，全生命周期损伤状态测试方法、模型构建、量化表征等相关工作均未开展，很大程度上，缺乏科学化的文物病害实验模型研究是导致机理研究无法深入的主要原因。因此，急需一种能够模拟足尺试验在冬季气候变化条件下捕捉试样病害发生、发展过程、材料老化失效过程的装置，对进一步研究病害特征与赋存环境关系、冻融循环作用下遗址劣化机制以及保护材料与工艺适用性和耐久性研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，能够模拟冬季低温、降雪、日照、融雪的大尺度环境条件，实现足尺式样或较大尺度式样在舱体模拟不同赋存冬季环境条件，最大程度的利用设备较准确地仿真或还原冬季气候条件。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，所述试验冬季舱包括：冬季舱、空调系统、加湿系统、阳光模拟系统、降雪系统和电控配电系统；

所述冬季舱为密闭腔体；

空调系统、加湿系统、阳光模拟系统、降雪系统均与电控配电系统连接；

所述空调系统用于在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的温度至预设温度；

所述加湿系统用于在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的湿度至预设湿度；

所述阳光模拟系统用于在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的光照强度至预设光照强度；

所述降雪系统用于在电控配电系统的控制下模拟预设降雪强度。

可选的，所述试验冬季舱还包括：新风系统；

新风系统与电控配电系统连接，所述新风系统用于在电控配电系统的控制下维持舱内气体的循环并使冬季舱内部的压力保持微微正压。

可选的，所述新风系统包括：舱内进风口、设备间进风口、前冷段、转轮除湿段、后冷段和舱内出风口；

舱内进风口和设备间进风口均与前冷段连接，前冷段用于对舱内进风口从冬季舱内部抽取的空气和设备间进风口从设备间抽取的空气进行除湿；

前冷段与转轮除湿段连接，转轮除湿段用于对前冷段除湿后的空气进行转轮除湿，获得高温低湿空气；

转轮除湿段与后冷段连接，后冷段与舱内出风口连接，后冷段用于冷却高温低湿空气，并将冷却后的高温低湿空气通过舱内出风口吹进冬季舱的内部。

可选的，所述降雪系统包括：原水箱、原水泵、机械过滤器、活性炭过滤器、软水器、离子交换膜、纯水箱、温控器、纯水泵、电子流量计和降雪喷嘴；

原水箱、原水泵、机械过滤器、活性炭过滤器、软水器、离子交换膜、纯水箱、纯水泵、电子流量计和降雪喷嘴按照水流方向依次连接；

温控器与纯水箱连接，温控器用于控制纯水箱中纯水的温度；

电子流量计的控制端与电控配电系统连接，电子流量计用于按照电控配电系统的预设流量和预设流速将纯水箱中的纯水传输至降雪喷嘴，并利用降雪喷嘴生成雪花喷射至冬季舱内部。

可选的，所述降雪系统还包括：两个直线滑轨单元、降雪管移动托架、降雪喷头安装板、同步驱动电机和多个顶板安装架；

降雪喷头安装板的两端分别可滑动的安装于两个直线滑轨单元上；降雪喷嘴设置在降雪喷头安装板上；降雪管移动托架设置在其中一个直线滑轨单元上；降雪管移动托架和两个直线滑轨单元通过多个顶板安装架固定于冬季舱的顶部；

