室內溫度與濕度的變化關系范例6篇

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室內溫度與濕度的變化關系

室內溫度與濕度的變化關系范文1

【關鍵詞】 溫度(Te)

甲醛是室內裝飾裝修的主要污染物之一,其來源廣泛、毒性大、毒作用時間長〔1〕,近年來越來越受到關注。室內空氣中的甲醛主要來源于木質人造板材,脲醛樹脂因其價格低廉,使用方便和膠合性能良好,被大量用作室內人造板的膠黏劑,而且在相當長的時期內,這種情況不會改變。不同季節裝修后的室內污染物濃度顯著不同,尤其是夏天室內污染物濃度較高,提示污染物的濃度與溫濕度有關。為了探討木質人造板材中甲醛釋放受溫、濕度影響的規律,建立溫、濕度變化的甲醛釋放預測模型,利用環境測試艙進行了實驗研究。

1 材料與方法

11 實驗材料和處理方法 受試材料為某品牌廠家直銷店五夾板一整塊。對板材進行切割處理,切割時按每邊去除10cm裁剪,得到30cm×10cm大小的受試樣品若干塊,使測試的負荷值(1Oadingfactor)為(1±003)m2/m3(30cm×10cm×2面/60L),其中60L為測試艙體積,然后將切割好的板材分散放在通風走道內進行充分的空氣接觸1周,再將板材在同一時間進行包邊處理,然后將板材放入1個密閉塑料箱(40cm×50cm×40cm)中待取,以保證板材測量時初始濃度相同。

12 實驗儀器和檢測方法

121 甲醛測量和甲醛分析儀 甲醛的檢測采用4160-2型甲醛分析儀(美國INTERSCAN公司),不同溫濕度甲醛濃度的檢測統一以mg/m3為計量單位。

122 小型環境氣候艙 采用符合衛生部《木質板材中甲醛的衛生規范》(衛法監發(2001)255號)要求的WH-2型小型智能環境氣候艙(武漢市宇信科技開發有限公司),該艙采用數顯溫、濕度自動調節裝置,自動采氣控制裝置,溫度(Te)調節范圍為10~40℃,濕度(Hu)調節范圍為30%~80%,空氣交換率(ACH)為(10±003)h??紤]到艙Te(設定值±1℃)、Hu(設定值±5%)的實際調節范圍和波動情況,以及4160-2型甲醛測定儀測量時對Te、Hu的具體要求,將艙Hu分別設定為35%,45%,55%,65%,75%共5個層次,調節每個層次在Hu固定的情況下,分別設定Te為13,18,23,28,33,38℃,分別記錄不同測量條件下的甲醛釋放艙穩定濃度〔2〕,即在連續3次間隔30min的測量中,甲醛濃度監測數據的變異系數(CV)

13 質量控制 在整個實驗過程中,甲醛分析儀使用前調零,使用時預熱,每次采樣2min后讀數,每個參數組合下的甲醛釋放量分3次讀數(間隔30min),計算時取均值;對艙溫度、濕度和空氣交換率參數進行實驗前運行驗證,以確保能夠滿足實驗要求。

14 統計分析 采用SAS9.1.3軟件進行分析。

2 結果

21 不同溫、濕度五夾板甲醛釋放量(表1) 不同溫度甲醛釋放量的散點圖(不同濕度甲醛釋放量取平均值),顯示溫度在13~38℃范圍內變化時,溫度和甲醛釋放量之間成線性關系(P

表1 不同溫、濕度的甲醛釋放量(略)

22 不同溫、濕度情況下的甲醛釋放預測模型(表2) 擬合線性回歸方程得到溫度的系數為00821(P

表2 線性回歸方程的溫度、濕度系數(略)

根據方程作出甲醛釋放預測模型三維圖,底面2個軸分別是溫度(℃)和濕度(%),縱軸是甲醛釋放濃度(mg/m3),可以看出甲醛釋放量隨著溫度的增加而增加,隨著濕度的增加先小幅下降后上升,從側面水平觀察整個預測曲面隨溫、濕度增加有抬高的趨勢。本實驗溫度和濕度的交互作用差異無統計學意義,在溫度固定的情況下,得出濕度為469%時,甲醛釋放量達到最小值。

3 討論

本實驗表明,甲醛釋放量隨著溫度增加而增大,分析原因可能為板材中甲醛的釋放依賴其沸點和極性。通常隨溫度的增加其釋放量增大〔3,4〕,與相關報道〔5-7〕,溫度促進甲醛釋放一致。濕度在35%~45%范圍內變化時甲醛釋放量下降的結果有待進一步驗證,濕度在45%~75%范圍內變化時甲醛釋放量明顯上升,這在相關研究中也得到驗證〔8-10〕。分析原因可能為濕度增高時,環境空氣中弱酸性水蒸氣會和脲醛樹脂膠中游離二甲醇低聚物反應或者促進其中羥甲基脲和木材纖維素反應生成甲醛,同時還可以促進脲醛樹脂膠水解釋放甲醛〔11〕。因此,建議裝修季節可以考慮選擇春天或春夏之間,裝修完工后,經過夏天高溫、高濕促甲醛釋放的過程,秋天以后入住。提示夏天預防高濃度室內裝修污染的危害尤為重要。本研究擬合溫、濕度變化的線形回歸方程,用以預測不同溫、濕度的甲醛釋放量,為下一步建立現場典型裝修家庭的甲醛釋放預測模型進行探索。在此基礎上可以依據居室的房間體積大小、通風狀況、所在地的溫濕度高低,給居民提出一個裝修使用板材用量的指導性范圍。

【參考文獻】

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室內溫度與濕度的變化關系范文2

【關鍵詞】暖通空調;系統;自動;控制

實現暖通空調系統調節的自動化,不僅可以提高調節質量、降低冷、熱量的消耗、節約能量,同時還可以減輕勞動強度,減少運行人員,提高勞動生產率和技術管理水平。因此,隨著自動控制技術和電子技術的發展,暖通空調系統的自動控制必將得到更廣泛的應用。

1 空調自控系統的基本組成

在空調系統中,為滿足生產、操作或使用過程的需要加以調節的各個環節稱為調節對象。反映這些調節對象特性的參數稱為調節參數或被調量。對調節參數規定的數值,即需要保持恒定或按預先給定規律隨時間而變化的數值叫做給定值。

由于種種干擾因素或擾量的存在,被調量的實際值與給定值之間總會產生一定偏差??照{自動控制的任務就是根據調節參數的這種偏差,通過由不同調節環節所組成的自動控制系統來控制各參數的偏差值,使之處于允許的波動范圍內。

一般來說,空調自動控制系統應由以下幾種主要部件組成:

