室内温度与湿度的变化关系范文

导语：如何才能写好一篇室内温度与湿度的变化关系，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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一引言

随着我国房地产业的蓬勃发展，各种新技术、新建材在住宅建筑中得到充分的开发和利用，使沿用了几二年的燃煤锅炉供暖以及近两年开发应用的燃气燃油供暖，包括即占用室内有效空间又妨碍美观的铸铁散热器的采暖方式，都有了较大的改变，地板供暖是近年来逐步获得住户和开发商认可的一种采用以水为媒介在地板垫层中辅设排管后种辐射采暖方式地板供暖。方式之所以在众多的采暖方式中备受欢迎，主要有节能、舒适、卫生等方面的优点。目前，大连市的诸多精品住宅小区皆有用低温辐射地板供暖装置，为了了解其实际运行状况，2001年冬季，对大连市地板供暖前后的室内热湿环境进行了实测调查及问卷调查。

二实测调查的目的和方法

1目的

本次实测调查的目的主要是为了比较采暖前后室内热湿环境的变化及进入采暖期后，冷风渗透、楼板双向传热、分室控制热量等多种复杂因素对室内水平、垂直温度分布的影响。同时还调查了居住者对室内环境的满意程度。

2调查方法

调查分两种方式进行，一种是对环境物理参数的测定，包括室内的温度、相对湿度、风速，室外空气的温度及相对湿度。所使用的仪器为日本产数字式温湿度记录仪及清华同方热球形式风速表。其中温湿度每隔10分钟自动记录一次数据。空气流动速度的测定为某一时间段内的不连续记录。由于调查住宅11月15日正式开始采暖，测试时间分为两段，11月9日～11月14日为采暖前的6天，11月20日～11月25日为采暖后的6天。另一种是对居住者主观感受的问卷调查，在采暖前后分别进行了一次。

三实测调查

1概要

本次调查对象为位于大连市中心的一座新建高层住宅。建筑平面图及测点位置见图1。另在该住宅的露天阳台上布置有温湿度记录仪，用于记录室外温湿度变化。对象住宅于2000年竣工，为框架结构，建筑面积122m2的，家庭成员由一对中年夫妇和女儿组成。

图1建筑平面图

2实测结果和分析

（1）室外温度的变化对室内温度的影响

图2表示在测试期间内，不同房间的温度变化曲线。采暖前后，室外温度变化不大。但在11月24日，出现了明显的降温天气，室外温度下降了10℃左右。测试期间内，由不同房间室内平均温度（表1）可知，主卧室温度在采暖前后，与其他房间的温度相比均是最低的，这是由于主卧室有两面外墙。采暖前不同房间之间温差不大，其中客厅温度略高。主要因为客厅朝西，且西外墙为落地窗受西晒的影响较大。采暖后，不同房间之间的温差较采暖前有所增加。据调查，居住者经常根据自身的体感温度对不同房间的供热量进行量调节，否则感觉室内温度偏高。由图2可知，当室外天气出现急剧降温时，室内温度场仍然很稳定。充分体现了该住宅的三大节能特性：保温性能好的墙体结构（墙厚450mm），新型的隔热密封性中空玻璃窗，地板供暖的蓄热能力。

不同房间室内平均温度表1

客厅主卧室次卧室厨房

采暖前18.1℃17.0℃17.4℃17.2℃

采暖后25.0℃23.1℃24.8℃27.1℃

在测试期间内，不同房间逐时的平均温度变化见图3。采暖前后，室内温度的最低值均出现在上午8：00～9：00，主要是由于居住者每是在此时间段内有开窗换气的习惯。一日内，主卧室和客厅的温度变化大于次卧室和厨房的温度变化。采暖前，主卧室和客厅的温度变化在5.5℃左右，次卧室和厨房的温度变化在2.7℃左右。采暖后，主卧室温度变化最大，为4℃，其次是客厅的温度变化为2.6℃，次卧室和厨房的温度变化最小，为1.3℃。由此可见，采暖后，一日内室内温度变化较之采暖前减小了。

图2采暖前后各房间温度变化曲线

图3一日内，不同房间温度的变化

早晚团聚时，主卧室和客厅的平均温度和标准偏差见图4。采暖前后，客厅温度均高于主卧室温度。采暖前的早晚温差为2.4℃～3.8℃，采暖后室内的早晚温差1℃左右，且采暖后的标准明显小于采暖前，表明采暖后的室温变化小于采暖前的室温变化。

图4早晚团聚时，主卧室和客厅的温度

（2）垂直温度分布状况

为了考察室内垂直温度分布，本次实测调查在垂直方向主卧室选取了三个测点（0.1m、1.2m、2.3m），客厅选取了两个测点(0.1m、1.2m)。主卧室的垂直温度分布见图5。采暖前后，主卧室温度均是由下向上逐步递增的趋势，且上下温差地明显变化。考虑原因有两点：1）测点位置离窗户较近，近窗面的冷风渗透使是在窗户附近形成低温区，冷空气下沉，地板表面处的空气温度反而低于地面上1.2m的空气温度[1]。2）楼板双向传热的影响，使得靠近顶部的空气温度升高。

图5主卧室垂直温度分布图

图6表示的客厅室内外温差与上下温差的关系。采暖前后，上下温差同室内外温差的比值分别为0.11、0.06，该值越小，说明室内温度受室外温度影响的程度越小，室内越容易形成舒适的热环境[2]。采暖前，客厅的上下温差在0.1℃～3.7℃范围内，采暖后，客厅的上下温差多集中于-1.3℃～1.0℃范围内。

图6客厅室内外温度与上下温差的关系

图7为采暖后某一日主卧室上下温度随时间推移的变化图。其中，白天12时的温度最高，上下温差最小，地板上0.1m和2.3m的温度差为1.3℃。深夜的室内温度高于早晨的室内温度，主要是因为混凝土板蓄热作用造成的。

图7主卧室上下温度随时间推移的分布

（3）室内外相对湿度的变化

客厅的相对湿度逐时变化曲线见图8。室外的相对湿度在采暖后比采暖前高21.8%，室内平均相对湿度采暖前为45.9%，采暖后为43.6%。室内相对湿度的变化范围，采暖后为41.5%～45.8%，采暖前为35.1%～50.5%。图9为室内外相对湿度的变化关系。采暖前的室内相对湿度多高于采暖的比值分别为0.19、0.13，说明室外相对湿度对室内的影响在采暖后较之采暖前小。低温辐射地板供暖的供暖方式为远红外线辐射，辐射面表面温度较低，水分的蒸发速度较慢，并且红外线辐射空过透明的空气，不改变空气的湿度，较好地克服了传统供暖方式造成的室内燥热、口干舌燥等不适，明显改善皮肤的微循环，使室内湿度适中。

图8一日内，室内外相对温度的变化

图9室内相对湿度的关系

（4）居住者对室内环境的主观评价

根据问卷调查结果，居住者对室内环境的主观评价在采暖前后无显著差别，均感到舒适。对室内湿度的评价，即使采暖后也不感到干燥。由于采暖形式为辐射传热，不会导致室内空气因对流而产生的尘埃飞扬，因此居住者对室内空气品质的评价良好。热感觉的投票值采用ASHRAE的7级指标表示（-3冷，-2凉，-1稍凉，+1稍暖冷，+2暖，+3稍暖），采暖前后的实际热感觉值（TSV）与Fanger的PMV计算值比较结果如表2所示，PMV值明显低于实测的热感觉值（TSV）。考虑其原因，在计算PMV值时，近似认为室内平均辐射温度等于空气温度，实际上该住宅采光效果好，而且采用辐射采暖形式，室内平均辐射温度实际上高于空气温度。采暖后，依据居住者的个人需求分室控制供热量，使得不同房间存在温差，但在暖和的室温中，人体并未到温差的存在。

PMV和TSV的比较表2

TSV-0+2

测定项目单位采暖前采暖后

空气流速m/s0.130.10

相对湿度%45.943.6

空气温度%18.125.0

衣服热阻clo0.540.54

PMV---2.010.05

PPD%77.345.04

四结论

2001年冬季，对大连市一户地板供暖住宅在采暖前后的室内外温湿度善及人体舒适性进行了实测调查，其主调查结果如

下：

1．地板供暖住宅具有蓄热能力。表现在三个方面：一日内室内温度波动范围采暖后小于采暖前：室外温度降低了10℃，室内仍保持稳定的温度；采暖后，凌晨（0：00）的温度高于早晨（6：00）的温度。

2．采暖后，由一居住者可根据个人需要分室调节控制供热量，不同房间的温差较采暖前有所增加同时室温也升高了，人体在暖和的室温中，并未感到不同房间之间的温差。

3．在测试期间，主卧室温度低于客厅温度，其原因为主卧室有西南两面外墙，客厅仅有朝西的外墙。

4．受冷风渗透及楼板双向传热的影响，主卧室内靠近窗户的垂直方向出现了上部温度高，地面温度低的温度分布状况。但就住宅其他位置的垂直温度分布看，客厅的上下温差（0.1m、1.2m）多集中在-1.3℃～1℃，地板供暖的舒适性仍很高。

篇2

关键词：吊炕； 地炕 ；室内物理环境

中图分类号：X32 文献标识码： A

炕作为建筑的能量供给设施，被普遍地运用于辽宁省农村住宅中。能量设施与建筑结构相结合而不与非承重的护层相结合，当然是一项古老的技术，这一技术始源至少可追溯到古代高句丽的暖炕于罗马的土坑供暖。而人们为了改善室内热环境而创造的炕，却因不同的形式对室内物理环境存在着不同的影响。

1、辽宁省农村炕形式

根据2010年辽宁省农村调研结果表明，按采暖与炊事的关系形式分，辽宁省农村住宅总体分为两类，一是采暖与炊事混合型；二是采暖与炊事分离型。第一类采暖与炊事混合型，即冬季采暖与炊事相结合，在做饭的过程中即烧炕取暖，这种类型的炕形式有传统的落地炕和改进后的预制组装架空炕（吊炕）两种；第二类，采暖与炊事分离型，炊事烹饪主要用电能或燃气，而采暖则单独采用地炕、地暖等方式。

1.1 落地炕

图1落地炕外观

落地炕（如图1）是我省传统的炕形式。落地式炕灶虽然经过多年实践，创造了一些良好的结构和搭砌经验，但仍存在着结构不甚合理，性能没有充分发挥的缺陷。落地式炕灶综合热效率不足45%。农民冬季生活在日均不到5℃的环境中，居住环境的热舒适性很差。随着高能效新型炕体的普及，落地炕有被取替之势。

2.2预制组装架空炕（吊炕）

预制组装架空炕俗称吊炕（如图2）,架空火炕的底板是用几个立柱支撑而成，炕体吊于半空，故又名吊炕。预制组装架空炕由底板支柱、底板、面板支柱、面板、后阻烟墙、烟插板等组成，其构件均可工厂化生产，进行组装式搭砌。

图2吊炕外观

近几年在农村大力推广的高效节能炕灶,可提高直接燃烧的热能利用率。高效节能炕灶是指组装架空炕与节能灶的组合系统。在改革了灶膛、灶壁与灶膛之间相对距离和吊火高度、烟道和通风、炕内结构等设计, 扩大了火炕的受热面和散热面的同时，在炕灶方面增设了保温措施,提高了热量的利用效率。因此炕灶综合热效率可以达到70%以上。

1.3地炕

地炕是朝鲜族民居的特有的形式，是将传统炕面下降至地面，在炕面及部分室内地面下做为“炉膛”，在“炉膛”内填进锯末、碎秸秆、牛马粪等燃料，使其在厌氧条件下自燃供热（如图3）。

