基于共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制方法

1、基于共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制方法摘 要：由于傳統(tǒng)溫濕度控制方法存在控制范圍小的缺點(diǎn)，以擴(kuò)大實驗室溫濕度控制范圍為目的，提出了基于 共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制方法在共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實訓(xùn)基地實驗室溫度調(diào)節(jié)控制 原理，調(diào)節(jié)了實驗室的溫度，通過計算實驗室的相對濕度，得到了實驗室濕度控制原理，完成了實驗室濕度的調(diào)節(jié)； 通過分析實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)的三個溫度變量，構(gòu)建了實驗室溫度控制模型，由于實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)水分的損失和 產(chǎn)生，分析了實驗室內(nèi)產(chǎn)生的水汽量和水汽的損失量，完成了實驗室濕度控制模型的構(gòu)建；最后在共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的 基礎(chǔ)上，確定了實驗室內(nèi)溫濕度的控制值，實現(xiàn)了基于共享

2、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實訓(xùn)基地實驗室溫濕度的控制測試結(jié)果顯 示，基于共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制方法與傳統(tǒng)溫濕度控制方法相比，溫濕度控制范圍更廣.關(guān)鍵詞：共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；實訓(xùn)基地；溫濕度控制；控制模型Temperature and humidity control method of training base laboratory based on sharing basic dataAbstract: Because the traditional temperature and humidity control method has the defect of small control r

3、ange, In order to expand the scope of laboratory temperature and humidity control, A temperature and humidity control method based on sharing basic data in the laboratory of the training base is proposed. On the basis of sharing basic data, According to the principle of laboratory temperature regula

4、tion and control in the training base, The temperature of the laboratory was adjusted, By calculating the relative humidity of the laboratory, The principle of humidity control in laboratory is obtained,The humidity of the laboratory has been adjusted; By analyzing the three temperature variables in

5、 the laboratory of the training base，The laboratory temperature control model is established， Due to the loss and generation of moisture in the laboratory of the training base, The amount of water vapor produced in the laboratory and the amount of water vapor lost were analyzed, Completed the constr

6、uction of laboratory humidity control model; Finally, on the basis of sharing basic data, The temperature and humidity control values in the laboratory were determined，The temperature and humidity control of the laboratory in the training base based on sharing basic data is realized. The test result

7、s show that，Compared with the traditional temperature and humidity control method，the temperature and humidity control method of the training base laboratory based on sharing basic data，The temperature and humidity control range is wider.Key words： sharing basic data; training base; temperature and

8、humidity control; control model如今，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，研究者對實訓(xùn)基地實驗室環(huán)境的要求也在逐漸提高，實訓(xùn)基地實驗室環(huán)境的質(zhì)量對科 研成果的影響也越來越大m .但是經(jīng)過統(tǒng)計分析近幾年的科研成果,發(fā)現(xiàn)了實訓(xùn)基地實驗室環(huán)境的溫濕度差異造成科研人員 身體患病的概率大大增加，甚至在實訓(xùn)基地實驗室中，仍然會出現(xiàn)空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而發(fā)生人員死亡的事件.上述這些問題 都在時刻提醒實訓(xùn)基地實驗室管理人員，控制好實訓(xùn)基地實驗室的環(huán)境質(zhì)量,是實訓(xùn)基地亟需解決的重要問題.溫濕度控制技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代技術(shù)中最重要的成就之一，隨著溫濕度控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實驗室溫濕度控制已經(jīng)成為 實訓(xùn)基地

9、實驗室管理中的重要組成部分3，總體來說，與國外水平較高的溫濕度控制技術(shù)相比，國內(nèi)的實訓(xùn)基地實驗室溫濕 度控制還存在很多不足和缺陷.科研項目的不同也導(dǎo)致實訓(xùn)基地實驗室溫度控制的程度不同，因此對實訓(xùn)基地實驗室溫濕度 控制的方法也不同也.根據(jù)電子信息技術(shù)的特點(diǎn)，將共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)引入到了實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制方法設(shè)計中，不僅提 高了實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制水平，又帶動了科研項目的發(fā)展，促進(jìn)了國內(nèi)科研項目向國際的轉(zhuǎn)型,具有非常巨大的發(fā)展 前景和應(yīng)用價值.1實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制方法設(shè)計1.1調(diào)節(jié)實訓(xùn)基地實驗室溫濕度由于實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)的溫濕度會不斷變化，可能會導(dǎo)致實驗室內(nèi)的溫濕度出現(xiàn)極端現(xiàn)象,調(diào)節(jié)實驗