1.1 傳感器

傳感器用來感受被調參數的變化,并及時發出信號給調節器。如傳感器發出的信號與調節器所要求的信號不符時,則需利用變送器將所發信號轉換成調節器所要求的標準信號。因此,傳感器的輸入是被調參數輸出是檢測信號。常用的傳感器有鉑電阻溫度計和氯化鋰濕度計等。也有機電一體化型,即把傳感器與變送器組合成一體。

1.2 調節器

調節器接受傳感器輸出的信號并與給定值進行比較,然后將測出的偏差經過放大變為調節器的輸出信號,指揮執行機構對調節對象作調節。常用的調節器按被調參數的不同,有溫度調節器、濕度調節器、壓力調節器等;按調節規律(調節器的輸出信號與輸入偏差信號之間的關系)不同,有位式調節器、比例積分調節器和比例積分微分調節器等。

1.3 執行機構

執行機構接受調節器的輸出信號,驅動調節機構。如接觸器、電動閥門的電動機、電磁閥的電磁鐵、氣動薄膜部分等都屬于執行機構。

1.4 調節機構

調節機構與執行機構緊密相關,有時與執行機構合成一個整體,它隨執行機構動作而動作。如調節風量的閥門、冷熱媒管路上的閥門、電加熱器等。

2 室溫控制

室溫控制是暖通空調自控系統中的一個重要環節。它是用室內干球溫度傳感器來控制相應的調節機構,使送風溫度隨擾量的變化而變化。

改變送風溫度的方法有:調節加熱器的加熱量和調節新、回風混合比或一、二次回風比等。調節熱媒為熱水或蒸汽的空氣加熱器的加熱量來控制室溫,主要用于一般工藝性空調系統;而對溫度精度要求高的系統,則須采用電加熱對室溫進行微調。

室溫控制方式可以有雙位、恒速、比例及比例積分控制方式等幾種。應根據室內參數的精度要求以及房間圍護結構和擾量的情況,選用合理的室溫控制方式。室溫控制時,室溫傳感器的放置位置對控制效果會產生很大影響。室溫傳感器的放置地點不要受太陽輻射熱及其他局部熱源的干擾,還要注意墻壁溫度的影響,因為墻壁溫度較空氣溫度變化滯后得多,最好自由懸掛,也可以掛在內墻上。

在大量工業與民用建筑中,空調房間無需全年固定定溫,故可采用變動室溫的控制方法。

它與全年固定室溫的情況相比,不僅能使人體適應室內外氣溫的差別,感到更為舒適,而且可大為減少空調全年運行費用,夏季可節省冷量,冬季可節省熱量。為了提高室溫控制精度,克服因室外氣溫、新風量的變化以及冷、熱水溫度波動等對送風參數產生的影響,也可在送風管上增加一個送風溫度傳感器T,根據室內空氣溫度傳感器T1和送風溫度傳感器T2的共同作用,通過調節器調節空氣加熱器中熱媒的流量,從而控制室溫波動范圍,這種方法稱為送風溫度補償控制法。

3 室內相對濕度控制

3.1 間接控制法

對于室內產濕量一定或者波動不大的情況,只要控制機器露點溫度就可以控制室內相對濕度。這種通過控制機器露點溫度來控制室內相對濕度的方法稱為“間接控制法”。具體作法如下:由機器露點溫度控制新風和回風混合閥門。此法用于冬季和過渡季。如果噴水室用循環水噴淋,則可在噴水室擋水板后設置干球溫度傳感器TL。根據所需露點溫度給定值,通過執行機構M比例控制新風、回風和排風聯動閥門。這樣,隨著室外空氣參數的變化,可以保持機器露點溫度為定值;由機器露點溫度控制噴水室噴水溫度。

3.2 直接控制法(變露點)

對于室內產濕量變化較大或室內相對濕度要求較嚴格的情況,可以在室內直接設置濕球溫度或相對濕度傳感器,控制相應的調節機構,直接根據室內相對濕度偏差進行調節,以補償室內熱濕負荷的變化。這種控制方法稱為“直接控制法”。它與“間接控制法”相比,調節質量更好,目前在國內外已廣泛采用。

4 表面冷卻(加熱)器的控制

在暖通空調系統中,除使用噴水室處理空氣外,還常使用表面冷卻(加熱)器或直接蒸發表面冷卻器。表面冷卻(加熱)器控制可以采用二通或三通調節閥。因干管流量發生變化,將會影響同一水系統中其他盤管機組的正常工作,使用二通調節閥調節水量時(供水溫度不變),供水管路上應加裝恒壓或恒壓差的控制裝置,以免產生相互干擾現象??刂品椒ㄓ袃煞N。

4.1 進水溫度不變,調節進水流量

由室內傳感器T通過調節器比例地調節三通閥,改變流人盤管的水流量。在冷(熱)負荷變化叭通過盤管的水流量減少(增加)將引起盤管進出口水溫差的相應變化。這種控制方法國內外已大量采用。

4.2 冷水流量不變,調節進水溫度

由室內傳感器通過調節器比例地調節三通閥,可改變進水水溫,盤管內的水流量保持一定。這種方法調節性能好,但投資有所增加,一般只有在溫度控制要求精確時才使用。

5 結束語

從集中式空調系統運行工況分析中看出,要使空調房間內的空氣參數穩定地維持在允許的波動范圍內,必須對機器露點、加熱后的空氣溫度、加濕后的空氣濕度、室溫或室內相對濕度進行調節。為達到這些調節目的,需要設置由不同調節環節所組成的自動控制系統。

參考文獻:

室內溫度與濕度的變化關系范文3

1環境研究材料與方法試驗

在海南省儋州市中國熱帶農業科學院國家橡膠樹種植資源圃進行?;匚挥诒本?9°30'、東經109°20',屬熱帶季風氣候,年平均氣溫23.3℃,降雨量1800~2000mm[8]。試驗時間為2010年9月25日、2010年11月13日、2011年1月7日、2011年3月14日、2011年5月14日和2011年7月8日。

1.1供試溫室

本試驗研究對象為鋸齒型溫室,位于海南省儋州市中國熱帶農業科學院國家橡膠樹種質資源圃。該溫室跨度6m,共4跨;開間4m,共13個開間,面積1248.00m2。溫室建于2008年,主體結構為鍍鋅鋼材。溫室覆蓋材料為聚乙烯抗老化無滴膜。溫室采用外遮陽系統,黑色遮陽網,遮光率為40%。溫室四周側開窗,頂部鋸齒側開窗,均安裝卷膜和防蟲網,溫室內安裝有微噴系統及環流風機,側墻安裝負壓風機,如圖1所示。

1.2試驗方法

試驗由早晨8:00開始,于整點測量氣溫、設施表皮溫度、光照強度、相對濕度及CO2濃度,全天測量11次,至18:00結束。特殊情況有:2011年1月7日日長時間較短,試驗至17:00結束;2011年7月8日8:00未能測量數據;2011年5月14日15:00開始下雨,部分室外數據未能測量。測量點布置:在水平方向上氣溫、相對濕度、CO2濃度采用5點法布局測量(見圖2);設施表皮溫度、光照強度采用9點法布局測量(見圖3)。在垂直方向上氣溫、相對濕度、光照強度在每一個位點測量20、50、150cm3個高度的數值。室外測試點距離溫室20m,四周空闊[9]。