图3 地炕外观

地炕面积根据室内面积确定,室内面积与地炕面积比为6:1炕深1.3～1.7m。炕墙用砖砌筑,炕底用混凝土浇筑,炕面长×宽为3×2m,混凝土预制板覆盖,也可现场浇筑。在炕面上烟道的对角处留一个进(出)料口, 大小可选用500×500mm, 并用水泥预制板做1个盖板。在靠近进(出) 料口的房墙内埋设1根直径100mm的钢管或陶管,使炕内与室内外相通作为通风口。在炕与烟囱之间砌一条烟道与进料口对角线分布,以利烟气流通。烟道横截面积可选择240×240mm。在烟道和烟囱交接处设一个240×270mm的烟囱插板,以调节出烟量,控制室内温度。地炕的炕面及预制板四周、烟道、烟囱、进(出)料口等要密封抹严,以防通风或冒烟。

地炕的特点：

⑴将冬季取暖与炊事耗能分离开来，用户可以使用能效更高的电能或燃气代替传统的燃煤炉灶来做饭，从而节约了因为炉灶的燃烧效率较低带来的能耗，另外可避免由于在室内生火引起的空气污染；

⑵减少地面热损失面积。在传统供暖住宅中，散热面为六个，屋面、地面和四个外墙面，而地炕由于地面采暖，减少了地面的散热面积；

⑶室温稳定且可控制。室内温度可达18℃,昼夜温差小，室温可用进风插板和注水等方法调控；

⑷高效省时。地炕填一次料可连续供暖2个月,一个冬季填上2～3次料即可；

⑸增加了居室使用面积。由于地炕的结构独特，将传统的火炕拆掉，改为地下式火炕，可扩大房间使用面积, 美化居室环境；

⑹燃料来源广泛。锯末、碎秸秆、稻壳、树叶、牛马粪等均可。

2、典型住户的选取

图4典型住户平面形式

为进行相对准确的比较分析，本文采用的住宅形式均以辽宁省最为普遍的“一明两暗”三开间的农村住宅形式为基础，对炕的形式和室内与炕有关的物理环境加以说明。图4为典型住户平面形式。

辽宁省农村住宅中的房间类型主要有卧室、起居室、（外屋）、厨房、卫浴室和储藏室。卧室、起居室和外屋是人们日常生活的主要活动空间，朝向一般都位于南向，厨房、卫浴室和储藏室的位置在北向。

3、农村采暖与炊事混合型室内物理环境

室内物理环境包括室内的声、光、热、湿环境和空气品质等，而在辽宁省农村与炕有关的室内物理环境主要是热、湿环境和空气品质。

3.1室内热环境

室内热环境是我国北方居民评价室内环境的主要因素之一，人们为了应对寒冷的气候，而发明了炕，通过炕创造出适宜居住的室内热环境。

图表1 吊炕住宅外墙内表面温度变化曲线

2012年1月26日至1月28日，我们对辽宁省本溪市的一户吊炕住户进行了室内物理环境测试，对室内声、光、热、湿环境做了详细的跟踪监测。室内热环境监测采用热电偶,我们在外墙内表面、室内地面、外墙转角、窗内表面等多处布置监测点，数据由自动数据采集器记录下来。表1所示外墙内表面温度变化曲线。

由表1可知，邻卧室的南向外墙内表面温度受炊事、采暖和太阳辐射得热等因素影响变化较大。清晨温度最低，随着早饭、采暖和接受太阳辐射，温度达到最高值，待到晚上炊事、采暖时，又形成一个温度峰值，而后逐渐下降直至次日凌晨。临厨房、卫浴室的北向外墙内表面温度由于不能接受到太阳辐射，所以仅受炊事和采暖影响，在炊事和采暖时段温度较高，晚间炊事和采暖时温度最高，而在其他时段温度均较低，甚至在冰点温度以下。

3.2室内湿环境

对于室内湿环境而言，较舒适的相对湿度范围在30%～60%之间。图表2是典型住宅主要用房冬季一天内室内湿度变化曲线。由图表2可以看出，卧室平均湿度为51%，湿度在40%～65%范围内波动。在做饭时分室内湿度会增加，但只要关闭与外屋的门，避免与外屋有直接的空气流动，卧室或起居室室内的湿度虽有增加，但仍可满足要求。

图表2吊炕住宅主要用房冬季一天内室内湿度变化

受生活规律影响，厨房属于间歇性高湿房间，平均湿度为65%。在早上6:30～7:30做早饭期间，厨房内湿度迅速上升，到8:00时左右湿度达到峰值，之后随着室内空气流动，厨房内的水蒸汽逐渐散失，湿度会逐渐下降；在午后13:00时左右，达到湿度最低值；从下午14:00时开始，湿度又会逐渐上升，但上升幅度较慢，在下午16:00时左右，开始做晚饭，厨房内又会产生大量水蒸汽，湿度又一次迅速上升，作完饭后，还要烧水烧炕，所以晚上厨房内的湿度会高于早上，到18:00时左右，厨房内湿度达到最大值，此后，逐渐降低直至次日。

如果临厨房的护结构保温性能不够理想，内表面温度在露点温度或以下，厨房内产生的大量水蒸汽便会在室内墙壁上结露、结霜；如果护结构内部温度在露点温度或低于露点温度，水蒸汽会渗入护结构内部，并在内部凝结，这对护结构极为不利，既降低护结构的保温性能，又降低结构和材料的耐久度。图5为冬季厨房护结构结霜现象。同时水蒸汽会沿着门窗缝隙

图5冬季厨房护结构结霜现象 图6 冬季临厨房外窗结冰现象

向室外渗透，外门和外窗更是保温薄弱环节，水蒸汽会在外窗内表面结露、结冰，冻堵门窗缝隙，常此反复最终形成外窗窗台上结成很厚的冰，外窗缝隙均被冰霜封堵，丧失透气性（如图6）。此后，厨房内的炊事蒸汽不便排出室外，便继续凝结在护结构内表面上。可想而知，护结构内表面如此强的冷辐射，会严重影响室内的舒适度。

外屋是连接卧室或起居室、厨房和外门的空间，有些住户不在外屋作室内陈设，因为紧临外门温度较低，仅作过厅之用；但有些经济条件较好的住户，在外门处加设了门斗，使外屋的温度有了明显改善，便可作为餐厅或客厅之用。因其与厨房仅一门之隔，所以在厨房做饭时产生的水蒸汽对外屋影响较大，所以外屋的湿度变化曲线与厨房的相似，只是因为外屋在南向，且空间较大，利于水蒸汽散失，所以，外屋的湿度低于厨房的湿度。村镇住宅外屋的平均湿度为58%，满足湿度要求。

3.3室内空气品质

农村住宅室内空气品质是很多复杂因素相互影响的结果，每种因素有不同的效果。影响农村住宅IAQ的因素主要有四类: ①建筑材料和家具的污染②微生物污染③采暖系统的使用与维护④畜禽养殖污染。

农村住宅冬季采暖多采用火炕，如火炕不定时清理维护，则可能造成呛烟、倒烟等现象，此时有害气体及悬浮颗粒会对室内空气品质造成极大影响；添柴、添火也会使不完全燃烧的有害炉烟放入室内，这些由炕灶带来的污染影响着室内空气品质，同样也损害人们的健康。一天中室内空气品质有着明显的变化，尤其在炊事时间段内，室内空气品质变化明显。

4、农村采暖与炊事分离型室内物理环境

在辽宁省农村，地炕是采暖与炊事分离型住宅的主要采暖方式。由于采暖与炊事单独进行，由于地炕采暖方式的不同，所以地炕采暖对室内的物理环境有较明显的影响。

2012年2月7日至9日，我们对辽宁省抚顺市的一户地炕住户进行了室内物理环境监测，对室内声、光、热、湿环境做了详细的跟踪监测。图表3为地炕住宅外墙内表面温度变化曲线

图表3地炕住宅外墙内表面温度变化曲线

由表3可知，南向外墙内表面温度变化波动幅度较小，且平均温度在8.5℃左右，与南向外墙相邻的卧室热环境较好。而邻厨房的北向外墙内表面温度则受地炕的位置影响，并没有持续的直接热量供给，因此，温度与吊炕住宅的温度变化相似。

地炕住宅的室内湿度略低于吊炕住宅，除厨房、卫浴室外的其他功能用房，相对湿度均在舒适范围内。

地炕采暖由于不必在室内燃柴或燃煤做饭，避免了室内空气污染源，室内空气品质未出现采暖与炊事混合型住宅的明显变化。

5、不同形式的炕对室内物理环境影响的比较

5.1室内热环境

采暖与炊事混合型的住宅，由于炕灶的炉火夜间要熄灭，所以，室内温度存在较大落差，在清晨时分室内温度很低，卧室内温度随时间变化波动明显；而采暖与炊事分离型的住宅，由于地炕的热源不断，所以能够保证住宅卧室内温度的稳定性，从而使住宅室内热环境更加舒适。

5.2室内湿环境

受辽宁省气候和建筑形式的影响，无论采暖与炊事混合型的住宅还是采暖与炊事分离型的住宅，在不单独对厨房、卫浴室等北向房间进行供给能量的条件下，北向功能用房很难达到舒适的要求。厨房的大量水蒸汽如不能有效地及时排除，势必会结露甚至结冰，极大影响室内物理环境和建筑物寿命。因此，改善农村住宅厨房问题，除增大北向外墙热阻和选择内表面憎水材料外，如何及时排出过多的水蒸汽也是有待解决的关键技术问题。

5.3室内空气品质

采暖与炊事混合型住宅，冬季常常会出现倒烟等现象，严重影响室内空气品质；而采暖与炊事分离型住宅，由于采暖与炊事分离开来，住户不需要在室内燃柴或燃煤做饭，避免了在室内空气污染源和因生火所引起的一系列影响空气品质的问题，改善了室内空气品质。

6、结语

通过对辽宁省农村住宅的室内物理环境的研究与分析，使我们认识到对辽宁省农村住宅炕的研究，不能只局限在炕本身的热效和能效上。建筑是一个系统，要从系统观点出发，对护构件、能量供给设施、给排水系统等子系统巧妙地组织设计，从而测算住宅能耗及环境负荷等因素，实现相对的优化。在辽宁省农村经济和管理相对落后的条件下，在无力提高建筑系统各要素材料性能的基础上，只有通过设计来改变要素间的结构，从而实现整个建筑系统功能的趋优化。例如在建筑设计阶段，如何将能量供给设施所供给的能量，巧妙地分配给各功能用房，使农村住宅各功能用房在满足相应使用功能所需热、湿等环境的同时，提高能效、热效等技术问题还有待进一步研究。

参考文献：

[1] T・A・马克斯E・N・莫里斯 著 陈士嶙 译. 建筑物・气候・能量. 中国建筑工业出版社.1990-10

[2] 郭继业. 吊炕搭砌技术. 农业工程. 2001年 第3期

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关键词:温湿度;二氧化碳浓度;调节与控制;方案设计

中图分类号:S126　文献标识码:A　文章编号:1009-8631(2010)02-0200-02

引　言

随着国民经济的迅速增长,农业的研究和应用技术越来越受到重视,特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。因此,为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性,推动我国农业的发展,迫切需要一种价格适中,自动化程度高的农业设施多点测控系统。

1、温室大棚内重要参数的调节与控制

1.1　温度的调节与控制

目前,温室内温度的调节和控制包括加温、降温和保温三个方面。具体表现在:

(1)加温。加温有热风采暖系统、热水采暖系统、土壤加温三种形式。热风采暖系统由热风炉直接加热空气及蒸汽热交换空气两种,前者适用于塑料大棚,后者适用于有集中供暖设备的温室:热水采暖系统的稳定性好,温度分布均匀,北方温室大都采用此种方式;土壤加温有酿热物加温、电热加温和水暖加温。

