室內(nèi)溫度與濕度的變化關(guān)系范文

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篇1

一引言

隨著我國房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種新技術(shù)、新建材在住宅建筑中得到充分的開發(fā)和利用，使沿用了幾二年的燃煤鍋爐供暖以及近兩年開發(fā)應(yīng)用的燃?xì)馊加凸┡?，包括即占?a href="http://m.ushengzhilian.com/haowen/264439.html" target="_blank">室內(nèi)有效空間又妨礙美觀的鑄鐵散熱器的采暖方式，都有了較大的改變，地板供暖是近年來逐步獲得住戶和開發(fā)商認(rèn)可的一種采用以水為媒介在地板墊層中輔設(shè)排管后種輻射采暖方式地板供暖。方式之所以在眾多的采暖方式中備受歡迎，主要有節(jié)能、舒適、衛(wèi)生等方面的優(yōu)點(diǎn)。目前，大連市的諸多精品住宅小區(qū)皆有用低溫輻射地板供暖裝置，為了了解其實(shí)際運(yùn)行狀況，2001年冬季，對(duì)大連市地板供暖前后的室內(nèi)熱濕環(huán)境進(jìn)行了實(shí)測(cè)調(diào)查及問卷調(diào)查。

二實(shí)測(cè)調(diào)查的目的和方法

1目的

本次實(shí)測(cè)調(diào)查的目的主要是為了比較采暖前后室內(nèi)熱濕環(huán)境的變化及進(jìn)入采暖期后，冷風(fēng)滲透、樓板雙向傳熱、分室控制熱量等多種復(fù)雜因素對(duì)室內(nèi)水平、垂直溫度分布的影響。同時(shí)還調(diào)查了居住者對(duì)室內(nèi)環(huán)境的滿意程度。

2調(diào)查方法

調(diào)查分兩種方式進(jìn)行，一種是對(duì)環(huán)境物理參數(shù)的測(cè)定，包括室內(nèi)的溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速，室外空氣的溫度及相對(duì)濕度。所使用的儀器為日本產(chǎn)數(shù)字式溫濕度記錄儀及清華同方熱球形式風(fēng)速表。其中溫濕度每隔10分鐘自動(dòng)記錄一次數(shù)據(jù)?？諝饬鲃?dòng)速度的測(cè)定為某一時(shí)間段內(nèi)的不連續(xù)記錄。由于調(diào)查住宅11月15日正式開始采暖，測(cè)試時(shí)間分為兩段，11月9日～11月14日為采暖前的6天，11月20日～11月25日為采暖后的6天。另一種是對(duì)居住者主觀感受的問卷調(diào)查，在采暖前后分別進(jìn)行了一次。

三實(shí)測(cè)調(diào)查

1概要

本次調(diào)查對(duì)象為位于大連市中心的一座新建高層住宅。建筑平面圖及測(cè)點(diǎn)位置見圖1。另在該住宅的露天陽臺(tái)上布置有溫濕度記錄儀，用于記錄室外溫濕度變化。對(duì)象住宅于2000年竣工，為框架結(jié)構(gòu)，建筑面積122m2的，家庭成員由一對(duì)中年夫婦和女兒組成。

圖1建筑平面圖

2實(shí)測(cè)結(jié)果和分析

（1）室外溫度的變化對(duì)室內(nèi)溫度的影響

圖2表示在測(cè)試期間內(nèi)，不同房間的溫度變化曲線。采暖前后，室外溫度變化不大。但在11月24日，出現(xiàn)了明顯的降溫天氣，室外溫度下降了10℃左右。測(cè)試期間內(nèi)，由不同房間室內(nèi)平均溫度（表1）可知，主臥室溫度在采暖前后，與其他房間的溫度相比均是最低的，這是由于主臥室有兩面外墻。采暖前不同房間之間溫差不大，其中客廳溫度略高。主要因?yàn)榭蛷d朝西，且西外墻為落地窗受西曬的影響較大。采暖后，不同房間之間的溫差較采暖前有所增加。據(jù)調(diào)查，居住者經(jīng)常根據(jù)自身的體感溫度對(duì)不同房間的供熱量進(jìn)行量調(diào)節(jié)，否則感覺室內(nèi)溫度偏高。由圖2可知，當(dāng)室外天氣出現(xiàn)急劇降溫時(shí)，室內(nèi)溫度場(chǎng)仍然很穩(wěn)定。充分體現(xiàn)了該住宅的三大節(jié)能特性：保溫性能好的墻體結(jié)構(gòu)（墻厚450mm），新型的隔熱密封性中空玻璃窗，地板供暖的蓄熱能力。

不同房間室內(nèi)平均溫度表1

客廳主臥室次臥室廚房

采暖前18.1℃17.0℃17.4℃17.2℃

采暖后25.0℃23.1℃24.8℃27.1℃

在測(cè)試期間內(nèi)，不同房間逐時(shí)的平均溫度變化見圖3。采暖前后，室內(nèi)溫度的最低值均出現(xiàn)在上午8：00～9：00，主要是由于居住者每是在此時(shí)間段內(nèi)有開窗換氣的習(xí)慣。一日內(nèi)，主臥室和客廳的溫度變化大于次臥室和廚房的溫度變化。采暖前，主臥室和客廳的溫度變化在5.5℃左右，次臥室和廚房的溫度變化在2.7℃左右。采暖后，主臥室溫度變化最大，為4℃，其次是客廳的溫度變化為2.6℃，次臥室和廚房的溫度變化最小，為1.3℃。由此可見，采暖后，一日內(nèi)室內(nèi)溫度變化較之采暖前減小了。

圖2采暖前后各房間溫度變化曲線

圖3一日內(nèi)，不同房間溫度的變化

早晚團(tuán)聚時(shí)，主臥室和客廳的平均溫度和標(biāo)準(zhǔn)偏差見圖4。采暖前后，客廳溫度均高于主臥室溫度。采暖前的早晚溫差為2.4℃～3.8℃，采暖后室內(nèi)的早晚溫差1℃左右，且采暖后的標(biāo)準(zhǔn)明顯小于采暖前，表明采暖后的室溫變化小于采暖前的室溫變化。

圖4早晚團(tuán)聚時(shí)，主臥室和客廳的溫度

（2）垂直溫度分布狀況

為了考察室內(nèi)垂直溫度分布，本次實(shí)測(cè)調(diào)查在垂直方向主臥室選取了三個(gè)測(cè)點(diǎn)（0.1m、1.2m、2.3m），客廳選取了兩個(gè)測(cè)點(diǎn)(0.1m、1.2m)。主臥室的垂直溫度分布見圖5。采暖前后，主臥室溫度均是由下向上逐步遞增的趨勢(shì)，且上下溫差地明顯變化。考慮原因有兩點(diǎn)：1）測(cè)點(diǎn)位置離窗戶較近，近窗面的冷風(fēng)滲透使是在窗戶附近形成低溫區(qū)，冷空氣下沉，地板表面處的空氣溫度反而低于地面上1.2m的空氣溫度[1]。2）樓板雙向傳熱的影響，使得靠近頂部的空氣溫度升高。

圖5主臥室垂直溫度分布圖

圖6表示的客廳室內(nèi)外溫差與上下溫差的關(guān)系。采暖前后，上下溫差同室內(nèi)外溫差的比值分別為0.11、0.06，該值越小，說明室內(nèi)溫度受室外溫度影響的程度越小，室內(nèi)越容易形成舒適的熱環(huán)境[2]。采暖前，客廳的上下溫差在0.1℃～3.7℃范圍內(nèi)，采暖后，客廳的上下溫差多集中于-1.3℃～1.0℃范圍內(nèi)。

圖6客廳室內(nèi)外溫度與上下溫差的關(guān)系

圖7為采暖后某一日主臥室上下溫度隨時(shí)間推移的變化圖。其中，白天12時(shí)的溫度最高，上下溫差最小，地板上0.1m和2.3m的溫度差為1.3℃。深夜的室內(nèi)溫度高于早晨的室內(nèi)溫度，主要是因?yàn)榛炷涟逍顭嶙饔迷斐傻摹?/p>

圖7主臥室上下溫度隨時(shí)間推移的分布

（3）室內(nèi)外相對(duì)濕度的變化

客廳的相對(duì)濕度逐時(shí)變化曲線見圖8。室外的相對(duì)濕度在采暖后比采暖前高21.8%，室內(nèi)平均相對(duì)濕度采暖前為45.9%，采暖后為43.6%。室內(nèi)相對(duì)濕度的變化范圍，采暖后為41.5%～45.8%，采暖前為35.1%～50.5%。圖9為室內(nèi)外相對(duì)濕度的變化關(guān)系。采暖前的室內(nèi)相對(duì)濕度多高于采暖的比值分別為0.19、0.13，說明室外相對(duì)濕度對(duì)室內(nèi)的影響在采暖后較之采暖前小。低溫輻射地板供暖的供暖方式為遠(yuǎn)紅外線輻射，輻射面表面溫度較低，水分的蒸發(fā)速度較慢，并且紅外線輻射空過透明的空氣，不改變空氣的濕度，較好地克服了傳統(tǒng)供暖方式造成的室內(nèi)燥熱、口干舌燥等不適，明顯改善皮膚的微循環(huán)，使室內(nèi)濕度適中。

圖8一日內(nèi)，室內(nèi)外相對(duì)溫度的變化

圖9室內(nèi)相對(duì)濕度的關(guān)系

（4）居住者對(duì)室內(nèi)環(huán)境的主觀評(píng)價(jià)

根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果，居住者對(duì)室內(nèi)環(huán)境的主觀評(píng)價(jià)在采暖前后無顯著差別，均感到舒適。對(duì)室內(nèi)濕度的評(píng)價(jià)，即使采暖后也不感到干燥。由于采暖形式為輻射傳熱，不會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)空氣因?qū)α鞫a(chǎn)生的塵埃飛揚(yáng)，因此居住者對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)良好。熱感覺的投票值采用ASHRAE的7級(jí)指標(biāo)表示（-3冷，-2涼，-1稍涼，+1稍暖冷，+2暖，+3稍暖），采暖前后的實(shí)際熱感覺值（TSV）與Fanger的PMV計(jì)算值比較結(jié)果如表2所示，PMV值明顯低于實(shí)測(cè)的熱感覺值（TSV）?？紤]其原因，在計(jì)算PMV值時(shí)，近似認(rèn)為室內(nèi)平均輻射溫度等于空氣溫度，實(shí)際上該住宅采光效果好，而且采用輻射采暖形式，室內(nèi)平均輻射溫度實(shí)際上高于空氣溫度。采暖后，依據(jù)居住者的個(gè)人需求分室控制供熱量，使得不同房間存在溫差，但在暖和的室溫中，人體并未到溫差的存在。

PMV和TSV的比較表2

TSV-0+2

測(cè)定項(xiàng)目單位采暖前采暖后

空氣流速m/s0.130.10

相對(duì)濕度%45.943.6

空氣溫度%18.125.0

衣服熱阻clo0.540.54

PMV---2.010.05

PPD%77.345.04

四結(jié)論

2001年冬季，對(duì)大連市一戶地板供暖住宅在采暖前后的室內(nèi)外溫濕度善及人體舒適性進(jìn)行了實(shí)測(cè)調(diào)查，其主調(diào)查結(jié)果如

下：

1．地板供暖住宅具有蓄熱能力。表現(xiàn)在三個(gè)方面：一日內(nèi)室內(nèi)溫度波動(dòng)范圍采暖后小于采暖前：室外溫度降低了10℃，室內(nèi)仍保持穩(wěn)定的溫度；采暖后，凌晨（0：00）的溫度高于早晨（6：00）的溫度。

2．采暖后，由一居住者可根據(jù)個(gè)人需要分室調(diào)節(jié)控制供熱量，不同房間的溫差較采暖前有所增加同時(shí)室溫也升高了，人體在暖和的室溫中，并未感到不同房間之間的溫差。

3．在測(cè)試期間，主臥室溫度低于客廳溫度，其原因?yàn)橹髋P室有西南兩面外墻，客廳僅有朝西的外墻。

4．受冷風(fēng)滲透及樓板雙向傳熱的影響，主臥室內(nèi)靠近窗戶的垂直方向出現(xiàn)了上部溫度高，地面溫度低的溫度分布狀況。但就住宅其他位置的垂直溫度分布看，客廳的上下溫差（0.1m、1.2m）多集中在-1.3℃～1℃，地板供暖的舒適性仍很高。

篇2

關(guān)鍵詞：吊炕； 地炕 ；室內(nèi)物理環(huán)境

中圖分類號(hào)：X32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

炕作為建筑的能量供給設(shè)施，被普遍地運(yùn)用于遼寧省農(nóng)村住宅中。能量設(shè)施與建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合而不與非承重的護(hù)層相結(jié)合，當(dāng)然是一項(xiàng)古老的技術(shù)，這一技術(shù)始源至少可追溯到古代高句麗的暖炕于羅馬的土坑供暖。而人們?yōu)榱烁纳剖覂?nèi)熱環(huán)境而創(chuàng)造的炕，卻因不同的形式對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境存在著不同的影響。

1、遼寧省農(nóng)村炕形式

根據(jù)2010年遼寧省農(nóng)村調(diào)研結(jié)果表明，按采暖與炊事的關(guān)系形式分，遼寧省農(nóng)村住宅總體分為兩類，一是采暖與炊事混合型；二是采暖與炊事分離型。第一類采暖與炊事混合型，即冬季采暖與炊事相結(jié)合，在做飯的過程中即燒炕取暖，這種類型的炕形式有傳統(tǒng)的落地炕和改進(jìn)后的預(yù)制組裝架空炕（吊炕）兩種；第二類，采暖與炊事分離型，炊事烹飪主要用電能或燃?xì)猓膳瘎t單獨(dú)采用地炕、地暖等方式。

1.1 落地炕

圖1落地炕外觀

落地炕（如圖1）是我省傳統(tǒng)的炕形式。落地式炕灶雖然經(jīng)過多年實(shí)踐，創(chuàng)造了一些良好的結(jié)構(gòu)和搭砌經(jīng)驗(yàn)，但仍存在著結(jié)構(gòu)不甚合理，性能沒有充分發(fā)揮的缺陷。落地式炕灶綜合熱效率不足45%。農(nóng)民冬季生活在日均不到5℃的環(huán)境中，居住環(huán)境的熱舒適性很差。隨著高能效新型炕體的普及，落地炕有被取替之勢(shì)。

2.2預(yù)制組裝架空炕（吊炕）

預(yù)制組裝架空炕俗稱吊炕（如圖2）,架空火炕的底板是用幾個(gè)立柱支撐而成，炕體吊于半空，故又名吊炕。預(yù)制組裝架空炕由底板支柱、底板、面板支柱、面板、后阻煙墻、煙插板等組成，其構(gòu)件均可工廠化生產(chǎn)，進(jìn)行組裝式搭砌。

圖2吊炕外觀

近幾年在農(nóng)村大力推廣的高效節(jié)能炕灶,可提高直接燃燒的熱能利用率。高效節(jié)能炕灶是指組裝架空炕與節(jié)能灶的組合系統(tǒng)。在改革了灶膛、灶壁與灶膛之間相對(duì)距離和吊火高度、煙道和通風(fēng)、炕內(nèi)結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì), 擴(kuò)大了火炕的受熱面和散熱面的同時(shí)，在炕灶方面增設(shè)了保溫措施,提高了熱量的利用效率。因此炕灶綜合熱效率可以達(dá)到70%以上。

1.3地炕

地炕是朝鮮族民居的特有的形式，是將傳統(tǒng)炕面下降至地面，在炕面及部分室內(nèi)地面下做為“爐膛”，在“爐膛”內(nèi)填進(jìn)鋸末、碎秸稈、牛馬糞等燃料，使其在厭氧條件下自燃供熱（如圖3）。