1.3試驗儀器

美國kestrel4000便攜式氣象檢測儀;美國雷泰ST20紅外測溫儀;德國Testo545照度計;美國TelaireTEL7001型CO2檢測儀。圖25點法示意圖Fig.25pointmethod圖39點法示意圖Fig.39pointmethod

2環境研究的結果與分析

2.1光環境

熱帶地區溫室生產以自然光為主要光源,鋸齒型溫室的框架結構和覆蓋材料影響室內的光照環境,與露地存在著顯著的不同,其全年光照強度如表1所示。由表1可知,鋸齒型溫室的日平均光照強度值從大到小為2011年7月8日>2010年9月25日>2011年5月14日>2010年11月13日>2011年3月14日>2011年1月7日。溫室內最高日平均光照強度是2011年7月8日,為29731.46lux;最低日平均光照強度是2011年1月7日,為2394.59lux。在最低日平均光照度情況下,鋸齒型溫室仍然能夠基本滿足園藝作物對光照的生理需求。2010年9月25日,溫室內光照強度在11:00時達66732.00lux,同時溫室外達127436.67lux,是光照強度的最高值,這與供試溫室地處北緯19°30',與當時太陽的直射點位置較近相關。但2010年9月25日日平均光照強度小于2011年7月8日。鋸齒型溫室透光率隨著月份的不同變化,年平均透光率為35.21%,在光照最弱的1月份透光率能夠達到40.57%,鋸齒型溫室的透光性較好。在2010年9月25日、2010年11月13日、2011年1月7日11月和2011年3月14日,光照強度最低值分別為1455.33、274.17、445.07、308.67lux,均低于園藝作物的光照補償點(見表1)。2011年1月7日9:00室內光照強度為1779.46lux,16:00室內光照強度為1254.13lux(見圖4),9:00以前,16:00以后的時間段內,溫室內光照強度已經低于園藝作物光補償點[10],根據需要,可進行人工補光以提高產量。圖42011年1月7日光照強度Fig.4ThelightintensityinJanuary7,2011在2010年9月25日、2010年11月13日、2011年7月8日溫室內最強光照強度達到了66732.00、51895.00、48965.83lux,產生光照危害并且顯著提高室內溫度(見表1)。尤其是2011年7月8日(見圖5),在10:00-14:00長時間處于40000.00lux光照強度條件下,不利于園藝作物生產,應進行遮光處理。

2.2溫度環境

園藝作物對溫度的基本要求包括氣溫和地溫,氣溫和地溫分別對植株地上部分和地下部分生長發育及其相互關系產生影響。溫室骨架和棚膜的溫度則影響到溫室的小氣候環境和材料的老化速度。本文分別對鋸齒型溫室的氣溫、地表溫度、骨架和棚膜溫度進行研究論述。

2.2.1鋸齒型溫室氣溫環境由表2可知,在熱帶氣候條件下,鋸齒型溫室內的日平均溫度從大到小依次為2011年7月8日>2010年9月25日>2011年5月14日>2010年11月13日>2011年3月14日>2011年1月7日。溫室內最高日平均溫度是2011年7月8日,為38.59℃;最低日平均溫度是2011年1月7日,為17.43℃,溫度值偏離園藝作物生長最適溫度[10]在天氣炎熱的2011年7月8日,溫室內外日平均溫度的最高值相近,分別為38.59℃和38.56℃。在溫室外溫度最高值達到43.90℃時,溫室內則為42.87℃,比溫室外部降低了1.03℃。相同情況也出現在2011年5月14日,溫室內部最高溫度比溫室外部降低2.22℃。說明在炎熱天氣,鋸齒型溫室可以降低極端高溫。耐熱蔬菜適宜最高溫度為35℃[10],室內溫度高于植物生理需求。在天氣溫度較低的2011年1月7日,溫室外的日平均氣溫為13.73℃,溫室內可以達到17.43℃,比溫室外部提升3.7℃;溫室外日最低溫度為11.10℃,已經不利于茄果類、瓜類等喜溫園藝作物生產,溫室內日最低溫是14.33℃,仍然能夠維持園藝作物的正常生理功能。

2.2.2地表溫度地溫可以直接影響根系的形成和生長,進而影響根系對水分養分的吸收以及根系代謝,最終影響作物生長發育。由表3可以看出,在熱帶地區,鋸齒型溫室內地表日平均溫度最低為15.71℃,日最低溫度為13.61℃,均出現在2011年1月7日。由此可知,在最低地表溫度的天氣里,仍然能夠滿足園藝作物生理需求。其他月份地表溫度由低到高分別為2011年3月14日22.63℃,2010年11月13日27.04℃,2011年5月14日30.13℃,2010年9月25日33.32℃,2011年7月8日40.84℃。其中,2011年7月8日的地表溫度最高,已經超過作物對低溫的適合溫度范圍,日最高地表溫度達到了46.37℃,對作物生長產生危害,需要采取適當措施降低地表溫度。鋸齒型溫室室內地表溫度均低于露地地表溫度,溫度相差3℃左右,在炎熱的2011年7月8日溫室內日平均地表溫度比溫室外低近6℃,日最高地表溫度比室外低近10℃,對作物根系生長發育的環境條件具有改善作用。

2.2.3骨架、棚膜溫度骨架和棚膜的溫度影響溫室材料的老化速度及棚膜有害氣體的釋放。本研究測試了鋸齒型溫室2011年1月7日和2011年7月8日骨架和棚膜的溫度,如表4所示。在2011年1月7日骨架和棚膜的日平均溫度分別為13.44℃和12.28℃,兩者溫度較為平和。2011年7月8日骨架和棚膜的日平均溫度為38.91、36.97℃,骨架的溫度比棚膜的溫度高2.00℃,因薄膜受骨架高溫的影響熱致使伸縮不均等,縮短了薄膜的使用壽命。棚膜日最高溫度甚至達到了45.00℃以上,導致有害氣體釋放。

2.3濕度

環境濕度影響作物的蒸騰速度,進而導致作物生長出現差異。由表5可看出,在全年時間段內,鋸齒型溫室內的日均空氣濕度最高為83.83%,最低為50.21%,室外的日平均空氣濕度最高為85.61%,最低為47.03%,溫室內濕度比溫室外濕度變化平穩,能夠為作物生長提供更加良好的環境。此情況在炎熱干燥的2011年7月8日和低溫潮濕的2011年1月7日表現更加明顯。在2011年7月8日鋸齒型溫室內濕度的平均值、最高值和最低值均高于溫室外,溫室外最低濕度達到33.93%的情況下,溫室內濕度為39.63%,對植物生長較為有利。在2011年1月7日,低溫高濕的氣候條件下,露地濕度最高達95.57%,鋸齒型溫室內為91.65%,溫室內的濕度低于露地濕度。