降雪喷头安装板的滑动端与同步驱动电机的驱动轴连接。

可选的，所述空调系统包括：冷冻机组和空调箱；

冷冻机组和空调箱均与电控配电系统连接；

所述电控配电系统用于控制冷冻机组降低冬季舱内部的温度，空调箱升高冬季舱内部的温度，使冬季舱内部的温度调节至预设温度。

可选的，所述冷冻机组包括：双级压缩机、冷凝器、储液器、油循环回路、经济器、电子膨胀阀、舱内蒸发式空调箱和循环风机；

双级压缩机、冷凝器、储液器、油循环回路、经济器、电子膨胀阀、舱内蒸发式空调箱和循环风机按照制冷剂的流向依次首尾连接；

双级压缩机用于将蒸汽状态下的制冷剂加速后转化为高温高压的液体制冷剂；

冷凝器用于释放高温高压的液体制冷剂的热量，获得降温后的液体制冷剂并输送至储液器进行存储；

经济器和油循环回路用于对降温后的液体制冷剂再次进行降温，获得低温高压的液体制冷剂；

电子膨胀阀的控制端与电控配电系统连接，电子膨胀阀用于对低温高压的液体制冷剂进行降压，并在电控配电系统的控制下调节流经电子膨胀阀的降压后的液体制冷剂的流量；

舱内蒸发式空调箱用于将降压后的液体制冷剂与冬季舱内部的空气进行热交换，输出蒸发后的制冷剂；

循环风机用于将蒸发后的制冷剂吹入双级压缩机进入下一个降温循环。

可选的，所述空调箱包括：箱体、空调进风口、排水管、电加热器、热交换器、空调风机和空调出风口；

空调进风口和空调出风口分别设置在箱体的两个相对的侧壁上；排水管设置在空调进风口的下方；电加热器、热交换器和空调风机依次设置在空调进风口和空调出风口之间的箱体内部；

电加热器用于对空调进风口进入的空气进行加热；

热交换器用于对加热后的空气进行温度调节，同时产生冷凝水，并将产生的冷凝水通过排水管排出；

空调风机用于将温度调节后的空气通过空调出风口吹入冬季舱的内部。

可选的，所述加湿系统包括：蒸汽发生器和加湿喷管；

蒸汽发生器与加湿喷管连接，加湿喷管的出口设置在空调系统的出风口处。

可选的，所述阳光模拟系统包括：移动灯架和照明灯具；

照明灯具设置在移动灯架上；

电控配电系统与照明灯具的控制端连接，所述照明灯具用于在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的光照强度至预设光照强度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，空调系统在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的温度至预设温度，加湿系统在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的湿度至预设湿度，阳光模拟系统在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的光照强度至预设光照强度，降雪系统用于在电控配电系统的控制下模拟预设降雪强度，能够模拟冬季低温、降雪、日照、融雪的大尺度环境条件，实现足尺式样或较大尺度式样在舱体模拟不同赋存冬季环境条件，最大程度的利用设备较准确地仿真或还原冬季气候条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体的系统结构图；

图2为本发明提供的新风系统的结构连接图；

图3为本发明提供的喷射系统的结构图；

图4为本发明提供的纯水净化系统的结构连接图；

图5为本发明提供的冷冻机组的结构示意图；

图6为本发明提供的空调箱的结构示意图。

符号说明：1冬季舱，2电控配电系统，3电路保护系统，4控制及反馈系统，5空调系统，6新风系统，6-1舱内进风口，6-2设备间进风口，6-3舱内出风口，7阳光模拟系统，8加湿系统，9冷冻机组，9-1冷凝器，9-2储液器，9-3油循环回路，9-4双级压缩机，9-5经济器，9-6电子膨胀阀，9-7舱内蒸发式空调箱及循环风机，10空调箱，10-1空调进风口，10-2排水管，10-3电加热器，10-4温度保护器，10-5热交换器，10-6空调风机，10-7加湿喷管，10-8空调出风口，11降雪系统，11-1顶板安装架，11-2降雪管移动托架，11-3直线滑轨单元，11-4降雪喷头安装板，11-5同步驱动电机，11-6联轴器，12前冷段，13转轮除湿段，14后冷段，15移动灯架，16照明灯具，17纯水净化系统，17-1原水箱，17-2原水泵，17-3机械过滤器，17-4活性炭过滤器，17-5软水器，17-6离子交换膜，17-7纯水箱，17-8温控器，17-9纯水泵，17-10电子流量计，17-11降雪喷嘴，18喷射系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，能够模拟冬季低温、降雪、日照、融雪的大尺度环境条件，实现足尺式样或较大尺度式样在舱体模拟不同赋存冬季环境条件，最大程度的利用设备较准确地仿真或还原冬季气候条件。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为了实现足尺式样或较大尺度式样在舱体模拟不同赋存冬季环境条件，最大程度的利用设备较准确地仿真或还原冬季气候条件，全面揭示试样在不同冬季条件环境的侵蚀作用机制，量化捕捉试样侵蚀病害发育、材料老化失效全过程，本发明提供了一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体1，如图1所示，试验冬季舱1包括：冬季舱1、空调系统5、加湿系统8、阳光模拟系统7、降雪系统11和电控配电系统2。

