導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇溫度與相對(duì)濕度的變化關(guān)系，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：密集烤房；溫度；相對(duì)濕度；分布

中圖分類號(hào)：S572.092文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）06-0054-06

AbstractTo improve the curing quality， the temperature and humidity in different barn space and at different curing time were measured by HE174 automatic temperature and relative humidity recorder in airflow-descending bulk curing barn. The results showed that there were some differences in temperature and relative humidity in the upper， middle and lower layers and the different zones of plane areas during the curing process. The changes in the vertical and horizontal directions were smaller at the early yellowing stage， were larger at the later yellowing stage and leaf-drying stage， and gradually reduced at the stem-drying stage. The difference of temperature and relative humidity in the vertical direction was significantly larger than that in different areas of the horizontal direction. The chemical composition of tobacco leaves was different between different layers after curing. The difference of nitrogen compound content was smaller. The content of total sugar and reducing sugar in the lower layer was slightly higher than that in the upper layer without significant differences. The results could provide the theoretical basis for guiding the reasonable tobacco-loading and optimizing the curing technology for bulk curing barn.

KeywordsBulk curing barn； Temperature； Relative humidity； Distribution

密集烤房是目前我國(guó)烤煙主要烘烤設(shè)備[1]。烘烤過程中密集烤房提供的熱氣流與煙葉本身的水分相互作用在烤房?jī)?nèi)形成一個(gè)微環(huán)境，為煙葉內(nèi)部生物化學(xué)反應(yīng)、形成特定的外觀及內(nèi)在品質(zhì)提供適宜條件。有關(guān)烤房?jī)?nèi)溫濕度和氣流變化前人做了一定的研究，唐力為[2]報(bào)道，烘烤過程中烤房?jī)?nèi)各區(qū)域間同一時(shí)間點(diǎn)的溫濕度普遍存在差異，主要反映在不同區(qū)域中調(diào)制的升溫穩(wěn)溫方式的差異、排濕速率的差異以及不同烘烤工藝溫度段所經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)短的差異等方面。王勇軍等[3] 研究了變黃階段、定色階段、干筋階段垂直方向風(fēng)速和水平風(fēng)速對(duì)烘烤的影響。趙華武[4]l現(xiàn)密集烘烤過程中，煙葉葉片水分的散失與烘烤進(jìn)程關(guān)系密切，定色期失水量和失水速度最大。董艷輝[5]研究了密集烘烤過程中煙葉溫度與烤房環(huán)境因子的關(guān)系。包亞峰[6]利用多孔介質(zhì)得到了烤房部分溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)分布。烤房?jī)?nèi)溫濕度通過影響煙葉的酶活性，影響烤后煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，最終會(huì)使各區(qū)域煙葉的吸食品質(zhì)有明顯差異[7-13]。但對(duì)于機(jī)械通風(fēng)密集烤房?jī)?nèi)溫濕度變化動(dòng)態(tài)的量化研究鮮有報(bào)道。本文研究了氣流下降式密集烤房烘烤過程中不同空間不同時(shí)間溫濕度分布動(dòng)態(tài)及其對(duì)煙葉品質(zhì)的影響，旨為密集烤房合理裝煙及烘烤工藝有效掌控提供理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1供試材料

供試煙葉：烤煙品種K326，選取同一地塊生長(zhǎng)狀況、成熟度一致的中部煙葉，含水率平均為84.2%。

供試烤房：氣流下降式密集烤房，符合國(guó)煙辦綜[2009]418號(hào)文件要求，裝煙室8.0 m×2.7 m×3.5 m，烤房風(fēng)機(jī)型號(hào)為7號(hào)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)中電機(jī)功率2.2 kW/h。

測(cè)試儀器：深圳市華圖測(cè)控系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的HE174溫濕度自動(dòng)記錄儀。

試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)：2015年山東省沂水金旭煙農(nóng)專業(yè)合作社烘烤試驗(yàn)基地；2016年山東省諸城鑫興煙農(nóng)專業(yè)合作社烘烤基地；山東農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草實(shí)驗(yàn)站園。文中所用數(shù)據(jù)為三地兩年平均值。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1裝煙方式采用掛竿方式，掛煙三層，每個(gè)烤房共裝煙336竿，每竿煙葉質(zhì)量在（10±0.2）kg，煙竿均勻分布在裝煙室內(nèi)。

1.2.2溫度和相對(duì)濕度的測(cè)定將27個(gè)溫濕度自動(dòng)記錄儀均勻放置于烤房裝煙室內(nèi)上、中、下三層，每層九個(gè)，每層記錄儀分布如圖1所示。前部是指靠近加熱室煙葉區(qū)域，后部是指靠近烤房門煙葉區(qū)域。按照八點(diǎn)式烘烤工藝烘烤，烘烤結(jié)束后取出記錄儀并輸出數(shù)據(jù)，分析結(jié)果。

1.2.3煙葉烘烤情況測(cè)定烘烤后在烤房每層各個(gè)測(cè)量點(diǎn)附近隨機(jī)選取三竿煙調(diào)查烤青率和烤褐率?？厩嗦剩?）=含青煙葉/調(diào)查煙葉總數(shù)×100；烤褐率（%）=含褐煙葉/調(diào)查煙葉總數(shù)×100。

1.2.4煙葉常規(guī)化學(xué)成分的檢測(cè)烘烤結(jié)束后取上、中、下層代表性區(qū)域C3F進(jìn)行常規(guī)成分分析。煙堿含量測(cè)定采用紫外分光光度法； 水溶性總糖含量采用乙醇提取， 蒽酮比色法測(cè)定； 還原糖含量測(cè)定采用苦味酸法； 總氮含量測(cè)定采用濃硫酸-雙氧水消化法。

2結(jié)果與分析

2.1烤房濕度時(shí)空分布

2.1.1垂直相對(duì)濕度分布動(dòng)態(tài)變黃期垂直方向相對(duì)濕度變化動(dòng)態(tài)如圖2所示，圖中所用數(shù)據(jù)為每層9點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值（下同）。

烘烤變黃期是煙葉調(diào)制的重要時(shí)期，變黃期可分為前期烤房密閉氣體循環(huán)階段和后期排濕階段。

變黃前期烤房密閉熱氣體循環(huán)階段：烤房垂直方向相對(duì)濕度均在97%以上，相對(duì)濕度差在3%以內(nèi)，相對(duì)濕度穩(wěn)定。變黃后期排濕階段：不同層間相對(duì)濕度差逐漸增大，上層的相對(duì)濕度下降速度最快，變黃期結(jié)束降低至59.5%；下層相對(duì)濕度降低速度最慢，變黃期結(jié)束時(shí)相對(duì)濕度為71.8%，垂直方向相對(duì)濕度差為12.3個(gè)百分點(diǎn)。

定色期垂直相對(duì)濕度差逐漸減小，定色期結(jié)束時(shí)垂直相對(duì)濕度差為4.1個(gè)百分點(diǎn)，中層和上層間的相對(duì)濕度差小于中層和下層間。定色期是煙葉逐漸干燥的時(shí)期，由于上層煙葉先干燥，使垂直方向濕度相差比較大（圖3）。

干筋期垂直濕度差逐漸減小，當(dāng)烤房濕度整體降低至10%時(shí)，垂直濕度差不超過1個(gè)百分點(diǎn)，烘烤結(jié)束時(shí)不同區(qū)域濕度為7%（圖4）。

2.1.2烤房水平方向相對(duì)濕度變化動(dòng)態(tài)變黃期水平方向相對(duì)濕度變化如圖5所示，僅以中層相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)分析（下同）。變黃前期密閉循環(huán)階段烤房?jī)?nèi)水平方向的相對(duì)濕度基本一致，相對(duì)濕度都在95%以上，相對(duì)濕度差在2個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)。變黃后期排濕階段各區(qū)域相對(duì)濕度差逐漸變大，最大水平相對(duì)濕度差出現(xiàn)在變黃后期相對(duì)濕度迅速下降階段，前部和中部相對(duì)濕度差在3個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)，但后部的相對(duì)濕度明顯低于中部和前部。

定色期烤房?jī)?nèi)的煙葉逐步干燥，相對(duì)濕度逐漸下降，烤房后部相對(duì)濕度最低，前部相對(duì)濕度最高。水平相對(duì)濕度差先增大后減小，最大水平相對(duì)濕度差在定色前期，為8.9個(gè)百分點(diǎn)?？痉壳爸胁吭诙ㄉ捌谙鄬?duì)濕度差小于中后部，定色后期則相反（圖6）。

干筋期烤房前部相對(duì)濕度高于中部和后部，中部和后部相對(duì)濕度差明顯小于前部和中部。隨干筋期延長(zhǎng)水平相對(duì)濕度差逐漸減小，當(dāng)烤房濕度整體降低至8%時(shí)，水平面各區(qū)域相對(duì)濕度基本相等。

2.2烤房溫度時(shí)空變化動(dòng)態(tài)

2.2.1垂直方向溫度變化動(dòng)態(tài)變黃期垂直方向溫度變化如圖8所示，上層溫度最高，下層溫度最低。變黃前期烤房密閉氣流內(nèi)循環(huán)階段上下層間的溫度差在1℃以內(nèi)；變黃后期排濕階段垂直溫度差逐漸增大，最大溫度差為2.6℃。

定色期仍為上層溫度最高，下層最低，上層和中層間溫度差大于中層和下層。隨著溫度逐漸升高，垂直溫度差緩慢增大，最大上下層溫度差為3.4℃（圖9）。

干筋前期溫度迅速升高，垂直溫度差達(dá)整個(gè)烘烤過程中最大值，為4.1℃。隨后垂直溫度差逐漸減小，溫度升到68℃時(shí)垂直溫度差明顯減小，烘烤結(jié)束時(shí)垂直溫度差在0.5℃以內(nèi)（圖10）。

2.2.2水平方向溫度變化動(dòng)態(tài)變黃期前期烤房處于氣流內(nèi)循環(huán)的密閉狀態(tài)，水平面不同區(qū)域溫度差在0.5℃內(nèi)，變黃后期通風(fēng)排濕階段烤房不同區(qū)域間溫度差逐漸增大，變黃期結(jié)束時(shí)最大水平溫度差為1.3℃（圖11）。

定色期后部溫度高于中部高于前部，水平溫度差緩慢增大，定色期結(jié)束時(shí)水平最大溫度差為1.5℃（圖12）。

干筋前期溫度迅速升高階段，水平溫度差達(dá)到烘烤過程中最大值，為2.9℃，之后逐漸減小，干筋后期不同區(qū)域水平溫度基本相等（圖13）。

2.3烘烤關(guān)鍵溫度點(diǎn)烤房溫度差和相對(duì)濕度差

八點(diǎn)式烘烤工藝關(guān)鍵溫度點(diǎn)垂直和水平溫濕度差表1。

由表1可知，42℃時(shí)平均垂直相對(duì)濕度差最高達(dá)14.733個(gè)百分點(diǎn)，38℃最低為1.591個(gè)百分點(diǎn)，38℃至42℃平均垂直相對(duì)濕度差逐漸升高，42℃至68℃逐漸減??；42℃時(shí)平均水平相對(duì)濕度差最高為9.542個(gè)百分點(diǎn)，68℃時(shí)最低為1.059個(gè)百分點(diǎn)，平均垂直相對(duì)濕度差高于平均水平相對(duì)濕度差； 54℃時(shí)平均垂直溫度差最高為3.172℃，38℃時(shí)最低為0.438℃； 54℃時(shí)平均水平溫度差最高為1.569℃，38℃時(shí)最低為0.193℃，平均水平溫度差明顯低于平均垂直溫度差。