(2)降温。降温最简单的途径是通风,但在温度过高,依靠自然通风不能满足作物的要求时,必须进行人工强制降温。降温包括遮光降温法、屋面流水降温法、蒸发冷却法及强制通风法。遮光降温法一种是在室外与温室屋顶部相距40cm处张挂遮光幕,对温室降温很有效,另一种在室内挂遮光幕,但降温效果比挂在室外差;屋面流水降温法采用时须考虑安装成本,清除玻璃表面的水垢污染问题;蒸发冷却法使空气先经过水的蒸发冷却降温后再送入室内,达到降温目的。蒸发冷却法有湿帘――风机降温法、细雾降温法、屋顶喷雾法。

(3)保温。保温包括减少贯流放热和通风换气量、增大保温比、增大地表热流量。减少贯流放热和通风换气量包括减少向温室内表表面的对流传热核辐射传热、减少覆盖材料自身的热传导散热、减少温室外表面向大气的对流和辐射传热、减少覆盖面的漏风而引起的换气传热;增大保温比是适当的减低温室的高度,缩小夜间保护设施的散热面积,有利于提高温室内昼夜的气温和地温;增大地表热流量可以采用增大保护设施的透光率,且经常保持覆盖材料干洁,及设置防寒沟,防止地中热量横向流出。

1.2　湿度的调节与控制

大棚内空气湿度的调节与控制,从环境调控的观点来说,空气湿度的调控,主要是防止作物沾湿和降低空气湿度两个直接目的。而防止作物沾湿主要是为了抑制病害。

除湿的方法有通风换气、加温除湿、覆盖地膜、适当地控制灌水量、使用除湿机、除湿型热交换通风装置。一般采用在不加温的温室里自然通风,达到降低温室内湿度的目的,其效果显著;在有条件的情况下,可采用强制通风,可由风机功率和通风时间计算出通风量,而且便于控制;其他的方法如覆盖地膜、热泵除湿等也能达到除湿的目的。

加湿的方法包括喷雾加湿、湿帘加湿、温室内顶部安装喷雾系统。喷雾加湿时可根据温室面积选择合适的喷雾器,此法效果明显,常与降温结合使用:湿帘加湿主要用来降温,同时也可达到增加室内湿度的目的;温室内顶部安装喷雾系统,降温的同时也可以加湿。

1.3　温度、湿度之间的耦舍

温度与湿度之间有一定的耦合关系,对一个因子的控制常会带来另一个因子的变化。在冬季温室环境控制中,默认为温度控制优先的原则,在温度条件满足后,再来满足湿度条件。如温度过低、湿度过大的情况下,以加温为主导,只有当温度上升到一定值后,才能通风降湿,另一方面,温度提高本身可以使相对湿度降低。在夏季降温加湿的过程中,采用以湿度优先的原则。当湿度过小时,开启蒸发降温加湿装置。而当温度过高需要启动蒸发降温执行机构时,必须先检测室内的相对湿度,只有湿度低于某一设定范围时。才能启动蒸发装置。

1.4　二氧化碳含量的调节与控制

大气中二氧化碳平均浓度一般为0.03%,变幅较小。在冬春设施蔬菜生产中,为了保温,设施经常处于密闭状态,缺少内外气体交换,二氧化碳浓度变幅较大,中午设施内由于光合作用,二氧化碳浓度下降,接近甚至低于补偿点,二氧化碳处于亏缺状态应当及时的补充二氧化碳。补充二氧化碳的方法很多,常用的主要有三种:

(1)燃烧法。通过二氧化碳发生器燃烧液化石油气、丙烷气、天然气、白煤油等产生二氧化碳。当前欧美国家的设施栽培以采用燃烧天然气增施二氧化碳较普遍,而日本较多地采用燃烧白煤油增施二氧化碳。

(2)化学反应法。即用酸和碳酸盐类发生化学反应产生二氧化碳。目前较多采用稀硫酸和碳酸氢铵,在简易的气肥发生装置内产生二氧化碳气体,通过管道将其施放于设施内。该法成本较低,二氧化碳浓度容易控制,目前在我国的设施栽培中运用较多。

(3)施用颗粒有机生物气肥法。将颗粒有机生物气肥按一定间距均匀施入植株行间,施人深度为3cm,保持穴位土壤有一定水分,使其相对湿度在80%左右,利用土壤微生物发酵产生二氧化碳。该法无需二氧化碳发生装置,使用较为简便。

2、系统总体方案的设计

2.1　总体方案设计

本文设计和研制上、下位机温室大棚测控系统,以满足不同的需求。其中,上位机采用PC机,下位机采用单片机。下位机控制器应能完成以下工作:脱离监控主机独立地进行数据采集与控制,通过人机接口(键盘和显示器)实现参数设定、显示和人工干预控制输出等功能(可以满足普通大棚的基本需要)。下位机控制器是以单片机为核心的,整个系统包括主模块、数据采集与处理模块、输出控制模块、键盘显示模块和数据通信模块等。数据采集与处理模块能够完成温室内温度、湿度和二氧化碳浓度的模拟量的采集和处理,结果送数据存储器或传输给监控服务器,由监控服务器存储和管理,输出控制模块主要负责温室执行机构的控制;通信模块则是基于RS-232总线,由双绞线进行远程的数据传输,实现单片机和上位机的通信。

本系统主要由温室内外环境自动测试系统,自动控制系统,人机对话接口和通讯接口四个部分组成。原理框图如图1所示。

(1)温室内外环境自动测试系统。主要测试温室外空气温度、湿度,温室内空气温度、湿度、CO,浓度等环境参数。

(2)温室内环境自动控制系统。根据环境自动测试系统得到的结果控制相应执行机构的执行,为作物提供良好的生长环境。

(3)人机对话接口。LED显示系统:显示温室内的空气温度、湿度和C02浓度等环境参数值。键盘:用以人工预置各适宜环境参数值。报警信号:当对加热器、排风扇、通风窗和喷水设备的控制失效时,以及某环境参数值超过限定界限时,发出声光报警信号。提醒农艺人员采取相应措施。

(4)通讯接口。用来实现与PC机的通讯,将存储的测试数据

传送给PC机,可以方便的实现集中式管理。

2.2　方案设计

大棚蔬菜栽培,主要以冬、春两季为主。温度条件是促进蔬菜生长发育的动力。大棚内的温度变化规律是:昼夜温差大;晴天温差大于阴天,且棚温回升快;阴天棚温增温效果不明显。大棚内的蔬菜花卉在不同的季节所需要的具体的温度、湿度和二氧化碳的浓度是不同的,而且具体的不同的农作物所需要的温、湿度和二氧化碳的浓度也是不同的。本设计主要选取某一特定的农作物为研究对象,根据其需要,而供应不同范围的参数。

通过以上对大棚蔬菜中的参量及其相互关系的分析研究,笔者对系统总体方案进行设计,采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机、AD公司生产的AD590集成温度传感器、电容式湿度传感器HSll01,美国生产的红外CO2传感器6004。单片机通过ICL7135A/D转换器把从传感器输出的模拟信号转换成数字信号。而对湿度传感器HSll01的信号处理完之后的信号为脉冲信号,针对湿度的变化,脉冲的宽度会发生变化,所以可以直接把HSIIOI处理完之后的信号送到单片机的外部中断口0(INTO),来实现脉冲信号宽度的测量。显示部分由比较廉价的LED数码管对温度、湿度、二氧化碳浓度进行分时显示。

本设计采用的是声光报警,声光报警主要是控制蜂鸣器的发声频率和控制指示灯,使其在指定的区域一亮一灭,从而达到报警的目的。由于本系统所控制的温度、湿度以及二氧化碳浓度都是大惯量环节,大棚容量大,而控制精度要求相对不高,所以用常规的乒乓控制方法即可满足控制要求。具体的控制过程是:湿度低于某一值即打开滴灌电磁阀进行喷水,当湿度在期望值的范围内即关闭电磁阀;当温度高于期望的上限或湿度高于期望值上限时,单片机控制风扇进行排风;当温度低于期望值下限时,单片机驱动加热器进行加热;当二氧化碳的浓度低于要求的下限时,单片机控制二氧化碳容器排放适量的二氧化碳;当二氧化碳的浓度高于指定的上限时,单片机控制电磁阀打开天窗或者侧窗。这里采用光电隔离器主要是排除外界的干扰。具体的系统框图如图z所示:

3、小　结

本文综述了温室大棚内温湿度、二氧化碳浓度常用的调节与控制方法,并针对温室大棚的环境,提出了温度、湿度和二氧化碳浓度测控系统的方案设计,为温室大棚内温度、湿度,以及二氧化碳浓度测控系统详细设计做前期准备工作。

参考文献:

[1]张福漫设施园艺学[M],北京:中国农业大学出版社,2000:35-70

篇4

关键词：定温控制；空调系统；舒适性；节能

中图分类号：TU831.3+5文献标识码： A 文章编号：

环境保护与能源节约是目前国家发展中的重要问题，在我国，建筑能耗占据总能耗的30%左右，而暖通空调系统的能耗占据了建筑能耗的30%-60%。随着空调的发展，暖通空调系统的能耗也在逐渐增加，所以，节能的要求是必然的。

1、定温控制空调系统舒适性分析

以两间相通，朝向不同的房间为例，对向阳面与背阳面的平均辐射温度进行比较，阐述定温控制空调系统的舒适性问题。

1.2不同方向房间的舒适性比较

分别选择相同大小，不同方向的两个房间，向阳一间南墙为外墙，背阳一间北墙为外墙，墙内外均抹灰，各有一扇大小相同的窗户。温度计放置在房间中央，距离地面一米五处，房间自然通风。则两间房的平均辐射温度与时间的关系如图1所示：

图1平均辐射温度与时间关系图

根据图1 可知，这两个房间的平均辐射温度相差1-3.5℃。所以可知，在温度相同时，由于平均辐射温度的差异，两个房间的舒适度也是不同的。

1.2不同湿度房间舒适性分析

湿度是人体对外界环境感应的一个重要因素，由于定温控制下的湿度往往对人体舒适度有影响，在夏季，相对湿度增加10%，空气温度就会降低0.4℃。因此，在温度相同时，湿度越大，夏季人会感觉越热，而冬季会感觉越冷。我国北方由于湿度相对比较低，南方湿度相对比较高，因此如果采用相同温度的定温空调，在夏季的话北方会感觉较为舒适，而南方就会出现偏热的现象。

1.3不同建筑用途的舒适性分析

不同的环境下，人体的代谢率也是不同的，在同等温度条件下，不同人体的热舒适度是不同的，例如办公建筑、酒店等，人体能量代谢相对较低，定温控制空调系统相对能够接受，而对于超市、餐厅等服务性建筑，由于室内人员的人体能量代谢比较高，人体就会感觉到过热，舒适度也就降低。而在冬季的话，情况正好相反。

温度只是人体舒适度的一个影响因素，不同环境、不同区域的温度相同时，会存在其它影响热舒适度的因素，因此统一的温度设定在空调系统中的应用，会出现一些满足不了用户舒适性需求的现象。

2、定温控制空调系统节能性分析

随着热舒适性指标控制空调系统的发展，逐渐把空调控制目标从单一的室内温度转变为对人体综合热舒适指标的控制，在保证人体最佳舒适感的基础上，对空调系统的参数进行优化组合，从而实现降低能耗的要求。本文主要对定温控制空调系统与定PMV指标控制的空调系统进行对比研究，分析定温控制空调系统的节能性。

通过对定温控制与定PMV指标控制的空调系统的节能差异进行对比，在定PMV时，所有的环境要素都可以变动，为了简单的对这一问题进行说明，本文假设房间风速0.2m/s，湿度50%，只有室内空气温度和平均辐射温度进行改变，房间条件与上文相同，通过对夏季与冬季典型工况进行分析发现。在夏季定温如果是26℃时，对各参数进行测量，PMV的平均值为0.33，通过迭代计算，得到各小时的空气温度，从而实现定PMV控制。对空调的负荷进行计算，和定温26℃进行对比；冬季与夏季的方法相同，PMV=-0.5，温度设置在20℃。则夏季与冬季的空调能耗变化如图2、图3所示：

图2夏季空调负荷随时间变化图 图3冬季空调负荷随时间变化图

由图2、3可知，夏季，在舒适度可接受范围内，定温26℃时的能耗与定PMV=0.33相差不大，降低了0.04%；而冬季，定温20℃的能耗与定PMV=-0.5相差也不大，降低了0.28%。由此可以看出，夏季控制温度26℃、冬季控制温度20℃的定温控制和PMV指标控制的节能效果基本一致。由于节能效果和舒适度与PMV控制空调系统差别不大，甚至PMV控制空调系统节能效果更好，因此，可以看出以热舒适指标控制的空调系统不但满足舒适性的要求，节能效果也比较理想。

结束语

通过对定温控制空调系统的舒适性及节能性进行分析，可知在夏季定温26℃，冬季定温20℃的控制时，都存在舒适性和节能性的问题，通过与PMV值控制进行对比分析，可知，两种空调系统在能耗方面差别不大，而对PMV值进行控制要比定温控制空调系统的舒适性更好，因此是保证节能与舒适兼具的最佳选择。随着空调系统的研究与发展，在舒适性和节能性控制方面，定会有更好的控制系统出现。

参考文献

[1]许朝阳.热湿独立控制的复合空调系统能耗分析[J].流体机械,2008(7).