圖3 地炕外觀

地炕面積根據(jù)室內(nèi)面積確定,室內(nèi)面積與地炕面積比為6:1炕深1.3～1.7m。炕墻用磚砌筑,炕底用混凝土澆筑,炕面長(zhǎng)×寬為3×2m,混凝土預(yù)制板覆蓋,也可現(xiàn)場(chǎng)澆筑。在炕面上煙道的對(duì)角處留一個(gè)進(jìn)(出)料口, 大小可選用500×500mm, 并用水泥預(yù)制板做1個(gè)蓋板。在靠近進(jìn)(出) 料口的房墻內(nèi)埋設(shè)1根直徑100mm的鋼管或陶管,使炕內(nèi)與室內(nèi)外相通作為通風(fēng)口。在炕與煙囪之間砌一條煙道與進(jìn)料口對(duì)角線分布,以利煙氣流通。煙道橫截面積可選擇240×240mm。在煙道和煙囪交接處設(shè)一個(gè)240×270mm的煙囪插板,以調(diào)節(jié)出煙量,控制室內(nèi)溫度。地炕的炕面及預(yù)制板四周、煙道、煙囪、進(jìn)(出)料口等要密封抹嚴(yán),以防通風(fēng)或冒煙。

地炕的特點(diǎn)：

⑴將冬季取暖與炊事耗能分離開來，用戶可以使用能效更高的電能或燃?xì)獯鎮(zhèn)鹘y(tǒng)的燃煤爐灶來做飯，從而節(jié)約了因?yàn)闋t灶的燃燒效率較低帶來的能耗，另外可避免由于在室內(nèi)生火引起的空氣污染；

⑵減少地面熱損失面積。在傳統(tǒng)供暖住宅中，散熱面為六個(gè)，屋面、地面和四個(gè)外墻面，而地炕由于地面采暖，減少了地面的散熱面積；

⑶室溫穩(wěn)定且可控制。室內(nèi)溫度可達(dá)18℃,晝夜溫差小，室溫可用進(jìn)風(fēng)插板和注水等方法調(diào)控；

⑷高效省時(shí)。地炕填一次料可連續(xù)供暖2個(gè)月,一個(gè)冬季填上2～3次料即可；

⑸增加了居室使用面積。由于地炕的結(jié)構(gòu)獨(dú)特，將傳統(tǒng)的火炕拆掉，改為地下式火炕，可擴(kuò)大房間使用面積, 美化居室環(huán)境；

⑹燃料來源廣泛。鋸末、碎秸稈、稻殼、樹葉、牛馬糞等均可。

2、典型住戶的選取

圖4典型住戶平面形式

為進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的比較分析，本文采用的住宅形式均以遼寧省最為普遍的“一明兩暗”三開間的農(nóng)村住宅形式為基礎(chǔ)，對(duì)炕的形式和室內(nèi)與炕有關(guān)的物理環(huán)境加以說明。圖4為典型住戶平面形式。

遼寧省農(nóng)村住宅中的房間類型主要有臥室、起居室、（外屋）、廚房、衛(wèi)浴室和儲(chǔ)藏室。臥室、起居室和外屋是人們?nèi)粘Ｉ畹闹饕顒?dòng)空間，朝向一般都位于南向，廚房、衛(wèi)浴室和儲(chǔ)藏室的位置在北向。

3、農(nóng)村采暖與炊事混合型室內(nèi)物理環(huán)境

室內(nèi)物理環(huán)境包括室內(nèi)的聲、光、熱、濕環(huán)境和空氣品質(zhì)等，而在遼寧省農(nóng)村與炕有關(guān)的室內(nèi)物理環(huán)境主要是熱、濕環(huán)境和空氣品質(zhì)。

3.1室內(nèi)熱環(huán)境

室內(nèi)熱環(huán)境是我國北方居民評(píng)價(jià)室內(nèi)環(huán)境的主要因素之一，人們?yōu)榱藨?yīng)對(duì)寒冷的氣候，而發(fā)明了炕，通過炕創(chuàng)造出適宜居住的室內(nèi)熱環(huán)境。

圖表1 吊炕住宅外墻內(nèi)表面溫度變化曲線

2012年1月26日至1月28日，我們對(duì)遼寧省本溪市的一戶吊炕住戶進(jìn)行了室內(nèi)物理環(huán)境測(cè)試，對(duì)室內(nèi)聲、光、熱、濕環(huán)境做了詳細(xì)的跟蹤監(jiān)測(cè)。室內(nèi)熱環(huán)境監(jiān)測(cè)采用熱電偶,我們?cè)谕鈮?nèi)表面、室內(nèi)地面、外墻轉(zhuǎn)角、窗內(nèi)表面等多處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，數(shù)據(jù)由自動(dòng)數(shù)據(jù)采集器記錄下來。表1所示外墻內(nèi)表面溫度變化曲線。

由表1可知，鄰臥室的南向外墻內(nèi)表面溫度受炊事、采暖和太陽輻射得熱等因素影響變化較大。清晨溫度最低，隨著早飯、采暖和接受太陽輻射，溫度達(dá)到最高值，待到晚上炊事、采暖時(shí)，又形成一個(gè)溫度峰值，而后逐漸下降直至次日凌晨。臨廚房、衛(wèi)浴室的北向外墻內(nèi)表面溫度由于不能接受到太陽輻射，所以僅受炊事和采暖影響，在炊事和采暖時(shí)段溫度較高，晚間炊事和采暖時(shí)溫度最高，而在其他時(shí)段溫度均較低，甚至在冰點(diǎn)溫度以下。

3.2室內(nèi)濕環(huán)境

對(duì)于室內(nèi)濕環(huán)境而言，較舒適的相對(duì)濕度范圍在30%～60%之間。圖表2是典型住宅主要用房冬季一天內(nèi)室內(nèi)濕度變化曲線。由圖表2可以看出，臥室平均濕度為51%，濕度在40%～65%范圍內(nèi)波動(dòng)。在做飯時(shí)分室內(nèi)濕度會(huì)增加，但只要關(guān)閉與外屋的門，避免與外屋有直接的空氣流動(dòng)，臥室或起居室室內(nèi)的濕度雖有增加，但仍可滿足要求。

圖表2吊炕住宅主要用房冬季一天內(nèi)室內(nèi)濕度變化

受生活規(guī)律影響，廚房屬于間歇性高濕房間，平均濕度為65%。在早上6:30～7:30做早飯期間，廚房?jī)?nèi)濕度迅速上升，到8:00時(shí)左右濕度達(dá)到峰值，之后隨著室內(nèi)空氣流動(dòng)，廚房?jī)?nèi)的水蒸汽逐漸散失，濕度會(huì)逐漸下降；在午后13:00時(shí)左右，達(dá)到濕度最低值；從下午14:00時(shí)開始，濕度又會(huì)逐漸上升，但上升幅度較慢，在下午16:00時(shí)左右，開始做晚飯，廚房?jī)?nèi)又會(huì)產(chǎn)生大量水蒸汽，濕度又一次迅速上升，作完飯后，還要燒水燒炕，所以晚上廚房?jī)?nèi)的濕度會(huì)高于早上，到18:00時(shí)左右，廚房?jī)?nèi)濕度達(dá)到最大值，此后，逐漸降低直至次日。

如果臨廚房的護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能不夠理想，內(nèi)表面溫度在露點(diǎn)溫度或以下，廚房?jī)?nèi)產(chǎn)生的大量水蒸汽便會(huì)在室內(nèi)墻壁上結(jié)露、結(jié)霜；如果護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度在露點(diǎn)溫度或低于露點(diǎn)溫度，水蒸汽會(huì)滲入護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并在內(nèi)部凝結(jié)，這對(duì)護(hù)結(jié)構(gòu)極為不利，既降低護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，又降低結(jié)構(gòu)和材料的耐久度。圖5為冬季廚房護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)霜現(xiàn)象。同時(shí)水蒸汽會(huì)沿著門窗縫隙

圖5冬季廚房護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)霜現(xiàn)象 圖6 冬季臨廚房外窗結(jié)冰現(xiàn)象

向室外滲透，外門和外窗更是保溫薄弱環(huán)節(jié)，水蒸汽會(huì)在外窗內(nèi)表面結(jié)露、結(jié)冰，凍堵門窗縫隙，常此反復(fù)最終形成外窗窗臺(tái)上結(jié)成很厚的冰，外窗縫隙均被冰霜封堵，喪失透氣性（如圖6）。此后，廚房?jī)?nèi)的炊事蒸汽不便排出室外，便繼續(xù)凝結(jié)在護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上。可想而知，護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面如此強(qiáng)的冷輻射，會(huì)嚴(yán)重影響室內(nèi)的舒適度。

外屋是連接臥室或起居室、廚房和外門的空間，有些住戶不在外屋作室內(nèi)陳設(shè)，因?yàn)榫o臨外門溫度較低，僅作過廳之用；但有些經(jīng)濟(jì)條件較好的住戶，在外門處加設(shè)了門斗，使外屋的溫度有了明顯改善，便可作為餐廳或客廳之用。因其與廚房?jī)H一門之隔，所以在廚房做飯時(shí)產(chǎn)生的水蒸汽對(duì)外屋影響較大，所以外屋的濕度變化曲線與廚房的相似，只是因?yàn)橥馕菰谀舷?，且空間較大，利于水蒸汽散失，所以，外屋的濕度低于廚房的濕度。村鎮(zhèn)住宅外屋的平均濕度為58%，滿足濕度要求。

3.3室內(nèi)空氣品質(zhì)

農(nóng)村住宅室內(nèi)空氣品質(zhì)是很多復(fù)雜因素相互影響的結(jié)果，每種因素有不同的效果。影響農(nóng)村住宅IAQ的因素主要有四類: ①建筑材料和家具的污染②微生物污染③采暖系統(tǒng)的使用與維護(hù)④畜禽養(yǎng)殖污染。

農(nóng)村住宅冬季采暖多采用火炕，如火炕不定時(shí)清理維護(hù)，則可能造成嗆煙、倒煙等現(xiàn)象，此時(shí)有害氣體及懸浮顆粒會(huì)對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)造成極大影響；添柴、添火也會(huì)使不完全燃燒的有害爐煙放入室內(nèi)，這些由炕灶帶來的污染影響著室內(nèi)空氣品質(zhì)，同樣也損害人們的健康。一天中室內(nèi)空氣品質(zhì)有著明顯的變化，尤其在炊事時(shí)間段內(nèi)，室內(nèi)空氣品質(zhì)變化明顯。

4、農(nóng)村采暖與炊事分離型室內(nèi)物理環(huán)境

在遼寧省農(nóng)村，地炕是采暖與炊事分離型住宅的主要采暖方式。由于采暖與炊事單獨(dú)進(jìn)行，由于地炕采暖方式的不同，所以地炕采暖對(duì)室內(nèi)的物理環(huán)境有較明顯的影響。

2012年2月7日至9日，我們對(duì)遼寧省撫順市的一戶地炕住戶進(jìn)行了室內(nèi)物理環(huán)境監(jiān)測(cè)，對(duì)室內(nèi)聲、光、熱、濕環(huán)境做了詳細(xì)的跟蹤監(jiān)測(cè)。圖表3為地炕住宅外墻內(nèi)表面溫度變化曲線

圖表3地炕住宅外墻內(nèi)表面溫度變化曲線

由表3可知，南向外墻內(nèi)表面溫度變化波動(dòng)幅度較小，且平均溫度在8.5℃左右，與南向外墻相鄰的臥室熱環(huán)境較好。而鄰廚房的北向外墻內(nèi)表面溫度則受地炕的位置影響，并沒有持續(xù)的直接熱量供給，因此，溫度與吊炕住宅的溫度變化相似。

地炕住宅的室內(nèi)濕度略低于吊炕住宅，除廚房、衛(wèi)浴室外的其他功能用房，相對(duì)濕度均在舒適范圍內(nèi)。

地炕采暖由于不必在室內(nèi)燃柴或燃煤做飯，避免了室內(nèi)空氣污染源，室內(nèi)空氣品質(zhì)未出現(xiàn)采暖與炊事混合型住宅的明顯變化。

5、不同形式的炕對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境影響的比較

5.1室內(nèi)熱環(huán)境

采暖與炊事混合型的住宅，由于炕灶的爐火夜間要熄滅，所以，室內(nèi)溫度存在較大落差，在清晨時(shí)分室內(nèi)溫度很低，臥室內(nèi)溫度隨時(shí)間變化波動(dòng)明顯；而采暖與炊事分離型的住宅，由于地炕的熱源不斷，所以能夠保證住宅臥室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，從而使住宅室內(nèi)熱環(huán)境更加舒適。

5.2室內(nèi)濕環(huán)境

受遼寧省氣候和建筑形式的影響，無論采暖與炊事混合型的住宅還是采暖與炊事分離型的住宅，在不單獨(dú)對(duì)廚房、衛(wèi)浴室等北向房間進(jìn)行供給能量的條件下，北向功能用房很難達(dá)到舒適的要求。廚房的大量水蒸汽如不能有效地及時(shí)排除，勢(shì)必會(huì)結(jié)露甚至結(jié)冰，極大影響室內(nèi)物理環(huán)境和建筑物壽命。因此，改善農(nóng)村住宅廚房問題，除增大北向外墻熱阻和選擇內(nèi)表面憎水材料外，如何及時(shí)排出過多的水蒸汽也是有待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

5.3室內(nèi)空氣品質(zhì)

采暖與炊事混合型住宅，冬季常常會(huì)出現(xiàn)倒煙等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響室內(nèi)空氣品質(zhì)；而采暖與炊事分離型住宅，由于采暖與炊事分離開來，住戶不需要在室內(nèi)燃柴或燃煤做飯，避免了在室內(nèi)空氣污染源和因生火所引起的一系列影響空氣品質(zhì)的問題，改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)。

6、結(jié)語

通過對(duì)遼寧省農(nóng)村住宅的室內(nèi)物理環(huán)境的研究與分析，使我們認(rèn)識(shí)到對(duì)遼寧省農(nóng)村住宅炕的研究，不能只局限在炕本身的熱效和能效上。建筑是一個(gè)系統(tǒng)，要從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)護(hù)構(gòu)件、能量供給設(shè)施、給排水系統(tǒng)等子系統(tǒng)巧妙地組織設(shè)計(jì)，從而測(cè)算住宅能耗及環(huán)境負(fù)荷等因素，實(shí)現(xiàn)相對(duì)的優(yōu)化。在遼寧省農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和管理相對(duì)落后的條件下，在無力提高建筑系統(tǒng)各要素材料性能的基礎(chǔ)上，只有通過設(shè)計(jì)來改變要素間的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑系統(tǒng)功能的趨優(yōu)化。例如在建筑設(shè)計(jì)階段，如何將能量供給設(shè)施所供給的能量，巧妙地分配給各功能用房，使農(nóng)村住宅各功能用房在滿足相應(yīng)使用功能所需熱、濕等環(huán)境的同時(shí)，提高能效、熱效等技術(shù)問題還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 郭繼業(yè). 吊炕搭砌技術(shù). 農(nóng)業(yè)工程. 2001年 第3期

篇3

關(guān)鍵詞:溫濕度;二氧化碳濃度;調(diào)節(jié)與控制;方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):S126　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　文章編號(hào):1009-8631(2010)02-0200-02

引　言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng),農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視,特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。因此,為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性,推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展,迫切需要一種價(jià)格適中,自動(dòng)化程度高的農(nóng)業(yè)設(shè)施多點(diǎn)測(cè)控系統(tǒng)。

1、溫室大棚內(nèi)重要參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制

1.1　溫度的調(diào)節(jié)與控制

目前,溫室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)和控制包括加溫、降溫和保溫三個(gè)方面。具體表現(xiàn)在:

(1)加溫。加溫有熱風(fēng)采暖系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)、土壤加溫三種形式。熱風(fēng)采暖系統(tǒng)由熱風(fēng)爐直接加熱空氣及蒸汽熱交換空氣兩種,前者適用于塑料大棚,后者適用于有集中供暖設(shè)備的溫室:熱水采暖系統(tǒng)的穩(wěn)定性好,溫度分布均勻,北方溫室大都采用此種方式;土壤加溫有釀熱物加溫、電熱加溫和水暖加溫。

