热湿气候风洞是一种能够模拟特定热湿环境条件（如高温、高湿度、特定气流速度和温度分布）的实验装置。它主要用于研究在热湿环境下物体的空气动力学特性、热交换过程、材料性能变化以及人体舒适度等。这种风洞广泛应用于建筑节能设计、空调系统优化、航空航天设备热管理、汽车热舒适性测试以及气象学、环境工程等相关领域的科学研究和产品开发。通过精确控制腔内温湿度、气流参数，可复现自然或人工设定的复杂热湿环境，为实验提供可控的测试平台。

热湿气候风洞是土木建筑工程领域的特种气候模拟风洞，是一种能够同时模拟风、温度、湿度、太阳辐射、降雨等多种气候参数的特种风洞设施，主要用于研究建筑材料和围护结构在真实自然气候条件下的热湿传递行为。它不同于传统航空风洞关注的“高速气流”，而是聚焦于低速风场与多物理场的耦合。

它到底是什么、能模拟什么

传统风洞只管"吹风"，而热湿气候风洞把自然气候的几个关键要素都搬进了洞体里：

• 气流场：风机 + 蜂窝整流器产生稳定、均匀的来流，风速一般覆盖 0.5–10 m/s

- 温湿场：加热 / 制冷 + 加湿 / 除湿系统联动，温度常见 10–40℃、相对湿度 40–98%

• 辐射场：红外灯阵或氙灯模拟太阳短波辐射（可达 1000 W/m² 以上），配合顶部"天空背景辐射板"模拟长波辐射和有效天空温度

- 降水与盐雾：降雨发生器可调 5–200 mm/h，盐雾发生器则针对海岛高盐环境

核心工作原理

热湿气候风洞环境测控系统通常以计算机为核心，通过数据采集卡完成数据的实时采集、反馈和控制指令输出。风洞内部集成了多种环境模拟装置，例如红外灯或太阳辐射灯阵列（模拟太阳辐照）、加热与制冷设备（调节空气温度）、加湿与除湿装置（控制相对湿度）、大功率变频风机（驱动气流并控制风速）、降雨发生器以及盐雾发生器等。通过这些装置的协同工作，系统能够实现多环境参数的动态耦合控制，并实时检测和保存数据。

关键技术指标与参数

不同热湿气候风洞的具体参数有所差异，但通常具备以下高精度的动态控制能力：

* 空气温度：动态控制范围通常在 10℃ 至 40℃ 之间，动态控制偏差 ≤0.3℃。

* 空气相对湿度：动态控制范围一般在 40% 至 98% 之间，动态控制偏差 ≤5%。

* 太阳辐照度：动态控制范围可达 0 至 1000W/m²，辐射面积可达 3m×3m，动态偏差 ≤5%。

* 风速：动态控制范围通常在 0.5m/s 至 10m/s 之间。

* 其他气候要素：部分风洞还可模拟天空有效温度（7-45℃）、降雨强度（5-200mm/h）以及高盐雾环境。

热湿气候风洞的设备组成

一、 核心风洞与气流驱动系统

* 风洞本体：作为气流通道和测试空间，其内部设有专门的测试段。

* 大功率变频风机：通常采用轴流式或离心式风机，提供稳定且可调的气流速度，并配备变频器实现无级调速。

* 整流装置：由蜂窝整流器和阻尼网组成，用于降低气流的湍流度，提高测试段内气流的均匀性。

二、 多场耦合环境模拟系统

该系统用于在风洞内重现自然界的复杂气候要素：

* 温度调节装置：包含加热系统（如PTC陶瓷加热器、不锈钢翅片电加热管或燃气加热器）和制冷/低温系统（如直接膨胀式制冷机组、冷冻水换热器或外部冷热水设备），以实现宽范围的温度动态控制。