[2]李申,沈嘉,张学军,郑幼明.恒温恒湿空调系统的优化控制与性能模拟[J].制冷学报,2012(1).

篇5

1引言

家具是室内或建筑环境中常见的功能元素。统计显示，人类超过87%的生命都在室内或建筑环境中度过［1］，即不可避免地长久与家具相伴。一般来说，常见的家具主要有木家具(如实木、板式、竹藤)、软体家具(沙发、床垫)以及其他家具(金属、玻璃、石材)。其中，板式家具对室内空气质量影响最为严重，其所产生的主要化学有害物质是甲醛。甲醛是“病栋症候群”(SBS)重要致因之一，已被国际癌症研究署(IARC)定为致癌物质。具体来说，其还有多方面危害:例如，引起皮肤过敏或危害呼吸、神经或生殖系统。

研究甲醛释放要追溯板材的制造过程，而人造板为实木与胶粘剂热压而成。胶粘剂的主要成分为缩醛树脂，常由过量甲醛和尿素、苯酚、三聚氰胺等物质缩聚制得，因此经常存在一定量未完全聚合的游离甲醛。板材饰面涂料的主要成分尽管是聚乙烯醇，但也常会加入一定量甲醛为佐剂［3］。一方面，如果封边或贴面质量不理想，板材中的游离甲醛便会在使用过程中不断释放出来。另一方面，由于甲醛含于板材内部，故甲醛释放具有一定的长期性和顽固性:即使在空气流通较好的情况下，释放完全也常需要3－15年;并且，历经长时间使用者常与刚热压成型者之释放相差不大，有时甚至有所增加。

一般来说，通风是改善室内空气的有效手段。但上世纪70年代后，能源危机迫使人类提高建筑物密闭性，导致以我国北方为代表的寒冷地区室内空气质量严重下降。王琨曾经对寒冷地区室内装修和家具导致的甲醛污染进行了研究，涵盖商用与民用住宅;但是，相关研究缺乏对家具产品释放的针对性［4－5］。事实上，室内装修多在入住之前进行，故只要在施工后通风一段时间便能有效移除污染;但是，新家具常为现买现用，缺乏通风处理的机会;加之寒冷地区室内通风不畅，在一定程度上可近似为密闭。如此一来，甲醛缺乏衰减的机会，将长时间以高浓度存在于室内。综上，家具才是危害室内空其质量的主要隐患。长久以来，多数研究仅关注基本建材的释放，很少有人对家具成品进行测试。故为确定有人员入住后的寒冷地区特征室内空气质量，有必要模拟类似环境并以板式家具为研究主体进行释放测试，并据此结果对相关人群的卫生保健提出指导建议。

2材料与方法

2．1材料

由于样式规整，故选取某中密度纤维板柜子作为被试:规格(0．9×0．45×1．8)m3，板厚0．02m，表面积12．5m2。北京某家具厂生产，出厂时间在一个月内。该家具属于中档产品，能在一定层面反映当前普遍的产品质量。具体来说，E1级板材汇银板，全部用PU漆生产;出厂后至测试之前，用塑料薄膜密封以阻止计划外释放。

2．2测试方法

(1)仪器设备。测试设备:自行研制的30m3环境舱;采样设备:QC－2型大气采样仪，气泡吸收管，聚四氟乙烯胶管。(2)样品预处理:为保证测试时浓度变化平滑温度，避免拆封后直接测试。将样品置于与测试条件类似的环境舱内，预处理2周。(3)启动环境舱:清理环境舱过滤装置，用胶棉拖把依次蘸取去离子水、有机溶剂、去离子水擦洗舱内壁。彻底清洗后启动环境舱，设置温度23℃，相对湿度45%，承载率0．4m2/m3，以30L/min通风≥5h至稳定，保证舱内清洁空气混合均匀。(4)进样:根据相关建材预测试验结果，在保证浓度能达稳定前提下，将测试定为3日。第1日8:00测试环境舱背景浓度，8:30关闭通风，开舱进样。家具摆放方式为:面朝舱内壁面装设的风扇，柜门开90度。关上舱门，开始计时。此时，舱内风扇依然工作，保证舱内主流空气在测试阶段混合均匀，家具表面气速约0．1－0．3m/s。(5)采样:采样口位于舱门两侧，平行采样。为客观反应主流空气浓度，测点应远离任何壁面;故从采样口舱内一面拉出两根聚四氟乙烯胶管，将采样点延伸至管口样品和风扇之间。考虑到儿童受到的影响比成人严重，将采样高度定为儿童呼吸带所处的1．3m左右。

由于释放速率会随时间衰减，故采样频率要配合释放特性安排;根据相关预测实验结果，暂定测试时间为3日:第1日10:30－18:30，每1h采样1次;第2日6:30－18:30，每2h采样1次;第3日6:30－18:30，每4h采样1次。测试全程共采样品22组44个，每组以2平行样的均值作该时刻浓度。另外，根据环境舱传感器的监测结果记录每次采样时的温湿度。

2．3分析方法

(1)仪器设备。ShimadzuUV1700型紫外可见分光光度计，比色管，比色皿。(2)试剂。标线试剂:10mg/mL甲醛标样(中国标准化研究院);富集试剂:酚试剂，硫酸高铁铵，浓盐酸，蒸馏水。(3)方法。考虑到国际通行的HPLC方法成本较高且使用不便，故根据我国HJ/T167－2004《室内环境空气质量监测技术规范》中推荐的“酚试剂分光光度法”进行分析。分析发现，样品整体趋势稳定且平行度较好，故认为全部有效。

3结果与讨论

3．1结果描述

首先，对数据进行直观分析。背景浓度为0．006mg/m3，符合该环境舱设计性能。进样之后，甲醛浓度迅速上升:首日(0－10h)起于0．025而止于0．107mg/m3，次日(22－34h)出现峰值0．186mg/m3:第二日最后3样的变异系数CV=2．69%＜5%，符合“舱稳定浓度”［6］的要求;因此，可以认为该家具的甲醛释放行为已经达到稳定，舱稳定浓度取3样均值0．182mg/m3。甲醛浓度在测试时段的浓度足迹可参见图1值得一提，第三日(46－58h)浓度开始下降而止于0．124mg/m3。由于测试条件为密闭且环境舱性能良好(不会出现大幅度漏气)，故第二日出现的最高浓度应为理论上的舱稳定浓度。第三日的浓度下降可能另有原因，具体将在下文讨论。这样来看，该家具的舱稳定浓度超过GB/T18883－2002《室内空气质量标准》中推荐的甲醛限值0．1mg/m3幅度为82%，可能对室内空气质量和使用人群造成严重危害。

从测试数据中还可发现一些问题。一方面，温度在测试全过程始终保持23℃左右，可视为稳定而不予讨论。另一方面，图2表示了舱内相对湿度RH的变化。可以看出，尽管设定RH为45%，但测试过程中却发生了较大变化。首先，RH在进样后立即下降到42%左右，直到2h为止仍低于设定值，这可能是因为打开舱门的行为破坏了舱内的稳态所致。但是，RH在随后却逐渐上升，到第二日最后3样已超过80%且变异系数同样＜5%，表现出与甲醛浓度类似的发展趋势。另外，第三日数据仍与甲醛浓度的变化类似，出现一定程度下降。

3．2浓度时变分析

应注意一个现象，首日的浓度上升比较规则，而次日的浓度上升则不很规则;这与一些文献中的建材测试结果存在差异。究其原因，可能与家具建材的区别———结构造型有关。因为根据传质理论，建材释放分内部扩散和外部对流两个过程;其中，对流传质主要受到环境中气流运动的影响。与一般测试人造板时的规则摆放方式不同，家具本身结构比较复杂，更容易影响气流的速度与分布。如此一来，每块板材的释放行为可能会根据具体结构而在不同程度上区别于单独测试时的情况:例如，在有些位置会形成死角，不利于甲醛自由地运动到主流空气中;而有些位置又会由于结构关系使得原本气速得到提升，促使甲醛释放。

3．3湿度时变分析

室内微气候指室内热湿环境，及室内温湿度。从测试结果看出，家具主要会影响室内相对湿度，分析这个问题要追溯制造家具的原材料。板式家具主要由木材、胶粘剂、涂料等原材料组成:一方面，这些原材料本身含湿量大，远高于环境舱内水平;尽管家具中的涉湿材料等会逐渐固化，但该家具的制造时间较新，故含湿量不一定较低。根据生产厂家提供的信息，该家具所用中纤板含水约15%;故若被试质量约200kg即含水30kg，这使得舱内带入的水分负荷率至少为(30/30)=1m2/m3。相对舱内气相原本的水蒸气水平而言，如此大的湿度扰动是不应忽略的;其会形成显著的湿度梯度而为室内增湿。另一方面，木材、板材、漆膜等均属于多孔介质，能够通过吸附或脱附作用影响环境中的含湿量。综上，家具可能对室内微气候造成一定影响。

下面对家具影响湿度的可能机理进行分析。

(1)宏观方面。测试初期，家具内外浓度梯度较大而使舱内水蒸气处于稀释状态，故湿度上升较快。一段时间后，舱内环境条件在吸附等过程的作用下逐渐稳定，故湿度终现下降;但毕竟为密闭测试且存在有无家具的区别，故从数据也可看出，湿度在60%左右的降幅已经趋缓，即可能难以回落到45%的设定水平。

(2)微观方面。研究发现［7］，相对湿度与板材甲醛释放常呈现正相关，这在测试结果的直观分析中已经可以看出。造成这种现象一般原因包括:a．弱酸性自来水(pH=6)与例如脲醛树脂胶粘剂中未反应的游离二甲醇低聚物反应，释放甲醛;b．胶粘剂中的羟甲基脲与木材中的纤维素在酸性条件下生成羟甲基醚，释放甲醛;c．湿度上升导致胶粘剂水解。释放甲醛。d．湿度上升使木材的半纤维素加速分解以及木素中某些共聚体甲基断链，均会释放甲醛;e．湿度上升使木材本身、胶粘剂、固化剂等固体界面对甲醛的吸附能力会迅速降低，附于其表之甲醛分子迅速脱附，进而使甲醛浓度上升。