(2)降溫。降溫最簡(jiǎn)單的途徑是通風(fēng),但在溫度過高,依靠自然通風(fēng)不能滿足作物的要求時(shí),必須進(jìn)行人工強(qiáng)制降溫。降溫包括遮光降溫法、屋面流水降溫法、蒸發(fā)冷卻法及強(qiáng)制通風(fēng)法。遮光降溫法一種是在室外與溫室屋頂部相距40cm處張掛遮光幕,對(duì)溫室降溫很有效,另一種在室內(nèi)掛遮光幕,但降溫效果比掛在室外差;屋面流水降溫法采用時(shí)須考慮安裝成本,清除玻璃表面的水垢污染問題;蒸發(fā)冷卻法使空氣先經(jīng)過水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室內(nèi),達(dá)到降溫目的。蒸發(fā)冷卻法有濕簾――風(fēng)機(jī)降溫法、細(xì)霧降溫法、屋頂噴霧法。

(3)保溫。保溫包括減少貫流放熱和通風(fēng)換氣量、增大保溫比、增大地表熱流量。減少貫流放熱和通風(fēng)換氣量包括減少向溫室內(nèi)表表面的對(duì)流傳熱核輻射傳熱、減少覆蓋材料自身的熱傳導(dǎo)散熱、減少溫室外表面向大氣的對(duì)流和輻射傳熱、減少覆蓋面的漏風(fēng)而引起的換氣傳熱;增大保溫比是適當(dāng)?shù)臏p低溫室的高度,縮小夜間保護(hù)設(shè)施的散熱面積,有利于提高溫室內(nèi)晝夜的氣溫和地溫;增大地表熱流量可以采用增大保護(hù)設(shè)施的透光率,且經(jīng)常保持覆蓋材料干潔,及設(shè)置防寒溝,防止地中熱量橫向流出。

1.2　濕度的調(diào)節(jié)與控制

大棚內(nèi)空氣濕度的調(diào)節(jié)與控制,從環(huán)境調(diào)控的觀點(diǎn)來說,空氣濕度的調(diào)控,主要是防止作物沾濕和降低空氣濕度兩個(gè)直接目的。而防止作物沾濕主要是為了抑制病害。

除濕的方法有通風(fēng)換氣、加溫除濕、覆蓋地膜、適當(dāng)?shù)乜刂乒嗨?、使用除濕機(jī)、除濕型熱交換通風(fēng)裝置。一般采用在不加溫的溫室里自然通風(fēng),達(dá)到降低溫室內(nèi)濕度的目的,其效果顯著;在有條件的情況下,可采用強(qiáng)制通風(fēng),可由風(fēng)機(jī)功率和通風(fēng)時(shí)間計(jì)算出通風(fēng)量,而且便于控制;其他的方法如覆蓋地膜、熱泵除濕等也能達(dá)到除濕的目的。

加濕的方法包括噴霧加濕、濕簾加濕、溫室內(nèi)頂部安裝噴霧系統(tǒng)。噴霧加濕時(shí)可根據(jù)溫室面積選擇合適的噴霧器,此法效果明顯,常與降溫結(jié)合使用:濕簾加濕主要用來降溫,同時(shí)也可達(dá)到增加室內(nèi)濕度的目的;溫室內(nèi)頂部安裝噴霧系統(tǒng),降溫的同時(shí)也可以加濕。

1.3　溫度、濕度之間的耦舍

溫度與濕度之間有一定的耦合關(guān)系,對(duì)一個(gè)因子的控制常會(huì)帶來另一個(gè)因子的變化。在冬季溫室環(huán)境控制中,默認(rèn)為溫度控制優(yōu)先的原則,在溫度條件滿足后,再來滿足濕度條件。如溫度過低、濕度過大的情況下,以加溫為主導(dǎo),只有當(dāng)溫度上升到一定值后,才能通風(fēng)降濕,另一方面,溫度提高本身可以使相對(duì)濕度降低。在夏季降溫加濕的過程中,采用以濕度優(yōu)先的原則。當(dāng)濕度過小時(shí),開啟蒸發(fā)降溫加濕裝置。而當(dāng)溫度過高需要啟動(dòng)蒸發(fā)降溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí),必須先檢測(cè)室內(nèi)的相對(duì)濕度,只有濕度低于某一設(shè)定范圍時(shí)。才能啟動(dòng)蒸發(fā)裝置。

1.4　二氧化碳含量的調(diào)節(jié)與控制

大氣中二氧化碳平均濃度一般為0.03%,變幅較小。在冬春設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中,為了保溫,設(shè)施經(jīng)常處于密閉狀態(tài),缺少內(nèi)外氣體交換,二氧化碳濃度變幅較大,中午設(shè)施內(nèi)由于光合作用,二氧化碳濃度下降,接近甚至低于補(bǔ)償點(diǎn),二氧化碳處于虧缺狀態(tài)應(yīng)當(dāng)及時(shí)的補(bǔ)充二氧化碳。補(bǔ)充二氧化碳的方法很多,常用的主要有三種:

(1)燃燒法。通過二氧化碳發(fā)生器燃燒液化石油氣、丙烷氣、天然氣、白煤油等產(chǎn)生二氧化碳。當(dāng)前歐美國家的設(shè)施栽培以采用燃燒天然氣增施二氧化碳較普遍,而日本較多地采用燃燒白煤油增施二氧化碳。

(2)化學(xué)反應(yīng)法。即用酸和碳酸鹽類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳。目前較多采用稀硫酸和碳酸氫銨,在簡(jiǎn)易的氣肥發(fā)生裝置內(nèi)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w,通過管道將其施放于設(shè)施內(nèi)。該法成本較低,二氧化碳濃度容易控制,目前在我國的設(shè)施栽培中運(yùn)用較多。

(3)施用顆粒有機(jī)生物氣肥法。將顆粒有機(jī)生物氣肥按一定間距均勻施入植株行間,施人深度為3cm,保持穴位土壤有一定水分,使其相對(duì)濕度在80%左右,利用土壤微生物發(fā)酵產(chǎn)生二氧化碳。該法無需二氧化碳發(fā)生裝置,使用較為簡(jiǎn)便。

2、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

2.1　總體方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)和研制上、下位機(jī)溫室大棚測(cè)控系統(tǒng),以滿足不同的需求。其中,上位機(jī)采用PC機(jī),下位機(jī)采用單片機(jī)。下位機(jī)控制器應(yīng)能完成以下工作:脫離監(jiān)控主機(jī)獨(dú)立地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制,通過人機(jī)接口(鍵盤和顯示器)實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、顯示和人工干預(yù)控制輸出等功能(可以滿足普通大棚的基本需要)。下位機(jī)控制器是以單片機(jī)為核心的,整個(gè)系統(tǒng)包括主模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、輸出控制模塊、鍵盤顯示模塊和數(shù)據(jù)通信模塊等。數(shù)據(jù)采集與處理模塊能夠完成溫室內(nèi)溫度、濕度和二氧化碳濃度的模擬量的采集和處理,結(jié)果送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或傳輸給監(jiān)控服務(wù)器,由監(jiān)控服務(wù)器存儲(chǔ)和管理,輸出控制模塊主要負(fù)責(zé)溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制;通信模塊則是基于RS-232總線,由雙絞線進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和上位機(jī)的通信。

本系統(tǒng)主要由溫室內(nèi)外環(huán)境自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),自動(dòng)控制系統(tǒng),人機(jī)對(duì)話接口和通訊接口四個(gè)部分組成。原理框圖如圖1所示。

(1)溫室內(nèi)外環(huán)境自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。主要測(cè)試溫室外空氣溫度、濕度,溫室內(nèi)空氣溫度、濕度、CO,濃度等環(huán)境參數(shù)。

(2)溫室內(nèi)環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)。根據(jù)環(huán)境自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)得到的結(jié)果控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行,為作物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。

(3)人機(jī)對(duì)話接口。LED顯示系統(tǒng):顯示溫室內(nèi)的空氣溫度、濕度和C02濃度等環(huán)境參數(shù)值。鍵盤:用以人工預(yù)置各適宜環(huán)境參數(shù)值。報(bào)警信號(hào):當(dāng)對(duì)加熱器、排風(fēng)扇、通風(fēng)窗和噴水設(shè)備的控制失效時(shí),以及某環(huán)境參數(shù)值超過限定界限時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。提醒農(nóng)藝人員采取相應(yīng)措施。

(4)通訊接口。用來實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通訊,將存儲(chǔ)的測(cè)試數(shù)據(jù)

傳送給PC機(jī),可以方便的實(shí)現(xiàn)集中式管理。

2.2　方案設(shè)計(jì)

大棚蔬菜栽培,主要以冬、春兩季為主。溫度條件是促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的動(dòng)力。大棚內(nèi)的溫度變化規(guī)律是:晝夜溫差大;晴天溫差大于陰天,且棚溫回升快;陰天棚溫增溫效果不明顯。大棚內(nèi)的蔬菜花卉在不同的季節(jié)所需要的具體的溫度、濕度和二氧化碳的濃度是不同的,而且具體的不同的農(nóng)作物所需要的溫、濕度和二氧化碳的濃度也是不同的。本設(shè)計(jì)主要選取某一特定的農(nóng)作物為研究對(duì)象,根據(jù)其需要,而供應(yīng)不同范圍的參數(shù)。

通過以上對(duì)大棚蔬菜中的參量及其相互關(guān)系的分析研究,筆者對(duì)系統(tǒng)總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì),采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)、AD公司生產(chǎn)的AD590集成溫度傳感器、電容式濕度傳感器HSll01,美國生產(chǎn)的紅外CO2傳感器6004。單片機(jī)通過ICL7135A/D轉(zhuǎn)換器把從傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。而對(duì)濕度傳感器HSll01的信號(hào)處理完之后的信號(hào)為脈沖信號(hào),針對(duì)濕度的變化,脈沖的寬度會(huì)發(fā)生變化,所以可以直接把HSIIOI處理完之后的信號(hào)送到單片機(jī)的外部中斷口0(INTO),來實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)寬度的測(cè)量。顯示部分由比較廉價(jià)的LED數(shù)碼管對(duì)溫度、濕度、二氧化碳濃度進(jìn)行分時(shí)顯示。

本設(shè)計(jì)采用的是聲光報(bào)警,聲光報(bào)警主要是控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率和控制指示燈,使其在指定的區(qū)域一亮一滅,從而達(dá)到報(bào)警的目的。由于本系統(tǒng)所控制的溫度、濕度以及二氧化碳濃度都是大慣量環(huán)節(jié),大棚容量大,而控制精度要求相對(duì)不高,所以用常規(guī)的乒乓控制方法即可滿足控制要求。具體的控制過程是:濕度低于某一值即打開滴灌電磁閥進(jìn)行噴水,當(dāng)濕度在期望值的范圍內(nèi)即關(guān)閉電磁閥;當(dāng)溫度高于期望的上限或濕度高于期望值上限時(shí),單片機(jī)控制風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng);當(dāng)溫度低于期望值下限時(shí),單片機(jī)驅(qū)動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱;當(dāng)二氧化碳的濃度低于要求的下限時(shí),單片機(jī)控制二氧化碳容器排放適量的二氧化碳;當(dāng)二氧化碳的濃度高于指定的上限時(shí),單片機(jī)控制電磁閥打開天窗或者側(cè)窗。這里采用光電隔離器主要是排除外界的干擾。具體的系統(tǒng)框圖如圖z所示:

3、小　結(jié)

本文綜述了溫室大棚內(nèi)溫濕度、二氧化碳濃度常用的調(diào)節(jié)與控制方法,并針對(duì)溫室大棚的環(huán)境,提出了溫度、濕度和二氧化碳濃度測(cè)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),為溫室大棚內(nèi)溫度、濕度,以及二氧化碳濃度測(cè)控系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)做前期準(zhǔn)備工作。

參考文獻(xiàn):

[1]張福漫設(shè)施園藝學(xué)[M],北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2000:35-70

篇4

關(guān)鍵詞：定溫控制；空調(diào)系統(tǒng)；舒適性；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TU831.3+5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

環(huán)境保護(hù)與能源節(jié)約是目前國家發(fā)展中的重要問題，在我國，建筑能耗占據(jù)總能耗的30%左右，而暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗占據(jù)了建筑能耗的30%-60%。隨著空調(diào)的發(fā)展，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗也在逐漸增加，所以，節(jié)能的要求是必然的。

1、定溫控制空調(diào)系統(tǒng)舒適性分析

以兩間相通，朝向不同的房間為例，對(duì)向陽面與背陽面的平均輻射溫度進(jìn)行比較，闡述定溫控制空調(diào)系統(tǒng)的舒適性問題。

1.2不同方向房間的舒適性比較

分別選擇相同大小，不同方向的兩個(gè)房間，向陽一間南墻為外墻，背陽一間北墻為外墻，墻內(nèi)外均抹灰，各有一扇大小相同的窗戶。溫度計(jì)放置在房間中央，距離地面一米五處，房間自然通風(fēng)。則兩間房的平均輻射溫度與時(shí)間的關(guān)系如圖1所示：

圖1平均輻射溫度與時(shí)間關(guān)系圖

根據(jù)圖1 可知，這兩個(gè)房間的平均輻射溫度相差1-3.5℃。所以可知，在溫度相同時(shí)，由于平均輻射溫度的差異，兩個(gè)房間的舒適度也是不同的。

1.2不同濕度房間舒適性分析

濕度是人體對(duì)外界環(huán)境感應(yīng)的一個(gè)重要因素，由于定溫控制下的濕度往往對(duì)人體舒適度有影響，在夏季，相對(duì)濕度增加10%，空氣溫度就會(huì)降低0.4℃。因此，在溫度相同時(shí)，濕度越大，夏季人會(huì)感覺越熱，而冬季會(huì)感覺越冷。我國北方由于濕度相對(duì)比較低，南方濕度相對(duì)比較高，因此如果采用相同溫度的定溫空調(diào)，在夏季的話北方會(huì)感覺較為舒適，而南方就會(huì)出現(xiàn)偏熱的現(xiàn)象。

1.3不同建筑用途的舒適性分析

不同的環(huán)境下，人體的代謝率也是不同的，在同等溫度條件下，不同人體的熱舒適度是不同的，例如辦公建筑、酒店等，人體能量代謝相對(duì)較低，定溫控制空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)能夠接受，而對(duì)于超市、餐廳等服務(wù)性建筑，由于室內(nèi)人員的人體能量代謝比較高，人體就會(huì)感覺到過熱，舒適度也就降低。而在冬季的話，情況正好相反。

溫度只是人體舒適度的一個(gè)影響因素，不同環(huán)境、不同區(qū)域的溫度相同時(shí)，會(huì)存在其它影響熱舒適度的因素，因此統(tǒng)一的溫度設(shè)定在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，會(huì)出現(xiàn)一些滿足不了用戶舒適性需求的現(xiàn)象。

2、定溫控制空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性分析

隨著熱舒適性指標(biāo)控制空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展，逐漸把空調(diào)控制目標(biāo)從單一的室內(nèi)溫度轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)人體綜合熱舒適指標(biāo)的控制，在保證人體最佳舒適感的基礎(chǔ)上，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，從而實(shí)現(xiàn)降低能耗的要求。本文主要對(duì)定溫控制空調(diào)系統(tǒng)與定PMV指標(biāo)控制的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比研究，分析定溫控制空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性。

通過對(duì)定溫控制與定PMV指標(biāo)控制的空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能差異進(jìn)行對(duì)比，在定PMV時(shí)，所有的環(huán)境要素都可以變動(dòng)，為了簡(jiǎn)單的對(duì)這一問題進(jìn)行說明，本文假設(shè)房間風(fēng)速0.2m/s，濕度50%，只有室內(nèi)空氣溫度和平均輻射溫度進(jìn)行改變，房間條件與上文相同，通過對(duì)夏季與冬季典型工況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)。在夏季定溫如果是26℃時(shí)，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，PMV的平均值為0.33，通過迭代計(jì)算，得到各小時(shí)的空氣溫度，從而實(shí)現(xiàn)定PMV控制。對(duì)空調(diào)的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，和定溫26℃進(jìn)行對(duì)比；冬季與夏季的方法相同，PMV=-0.5，溫度設(shè)置在20℃。則夏季與冬季的空調(diào)能耗變化如圖2、圖3所示：

圖2夏季空調(diào)負(fù)荷隨時(shí)間變化圖 圖3冬季空調(diào)負(fù)荷隨時(shí)間變化圖

由圖2、3可知，夏季，在舒適度可接受范圍內(nèi)，定溫26℃時(shí)的能耗與定PMV=0.33相差不大，降低了0.04%；而冬季，定溫20℃的能耗與定PMV=-0.5相差也不大，降低了0.28%。由此可以看出，夏季控制溫度26℃、冬季控制溫度20℃的定溫控制和PMV指標(biāo)控制的節(jié)能效果基本一致。由于節(jié)能效果和舒適度與PMV控制空調(diào)系統(tǒng)差別不大，甚至PMV控制空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果更好，因此，可以看出以熱舒適指標(biāo)控制的空調(diào)系統(tǒng)不但滿足舒適性的要求，節(jié)能效果也比較理想。

結(jié)束語

通過對(duì)定溫控制空調(diào)系統(tǒng)的舒適性及節(jié)能性進(jìn)行分析，可知在夏季定溫26℃，冬季定溫20℃的控制時(shí)，都存在舒適性和節(jié)能性的問題，通過與PMV值控制進(jìn)行對(duì)比分析，可知，兩種空調(diào)系統(tǒng)在能耗方面差別不大，而對(duì)PMV值進(jìn)行控制要比定溫控制空調(diào)系統(tǒng)的舒適性更好，因此是保證節(jié)能與舒適兼具的最佳選擇。隨著空調(diào)系統(tǒng)的研究與發(fā)展，在舒適性和節(jié)能性控制方面，定會(huì)有更好的控制系統(tǒng)出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]李申,沈嘉,張學(xué)軍,鄭幼明.恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制與性能模擬[J].制冷學(xué)報(bào),2012(1).