* 湿度调节装置：配备加湿与除湿装置（如蒸汽锅炉、冷冻除湿装置等），用于精确调节空气的相对湿度。

* 太阳辐射模拟装置：通常由太阳辐射灯阵列（如氙灯阵列）构成，安装在风洞测试段顶部，用于模拟自然太阳辐照度及辐射角度。

* 天空背景辐射板：设置在风洞测试段顶部，通常包含热传导板、不锈钢板和铺设的铜管（连接外部冷热水设备），用于模拟天空有效温度。

* 降雨发生器：安装在天空背景辐射板上，用于模拟自然降雨强度。

* 盐雾发生器：用于在风洞内生成高盐雾环境，模拟沿海或特殊工业气候。

三、 高精度测量与传感系统

为了实时监测和控制环境参数及被测对象的状态，风洞内布置了密集的传感器网络：

* 环境参数传感器：包括风速传感器（如热线风速仪、超声波风速计）、温度传感器（如PT100铂电阻、热电偶）、湿度传感器（高精度电容式探头）、太阳辐射计（半球辐射计）、雨量计以及盐雾浓度传感器。

* 被测对象状态监测设备：如红外热成像仪（用于非接触式表面温度场观测）和嵌入式热电偶/热电阻（用于监测材料内部温升）。

* 高速数据采集系统（DAQ）：实时记录风洞内成百上千个测点的数据，并进行数值显示和数据保存。

四、 智能控制与辅助系统

* 环境测控计算机与数据采集卡：作为整个风洞的“大脑”，以计算机为核心，完成数据的实时采集、反馈处理和控制指令输出，实现多参数的动态耦合控制。

* 样件支撑平台：用于放置和固定被测的建筑缩尺模型或材料样件，部分平台具备高度可调或带转台功能。

* 透明观察窗：采用耐温钢化玻璃或石英玻璃，便于在测试过程中进行光学测量和外部观察。

热湿气候风洞的建设方案与实施步骤

一、 总体建设方案规划

1. 建设目标与功能定位

* 核心目标：在实验室内高保真复现自然界复杂气候要素（风、温、湿、雨、光、气、声等），支持建筑围护结构热工性能、城市微气候、绿色建筑性能及极端天气灾害模拟等研究。

* 服务对象：科研院所、工程验证、行业标准制定及人才培养。

2. 场地与基建要求

* 空间布局：通常需规划主风洞测试段、风机与整流段、环境调控区、太阳模拟室、降水系统间、控制中心及辅助设备间。

* 物理指标：建筑面积通常需 800–1500 m²，层高 ≥8 m（满足风洞竖向布置）；地面承重需 ≥5 t/m²；具备三相 380V 供电（总功率 ≥800 kW）及完善的给排水（雨水回收与中和处理）、排风降噪系统。

3. 核心系统架构配置

* 风动系统：配置大功率变频离心风机、蜂窝整流器等，确保风速且湍流度低。

* 温湿与光照系统：集成复叠制冷机组、电加热模块、蒸汽加湿/转轮除湿设备，以及全光谱太阳模拟灯阵（如氙灯阵列）。

* 降水与特殊环境系统：配备高压微雾喷嘴（雨）、液氮造雪机（雪）、盐雾发生器等。

* 智能测控平台：采用 PLC + 工控机 + SCADA 平台，支持多环境因子联动编程（如“-30℃ + 120 km/h + 除霜”），并集成后处理分析工具。