值得注意，由于浓度梯度会使得甲醛不断释放，故一般考察湿度对甲醛浓度影响时均关注稳定浓度。研究发现，板材界面存在分配系数;在一定温湿度下，一旦固气两项浓度按该数值达到稳定，便不会再发生变化。一般来说，分配系数会受到环境因素的影响;以往研究对温度的影响关注较多，而对湿度关注较少。在此，认为湿度可能对分配系数产生影响。

3．4建模

从浓度曲线可以发现，甲醛在前两日随时间的释放行为与指数函数比较相似。因此，采用常用于描述建材释放的指数衰减模型C(t)=a*exp(b*t)+c进行拟合，得到密闭条件下家具甲醛浓度的时变模型为:（略）。由于前两日因浓度尚未稳定而使湿度的作用不很清晰，故可采用第三日的数据研究湿度和浓度的关系。第三日中，尽管稳定浓度变化，但可看成是分配系数变化导致的，而非浓度梯度的直接作用。对胶合板测试的结果表明［2］，湿度和稳定浓度呈二次多项式关系。因此，尝试使用二次多项式对第三日的浓度和湿度数据进行拟合，得到密闭条件下家具甲醛稳定浓度的随湿度的变化模型为:（略）。从两个模型的相关系数可以看出，模型与测试结果吻合良好。结合图3、图4发现，模型与测试结果吻合良好，故可以近似描述和模拟甲醛随时间和湿度的释放行为。

篇6

关键词：热环境；热舒适；评价指标

中图分类号：X8文献标识码：A 文章编号：

1．引言

建筑是人们生活与工作的场所，现代人类大约有80%的时间在建筑物中度过，人们渐渐认识到建筑内环境品质如声环境、室内光环境、热湿环境及室内空气品质对人的身心健康、舒适感及工作效率都会产生直接的影响[1]。随着经济的发展,提高生活质量已日益为人们所关心。改善室内环境，尤其是室内热湿环境,是提高生活质量的主要途径之一。对热环境的评价可根据三类不同的标准：1)生存标准：由于人的体温影响体内化学反应速度，尤其是酶系统最佳工作状态的维持，只允许体温在很窄的范围内波动，因此，机体内热调节系统的首要任务是使人在休息时能保持体温恒定在(37±0.15)℃左右，超过或低于标准体温2℃时,在短期内还可以忍受，但如持续时间太长时，就会损害健康,甚至危及生命；2)舒适性标准：人可生存、适应的热环境往往并不一定使人感到舒适，在人类赖以生存的热环境范围内，只有一较小的范围可定义为热舒适区域；3)工作效率标准：热环境会影响人的敏感、警觉、疲乏、专注和厌烦程度，通过上述作用对体力劳动和脑力劳动的效率产生影响。我们这里讨论的主要是热环境的舒适性[2]。

热舒适指标是表示人们对室内热环境满意程度的一项重要指标。从2O世纪初，人们便开始对人体热舒适性和热环境之间的关系进行研究。由于我国各地气候差异较大，各个地区又缺乏实际的针对性的研究，降低了人们对夏季舒适性的要求。本论文通过对室内热环境舒适性研究状况的回顾,对影响室内热环境的各项评价指标进行了较详细的综述，为今后的研究提供了参考。

2.室内热环境舒适性的影响因素及研究状况

人体热舒适在ASHRAE标准中，定义为人对热环境表示满意的意识状态。它通过研究人体对热环境的主观反映，得到人体热舒适的环境参数组合的最佳范围和允许范围以及实现这一条件的控制、调节方法。影响人体热舒适的环境参数主要有四个：空气温度、空气速度、空气相对湿度和平均辐射温度，人自身参数两个：衣服热阻和劳动强度[3]。人们对热舒适性的认识和研究是不断发展的。在20世纪初，一些发达国家的学者就已开始了对室内热环境的研究，目前人体热舒适问题已发展成为热工学、建筑物理学、生理学和心理学的交叉学科。早期的热舒适评价标准只规定室内温、湿度，最多加上送风速度要求，例如，夏季温度26℃、相对湿度50%，冬季18℃、相对湿度40%，风速≤0.125m/s等。稍后，ASHRAE(美国采暖空调制冷工程师学会)提出有效温度(ET)概念，以综合考虑温度和相对湿度的影响。由于房间围护结构内表面与人体的辐射热交换对热舒适性影响极大，在评价房间的热舒适性时，为了综合考虑辐射影响，又相继提出了等感有效温度、合成温度、房格尔热舒适方程、平均辐射温度(MRT)、作用温度(OT)、标准有效温度(SET)、主观温度等概念和指标，对人体热舒适性评价又提高了一步。1984年，国际标准化组织提出了室内热环境评价与测量的新标准化方法ISO7730，采用PMV-PPD指标评价人体热舒适性[4]。目前用于室内热环境舒适性的预测评价主要指标见表1。

3.室内热环境舒适性的评价指标

3.1 PMV-PPD指标

Fanger的预测平均投票值PMV(Predicted Mean Vote)和预测不满意百分数PPD(Predicted Percentage Of Dissatisfied)指标是目前为止公认的最合理的评价方法，它是在大量实验数据的统计分析的基础上,并以人体的热舒适方程和ASHRAE七点标度为出发点，对McNall等在Kansas州立大学所进行的实验得出的四种新陈代谢率情况下的热感觉数据进行曲线拟合分析，提出的表征人体热舒适的一个较为客观的指标。该指标综合考虑了环境因素和人的因素，包括人体活动情况(新陈代谢率)，衣着情况(服装热阻)，空气温度，空气相对湿度，空气流速，平均辐射温度六个因素[1]，并从心理、生理学主观热感觉的等级为出发点,是迄今为止,考虑人体热舒适感诸多因素最全面的评价指标，但PMV-PPD评价指标只考虑稳态热环境，有一定的使用范围。PMV与PPD之间的定量关系为：

，1984年国际标准化组织(ISO)提出室内热环境评价与测量的新标准化方法ISO 7730，并推荐可接受的热环境参数为-0.5

3.2 卡他冷却能力

卡他温度计由一根长为40mm，直径为20mm的圆柱形大温包的酒精玻璃温度计组成。温度计杆上有38℃和35℃两条标线，使用时将温度计加热到酒精柱高于38℃这一刻度。然后将其挂于流动空气中,测量酒精柱从38℃下降到35℃所需的时间。根据这一时间和每一温度计所配有的校正系数，即可计算环境的“冷却能力”。它综合了平均辐射温度、空气温度、空气流速的影响，但未考虑湿度的影响[6]。

3.3 有效温度

有效温度的定义为：“这是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的任意指标。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。”他意味着在实际环境和饱和空气环境中衣着和环境情况均相等，且平均辐射温度等于空气温度。有效温度指标的建立是一项卓越的成就，使用了近50年，但曾一度认为有效温度在低温时过分强调了湿度的影响，而在高温是对湿度的影响强调不够。由于它存在一些缺陷，美国采暖制冷和空气调节工程师推荐使用新的有效温度ET*代替。

3.4 新有效温度ET*

1971年盖奇（Gagge）等人引入了皮肤湿润度的概念从而得到了新有效温度ET*提供了一个适用于穿标准服装和坐着工作的人的舒适指标。ET*的定义是：通过对身着0.6clo服装静坐在0.15m/s的空气中的人的热舒适试验，采用相对湿度50%时的空气温度作为与其冷热感相同，则后者所处环境的空气干球温度就是前者的ET*。该指标只适用于着装轻薄，活动量小，风速低的环境。

3.5 标准有效温度SET*

在ET*提出后不久，ET*的主要内容又有了扩展，综合考虑了不同的活动水平和衣服热阻，产生了目前最通用的指标--标准有效温度SET*，并且称为合理的导出指标。标准有效温度应包含平均皮肤温度和皮肤湿润度,以便确定某个人的热状态。其定义是：某个空气温度等于平均辐射温度的等温环境中的温度，其相对湿度为50%，空气静止不动，在该环境中身着标准热阻服装的人若与他在实际环境和实际服装热阻条件下的平均皮肤温度和皮肤湿润度相同时，则必有相同的热损失，这个温度就是实际环境的SET*[7].

3.6热舒适指标PD（Percentage of Dissatisfied）[8]

PD被定义为由空气流动而造成的人体所不希望的局部冷却。由ISO7730所示的PD计算式为：

式中 --当地空气平均风速，m/s；

--当地空气紊流强度，%。

当100%时，取=100%

3.7 主观温度

主观温度的定义为：一个具有空气温度(Ta)等于平均辐射温度(Tr),相对空气流速(v)等于0.1m/s和相对湿度50%的均匀封闭空间的温度，该环境将产生与实际环境相同的温暖感。它要求有两种数据，即居住者需要什么样的温度、以及什么样的物理变量组合会产生这一温度。主观温度取决于主观温暖感,利用环境变量表示的主观公式无论何时均可由现有的温暖感数据加以确定，因此这是由经验得出的公式[5]。

4 结合我国气候特征及国情举例说明热舒适评价指标的研究与应用

目前在我国虽然已经有不少人开始着手热舒适性的理论研究，但人体热舒适还没有得到广泛应用。由于我国的地理特征复杂，幅员辽阔，南北气候差异较大，人们生活习惯多变。因此需要对各地区进行实际的针对性的研究，结合当地的气候条件和人们的舒适感，选择最优的评价指标，以满足人们对舒适性的要求。例如：我国北方地区冬季寒冷干燥，夏季气温高，湿度大，生活或工作在非空调建筑中的舒适度成为一个值得研究的问题，用PMV指标对我国北方地区非空调住宅建筑冬季、夏季的热舒适性进行分析发现，对PMV 影响的六个因素中，空气相对湿度φ与空气流速v对PMV 的影响不大，而且，如果在空调房间内这两个值一般为定值；而对PMV 值影响比较大的两个因素为室内空气温度ta 及服装热阻Icl ，其实人体的新陈代谢率M 对PMV 的影响也比较显著，但是在住宅建筑内，人们一般以休息为主，M 为定值。对于北方地区，冬季供暖技术已比较成熟也得到普及，除一些供暖条件差或室内温度过高的住宅建筑内，室内的环境几乎全部满足人们的热舒适度要求；而夏季使用空调的家庭并不是很多，在非空调住宅建筑中很大一段温度范围内，人们都处于不舒适状态，从人们舒适角度来讲，建议普及家庭空调。

5 结论

到目前为止所有的热舒适指标均存在一定的局限性, 突出表现在所有指标均未反映出某些细节的但很重要的热物理参数的影响, 这主要包括室内气温垂直变化程度、壁面热辐射均匀程度, 气流的垂直和水平分布情况等[9]。我国是发展中国家由于经济状况、能源状况不同, 生活习惯等导致的心理期望值不同。因此,我们不能全部照搬国外的研究成果，而应立足于我国的实际情况,研究适合我国国情的室内热环境热舒适理论。这就要求我国科技工作者结合我国人的生理参数及实际情况，在热环境领域尤其是在对室内热环境的评价标准和方法方面做较深入的研究，且在暖通空调设计时必须从人体的热舒适角度考虑其设计方案。

参考文献

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篇7

关键词：热舒适；热环境；MTS；aPMV

中图分类号：TU119文献标志码：A文章编号：16744764（2017）01003206

收稿日期：20160304

基金项目：国家自然科学基金（51408462、51378411、51678468）；陕西省科技计划项目（2014KCT01、2016JQ5016）

作者简介：王登甲（1984），男，副教授，博士，主要从事建筑热环境调节与太阳能采暖研究，（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