篇5

1引言

家具是室內(nèi)或建筑環(huán)境中常見的功能元素。統(tǒng)計(jì)顯示，人類超過87%的生命都在室內(nèi)或建筑環(huán)境中度過［1］，即不可避免地長(zhǎng)久與家具相伴。一般來說，常見的家具主要有木家具(如實(shí)木、板式、竹藤)、軟體家具(沙發(fā)、床墊)以及其他家具(金屬、玻璃、石材)。其中，板式家具對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量影響最為嚴(yán)重，其所產(chǎn)生的主要化學(xué)有害物質(zhì)是甲醛。甲醛是“病棟癥候群”(SBS)重要致因之一，已被國際癌癥研究署(IARC)定為致癌物質(zhì)。具體來說，其還有多方面危害:例如，引起皮膚過敏或危害呼吸、神經(jīng)或生殖系統(tǒng)。

研究甲醛釋放要追溯板材的制造過程，而人造板為實(shí)木與膠粘劑熱壓而成。膠粘劑的主要成分為縮醛樹脂，常由過量甲醛和尿素、苯酚、三聚氰胺等物質(zhì)縮聚制得，因此經(jīng)常存在一定量未完全聚合的游離甲醛。板材飾面涂料的主要成分盡管是聚乙烯醇，但也常會(huì)加入一定量甲醛為佐劑［3］。一方面，如果封邊或貼面質(zhì)量不理想，板材中的游離甲醛便會(huì)在使用過程中不斷釋放出來。另一方面，由于甲醛含于板材內(nèi)部，故甲醛釋放具有一定的長(zhǎng)期性和頑固性:即使在空氣流通較好的情況下，釋放完全也常需要3－15年;并且，歷經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用者常與剛熱壓成型者之釋放相差不大，有時(shí)甚至有所增加。

一般來說，通風(fēng)是改善室內(nèi)空氣的有效手段。但上世紀(jì)70年代后，能源危機(jī)迫使人類提高建筑物密閉性，導(dǎo)致以我國北方為代表的寒冷地區(qū)室內(nèi)空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降。王琨曾經(jīng)對(duì)寒冷地區(qū)室內(nèi)裝修和家具導(dǎo)致的甲醛污染進(jìn)行了研究，涵蓋商用與民用住宅;但是，相關(guān)研究缺乏對(duì)家具產(chǎn)品釋放的針對(duì)性［4－5］。事實(shí)上，室內(nèi)裝修多在入住之前進(jìn)行，故只要在施工后通風(fēng)一段時(shí)間便能有效移除污染;但是，新家具常為現(xiàn)買現(xiàn)用，缺乏通風(fēng)處理的機(jī)會(huì);加之寒冷地區(qū)室內(nèi)通風(fēng)不暢，在一定程度上可近似為密閉。如此一來，甲醛缺乏衰減的機(jī)會(huì)，將長(zhǎng)時(shí)間以高濃度存在于室內(nèi)。綜上，家具才是危害室內(nèi)空其質(zhì)量的主要隱患。長(zhǎng)久以來，多數(shù)研究?jī)H關(guān)注基本建材的釋放，很少有人對(duì)家具成品進(jìn)行測(cè)試。故為確定有人員入住后的寒冷地區(qū)特征室內(nèi)空氣質(zhì)量，有必要模擬類似環(huán)境并以板式家具為研究主體進(jìn)行釋放測(cè)試，并據(jù)此結(jié)果對(duì)相關(guān)人群的衛(wèi)生保健提出指導(dǎo)建議。

2材料與方法

2．1材料

由于樣式規(guī)整，故選取某中密度纖維板柜子作為被試:規(guī)格(0．9×0．45×1．8)m3，板厚0．02m，表面積12．5m2。北京某家具廠生產(chǎn)，出廠時(shí)間在一個(gè)月內(nèi)。該家具屬于中檔產(chǎn)品，能在一定層面反映當(dāng)前普遍的產(chǎn)品質(zhì)量。具體來說，E1級(jí)板材匯銀板，全部用PU漆生產(chǎn);出廠后至測(cè)試之前，用塑料薄膜密封以阻止計(jì)劃外釋放。

2．2測(cè)試方法

(1)儀器設(shè)備。測(cè)試設(shè)備:自行研制的30m3環(huán)境艙;采樣設(shè)備:QC－2型大氣采樣儀，氣泡吸收管，聚四氟乙烯膠管。(2)樣品預(yù)處理:為保證測(cè)試時(shí)濃度變化平滑溫度，避免拆封后直接測(cè)試。將樣品置于與測(cè)試條件類似的環(huán)境艙內(nèi)，預(yù)處理2周。(3)啟動(dòng)環(huán)境艙:清理環(huán)境艙過濾裝置，用膠棉拖把依次蘸取去離子水、有機(jī)溶劑、去離子水擦洗艙內(nèi)壁。徹底清洗后啟動(dòng)環(huán)境艙，設(shè)置溫度23℃，相對(duì)濕度45%，承載率0．4m2/m3，以30L/min通風(fēng)≥5h至穩(wěn)定，保證艙內(nèi)清潔空氣混合均勻。(4)進(jìn)樣:根據(jù)相關(guān)建材預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，在保證濃度能達(dá)穩(wěn)定前提下，將測(cè)試定為3日。第1日8:00測(cè)試環(huán)境艙背景濃度，8:30關(guān)閉通風(fēng)，開艙進(jìn)樣。家具擺放方式為:面朝艙內(nèi)壁面裝設(shè)的風(fēng)扇，柜門開90度。關(guān)上艙門，開始計(jì)時(shí)。此時(shí)，艙內(nèi)風(fēng)扇依然工作，保證艙內(nèi)主流空氣在測(cè)試階段混合均勻，家具表面氣速約0．1－0．3m/s。(5)采樣:采樣口位于艙門兩側(cè)，平行采樣。為客觀反應(yīng)主流空氣濃度，測(cè)點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離任何壁面;故從采樣口艙內(nèi)一面拉出兩根聚四氟乙烯膠管，將采樣點(diǎn)延伸至管口樣品和風(fēng)扇之間?？紤]到兒童受到的影響比成人嚴(yán)重，將采樣高度定為兒童呼吸帶所處的1．3m左右。

由于釋放速率會(huì)隨時(shí)間衰減，故采樣頻率要配合釋放特性安排;根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，暫定測(cè)試時(shí)間為3日:第1日10:30－18:30，每1h采樣1次;第2日6:30－18:30，每2h采樣1次;第3日6:30－18:30，每4h采樣1次。測(cè)試全程共采樣品22組44個(gè)，每組以2平行樣的均值作該時(shí)刻濃度。另外，根據(jù)環(huán)境艙傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果記錄每次采樣時(shí)的溫濕度。

2．3分析方法

(1)儀器設(shè)備。ShimadzuUV1700型紫外可見分光光度計(jì)，比色管，比色皿。(2)試劑。標(biāo)線試劑:10mg/mL甲醛標(biāo)樣(中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院);富集試劑:酚試劑，硫酸高鐵銨，濃鹽酸，蒸餾水。(3)方法?？紤]到國際通行的HPLC方法成本較高且使用不便，故根據(jù)我國HJ/T167－2004《室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中推薦的“酚試劑分光光度法”進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)，樣品整體趨勢(shì)穩(wěn)定且平行度較好，故認(rèn)為全部有效。

3結(jié)果與討論

3．1結(jié)果描述

首先，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀分析。背景濃度為0．006mg/m3，符合該環(huán)境艙設(shè)計(jì)性能。進(jìn)樣之后，甲醛濃度迅速上升:首日(0－10h)起于0．025而止于0．107mg/m3，次日(22－34h)出現(xiàn)峰值0．186mg/m3:第二日最后3樣的變異系數(shù)CV=2．69%＜5%，符合“艙穩(wěn)定濃度”［6］的要求;因此，可以認(rèn)為該家具的甲醛釋放行為已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定，艙穩(wěn)定濃度取3樣均值0．182mg/m3。甲醛濃度在測(cè)試時(shí)段的濃度足跡可參見圖1值得一提，第三日(46－58h)濃度開始下降而止于0．124mg/m3。由于測(cè)試條件為密閉且環(huán)境艙性能良好(不會(huì)出現(xiàn)大幅度漏氣)，故第二日出現(xiàn)的最高濃度應(yīng)為理論上的艙穩(wěn)定濃度。第三日的濃度下降可能另有原因，具體將在下文討論。這樣來看，該家具的艙穩(wěn)定濃度超過GB/T18883－2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中推薦的甲醛限值0．1mg/m3幅度為82%，可能對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量和使用人群造成嚴(yán)重危害。

從測(cè)試數(shù)據(jù)中還可發(fā)現(xiàn)一些問題。一方面，溫度在測(cè)試全過程始終保持23℃左右，可視為穩(wěn)定而不予討論。另一方面，圖2表示了艙內(nèi)相對(duì)濕度RH的變化?？梢钥闯觯M管設(shè)定RH為45%，但測(cè)試過程中卻發(fā)生了較大變化。首先，RH在進(jìn)樣后立即下降到42%左右，直到2h為止仍低于設(shè)定值，這可能是因?yàn)榇蜷_艙門的行為破壞了艙內(nèi)的穩(wěn)態(tài)所致。但是，RH在隨后卻逐漸上升，到第二日最后3樣已超過80%且變異系數(shù)同樣＜5%，表現(xiàn)出與甲醛濃度類似的發(fā)展趨勢(shì)。另外，第三日數(shù)據(jù)仍與甲醛濃度的變化類似，出現(xiàn)一定程度下降。

3．2濃度時(shí)變分析

應(yīng)注意一個(gè)現(xiàn)象，首日的濃度上升比較規(guī)則，而次日的濃度上升則不很規(guī)則;這與一些文獻(xiàn)中的建材測(cè)試結(jié)果存在差異。究其原因，可能與家具建材的區(qū)別———結(jié)構(gòu)造型有關(guān)。因?yàn)楦鶕?jù)傳質(zhì)理論，建材釋放分內(nèi)部擴(kuò)散和外部對(duì)流兩個(gè)過程;其中，對(duì)流傳質(zhì)主要受到環(huán)境中氣流運(yùn)動(dòng)的影響。與一般測(cè)試人造板時(shí)的規(guī)則擺放方式不同，家具本身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，更容易影響氣流的速度與分布。如此一來，每塊板材的釋放行為可能會(huì)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)而在不同程度上區(qū)別于單獨(dú)測(cè)試時(shí)的情況:例如，在有些位置會(huì)形成死角，不利于甲醛自由地運(yùn)動(dòng)到主流空氣中;而有些位置又會(huì)由于結(jié)構(gòu)關(guān)系使得原本氣速得到提升，促使甲醛釋放。

3．3濕度時(shí)變分析

室內(nèi)微氣候指室內(nèi)熱濕環(huán)境，及室內(nèi)溫濕度。從測(cè)試結(jié)果看出，家具主要會(huì)影響室內(nèi)相對(duì)濕度，分析這個(gè)問題要追溯制造家具的原材料。板式家具主要由木材、膠粘劑、涂料等原材料組成:一方面，這些原材料本身含濕量大，遠(yuǎn)高于環(huán)境艙內(nèi)水平;盡管家具中的涉濕材料等會(huì)逐漸固化，但該家具的制造時(shí)間較新，故含濕量不一定較低。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的信息，該家具所用中纖板含水約15%;故若被試質(zhì)量約200kg即含水30kg，這使得艙內(nèi)帶入的水分負(fù)荷率至少為(30/30)=1m2/m3。相對(duì)艙內(nèi)氣相原本的水蒸氣水平而言，如此大的濕度擾動(dòng)是不應(yīng)忽略的;其會(huì)形成顯著的濕度梯度而為室內(nèi)增濕。另一方面，木材、板材、漆膜等均屬于多孔介質(zhì)，能夠通過吸附或脫附作用影響環(huán)境中的含濕量。綜上，家具可能對(duì)室內(nèi)微氣候造成一定影響。

下面對(duì)家具影響濕度的可能機(jī)理進(jìn)行分析。

(1)宏觀方面。測(cè)試初期，家具內(nèi)外濃度梯度較大而使艙內(nèi)水蒸氣處于稀釋狀態(tài)，故濕度上升較快。一段時(shí)間后，艙內(nèi)環(huán)境條件在吸附等過程的作用下逐漸穩(wěn)定，故濕度終現(xiàn)下降;但畢竟為密閉測(cè)試且存在有無家具的區(qū)別，故從數(shù)據(jù)也可看出，濕度在60%左右的降幅已經(jīng)趨緩，即可能難以回落到45%的設(shè)定水平。

(2)微觀方面。研究發(fā)現(xiàn)［7］，相對(duì)濕度與板材甲醛釋放常呈現(xiàn)正相關(guān)，這在測(cè)試結(jié)果的直觀分析中已經(jīng)可以看出。造成這種現(xiàn)象一般原因包括:a．弱酸性自來水(pH=6)與例如脲醛樹脂膠粘劑中未反應(yīng)的游離二甲醇低聚物反應(yīng)，釋放甲醛;b．膠粘劑中的羥甲基脲與木材中的纖維素在酸性條件下生成羥甲基醚，釋放甲醛;c．濕度上升導(dǎo)致膠粘劑水解。釋放甲醛。d．濕度上升使木材的半纖維素加速分解以及木素中某些共聚體甲基斷鏈，均會(huì)釋放甲醛;e．濕度上升使木材本身、膠粘劑、固化劑等固體界面對(duì)甲醛的吸附能力會(huì)迅速降低，附于其表之甲醛分子迅速脫附，進(jìn)而使甲醛濃度上升。

值得注意，由于濃度梯度會(huì)使得甲醛不斷釋放，故一般考察濕度對(duì)甲醛濃度影響時(shí)均關(guān)注穩(wěn)定濃度。研究發(fā)現(xiàn)，板材界面存在分配系數(shù);在一定溫濕度下，一旦固氣兩項(xiàng)濃度按該數(shù)值達(dá)到穩(wěn)定，便不會(huì)再發(fā)生變化。一般來說，分配系數(shù)會(huì)受到環(huán)境因素的影響;以往研究對(duì)溫度的影響關(guān)注較多，而對(duì)濕度關(guān)注較少。在此，認(rèn)為濕度可能對(duì)分配系數(shù)產(chǎn)生影響。