2.4密集烤房不同層間烘烤效果比較

由表2可知，上層煙葉相對(duì)于下層煙葉含青率較高，烤褐率較低；煙堿、總氮含量不同層次煙葉間差異較??；總糖和還原糖含量下層煙葉略高于中層和上層，但未達(dá)到顯著差異；糖堿比集中于8.68～9.42之間，下層煙葉略高于中層和上層。

3討論

本研究結(jié)果是在烤房風(fēng)機(jī)型號(hào)為7號(hào)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)中電機(jī)功率2.2 kW/h的情況下測(cè)定的，風(fēng)機(jī)功率增大時(shí)根據(jù)張樹堂等[18]研究，烘烤前期前中后部的溫濕度差亦隨之加大，烘烤后期溫濕度差減??；相反當(dāng)風(fēng)機(jī)型號(hào)和電機(jī)功率減小到一定程度時(shí)，前中后部的溫濕度差會(huì)出現(xiàn)與本結(jié)論相反的結(jié)果，即前部溫度高濕度低，后部溫度低濕度高，具體數(shù)據(jù)有待于進(jìn)一步研究。

本研究中變黃前期溫濕度變化小，變黃后期和定色期大，干筋期小，這與普通烤房烘烤過程中垂直方向溫濕度差異變化規(guī)律不同[19]，主要原因?yàn)槠胀痉績(jī)?nèi)氣體對(duì)流弱，導(dǎo)致其變黃前期不同層次溫濕度差大于定色期和干筋期；而密集烤房由于有機(jī)械通風(fēng)導(dǎo)致烤房?jī)?nèi)氣體對(duì)流較強(qiáng)，再加上本期燒火較小，因而導(dǎo)致變黃前期烤房?jī)?nèi)垂直方向溫濕度差反而比定色期小。

氣流下降式烤房的水平相對(duì)濕度差在變黃期和定色期都小于垂直相對(duì)濕度差，但在干筋前期大于垂直相對(duì)濕度差，與包亞峰[6]的結(jié)論一致。

4結(jié)論

氣流下降式密集烤房在烘烤過程中裝煙室內(nèi)垂直方向不同裝煙層溫度分布規(guī)律為上層高于中層高于下層，相對(duì)濕度分布規(guī)律為上層低于中層低于下層。水平方向不同區(qū)域溫度分布規(guī)律均為前部低于中部低于后部，相對(duì)濕度分布規(guī)律為前部高于中部高于后部。隨烘烤進(jìn)程溫濕度差異變化規(guī)律為：變黃前期小，變黃后期及定色期大，干筋期又逐漸變小。垂直溫度和相對(duì)濕度差大于水平溫度和相對(duì)濕度差。

氣流下降式密集烤房不同層間煙葉烘烤效果存在一定差異：上層（迎風(fēng)層）相對(duì)于下層煙葉烤青率較高，烤褐率較低；烤后煙葉煙堿、總氮含量不同層次間差異較小；煙葉總糖和還原糖含量下層略高于上層，但未達(dá)到顯著差異。

參考文獻(xiàn)：

[1]王衛(wèi)峰，陳江華，宋朝鵬，等.密集烤房的研究進(jìn)展[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2005，26（3）：12-14.

[2]唐力為.密集烤房中溫濕度分布狀況及其對(duì)煙葉化學(xué)和外觀品質(zhì)的影響[D].雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[3]王勇軍，陳付軍，余金恒，等.不同風(fēng)機(jī)、電機(jī)配置對(duì)密集式烤房烘烤性能的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（12）：45-48.

[4]趙華武.密集烘烤過程中烤煙葉片水分、電特性和葉間風(fēng)速變化的研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[5]董艷輝. 密集烘烤過程中煙葉溫度與烤房環(huán)境因子關(guān)系及對(duì)烘烤質(zhì)量的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2014.

[6]包亞峰.煙葉烘烤過程中的熱濕分析與優(yōu)化[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[7]宮長(zhǎng)榮，何寬信， 孫兆雙， 等.密集式烘烤[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社， 2007.

[8]閆克玉，趙銘欽.煙草原料學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[9]董志堅(jiān)，陳江華， 宮長(zhǎng)榮.煙葉烘烤過程中不同變黃和定色溫度下主要化學(xué)組成變化的研究[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2000（3）：21-24.

[10]楊立均，宮長(zhǎng)榮.烘烤過程中煙葉葉綠素的降解及其c化學(xué)成分的相關(guān)分析[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2002（2）：5-7.

[11]宮長(zhǎng)榮，袁紅濤，陳江華.烘烤過程中環(huán)境濕度和煙葉水分與淀粉代謝動(dòng)態(tài)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2003， 36（2）：155-158.

[12]王行， 凌壽軍， 宋守曄， 等.烘烤過程中溫濕度與煙葉淀粉含量及淀粉酶活性變化的關(guān)系[J].煙草科技，2004（11）：33-35.

[13]王愛華，徐秀紅，王松峰，等.變黃溫度對(duì)烤煙烘烤過程中生理指標(biāo)及烤后質(zhì)量的影響[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào)， 2008， 14（1）：27-31.

[14]唐春閨.密集烤房空氣狀態(tài)及烘烤過程中煙葉生理生化變化的研究[D].長(zhǎng)沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2006.

[15]宮長(zhǎng)榮， 劉霞， 王衛(wèi)峰.密集烘烤溫濕度條件對(duì)煙葉生理生化特性和品質(zhì)的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2007， 35（6）：77-82.

[16]賀帆， 王濤， 王戰(zhàn)義，等.變黃期不同溫濕度對(duì)烘烤中煙葉蛋白質(zhì)降解及酶活性的影響[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào)， 2014， 20（5）：80-86.

[17]王懷珠， 楊煥文， 郭紅英. 烘烤過程中溫濕度對(duì)烤煙淀粉降解及相關(guān)酶活性的影響[J].作物學(xué)報(bào)， 2006， 32（2）：313-316.

篇2

關(guān)鍵詞：混凝土相對(duì)濕度Boltzmamn變量質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)

產(chǎn)生混凝土表面裂縫的一個(gè)重要因素是混凝土表面的干縮應(yīng)力或濕差應(yīng)力.混凝土表面的濕度梯度，以及由此而產(chǎn)生的濕差應(yīng)力，取決于混凝土的濕擴(kuò)散速度.由于混凝土的濕擴(kuò)散速度(以質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dm表示)強(qiáng)烈地依賴于混凝土本身的濕度狀態(tài)[1]，且由于混凝土的含濕狀態(tài)難以準(zhǔn)確地測(cè)量，所以，長(zhǎng)期以來(lái)，混凝土濕度控制方程的求解進(jìn)展緩慢，混凝土的表面裂縫問題在理論上并沒有很好地解決.本文利用混凝土內(nèi)部的相對(duì)濕度H與混凝土的體積含濕率ω(或重量含濕率)在一定濕度范圍內(nèi)的線性關(guān)系H=f(ω)=Kω+B(見圖1)[2]，在等溫環(huán)境下，測(cè)試了第一飽和狀態(tài)下混凝土與碾壓混凝土向非飽和空氣介質(zhì)傳濕的全過程，得到了相對(duì)濕度從70%到100%范圍內(nèi)，兩種混凝土的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，為進(jìn)一步研究混凝土的溫濕度耦合作用打下基礎(chǔ).

圖1混凝土材料相對(duì)濕度與重量含濕率

1混凝土濕度擴(kuò)散方程與Boltzmamn變量

文獻(xiàn)[3]研究了多孔介質(zhì)溫濕度耦合控制方程.在特定尺度意義下，混凝土是一種典型的多孔介質(zhì).忽略重力的影響，并將孔隙中蒸汽壓力與毛細(xì)吸力轉(zhuǎn)化為溫度與濕度的函數(shù)后，混凝土的濕度擴(kuò)散方程可以簡(jiǎn)單地表示為[3]：

(1)

式中：Dm為在沒有溫度變化的情況下混凝土濕份遷移的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，單位：m2/h，它是混凝土散濕能力與保濕能力的綜合表示，表明物體內(nèi)部濕度趨于一致的能力，它實(shí)際上是含濕度的函數(shù)，即Dm=Dm(ω)，正是由于這一關(guān)系，使得式(1)成為了經(jīng)典的非線性微分方程，使理論解法幾乎失去可能；Dt為溫度變化引起濕份遷移的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，簡(jiǎn)稱熱質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，單位：m2/h℃.為了使問題得到簡(jiǎn)化，假設(shè)介質(zhì)與環(huán)境的初始溫度是均勻的，且在等溫環(huán)境中濕分?jǐn)U散引起的混凝土溫度改變可以忽略不計(jì)[3]，那么式(1)可變?yōu)?/p>

(2)

基于混凝土濕分表示的線性假定，H=Kω+B，式(2)的另一種表達(dá)式為：

(3)

相應(yīng)地，Dm=Dm(ω)變成Dm=Dm(H).一種求質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的方法是Bruce和Klute在研究土壤的入滲問題時(shí)提出來(lái)的[4].其基本思路是：在一維情況下，假定混凝土干燥前沿的推進(jìn)速率反比于τ1/2，那么，單位面積混凝土的累計(jì)散濕量I就正比于τ1/2，即I=Sτ1/2.其中，S為混凝土的干燥度.事實(shí)上，按物理意義，從τ0時(shí)刻到τ時(shí)刻，單位面積混凝土的累計(jì)散濕量(H1為τ時(shí)刻混凝土的相對(duì)濕度，H0為τ0時(shí)混凝土的初始相對(duì)濕度，x為測(cè)點(diǎn)離散濕表面的距離)，于是

（4）

其中Boltzmamn變量η=xτ-1/2，也就是根據(jù)復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)規(guī)則，可將式(2a)變成：

d/dη(DmdH/dη)+1/2ηdH/dη=0(4)

顯然，H=H(η)或η=η(H)均是式(2a)的解.由式(4)經(jīng)代數(shù)運(yùn)算即可以得：

篇3

通過靜態(tài)稱重法和干濕杯法測(cè)得了加氣混凝土在15、25和35 ℃下的等溫吸放濕曲線和蒸汽滲透系數(shù)，討論了蒸汽滲透系數(shù)的變物性取值方法，并與《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50176-93）中的取值進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，加氣混凝土的等溫吸放濕曲線和蒸汽滲透系數(shù)在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)受溫度影響不大。該取值方法能針對(duì)吸濕過程，在中等相對(duì)濕度（60%～80%）或者整個(gè)典型建筑環(huán)境相對(duì)濕度（40%～95%）范圍內(nèi)計(jì)算得到與規(guī)范規(guī)定值基本相同的平均蒸汽滲透系數(shù)。此外，該方法能推廣到各種多孔材料，針對(duì)吸濕或放濕過程，在各相對(duì)濕度范圍內(nèi)得到準(zhǔn)確的蒸汽滲透系數(shù)。

關(guān)鍵詞：

加氣混凝土，滲透系數(shù)，等溫吸放濕曲線，變物性

理解和控制建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的濕分傳遞與儲(chǔ)存過程可以幫助人們延長(zhǎng)建筑構(gòu)件的使用壽命[12]，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗[34]，緩和室內(nèi)溫濕度的波動(dòng)[5]，并提高室內(nèi)空氣品質(zhì)[67]。分析建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中濕分傳遞的方法有很多種。長(zhǎng)期以來(lái)，Glaser提出的穩(wěn)態(tài)蒸汽滲透模型被廣泛用于工程實(shí)踐，甚至成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（EN ISO 13788[8]）。中國(guó)的《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50176—93）[9]也采用該計(jì)算方法。該模型其實(shí)源于菲克定律，其表達(dá)式為：式中：qv為蒸汽傳遞速率，單位為kg/（m2·s），工程常用單位為g/（m2·h）；μ為蒸汽滲透系數(shù)，單位為kg/（m·s·Pa），工程常用單位為g/（m·h·Pa）；Pv/x為蒸汽傳遞方向上的蒸汽壓力梯度，Pa/m。