10、室溫濕度可以擴(kuò)大 溫濕度控制的范圍.在實訓(xùn)基地實驗室溫濕度調(diào)節(jié)過程中，顯熱冷負(fù)荷的計算公式如下：Q, =*/G( tN-t)( 1)式(1)中，G表示實訓(xùn)基地實驗室的送風(fēng)量,kg/s; *表示實驗室內(nèi)干空氣比熱,kJ/( kg - O) ; Q,表示實驗室內(nèi)顯熱冷負(fù) 荷，kW; 4代、t,表示室內(nèi)溫度和送風(fēng)溫度,O.在式(1)中，送風(fēng)溫度是一個恒定值,可以通過調(diào)節(jié)實驗室冷凍水閥來進(jìn)行控制.將實訓(xùn)基地實驗室的溫度設(shè)定為A，然 后采用風(fēng)量控制器來控制風(fēng)量送入實驗室的風(fēng)量，使實驗室將顯熱量吸收，完成對實訓(xùn)基地實驗室溫度的調(diào)節(jié).實訓(xùn)基地實 驗室溫度調(diào)節(jié)控制原理圖如圖1所示.圖1實訓(xùn)基地實驗室溫度調(diào)節(jié)控

11、制原理圖圖2實訓(xùn)基地實驗室濕度調(diào)節(jié)控制原理圖伴隨實訓(xùn)基地實驗室舒適度的倡導(dǎo)，控制實驗室濕度也越來越重要.實驗室相對濕度與溫度之間存在著一定的耦合現(xiàn) 象，實驗室相對濕度值對室內(nèi)溫度是非常敏感的，當(dāng)實驗室相對濕度達(dá)到90%、實訓(xùn)基地實驗室的環(huán)境溫度偏差為1 O時，實 驗室內(nèi)相對濕度的變化結(jié)果最高可以達(dá)到5%頃.但是實驗室內(nèi)絕對濕度與室內(nèi)溫度之間并不存在此現(xiàn)象，針對這一情況，本 文引入了基于共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的絕對濕度，它可以反映出實驗室內(nèi)濕空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量.當(dāng)實驗室溫度不發(fā)生改變時， 絕對濕度的變化會引起室內(nèi)相對濕度的變化，基于共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的絕對濕度可以表示為：d( )= M(心-) + C( 2

12、)式(2)中，J表示實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)的空氣體積,m!; p表示實驗室內(nèi)的空氣密度，kg/m!; dv表示實驗室內(nèi)空氣的絕對濕 度,g/m!; C表示室內(nèi)水蒸氣量,kg;表示實驗室送風(fēng)的絕對濕度,g/m!.實訓(xùn)基地實驗室濕度調(diào)節(jié)控制原理如圖2所示.本文是在共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)的實訓(xùn)基地實驗室的溫濕度，采用串級雙閉環(huán)來控制實驗室內(nèi)的濕度，通過調(diào)節(jié) 送風(fēng)露點(diǎn)的溫度來實現(xiàn)實驗室溫度的控制，完成了實訓(xùn)基地實驗室溫濕度的調(diào)節(jié).1.2構(gòu)建實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制模型在實訓(xùn)基地實驗室環(huán)境控制中,實驗室的建模是非常關(guān)鍵的，而實驗室內(nèi)的不同變量之間會相互影響、控制和耦合，在這 種復(fù)雜的情況下建立一個精確的控

13、制模型是很難的，因此將共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用到了實驗室溫濕度控制模型的構(gòu)建中，增加 實驗室溫濕度的控制范圍.在不同的實驗室，由于氣候的不同,溫濕度控制模型的構(gòu)建也是不同的本文建立的溫濕度控制模型，忽視實驗室內(nèi)空氣 的熱交換，通過實訓(xùn)基地實驗室覆蓋層交換的熱量為：Q = hcAc( Toul( t) - Tin( t)( 3)式(3)中，九表示實驗室內(nèi)溫度,O; T血表示實驗室外部的溫度,O; O表示實驗室內(nèi)覆蓋層與氣體的換熱系數(shù),J - m-2 -O -1; Ac表示實驗室覆蓋層的面積,m2.實驗室通風(fēng)時，室內(nèi)與室外的熱量交換為：Q = p*p ( Toul ( t) - Tin ( t) % t)