基于稳态热平衡方程建立的PMV模型仅适用于均匀、稳定的热环境，但大量热舒适现场研究表明其与受试者实际平均热感觉存在较大偏差[1]。基于ASHRAE RP―884项目提出的适应性热舒适理论，很好的解释了这种差异产生的原因[2]。中国学者也进行了新的尝试，姚润明等[34]将气候、季节、社会文化等影响人体热舒适的因素考虑在内，运用“黑箱”理论提出了预计适应性平均热感觉指标，并建立了“适应性PMV模型”（aPMV）。受经济发展水平影响，乡域地^无完善的集中采暖措施和明确的设计依据。而且，中国目前关于热舒适的研究主要集中在城市办公[56]、居住[79]、高校教室[1011]等建筑中，对乡域中小学教室涉及较少。已有研究表明，舒适的室内热环境更有利于提高学生的学习效率[1213]，而过高的室内温度容易使学生感到头痛、胸闷，导致注意力下降[14]。相比成年人，中小学生拥有更高的新陈代谢水平[15]，对室内热环境有其独特的要求，合理确定冬季教室内热舒适性参数，对学生身心健康及学习效率有着重要的影响。

本文通过对青海西宁乡域地区中小学教室热环境、中小学生热舒适的大量现场测试和实地调研，获得该地区中小学教室内学生冬季热中性温度、期望温度、舒适温度范围等，并提出适用于青海乡域中小学教学建筑的室内热环境评价模型，为中小学教室冬季热环境设计提供依据。1热舒适研究方法

1.1调查对象概况

现场调研于2015年12月5―13日进行，处于一年中教室使用的最冷时段，选取青海西宁地区4所乡域中小学校的10间教室，在对室内热环境参数进行测量的同时对420名中小学生进行问卷调查，其中男生214名（占50.8%），女生207名（占49.2%），年龄在10～15岁之间，平均年龄为12.6岁。测试教室内景如图1所示。

图1测试教室内景

Fig. 1Interior of test classroom1.2环境参数测试

测试的室内参数有：空气温湿度、风速、黑球温度等；室外参数有：空气温湿度、太阳辐射强度、风速。主要仪器有TBD1型太阳辐射仪、TR72ui自记式温度计、TR102S黑球温度计、ZRQFF30风速仪，每隔10 min自动记录一次。其中TBD1型太阳辐射仪布置于屋顶，四周无遮挡；室内温湿度采用五点法平均布置在教室内，并以锡箔纸遮蔽；室内风速、黑球温度布置一个测点，位于教室中间位置；室外温湿度测点位于屋面背阴处。室内测点高度均为1.1 m，热环境参数测点布置如图2所示。

图2室内热环境参数测点布置

Fig. 2Arrangement of measuring points of

thermal environment parameters1.3主观问卷

问卷内容包括：1）被调查学生的年龄、衣着情况等客观信息；2）调查时刻学生的热感觉、舒适感等对室内热环境的主观感受，热感觉投票采用ASHRAE 7级标尺；3）热接受度、期望度调查。

1.4热舒适评价指标

冬季围护结构内壁面温度较低，当相对湿度在热舒适的范围内、且室内风速很低时，人体热感觉同时受空气温度和平均辐射温度的影响，应采用操作温度to作为热舒适评价指标[16]。

2测试结果与分析

2.1室内外热环境参数

测试期间均为晴天，室外气象条件相近，选取12月8日的室外热环境参数进行分析，如图3所示。

图3室外空气温度及太阳辐射强度

Fig. 3Outdoor air temperature and solar radiation由图3可知，当日室外气温变化范围为-11.1～4.2 ℃，平均值约为-4.0 ℃；室外相对湿度变化范围为16%～73%，平均值约为45%；日太阳辐射持续9～10 h，平均太阳辐射强度为306 W/m2，最大值出现在13：00左右，为557 W/m2。可见，该地区室外气候寒冷，但太阳能资源丰富。

对室内环境参数的统计结果见表1，ta为空气温度，to为操作温度，tr为平均辐射温度，φ为相对湿度，v为风速。to的分布频率如图4所示。表1室内热环境参数统计表

Table 1Indoor thermal environment parameter table统计值ta/℃to/℃tr/℃φ/%v/（m・s-1）平均值15.915.615.4410.10标准偏差3.53.94.18.00.05最大值23.123.523.8610.39最小值6.25.65.2190

图4昼间室内操作温度to的分布频率

Fig.4The distribution frequency of daytime

indoor operating temperature to由表1可知，昼间（7：00-18：00）教室内空气温度变化范围为6.2～23.1 ℃，平均值为15.9 ℃，低于《中小学校设计规范》中的规定值18 ℃[17]；室内相对湿度范围为19% ～61%，平均值为40%，绝大多数在30%～60%的正常范围内，满足卫生要求[18]；风速v≤0.2 m/s的样本占94.2%。由图4可知，上课期间室内操作温度to位于5.6～23.5 ℃之间，平均值为15.6 ℃。

2.2新陈代谢率及服装热阻

G.HAVENITH通过研究给出了9～18岁不同年龄中小学生在不同课程类型下所具有的代谢率[19]。中小学生新陈代谢率取值1.2 met（70 W/m2）。

统计分析学生衣着情况，参照ASHRAE标准计算服装热阻值，获得其分布频率如图5所示。

图5学生服装热阻分布频率

Fig.5The distribution frequency of

students' clothing thermal resistance由图5可知，中小学生的服装热阻主要集中在1.3～1.9 clo（约占90%），平均值高达1.6 clo。主要由于青海西宁地处严寒地区，室外气温低，学生普遍穿着较厚的衣物，通过自身行为调节以适应当地寒冷的气候条件；且学生频繁进出教室，即使室内温度较高，也没有频繁更换衣物的习惯，这一点与城市居住和办公建筑有很大差别。此外，女生服装热阻平均值略高于男生，分别为1.62 clo和1.59 clo，说明女生更期望温暖的环境。

2.3热感觉及热中性温度

学生热感觉投票TSV（Thermal Sensation Vote）采用ASHRAE7级标度表示，青海乡域中小W教室内学生热感觉投票分布频率如图6所示。

图6学生热感觉投票分布频率

Fig. 6The distribution frequency of

students' thermal sensation vote由图6可知，学生热感觉投票值0、+1所占比例为59.8%，男女生热感觉投票平均值分别为0.46和0.55。可见，由于学生衣着较厚、教室普遍有取暖措施，学生对室内热环境的整体感觉偏暖。

由室内空气温度、相对湿度、风速、平均辐射温度、服装热阻和新陈代谢率计算得到预测平均投票值PMV。采用温度频率法[16]，得到每个温度区间内实测平均热感觉值MTS（Mean Thermal Sensation）。将MTS和PMV与操作温度to分别进行线性回归，结果见图7。

图7热中性温度的计算

Fig. 7Calculation of thermal neutral temperature由图7可知，当MTS=0、PMV=0时，实测和预测中性温度分别为13.8 ℃和14.5 ℃；MTS曲线的斜率明显小于PMV曲线的斜率。说明由于该地区冬季室外气温低，加之衣着量普遍较大，长期生活于此的学生通过自身调节形成了对偏冷环境的适应性，其实际热中性温度并没有预测值高，对温度变化的敏感程度也比预测值要小。

MTS与PMV之间存在“剪刀差”现象的原因是，教室虽有取暖，但并非标准的采暖系统，使得室内热环境仍处于非稳态条件且波动较大，而中小学生对这种非稳态环境的适应性使得PMV模型并不能准确预测学生的平均热感觉。

2.4热接受率和热舒适区间

计算某一温度下的热不可接受率PPD*（热感觉投票值为-3、-2、2、3的学生占总投票人数的百分比），将PPD*与室内操作温度to进行回归分析：PPD*=0.93t2o-32.05to+281.46，相关系数R2=0.79，如图8所示。

图8不可接受率与室内操作温度to的回归分析

Fig. 8Regression analysis of unacceptable

rates and room temperature to由D8可知，冬季80%的中小学生可接受的温度下限为13.5 ℃，90%的中小学生感到满意的舒适温度范围为15.8～18.7 ℃。

结合图4可知，舒适温度范围15.8～18.7 ℃约占昼间教室内温度分布的45%，即由于采暖水平的不同，仍有一半的时刻室内温度过低或维持过高，室内热环境难以满足热舒适需求，需要进一步改善。

2.5热期望温度

将室内操作温度to与冷热期望百分比进行线性回归，两条直线的交点即为期望温度，如图9所示。

图9期望温度的计算

Fig. 9Calculation of expected temperature由图9可知，期望温度为16.2 ℃（以to表示），在寒冷地区冬季学生趋向于达到温暖的感觉，所期望的温度比热中性温度（to=13.8 ℃）高24 ℃。

3讨论

3.1适应性预测平均热感觉aPMV模型

如前所述，由于教室内热环境是非稳态的，PMV并不能准确预测学生的平均热感觉，人体自身的适应性是引起MTS和PMV产生差异的主要原因。姚润明等[3]提出的预计适应性平均热感觉aPMV模型（Adaptive Predicted Mean Vote model），采用自适应系数λ（λ值反映了人体采取的自适应调节水平高低或自适应机会的多少）将PMV与aPMV联系起来，用以解释MTS和PMV之间的差异，见式（1）：aPMV=PMV1+λ×PMV（1）利用最小二乘法求得λ=-0.53（PMV0），由λ和PMV值可计算得到aPMV指标，如图10所示。

图10PMV、MTS与室内操作温度的关系对比

Fig. 10A contrastive analysis of the relationship between

PMV， MTS and indoor operating temperature由图10知，对偏冷和偏热的热环境采取不同水平的自适应调节后得到的aPMV模型能够较好的预测学生平均热感觉。分析发现，相比于PMV>0的偏热环境中，PMV

3.2与其他研究结果的比较

与其他冬季现场研究结果[811]相比，本文模型中的平均热感觉随温度变化的斜率较低（0.13），即中小学生对温度的敏感程度要低于其他研究结果；同时乡域中小学教室内学生的中性温度、舒适温度均较低。分析其原因是：该地处于严寒气候区，长期生活于此且频繁出入室内外的中小学生形成了对冷环境的心理适应性；乡域中小学生衣着量普遍较大，且频繁进出教室并没有更换衣物的习惯，形成了对冷环境的行为适应性；此外，相比成年人，中小学生拥有更高的新陈代谢水平，使得其对热环境的敏感度要低于成年人。

严寒地区乡域中小学教室冬季室内设计温度的取值应结合当地的气候条件，充分考虑中小学生的衣着习惯、心理期望、生理特性等因素的特殊性，提出适合于中小学生的热舒适标准。4结论

1）青海乡域中小学生冬季服装热阻普遍较大（平均值为1.60 clo），其中女生衣着水平高于男生。主要原因是室外气温很低，学生频繁出入室内外，即使室内温度较高，也没有频繁更换衣服的习惯。这一点与城市居住和办公建筑有很大差别。

2）冬季中小学生的热中性温度为13.8 ℃，期望温度为16.2 ℃，80%学生接受的温度下限为13.5 ℃，90%感到满意的舒适温度范围为15.8～18.7 ℃。较大的服装热阻、偏冷环境对心理期望的调节作用以及新陈代谢旺盛的生理特性，使得乡域中小学生中性温度、舒适温度低于城市其他冬季现场研究结果。

3）青海乡域地区中小学教室取暖不属于标准的采暖系统，室内温度非稳态且波动较大，学生自身的适应性使得PMV与MTS仍存在较大偏差。由实测数据计算得到自适应系数λ=-0.53（PMV0）时的适应性aPMV模型可对该类地区中小学生的平均热感觉进行准确预测。分析λ值大小可知，学生对偏热的环境较为敏感，对偏冷的环境有较强的适应性。