冬季舱1为密闭腔体。空调系统5、加湿系统8、阳光模拟系统7、降雪系统11均与电控配电系统2连接。空调系统5用于在电控配电系统2的控制下调节冬季舱1内部的温度至预设温度。加湿系统8用于在电控配电系统2的控制下调节冬季舱1内部的湿度至预设湿度。阳光模拟系统7用于在电控配电系统2的控制下调节冬季舱1内部的光照强度至预设光照强度。降雪系统11用于在电控配电系统2的控制下模拟预设降雪强度。

图1中的所有配置均作用于冬季舱1，为达到模拟冬季气候条件的效果需电控配电系统2、空调系统5、新风系统6、阳光模拟系统7、加湿系统8、降雪系统11之间相互配合使得冬季舱1内部形成的冬季气候条件达到动态平衡。

(1)冬季舱1

舱体包括：舱体结构体、保温材料、舱体照明设施、电动大门。其中舱体几何尺寸为长7.5m，宽6.0m，高5.5m；为保证舱板外观和隔热效果，舱板采用聚氨酯夹芯板，表面采用镀锌钢板表面喷涂，钢板厚度0.6mm；内表面采用不锈钢板，钢板厚度0.6mm；中间的保温层是厚度为100mm的聚氨酯发泡保温板，可保证有效隔热；舱内照明采用防爆泛光灯，分两组控制交齐使用；舱门采用电动大门，两侧布置光电传感器，如有物体穿过会阻断电信号的接受，正在关闭的大门会自动回到打开状态。

(2)空调系统5

空调系统5包括：冷冻机组9和空调箱10组成。冷冻机组9置于机房，其包含有两台Bizer螺杆液压机，制冷剂为R404。空调箱10吊装在实验室外部仓顶，实验室在运行过程中为保持舱内温度的稳定，需要同时运行制冷与制热，两者同时调节，使舱内温度达到动态平衡。空调箱10由进风口、电加热器10-3、温度保护器10-4、热交换器10-5、空调风机10-6、加湿喷管10-7、空调出风口10-8、排水管10-2等组成。空气进入空调箱10首先流经电加热器10-3、热交换器10-5，然后由风机抽出，经过加湿喷管10-7吹至实验舱内。在电加热出风侧装有温度保护器10-4，一般设定报警温度为90℃，若温度高于此数值，则空调箱10机立即报警停机，防止温度过高引起火灾。热交换器10-5内部乙二醇由间冷系统供冷，乙二醇流经热交换器10-5会有大量的冷凝水，空调箱10底部设有排水管10-2，能够及时排除冷凝水。

冷冻机组9和空调箱10均与电控配电系统2连接。电控配电系统2用于控制冷冻机组9降低冬季舱1内部的温度，空调箱10升高冬季舱1内部的温度，使冬季舱1内部的温度调节至预设温度。

参照图5，冷冻机组9包括：双级压缩机9-4、冷凝器9-1、储液器9-2、油循环回路9-3、经济器9-5、电子膨胀阀9-6、舱内蒸发式空调箱及循环风机9-7。双级压缩机9-4、冷凝器9-1、储液器9-2、油循环回路9-3、经济器9-5、电子膨胀阀9-6、舱内蒸发式空调箱及循环风机9-7按照制冷剂的流向依次首尾连接。双级压缩机9-4用于将蒸汽状态下的制冷剂加速后转化为高温高压的液体制冷剂。冷凝器9-1用于释放高温高压的液体制冷剂的热量，获得降温后的液体制冷剂并输送至储液器9-2进行存储。经济器9-5和油循环回路9-3用于对降温后的液体制冷剂再次进行降温，获得低温高压的液体制冷剂。电子膨胀阀9-6的控制端与电控配电系统2连接，电子膨胀阀9-6用于对低温高压的液体制冷剂进行降压，并在电控配电系统2的控制下调节流经电子膨胀阀9-6的降压后的液体制冷剂的流量。舱内蒸发式空调箱10用于将降压后的液体制冷剂与冬季舱1内部的空气进行热交换，输出蒸发后的制冷剂。循环风机用于将蒸发后的制冷剂吹入双级压缩机9-4进入下一个降温循环。