馮馳，等：加氣混凝土蒸汽滲透系數(shù)的變物性取值方法

Glaser模型雖然簡(jiǎn)單易用，但在很多計(jì)算中表現(xiàn)出的精度較差。這主要是由兩方面原因引起的：一方面，Glaser模型是純蒸汽滲透的一維穩(wěn)態(tài)模型，而在實(shí)際過程中，濕分的傳遞常常是非一維、非穩(wěn)態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)濕分同時(shí)傳遞的。因此，近年同時(shí)考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱量、空氣和濕分傳遞的多維多相瞬態(tài)模型得到了大量關(guān)注[1013]。另一方面，Glaser模型中涉及的關(guān)鍵物性參數(shù)——蒸汽滲透系數(shù)μ是溫度與材料含濕量的函數(shù)。而在中國(guó)規(guī)范中，這一物性參數(shù)卻被取為定值[9]，因而大大影響了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果能更準(zhǔn)確的對(duì)蒸汽滲透系數(shù)取值，那么計(jì)算的精度必然得到提高。

筆者以加氣混凝土為例，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得了其等溫吸放濕曲線和蒸汽滲透系數(shù)，討論了蒸汽滲透系數(shù)的變物性取值方法，并與現(xiàn)有規(guī)范中的取值進(jìn)行了對(duì)比。

1實(shí)驗(yàn)方法

所用加氣混凝土的密度符合B07標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度等級(jí)為A5.0。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，加氣混凝土砌塊已在自然狀態(tài)下放置1 a以上。等溫吸放濕曲線和蒸汽滲透系數(shù)的測(cè)試都在華南理工大學(xué)建筑節(jié)能研究中心的人工氣候室內(nèi)完成。2個(gè)性質(zhì)的測(cè)試都分別在15、25和35 ℃下進(jìn)行，溫度控制精度為± 0.2 ℃。

1.1等溫吸放濕曲線的測(cè)定

等溫吸放濕曲線的測(cè)定采用靜態(tài)稱重法，主要參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 12571[14]進(jìn)行（圖1）：將加氣混凝土砌塊切割成4 cm×4 cm×2 cm的試件，烘干至恒重后放入內(nèi)部空氣相對(duì)濕度不同的干燥器內(nèi)吸濕，每隔一段時(shí)間取出各試件分別稱重。待吸濕達(dá)到平衡后，將在較高相對(duì)濕度下吸濕平衡的試件取出，放入較低相對(duì)濕度的干燥器內(nèi)進(jìn)行放濕直至平衡。干燥器內(nèi)部空氣的相對(duì)濕度用8種飽和鹽溶液（LiCl、MgCl2、K2CO3、NaBr、NaCl、KCl、KNO3和K2SO4）控制。

稱重所用的分析天平精度達(dá)萬(wàn)分之一克。在連續(xù)3次稱重（間隔24 h以上）結(jié)果變化不超過0.1%的情況下認(rèn)為已達(dá)到平衡，取3次稱重結(jié)果的平均值作為最終結(jié)果。計(jì)算每個(gè)試件的平衡含濕量，然后計(jì)算同一工況下4個(gè)試件的平均值。

1.2蒸汽滲透系數(shù)的測(cè)定

蒸汽滲透系數(shù)的測(cè)定采用干濕杯法，主要參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 12572[15]進(jìn)行（圖2）：將加氣混凝土砌塊切割成直徑12 cm、厚3 cm的圓餅狀試件，用精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量每個(gè)試件的尺寸。將試件在一定溫度和相對(duì)濕度下預(yù)處理后，封裝在透明玻璃容器的口部。用石蠟和凡士林的混合物密封。容器內(nèi)裝有約200 mL飽和鹽溶液及一定量的未溶解的鹽，液面上方和試件下表面之間有約2～3 cm厚的空氣層。封裝了試件的玻璃容器放入乘有飽和鹽溶液或干燥劑的干燥器內(nèi)。干燥器內(nèi)部裝有小風(fēng)扇，在測(cè)試期間一直保持運(yùn)行，以保證干燥器內(nèi)部空氣的運(yùn)動(dòng)。試件兩側(cè)的相對(duì)濕度對(duì)共有3組，大約為0～40%，40%～80%和80%～95%，具體數(shù)值因測(cè)試溫度的不同而略有變化。

用氣壓計(jì)記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中人工氣候室內(nèi)的氣壓，精確到10 Pa。每個(gè)工況下均用3～6個(gè)試件進(jìn)行平行測(cè)試。每隔3～4 d對(duì)試件及其密封的玻璃容器進(jìn)行一次稱重，并用直尺測(cè)量空氣層厚度。天平精度為0.01 g，直尺精度為1 mm。在重量變化速率穩(wěn)定后，連續(xù)稱量7次。計(jì)算試件的蒸汽滲透系數(shù)時(shí)，空氣層厚度、氣壓等因素均已修正。整個(gè)稱重過程結(jié)束后，從容器口處取出試件，迅速砸碎并用烘干法測(cè)量試件中心部分的平衡含濕量。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1等溫吸放濕曲線

圖3為測(cè)得的加氣混凝土試件在各溫度和相對(duì)濕度下的平衡含濕量散點(diǎn)圖。其中，不同溫度下的數(shù)據(jù)點(diǎn)未在圖中加以區(qū)分，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，在實(shí)驗(yàn)的溫度范圍內(nèi)溫度對(duì)加氣混凝土的等溫吸放濕曲線影響不大。從圖3可以看出，加氣混凝土的毛細(xì)滯后效應(yīng)明顯，因此應(yīng)該用吸濕曲線和放濕曲線分別描述吸濕和放濕過程。

2.2蒸汽滲透系數(shù)

圖4為測(cè)得的加氣混凝土試件在各溫度和平衡含濕量下的蒸汽滲透系數(shù)散點(diǎn)圖。與圖3類似，不同溫度下的數(shù)據(jù)點(diǎn)也未加以區(qū)分。

3蒸汽滲透系數(shù)的變物性取值方法

3.1取值方法

許多學(xué)者都將蒸汽滲透系數(shù)直接表達(dá)為環(huán)境相對(duì)濕度的單值函數(shù)[2021]。但事實(shí)上，蒸汽滲透系數(shù)應(yīng)該是材料含濕量的單值函數(shù)。對(duì)于加氣混凝土這樣有明顯毛細(xì)滯后現(xiàn)象的材料而言，即使環(huán)境相對(duì)濕度相同，材料的平衡含濕量也可能因?yàn)槲艥襁^程的不同而存在很大的差異，所以，一個(gè)相對(duì)濕度其實(shí)對(duì)應(yīng)了兩個(gè)蒸汽滲透系數(shù)。由此可見，將蒸汽滲透系數(shù)表達(dá)為相對(duì)濕度的單值函數(shù)是不合理的。

然而，環(huán)境相對(duì)濕度是一個(gè)比材料含濕量更容易獲得且非常常用的參數(shù)。若能將材料的蒸汽滲透系數(shù)表達(dá)為相對(duì)濕度的函數(shù)，則能大大方便實(shí)際應(yīng)用。從上述分析可知，這么做是有一定代價(jià)的：即對(duì)于有明顯毛細(xì)滯后現(xiàn)象的材料而言，應(yīng)該有2個(gè)函數(shù)分別針對(duì)吸濕和放濕過程，在不同工況下予以采用。將式（1）～（3）合并，并假定環(huán)境相對(duì)濕度沒有劇烈變化，材料與環(huán)境的吸放濕過程始終處于（準(zhǔn)）動(dòng)態(tài)平衡，則可以得到加氣混凝土在吸濕和放濕過程中蒸汽滲透系數(shù)與相對(duì)濕度的關(guān)系曲線（圖5）。

從圖5可見，吸放濕過程對(duì)應(yīng)的蒸汽滲透系數(shù)有明顯差異，而且相對(duì)濕度越高，差異越明顯。這主要是因?yàn)榧託饣炷恋拿?xì)滯后效應(yīng)在較高相對(duì)濕度下更為明顯。此外，在相對(duì)濕度超過90%后，加氣混凝土的蒸汽滲透系數(shù)隨相對(duì)濕度的增加而迅速變大。此時(shí)，蒸汽的傳遞已不再是濕傳遞的主要機(jī)制，液態(tài)水的遷移起到了更加重要的作用。

篇4

關(guān)鍵詞：四川榿木；樹干液流；熱脈沖

中圖分類號(hào)：S785文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1674-9944-（2013）10-0001-04

1引言

蒸騰耗水量是樹木生理水分的重要參數(shù)，由于樹體高大，變異復(fù)雜，冠部直接測(cè)定非常不便，而樹干木質(zhì)部部位上升液流速度及液流量制約著整株樹木的蒸騰量，因而通過對(duì)樹干液流的測(cè)定，可以快速簡(jiǎn)捷確定樹冠蒸騰耗水量的大小。熱脈沖法能基本保持樹木的生長(zhǎng)狀態(tài)不變而獲得對(duì)樹木蒸騰指標(biāo)的度量。本文通過對(duì)四川榿木（Alnus cremastogyme Burk）的樹干液流規(guī)律進(jìn)行研究，討論了四川榿木對(duì)水分的需求，以期得出具有生產(chǎn)實(shí)際指導(dǎo)意義的結(jié)論。

2試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于江西省分宜縣大崗山國(guó)家級(jí)森林生態(tài)站，東經(jīng)114°30′～114°45′，北緯27°30′～27°50′，屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫為16.8℃，多年平均降水量為1590.9mm，年均蒸發(fā)量為1503.8mm。降水主要集中在4～6月份，占全年降水量的44.6%。樣地處于山谷地帶，為12年的人工純林，平均胸徑18cm，平均樹高14m，郁閉度為0.7，樹木生長(zhǎng)狀況良好；林下植被以草本為主并有少量灌木，土壤肥沃，土層深厚。

3材料與方法

在試驗(yàn)林內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查，2007年7月19日00：00時(shí)～7月20日24：00時(shí)，選擇生長(zhǎng)正常的一株標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行測(cè)定。

測(cè)定儀器：熱脈沖速度記錄儀（Heat Pulse Velocity Recorder，簡(jiǎn)稱HPVR）。它是基于熱脈沖技術(shù)。

熱脈沖速度記錄儀的安裝及有關(guān)參數(shù)的確定方法是：①在樣本登記表上記錄樣木位置并編號(hào)。②在樹干上距地面1m高處用木銼除去一圈死樹皮，并圍貼上5cm寬的膠帶。③在膠帶上用測(cè)樹卷尺準(zhǔn)確量取樹干直徑及周長(zhǎng)。④用指南針確定樹干上的東南西北4個(gè)方位，在膠帶上標(biāo)出相互等距的4個(gè)測(cè)點(diǎn)，作為不同深度探頭的安裝位點(diǎn)。⑤將已制備的鉆孔模板固定在測(cè)點(diǎn)上。鉆模厚20mm，長(zhǎng)50mm，寬20mm，其中線上有3個(gè)直徑2mm的小孔，上孔與中孔距離10mm，中孔與下孔距離5mm，選取1.80mm直徑的鉆頭，用微電鉆打孔至預(yù)定的深度。⑥用3根鋼棍插入3個(gè)孔中，將帶有不干膠的卡片緊貼其上，用解剖刀劃出鋼棍在卡片上的軌跡，按公式要求計(jì)算熱源與探頭的實(shí)際距離。⑦隨機(jī)確定不同深度探頭所對(duì)應(yīng)的儀器記錄通道，按不同深度插入探頭，并與通道相連接，在測(cè)定處中孔安裝熱脈沖注射器，上、下孔插入熱敏探頭，用鋁箔將安裝部位遮蔽，以避免太陽(yáng)輻射干擾。⑧連接電源（12V鉛酸電池）。⑨調(diào)零并設(shè)置儀器操作參數(shù)、日期、時(shí)間，取樣間隔為20min，脈沖持續(xù)時(shí)間為1.6s。⑩測(cè)定完成后將儀器內(nèi)存中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄至筆記本電腦上存儲(chǔ)。拆除探頭后，用生長(zhǎng)錐在每個(gè)測(cè)點(diǎn)處取樹干木質(zhì)部樣品，取樣確定心材與邊材半徑。在室內(nèi)用電子天平測(cè)其鮮重、干重值，并利用阿基米德定律稱取其體積，計(jì)算其樹液體積比率及木材體積比率（圖1）。