14、( 4)式(4)中夕表示實驗室內(nèi)空氣密度,取值為1.2 kg/m3; Cp表示實驗室內(nèi)氣體定比熱容，取值為1.005 J/( kg - O) ; *表 示實驗室內(nèi)的自然通風(fēng)率,m3/s.實驗室內(nèi)氣體吸收的熱量被定義為固定的函數(shù)，由實驗室內(nèi)加熱器的數(shù)量和啟動數(shù)量有關(guān)，加熱裝置吸收的熱量為：NHnHca/Qy ( t - t) = = Co X Heat( t)( 5)根據(jù)上述對實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)的三個變量分析，可以得到實驗室內(nèi)溫度控制模型為：dT.n( t)JpCST =E Lt ( t)- T%n(t)+ pCp (T-t -T%n)J%n(t)+Qoe(t (七 f()根據(jù)實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)水分

15、的損失和產(chǎn)生，需要在共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立一個室內(nèi)濕度控制模型假設(shè)實驗室內(nèi)空氣混合均勻，那么濕度就是根據(jù)實驗室內(nèi)水汽含量的變化而決定的m.科研實驗過程中產(chǎn)生的水汽量為：r =R. + PCp 官(T 2勺-1( 7)#+(1+ 土 )&式（7）中，表示水蒸氣壓的曲線斜率;E,表示實驗室表面的凈輻射量;e，（ A）表示T o下的飽和水汽壓;e表示實驗室內(nèi) 的實際水汽壓;3,表示氣孔阻力;&表示實驗室內(nèi)水蒸發(fā)的系數(shù).門肋4 （ 一 ） 一式（8）中,.4表示實驗室內(nèi)的通風(fēng)量;Cm、C%7表示實訓(xùn)基地實驗室覆蓋層前后的含濕量;8s表示實驗室的地表面積. 通過上述實驗室內(nèi)濕度參數(shù)的分析，可以得到實

16、訓(xùn)基地實驗室濕度控制模型為：,dCR.+pC*，（ A -er#.4（#。-4 -）O =+, 1d4 ./ 一 匚 1Ag(8)(?)# +（i+T&上述在共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,分析了實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)的三個溫度變量，構(gòu)建了實驗室溫度控制模型，根據(jù)實訓(xùn)基地 實驗室內(nèi)水分的損失和產(chǎn)生，分析了實驗室內(nèi)產(chǎn)生的水汽量和水汽的損失量，構(gòu)建了實驗室濕度控制模型，從而完成了實訓(xùn) 基地實驗室溫濕度控制模型的構(gòu)建;接下來通過實驗室溫濕度控制值的確定，來實現(xiàn)實驗室溫濕度的控制.實驗室通風(fēng)時，室內(nèi)水汽的損失量為：1.3確定溫濕度控制值在對實驗室溫濕度控制之前，必須先確定實驗室的溫濕度控制值,在控制值內(nèi)增加溫濕度的控

17、制范圍現(xiàn)在倡導(dǎo)的舒適 性實訓(xùn)基地實驗室并不是要求室內(nèi)空氣狀態(tài)控制在一個固定點(diǎn)，而是控制在一定范圍內(nèi)嘰當(dāng)前倡導(dǎo)舒適性與溫濕度相統(tǒng) 一,所以在實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制過程中，如果實驗室外的空氣狀態(tài)很低或很高時，實驗室內(nèi)的溫濕度控制值可以參考 舒適度的上、下限.如果溫濕度控制值在舒適度范圍內(nèi)，在控制過程中采用最大的進(jìn)風(fēng)量，這樣可以在實驗室達(dá)到舒適度的前 提下,實現(xiàn)實驗室溫濕度的控制.在共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的背景下，實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制過程中，如果控制值從26 O升高到28 O時,實驗室內(nèi)的負(fù)荷能大 約下降21% -23%左右，因此確定實驗室溫濕度控制值,可以保證實驗室的舒適度頤.實驗室內(nèi)相對濕度隨溫度的