冷冻机组9的具体工作过程为：冷冻机组9制冷剂为R404，回路中低温低压的R404制冷剂首先经双级压缩机9-4，使得蒸汽状态下的R404制冷剂经过加速后转化为高温高压的液体离开双级压缩机9-4，高温高压的R404液体经过冷凝器9-1盘管释放热量使R404的温度降至40℃左右离开冷凝器9-1，进入储液器9-2，经济器9-5利用油循环回路9-3的制冷效果再次对回路中的R404进行降温，使其温度降为1.8℃左右，此时的制冷剂R404为低温高压状态，流经电子膨胀阀9-6时R404压力会极速减小，同时可通过对电子膨胀阀9-6进行命令控制液体流量起到对舱内温度进行控制的目的。R404流出电子膨胀阀9-6后进入舱内蒸发式空调箱及循环风机9-7，与舱内空气进行热交换，从而达到降低室内温度的效果。流经舱内蒸发式空调箱及循环风机9-7的R404转化为低温低压状态，准备进入双级压缩机9-4进入下一个降温循环。

参照图6，空调箱10包括：箱体、空调进风口10-1、排水管10-2、电加热器10-3、热交换器10-5、空调风机10-6和空调出风口10-8。空调进风口10-1和空调出风口10-8分别设置在箱体的两个相对的侧壁上。排水管10-2设置在空调进风口10-1的下方。电加热器10-3、热交换器10-5和空调风机10-6依次设置在空调进风口10-1和空调出风口10-8之间的箱体内部。电加热器10-3用于对空调进风口10-1进入的空气进行加热。热交换器10-5用于对加热后的空气进行温度调节，同时产生冷凝水，并将产生的冷凝水通过排水管10-2排出。空调风机10-6用于将温度调节后的空气通过空调出风口10-8吹入冬季舱1的内部。

空调箱10的具体工作过程为：温度控制主要通过电加热器10-3和热交换器10-5实现，空气首先通过进风口进入空调箱10内部，经过电加热器10-3可对空气进行加热，在电加热出风侧还装有温度保护器10-4，一般设定报警温度为90℃，可通过该装置保护系统温度不会过高，若温度高于设定数值，则空调箱10立即报警停机，防止温度过高引起火灾。经过电加热器10-3加热后由热交换器10-5进行温度调节，热交换器10-5内部充满乙二醇溶液，乙二醇溶液流经热交换器10-5时会有大量的冷凝水产生，届时便由空调箱10底部设置的排水管10-2进行排出。随后调节好温度的空气将由风机经出风口吹入舱体内部。在出风口处与加湿系统8的加湿喷管10-7相连，可将加湿后的空气一同吹入冬季舱1中。

(3)新风系统6

如图2所示，新风系统6包括：前冷段12、转轮除湿段13、后冷段14。新风进入到前冷段12时首先由前冷盘管进行除湿，随后进入到除湿机进行转轮除湿，新风经过除湿机后为高温低湿状态，后冷段14用于冷却新风以减少舱内热负荷。新风系统6进风口由两部分组成，一部分由舱内抽气，一部分从设备间抽气，以保证舱内始终微正压。

新风系统6与电控配电系统2连接，新风系统6用于在电控配电系统2的控制下维持舱内气体的循环并使冬季舱1内部的压力保持微微正压。

新风系统6包括：舱内进风口6-1、设备间进风口6-2、前冷段12、转轮除湿段13、后冷段14和舱内出风口6-3。舱内进风口6-1和设备间进风口6-2均与前冷段12连接，前冷段12用于对舱内进风口6-1从冬季舱1内部抽取的空气和设备间进风口6-2从设备间抽取的空气进行除湿。前冷段12与转轮除湿段13连接，转轮除湿段13用于对前冷段12除湿后的空气进行转轮除湿，获得高温低湿空气。转轮除湿段13与后冷段14连接，后冷段14与舱内出风口6-3连接，后冷段14用于冷却高温低湿空气，并将冷却后的高温低湿空气通过舱内出风口6-3吹进冬季舱1的内部。