* 安全与辅助系统：设置紧急停机与泄压装置、防爆照明、气体/水喷淋消防系统以及噪声隔离罩（控制风机噪声 ≤85 dB(A)）。

二、 建设实施步骤

阶段 1：可行性研究与方案设计（约 3–6 个月）

* 需求分析：明确测试对象（如建筑材料、缩尺模型或整车）、所需模拟的气候工况及覆盖的国家/国际标准。

* 方案编制：完成场地选址、风洞类型选择（如闭式回流或开式直流）、关键性能指标设定，最终输出《项目建议书》与《风洞总体设计方案》。

阶段 2：设备采购与现场安装

* 设备采购：根据设计方案，严格筛选并采购质量可靠、性能稳定的核心设备与材料。

* 基建与安装：按规范搭建风洞主体钢结构及围护；吊装并焊接密封风道系统；安装制冷、喷雾、电气及测控系统。所有安装过程需严格遵守压力容器、电气安全及制冷工程规范。

阶段 3：系统调试

* 单机调试：分别测试制冷机组启停、风机运行、喷雾加湿等独立功能。

* 联动调试：启动全系统，测试降温速率、风速分布均匀性、湿度控制及过冷水生成等；运行控制系统检查人机界面与报警功能。

* CFD验证与带载测试：使用实测风速仪和温度传感器验证风场与温场，必要时调整整流格栅；放入标准测试车辆或模拟体，运行完整气候模拟程序，观察实际效果。

阶段 4：验收与培训

* 正式验收：进行空载验收（检查控制精度与安全功能）和带载验收（完成一次完整试验验证系统性能），并提交操作手册、校准证书等全套文件。

* 人员培训：对操作与维护人员进行系统培训，涵盖日常操作流程、参数设定、喷嘴清洗、制冷系统维护及故障应急处理等。

阶段 5：交付与售后

* 项目正式交付后，供应商通常提供 1–2 年质保服务，并定期进行巡检与预防性维护，确保风洞长期稳定运行。

主要功能与应用领域

热湿气候风洞广泛应用于土木建筑工程、材料科学及城市环境研究等领域：

1. 建筑围护结构热工性能测试：实现建筑围护结构热工性能的重复性实验，评估其在动态热湿气候条件下的表现。

2. 被动蒸发降温研究：专门研究多孔建筑材料（如多孔装饰层）在自然气候要素（高温、高湿、强辐射）下的被动蒸发冷却降温效果。

3. 城市热岛效应模拟：通过建立缩尺模型，在风洞内模拟城市热岛的温度分布，为室外热环境研究提供可靠的风洞实验平台。

4. 多场耦合分析：支持风速、温度、湿度、太阳辐射、降雨及盐雾等多达七个参数的同步模拟，用于复杂环境下的材料性能评估。

5. 科普教育场景‌：作为高校、重点实验室的科普展示设施，面向学生、科技爱好者开放，普及建筑热环境与气候模拟相关知识。

为什么建筑物理研究特别需要它

室外气象随机、不可复现，同样一组材料两次测试的蒸发量可能天差地别。风洞的价值在于三点：控制精度高、可重复、不受室外天气影响。基于此，研究者们用它做了几类很典型的工作：

1. 多孔材料蒸发冷却机理

在风洞里复现广州夏季典型气象日后发现，给多孔饰面砖补水，外表面最高温度可降低 10.9℃、传入室内的热流减少约 14.8 W/m²，蒸发过程能消耗掉约 64.5% 的入射短波辐射。这说明蒸发冷却是真能扛住湿热气候的被动降温手段。

2. 蒸发屋面的工程优化

加气混凝土蓄水屋面在淋水条件下，全天蒸发潜热可抵消 50% 以上的太阳辐射，上表面平均降温约 5.6℃；研究还进一步比较了"温控淋水"和"定时淋水"两种模式，前者更省水也更有效。

3. 南海海岛高盐热湿环境

针对南海岛屿高温、高湿、强辐射、高盐雾的复合气候，风洞被改造成能控制盐雾浓度的平台，用来研究海岛建筑围护结构在这种极端环境下的热工退化规律。

4. 新型遮阳技术的量化评估

最近的一个案例是研究采光顶水雾遮阳：在风洞内搭建专门的检测装置，量化出水雾使采光顶内表面对流、长波辐射、透射太阳辐射热通量分别减少 3.3–11.5、20.3–45.2、12.0–55.0 W/m²，其中长波辐射贡献占比最高（39%–60%）。

热湿气候风洞，本质上是将室外自然气候“搬”进实验室，在可控条件下复现风、温、湿、辐射、降雨等多因素的动态耦合作用。它为建筑物理、城市气候、材料科学等领域提供了不可替代的实验平台——让建筑师和工程师在实验室里就能“经历”真实的气候年轮。

北京易盛泰和可以根据用户需求提供热湿气候风洞的研发建设业务，该设备本质上是一座"会制造天气"的实验室——它在传统风洞的气流控制之上，叠加了对温度、湿度、太阳辐射、降雨甚至盐雾等多气候因子的动态复现能力，让原本受限于室外随机气象的建筑与环境研究，得以在可控、可重复的条件下进行。

关于易盛：

北京易盛泰和科技有限公司，是一家于环境模拟实验室设计、研发和建造的高新技术企业。项目遍布全国各大军工院所、各重点科研行业，与南航建立了产学研基地、与北航建立了紧密的合作机制，为多家科研院所设计和建造了各类环境模拟试验室，易盛泰和以环境模拟行业多领域应用的专业性综合实力，确立了在国内环境模拟行业的领先地位。