3．4建模

從濃度曲線可以發(fā)現(xiàn)，甲醛在前兩日隨時(shí)間的釋放行為與指數(shù)函數(shù)比較相似。因此，采用常用于描述建材釋放的指數(shù)衰減模型C(t)=a*exp(b*t)+c進(jìn)行擬合，得到密閉條件下家具甲醛濃度的時(shí)變模型為:（略）。由于前兩日因濃度尚未穩(wěn)定而使?jié)穸鹊淖饔貌缓芮逦?，故可采用第三日的?shù)據(jù)研究濕度和濃度的關(guān)系。第三日中，盡管穩(wěn)定濃度變化，但可看成是分配系數(shù)變化導(dǎo)致的，而非濃度梯度的直接作用。對(duì)膠合板測(cè)試的結(jié)果表明［2］，濕度和穩(wěn)定濃度呈二次多項(xiàng)式關(guān)系。因此，嘗試使用二次多項(xiàng)式對(duì)第三日的濃度和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到密閉條件下家具甲醛穩(wěn)定濃度的隨濕度的變化模型為:（略）。從兩個(gè)模型的相關(guān)系數(shù)可以看出，模型與測(cè)試結(jié)果吻合良好。結(jié)合圖3、圖4發(fā)現(xiàn)，模型與測(cè)試結(jié)果吻合良好，故可以近似描述和模擬甲醛隨時(shí)間和濕度的釋放行為。

篇6

關(guān)鍵詞：熱環(huán)境；熱舒適；評(píng)價(jià)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：X8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1．引言

建筑是人們生活與工作的場(chǎng)所，現(xiàn)代人類大約有80%的時(shí)間在建筑物中度過，人們漸漸認(rèn)識(shí)到建筑內(nèi)環(huán)境品質(zhì)如聲環(huán)境、室內(nèi)光環(huán)境、熱濕環(huán)境及室內(nèi)空氣品質(zhì)對(duì)人的身心健康、舒適感及工作效率都會(huì)產(chǎn)生直接的影響[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,提高生活質(zhì)量已日益為人們所關(guān)心。改善室內(nèi)環(huán)境，尤其是室內(nèi)熱濕環(huán)境,是提高生活質(zhì)量的主要途徑之一。對(duì)熱環(huán)境的評(píng)價(jià)可根據(jù)三類不同的標(biāo)準(zhǔn)：1)生存標(biāo)準(zhǔn)：由于人的體溫影響體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速度，尤其是酶系統(tǒng)最佳工作狀態(tài)的維持，只允許體溫在很窄的范圍內(nèi)波動(dòng)，因此，機(jī)體內(nèi)熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的首要任務(wù)是使人在休息時(shí)能保持體溫恒定在(37±0.15)℃左右，超過或低于標(biāo)準(zhǔn)體溫2℃時(shí),在短期內(nèi)還可以忍受，但如持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)損害健康,甚至危及生命；2)舒適性標(biāo)準(zhǔn)：人可生存、適應(yīng)的熱環(huán)境往往并不一定使人感到舒適，在人類賴以生存的熱環(huán)境范圍內(nèi)，只有一較小的范圍可定義為熱舒適區(qū)域；3)工作效率標(biāo)準(zhǔn)：熱環(huán)境會(huì)影響人的敏感、警覺、疲乏、專注和厭煩程度，通過上述作用對(duì)體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)的效率產(chǎn)生影響。我們這里討論的主要是熱環(huán)境的舒適性[2]。

熱舒適指標(biāo)是表示人們對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境滿意程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從2O世紀(jì)初，人們便開始對(duì)人體熱舒適性和熱環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行研究。由于我國各地氣候差異較大，各個(gè)地區(qū)又缺乏實(shí)際的針對(duì)性的研究，降低了人們對(duì)夏季舒適性的要求。本論文通過對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境舒適性研究狀況的回顧,對(duì)影響室內(nèi)熱環(huán)境的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了較詳細(xì)的綜述，為今后的研究提供了參考。

2.室內(nèi)熱環(huán)境舒適性的影響因素及研究狀況

人體熱舒適在ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)中，定義為人對(duì)熱環(huán)境表示滿意的意識(shí)狀態(tài)。它通過研究人體對(duì)熱環(huán)境的主觀反映，得到人體熱舒適的環(huán)境參數(shù)組合的最佳范圍和允許范圍以及實(shí)現(xiàn)這一條件的控制、調(diào)節(jié)方法。影響人體熱舒適的環(huán)境參數(shù)主要有四個(gè)：空氣溫度、空氣速度、空氣相對(duì)濕度和平均輻射溫度，人自身參數(shù)兩個(gè)：衣服熱阻和勞動(dòng)強(qiáng)度[3]。人們對(duì)熱舒適性的認(rèn)識(shí)和研究是不斷發(fā)展的。在20世紀(jì)初，一些發(fā)達(dá)國家的學(xué)者就已開始了對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的研究，目前人體熱舒適問題已發(fā)展成為熱工學(xué)、建筑物理學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)的交叉學(xué)科。早期的熱舒適評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定室內(nèi)溫、濕度，最多加上送風(fēng)速度要求，例如，夏季溫度26℃、相對(duì)濕度50%，冬季18℃、相對(duì)濕度40%，風(fēng)速≤0.125m/s等。稍后，ASHRAE(美國采暖空調(diào)制冷工程師學(xué)會(huì))提出有效溫度(ET)概念，以綜合考慮溫度和相對(duì)濕度的影響。由于房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與人體的輻射熱交換對(duì)熱舒適性影響極大，在評(píng)價(jià)房間的熱舒適性時(shí)，為了綜合考慮輻射影響，又相繼提出了等感有效溫度、合成溫度、房格爾熱舒適方程、平均輻射溫度(MRT)、作用溫度(OT)、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(SET)、主觀溫度等概念和指標(biāo)，對(duì)人體熱舒適性評(píng)價(jià)又提高了一步。1984年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了室內(nèi)熱環(huán)境評(píng)價(jià)與測(cè)量的新標(biāo)準(zhǔn)化方法ISO7730，采用PMV-PPD指標(biāo)評(píng)價(jià)人體熱舒適性[4]。目前用于室內(nèi)熱環(huán)境舒適性的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)主要指標(biāo)見表1。

3.室內(nèi)熱環(huán)境舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1 PMV-PPD指標(biāo)

Fanger的預(yù)測(cè)平均投票值PMV(Predicted Mean Vote)和預(yù)測(cè)不滿意百分?jǐn)?shù)PPD(Predicted Percentage Of Dissatisfied)指標(biāo)是目前為止公認(rèn)的最合理的評(píng)價(jià)方法，它是在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,并以人體的熱舒適方程和ASHRAE七點(diǎn)標(biāo)度為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)McNall等在Kansas州立大學(xué)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)得出的四種新陳代謝率情況下的熱感覺數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合分析，提出的表征人體熱舒適的一個(gè)較為客觀的指標(biāo)。該指標(biāo)綜合考慮了環(huán)境因素和人的因素，包括人體活動(dòng)情況(新陳代謝率)，衣著情況(服裝熱阻)，空氣溫度，空氣相對(duì)濕度，空氣流速，平均輻射溫度六個(gè)因素[1]，并從心理、生理學(xué)主觀熱感覺的等級(jí)為出發(fā)點(diǎn),是迄今為止,考慮人體熱舒適感諸多因素最全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但PMV-PPD評(píng)價(jià)指標(biāo)只考慮穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境，有一定的使用范圍。PMV與PPD之間的定量關(guān)系為：

，1984年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出室內(nèi)熱環(huán)境評(píng)價(jià)與測(cè)量的新標(biāo)準(zhǔn)化方法ISO 7730，并推薦可接受的熱環(huán)境參數(shù)為-0.5

3.2 卡他冷卻能力

卡他溫度計(jì)由一根長(zhǎng)為40mm，直徑為20mm的圓柱形大溫包的酒精玻璃溫度計(jì)組成。溫度計(jì)桿上有38℃和35℃兩條標(biāo)線，使用時(shí)將溫度計(jì)加熱到酒精柱高于38℃這一刻度。然后將其掛于流動(dòng)空氣中,測(cè)量酒精柱從38℃下降到35℃所需的時(shí)間。根據(jù)這一時(shí)間和每一溫度計(jì)所配有的校正系數(shù)，即可計(jì)算環(huán)境的“冷卻能力”。它綜合了平均輻射溫度、空氣溫度、空氣流速的影響，但未考慮濕度的影響[6]。

3.3 有效溫度

有效溫度的定義為：“這是一個(gè)將干球溫度、濕度、空氣流速對(duì)人體溫暖感或冷感的影響綜合成一個(gè)單一數(shù)值的任意指標(biāo)。它在數(shù)值上等于產(chǎn)生相同感覺的靜止飽和空氣的溫度?！彼馕吨趯?shí)際環(huán)境和飽和空氣環(huán)境中衣著和環(huán)境情況均相等，且平均輻射溫度等于空氣溫度。有效溫度指標(biāo)的建立是一項(xiàng)卓越的成就，使用了近50年，但曾一度認(rèn)為有效溫度在低溫時(shí)過分強(qiáng)調(diào)了濕度的影響，而在高溫是對(duì)濕度的影響強(qiáng)調(diào)不夠。由于它存在一些缺陷，美國采暖制冷和空氣調(diào)節(jié)工程師推薦使用新的有效溫度ET*代替。

3.4 新有效溫度ET*

1971年蓋奇（Gagge）等人引入了皮膚濕潤(rùn)度的概念從而得到了新有效溫度ET*提供了一個(gè)適用于穿標(biāo)準(zhǔn)服裝和坐著工作的人的舒適指標(biāo)。ET*的定義是：通過對(duì)身著0.6clo服裝靜坐在0.15m/s的空氣中的人的熱舒適試驗(yàn)，采用相對(duì)濕度50%時(shí)的空氣溫度作為與其冷熱感相同，則后者所處環(huán)境的空氣干球溫度就是前者的ET*。該指標(biāo)只適用于著裝輕薄，活動(dòng)量小，風(fēng)速低的環(huán)境。

3.5 標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET*

在ET*提出后不久，ET*的主要內(nèi)容又有了擴(kuò)展，綜合考慮了不同的活動(dòng)水平和衣服熱阻，產(chǎn)生了目前最通用的指標(biāo)--標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET*，并且稱為合理的導(dǎo)出指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)有效溫度應(yīng)包含平均皮膚溫度和皮膚濕潤(rùn)度,以便確定某個(gè)人的熱狀態(tài)。其定義是：某個(gè)空氣溫度等于平均輻射溫度的等溫環(huán)境中的溫度，其相對(duì)濕度為50%，空氣靜止不動(dòng)，在該環(huán)境中身著標(biāo)準(zhǔn)熱阻服裝的人若與他在實(shí)際環(huán)境和實(shí)際服裝熱阻條件下的平均皮膚溫度和皮膚濕潤(rùn)度相同時(shí)，則必有相同的熱損失，這個(gè)溫度就是實(shí)際環(huán)境的SET*[7].

3.6熱舒適指標(biāo)PD（Percentage of Dissatisfied）[8]

PD被定義為由空氣流動(dòng)而造成的人體所不希望的局部冷卻。由ISO7730所示的PD計(jì)算式為：

式中 --當(dāng)?shù)乜諝馄骄L(fēng)速，m/s；

--當(dāng)?shù)乜諝馕闪鲝?qiáng)度，%。

當(dāng)100%時(shí)，取=100%

3.7 主觀溫度

主觀溫度的定義為：一個(gè)具有空氣溫度(Ta)等于平均輻射溫度(Tr),相對(duì)空氣流速(v)等于0.1m/s和相對(duì)濕度50%的均勻封閉空間的溫度，該環(huán)境將產(chǎn)生與實(shí)際環(huán)境相同的溫暖感。它要求有兩種數(shù)據(jù)，即居住者需要什么樣的溫度、以及什么樣的物理變量組合會(huì)產(chǎn)生這一溫度。主觀溫度取決于主觀溫暖感,利用環(huán)境變量表示的主觀公式無論何時(shí)均可由現(xiàn)有的溫暖感數(shù)據(jù)加以確定，因此這是由經(jīng)驗(yàn)得出的公式[5]。

4 結(jié)合我國氣候特征及國情舉例說明熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究與應(yīng)用

目前在我國雖然已經(jīng)有不少人開始著手熱舒適性的理論研究，但人體熱舒適還沒有得到廣泛應(yīng)用。由于我國的地理特征復(fù)雜，幅員遼闊，南北氣候差異較大，人們生活習(xí)慣多變。因此需要對(duì)各地區(qū)進(jìn)行實(shí)際的針對(duì)性的研究，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和人們的舒適感，選擇最優(yōu)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以滿足人們對(duì)舒適性的要求。例如：我國北方地區(qū)冬季寒冷干燥，夏季氣溫高，濕度大，生活或工作在非空調(diào)建筑中的舒適度成為一個(gè)值得研究的問題，用PMV指標(biāo)對(duì)我國北方地區(qū)非空調(diào)住宅建筑冬季、夏季的熱舒適性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)PMV 影響的六個(gè)因素中，空氣相對(duì)濕度φ與空氣流速v對(duì)PMV 的影響不大，而且，如果在空調(diào)房間內(nèi)這兩個(gè)值一般為定值；而對(duì)PMV 值影響比較大的兩個(gè)因素為室內(nèi)空氣溫度ta 及服裝熱阻Icl ，其實(shí)人體的新陳代謝率M 對(duì)PMV 的影響也比較顯著，但是在住宅建筑內(nèi)，人們一般以休息為主，M 為定值。對(duì)于北方地區(qū)，冬季供暖技術(shù)已比較成熟也得到普及，除一些供暖條件差或室內(nèi)溫度過高的住宅建筑內(nèi)，室內(nèi)的環(huán)境幾乎全部滿足人們的熱舒適度要求；而夏季使用空調(diào)的家庭并不是很多，在非空調(diào)住宅建筑中很大一段溫度范圍內(nèi)，人們都處于不舒適狀態(tài)，從人們舒適角度來講，建議普及家庭空調(diào)。

5 結(jié)論

到目前為止所有的熱舒適指標(biāo)均存在一定的局限性, 突出表現(xiàn)在所有指標(biāo)均未反映出某些細(xì)節(jié)的但很重要的熱物理參數(shù)的影響, 這主要包括室內(nèi)氣溫垂直變化程度、壁面熱輻射均勻程度, 氣流的垂直和水平分布情況等[9]。我國是發(fā)展中國家由于經(jīng)濟(jì)狀況、能源狀況不同, 生活習(xí)慣等導(dǎo)致的心理期望值不同。因此,我們不能全部照搬國外的研究成果，而應(yīng)立足于我國的實(shí)際情況,研究適合我國國情的室內(nèi)熱環(huán)境熱舒適理論。這就要求我國科技工作者結(jié)合我國人的生理參數(shù)及實(shí)際情況，在熱環(huán)境領(lǐng)域尤其是在對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法方面做較深入的研究，且在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)必須從人體的熱舒適角度考慮其設(shè)計(jì)方案。

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篇7

關(guān)鍵詞：熱舒適；熱環(huán)境；MTS；aPMV

中圖分類號(hào)：TU119文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：16744764（2017）01003206

收稿日期：20160304

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（51408462、51378411、51678468）；陜西省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014KCT01、2016JQ5016）

作者簡(jiǎn)介：王登甲（1984），男，副教授，博士，主要從事建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)與太陽能采暖研究，（Email）。

Received：20160304

Foundation item：National Natural Science Foundation of China （No. 51408462，51378411，51678468）；Science Planning Subject of Shaanxi Province （No. 2014KCT01，2016JQ5016）

Author brief：Wang Dengjia （1984）， associate professor， PhD， main research interests： building thermal environment regulation and solar heating， （Email） .Thermal comfort of students in rural primary and secondary

schools in winter in Qinghai province

Wang Dengjiaa，Wang Hanxua ，Liu Yanfenga，Jiang Jinga，Liu Jiapingb

（a.School of Environment；b. School of Architecture， Xi'an University of Architecture & Technology， Xi'an 710055，P.R. China）

Abstract：The subjective questionnaires were conducted on dressing condition and thermal sensation for more than 420 students of 10 classrooms in 4 rural primary and secondary schools in Qinghai. At the same time， the indoor and outdoor parameters were measured， such as temperature and relative humidity， air speed and globe temperature etc. The results showed that the measured and predicted thermal neutral temperature were 13.8 ℃ and 14.5 ℃， respectively. The preferred temperature was 16.2 ℃， and the thermal comfort temperature range accepted by 90% students was 15.8 ℃～18.7 ℃. Students had the adaptability to partial cold environment under the facts of cold climate conditions， dressing habit， psychological expectation and physical characters. Adaptive PMV model （aPMV） was proposed to predict students’ mean thermal Sensation. It could provide basis for the design of indoor environment in rural primary and secondary classrooms in winter.