新风系统6主要作用为维持舱内气体的循环以及使得舱内压力略大于舱外压力。新风系统6的具体工作过程为：新风系统6为维持舱内的微微正压同时从舱内以及设备间设置进风口即舱内进风口6-1、设备间进风口6-2，进入新风系统6的空气首先经过前冷段12对进入新风系统6的空气进行初步除湿，在经由转轮除湿段13进行进一步除湿，经过了转轮除湿段13的空气处于高温低湿状态，再经由后冷段14对新风进行冷却减少舱内热负荷。最后由舱内出风口6-3吹进舱内。

(4)阳光模拟系统7

阳光模拟系统7由移动灯架15和照明灯具16两部分组成，移动灯架15底部有两个限位，如果系统失灵，灯架继续降低，当灯架碰到限位时，会自动停止运转，此时仅可反方向移动。

照明灯具16设置在移动灯架15上。电控配电系统2与照明灯具16的控制端连接，照明灯具16用于在电控配电系统2的控制下调节冬季舱1内部的光照强度至预设光照强度。

(5)降雪系统11

降雪系统11配备3组降雪喷头，喷头安装在水平移动机构上，可沿冬季舱1水平方向左右移动，其中中间喷头相对固定不动，两边喷头可根据实际需求增大缩小间距。降雪系统11为避免驱动轴直线度不均匀，在轴中间安装有联轴器11-6，可有效减少轴的不平衡扭力。为避免运动机构卡住导致驱动轴断裂，在驱动轴上装有编码器，驱动轴上的编码器在马达发出运行信号2秒后，如果没有接收到转动轴的转动信号，则整个降雪机构将立即停止运行。

降雪系统11包括：纯水净化系统17，如图4所示，纯水净化系统17包括原水箱17-1、原水泵17-2、机械过滤器17-3、活性炭过滤器17-4、软水器17-5、离子交换膜17-6、纯水箱17-7、温控器17-8、纯水泵17-9、电子流量计17-10和降雪喷嘴17-11。原水箱17-1、原水泵17-2、机械过滤器17-3、活性炭过滤器17-4、软水器17-5、离子交换膜17-6、纯水箱17-7、纯水泵17-9、电子流量计17-10和降雪喷嘴17-11按照水流方向依次连接。温控器17-8与纯水箱17-7连接，温控器17-8用于控制纯水箱17-7中纯水的温度。电子流量计17-10的控制端与电控配电系统2连接，电子流量计17-10用于按照电控配电系统2的预设流量和预设流速将纯水箱17-7中的纯水传输至降雪喷嘴17-11，并利用降雪喷嘴17-11生成雪花喷射至冬季舱1内部。

纯水净化系统17的具体工作过程为：原水箱17-1注水后由原水泵17-2向机械过滤器17-3、活性炭过滤器17-4、软水器17-5、离子交换器泵送原水，经过层层过滤以及离子交换得到纯水，储存于纯水箱17-7，纯水箱17-7中有温控器17-8可以对所制纯水进行温度控制，方便降雪时晶体结构的快速形成，当降雪系统11运作时纯水可从纯水箱17-7中抽取纯水，电子流量计17-10会根据电脑终端输入的预值控制流量与流速，最终通过管道将纯水运送到降雪喷嘴17-11，利用空气低温使细小的液状水滴快速结晶生成雪花。

降雪系统11还包括：喷射系统18，如图3所示，喷射系统18包括两个直线滑轨单元11-3、降雪管移动托架11-2、降雪喷头安装板11-4、同步驱动电机11-5和多个顶板安装架11-1。降雪喷头安装板11-4的两端分别可滑动的安装于两个直线滑轨单元11-3上。降雪喷嘴17-11设置在降雪喷头安装板11-4上。降雪管移动托架11-2设置在其中一个直线滑轨单元11-3上。降雪管移动托架11-2和两个直线滑轨单元11-3通过多个顶板安装架11-1固定于冬季舱1的顶部。降雪喷头安装板11-4的滑动端与同步驱动电机11-5的驱动轴连接。