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篇8

关键词：PLC 温室大棚 环境控制装置

一、引言

温室大棚是用于植物生长与农业生产的保护设施，利用温室大棚的气候效应与隔离效果进行农业生产，起到旱涝保收、空间隔绝、反季节调控等作用。因此，准确、及时地掌握温室大棚的环境数据，做到科学适时调控，成为温室大棚生产中提高产量、品质，抑制各种病害发生的重要环节。但由于我国温室大棚发展较晚，大多是在参考借鉴国外技术的基础上自行开发的，在设备配套能力、环境调控技术、机械化与自动化程度、作物栽培与管理等方面的科技含量与技术水平还存在一定差距，难以最大限度地发挥温室的技术特点，也无法实现温室生产的经济效益最大化，致使我国温室大棚种植面积虽然位居世界第一，但产品产量与质量并不理想。温室大棚环境控制装置主要用来对温室环境（气象环境和栽培环境）进行监测和控制。以蔬菜温室大棚为例，温室内监测项目包括室内气温、水温、土壤温度、相对空气湿度、保温状况、CO2浓度。室外监测项目包括大气温度、太阳辐射强度、风向风速、相对湿度等。温室环境控制装置的应用给种植者带来了一定的经济效益，提高了决策水平，减轻了技术管理工作量，同时也为种植带来了极大的方便。

PLC是一种新型的通用自动控制装置，它将传感器技术、继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，具有易于编程、可扩展性强、可靠性高等优点，适宜长期连续工作，非常适合智能温室大棚的控制要求。

二、国内外研究现状

西方发达国家如美国、荷兰、以色列、英国、加拿大、日本等在现代温室监控技术上起步比较早，都大力发展集约化的温室产业，温室内的温度、湿度、光照度、C02浓度、水、气、营养液等实现计算机调控。随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以计算机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入网络化、智能化阶段。

近年来，我国温室控制技术发展迅速，以及有大量的商业化产品，这些产品可以实现对温室大棚内的光照度、温度、湿度、CO2浓度等环境因素进行检测和控制，并且已经逐步发展到智能化控制阶段，但由于价格等方面的原因，普及率并不高，所以开发价格低廉，且肯有较强实用性的智能温室大棚控制装置是非常必要的。

三、智能温室大棚的环境控制装置和控制方案

1.系统硬件结构

智能温室大棚的环境控制系统就是依据室内外装设的温湿度传感器、光照传感器、风速传感器等采集或观测的温室内外的温度、湿度、光照强度、风速等环境参数信息。通过控制设备对温室大棚环境进行调节控制以达到栽培作物生长发育的需要，为作物的生长发育提供最适宜的生态环境，以大幅度提高作物的产量和品质。系统硬件结构示意图如图1所示。 2.系统控制方案

智能温室大棚的环境控制系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对温室的自动控制，提高设备运动的可靠性。在运行的时候可以通过按钮对这两种控制方式进行切换，用模拟传感器采集现场的温湿度、光照度、风速和风向等环境因子数据以及用行程、限位开关检测控制系统的开关状态，采集到的数据和状态送PLC相应的寄存器保存以备利用。

（1）自动控制模式。采用PLC通过传感器对环境参数进行检测，并对其设定上限值和下限值，当检测到某一值超过设定值，便发出信号自动对驱动设备进行启动和关闭，从而使温室大棚的环境参数控制在设定的范围内。其运行成本较低，可大大节约劳动力，降低劳动者的劳动强度。

（2）手动控制模式。手动控制简单可靠，由继电器、接触器、按钮、限位开关等电气元器件组成。

根据广西南宁市的历史气象数据和气候特点，分析温室的控制对象及其影响因素。由传感器集的存储在PLC指定数据寄存器中的温度、湿度、光照强度、风速和风向值以及根据生产经验设置的各参数的上下限，决定各输出机构的输出状态。由于各环境参数的耦合关系，某一环控设备的启闭会对多个环境因子产生影响针对这些情况，取以下相应的措施：①根据时间的不同（季节）、环境参数的重要性不同，设置不同的优先级。在冬季温室环境控制系统中，默认为温度控制优先的原则，在温度条件满足后，再来满足湿度条件。如温度过低、湿度过大的情况下，以加温为主导，只有当温度上升到一定值后，才能通风降湿，另一方面，温度提高本身可以使相对湿度降低。在夏季降温加湿的过程中，采用以湿度优先的原则。当湿度过小时，开启湿帘风机加湿装置。②温度、湿度用联合控制策略。③考虑意外情况的影响，如湿度低于湿度下限时，用报警输出的方式由人工操作湿帘设备。光照强度大于光强上限时，打开内外遮阳网。

四、系统的软件设计

1.软件的设计要求和主要功能

根据基本要求和技术要求列出以下几点：①防止接点误动作，利用自锁电路可防止接点误动作。②系统自诊断功能，PLC本身具有此项功能。③风机控制。温室内的风机，能同时启动与停止，当温室内的温度超出预定值时，受PLC的控制先是天窗自动打开，延时5秒后风机启动，再延时5秒后湿帘泵启动，从而温室的温度降低。④天窗控制，温室中设有4个天窗，天窗受电机控制，通过电机限位的设定来控制天窗的行程。⑤系统自动/手动控制，可利用一个开关量作为PLC的输入信号，实现控制程序的转换。⑥湿帘泵控制。⑦遮阳网控制。⑧可扩展性，在PLC中预留一定的存储空间和端口。

2.控制系统软件设计

系统中对风扇、天窗、侧窗、环流风机、遮阳幕和湿帘泵的控制是通过PLC发出开关指令，通过交流接触器控制相关机构的启停。由于PLC检测系统具有较高的灵敏度，能够把温室内的扰动快速反应出来，同时由于温室较大的传递滞后，执行机构动作频繁，从而影响使用寿命。为此，在程序中加有时间可调的延时模块，使用时可根据具体情况调整延时，使控制效果达到最佳。系统流程图如图2所示。利用FPWINGR软件采用梯形图语言编写系统的程序，以温度控制为例。

3.系统的组态监控软件的设计

组态软件是可以从可编程控制器以及各种数据采集卡等设备中实时采集数据，然后发出控制命令并监控系统运行是否正常的一种软件包。本系统中的监控界面采用的是组态王kingview6.55，通过与PLC进行通信，用于远距离温室监控，温室环境数据的不间断连续收集、整理、统计、制图以及温室设备运行状态的在线记录。其主要功能如下：

（1）远程监视功能。它可以通过通讯线远程监视多座温室的当前状态，包括户外温度、光照强度、风速、风向、雨雪信号、室内温度、室内湿度、控制器温度、独立通风窗的位置和开关状态、内外遮阳帘的位置和开关状态以及风扇、湿帘、微雾、加热器、环流风扇、补光灯、水暖三通阀的状态和多种形式的报警监视。

（2）数据统计功能。它可以统计任意时刻的户外温度、光照强度、风速、室内温度、室内湿度、C02浓度等全月、全周、全日的和本时段的最大值、最小值和平均值。

（3）温室设备运行记录功能。它能在线记录各温室设备状态变化时的时间、当前状态和位置、当前目标温度、室内温度、目标湿度和室内湿度，并能打一印输出。

（4）远程设定功能，可以通过通讯线远程修改可编程控制器的全部设定参数。

（5）生成曲线图功能，它能以平面图或者立体图的方式同时绘制任意时刻的户外温度、光照强度、风速、目标温度、室内温度、目标湿度、室内湿度、CO2浓度等全年、全月、全周、全日的变化曲线并打印输出。

五、结论

温室大棚环境控制系统是一个复杂的系统工程，本研究选择了温度、湿度、太阳能总辐射和风速影响等对温室环境系统进行调控，实现了对温室温度、湿度、光照度、风速等参数实时采集、人机交互模块、执行机构控制模块，可实现曲线图或报表形式显示历史温室环境参数。各模块采用结构化设计，具有良好的扩展性和稳定性。PLC工作性能稳定，能够长时间检测传感器信号并记录数据，可以根据需要设置传感器信号集频率，并将数据存入数据库中，能有效提高温室大棚的生产效率和经济效益，具有较好的实用价值。

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篇9

人工控制设计

1 相容性原则

很多人提起智能家居就提起一个现象：

“有钱人因为太复杂，不会使用；没钱人会使用，但买不起”。很多人不会使用智能家居产品，提高系统的相容性有利于改善这一情况。

相容性指控制与系统输出（显示）关系与操作者期望一致性的程度。如果一个系统的相容性高，那么用户学习越快、反应时间越短、失误较少，使用者有较高的满意度。

相容性的类型有4种：概念相容性、空间相容性、运动兼容和通道相容性。

概念相容性是指所使用的编码及符号等的刺激与人们概念联想相一致。比如，在空调制冷状态显示为雪花图案，音乐播放显示光盘和音乐符号，西餐显示为刀叉，酒吧用一个抽象的酒杯表示。

在智能家居设计中，界面显示在注重美观的同时，一定要注意概念兼容性。否则用户看到操作界面不知如何操作。

空间相容性是指控制器和与之相关的显示器在空间位置上的物理排列与布局。例如，灯光控制面板上控制按钮布局与灯光安装的物理位置的对应。家庭控制界面布局和实际房间之间的关系等等。

运动兼容性是指显示器与控制器的移动关系以及控制系统的反应。比如音量的控制，逆时针减小，顺时针增大：灯光明暗的控制，往上推变亮，往下拉变暗等。

通道相容性指不同的刺激一反应组合分别适用于不同的任务。比如，人发送的命令的传统方式是用语音下达，也就是口头命令。因此家庭的控制如果适当采取语音控制能使许多任务得以简化，但前提是识别率要高。

2 功能分配

有人认为智能家居就是人在家里什么都不用做，全部都由系统完成，而且自动化程度越高越好。从人因工程的角度，这种看法是不正确的。下来我们就一起讨论一下，智能家居系统的自动化程度究竟多高合适，人在其中扮演什么样的角色。

目前，智能家居的控制可以分为：人工控制和监督控制。

人工控制是通过人按控制终端上操作完成的，比如在平板上操作空调，通过墙上的触摸开关控制北京音乐的播放等等。

监督控制是智能家居系统自动完成某项操作，并把部分告知他的主人。比如早上定时打开电动窗帘，布防之后有人闯入短信报警等等。监督控制又可分为设定条件控制和自动学习控制。设定条件控制动作的触发是事先设定好的，比如定时关灯、闯入报警等等。自动学习控制是控制器利用人工智能技术根据主人的习惯、或者喜好，自动学习设备的运行模式，并在适当的条件自动发出控制指令。比如，知道主人晚上七点准时收看新闻联播，则在主人在的时候准时打开电视。比如检测到主人每天早上7点起床，这一习惯很规律，如果那天7点没有起床，则像相关人员发送信息等等。

那么在智能家居系统设计中，人工控制和监督控制如何分配，即自动化程度需要多高？尽管没有清晰的指导方针，但是按照人因工程的理论，可参照一下策略：

（1）强制分配

有些控制必须是人要参与的，比如取消安放设备报警、利用可视对讲为楼下的访客开门等。这些动作的执行必须由使用者发出。另外强制分配还应考虑系统设计者和使用者之间的法律层面的问题。有些操作从法律层面，动作的发出者必须是人，比如自动拨打报警电话等等。

（2）价值平衡

在家庭中有些人任务人完成更有优势，有些机器完成具有优势。那么任务的分配发挥各自的优势。比如，做饭，当前阶段肯定是人的水平要高于设备，那么就由人来完成；洗衣服，洗衣机的工作大部分能够令人满意，因此由洗衣机来完成。