Keywords：thermal comfort； thermal environment； MTS； aPMV

基于穩(wěn)態(tài)熱平衡方程建立的PMV模型僅適用于均勻、穩(wěn)定的熱環(huán)境，但大量熱舒適現(xiàn)場(chǎng)研究表明其與受試者實(shí)際平均熱感覺存在較大偏差[1]?；贏SHRAE RP―884項(xiàng)目提出的適應(yīng)性熱舒適理論，很好的解釋了這種差異產(chǎn)生的原因[2]。中國學(xué)者也進(jìn)行了新的嘗試，姚潤(rùn)明等[34]將氣候、季節(jié)、社會(huì)文化等影響人體熱舒適的因素考慮在內(nèi)，運(yùn)用“黑箱”理論提出了預(yù)計(jì)適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)，并建立了“適應(yīng)性PMV模型”（aPMV）。受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平影響，鄉(xiāng)域地^無完善的集中采暖措施和明確的設(shè)計(jì)依據(jù)。而且，中國目前關(guān)于熱舒適的研究主要集中在城市辦公[56]、居住[79]、高校教室[1011]等建筑中，對(duì)鄉(xiāng)域中小學(xué)教室涉及較少。已有研究表明，舒適的室內(nèi)熱環(huán)境更有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[1213]，而過高的室內(nèi)溫度容易使學(xué)生感到頭痛、胸悶，導(dǎo)致注意力下降[14]。相比成年人，中小學(xué)生擁有更高的新陳代謝水平[15]，對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境有其獨(dú)特的要求，合理確定冬季教室內(nèi)熱舒適性參數(shù)，對(duì)學(xué)生身心健康及學(xué)習(xí)效率有著重要的影響。

本文通過對(duì)青海西寧鄉(xiāng)域地區(qū)中小學(xué)教室熱環(huán)境、中小學(xué)生熱舒適的大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和實(shí)地調(diào)研，獲得該地區(qū)中小學(xué)教室內(nèi)學(xué)生冬季熱中性溫度、期望溫度、舒適溫度范圍等，并提出適用于青海鄉(xiāng)域中小學(xué)教學(xué)建筑的室內(nèi)熱環(huán)境評(píng)價(jià)模型，為中小學(xué)教室冬季熱環(huán)境設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1熱舒適研究方法

1.1調(diào)查對(duì)象概況

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研于2015年12月5―13日進(jìn)行，處于一年中教室使用的最冷時(shí)段，選取青海西寧地區(qū)4所鄉(xiāng)域中小學(xué)校的10間教室，在對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的同時(shí)對(duì)420名中小學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，其中男生214名（占50.8%），女生207名（占49.2%），年齡在10～15歲之間，平均年齡為12.6歲。測(cè)試教室內(nèi)景如圖1所示。

圖1測(cè)試教室內(nèi)景

Fig. 1Interior of test classroom1.2環(huán)境參數(shù)測(cè)試

測(cè)試的室內(nèi)參數(shù)有：空氣溫濕度、風(fēng)速、黑球溫度等；室外參數(shù)有：空氣溫濕度、太陽輻射強(qiáng)度、風(fēng)速。主要儀器有TBD1型太陽輻射儀、TR72ui自記式溫度計(jì)、TR102S黑球溫度計(jì)、ZRQFF30風(fēng)速儀，每隔10 min自動(dòng)記錄一次。其中TBD1型太陽輻射儀布置于屋頂，四周無遮擋；室內(nèi)溫濕度采用五點(diǎn)法平均布置在教室內(nèi)，并以錫箔紙遮蔽；室內(nèi)風(fēng)速、黑球溫度布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，位于教室中間位置；室外溫濕度測(cè)點(diǎn)位于屋面背陰處。室內(nèi)測(cè)點(diǎn)高度均為1.1 m，熱環(huán)境參數(shù)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)測(cè)點(diǎn)布置

Fig. 2Arrangement of measuring points of

thermal environment parameters1.3主觀問卷

問卷內(nèi)容包括：1）被調(diào)查學(xué)生的年齡、衣著情況等客觀信息；2）調(diào)查時(shí)刻學(xué)生的熱感覺、舒適感等對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的主觀感受，熱感覺投票采用ASHRAE 7級(jí)標(biāo)尺；3）熱接受度、期望度調(diào)查。

1.4熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)

冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面溫度較低，當(dāng)相對(duì)濕度在熱舒適的范圍內(nèi)、且室內(nèi)風(fēng)速很低時(shí)，人體熱感覺同時(shí)受空氣溫度和平均輻射溫度的影響，應(yīng)采用操作溫度to作為熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)[16]。

2測(cè)試結(jié)果與分析

2.1室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)

測(cè)試期間均為晴天，室外氣象條件相近，選取12月8日的室外熱環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖3室外空氣溫度及太陽輻射強(qiáng)度

Fig. 3Outdoor air temperature and solar radiation由圖3可知，當(dāng)日室外氣溫變化范圍為-11.1～4.2 ℃，平均值約為-4.0 ℃；室外相對(duì)濕度變化范圍為16%～73%，平均值約為45%；日太陽輻射持續(xù)9～10 h，平均太陽輻射強(qiáng)度為306 W/m2，最大值出現(xiàn)在13：00左右，為557 W/m2。可見，該地區(qū)室外氣候寒冷，但太陽能資源豐富。

對(duì)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，ta為空氣溫度，to為操作溫度，tr為平均輻射溫度，φ為相對(duì)濕度，v為風(fēng)速。to的分布頻率如圖4所示。表1室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

Table 1Indoor thermal environment parameter table統(tǒng)計(jì)值ta/℃to/℃tr/℃φ/%v/（m?s-1）平均值15.915.615.4410.10標(biāo)準(zhǔn)偏差3.53.94.18.00.05最大值23.123.523.8610.39最小值6.25.65.2190

圖4晝間室內(nèi)操作溫度to的分布頻率

Fig.4The distribution frequency of daytime

indoor operating temperature to由表1可知，晝間（7：00-18：00）教室內(nèi)空氣溫度變化范圍為6.2～23.1 ℃，平均值為15.9 ℃，低于《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定值18 ℃[17]；室內(nèi)相對(duì)濕度范圍為19% ～61%，平均值為40%，絕大多數(shù)在30%～60%的正常范圍內(nèi)，滿足衛(wèi)生要求[18]；風(fēng)速v≤0.2 m/s的樣本占94.2%。由圖4可知，上課期間室內(nèi)操作溫度to位于5.6～23.5 ℃之間，平均值為15.6 ℃。

2.2新陳代謝率及服裝熱阻

G.HAVENITH通過研究給出了9～18歲不同年齡中小學(xué)生在不同課程類型下所具有的代謝率[19]。中小學(xué)生新陳代謝率取值1.2 met（70 W/m2）。

統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生衣著情況，參照ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算服裝熱阻值，獲得其分布頻率如圖5所示。

圖5學(xué)生服裝熱阻分布頻率

Fig.5The distribution frequency of

students' clothing thermal resistance由圖5可知，中小學(xué)生的服裝熱阻主要集中在1.3～1.9 clo（約占90%），平均值高達(dá)1.6 clo。主要由于青海西寧地處嚴(yán)寒地區(qū)，室外氣溫低，學(xué)生普遍穿著較厚的衣物，通過自身行為調(diào)節(jié)以適應(yīng)當(dāng)?shù)睾涞臍夂驐l件；且學(xué)生頻繁進(jìn)出教室，即使室內(nèi)溫度較高，也沒有頻繁更換衣物的習(xí)慣，這一點(diǎn)與城市居住和辦公建筑有很大差別。此外，女生服裝熱阻平均值略高于男生，分別為1.62 clo和1.59 clo，說明女生更期望溫暖的環(huán)境。

2.3熱感覺及熱中性溫度

學(xué)生熱感覺投票TSV（Thermal Sensation Vote）采用ASHRAE7級(jí)標(biāo)度表示，青海鄉(xiāng)域中小W教室內(nèi)學(xué)生熱感覺投票分布頻率如圖6所示。

圖6學(xué)生熱感覺投票分布頻率

Fig. 6The distribution frequency of

students' thermal sensation vote由圖6可知，學(xué)生熱感覺投票值0、+1所占比例為59.8%，男女生熱感覺投票平均值分別為0.46和0.55?？梢?，由于學(xué)生衣著較厚、教室普遍有取暖措施，學(xué)生對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的整體感覺偏暖。

由室內(nèi)空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、平均輻射溫度、服裝熱阻和新陳代謝率計(jì)算得到預(yù)測(cè)平均投票值PMV。采用溫度頻率法[16]，得到每個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)實(shí)測(cè)平均熱感覺值MTS（Mean Thermal Sensation）。將MTS和PMV與操作溫度to分別進(jìn)行線性回歸，結(jié)果見圖7。

圖7熱中性溫度的計(jì)算

Fig. 7Calculation of thermal neutral temperature由圖7可知，當(dāng)MTS=0、PMV=0時(shí)，實(shí)測(cè)和預(yù)測(cè)中性溫度分別為13.8 ℃和14.5 ℃；MTS曲線的斜率明顯小于PMV曲線的斜率。說明由于該地區(qū)冬季室外氣溫低，加之衣著量普遍較大，長(zhǎng)期生活于此的學(xué)生通過自身調(diào)節(jié)形成了對(duì)偏冷環(huán)境的適應(yīng)性，其實(shí)際熱中性溫度并沒有預(yù)測(cè)值高，對(duì)溫度變化的敏感程度也比預(yù)測(cè)值要小。

MTS與PMV之間存在“剪刀差”現(xiàn)象的原因是，教室雖有取暖，但并非標(biāo)準(zhǔn)的采暖系統(tǒng)，使得室內(nèi)熱環(huán)境仍處于非穩(wěn)態(tài)條件且波動(dòng)較大，而中小學(xué)生對(duì)這種非穩(wěn)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性使得PMV模型并不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)學(xué)生的平均熱感覺。

2.4熱接受率和熱舒適區(qū)間

計(jì)算某一溫度下的熱不可接受率PPD*（熱感覺投票值為-3、-2、2、3的學(xué)生占總投票人數(shù)的百分比），將PPD*與室內(nèi)操作溫度to進(jìn)行回歸分析：PPD*=0.93t2o-32.05to+281.46，相關(guān)系數(shù)R2=0.79，如圖8所示。

圖8不可接受率與室內(nèi)操作溫度to的回歸分析

Fig. 8Regression analysis of unacceptable

rates and room temperature to由D8可知，冬季80%的中小學(xué)生可接受的溫度下限為13.5 ℃，90%的中小學(xué)生感到滿意的舒適溫度范圍為15.8～18.7 ℃。

結(jié)合圖4可知，舒適溫度范圍15.8～18.7 ℃約占晝間教室內(nèi)溫度分布的45%，即由于采暖水平的不同，仍有一半的時(shí)刻室內(nèi)溫度過低或維持過高，室內(nèi)熱環(huán)境難以滿足熱舒適需求，需要進(jìn)一步改善。

2.5熱期望溫度

將室內(nèi)操作溫度to與冷熱期望百分比進(jìn)行線性回歸，兩條直線的交點(diǎn)即為期望溫度，如圖9所示。

圖9期望溫度的計(jì)算

Fig. 9Calculation of expected temperature由圖9可知，期望溫度為16.2 ℃（以to表示），在寒冷地區(qū)冬季學(xué)生趨向于達(dá)到溫暖的感覺，所期望的溫度比熱中性溫度（to=13.8 ℃）高24 ℃。

3討論

3.1適應(yīng)性預(yù)測(cè)平均熱感覺aPMV模型

如前所述，由于教室內(nèi)熱環(huán)境是非穩(wěn)態(tài)的，PMV并不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)學(xué)生的平均熱感覺，人體自身的適應(yīng)性是引起MTS和PMV產(chǎn)生差異的主要原因。姚潤(rùn)明等[3]提出的預(yù)計(jì)適應(yīng)性平均熱感覺aPMV模型（Adaptive Predicted Mean Vote model），采用自適應(yīng)系數(shù)λ（λ值反映了人體采取的自適應(yīng)調(diào)節(jié)水平高低或自適應(yīng)機(jī)會(huì)的多少）將PMV與aPMV聯(lián)系起來，用以解釋MTS和PMV之間的差異，見式（1）：aPMV=PMV1+λ×PMV（1）利用最小二乘法求得λ=-0.53（PMV0），由λ和PMV值可計(jì)算得到aPMV指標(biāo)，如圖10所示。

圖10PMV、MTS與室內(nèi)操作溫度的關(guān)系對(duì)比

Fig. 10A contrastive analysis of the relationship between

PMV， MTS and indoor operating temperature由圖10知，對(duì)偏冷和偏熱的熱環(huán)境采取不同水平的自適應(yīng)調(diào)節(jié)后得到的aPMV模型能夠較好的預(yù)測(cè)學(xué)生平均熱感覺。分析發(fā)現(xiàn)，相比于PMV>0的偏熱環(huán)境中，PMV

3.2與其他研究結(jié)果的比較

與其他冬季現(xiàn)場(chǎng)研究結(jié)果[811]相比，本文模型中的平均熱感覺隨溫度變化的斜率較低（0.13），即中小學(xué)生對(duì)溫度的敏感程度要低于其他研究結(jié)果；同時(shí)鄉(xiāng)域中小學(xué)教室內(nèi)學(xué)生的中性溫度、舒適溫度均較低。分析其原因是：該地處于嚴(yán)寒氣候區(qū)，長(zhǎng)期生活于此且頻繁出入室內(nèi)外的中小學(xué)生形成了對(duì)冷環(huán)境的心理適應(yīng)性；鄉(xiāng)域中小學(xué)生衣著量普遍較大，且頻繁進(jìn)出教室并沒有更換衣物的習(xí)慣，形成了對(duì)冷環(huán)境的行為適應(yīng)性；此外，相比成年人，中小學(xué)生擁有更高的新陳代謝水平，使得其對(duì)熱環(huán)境的敏感度要低于成年人。

嚴(yán)寒地區(qū)鄉(xiāng)域中小學(xué)教室冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的取值應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，充分考慮中小學(xué)生的衣著習(xí)慣、心理期望、生理特性等因素的特殊性，提出適合于中小學(xué)生的熱舒適標(biāo)準(zhǔn)。4結(jié)論

1）青海鄉(xiāng)域中小學(xué)生冬季服裝熱阻普遍較大（平均值為1.60 clo），其中女生衣著水平高于男生。主要原因是室外氣溫很低，學(xué)生頻繁出入室內(nèi)外，即使室內(nèi)溫度較高，也沒有頻繁更換衣服的習(xí)慣。這一點(diǎn)與城市居住和辦公建筑有很大差別。

2）冬季中小學(xué)生的熱中性溫度為13.8 ℃，期望溫度為16.2 ℃，80%學(xué)生接受的溫度下限為13.5 ℃，90%感到滿意的舒適溫度范圍為15.8～18.7 ℃。較大的服裝熱阻、偏冷環(huán)境對(duì)心理期望的調(diào)節(jié)作用以及新陳代謝旺盛的生理特性，使得鄉(xiāng)域中小學(xué)生中性溫度、舒適溫度低于城市其他冬季現(xiàn)場(chǎng)研究結(jié)果。

3）青海鄉(xiāng)域地區(qū)中小學(xué)教室取暖不屬于標(biāo)準(zhǔn)的采暖系統(tǒng)，室內(nèi)溫度非穩(wěn)態(tài)且波動(dòng)較大，學(xué)生自身的適應(yīng)性使得PMV與MTS仍存在較大偏差。由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到自適應(yīng)系數(shù)λ=-0.53（PMV0）時(shí)的適應(yīng)性aPMV模型可對(duì)該類地區(qū)中小學(xué)生的平均熱感覺進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。分析λ值大小可知，學(xué)生對(duì)偏熱的環(huán)境較為敏感，對(duì)偏冷的環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