4結(jié)果與分析

4.1四川榿木樹干液流速率的日進(jìn)程

從圖2、圖3可以看出：無(wú)論是春季還是夏季，四川榿木樹干液流均表現(xiàn)出明顯的晝夜變化規(guī)律。從圖2中可以看出，在春季，6：00時(shí)液流開始明顯上升，并于12：00～13：00時(shí)達(dá)到峰值，然后開始緩緩下降，直至來(lái)日日出之前進(jìn)入低谷，呈明顯的單峰曲線；從圖3中可以看出，在夏季，5：00～6：00時(shí)液流開始明顯上升，11：00～12：00時(shí)達(dá)到一個(gè)峰值，然后迅速下降，并于13：00～14：00時(shí)達(dá)到一個(gè)較低值；在14：00～15：00時(shí)又達(dá)到一個(gè)峰值，然后開始緩緩下降，直至來(lái)日日出之前進(jìn)入低谷，呈明顯的雙峰曲線，即低谷“午休”現(xiàn)象。

四川榿木在夜間有上升液流存在。Kramer指出，水分吸收有兩種機(jī)理：常見于緩慢蒸騰植物的主動(dòng)吸收和在迅速蒸騰植物中占據(jù)優(yōu)勢(shì)并發(fā)生在大多數(shù)木本植物中的被動(dòng)吸收，主動(dòng)吸收是由于根壓的作用[1]。夜間由于蒸騰速率基本為零，不會(huì)有大量的水分被樹木吸收，此時(shí)測(cè)得莖中木質(zhì)部中上升液流的存在，推測(cè)原因只能是根壓使然[2～4]。

4.2四川榿木樹干液流量的計(jì)算

熱脈沖方法中樹干液流量的計(jì)算公式為：

Q=Vs·As

式中：Q為樹干液流量（kg/d）；Vs為液流速度（g·cm2·hr-1）；As為邊材面積（cm2）。

把測(cè)定結(jié)果代入公式，得到不同樹種年樹干液流量。經(jīng)過計(jì)算四川榿木的年樹干液流量為2.92t/yr；單位面積的年液流通量為11.107kg/cm2。

4.3樹干液流對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)

樹干液流的變化除了受到樹木的生物學(xué)結(jié)構(gòu)、土壤供水水平影響外，還受到周圍氣象因子的制約。本研究選擇了夏季四川榿木生長(zhǎng)旺季的液流速率作為因變量，分析太陽(yáng)輻射強(qiáng)度（ESR）、空氣溫度（Ta）、空氣相對(duì)濕度（RH）、土壤溫度（Ts）、飽和水氣壓（Pw）和風(fēng)速（Ws）等6個(gè)環(huán)境因子對(duì)其影響，并制圖，得到圖4至圖9。

從圖4和圖5可以看出，四川榿木樹干液流速率與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、空氣溫度和風(fēng)速的變化基本一致。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度由5：00左右零值，而后迅速上升，樹干液流的啟動(dòng)時(shí)間比凈輻射超過零值的時(shí)間滯后30min，在5：30開始有明顯的啟動(dòng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和空氣溫度逐漸升高，樹干液流也隨之增大；樹干液流的峰值比太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和空氣溫度的峰值提前1h，于11：30左右達(dá)到高峰后急速減?。?h后又快速增加，并在15：30左右達(dá)到一個(gè)亞峰值，而后緩慢下降；在晚上21：00太陽(yáng)輻射強(qiáng)度達(dá)到零值而空氣溫度也降至較低值，液流仍維持在一定的水平，液流在22：00達(dá)到較小水平，整個(gè)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和空氣溫度都呈現(xiàn)單峰型曲線，而樹干液流日變化呈現(xiàn)雙峰型曲線。從圖9可以看出：林內(nèi)風(fēng)速的變化受大氣氣流運(yùn)動(dòng)的影響，風(fēng)速與樹干液流的日進(jìn)程基本一致，但對(duì)樹干液流的影響不如太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和空氣溫度、空氣相對(duì)濕度等強(qiáng)烈。風(fēng)速是通過影響空氣相對(duì)濕度間接影響樹干液流速率的：當(dāng)風(fēng)速越大時(shí)，空氣相對(duì)濕度就越低；風(fēng)速越小時(shí)，空氣相對(duì)濕度就越高[5]。

由圖6可見，四川榿木樹干液流速率與空氣相對(duì)濕度的變化規(guī)律相反，空氣相對(duì)濕度低的時(shí)候液流速率高，空氣相對(duì)濕度高的時(shí)候液流速率低。當(dāng)夜間至黎明空氣水汽接近飽和、相對(duì)濕度趨近100。葉子與大氣的界面系統(tǒng)水勢(shì)梯度接近0值，葉子蒸發(fā)量低，樹干液流通量低；白天空氣相對(duì)濕度下降，界面系統(tǒng)的水勢(shì)梯度增大，水分蒸發(fā)增強(qiáng)，樹干液流也加快；當(dāng)相對(duì)濕度還沒有達(dá)到最?。?0：00～11：00），樹干液流已選最大，相對(duì)濕度繼續(xù)減小至最低，樹木的自保護(hù)機(jī)制起作用，部分氣孔自動(dòng)關(guān)閉。樹液流動(dòng)下降，午后隨著輻射與氣溫的下降，相對(duì)濕度增大，氣孔開放，樹液流動(dòng)又上升，相對(duì)濕度繼續(xù)增大，水勢(shì)梯度減小，樹液流動(dòng)再次下降，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)反彈，表現(xiàn)為多個(gè)峰值，直至凌晨5：00液流降至最低值。

圖7中可以看出，不同土層的土壤溫度的變化是不一致的：10cm層和20cm層的土壤溫度變化幅度大，且變化趨勢(shì)與樹干液流速率較為一致。40cm層和100cm層的土壤溫度變化不明顯，而樹干液流速率的變化呈雙峰曲線。液流速率隨著土壤溫度的升高而升高，這與Cochard等[6]的研究結(jié)果一致：土壤溫度的變化主要集中在近地表層（40cm以上）；夜晚低，白天高，在一天當(dāng)中的變化呈單峰曲線。土壤溫度波動(dòng)滯后于空氣溫度的變化2h，這是由于土壤巨大的熱容性及傳導(dǎo)阻力引起的[4，7，8]。樹干液流的峰值基本與空氣溫度的峰值同步，比土壤溫度的峰值要早2h。

從圖8中可以看出，在前24h，樹干液流速率與飽和水氣壓有較好的同步性；后48h，樹干液流速率受飽和水氣壓的影響不明顯。這主要是由于樹干液流速率不僅受到飽和水氣壓的影響，還受到其它環(huán)境因子和自身生理特性的影響，是由多種因子決定的。不少學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飽和水氣壓值偏高時(shí)，植物的氣孔導(dǎo)度會(huì)大幅下降，因而會(huì)限制蒸騰[9]。在晴天空氣溫度、空氣相對(duì)濕度隨著輻射強(qiáng)度的變化而變化。而蒸汽壓虧缺是溫度和空氣相對(duì)濕度的函數(shù)，隨著輻射增高而隨之增加[9]。

2013年11月綠色科技第11期4.4樹干液流與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

樹木液流的變化除了受到樹木本身的冠層結(jié)構(gòu)、氣孔開度、樹干水力結(jié)構(gòu)和根系水力傳導(dǎo)特性等生物學(xué)結(jié)構(gòu)影響，也受土壤水分狀況、氣象因子等外界環(huán)境因子的制約。建立外界環(huán)境因子與樹干液流的數(shù)量關(guān)系，不但能揭示氣象因子對(duì)植物水分生理變化的影響，而且能利用氣象參數(shù)預(yù)測(cè)樹木的耗水量。

選取2007年7月18日～21日72h的環(huán)境因子與樹干液流速率用DPS7.05進(jìn)行逐步回歸分析。結(jié)果四川榿木樹干液流與環(huán)境因子的回歸模型為：

Y（四川榿木）=50.307-0.0005ESR+0.568Ta-2.693Ts+0.892Pw-0.282Ws。

式中，Y為液流流速，Esr為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，Ta為空氣溫度，Ts為土壤溫度，Pw為飽和水氣壓，Ws為風(fēng)速。決定系數(shù)=0.83。可以通過這個(gè)模型預(yù)測(cè)單株四川榿木的日蒸騰耗水量，了解水分平衡狀況。進(jìn)一步進(jìn)行偏相關(guān)分析，得到表2。

表2四川榿木偏相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)偏相關(guān)t檢驗(yàn)值p-值r（y，ESR）-0.14871.22180.2261r（y，Ta）0.7689.7430.0001r（y，Ts）-0.40133.55960.0007r（y，Pw）0.15291.25680.2132r（y，Ws）-0.16881.39130.1687

從表2可以看出，對(duì)四川榿木樹干液流速率影響因子由大到小依次為：太陽(yáng)輻射強(qiáng)度>飽和水氣壓>風(fēng)速>空氣溫度>土壤溫度。

5結(jié)語(yǔ)

（1）四川榿木樹干液流日出后（5：30～6：00）液流開始上升，并于11：00～17：00時(shí)到達(dá)峰值，然后迅速下降，19：00時(shí)速度變慢，至次日的日出之前液流微弱，但始終存在。

（2）四川榿木的單位面積的液流通量為11.107kg/cm2。

（3）樹干液流的日進(jìn)程與太陽(yáng)輻射、空氣溫度具有較好的生態(tài)學(xué)同步性；但同一株樹在不同時(shí)間.樹干液流的大小相差較大。

（4）四川榿木的液流速率在夏季與光合作用一樣在中午前后的低谷“午休” 現(xiàn)象。

（5）在夜晚時(shí)四川榿木樹干液流速率非常低，但總是存在，據(jù)此判斷四川榿木存在根壓。

（6）對(duì)四川榿木樹干液流速率影響力由大到小依次為：太陽(yáng)輻射強(qiáng)度>飽和水氣壓>風(fēng)速>空氣溫度>土壤溫度。

（7）四川榿木樹干液流與環(huán)境因子的回歸模型為：

Y（四川榿木）=50.307-0.0005Esr+0.568Ta-2.693Ts+0.892Pw-0.282Ws。

參考文獻(xiàn)：

[1] Kramer P J，Kozlowski T T.Physiology of woody plants[M].NewYork：Academic Press，1979.

[2] Granier A.Evaluation of transpiration in a Douglas-fir stand by means of sap flow measurement[J].Tree Physio1，1987（3）：309～319.

[3] 李海濤.用于測(cè)定樹干木質(zhì)部蒸騰液流的熱脈沖技術(shù)研究概況[J].植物學(xué)通報(bào)，1997，14（4）：517～534.

[4] 李海濤，陳靈芝.應(yīng)用熱脈沖技術(shù)對(duì)棘皮樺和五角楓樹干液流的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，20（1）：1～6.

[5] 劉奉覺，鄭世鍇，巨關(guān)升，等.樹木蒸騰耗水測(cè)算技術(shù)的比較研究[J].林業(yè)科學(xué)，1997，33（2）：117～126.

[6] Cochard H，Rodolphe M，Patrick G，et al 2000.Temperature ef.fects on hydraulic conductance and water relations of Qbtercus robur[J].J Exp Bot，51（348）：1255～1259.