18、變化關(guān)系圖3實驗室內(nèi)相對濕度隨溫度的變化關(guān)系圖D實驗區(qū)域后門B過道前n窗戶實驗區(qū)域A圖4測點(diǎn)布置示意圖從圖3中可以看出，實驗室溫濕度采集來源于高溫、高濕的實驗室，當(dāng)實驗室內(nèi)溫度高于38 O時，與之對應(yīng)的相對濕度在 75%左右.采用共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來控制實驗室的溫濕度，最后將實訓(xùn)基地實驗室的溫度控制值設(shè)定為12 O如.但是在實驗室溫 濕度控制過程中，隨著室內(nèi)溫度的降低,相對濕度會不斷增大，由于實驗室里會擺設(shè)各種實驗器材和實驗材料，導(dǎo)致室內(nèi)的空 氣濕度較大，當(dāng)室內(nèi)溫度降低到25 O時,可以將實驗室內(nèi)的相對濕度控制在92%左右，這時實驗室的濕度值可以滿足實驗環(huán) 境要求，以后隨著溫度的降低，實驗室的濕度基

19、本處于穩(wěn)定狀態(tài),因此最后將實訓(xùn)基地實驗室的濕度控制設(shè)定為92%.綜上所述，基于共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算了實驗室顯熱冷負(fù)荷，根據(jù)實訓(xùn)基地實驗室溫度調(diào)節(jié)控制原理，調(diào)節(jié)了實驗室的溫度， 通過計算實驗室的相對濕度，得到了實驗室濕度控制原理，完成了實驗室濕度的調(diào)節(jié)；通過分析實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)的三個溫 度變量，構(gòu)建了實驗室溫度控制模型，由于實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)水分的損失和產(chǎn)生，分析了實驗室內(nèi)產(chǎn)生的水汽量和水汽的損 失量，完成了實驗室濕度控制模型的構(gòu)建;最后在共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定了實驗室內(nèi)溫濕度的控制值，實現(xiàn)了基于共享 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實訓(xùn)基地實驗室溫濕度的控制.2實驗測試分析2.1選擇測試儀器實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制范

20、圍測試儀器主要有溫濕度計和紅外測溫儀.溫濕度計主要是用來測量實訓(xùn)基地實驗室內(nèi) 空氣的溫濕度，還具有非常強(qiáng)大的溫濕度記憶功能;紅外測溫儀具有使用方便的優(yōu)點(diǎn)，可以調(diào)節(jié)發(fā)射率,此處主要用于實驗室 地板和室內(nèi)溫度的測量，將紅外測溫儀的發(fā)射率設(shè)置為0.95，兩種儀器的主要性能參數(shù)如表1所示.表1溫濕度計和紅外測溫儀的性能參數(shù)儀器名稱溫濕度計紅外測溫儀測量范圍-10 +50 O /10% -99% RH-30 +350 O準(zhǔn)確度1 O / 5%RH1.5 O分辨率0.1 0/1%0.1 O測量速率/0.5 s2.2測試內(nèi)容實訓(xùn)基地實驗室溫濕度控制范圍實驗的測試地點(diǎn)選擇一間大約40的實驗室，實驗室內(nèi)溫度為21.3 O，相對濕度為58% .在這種相對濕度的條件下,就可以對實驗室內(nèi)的溫濕度控制范圍進(jìn)行測試.根據(jù)實驗室內(nèi)的溫度，將實驗室的溫度設(shè)定為24 O，供回水溫度設(shè)置成25 O，選擇的實驗室內(nèi)溫度是緩慢上升的，如果 將室內(nèi)溫度設(shè)置成30 O，在測試過程中的溫度達(dá)不到30 O，因此將實驗室內(nèi)溫度設(shè)置為40 O.由于實訓(xùn)基地實驗室內(nèi)不同位置的溫度可能是不同的，所以在測試之前，先對實驗室進(jìn)行測點(diǎn)布置.測點(diǎn)布置示意圖如 圖4所示.在實驗室內(nèi)布置4個具有代表性的測試點(diǎn)A、B、C、D,A點(diǎn)在實驗室的正中間位置,B點(diǎn)位于實驗室的過