2.4CO2濃度

CO2是植物進行光合作用的主要原料之一,高濃度CO2有助于提高園藝作物產量和品質。由表6可以看出,在試驗進行的全年時間段內,除2011年7月8日日平均CO2較露地低4.47mg/L外,鋸齒型溫室內的日平均CO2濃度均高于露地。除2011年5月14日外(當日下午下雨)CO2濃度的日平均值均在400mg/L以上,濃度較大,能夠滿足作物進行光合作用的生理要求。CO2濃度日最低值是2011年5月14日,為342.73mg/L;其次為2011年3月14日的364.80mg/L,均與露地接近或略高于露地CO2濃度,補充CO2的必要性不大。同時,鋸齒型溫室的密閉性較差,通氣性良好,不具備補充CO2的客觀條件。由此可知,鋸齒型溫室在熱帶地區使用,不需要進行CO2施肥。

3結論與討論

3.1鋸齒型溫室光環境鋸齒型溫室內最高日平均光照強度是2011年7月8日,為29731.46lux;最低日平均光照強度是2011年1月7日,為2394.59lux。溫室年平均透光率為35.21%,鋸齒型溫室的透光性較好。溫室的最大光照強度出現在2010年9月25日11:00,為66732.00lux,同時溫室外達127436.67lux,這與供試溫室地處北緯19°30',與當時太陽的直射點位置較近相關。同時,與溫室的朝向相關:溫室南北走向,鋸齒立面朝東,曲面朝西。2011年1月7日9:00以前,16:00以后的時間段內,溫室內光照強度已經低于園藝作物光補償點,可進行適當補光。在2010年9月25日、2010年11月13日、2011年7月8日中午溫室內最強光照強度達到了45000lux以上,超過了作物光照飽和點,可適當遮陽,降低光照強度。

3.2溫度環境

3.2.1鋸齒型溫室氣溫在2011年7月8日和2011年5月14日,溫室內部最高溫度比溫室外部降低1.03、2.22℃。這說明在炎熱天氣,鋸齒型溫室可以降低極端高溫,減輕對作物的高溫危害。在天氣溫度較低的2011年1月7日,溫室內日平均溫度比溫室外部提升3.7℃,說明在冷涼天氣時,鋸齒型溫室可以提高最低溫度,有利于園藝作物生產。鋸齒型溫室內最高日平均溫度為38.59℃,最低日平均溫度為17.43℃,溫度值略偏離園藝作物生長最適溫度,需要采取遮陽等措施降低夏季高溫,以及加強溫室密閉性等措施提高冬季溫度。

3.2.2地表溫度在熱帶地區,鋸齒型溫室室內地表溫度均低于露地地表溫度,溫度相差3℃左右。在炎熱的2011年7月8日,溫室內日平均地表溫度比溫室外低近6℃,日最高地表溫度比室外低近10℃,顯著改善了作物根系生長發育的環境條件。2011年7月8日的日鋸齒型溫室最高地表溫度達到了46.37℃,需要采取適當措施降低地表溫度。

3.2.3骨架、棚膜溫度在炎熱季節,骨架和薄膜的溫度較高,兩者溫度相差2.00℃左右,日最高溫度甚至達到了45.00℃以上,導致有害氣體釋放及薄膜熱伸縮不均等,縮短了薄膜的使用壽命。

3.3濕度環境

2011年7月8日,溫室外最低濕度33.93℃,鋸齒型溫室內濕度為39.63℃。2011年1月7日,露地濕度最高達95.57℃,鋸齒型溫室內為91.65℃。鋸齒型溫室有助于提高小氣候環境的最低濕度,降低最高濕度,為作物提供一個相對穩定的濕度環境。

3.4鋸齒型溫室

室內溫度與濕度的變化關系范文4

關鍵詞  換熱器 增量式控制 模糊控制 溫濕度控制精度 最小換熱單元 動態負荷 結構設計

1 前言

文[1]從表面式換熱器的性能結構優化和便于實現模糊控制調節的角度,提出了結構可調式換熱器的結構型式,如圖1所示,其中,1為介質總注入管,2為母管,3為調節閥,4為子管,5為肋片管簇,6為介質總流出管,7為框架;給出了換熱量模糊等級劃分方法,初步分析了其用作空調機組表冷器的優越性。由于結構可調式換熱器用一個小規格的電動連續調節閥和多個雙位調節閥代替大規格的電動連續調節閥,在價格上較為經濟;在用于空氣處理機時,由于結構可調式換熱器可實現氣流旁通的自動轉換,而無需另設氣流旁通,這與相同出力的旁通式機組相比,減小了機組的體積;在部分負荷工況下,充分利用室外新風除熱(加熱)能力,可降低了冷熱源的出力;在電氣實現上,利用數字量代替模擬量降低了硬件的消耗。圖1所示的換熱器換熱量模糊等級劃分是控制系統的控制量直接對應于室內負荷的大小,該方式稱為位式控制方式。而實際控制過程則是在于換熱器當前換熱量再增加一調節量,即采用增量式控制方式來實現換熱量的調節。本文將在文[1]的基礎上,提出結構可調式換熱器增量式結構型式,以用作空調機組一冷器為背景,由室內溫濕度控制精度,確定換熱器最小換熱單元的約束條件,根據房間動態負荷,提出換熱器最小換熱單元確定方法,最后給出其結構設計方法[2]。

2 結構可調式換熱器增量調節方式

在換熱器增量式調節方式中,控制系統的輸入量是室內溫濕度狀態的偏差和偏差變化,輸出量是換熱器熱量的變化值。于是可將換熱器的換熱量Q分成兩部分,即基礎換熱量 和可變換熱量 ,如式(1)所示。對應于換熱面積,則有式(2),其中, 為換熱器基本換熱面積,m2;這里可以認為, 始終參與換熱過程,而 為滿足室內負荷要求而參與調節過程, 對應于室內空氣狀態的偏差和偏差變化。對 進行"大、中、小"模糊等級劃分,如圖2所示,其中,1為調節閥,2為母管,3為子管;考慮到各閥門有開/關兩種動作,定義閥門開啟為"正",閥門關閉為"負",即可實現 的"正大、正中、正小、負小、負中、負大"模糊等級操作。 的"大、中、小"在面積大小上有一定關系,為便于設計和調節,將 按式(3)分割,其中, 小為 的最小換熱單元;中要確定了 小,即可確定 中和 大。

圖1 結構可調式換熱器[1]

圖2 結構可調式換熱器增量式結構

(1)

(2)

(3)

這樣,無論換熱器面積有多大,只要將 分割成了 小、 中和 大,加上 ,可由5個雙位調節閥來控制,利用 小、 中、 中和 大的不同組合,可以靈活地得到不同的可調換熱面積。