（3）基于成本分配

智能家居系统自动化程度越高也可能意味着其成本越高，对一些实现起来成本要求很大的工作，使用人工来完成。

（4）情感和认知支持分配

这一条准则意识到了人类的独特需求。情感支持指人们的情感需要，比如，在某些情况下，人们时常能感觉的做家务的乐趣，这也是人们家庭生活的组成。认知支持指人员对信息的需要，以便为行动作好准备或作出可能的决策。比如，在检测到燃气泄漏时，不仅应该立即关断阀门，而且应该及时告知主人，并由检查处理。

人因环境设计

1 居室的微气候效应

微气候是指据室内的气温、气湿（相对湿度）、风速（气流速强度等因素构成的环境对人产生的综合效应。温度、湿度、风速和影响可以相互替代，例如，人体受热辐射所获得的热量可以被低气温增高时，若气流速度加大，会使人体散热增加，使人感到不是很湿使人体散热增加，导致冻伤；高温、高湿使人体丧失散热技能，微气候对人的影响是由其构成因素共同作用而产生的，所以，必须综合评价微气候。

目前，评价微气候环境常用的指标是有效温度（感觉温度是美国采暖通风工程师协会研究提出的，是根据人的主诉温度感受性温度指标。下图是人着正常衣服进行轻劳动时的有效温度图。

有效温度是通过受试者对不同空气温度、相对湿度、气流速度的环境的主观反映得出具有相同热感觉的综合指标。

（1）微气候环境对人体的影Ⅱ向

·气温

16℃-25℃范围内，人的感觉最舒适；15℃-18℃思维最敏捷，记忆力最佳，工效也最高。

·气湿

空气中的湿度对人体的热平衡和温热感有重要作度太高，人会有呼吸困难感；湿度太低，口腔与皮肤又会有干裂感湿度的影响不大，但在高温下，湿度的增大，便阻碍人体散热，人不堪；在低温下，湿度的增大，则加剧寒冷感。

·风速

空气流动快，既可使人体散热，又利于更新室内空风速为0.3-0.4米/秒时，在舒适温度区段是适宜的；在炎热的夏高到0.5-0.6米/秒。湿度越高，风速要适当加大；在寒冷的冬天在0.2米，秒左右。

·热辐射

皮肤温度与物体温度相差越大，人体散热速度越多。反之，当物体温度高于人体温度时，物体反过来向人体辐射热辐射”。例如夏天的厨房作业，就有这种“正辐射”“人体对“负辐射调节机制运转也缓慢，容易受凉导致感冒等疾病。

（2）居室微气候的调节

微气候的调节在居室装饰时就应进行设计，控制好上述四个因气、取暖炉等均可提高室内温度，而门帘、窗帘、双层窗，均有利延缓散热。电扇、风扇和门窗的开关，都是为了调节风速。空心墙、吊顶灯则是为了控制正负热辐射。

当炎热夏季来临之时，室内气温会升高到35℃以上，许多人都会除了借助空调降温之外，还有下列方法可供选择：

·减少室内热源

任何一种热源的使用，都会或多或少地提如家电的开启要散发热量。减少热源的使用率，加强通风，可降低室温。

·增大居室空间

室内放置的东西越拥挤，就显得越热。时不用的家具集于一室，而将寝室与客厅的空间留大些，便显得凉爽。

·遮阳隔热

阳光直射入室，集中大量的热量，故应设置窗帘等。

·水景去热

居室中放上适量盆景、金鱼缸，增加室内水发，将热量带走而生凉。

（3）居家生活适宜的温度和湿度

除了气温影响人体外，生活中还牵涉到其它物质方面的温度湿详见下图。居室湿度高低，不仅影响机体，也影响物料的例如湿度高，可导致生锈，棉毛织物和衣物生霉，食物生虫，电器在有条件的情况下，控制湿度，很有必要。

2 居室的环境照明设计

（1）光线强弱对家庭工效的影响

在微弱的光线下读书、写作或操作以来视觉的作业，容易造成眼疲劳，引起视力下降，睫状肌变形，还影响周边视力，使视野变小。这种照明环境效率低、易出事故。随着照度的增大，视力相应提高。下图所示为照度与视觉疲劳和作业的关系。但照度也非越高越好，达到一定限度，就会伤害眼睛，导致视力下降。

（2）明适应与暗适应

适应是视觉适应周围环境光线条件的能力。当外界光线亮度发生变化时，人眼的感受性也随之发生变化，这种感受性对刺激发生顺应性的变化叫做适应。适应分暗适应和明适应。

人从明亮环境进入黑暗环境时，视觉逐步适应于黑暗环境的过程叫暗适应。在这种情况下，人眼的感受性是随时间慢慢增高的。在黑暗中停留近10分钟，适应能力能达到一个稳定水平，停留25分钟后，能达到完全适应的80%：完全适应大约需要经过35-50分钟。

明适应发生在由黑暗环境进入明亮环境的时候，刚开始时人眼不能辨别物体，要经过几十秒的时间才能看清物体，这种过程叫做明适应。，明适应的过程是人眼感受性随时间慢慢降低的过程。开始几秒钟内感受性迅速降低，大约33秒以后降低变得缓慢，完全适应大约需经过60秒以后。急剧和频繁的适应会增加眼睛的疲劳，使视力迅速下降，故室内照明要求均匀而稳定。

（3）色彩环境对人的影响

任何人对色彩的积极反应与生俱来，不同色彩会改变人的心理、生理状态。

A色彩与心理

色彩作用于我们的感官，引起心理活动，改变情绪，影响行为。“明快”的色彩引起愉悦感；“抑郁”的色彩将会导致很坏的心境。色彩的心理感觉表现在许多方面。

·冷与暖

色彩能引起人的温度的错觉。红、橙、黄等称作暖色系列，蓝、青、绿等称作冷色系列；黄绿与紫称为中间色，冷暖的界定还要视背景而异。

·兴奋

神经紧张作用。冷色系起消极的、镇静的心理作用，尤其青色，有镇睁、时穆之感。过量使用会使人产生荒凉的感觉。冷色系中的绿色，对心理、生理反应近于中性，给人以平静感。

·前进与后退

在同一平面上暖色系使人感到距离近；冷色系使人感到距离远，房间里涂上冷色调或以冷色作为主色调进行布置会使人感到宽敞。

·轻与重

暖色的物体似乎密度小，重量轻；冷色的物体似乎重一些。基于相同色调的明色给人以轻；暗色加大沉重感。

·增强记忆

色彩鲜明、标识明快会引起人们的注意，增强记忆。

·诱感

如幸福感、自豪感，愉悦感，使人精神振奋、开拓进取

B色彩与生理

对视觉工作能力和视觉疲劳的影响

各种色调中，蓝、紫色最易引起视觉疲劳；其次是红、橙色。黄绿、绿、蓝绿、淡青等色引起眼睛视觉疲劳最小。

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关键词：温湿度远程监控系统 RFID传感设备 GPRS

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-000-01

1 温湿度远程监控系统的组成及应用

根据杭州德志科技有限公司的温室大棚监控系统的成功案例来看，温湿度远程监控系统主要有信息监控中心、供电系统、GPRS平台和远程GPRS无线数传终端、RFID传感设备等主要部分组成，其中监控中心是核心控制点。监控中心主要是采用的标准CS或BS架构的建设标准，通过建立网络实现对外的数据，监控中心的控制系统通过接收来自大棚温室的测控终端DTU上传的数据并及时进行处理，实现数据接收、数据显示、数据存储和生成曲线报表等功能，继而接入外部连接。检测中心的数据接收服务器是通过接入因特网而实现对多个组网的数据整合的，监控的画面可以动态的显示前端数据的变化情况，并通过实时的查询和分析数据变化了解作物生长规律根据作物的成长情况和需要进行参数的设置，做好突然事故的预警方案。

在监控点设置先进的传感器，实地测量当前的流量数据，并将其通过通信平台传输到监控中心，再由监控中心进行数据分析和处理，得出内部参数掌握其温湿度情况。在温室大棚的温室远程监控运用中，主要是最作物的室内温度，露点温度、湿度和水分等进行检测，通过传感器传输数据，分析器大气温度和湿度，判别作物生长条件，制作其生产趋势图，从而更好的对其温湿度进行控制。

通过直观的图标和曲线形式，将温室大棚中的作物生长信息和温室内的大气温度、土壤温度、土壤湿度、阳光及水分等环境参数进行一一列举和分析，并根据其作物的需求设置报警系统，当温湿度超过定值的时候，则开启或关闭设备，形成自动化的关系系统，而监控中心则可以通过传输过来的参数进行分析，时刻掌握作物的生长情况。

2 温湿度远程监控系统的基本设计原则

一般来说，在温室大棚中的温湿度远程监控系统具有基本的实用性和实用性，对作物的生长变化具有一定的灵活性扩展性，在应用的实际功能中具有一定的经

济性。

温湿度远程监控系统的实用性和适应性。有现代高科技衍生而来的温湿度远程监控系统是一项功能强大、用户界面友好且报表功能齐全的强大系统，但是其流量趋势图和日常的维护工作比较便捷，因而在应用的过程中具有很强的实用性，同时也体现了GPRS网络系统的优越性。而其适应性则主要体现其对大棚温室的特殊要求，对现场掌握的精准度比较高，因此需要技术成熟可靠性强的传输方案，从而保障监控系统的正常运行。

温湿度远程监控具有非常强的灵活性。根据应用情况的变化和实际需求，温湿度远程监控系统具备一定的接入能力和可扩散能力，采用标准化的接口对于往后的系统改造和增加I/O接口组态都比较便利，设点的成本也不会太过，同时可以加入3G，实现监控点的移位，从而更好的了解大棚温室中的温湿度情况。

温湿度远程监控具有非常强的经济性。当前应用于大棚温室中的温湿度远程监控系统，能够最大限度的保障网络改造对计算机软硬件资源的可用性和连续性，同时远程控制操作相对地节省了人力物力，对于整体投资来说具有很强的经济

效益。

3 温湿度远程监控系统在温室大棚中的应用优势

3.1 GPRS系统优势

设备投资价格不高是其主要优势，且通信自费比较便宜，当前移动公司对于GPRS资费包月非常实惠。在GPRS网中，只需与网络建立一次连接，就可长时间的保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道，进行计费，保持时不占用信道通常是不计费的。所以营业点不用频繁建立连接，也不用支付传输间隙时多余的费用。再加上网络的安装比较方便，不用担心线路维护或迁移中的通讯中断，传输速度很快，分组交换接入的时间在一秒以内，并提供快速即使的连接，同时覆盖面较广，支持IP协议、X.25协议和VPN组网。

3.2 系统功能比较齐全

温湿度远程监控的操作系统具有安全的用户登陆和界面管理，只能制定用户具有使用权限，界面采用中文操作简单并富于人性化。能够实现远程数据传输和监控，通过授权的计算机可以在远程读取主机计算机上的实时数据，进行远程的监测和打印。

系统操作的自动化管理。温湿度远程监控系统在监控室内的温度和湿度参数时具有一定的自动性，当湿度超过设定值的时候，自动的开启或者关闭喷雾设备，并由PLC进行下位的采集控制，保障系统在PC机不正常工作的情况下运行。

能够科学的显示环境变化的参数信息。通过显示系统采集到的实际数据形成曲线或图形，便于及时的存储和检测，通过历史测量参数的变化曲线，分析参数变化对作物的生长影响，设置系统参数值。

报警功能的多样性。在进行温室度的远程监控过程中，当发现检测的结果超出了设定值的时候，会立即进行报警，报警的形式多样，具有E-MAIL报警、电话报警、声光报警和短信报警等多种形式。

组建无线传感器网络系统，并有效实现信息的无线传输。根据温室监控面积和测试点多少的要求，建立系统化的传感器网络，实现智能化的检测和管理，进行所有计算机的联网远程控制。

参考文献

[1] 郑华.浅谈远程监控机房温湿度报警系统的设计与实现[J].数字技术与应用，2010（12）.