(6)电控配电系统2

电控配电系统2主要由电路保护系统3和控制及反馈系统4两个部分组成。是舱体实现各种环境条件的控制系统。

电路保护系统3对空调系统5、新风系统6、阳光模拟系统7、加湿系统8、降雪系统11都有保护功能，防止各系统电路过载、短路、仪器运行失控等意外发生。

控制及反馈系统4对空调系统5、新风系统6、阳光模拟系统7、加湿系统8、降雪系统11都有控制功能，其中空调系统5、新风系统6、加湿系统8均为闭合反馈系统，即输入预值后动态观察获取当下数据反馈于控制系统，当所获反馈数据未满足输入预值时系统继续工作、检测使得所测数据继续靠近预值，反之所获反馈数据满足输入预值时系统进入待工模式，直至检测到的反馈数据不满足所设预值，系统进入再次工作状态。

控制及反馈系统4对阳光模拟系统7、降雪系统11控制功能为单向反馈与闭合反馈机制相结合的控制方法，单向反馈即输入预值后系统按照指令值定额输出，接收监测值不与预值对比动态调整输出量。阳光模拟系统7即可设置为单向反馈也可设置为闭合反馈。

(6)加湿系统8

加湿系统8包括：蒸汽发生器和加湿喷管10-7。蒸汽发生器与加湿喷管10-7连接，加湿喷管10-7的出口设置在空调系统5的出风口处。

冬季舱主要技术参数如表1所述。

表1冬季舱技术参数

本发明通过舱体结构实现密闭空间，通过空调系统5、加湿系统8、新风系统6、阳光模拟系统7、降雪系统11做功实现降雪、低温、光照等不同模拟环境，通过电控配电部件输入舱体内温度、湿度、光照强度、降雪强度等环境控制参数，通过控制和反馈系统调整做功系统是否需要做功以满足参数需求。实现自然环境中冬季气候条件的人工模拟。本发明突破了环境模拟的局限性，实现了冬季环境低温、降雪、光照、高湿度的大空间控制，可用于足尺试样在冬季环境条件下病害发育、材料老化和措施失效的大型模拟实验，为平足尺环境劣化模拟试验提供了新的仿真环境条件，也为文物保护领域的研究及工程应用提供一种新的思路。

本发明的优点和产生的有益效果是：

(1)本发明装置可控性强，利用舱体的探头可以准确测试舱体内部温度，湿度、降雪量等主要控制性指标，并通过数控装置调整模拟不同环境条件，实现现场冬季温度(-30℃～20℃±0.5℃)、降雪(5mm/h～20mm/h±0.5mm/h，均匀度大于80％)，日照(600W/m²±20％)的全方面控制。

(2)室内环境可控性强、均匀度高，操作科学规范，效率相对提高。

(3)能源和资源系统均采用双系统，确保试验过程不间断执行任务。

(4)方便大型试验模拟实验工作。环境覆盖面广、可调整间隙小、操作简单、完全实现自动化控制与监测，基本实现了不同区域冬季环境条件仿真。在保护研究方面有着广泛的应用前景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，其特征在于，所述试验舱体包括：冬季舱、空调系统、加湿系统、阳光模拟系统、降雪系统和电控配电系统；

所述冬季舱为密闭腔体；

空调系统、加湿系统、阳光模拟系统、降雪系统均与电控配电系统连接；

所述空调系统用于在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的温度至预设温度；

所述加湿系统用于在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的湿度至预设湿度；

所述阳光模拟系统用于在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的光照强度至预设光照强度，以模拟冬季日照、融雪的环境条件；