3 換熱器最小換熱單元約束條件

結構可調式換熱器在進行能量調節時,換熱單元閥門的開關,不僅影響空調機組送風溫度的變化,而且影響送風含濕量的變化。為保證空調機組在進行能量調節時能夠滿足室內溫濕度控制精度要求, 小的大小必須滿足最小換熱單元 小的變化而引起室內溫濕度的變化應小于等于室內溫濕度控制精度要求,因此, 小的約束條件如式(4)所示,其中,Δtr為調節最小換熱單元所引起的室溫變化,即室溫偏差,℃;tr為室內溫度,℃;trg為室溫設定值,℃;δt為室溫控制精度,℃;Δφr為調節最小換熱單元所引起的室內相對濕度室溫變化,即相對濕度偏差,℃;φr為相對濕度;φrg為相對濕度設定值,%,δφ為相對濕度控制精度,%。

(4)

室內溫濕度的變化與房間動態負荷、送風參數和排風狀況等因素有關,而送風參數又與新風比、空調機組換熱量及加濕量(冬季)等因素有關,因此,要使最小換熱單元滿足式(4)的要求,必須分析整個空調系統的動態特性。

4 換熱器最小換熱單元的確定

4.1送風溫度數學模型的建立

圖3為一次回風集中空調系統示意圖,其中,N、W為室內外空氣狀態,H為新回風混合狀態,L為機器露點,O為送風狀態,ε為室內熱濕比,l為最小換熱單元 小,2為風機混合段,3為新風和回風混合段。僅討論 小閥門開關引起的室內室內空氣狀態變化。

為便于計算,假設:空調系統各部個(如風機、換熱器等)能夠滿足空調設計工況要求;風管道能量損失很小,忽略不計;不計房間氣流組織及漏風影響;空調機組內不同斷面處的迎面風速相同;開關結構可調式換熱器任一換熱單元上閥門時,該單元換熱量為0,且不影響其他單元換熱量大小。

以空調房間為研究對象,由能量守恒定律可知:

房間內顯熱量的變化=流入房間的顯熱量+房間內部顯熱量-流出房間的顯熱量

(5)

(1)房間內顯熱量的變化量

當室內溫度tr( )發生變化時,將引起房間內顯熱量的變化量如式(6)所示(以差分格式表示),其中,Qr為室內顯熱量,kW; 為時間變量,s;ρr為室內空氣密度,kg/m3;Cp為空氣的定壓比熱,kJ/kg·℃;Vr為空調房間的容積,m3;T為采樣周期,s。

(6)

(2)流入空調房間的顯熱量

流入空調房間的顯熱量主要是送風帶入的熱量,如式(7)所示,其中,QO為送風帶入的顯熱量,kW;ρO為送風密度,kg/m3;G為送風量,m3/s;tO為送風溫度,℃ 。

(7)

(3)房間內部產生的顯熱量

房間內部顯熱量主要有兩種,一是由傳熱進入房間所形成的瞬時顯冷負荷,用QL( )表示,單位kW,QL( )已知[3];一是由蓄熱進入房間所形成的瞬時蓄熱冷負荷,用QSL( )表示,單位kW,QSL( )的計算如式(8)所示[4],其中,Wz(j)為室溫變化(室溫對設定值的偏差)所引起的除熱權系數,kW/℃,其意義是指當室溫在 =0時刻高于設定值1℃時,在 =jT時刻的除熱量,Wz(j)已知[3];K為由于室溫變化Δtr而對送風負荷的修整系數,如式(9)所示。

(8)

(9)

(4)流出空調房間的顯熱量

流出房間的顯熱量主要是空調房間排風和回風帶走的熱量,如式(10)所示,其中,QE為排風和回風帶走的顯熱量,kW。

(10)

不計溫度對空氣密度的影響,即 。將式(6)~(10)代入式(5),可得

(11)

由上式可知,送風溫度不僅與當前時刻的室溫變化、房間容積、送風量、顯冷負荷有關,而且與從空調系統開始運行起到當前前一時刻的室溫變化、系統降熱特性有關,還與采樣周期有關。為了簡化計算,假設在換熱器最小換熱單元閥門調節之前,室內溫度完全滿足控制精度要求,即

(12)

于是,式(11)可以簡化為

(13)

根據式(4)可計算出滿足室內溫度控制精度要求的室溫變化Δtr( ),進而由式(13)即可計算出所要求的送風溫度tO( )。

4.2 送風含濕量數學模型的建立

空調房間含濕量的變化規律通過房間的潛熱量來描述。設空調房間沒有自由水面,則由能量守恒定律可知

房間潛熱量的增量=流入房間的潛熱量+房間產生的潛熱量-流出的潛熱量

(14)

(1)房間潛熱增量

(15)

其中,Qq為室內潛熱量,kW;dr為室內空氣含濕量,kg/kg干空氣。

(2)流入空調房間的潛熱量

(16)

其中, 為送風帶入的潛熱,kW;dO為送風含濕量,kg/kg干空氣;r為水的汽化潛熱,kJ/kg。

(3)房間內部的潛熱量主要是房間潛熱負荷,用QLq( )表示,單位kW,QLq( )已知[3]。

(4)流出空調房間的潛熱量

(17)

其中,QEq為排風和回風帶走的潛熱量,kW。

同樣不計溫度對空氣密度的影響,將式(15)~(17)代入式(14),可得

(18)

其中,Δdr( )為 為時刻室內含濕量變化,kg/kg干,如式(19)所示;drg為含濕量設定值,kg/kg干空氣。

(19)

同樣為簡化計算,假設 ,則式(5-29)為

(20)

根據式(4)可計算出滿足室內相對濕度控制精度要求的相對濕度變化Δφr( ),根據式(21)即可得到相應的Δdr( ),進而由式(20)即可計算出所要求的送負溫度ΔdO( )。

(21)

其中,Pq,b為tr下濕空氣的飽和水蒸氣分壓力,Pa;Ba為當地大氣壓力,Pa。

4.3 送風焓值數學模型的建立

將式(13)和式(20)代入式(22)即可計算出送風焓值。

(22)

其中,hO( )為送風焓值,kJ/kg干空氣。

這樣,根據式(22)即可計算出滿足室內溫溫度控制精度要求的送風焓值hO( )。

4.4 最小換熱單元迎風面積的確定

滿足室內溫濕度控制精度要求的送風焓值hO( )是換熱器最小換熱單元上閥門開關后旁通空氣和冷卻減濕空氣相混合的結果,以圖3中的風機混合段為研究對象,則有式(23)和式(24)存在。

(23)

G=GH+GL

(24)

其中,ρH和ρL分別為混合點H和機器露點L處的空氣密度,kg/m3;GH和GL分別為旁通風量和冷卻減濕處理風量,m3/s;hH和hL分別混合點H和機器露點L處的空氣焓值,kJ/kg干空氣。