[7] 孫慧珍，周曉峰，趙惠勛.白樺樹干液流的動(dòng)態(tài)研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22（9）：1387～1391.

篇5

關(guān)鍵詞：蒸汽滲透理論 相對(duì)濕度 冷凝驗(yàn)算 蒸汽分壓力

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所隔開的室內(nèi)外空氣均是含有一定水分的濕空氣。由于室內(nèi)外存在著溫度差、濕度差及壓力差，使空氣中的水分以氣體和液體的形式在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行能量的、質(zhì)量的遷移。該過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的物理過程，目前已經(jīng)探索到的任何某種單一理論模型均不能概括某種多孔介質(zhì)在所有條件下的濕傳遞。

《規(guī)范》中防潮驗(yàn)算方法的基本理論

1.1穩(wěn)態(tài)條件下圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部濕度分布理論

穩(wěn)態(tài)條件下的純蒸汽滲透理論是《規(guī)范》中防潮驗(yàn)算的根據(jù)，該理論的基本假設(shè)條件為：

（1）室內(nèi)外空氣的水蒸氣分壓力都取為定值，不隨時(shí)間而變化;

（2）不考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部液態(tài)水分遷移;

（3）不考慮熱濕交換過程之間的相互影響;

（4）各層材料是均勻的，各向同性的，忽略材料由于溫度不同，含濕量不同引起的物性參數(shù)的變化。

根據(jù)以上簡(jiǎn)化，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透量，與室內(nèi)外的水蒸氣分壓力差成正比，與滲透過程中受到的阻力成反比。單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的蒸汽量，蒸汽滲透強(qiáng)度可按下式計(jì)算：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料層蒸汽滲透阻是指材料兩側(cè)水蒸氣分壓力差為1Pa時(shí)，通過lm2面積滲透1g水分所需要的時(shí)間何。應(yīng)按下式計(jì)算：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總蒸汽滲透阻H0：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面的蒸汽滲透轉(zhuǎn)移阻與材料本身的蒸汽滲透阻相比很小,可忽略不計(jì)。蒸汽滲透系數(shù)表明材料的透氣能力，與材料的密實(shí)程度有關(guān)，材料的空隙率越大，透氣性就越強(qiáng)。材料的蒸汽滲透系數(shù)與溫度和相對(duì)濕度有關(guān)，計(jì)算中采用的是平均值。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)任一層內(nèi)界面上的水蒸汽分壓力，可按下式計(jì)算:

m=2,3,4.......

式中 為從室內(nèi)一側(cè)算起，由第一層至第m-1層的蒸汽滲透阻之和。

1.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部冷凝判定

判別圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部是否會(huì)出現(xiàn)結(jié)露，可按以下步驟進(jìn)行[1]：

（1）根據(jù)室內(nèi)外空氣的溫度和濕度，確定室內(nèi)外水蒸汽分壓力Pi和Pe，然后按上述“任一層內(nèi)界面上的水蒸汽分壓力”公式，計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層的水蒸氣分壓力。并作出水蒸氣分壓力P的分布曲線；

（2）根據(jù)室內(nèi)外空氣的溫度ti和te，確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層的溫度，查表1得出相應(yīng)的水蒸汽飽和分壓力Ps，并作出相應(yīng)的曲線；

（3）根據(jù)P線和Ps線是否相交來(lái)判定圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。如果兩線相交，則在交點(diǎn)所在的界面上產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象；反之，則不會(huì)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。如圖1

無(wú)內(nèi)部結(jié)露（b）有內(nèi)部結(jié)露

圖1 判別圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝情況（來(lái)源：建筑物理[M]）

1、目前應(yīng)用中常見的問題及分析

通過上述理論可以看出，選取合理的室內(nèi)外溫度和相對(duì)濕度，以及由此而查找準(zhǔn)確的飽和蒸汽分壓力值，是確定室內(nèi)外水蒸汽分壓力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前一般的做法為室外溫度和相對(duì)濕度選取采暖期的室外溫度的平均值和相對(duì)濕度的平均值，室內(nèi)溫度選取采暖計(jì)算溫度，相對(duì)濕度則由于規(guī)范上沒有明確給定的值而憑經(jīng)驗(yàn)按40%~60%取。另外，按表1查找飽和蒸汽分壓力時(shí)均把室內(nèi)外的氣壓當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。按照這些原則來(lái)取參數(shù)是否合理，能否得出較準(zhǔn)確的結(jié)論？下面將分別論述。

2.1 室內(nèi)外溫度的選取分析

規(guī)范中規(guī)定防潮驗(yàn)算時(shí)的室內(nèi)溫度取冬季室內(nèi)計(jì)算溫度18~20oC。實(shí)際在驗(yàn)算過程中，應(yīng)該結(jié)合供暖情況，參考同類建筑累年的實(shí)際冬季室溫進(jìn)行選取。對(duì)于一些經(jīng)常處于高溫高濕的功能空間，例如廚房，應(yīng)該單獨(dú)進(jìn)行防潮驗(yàn)算。室內(nèi)溫度的取值不但影響到各層界面溫度，而且直接決定了室內(nèi)空氣中的蒸汽分壓力大小。因此必須要在充分掌握相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上合理確定。

2.2 室內(nèi)外相對(duì)濕度的選取分析

規(guī)范中并沒有明確給出室內(nèi)的相對(duì)濕度取值。趙立華等[3]于1996~1998兩個(gè)采暖季對(duì)哈爾濱某示范工程室內(nèi)相對(duì)濕度進(jìn)行了測(cè)試。室內(nèi)空氣相對(duì)濕度的平均值為35%.另外，《規(guī)范》在確定室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度時(shí)，居住建筑室內(nèi)空氣相對(duì)濕度按60%采用，據(jù)此規(guī)定，可以認(rèn)為冬季室內(nèi)相對(duì)濕度60%的工況為設(shè)計(jì)工況（最不利工況），即冬季室內(nèi)空氣相對(duì)濕度一般不會(huì)超過60%.對(duì)于冬季只有采暖、沒有空調(diào)的建筑，一般室內(nèi)空氣相對(duì)濕度較低，在30%~40%之間，有時(shí)甚至更低至20%.因此綜合考慮各種因素建議按40%取值。實(shí)際上，單一的室內(nèi)相對(duì)濕度并不能滿足功能各異的房間的防潮驗(yàn)算，例如西安地區(qū)高校學(xué)生公寓冬季室內(nèi)相對(duì)濕度甚至連20%都達(dá)不到，而一些空調(diào)建筑內(nèi)的濕度則高于40%.所以應(yīng)該對(duì)各種不同功能建筑的室內(nèi)相對(duì)濕度進(jìn)行長(zhǎng)期的調(diào)研，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，防潮驗(yàn)算時(shí)就可以根據(jù)設(shè)定的條件選取合理的室內(nèi)相對(duì)濕度。

篇6

摘要:

背景誤差協(xié)方差特征與區(qū)域的天氣氣候特征密切相關(guān)。為了更好地理解中國(guó)華東地區(qū)和青藏高原地區(qū)的背景誤差協(xié)方差特征，利用夏季一個(gè)月的模擬結(jié)果，以最新的多元變量相關(guān)的背景誤差協(xié)方差模型為基礎(chǔ)，通過提取隱含背景誤差協(xié)方差中的變量相關(guān)系數(shù)、特征值、特征向量和特征長(zhǎng)度尺度等，對(duì)這兩個(gè)區(qū)域的背景誤差協(xié)方差特征進(jìn)行比較和分析。結(jié)果表明，相對(duì)于華東地區(qū)，青藏高原地區(qū)變量之間的影響關(guān)系更顯著，背景場(chǎng)的誤差更大，大氣特征具有更強(qiáng)的局地性。對(duì)青藏高原地區(qū)資料同化而言，觀測(cè)資料占有更大的權(quán)重和更小的影響范圍，對(duì)青藏高原地區(qū)觀測(cè)資料提出了更高的要求。

關(guān)鍵詞:

資料同化;背景誤差協(xié)方差;青藏高原;華東地區(qū)

利用資料同化的方法提取觀測(cè)資料的有效信息是改進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)初始場(chǎng)進(jìn)而提高數(shù)值預(yù)報(bào)水平的一個(gè)重要手段(張衛(wèi)民等，2005)。目前資料同化方法有很多，主要有:變分法(三維變分和四維變分)(官元紅等，2009)、Kalman濾波(擴(kuò)展Kalman濾波和集合Kalman濾波)(閔錦忠等，2013)方法以及混合(Hybrid)同化方法等(陳耀登等，2014a;閔錦忠等，2015)。不論對(duì)于哪種資料同化方法，背景誤差協(xié)方差信息都起著關(guān)鍵作用，背景誤差協(xié)方差的好壞直接影響著同化系統(tǒng)的性能(Fisher，2003)。因此如何合理估計(jì)與構(gòu)造背景誤差協(xié)方差以及其特征的研究一直以來(lái)都是資料同化的關(guān)鍵工作和重點(diǎn)研究的問題(Berre，2000;邱曉濱，2011;王瑞春等，2012;趙延來(lái)等，2013;陳耀登等，2014b)。

在實(shí)際操作中，背景誤差協(xié)方差矩陣的計(jì)算存在兩個(gè)主要問題:首先，“真實(shí)”大氣狀態(tài)未知，在實(shí)際問題中如何準(zhǔn)確計(jì)算背景場(chǎng)誤差是一項(xiàng)難度很大的工作(邱崇踐，2001)。為估算出合理的背景場(chǎng)誤差，研究人員采用了不少方法，如更新矢量法(龔建東和趙剛，2006)，NMC法(NationalMeteorologyCent，亦稱NCEP法)(ParrishandDerber，1992)，En-semble法(Evensen，2003)等。其次，超大規(guī)模的背景誤差協(xié)方差信息在同化系統(tǒng)中進(jìn)行直接表示和運(yùn)算都具有較大難度景誤差協(xié)方差矩陣，研究人員提出了控制變量轉(zhuǎn)換法(ControlVariableTransforms，簡(jiǎn)寫為CVT)(DerberandBouttier，1999)?？刂谱兞哭D(zhuǎn)換(Bannister，2008)。為構(gòu)造在同化系統(tǒng)中既可以方便操作又較為真實(shí)可靠的背通常包括物理變換、水平變換和垂直變換(張華等，2004;莊照榮等，2006)?？刂谱兞哭D(zhuǎn)換將背景誤差協(xié)方差矩陣隱含在控制變量轉(zhuǎn)換算子中，不再需要直接表示。因此控制變量轉(zhuǎn)換算子也就包含了該區(qū)域的背景誤差協(xié)方差特征。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開展了不同區(qū)域、不同天氣氣候情況下的背景誤差協(xié)方差特征的研究(Dance，2004;范水勇等，2006;曹小群等，2008;劉磊等，2009;MichelandThomas，2010;王曼等，2011)，他們的研究表明背景誤差協(xié)方差特征與區(qū)域的天氣氣候特征密切相關(guān)。青藏高原由于其復(fù)雜的地形和獨(dú)特的氣候特點(diǎn)而被稱為地球“第三極”(丁一匯和張莉，2008)，對(duì)中國(guó)、亞洲甚至全球的大氣環(huán)流都有非常重要的影響(李永華等，2011)。而同處類似中緯度區(qū)域的我國(guó)華東江淮地區(qū)春夏交替時(shí)的梅雨，是我國(guó)夏季降水的重要組成部分(周曾奎，1996)，梅雨期降水持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短和雨量的多寡與江淮地區(qū)的旱澇災(zāi)害和社會(huì)經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)(丁一匯等，2007)。為對(duì)我國(guó)華東江淮地區(qū)和青藏高原地區(qū)背景誤差協(xié)方差特征有更好的理解，本文以WRFDA(DataAssimilation(DA)systemfortheWeatherRe-searchandForecastingmodel)中多元變量相關(guān)的背景誤差協(xié)方差計(jì)算模型為研究基礎(chǔ)(Chenetal．，2013)，該協(xié)方差計(jì)算模型補(bǔ)充建立了散度風(fēng)場(chǎng)與溫度場(chǎng)、表面氣壓場(chǎng)的相關(guān)關(guān)系，也補(bǔ)充建立了濕度場(chǎng)與風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、表面氣壓場(chǎng)的相關(guān)關(guān)系。研究通過提取背景誤差協(xié)方差構(gòu)造過程中，隱含背景誤差協(xié)方差信息的控制變量轉(zhuǎn)換算子的相關(guān)信息，來(lái)對(duì)這兩個(gè)區(qū)域的背景誤差協(xié)方差特征進(jìn)行比較和分析。