所述降雪系统用于在电控配电系统的控制下模拟预设降雪强度；

所述降雪系统包括：原水箱、原水泵、机械过滤器、活性炭过滤器、软水器、离子交换膜、纯水箱、温控器、纯水泵、电子流量计和降雪喷嘴；

原水箱、原水泵、机械过滤器、活性炭过滤器、软水器、离子交换膜、纯水箱、纯水泵、电子流量计和降雪喷嘴按照水流方向依次连接；

温控器与纯水箱连接，温控器用于控制纯水箱中纯水的温度；

电子流量计的控制端与电控配电系统连接，电子流量计用于按照电控配电系统的预设流量和预设流速将纯水箱中的纯水传输至降雪喷嘴，并利用降雪喷嘴生成雪花喷射至冬季舱内部；

所述空调系统包括：冷冻机组和空调箱；

冷冻机组和空调箱均与电控配电系统连接；

所述电控配电系统用于控制冷冻机组降低冬季舱内部的温度，空调箱升高冬季舱内部的温度，使冬季舱内部的温度调节至预设温度；

所述冷冻机组包括：双级压缩机、冷凝器、储液器、油循环回路、经济器、电子膨胀阀、舱内蒸发式空调箱和循环风机；

双级压缩机、冷凝器、储液器、油循环回路、经济器、电子膨胀阀、舱内蒸发式空调箱和循环风机按照制冷剂的流向依次首尾连接；

双级压缩机用于将蒸汽状态下的制冷剂加速后转化为高温高压的液体制冷剂；

冷凝器用于释放高温高压的液体制冷剂的热量，获得降温后的液体制冷剂并输送至储液器进行存储；

经济器和油循环回路用于对降温后的液体制冷剂再次进行降温，获得低温高压的液体制冷剂；

电子膨胀阀的控制端与电控配电系统连接，电子膨胀阀用于对低温高压的液体制冷剂进行降压，并在电控配电系统的控制下调节流经电子膨胀阀的降压后的液体制冷剂的流量；

舱内蒸发式空调箱用于将降压后的液体制冷剂与冬季舱内部的空气进行热交换，输出蒸发后的制冷剂；

循环风机用于将蒸发后的制冷剂吹入双级压缩机进入下一个降温循环；

所述空调箱包括：箱体、空调进风口、排水管、电加热器、热交换器、空调风机和空调出风口；

空调进风口和空调出风口分别设置在箱体的两个相对的侧壁上；排水管设置在空调进风口的下方；电加热器、热交换器和空调风机依次设置在空调进风口和空调出风口之间的箱体内部；

电加热器用于对空调进风口进入的空气进行加热；

热交换器用于对加热后的空气进行温度调节，同时产生冷凝水，并将产生的冷凝水通过排水管排出；

空调风机用于将温度调节后的空气通过空调出风口吹入冬季舱的内部。

2.根据权利要求1的模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，其特征在于，所述试验舱体还包括：新风系统；

新风系统与电控配电系统连接，所述新风系统用于在电控配电系统的控制下维持舱内气体的循环并使冬季舱内部的压力保持微微正压。

3.根据权利要求2的模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，其特征在于，所述新风系统包括：舱内进风口、设备间进风口、前冷段、转轮除湿段、后冷段和舱内出风口；

舱内进风口和设备间进风口均与前冷段连接，前冷段用于对舱内进风口从冬季舱内部抽取的空气和设备间进风口从设备间抽取的空气进行除湿；

前冷段与转轮除湿段连接，转轮除湿段用于对前冷段除湿后的空气进行转轮除湿，获得高温低湿空气；

转轮除湿段与后冷段连接，后冷段与舱内出风口连接，后冷段用于冷却高温低湿空气，并将冷却后的高温低湿空气通过舱内出风口吹进冬季舱的内部。

4.根据权利要求1的模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，其特征在于，所述降雪系统还包括：两个直线滑轨单元、降雪管移动托架、降雪喷头安装板、同步驱动电机和多个顶板安装架；

降雪喷头安装板的两端分别可滑动的安装于两个直线滑轨单元上；降雪喷嘴设置在降雪喷头安装板上；降雪管移动托架设置在其中一个直线滑轨单元上；降雪管移动托架和两个直线滑轨单元通过多个顶板安装架固定于冬季舱的顶部；

降雪喷头安装板的滑动端与同步驱动电机的驱动轴连接。

5.根据权利要求1的模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，其特征在于，所述加湿系统包括：蒸汽发生器和加湿喷管；

蒸汽发生器与加湿喷管连接，加湿喷管的出口设置在空调系统的出风口处。

6.根据权利要求1的模拟冬季气候侵蚀足尺试样的试验舱体，其特征在于，所述阳光模拟系统包括：移动灯架和照明灯具；

照明灯具设置在移动灯架上；

电控配电系统与照明灯具的控制端连接，所述照明灯具用于在电控配电系统的控制下调节冬季舱内部的光照强度至预设光照强度。