不計空氣密度的變化,由式(23)和(24)可得

(25)

(26)

其中,Vy為換熱器迎面風速,m/s;Fy小和Fy分別為最小換熱單元和整臺換熱器的迎風面積,m2。故有

(27)

在式(27)中,hO可由式(22)計算;hL可取設計工況下機器露點焓值,已知;Fy已知;只有hH為未知,下面就來計算hH。

以新風和回風混合段為研究對象,則有

(28)

G=GN+GW

(29)

其中,ρW為室外新風密度,kg/m3;GN和GW分別為回風量和新風量,m3/s;hN和hW分別室內和室外的空氣焓值,kJ/kg干空氣。

設新風比為m,則

(30)

不計空氣密度的變化,由式(28)~(30)可得

(31)

這樣,將式(31)代入式(27)即可計算出最小換熱單元的迎風面積Fy小。

4.5 最小換熱單元換熱面積的確定

為確定是小換熱單元 小的換熱面積F小,必須考察結構可調式換熱器的幾何結構。圖4為換熱器幾何結構示意圖,其中,A、B和H分別為換熱器的長、寬和高,m。設換熱器在氣流方向上單排熱面積為Fdp,單排管高度為Hdp,要確定F小,實際上確定F小中包含Fdp的個數n小,即

(30)

(31)

故有

(32)

將式(32)代入式(30)可得

(33)

這樣,由式(33)即可計算出滿足室內溫濕度控制精度要求的最小換熱單元的換熱面積F小,實際上,式(32)更為有用,即只要知道單排管高度Fdp和n小,即可知道最小換熱單元迎風面高度H小,如式(34)所示,由式(3)即可得到的 中和 大的迎風高度H中和H大,如式(35)所示,由此即可將整臺換熱器"H小、H中、H中、H大"形式實現增量式劃分。

(34)

(35)

5 增量型結構可調式換熱器設計方法

根據上述換熱器最小換熱單元確定方法,增量型結構可調式換熱器的設計與建筑物的動態負荷、設計負荷、建筑物空間大小、室外氣象條件、空調系統運行方式、換熱器幾何特性等因素有關,其基本設計步驟如下。

(1)計算建筑物動態空調負荷,確定空調方案,確定設計負荷;

(2)確定結構柯調式換熱器的型號,包括換熱面積、幾何尺寸、單排管面積、單排管高度等;

(3)確定空調室內濕濕度控制精度,計算為滿足室內溫濕度控制精度要求的送風狀態參數;

(4)計算換熱器最小換熱單元迎風面積,計算最小換熱單元迎風面高度;

(5)確定增量型結構可調式換熱器的分割結構;

(6)為各換熱單元選擇雙位調節閥,完成整臺換熱器設計。

上述過程可開發專用計算機軟件來實現。

6 結論

空調房間室內外負荷的變化將導致室內溫濕度圍繞其設定值上下波動,即產生Δtr和Δφr,空調的目的就是消除室內的Δtr和Δφr,使溫濕度滿足控制精度要求。本文綜合考慮室內溫濕度的變化、空調負荷特性、建筑物空間大小、空調系統運行方式和室外氣象條件等多種因素,提出了既適于模糊控制,又能夠滿足室內溫濕度控制精度要求的結構可調式換熱器最小換熱單元確定方法,并提出了結構可調式換熱器增量式調節結構及其設計方法。該方法似乎很復雜,既要考慮空調負荷特性,又要考慮其運行方式等多種因素。事實上,一個既有高精度控制功能、又具有較好節能效果的空調系統設計本身,就不是空調系統和控制系統簡單的疊加,而是基于空調系統和建筑熱工系統動態特性的系統化設計過程,亦即空調系統動態設計過程,只有這樣,才能真正實現建筑熱工系統、空調系統和控制系統三者有機地統一,才能真正實現空調系統高精度節能運行。正是基于這一思想,才有本文的研究結果,目前,已經加工出增量型結構可調式換熱器及換熱結構可調式空調機組。

通過本文的分析,可以得到以下結論:

(1)增量型結構可調式換熱器結構合理,符合實際控制動作要求,其模糊分割適于實現模糊控制,適于實現相關空調設備的機電一體化;

(2)基于空調房間溫濕度控制精度要求的結構可調式換熱器最小換熱單元能夠滿足空調系統控制要求,其設計思想體現了建筑熱工系統、空調系統和控制系統三者有機的統一;

(3)基于空調房間負荷特性的結構可調式換熱器最小換熱單元確定方法為該換熱器的設計提供了理論基礎,為開發換熱結構可調式空調機組設計計算軟件提供了合理的計算依據。

參考文獻

1 張吉禮,孫德興,歐進萍,結構可調式換熱器設計原理及其特性分析[J],暖通空調,1999,29(4):37~39

2 張吉禮,模糊控制理論研究與智能控制空調機組的開發[D],哈爾濱:哈爾濱工業大學博士后研究工作報告,2001

室內溫度與濕度的變化關系范文5

關鍵詞:中央空調;節能控制

空調系統的作用就是對室內空氣進行處理,使空氣的溫度、濕度、流動速度及新鮮度、潔凈度等指標符合場所的使用要求。為此必須對空氣進行冷卻或加熱、減濕或加濕以及過濾等處理措施。其相應設備有制冷機組、熱水爐、空調機組、風機盤管等。當被調房間溫度與濕度受內部熱源干擾或室外溫濕度的變化而發生波動時,首先由溫度與濕度傳感器把信號送給調節器,調節器與設定值進行比較后發出指令給執行器,執行器動作后,不斷調整參數以符合使用要求。

1.中央空調的控制特點

1.1干擾性。全年或全天空調系統在運行中,因為受外部條件和內部條件的變化,都會干擾到空調系統的運行。

1.2調節對象的特性。被控對象的不同,在相同的干擾作用下,隨時間的變化被控量過程也不是一樣的??朔@些干擾因素,對空調房間一定的溫度、濕度和空氣品質的維持就是空調自控系統的任務。但是溫度、濕度的控制效果不但靠自控系統取決,更主要的是空調系統的合理性及空調的對象特性取決的。

1.3溫濕度的相關性。在空調的控制中,大多數情況下主要是對空調房間內溫度和濕度的控制,這兩參數常常是同時在一個調節對象里進行調節的兩個被調量,兩個參數在調節過程中又相互影響。若是空調房間內,因為某些原因而溫度升高,在空氣中引起水蒸氣的飽和分壓力變化,在不改變含濕量的情況下,就引起了室內相對濕度的變化,溫度升高相對濕度就會降低,溫度降低相對濕度就會增加,在調節過程中,對某一參數進行調節時,同時也引起另一參數的變化。

1.4多工況運行及轉換控制。因為在全年的室內外條件變化下,空調系統的調節是按照一定的運行方式進行的。同時在內外條件發生顯著變化時,對運行調節方式要進行改變,就是對運行工況進行轉換。