1背景誤差協(xié)方差矩陣的計(jì)算

如前文所述，在變分同化系統(tǒng)中B矩陣的直接描述存在著困難，目前國(guó)內(nèi)外多數(shù)資料同化系統(tǒng)采用控制變量轉(zhuǎn)換的方法來(lái)對(duì)B矩陣進(jìn)行描述?？刂谱兞哭D(zhuǎn)換算子U滿足關(guān)系。目前在WRFDA也采用控制變量轉(zhuǎn)換的方法來(lái)描述背景場(chǎng)誤差協(xié)方差信息(Bakeretal．，2012):經(jīng)過控制變量轉(zhuǎn)換，背景誤差協(xié)方差矩陣的特征隱含在了物理變換的回歸系數(shù)、水平變換的特征長(zhǎng)度尺度、垂直變換的特征值和特征向量中。

2試驗(yàn)方案介紹

研究區(qū)域分別為華東地區(qū)和青藏高原地區(qū)(圖1)，兩個(gè)區(qū)域的基本設(shè)置一致:網(wǎng)格點(diǎn)為150×120，垂直層39層，頂層氣壓為50hPa，水平分辨率12km。預(yù)報(bào)模式使用WRF(ARW)V3.5.1版本，積云對(duì)流參數(shù)化方案為淺對(duì)流Kain-Fritcsh方法，微物理方案為WSM6方法，邊界層方案為YSU邊界層方法，Dudhia短波輻射方法和RRTM長(zhǎng)波輻射方法。利用NCEP(NationalCentersforEnvironmentalPrediction)的FNL(FinalOperationalGlobalAnaly-sis)資料，從2009年6月20日00時(shí)—7月20日00時(shí)(世界時(shí)，下同)，每天分別從00時(shí)和12時(shí)進(jìn)行冷啟動(dòng)做12和24h預(yù)報(bào)，連續(xù)進(jìn)行一個(gè)月，采用NMC方法，以模式同一時(shí)刻預(yù)報(bào)時(shí)效分別為12和24h預(yù)報(bào)的結(jié)果之差作為預(yù)報(bào)誤差，利用WRFDA中的“gen-be”模塊計(jì)算多元變量背景誤差協(xié)方差。在WRFDA系統(tǒng)中，多元變量相關(guān)的背景誤差協(xié)方差模型(Chenetal．，2013)的選項(xiàng)為CV_OPTION等于6(簡(jiǎn)稱CV6)。CV6的控制變量為:流函數(shù)、非平衡速度勢(shì)、非平衡地面氣壓、非平衡溫度和非平衡相對(duì)濕度。區(qū)別于傳統(tǒng)控制變量選項(xiàng)(CV_OP-TION等于5)，CV6在溫度場(chǎng)和地面氣壓場(chǎng)非平衡部分的計(jì)算中，除考慮二者與流函數(shù)的回歸統(tǒng)計(jì)關(guān)系，增加計(jì)算了溫度和地面氣壓場(chǎng)與非平衡速度勢(shì)的回歸分析項(xiàng);在相對(duì)濕度非平衡部分計(jì)算中，完整考慮了相對(duì)濕度與其他所有控制變量的相關(guān)關(guān)系，利用回歸分析的方法，建立相對(duì)濕度與其他所有控制變量的統(tǒng)計(jì)平衡關(guān)系。

3背景誤差協(xié)方差特征分析

3.1平衡特征物理變換是為了消除模式變量之間的相關(guān)性而引入，物理變換通過變量間的回歸關(guān)系，將模式變量分為平衡部分和非平衡部分，平衡部分表示變量之間的相關(guān)影響部分，留下的非平衡部分則作為同化系統(tǒng)的分析變量，具體定義見(Chenetal．，2013)。圖2顯示了各控制變量的平衡部分及各變量對(duì)平衡場(chǎng)貢獻(xiàn)比例的垂直分布。流函數(shù)代表了風(fēng)場(chǎng)中有旋無(wú)輻散部分，非平衡速度勢(shì)則代表風(fēng)場(chǎng)中無(wú)旋有輻散部分。從圖2a、b中可以看出，在兩個(gè)區(qū)域，流函數(shù)對(duì)速度勢(shì)的貢獻(xiàn)都很小，且在近地面和對(duì)流層中層，流函數(shù)的貢獻(xiàn)出現(xiàn)極大值，但也沒超過10%。在兩個(gè)區(qū)域相對(duì)濕度的平衡場(chǎng)中(圖2c、d)，可以發(fā)現(xiàn)在模式的下層(13層以下)平衡場(chǎng)的比例較大，說明在模式中下層各個(gè)變量對(duì)濕度場(chǎng)有較大影響。兩個(gè)區(qū)域各個(gè)變量對(duì)相對(duì)濕度平衡部分的作用，非平衡溫度對(duì)平衡場(chǎng)的貢獻(xiàn)最大，接著非平衡速度勢(shì)和流函數(shù)，非平衡表面氣壓影響最小。同時(shí)，也能看出在高原地區(qū)各控制變量對(duì)相對(duì)濕度的影響比在華東地區(qū)略大，說明在高原地區(qū)各變量對(duì)濕度場(chǎng)有更大的影響。在圖2e、f溫度的平衡場(chǎng)中，兩個(gè)區(qū)域非平衡速度勢(shì)的貢獻(xiàn)都比流函數(shù)的影響大，說明無(wú)旋的輻散風(fēng)場(chǎng)對(duì)溫度的影響比較大。溫度的平衡場(chǎng)中近地面層和對(duì)流層中層貢獻(xiàn)出現(xiàn)極值，說明這在近地面和對(duì)流層中部，風(fēng)場(chǎng)對(duì)溫度的影響比較明顯。對(duì)比圖2e和圖2f，可以發(fā)現(xiàn)，在高原地區(qū)非平衡速度勢(shì)和流函數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響明顯比華東地區(qū)大，表明在高原地區(qū)風(fēng)場(chǎng)對(duì)溫度場(chǎng)的影響更為顯著?？傮w而言，本研究中高原地區(qū)與華東地區(qū)由于在類似緯度，整體的變量平衡關(guān)系有大體類似的特征，但在高原地區(qū)變量之間的影響程度要比華東地區(qū)顯著一些。

3.2特征值和特征向量垂直變換通過經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)的特征模分解得到特征向量和特征值，從而估計(jì)背景誤差協(xié)方差的垂直分量。圖3為在EOF空間各個(gè)模態(tài)上各控制變量的特征值，可以看出，四個(gè)控制變量隨模式層有類似的變化趨勢(shì)，在前幾個(gè)模態(tài)，高原地區(qū)和華東地區(qū)的特征值均比較大，但隨模態(tài)數(shù)增加快速減小，在第20模式態(tài)后逐步趨近于0。對(duì)比兩個(gè)區(qū)域，在前幾個(gè)模態(tài)，高原地區(qū)各個(gè)控制變量特征值均比華東地區(qū)的大，高原地區(qū)的流函數(shù)、非平衡溫度和相對(duì)濕度的第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的特征值甚至是華東地區(qū)的兩倍。由于特征值主要表示誤差量級(jí)的大小，前幾個(gè)模態(tài)又代表了誤差的主要特征，所以可以得出高原地區(qū)的背景場(chǎng)的誤差比華東地區(qū)顯著，表明模式在高原地區(qū)的模擬效果比華東平原地區(qū)略差，這主要是由于高原地形復(fù)雜，且觀測(cè)站點(diǎn)稀少，導(dǎo)致數(shù)值模式以及資料同化等誤差相對(duì)較大。最大特征值對(duì)應(yīng)第一特征向量，代表了背景場(chǎng)誤差的最主要垂直結(jié)構(gòu)特征。圖4為各控制變量最大特征值對(duì)應(yīng)的第一特征向量在垂直高度上的分布。由流函數(shù)的第一特征向量，可見高原地區(qū)和華東地區(qū)在20層以下都是正的垂直誤差分量。對(duì)于非平衡速度勢(shì)的第一特征向量，在27、28層(200hPa)附近，兩個(gè)地區(qū)均出現(xiàn)極值，由于流函數(shù)和非平衡速度勢(shì)反映風(fēng)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，因此極值的出現(xiàn)，說明此處風(fēng)場(chǎng)的背景誤差比較大，很有可能與中緯度高空急流有關(guān)，同時(shí)也表明在這個(gè)位置對(duì)高空急流的模擬能力不足，導(dǎo)致模式計(jì)算得到的背景場(chǎng)誤差較大。非平衡溫度的第一特征向量在兩個(gè)區(qū)域的低層出現(xiàn)極值，高原地區(qū)為極大值，華東地區(qū)為極小值。隨高度增加非平衡溫度特征向量逐步減小，在10層以上，誤差幾乎為零，說明非平衡溫度在垂直方向上傳播時(shí)衰減很快，局地性比較強(qiáng)，也表明高層溫度與低層溫度的相關(guān)性很小。相對(duì)濕度的第一特征向量隨高度變化，在低層和高層，第一特征向量幾乎為0，是因?yàn)榈蛯虞^小表明在低層水汽場(chǎng)的垂直相關(guān)性很小，而高層小是因?yàn)樗苌伲瑤缀鯙榱?。由于青藏高原高海拔大地形的影響，高原地區(qū)的氣壓層分布與平原地區(qū)本身就具有較大差異，誤差特征差異進(jìn)一步的分析還需要考慮高原大地形的影響。

3.3水平特征長(zhǎng)度尺度特征長(zhǎng)度尺度是水平變換遞歸濾波過程中的重要參數(shù)，通過其數(shù)值大小可反映在同化過程中觀測(cè)信息的影響范圍。從圖5可以看出，兩個(gè)區(qū)域流函數(shù)和非平衡速度勢(shì)的特征長(zhǎng)度尺度的數(shù)值大小都要遠(yuǎn)大于非平衡溫度和非平衡相對(duì)濕度，說明在同化過程中溫度和相對(duì)濕度的觀測(cè)影響較風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)的影響范圍小，也說明溫度和相對(duì)濕度的水平尺度較小，局地性強(qiáng)。對(duì)比兩個(gè)區(qū)域的特征長(zhǎng)度尺度也可以發(fā)現(xiàn)，高原地區(qū)各個(gè)控制變量的特征長(zhǎng)度尺度均比華東地區(qū)的小。對(duì)于流函數(shù)和非平衡速度勢(shì)，高原地區(qū)的特征長(zhǎng)度尺度略小于華東地區(qū)。而對(duì)于非平衡溫度和非平衡相對(duì)濕度，高原地區(qū)的特征長(zhǎng)度尺度明顯小于華東地區(qū)。表明高原地區(qū)的大氣特征相對(duì)于華東地區(qū)具有更小的水平尺度和更強(qiáng)的局地性，尤其對(duì)于本身水平尺度就較小、局地性較強(qiáng)的非平衡溫度和非平衡相對(duì)濕度，在高原地區(qū)水平尺度表現(xiàn)的更加小，局地性更強(qiáng);也表明在利用該背景場(chǎng)誤差協(xié)方差模型進(jìn)行同化的過程中高原的觀測(cè)資料影響范圍比華東地區(qū)影響范圍小，尤其是溫度場(chǎng)觀測(cè)和相對(duì)濕度場(chǎng)的觀測(cè)。