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篇8

關(guān)鍵詞：PLC 溫室大棚 環(huán)境控制裝置

一、引言

溫室大棚是用于植物生長(zhǎng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保護(hù)設(shè)施，利用溫室大棚的氣候效應(yīng)與隔離效果進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，起到旱澇保收、空間隔絕、反季節(jié)調(diào)控等作用。因此，準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握溫室大棚的環(huán)境數(shù)據(jù)，做到科學(xué)適時(shí)調(diào)控，成為溫室大棚生產(chǎn)中提高產(chǎn)量、品質(zhì)，抑制各種病害發(fā)生的重要環(huán)節(jié)。但由于我國溫室大棚發(fā)展較晚，大多是在參考借鑒國外技術(shù)的基礎(chǔ)上自行開發(fā)的，在設(shè)備配套能力、環(huán)境調(diào)控技術(shù)、機(jī)械化與自動(dòng)化程度、作物栽培與管理等方面的科技含量與技術(shù)水平還存在一定差距，難以最大限度地發(fā)揮溫室的技術(shù)特點(diǎn)，也無法實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益最大化，致使我國溫室大棚種植面積雖然位居世界第一，但產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量并不理想。溫室大棚環(huán)境控制裝置主要用來對(duì)溫室環(huán)境（氣象環(huán)境和栽培環(huán)境）進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。以蔬菜溫室大棚為例，溫室內(nèi)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括室內(nèi)氣溫、水溫、土壤溫度、相對(duì)空氣濕度、保溫狀況、CO2濃度。室外監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括大氣溫度、太陽輻射強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、相對(duì)濕度等。溫室環(huán)境控制裝置的應(yīng)用給種植者帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益，提高了決策水平，減輕了技術(shù)管理工作量，同時(shí)也為種植帶來了極大的方便。

PLC是一種新型的通用自動(dòng)控制裝置，它將傳感器技術(shù)、繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有易于編程、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適宜長(zhǎng)期連續(xù)工作，非常適合智能溫室大棚的控制要求。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

西方發(fā)達(dá)國家如美國、荷蘭、以色列、英國、加拿大、日本等在現(xiàn)代溫室監(jiān)控技術(shù)上起步比較早，都大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)，溫室內(nèi)的溫度、濕度、光照度、C02濃度、水、氣、營(yíng)養(yǎng)液等實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)調(diào)控。隨著微型計(jì)算機(jī)日新月異的進(jìn)步和價(jià)格大幅度下降，以及對(duì)溫室控制要求的提高，以計(jì)算機(jī)為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，在歐美得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并邁入網(wǎng)絡(luò)化、智能化階段。

近年來，我國溫室控制技術(shù)發(fā)展迅速，以及有大量的商業(yè)化產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚內(nèi)的光照度、溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)和控制，并且已經(jīng)逐步發(fā)展到智能化控制階段，但由于價(jià)格等方面的原因，普及率并不高，所以開發(fā)價(jià)格低廉，且肯有較強(qiáng)實(shí)用性的智能溫室大棚控制裝置是非常必要的。

三、智能溫室大棚的環(huán)境控制裝置和控制方案

1.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

智能溫室大棚的環(huán)境控制系統(tǒng)就是依據(jù)室內(nèi)外裝設(shè)的溫濕度傳感器、光照傳感器、風(fēng)速傳感器等采集或觀測(cè)的溫室內(nèi)外的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)信息。通過控制設(shè)備對(duì)溫室大棚環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到栽培作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，為作物的生長(zhǎng)發(fā)育提供最適宜的生態(tài)環(huán)境，以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。 2.系統(tǒng)控制方案

智能溫室大棚的環(huán)境控制系統(tǒng)采用自動(dòng)與手動(dòng)互相切換控制兩種方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的自動(dòng)控制，提高設(shè)備運(yùn)動(dòng)的可靠性。在運(yùn)行的時(shí)候可以通過按鈕對(duì)這兩種控制方式進(jìn)行切換，用模擬傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、光照度、風(fēng)速和風(fēng)向等環(huán)境因子數(shù)據(jù)以及用行程、限位開關(guān)檢測(cè)控制系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)，采集到的數(shù)據(jù)和狀態(tài)送PLC相應(yīng)的寄存器保存以備利用。

（1）自動(dòng)控制模式。采用PLC通過傳感器對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)其設(shè)定上限值和下限值，當(dāng)檢測(cè)到某一值超過設(shè)定值，便發(fā)出信號(hào)自動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)和關(guān)閉，從而使溫室大棚的環(huán)境參數(shù)控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。其運(yùn)行成本較低，可大大節(jié)約勞動(dòng)力，降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）手動(dòng)控制模式。手動(dòng)控制簡(jiǎn)單可靠，由繼電器、接觸器、按鈕、限位開關(guān)等電氣元器件組成。

根據(jù)廣西南寧市的歷史氣象數(shù)據(jù)和氣候特點(diǎn)，分析溫室的控制對(duì)象及其影響因素。由傳感器集的存儲(chǔ)在PLC指定數(shù)據(jù)寄存器中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速和風(fēng)向值以及根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的各參數(shù)的上下限，決定各輸出機(jī)構(gòu)的輸出狀態(tài)。由于各環(huán)境參數(shù)的耦合關(guān)系，某一環(huán)控設(shè)備的啟閉會(huì)對(duì)多個(gè)環(huán)境因子產(chǎn)生影響針對(duì)這些情況，取以下相應(yīng)的措施：①根據(jù)時(shí)間的不同（季節(jié)）、環(huán)境參數(shù)的重要性不同，設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)。在冬季溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中，默認(rèn)為溫度控制優(yōu)先的原則，在溫度條件滿足后，再來滿足濕度條件。如溫度過低、濕度過大的情況下，以加溫為主導(dǎo)，只有當(dāng)溫度上升到一定值后，才能通風(fēng)降濕，另一方面，溫度提高本身可以使相對(duì)濕度降低。在夏季降溫加濕的過程中，采用以濕度優(yōu)先的原則。當(dāng)濕度過小時(shí)，開啟濕簾風(fēng)機(jī)加濕裝置。②溫度、濕度用聯(lián)合控制策略。③考慮意外情況的影響，如濕度低于濕度下限時(shí)，用報(bào)警輸出的方式由人工操作濕簾設(shè)備。光照強(qiáng)度大于光強(qiáng)上限時(shí)，打開內(nèi)外遮陽網(wǎng)。

四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1.軟件的設(shè)計(jì)要求和主要功能

根據(jù)基本要求和技術(shù)要求列出以下幾點(diǎn)：①防止接點(diǎn)誤動(dòng)作，利用自鎖電路可防止接點(diǎn)誤動(dòng)作。②系統(tǒng)自診斷功能，PLC本身具有此項(xiàng)功能。③風(fēng)機(jī)控制。溫室內(nèi)的風(fēng)機(jī)，能同時(shí)啟動(dòng)與停止，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度超出預(yù)定值時(shí)，受PLC的控制先是天窗自動(dòng)打開，延時(shí)5秒后風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，再延時(shí)5秒后濕簾泵啟動(dòng)，從而溫室的溫度降低。④天窗控制，溫室中設(shè)有4個(gè)天窗，天窗受電機(jī)控制，通過電機(jī)限位的設(shè)定來控制天窗的行程。⑤系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)控制，可利用一個(gè)開關(guān)量作為PLC的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制程序的轉(zhuǎn)換。⑥濕簾泵控制。⑦遮陽網(wǎng)控制。⑧可擴(kuò)展性，在PLC中預(yù)留一定的存儲(chǔ)空間和端口。

2.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中對(duì)風(fēng)扇、天窗、側(cè)窗、環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陽幕和濕簾泵的控制是通過PLC發(fā)出開關(guān)指令，通過交流接觸器控制相關(guān)機(jī)構(gòu)的啟停。由于PLC檢測(cè)系統(tǒng)具有較高的靈敏度，能夠把溫室內(nèi)的擾動(dòng)快速反應(yīng)出來，同時(shí)由于溫室較大的傳遞滯后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻繁，從而影響使用壽命。為此，在程序中加有時(shí)間可調(diào)的延時(shí)模塊，使用時(shí)可根據(jù)具體情況調(diào)整延時(shí)，使控制效果達(dá)到最佳。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。利用FPWINGR軟件采用梯形圖語言編寫系統(tǒng)的程序，以溫度控制為例。

3.系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件是可以從可編程控制器以及各種數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后發(fā)出控制命令并監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行是否正常的一種軟件包。本系統(tǒng)中的監(jiān)控界面采用的是組態(tài)王kingview6.55，通過與PLC進(jìn)行通信，用于遠(yuǎn)距離溫室監(jiān)控，溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的不間斷連續(xù)收集、整理、統(tǒng)計(jì)、制圖以及溫室設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線記錄。其主要功能如下：

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。它可以通過通訊線遠(yuǎn)程監(jiān)視多座溫室的當(dāng)前狀態(tài)，包括戶外溫度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨雪信號(hào)、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、控制器溫度、獨(dú)立通風(fēng)窗的位置和開關(guān)狀態(tài)、內(nèi)外遮陽簾的位置和開關(guān)狀態(tài)以及風(fēng)扇、濕簾、微霧、加熱器、環(huán)流風(fēng)扇、補(bǔ)光燈、水暖三通閥的狀態(tài)和多種形式的報(bào)警監(jiān)視。

（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。它可以統(tǒng)計(jì)任意時(shí)刻的戶外溫度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、C02濃度等全月、全周、全日的和本時(shí)段的最大值、最小值和平均值。

（3）溫室設(shè)備運(yùn)行記錄功能。它能在線記錄各溫室設(shè)備狀態(tài)變化時(shí)的時(shí)間、當(dāng)前狀態(tài)和位置、當(dāng)前目標(biāo)溫度、室內(nèi)溫度、目標(biāo)濕度和室內(nèi)濕度，并能打一印輸出。

（4）遠(yuǎn)程設(shè)定功能，可以通過通訊線遠(yuǎn)程修改可編程控制器的全部設(shè)定參數(shù)。

（5）生成曲線圖功能，它能以平面圖或者立體圖的方式同時(shí)繪制任意時(shí)刻的戶外溫度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、目標(biāo)溫度、室內(nèi)溫度、目標(biāo)濕度、室內(nèi)濕度、CO2濃度等全年、全月、全周、全日的變化曲線并打印輸出。

五、結(jié)論

溫室大棚環(huán)境控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本研究選擇了溫度、濕度、太陽能總輻射和風(fēng)速影響等對(duì)溫室環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室溫度、濕度、光照度、風(fēng)速等參數(shù)實(shí)時(shí)采集、人機(jī)交互模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊，可實(shí)現(xiàn)曲線圖或報(bào)表形式顯示歷史溫室環(huán)境參數(shù)。各模塊采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，具有良好的擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。PLC工作性能穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)傳感器信號(hào)并記錄數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需要設(shè)置傳感器信號(hào)集頻率，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，能有效提高溫室大棚的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

人工控制設(shè)計(jì)

1 相容性原則

很多人提起智能家居就提起一個(gè)現(xiàn)象：

“有錢人因?yàn)樘珡?fù)雜，不會(huì)使用；沒錢人會(huì)使用，但買不起”。很多人不會(huì)使用智能家居產(chǎn)品，提高系統(tǒng)的相容性有利于改善這一情況。

相容性指控制與系統(tǒng)輸出（顯示）關(guān)系與操作者期望一致性的程度。如果一個(gè)系統(tǒng)的相容性高，那么用戶學(xué)習(xí)越快、反應(yīng)時(shí)間越短、失誤較少，使用者有較高的滿意度。

相容性的類型有4種：概念相容性、空間相容性、運(yùn)動(dòng)兼容和通道相容性。

概念相容性是指所使用的編碼及符號(hào)等的刺激與人們概念聯(lián)想相一致。比如，在空調(diào)制冷狀態(tài)顯示為雪花圖案，音樂播放顯示光盤和音樂符號(hào)，西餐顯示為刀叉，酒吧用一個(gè)抽象的酒杯表示。

在智能家居設(shè)計(jì)中，界面顯示在注重美觀的同時(shí)，一定要注意概念兼容性。否則用戶看到操作界面不知如何操作。

空間相容性是指控制器和與之相關(guān)的顯示器在空間位置上的物理排列與布局。例如，燈光控制面板上控制按鈕布局與燈光安裝的物理位置的對(duì)應(yīng)。家庭控制界面布局和實(shí)際房間之間的關(guān)系等等。

運(yùn)動(dòng)兼容性是指顯示器與控制器的移動(dòng)關(guān)系以及控制系統(tǒng)的反應(yīng)。比如音量的控制，逆時(shí)針減小，順時(shí)針增大：燈光明暗的控制，往上推變亮，往下拉變暗等。

通道相容性指不同的刺激一反應(yīng)組合分別適用于不同的任務(wù)。比如，人發(fā)送的命令的傳統(tǒng)方式是用語音下達(dá)，也就是口頭命令。因此家庭的控制如果適當(dāng)采取語音控制能使許多任務(wù)得以簡(jiǎn)化，但前提是識(shí)別率要高。

2 功能分配

有人認(rèn)為智能家居就是人在家里什么都不用做，全部都由系統(tǒng)完成，而且自動(dòng)化程度越高越好。從人因工程的角度，這種看法是不正確的。下來我們就一起討論一下，智能家居系統(tǒng)的自動(dòng)化程度究竟多高合適，人在其中扮演什么樣的角色。

目前，智能家居的控制可以分為：人工控制和監(jiān)督控制。

人工控制是通過人按控制終端上操作完成的，比如在平板上操作空調(diào)，通過墻上的觸摸開關(guān)控制北京音樂的播放等等。

監(jiān)督控制是智能家居系統(tǒng)自動(dòng)完成某項(xiàng)操作，并把部分告知他的主人。比如早上定時(shí)打開電動(dòng)窗簾，布防之后有人闖入短信報(bào)警等等。監(jiān)督控制又可分為設(shè)定條件控制和自動(dòng)學(xué)習(xí)控制。設(shè)定條件控制動(dòng)作的觸發(fā)是事先設(shè)定好的，比如定時(shí)關(guān)燈、闖入報(bào)警等等。自動(dòng)學(xué)習(xí)控制是控制器利用人工智能技術(shù)根據(jù)主人的習(xí)慣、或者喜好，自動(dòng)學(xué)習(xí)設(shè)備的運(yùn)行模式，并在適當(dāng)?shù)臈l件自動(dòng)發(fā)出控制指令。比如，知道主人晚上七點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)收看新聞聯(lián)播，則在主人在的時(shí)候準(zhǔn)時(shí)打開電視。比如檢測(cè)到主人每天早上7點(diǎn)起床，這一習(xí)慣很規(guī)律，如果那天7點(diǎn)沒有起床，則像相關(guān)人員發(fā)送信息等等。

那么在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，人工控制和監(jiān)督控制如何分配，即自動(dòng)化程度需要多高？盡管沒有清晰的指導(dǎo)方針，但是按照人因工程的理論，可參照一下策略：

（1）強(qiáng)制分配

有些控制必須是人要參與的，比如取消安放設(shè)備報(bào)警、利用可視對(duì)講為樓下的訪客開門等。這些動(dòng)作的執(zhí)行必須由使用者發(fā)出。另外強(qiáng)制分配還應(yīng)考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和使用者之間的法律層面的問題。有些操作從法律層面，動(dòng)作的發(fā)出者必須是人，比如自動(dòng)撥打報(bào)警電話等等。

（2）價(jià)值平衡

在家庭中有些人任務(wù)人完成更有優(yōu)勢(shì)，有些機(jī)器完成具有優(yōu)勢(shì)。那么任務(wù)的分配發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。比如，做飯，當(dāng)前階段肯定是人的水平要高于設(shè)備，那么就由人來完成；洗衣服，洗衣機(jī)的工作大部分能夠令人滿意，因此由洗衣機(jī)來完成。