1.5整體控制性??照{房間內的空氣溫度和相對濕度控制是空調自動控制系統的重點,與空氣處理過程每個環節緊密聯系在一起的整體控制系統是通過工況進行轉換的。要根據系統的工作程序對空調系統中處理設備進行啟停,進行的時候要按照相關的操作規程,處理過程的各個參數調節及聯鎖控制都不是孤立進行,而是與室內溫、濕度密切相關的。

2.中央空調節能控制途徑

2.1空調機組

現代智能建筑中耗能最多的設備就是空調機組,它有不同的運行方式,考慮空調機組的節能有以下幾個方面:

2.1.1自動轉換全年運行系統工況。對工況要求進行轉換的依據就是不同結構的室外氣候條件和空調系統及其工藝的不同,轉換的判斷條件通常是焓值,對它的實現是通過調節空調運行參數來得到的。

2.1.2選擇控制器參數。對每個回路的PID參數的選擇要合理,使它的響應性能能夠很好的發揮,或者對控制算法要選擇先進的方法,這樣就可以對控制系統的性能指標有所提高。控制回路總是處于不斷調節或響應的過程等不好的影響要盡量避免,這樣不僅浪費能量而且對于執行器的壽命也有影響。

2.1.3 多級控制的有效配合。有些系統除了具有中央空調機組外,還對每個房間設有風機盤管來實現各自的單獨調節,此時,控制方法及配合關系要進行合理的選擇,要對中央空調送風的溫度避免過低,這樣會發生房間再加熱的能量浪費現象,應該對整體系統的節能效果進行考慮。

2.2 冷水機組

對樓宇內外的溫度、濕度要實時進行測量,對樓宇的熱慣性要通過計算機進行預測,根據測量的數據,通過計算對最優化的設備啟、停時間進行確定。這個措施對主機、水泵、冷卻塔風機平均每天的運行時間會減少。同時根據冷負荷在樓宇中的變化,對冷凍水、冷卻水的流量及風機類設備的風量的調節要通過變頻裝置進行控制,也能下降主機負荷,從而對機組運行臺數進行控制。

2.3 熱水系統

2.3.1 鍋爐系統。第一,把供暖需求量作為依據,來控制鍋爐運行的臺數;第二,把室外溫度作為依據,重新對供水水溫進行計算設定,來減少消耗的能量;第三,對供水量的調節要采取變頻泵進行,以適應負荷的變化。

2.3.2 熱交換器系統。第一,把空調負荷的大小作為根據,通過變頻泵對供水量進行調節;第二,通過一個室外恒溫器,當負荷減少時對供水溫度進行重新設定和控制,當熱水泵不運行時,通過流量開關聯鎖關閉兩通閥。

2.4 變風量系統

變風量末端控制和變風量空調機組控制是變風量系統控制的兩個部分。一個好的變風量空調系統,除了設計的精確計算,系統合理的布置,施工到位的安裝外,還有很關鍵的一點就是對最佳控制方法的選擇。在工程實際應用中,定靜壓控制法、變靜壓控制法、直接數字控制法、風機總風量控制法是采用最多的方法。

2.5 電能控制系統

耗電量和電價是電能消耗計算的主要因素,也就是不同的峰、谷電價。所以,對于能耗較高的暖通空調設備要合理地啟動或停止,在用電的高峰期降低設備的用電量、縮短運行時間,在用電低谷期增加設備的用電量、延長設備的運行時間,使總的電費最低。

3.節能方法的選擇

空調負荷主要包括:由于室內外溫差通過圍護結構傳熱引起的負荷,日輻射得熱引起的負荷,室內設備及人員散熱引起的負荷,新風引起的負荷,物料散熱量及散濕過程的潛熱量等。

當前,在空調工程設計中,一個最普遍的問題就是冷負荷設計值過大。根據調查數據顯示,即使在最熱的季節,很多空調仍然有1/3的冷水機組不運行,有的甚至高達1/2。選擇設備的主要依據是設計冷負荷,所以對建筑冷負荷進行正確的計算,對于整個系統的設計是很重要的。但是,當前國內大量空調設備的閑置是由于設計造成的,其中主要的原因就是設計冷負荷取值過大。

參考文獻:

室內溫度與濕度的變化關系范文6

徽州傳統民居室內水體蒸發對室內環境的營造起到了積極作用。根據水體蒸發熱平衡,建立民居室內水體蒸發模型,用實地連續測試的蒸發數據對該模型進行驗證。結果表明,該模型能有效的計算徽州傳統民居室內水體蒸發過程,計算和測試的水體蒸發量之間的均方根誤差和平均相對誤差分別為41.5 g/(m2?h)和4.2%。環境參數中地面溫度、太陽輻射、風速、相對濕度和氣溫對水體蒸發的影響程度逐漸降低,蒸發量和環境參數之間的相關系數分別為0.909、0.779、0736、-0.654和0.622。

關鍵詞:

傳統民居;蒸發模型;實測;環境參數

Abstract:

Water evaporation in Huizhou traditional dwellings has played a positive role in environment formation. Evaporation model was built by analyzing heat balance of water evaporation. The model was calibrated against evaporation data which were obtained from field measurement in traditional dwellings. The results show that the model could effectively predict the water evaporation process in Huizhou traditional dwellings. In addition, the error of standard deviations and the average relative error between calculate values and experimental values are 41.5 g/(m2?h) and 4.2%, respectively. Correlation analysis results show that the water evaporation is most correlated to the ground temperature, followed by solar radiation, wind speed, relative humidity and air temperature, and the correlation coefficients are 0.909, 0.779, 0.736, -0.654 and 0.622, respectively.

Keywords:

traditional dwelling; evaporation model; field measurement; environment parameters

被動蒸發冷卻是古人在夏季最常使用的一種降溫技術,對夏季室內環境的營造起著重要的作用。長期以來人們從大尺度范圍出發,利用各種方法對室外江、河、湖、海等大面e水體的蒸發量進行預測[12]。

徽州傳統民居作為極具特色的地域性建筑,蘊含著大量的生態設計經驗。天井作為最活躍的元素,和室內環境的營造有著密不可分的關系[34]。天井底部通常蓄有薄水層,夏季水體蒸發帶走熱量,降低室內溫度,這一蒸發過程屬于微氣候、微尺度的范圍,在現有的文獻中還少有涉及。在大尺度空間的研究范圍內,水體的蒸發量主要與環境參數有關[57],但徽州傳統民居的室內水體蒸發卻更為復雜,需要通過測試和分析進行更加深入的探究。水體蒸發的研究方法主要包括利用氣象因子的經驗公式法[89]和利用傳熱傳質的熱質平衡法[1011]。對于徽州傳統民居室內水體蒸發的現狀和蒸發模型問題的研究還有所欠缺。為此,通過在徽州傳統民居中進行水體蒸發實驗獲取蒸發數據,在分析建筑室內微氣候對水體蒸發蒸發量的影響的基礎上,利用水體蒸發的熱平衡,建立適用于徽州傳統民居室內水體蒸發的蒸發模型。