4結(jié)論與討論

背景誤差協(xié)方差特征與區(qū)域的天氣氣候特征密切相關(guān)，對(duì)不同背景誤差協(xié)方差進(jìn)行描述是非常必要的，本文以WRFDA中最新的多元變量相關(guān)的背景誤差協(xié)方差計(jì)算模型為基礎(chǔ)，對(duì)比類似緯度我國(guó)華東江淮地區(qū)和青藏高原地區(qū)的背景誤差協(xié)方差特征，得出以下結(jié)論:

1)高原地區(qū)與華東地區(qū)由于在類似緯度，整體的變量平衡關(guān)系有大體類似的特征，但由各變量之間的變量平衡關(guān)系得到的平衡部分貢獻(xiàn)在高原地區(qū)要大于華東地區(qū)，表明在高原地區(qū)變量之間的相關(guān)性要比華東地區(qū)顯著一些。

2)由垂直變換中的特征值分析表明，高原地區(qū)各個(gè)控制變量前幾個(gè)模態(tài)的特征值均比華東地區(qū)的大，高原地區(qū)的流函數(shù)、非平衡溫度和相對(duì)濕度的第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的特征值甚至是華東地區(qū)的兩倍，說明高原地區(qū)的背景場(chǎng)的垂直誤差比華東地區(qū)顯著。這一結(jié)果表明，在資料同化過程中，高原地區(qū)的觀測(cè)資料將比在華東地區(qū)占有更大的權(quán)重，對(duì)高原區(qū)域觀測(cè)資料提出了更高的要求。

3)對(duì)第一特征向量的研究表明，高原地區(qū)和華東地區(qū)在20層以下，流函數(shù)的特征向量均顯示為正的垂直誤差分量。對(duì)于非平衡速度勢(shì)的第一特征向量，在200hPa附近，兩個(gè)地區(qū)均出現(xiàn)極值，說明此處風(fēng)場(chǎng)的背景誤差比較大，很有可能與模式對(duì)中緯度高空急流模擬能力不足有關(guān)。非平衡溫度在垂直方向上傳播時(shí)衰減很快，局地性比較強(qiáng)。

4)從特征長(zhǎng)度尺度看，兩個(gè)區(qū)域流函數(shù)和非平衡速度勢(shì)的數(shù)值都遠(yuǎn)大于非平衡溫度和非平衡相對(duì)濕度，說明在同化過程中溫度和相對(duì)濕度的觀測(cè)影響較風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)的影響范圍小，也說明在兩個(gè)區(qū)域溫度和相對(duì)濕度的水平尺度均較小，局地性較強(qiáng)。高原地區(qū)各個(gè)控制變量的特征長(zhǎng)度尺度均比華東地區(qū)的小，表明高原地區(qū)的大氣特征相對(duì)于華東地區(qū)具有更小的水平尺度和更強(qiáng)的局地性。這與高原地區(qū)地形變化大，天氣特征具有更強(qiáng)的局地性特征是相聯(lián)系的，這一結(jié)果表明，在資料同化過程中，高原地區(qū)的觀測(cè)資料將比在華東地區(qū)有更小的影響范圍。

篇7

關(guān)鍵詞：暖通；空調(diào)；系統(tǒng)；自動(dòng)控制

采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，包括參數(shù)檢測(cè)、參數(shù)和動(dòng)力設(shè)備狀態(tài)顯示、自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制、工況自動(dòng)轉(zhuǎn)換、設(shè)備連鎖與自動(dòng)保護(hù)以及中央監(jiān)控與管理等。暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化程度是反映空調(diào)技術(shù)先進(jìn)性的一個(gè)重要方面。實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)化，不僅可以提高調(diào)節(jié)質(zhì)量、降低冷、熱量的消耗、節(jié)約能量，同時(shí)還可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少運(yùn)行人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和技術(shù)管理水平。因此，隨著自動(dòng)控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制必將得到更廣泛的應(yīng)用。

1、空調(diào)自控系統(tǒng)的基本組成

在空調(diào)系統(tǒng)中，為滿足生產(chǎn)、操作或使用過程的需要加以調(diào)節(jié)的各個(gè)環(huán)節(jié)稱為調(diào)節(jié)對(duì)象(如空調(diào)房間以及各種熱濕處理裝置）。反映這些調(diào)節(jié)對(duì)象特性的參數(shù)稱為調(diào)節(jié)參數(shù)或被調(diào)量。對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)規(guī)定的數(shù)值,即需要保持恒定或按預(yù)先給定規(guī)律隨時(shí)間而變化的數(shù)值叫做給定值(如設(shè)計(jì)要求的室內(nèi)基準(zhǔn)溫濕度等)。

由于種種干擾因素或擾量的存在，被調(diào)量的實(shí)際值與給定值之間總會(huì)產(chǎn)生一定偏差?？照{(diào)自動(dòng)控制的任務(wù)就是根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)的這種偏差，通過由不同調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)所組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制各參數(shù)的偏差值，使之處于允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。一般來(lái)說，空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)由以下幾種主要部件組成：

1.1傳感器(變送器）

傳感器用來(lái)感受被調(diào)參數(shù)的變化，并及時(shí)發(fā)出信號(hào)給調(diào)節(jié)器。如傳感器發(fā)出的信號(hào)與調(diào)節(jié)器所要求的信號(hào)不符時(shí)，則需利用變送器將所發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)器所要求的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因此，傳感器的輸入是被調(diào)參數(shù)輸出是檢測(cè)信號(hào)。常用的傳感器有鉑電阻溫度計(jì)和氯化鋰濕度計(jì)等。也有機(jī)電一體化型，即把傳感器與變送器組合成一體。

1.2調(diào)節(jié)器

調(diào)節(jié)器接受傳感器輸出的信號(hào)并與給定值進(jìn)行比較，然后將測(cè)出的偏差經(jīng)過放大變?yōu)檎{(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象作調(diào)節(jié)。常用的調(diào)節(jié)器按被調(diào)參數(shù)的不同,有溫度調(diào)節(jié)器、濕度調(diào)節(jié)器、壓力調(diào)節(jié)器等;按調(diào)節(jié)規(guī)律(調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入偏差信號(hào)之間的關(guān)系〉不同，有位式調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器和比例積分微分調(diào)節(jié)器等。

1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如接觸器、電動(dòng)閥門的電動(dòng)機(jī)、電磁閥的電磁鐵、氣動(dòng)薄膜部分等都屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.4調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊密相關(guān)，有時(shí)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合成一個(gè)整體，它隨執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作而動(dòng)作。如調(diào)節(jié)風(fēng)量的閥門、冷熱媒管路上的閥門、電加熱器等。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組裝在一起并成為一個(gè)整體時(shí),則稱之為執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如電磁閥、電動(dòng)二、三通,和電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥等。

綜上所述，調(diào)節(jié)對(duì)象的調(diào)節(jié)參數(shù)因擾量作用而發(fā)生變化，經(jīng)傳感器測(cè)量并傳送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)與給定值的偏差，指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)使調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使調(diào)節(jié)對(duì)象的調(diào)節(jié)參數(shù)保持在給定值的規(guī)定偏差范圍內(nèi)。

2、室溫控制

室溫控制是暖通空調(diào)自控系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它是用室內(nèi)干球溫度傳感器來(lái)控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使送風(fēng)溫度隨擾量的變化而變化。

改變送風(fēng)溫度的方法有：調(diào)節(jié)加熱器的加熱量和調(diào)節(jié)新、回風(fēng)混合比或一 、二次回風(fēng)比等。調(diào)節(jié)熱媒為熱水或蒸汽的空氣加熱器的加熱量來(lái)控制室溫，主要用于一般工藝性空調(diào)系統(tǒng);而對(duì)溫度精度要求高的系統(tǒng),則須采用電加熱對(duì)室溫進(jìn)行微調(diào)。

室溫控制方式可以有雙位、恒速、比例及比例積分控制方式等幾種。應(yīng)根據(jù)室內(nèi)參數(shù)的精度要求以及房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)和擾量的情況,選用合理的室溫控制方式。

室溫控制時(shí)，室溫傳感器的放置位置對(duì)控制效果會(huì)產(chǎn)生很大影響。室溫傳感器的放置地點(diǎn)不要受太陽(yáng)輻射熱及其他局部熱源的干擾,還要注意墻壁溫度的影響，因?yàn)閴Ρ跍囟容^空氣溫度變化滯后得多，最好自由懸掛，也可以掛在內(nèi)墻上。

在大量工業(yè)與民用建筑中，空調(diào)房間無(wú)需全年固定定溫，故可采用變動(dòng)室溫的控制方法。它與全年固定室溫的情況相比，不僅能使人體適應(yīng)室內(nèi)外氣溫的差別，感到更為舒適，而且可大為減少空調(diào)全年運(yùn)行費(fèi)用，夏季可節(jié)省冷量，冬季可節(jié)省熱量。

3、室內(nèi)相對(duì)濕度控制

3.1間接控制法(定露點(diǎn)）

對(duì)于室內(nèi)產(chǎn)濕量一定或者波動(dòng)不大的情況，只要控制機(jī)器露點(diǎn)溫度就可以控制室內(nèi)相對(duì)濕度。這種通過控制機(jī)器露點(diǎn)溫度來(lái)控制室內(nèi)相對(duì)濕度的方法稱為"間接控制法"。

有時(shí)為了提高調(diào)節(jié)質(zhì)量，根據(jù)室內(nèi)產(chǎn)濕量的變化情況，應(yīng)及時(shí)修正機(jī)器露點(diǎn)溫度的給定值，可在室內(nèi)增加一只濕度傳感器。當(dāng)室內(nèi)相對(duì)濕度增加時(shí)，濕度傳感器調(diào)低的給定值，反之，則調(diào)高的給定值。

3.2直接控制法(變露點(diǎn)）

對(duì)于室內(nèi)產(chǎn)濕量變化較大或室內(nèi)相對(duì)濕度要求較嚴(yán)格的情況，可以在室內(nèi)直接設(shè)置濕球溫度或相對(duì)濕度傳感器,控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，直接根據(jù)室內(nèi)相對(duì)濕度偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償室內(nèi)熱濕負(fù)荷的變化。這種控制方法稱為"直接控制法"。它與"間接控制法"相比，調(diào)節(jié)質(zhì)量更好，目前在國(guó)內(nèi)外已廣泛采用。

4、表面冷卻器的控制

在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，除使用噴水室處理空氣外，還常使用表面冷卻（加熱）器或直接蒸發(fā)式表面冷卻器。它們的控制方法分述如下。

4.1表面冷卻〔加熱）器

表面冷卻〈加熱）器控制可以采用二通或三通調(diào)節(jié)閥。因干管流量發(fā)生變化，將會(huì)影響同一水系統(tǒng)中其他盤管機(jī)組的正常工作，使用二通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水量時(shí)(供水溫度不變），供水管路上應(yīng)加裝恒壓或恒壓差的控制裝置，以免產(chǎn)生相互干擾現(xiàn)象?？刂品椒ㄓ袃煞N。

4.1.1進(jìn)水溫度不變,調(diào)節(jié)進(jìn)水流量

由室內(nèi)傳感器了通過調(diào)節(jié)器比例地調(diào)節(jié)三通閥，改變流人盤管的水流量。在冷(熱）負(fù)荷變化時(shí)，通過盤管的水流量減少（增加）將引起盤管進(jìn)出口水溫差的相應(yīng)變化。這種控制方法國(guó)內(nèi)外已大量采用。