（3）基于成本分配

智能家居系統(tǒng)自動(dòng)化程度越高也可能意味著其成本越高，對(duì)一些實(shí)現(xiàn)起來成本要求很大的工作，使用人工來完成。

（4）情感和認(rèn)知支持分配

這一條準(zhǔn)則意識(shí)到了人類的獨(dú)特需求。情感支持指人們的情感需要，比如，在某些情況下，人們時(shí)常能感覺的做家務(wù)的樂趣，這也是人們家庭生活的組成。認(rèn)知支持指人員對(duì)信息的需要，以便為行動(dòng)作好準(zhǔn)備或作出可能的決策。比如，在檢測(cè)到燃?xì)庑孤r(shí)，不僅應(yīng)該立即關(guān)斷閥門，而且應(yīng)該及時(shí)告知主人，并由檢查處理。

人因環(huán)境設(shè)計(jì)

1 居室的微氣候效應(yīng)

微氣候是指據(jù)室內(nèi)的氣溫、氣濕（相對(duì)濕度）、風(fēng)速（氣流速強(qiáng)度等因素構(gòu)成的環(huán)境對(duì)人產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。溫度、濕度、風(fēng)速和影響可以相互替代，例如，人體受熱輻射所獲得的熱量可以被低氣溫增高時(shí)，若氣流速度加大，會(huì)使人體散熱增加，使人感到不是很濕使人體散熱增加，導(dǎo)致凍傷；高溫、高濕使人體喪失散熱技能，微氣候?qū)θ说挠绊懯怯善錁?gòu)成因素共同作用而產(chǎn)生的，所以，必須綜合評(píng)價(jià)微氣候。

目前，評(píng)價(jià)微氣候環(huán)境常用的指標(biāo)是有效溫度（感覺溫度是美國采暖通風(fēng)工程師協(xié)會(huì)研究提出的，是根據(jù)人的主訴溫度感受性溫度指標(biāo)。下圖是人著正常衣服進(jìn)行輕勞動(dòng)時(shí)的有效溫度圖。

有效溫度是通過受試者對(duì)不同空氣溫度、相對(duì)濕度、氣流速度的環(huán)境的主觀反映得出具有相同熱感覺的綜合指標(biāo)。

（1）微氣候環(huán)境對(duì)人體的影Ⅱ向

·氣溫

16℃-25℃范圍內(nèi)，人的感覺最舒適；15℃-18℃思維最敏捷，記憶力最佳，工效也最高。

·氣濕

空氣中的濕度對(duì)人體的熱平衡和溫?zé)岣杏兄匾鞫忍撸藭?huì)有呼吸困難感；濕度太低，口腔與皮膚又會(huì)有干裂感濕度的影響不大，但在高溫下，濕度的增大，便阻礙人體散熱，人不堪；在低溫下，濕度的增大，則加劇寒冷感。

·風(fēng)速

空氣流動(dòng)快，既可使人體散熱，又利于更新室內(nèi)空風(fēng)速為0.3-0.4米/秒時(shí)，在舒適溫度區(qū)段是適宜的；在炎熱的夏高到0.5-0.6米/秒。濕度越高，風(fēng)速要適當(dāng)加大；在寒冷的冬天在0.2米，秒左右。

·熱輻射

皮膚溫度與物體溫度相差越大，人體散熱速度越多。反之，當(dāng)物體溫度高于人體溫度時(shí)，物體反過來向人體輻射熱輻射”。例如夏天的廚房作業(yè)，就有這種“正輻射”“人體對(duì)“負(fù)輻射調(diào)節(jié)機(jī)制運(yùn)轉(zhuǎn)也緩慢，容易受涼導(dǎo)致感冒等疾病。

（2）居室微氣候的調(diào)節(jié)

微氣候的調(diào)節(jié)在居室裝飾時(shí)就應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制好上述四個(gè)因氣、取暖爐等均可提高室內(nèi)溫度，而門簾、窗簾、雙層窗，均有利延緩散熱。電扇、風(fēng)扇和門窗的開關(guān)，都是為了調(diào)節(jié)風(fēng)速?？招膲?、吊頂燈則是為了控制正負(fù)熱輻射。

當(dāng)炎熱夏季來臨之時(shí)，室內(nèi)氣溫會(huì)升高到35℃以上，許多人都會(huì)除了借助空調(diào)降溫之外，還有下列方法可供選擇：

·減少室內(nèi)熱源

任何一種熱源的使用，都會(huì)或多或少地提如家電的開啟要散發(fā)熱量。減少熱源的使用率，加強(qiáng)通風(fēng)，可降低室溫。

·增大居室空間

室內(nèi)放置的東西越擁擠，就顯得越熱。時(shí)不用的家具集于一室，而將寢室與客廳的空間留大些，便顯得涼爽。

·遮陽隔熱

陽光直射入室，集中大量的熱量，故應(yīng)設(shè)置窗簾等。

·水景去熱

居室中放上適量盆景、金魚缸，增加室內(nèi)水發(fā)，將熱量帶走而生涼。

（3）居家生活適宜的溫度和濕度

除了氣溫影響人體外，生活中還牽涉到其它物質(zhì)方面的溫度濕詳見下圖。居室濕度高低，不僅影響機(jī)體，也影響物料的例如濕度高，可導(dǎo)致生銹，棉毛織物和衣物生霉，食物生蟲，電器在有條件的情況下，控制濕度，很有必要。

2 居室的環(huán)境照明設(shè)計(jì)

（1）光線強(qiáng)弱對(duì)家庭工效的影響

在微弱的光線下讀書、寫作或操作以來視覺的作業(yè)，容易造成眼疲勞，引起視力下降，睫狀肌變形，還影響周邊視力，使視野變小。這種照明環(huán)境效率低、易出事故。隨著照度的增大，視力相應(yīng)提高。下圖所示為照度與視覺疲勞和作業(yè)的關(guān)系。但照度也非越高越好，達(dá)到一定限度，就會(huì)傷害眼睛，導(dǎo)致視力下降。

（2）明適應(yīng)與暗適應(yīng)

適應(yīng)是視覺適應(yīng)周圍環(huán)境光線條件的能力。當(dāng)外界光線亮度發(fā)生變化時(shí)，人眼的感受性也隨之發(fā)生變化，這種感受性對(duì)刺激發(fā)生順應(yīng)性的變化叫做適應(yīng)。適應(yīng)分暗適應(yīng)和明適應(yīng)。

人從明亮環(huán)境進(jìn)入黑暗環(huán)境時(shí)，視覺逐步適應(yīng)于黑暗環(huán)境的過程叫暗適應(yīng)。在這種情況下，人眼的感受性是隨時(shí)間慢慢增高的。在黑暗中停留近10分鐘，適應(yīng)能力能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定水平，停留25分鐘后，能達(dá)到完全適應(yīng)的80%：完全適應(yīng)大約需要經(jīng)過35-50分鐘。

明適應(yīng)發(fā)生在由黑暗環(huán)境進(jìn)入明亮環(huán)境的時(shí)候，剛開始時(shí)人眼不能辨別物體，要經(jīng)過幾十秒的時(shí)間才能看清物體，這種過程叫做明適應(yīng)。，明適應(yīng)的過程是人眼感受性隨時(shí)間慢慢降低的過程。開始幾秒鐘內(nèi)感受性迅速降低，大約33秒以后降低變得緩慢，完全適應(yīng)大約需經(jīng)過60秒以后。急劇和頻繁的適應(yīng)會(huì)增加眼睛的疲勞，使視力迅速下降，故室內(nèi)照明要求均勻而穩(wěn)定。

（3）色彩環(huán)境對(duì)人的影響

任何人對(duì)色彩的積極反應(yīng)與生俱來，不同色彩會(huì)改變?nèi)说男睦?、生理狀態(tài)。

A色彩與心理

色彩作用于我們的感官，引起心理活動(dòng)，改變情緒，影響行為?！懊骺臁钡纳室鹩鋹偢?；“抑郁”的色彩將會(huì)導(dǎo)致很壞的心境。色彩的心理感覺表現(xiàn)在許多方面。

·冷與暖

色彩能引起人的溫度的錯(cuò)覺。紅、橙、黃等稱作暖色系列，藍(lán)、青、綠等稱作冷色系列；黃綠與紫稱為中間色，冷暖的界定還要視背景而異。

·興奮

神經(jīng)緊張作用。冷色系起消極的、鎮(zhèn)靜的心理作用，尤其青色，有鎮(zhèn)睜、時(shí)穆之感。過量使用會(huì)使人產(chǎn)生荒涼的感覺。冷色系中的綠色，對(duì)心理、生理反應(yīng)近于中性，給人以平靜感。

·前進(jìn)與后退

在同一平面上暖色系使人感到距離近；冷色系使人感到距離遠(yuǎn)，房間里涂上冷色調(diào)或以冷色作為主色調(diào)進(jìn)行布置會(huì)使人感到寬敞。

·輕與重

暖色的物體似乎密度小，重量輕；冷色的物體似乎重一些?；谙嗤{(diào)的明色給人以輕；暗色加大沉重感。

·增強(qiáng)記憶

色彩鮮明、標(biāo)識(shí)明快會(huì)引起人們的注意，增強(qiáng)記憶。

·誘感

如幸福感、自豪感，愉悅感，使人精神振奮、開拓進(jìn)取

B色彩與生理

對(duì)視覺工作能力和視覺疲勞的影響

各種色調(diào)中，藍(lán)、紫色最易引起視覺疲勞；其次是紅、橙色。黃綠、綠、藍(lán)綠、淡青等色引起眼睛視覺疲勞最小。

篇10

關(guān)鍵詞：溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) RFID傳感設(shè)備 GPRS

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（c）-000-01

1 溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成及應(yīng)用

根據(jù)杭州德志科技有限公司的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的成功案例來看，溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要有信息監(jiān)控中心、供電系統(tǒng)、GPRS平臺(tái)和遠(yuǎn)程GPRS無線數(shù)傳終端、RFID傳感設(shè)備等主要部分組成，其中監(jiān)控中心是核心控制點(diǎn)。監(jiān)控中心主要是采用的標(biāo)準(zhǔn)CS或BS架構(gòu)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，通過建立網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)外的數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心的控制系統(tǒng)通過接收來自大棚溫室的測(cè)控終端DTU上傳的數(shù)據(jù)并及時(shí)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和生成曲線報(bào)表等功能，繼而接入外部連接。檢測(cè)中心的數(shù)據(jù)接收服務(wù)器是通過接入因特網(wǎng)而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)組網(wǎng)的數(shù)據(jù)整合的，監(jiān)控的畫面可以動(dòng)態(tài)的顯示前端數(shù)據(jù)的變化情況，并通過實(shí)時(shí)的查詢和分析數(shù)據(jù)變化了解作物生長(zhǎng)規(guī)律根據(jù)作物的成長(zhǎng)情況和需要進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，做好突然事故的預(yù)警方案。

在監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置先進(jìn)的傳感器，實(shí)地測(cè)量當(dāng)前的流量數(shù)據(jù)，并將其通過通信平臺(tái)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，再由監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，得出內(nèi)部參數(shù)掌握其溫濕度情況。在溫室大棚的溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)用中，主要是最作物的室內(nèi)溫度，露點(diǎn)溫度、濕度和水分等進(jìn)行檢測(cè)，通過傳感器傳輸數(shù)據(jù)，分析器大氣溫度和濕度，判別作物生長(zhǎng)條件，制作其生產(chǎn)趨勢(shì)圖，從而更好的對(duì)其溫濕度進(jìn)行控制。

通過直觀的圖標(biāo)和曲線形式，將溫室大棚中的作物生長(zhǎng)信息和溫室內(nèi)的大氣溫度、土壤溫度、土壤濕度、陽光及水分等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行一一列舉和分析，并根據(jù)其作物的需求設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)溫濕度超過定值的時(shí)候，則開啟或關(guān)閉設(shè)備，形成自動(dòng)化的關(guān)系系統(tǒng)，而監(jiān)控中心則可以通過傳輸過來的參數(shù)進(jìn)行分析，時(shí)刻掌握作物的生長(zhǎng)情況。

2 溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則

一般來說，在溫室大棚中的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有基本的實(shí)用性和實(shí)用性，對(duì)作物的生長(zhǎng)變化具有一定的靈活性擴(kuò)展性，在應(yīng)用的實(shí)際功能中具有一定的經(jīng)

濟(jì)性。

溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用性和適應(yīng)性。有現(xiàn)代高科技衍生而來的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)功能強(qiáng)大、用戶界面友好且報(bào)表功能齊全的強(qiáng)大系統(tǒng)，但是其流量趨勢(shì)圖和日常的維護(hù)工作比較便捷，因而在應(yīng)用的過程中具有很強(qiáng)的實(shí)用性，同時(shí)也體現(xiàn)了GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)越性。而其適應(yīng)性則主要體現(xiàn)其對(duì)大棚溫室的特殊要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)掌握的精準(zhǔn)度比較高，因此需要技術(shù)成熟可靠性強(qiáng)的傳輸方案，從而保障監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控具有非常強(qiáng)的靈活性。根據(jù)應(yīng)用情況的變化和實(shí)際需求，溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具備一定的接入能力和可擴(kuò)散能力，采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口對(duì)于往后的系統(tǒng)改造和增加I/O接口組態(tài)都比較便利，設(shè)點(diǎn)的成本也不會(huì)太過，同時(shí)可以加入3G，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控點(diǎn)的移位，從而更好的了解大棚溫室中的溫濕度情況。

溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控具有非常強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前應(yīng)用于大棚溫室中的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠最大限度的保障網(wǎng)絡(luò)改造對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件資源的可用性和連續(xù)性，同時(shí)遠(yuǎn)程控制操作相對(duì)地節(jié)省了人力物力，對(duì)于整體投資來說具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)

效益。

3 溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在溫室大棚中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 GPRS系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

設(shè)備投資價(jià)格不高是其主要優(yōu)勢(shì)，且通信自費(fèi)比較便宜，當(dāng)前移動(dòng)公司對(duì)于GPRS資費(fèi)包月非常實(shí)惠。在GPRS網(wǎng)中，只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長(zhǎng)時(shí)間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道，進(jìn)行計(jì)費(fèi)，保持時(shí)不占用信道通常是不計(jì)費(fèi)的。所以營(yíng)業(yè)點(diǎn)不用頻繁建立連接，也不用支付傳輸間隙時(shí)多余的費(fèi)用。再加上網(wǎng)絡(luò)的安裝比較方便，不用擔(dān)心線路維護(hù)或遷移中的通訊中斷，傳輸速度很快，分組交換接入的時(shí)間在一秒以內(nèi)，并提供快速即使的連接，同時(shí)覆蓋面較廣，支持IP協(xié)議、X.25協(xié)議和VPN組網(wǎng)。

3.2 系統(tǒng)功能比較齊全

溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控的操作系統(tǒng)具有安全的用戶登陸和界面管理，只能制定用戶具有使用權(quán)限，界面采用中文操作簡(jiǎn)單并富于人性化。能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控，通過授權(quán)的計(jì)算機(jī)可以在遠(yuǎn)程讀取主機(jī)計(jì)算機(jī)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)和打印。

系統(tǒng)操作的自動(dòng)化管理。溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控室內(nèi)的溫度和濕度參數(shù)時(shí)具有一定的自動(dòng)性，當(dāng)濕度超過設(shè)定值的時(shí)候，自動(dòng)的開啟或者關(guān)閉噴霧設(shè)備，并由PLC進(jìn)行下位的采集控制，保障系統(tǒng)在PC機(jī)不正常工作的情況下運(yùn)行。

能夠科學(xué)的顯示環(huán)境變化的參數(shù)信息。通過顯示系統(tǒng)采集到的實(shí)際數(shù)據(jù)形成曲線或圖形，便于及時(shí)的存儲(chǔ)和檢測(cè)，通過歷史測(cè)量參數(shù)的變化曲線，分析參數(shù)變化對(duì)作物的生長(zhǎng)影響，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)值。

報(bào)警功能的多樣性。在進(jìn)行溫室度的遠(yuǎn)程監(jiān)控過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)的結(jié)果超出了設(shè)定值的時(shí)候，會(huì)立即進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警的形式多樣，具有E-MAIL報(bào)警、電話報(bào)警、聲光報(bào)警和短信報(bào)警等多種形式。

組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并有效實(shí)現(xiàn)信息的無線傳輸。根據(jù)溫室監(jiān)控面積和測(cè)試點(diǎn)多少的要求，建立系統(tǒng)化的傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能化的檢測(cè)和管理，進(jìn)行所有計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭華.淺談遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)房溫濕度報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010（12）.