1測試方案和蒸發模型

1.1測試方案

蒸發實驗位于一棟建于明末清初的傳統徽州民居,建筑位于安徽省宣城思么澹30.5°N,118.0°E,海拔160 m),當地的民居內天井底部均有蓄水(圖1),也是古人們在炎熱夏季最有效和最方便的降溫方式。

蒸發實驗時段為2016年7月23日―7月25日。

如圖2所示,在天井下依次設置3個蒸發水槽,蒸發水槽的尺寸為0.15 m×0.1 m,三者同時進行試驗減少誤差,試驗期間對蒸發量進行逐時測量,稱重法由于方法簡單易操作最常被人們使用[12],將每次電子秤稱重的重量和上次稱重的重量之間的差值作為水體的蒸發量,測量的時間間隔為10 min;水體表面溫度的測量使用紅外測溫儀,測量的時間間隔為10 min。微氣候的測量包括太陽輻射強度、空氣溫度、相對濕度、風速、大氣壓強和地面溫度。太陽輻射測試時間間隔為5 min;風速和溫濕度測試的時間間隔為1 min;地面溫度的測試時間間隔為10 min,具體的測試儀器及精度如表1所示。最終得到的測試數據以30 min作為時間基準單位,蒸發數據取平均值。

由于手動測試和自動測試的時間間隔都小于30 min,所以可以通過取平均值的方式保證整個測試數據的一致性,另外,同時進行的3組相同試驗之間形成比照,3組實驗在手動測試部分的誤差較小(手動測試操作時間短),進一步提高了測試數據的一致性。由于文章的篇幅限制,表2中僅給出了7月23日的部分實測數據,此時的水體蒸發效果比較明顯,具有代表性。

1.2蒸發模型

天井底部水體是靠近地面的水面薄層,水體和環境的熱交換包括輻射、蒸發和傳導,以水體為研究對象,建立水體蒸發熱平衡方程

該模型針對的是近地面的薄層水面,與前人研究的湖泊、水池相比,其研究的尺度更加微小。同時,模型將室內的環境參數和水體蒸發聯系起來,可以為分析徽州傳統民居室內水體蒸發對室內環境的影響提供基礎。

2測試結果分析

2.1環境參數對蒸發量的影響

天井底部的水體蒸發試驗,其蒸發量隨著環境參數的變化而發生變化,蒸發過程主要包括水體表面水分子的蒸發過程以及蒸發后的水分子向周圍空間中發生擴散的擴散過程。任何影響這兩個過程進行的能量或參數都會影響整個水體的蒸發過程。環境參數中,影響水體蒸發的主要有太陽輻射、空氣溫度、空氣相對濕度、風速,由于室外水體尺度較大,水體較深,底層土壤傳入水體的熱量較小,一般不計入蒸發模型中,但徽州傳統民居天井底部水體是靠近地面的水面薄層,所以現將地面溫度也作為環境參數考慮到水體蒸發中。這些參數正好提供了水體蒸發所需的全部因子(熱力因子、動力因子和水分因子)。

圖3表示5種環境參數和水體蒸發量之間的關系。其中太陽輻射、地面溫度及空氣溫度是水體蒸發的熱力因子,太陽輻射直接作用在水體上,被水體吸收;地面土壤在有太陽輻射照射時吸收太陽輻射的熱量再傳輸給水體,在沒有照射時,土壤內部的熱量向外輸送進入水體;空氣溫度在比水體溫度高時向水體傳輸熱量,三者為水體的蒸發提供能量,因此,與水體蒸發量的變化具有高度的一致性(圖3(a)、(b)、(e)),太陽輻射、地面溫度、空氣溫度和水體蒸發量的相關系數分別為0.779、0.909和0622(表3)??諝庀鄬穸仁撬w蒸發的水分因子,相對濕度越大,空氣和水體的水蒸氣壓差越小,濕傳遞的能力越弱即蒸發量越??;反之,蒸發量越大,所以呈現反對稱的變化關系(圖3(c)),二者之間的相關系數為-0.654(表3)。風速是水體蒸發的動力因子,在水體蒸發的時候可以快速的將水汽分子輸送到外界環境中,風速越大,水體蒸發越劇烈(圖3(d)),風速和水體蒸發量的相關系數為0.736(表3)。從相關性的角度可以看出,與徽州傳統民居室內水體蒸發最具直接關系的影響因素是地面溫度,也間接的證明了民居內水體蒸發不能忽略下墊面傳入水體的熱量。

2.2蒸發模型驗證

利用式(9)和測試的相關數據,進行水體蒸發量計算,對測試值和計算值進行對比,為了更進一步的驗證該模型的準確性,利用文獻[15]中給出的PenPan模型進行對比(圖4)。從圖中可以看出建立的模型能很好地模擬徽州傳統民居天井底部水體的蒸發,測試值和計算值之間的均方根誤差RMSE=41.5 g/(m2?h),平均相對誤差MRER=4.2%。計算值和測試值的回歸分析如圖5,圖中的點是由測試值和計算值組成的二維點,實線是通過點線性回歸得到的擬合直線,虛線表示的是測試值和計算值相等,如果測試值和計算值之間越接近,則二維點越接近虛線,擬合直線的斜率越接近于虛線,從圖中可以看出,夜間的點都集中在虛線上,說明測試值和計算值之間的誤差較小,晝間的分布較為離散,但幾乎是相對虛線呈對稱分布,整體線性擬合的斜率為0.914、截距為0.029、R2=0.890,進一步驗證了建立模型的準確性。

與文獻[15]中給出的蒸發皿蒸發模型相比,建立的蒸發模型在蒸發時間上有明顯的延遲,這是由于太陽輻射的熱量先被地面吸收再傳入水體,所以存在了延遲,同時,在夜間由于地面繼續向水體輸入熱量,本文的蒸發模型夜間的蒸發量要高于文獻中給出的蒸發模型。說明本文建立的模型對計算徽州傳統民居室內水體蒸發具有一定的優越性。

4結論

1)對徽州傳統民居室內水體蒸發進行現場測試,測試結果表明,環境參數中地面溫度、太陽輻射、風速、相對濕度和氣溫對水體蒸發的影響程度逐漸降低,蒸發量和這些參數之間的相關系數分別為0909、0.779、0.736、-0.654和0.622,相對濕度呈現負相關性,其余均為正相關,民居內水體蒸發中的地面溫度不能被忽略。

2)通過水體蒸發的能量守恒建立了水體蒸發模型,通過對比發現該模型能很好地描述徽州傳統民居室內的水體蒸況,計算值和測試值之間的相對誤差為4.2%。

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