4.1.2冷水流量不變，調(diào)節(jié)進(jìn)水溫度

由室內(nèi)傳感器通過調(diào)節(jié)器比例地調(diào)節(jié)三通閥，可改變進(jìn)水水溫，盤管內(nèi)的水流量保持一定。這種方法調(diào)節(jié)性能好，但投資有所增加，一般只有在溫度控制要求精確時(shí)才使用。

4.2直接蒸發(fā)式表面冷卻器

直接蒸發(fā)式表面冷卻器控制，它一方面靠室內(nèi)溫度傳感器了通過調(diào)節(jié)器使電磁閩作雙位動(dòng)作;另一方面膨脹閥自動(dòng)地保持盤管出口冷劑吸氣溫度一定。大型系統(tǒng)也可以采用并聯(lián)的直接蒸發(fā)式冷卻盤管，按上述方法進(jìn)行分段控制以改善調(diào)節(jié)性能。小型系統(tǒng)(例如空調(diào)機(jī)組）以及無(wú)需嚴(yán)格控制室內(nèi)參數(shù)的場(chǎng)合，也可以通過調(diào)節(jié)器控制壓縮機(jī)的停或開，而不控制蒸發(fā)器的冷劑流量。

參考文獻(xiàn)

篇8

空調(diào)機(jī)組是由各種空氣處理功能段組裝而成的一種空氣處理調(diào)節(jié)設(shè)備，其功能包含過濾、殺菌、冷卻、加熱、除濕、加濕等多種，在涂裝車間、醫(yī)藥車間、電子廠房等場(chǎng)合多有應(yīng)用，根據(jù)實(shí)用需要，可自由選擇其功能，其中空氣的溫濕度調(diào)節(jié)，是最常見的功能應(yīng)用之一。

關(guān)鍵詞：空調(diào) 溫濕度 分區(qū) 控制

中圖分類號(hào)：TB657 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、溫濕度控制基礎(chǔ)理論

為了有效控制空氣溫濕度，需要采用一定的方法對(duì)空氣處理過程進(jìn)行分析。在工程上，為了使用方便，繪制了濕空氣的濕空氣焓濕圖。焓濕圖表示一定大氣壓下，濕空氣的各參數(shù)，即焓h（kJ/kg干空氣）、含濕量d（g/kg干空氣）、溫度t （℃） 、相對(duì)濕度（%）和水蒸氣分壓力的值及其相互關(guān)系。焓濕圖可以根據(jù)兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)比較簡(jiǎn)便的確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)及其余參數(shù)，更為重要的是它可以反映空氣狀態(tài)在熱濕交換作用下的變化過程，下圖即為焓濕圖。

圖1：空氣焓濕圖

1.濕空氣主要參數(shù)

1.1 相對(duì)濕度：是指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。濕空氣的絕對(duì)濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對(duì)濕度之比。也可表示為濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下水的飽和壓力之比。

1.2 含濕量：濕空氣中每千克干空氣同時(shí)并存的水蒸氣的質(zhì)量；

1.3 干球溫度：用溫度計(jì)在空氣中直接測(cè)出的溫度。

1.4 濕球溫度：等焓值狀態(tài)下，空氣中水蒸汽達(dá)到飽和時(shí)的空氣溫度。

1.5 焓：濕空氣的焓為單位質(zhì)量干空氣的焓和其所帶水蒸汽的焓之和，它與濕空氣中水蒸汽的含量和濕空氣當(dāng)前的溫度有關(guān)。

2.濕空氣經(jīng)過各種調(diào)節(jié)后狀態(tài)的變化

2.1 加熱：濕空氣經(jīng)過加熱后，狀態(tài)的變化是一樣的，都是沿著絕對(duì)含濕量線上升，在此過程中，濕空氣的絕對(duì)含濕量不變，干球溫度上升，相對(duì)濕度減少，焓值增大。

2.2 表冷：濕空氣經(jīng)過表冷后，狀態(tài)的變化分兩種情況：一是當(dāng)降溫較少時(shí)，降溫未達(dá)到露點(diǎn)，沒有水凝結(jié)出來(lái)的情況，濕空氣的狀態(tài)沿著絕對(duì)含濕量線下降，在此過程中，濕空氣的絕對(duì)含濕量不變，干球溫度下將，相對(duì)濕度增大，焓值減少；二是降溫較大，降溫達(dá)到露點(diǎn)，有水凝結(jié)出來(lái)的情況，濕空氣的狀態(tài)沿著絕對(duì)含濕量線下將到露點(diǎn)，然后開始有水凝結(jié)出來(lái)，沿著100%相對(duì)濕度線下將，在此過程中，濕空氣的絕對(duì)含濕量減少，干球溫度下將，相對(duì)濕度增大（基本達(dá)到100%），焓值減少。但需注意，由于表冷器在換熱時(shí)空氣換熱不均，所以實(shí)際在表冷過程中無(wú)論降溫多少，均會(huì)有水凝結(jié)出來(lái)。

2.3 加濕段：目前空氣調(diào)節(jié)加濕方式多為噴淋等焓加濕，空氣經(jīng)過加濕后，在理論上是沿著等焓線移動(dòng)的，由濕度較低的一點(diǎn)變化動(dòng)到濕度較高的一點(diǎn)，在此過程中，濕空氣的絕對(duì)含濕量增加，干球溫度下降，相對(duì)濕度增大，焓值保持不變。但需注意，由于加濕水溫的影響，實(shí)際噴淋加濕過程并不是完全沿著等焓線移動(dòng)，而是根據(jù)水溫高低而波動(dòng)，只能說近似為等焓。

二、溫濕度控制分區(qū)

焓濕圖基本涵蓋了濕空氣的所有狀態(tài)點(diǎn)，我們以此為依據(jù)，按照溫濕度控制初始點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的參數(shù)對(duì)比，將焓濕圖分為三個(gè)區(qū)，即為將待處理空氣按狀態(tài)分劃到三個(gè)不同的控制區(qū)間，區(qū)分對(duì)待。

圖2：焓濕圖溫濕度控制分區(qū)

?當(dāng)d初始 < d目標(biāo)，h初始 < h目標(biāo)時(shí)，初始空氣點(diǎn)位于1區(qū)；

?當(dāng)d初始 < d目標(biāo)，h初始 > h目標(biāo)時(shí)，初始空氣點(diǎn)位于3區(qū)；

?當(dāng)d初始 > d目標(biāo)時(shí)，初始空氣點(diǎn)位于3區(qū)；

三、溫濕度控制過程及方式

在空氣進(jìn)風(fēng)位置及送風(fēng)位置分別設(shè)置溫濕度儀，自動(dòng)檢測(cè)空氣溫濕度變化，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)反饋至PLC控制器，通過計(jì)算得出初始點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)空氣的“焓值”hm 和“含濕量”dm，通過比對(duì)判斷當(dāng)前狀態(tài)位于哪個(gè)控制區(qū)間，并求出Δh、Δd、Δt。

1.當(dāng)初始點(diǎn)位于1區(qū)時(shí)，此時(shí)一般是溫度低、濕度小，需運(yùn)行一次加熱和噴淋加濕，先通過升溫，將狀態(tài)點(diǎn)移動(dòng)到等焓線上，然后通過等焓加濕，即可達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，該狀態(tài)基本都在冬季出現(xiàn)。

2.當(dāng)初始點(diǎn)位于2區(qū)時(shí)，此時(shí)一般是溫度高、濕度小，需運(yùn)行表冷和噴淋加濕，先通過降溫，將狀態(tài)點(diǎn)移動(dòng)到等焓線上，然后通過等焓加濕，即可達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，該狀態(tài)基本都在春秋季出現(xiàn)。但當(dāng)初始點(diǎn)位于2區(qū)時(shí)，我們需注意，以上為純理論分析，而實(shí)際情況是2區(qū)位于1區(qū)和3區(qū)之間，我們又說該狀態(tài)基本都在春秋季出現(xiàn)，而春秋季節(jié)外氣特點(diǎn)就是早晚波動(dòng)大，那么初始點(diǎn)將不可避免的在2區(qū)及其與其它兩區(qū)的交界位置波動(dòng)，造成控制模式反復(fù)切換，影響控制穩(wěn)定性。鑒于以上，實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)初始點(diǎn)位于2區(qū)及其與其它兩區(qū)的交界位置時(shí)，我們需同時(shí)運(yùn)行一次加熱、表冷、加濕、二次加熱，以兼顧所有狀態(tài)，實(shí)際上相當(dāng)于把2區(qū)設(shè)定為全功能狀態(tài)。此種狀態(tài)控制區(qū)域應(yīng)向兩側(cè)區(qū)域適當(dāng)延伸，消除1區(qū)及3區(qū)的邊界波動(dòng)，因該狀態(tài)能耗高，延伸范圍應(yīng)根據(jù)實(shí)際調(diào)試使用情況設(shè)定，太小控制不穩(wěn)定，太大則無(wú)端消耗能源。

3.當(dāng)初始點(diǎn)位于3區(qū)時(shí)，此時(shí)一般是溫度高、濕度大，需運(yùn)行表冷和二次加熱，先通過降溫除濕，將狀態(tài)點(diǎn)移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)下方，然后通過二次加熱回調(diào)，即可達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，該狀態(tài)基本都在夏季出現(xiàn)。

4.根據(jù)分區(qū)，溫濕度控制對(duì)應(yīng)也分以下三種操作模式

5.空氣熱濕處理各功能的控制方式

?一次加熱：通過Δh，利用PID計(jì)算并控制一次加熱燃?xì)忾y的開度；

?制冷：通過Δh，利用PID計(jì)算并控制冷水閥的開度；

?加濕：通過Δd，利用PID計(jì)算并控制加濕泵的頻率；

?二次加熱：通過Δt，利用PID計(jì)算并控制二次加熱燃?xì)忾y的開度；

四、溫濕度分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)

由于溫濕度自動(dòng)控制采用了分區(qū)控制的理念，在不同的區(qū)域，根據(jù)需要啟用不同的能源和功能段。

1.有效的減少了系統(tǒng)的輸入變量，避免溫濕度超調(diào)的出現(xiàn)和反復(fù)的波動(dòng)，可以大大縮短溫濕度穩(wěn)定所需的時(shí)間；

2.可以實(shí)時(shí)根據(jù)溫濕度控制所需，對(duì)能源種類做出調(diào)整，比如當(dāng)外界狀態(tài)點(diǎn)位于冬季狀態(tài)時(shí)，就不需要啟動(dòng)中央制冷站，二次加熱也可以關(guān)閉，這樣既方便了設(shè)備的操作，同時(shí)也達(dá)到節(jié)能降耗的目的；

篇9

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)；系統(tǒng)；自動(dòng)；控制

實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)化，不僅可以提高調(diào)節(jié)質(zhì)量、降低冷、熱量的消耗、節(jié)約能量，同時(shí)還可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少運(yùn)行人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和技術(shù)管理水平。因此，隨著自動(dòng)控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制必將得到更廣泛的應(yīng)用。

1 空調(diào)自控系統(tǒng)的基本組成

在空調(diào)系統(tǒng)中，為滿足生產(chǎn)、操作或使用過程的需要加以調(diào)節(jié)的各個(gè)環(huán)節(jié)稱為調(diào)節(jié)對(duì)象。反映這些調(diào)節(jié)對(duì)象特性的參數(shù)稱為調(diào)節(jié)參數(shù)或被調(diào)量。對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)規(guī)定的數(shù)值，即需要保持恒定或按預(yù)先給定規(guī)律隨時(shí)間而變化的數(shù)值叫做給定值。

由于種種干擾因素或擾量的存在，被調(diào)量的實(shí)際值與給定值之間總會(huì)產(chǎn)生一定偏差?？照{(diào)自動(dòng)控制的任務(wù)就是根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)的這種偏差，通過由不同調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)所組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制各參數(shù)的偏差值，使之處于允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。

一般來(lái)說，空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)由以下幾種主要部件組成：

1.1 傳感器

傳感器用來(lái)感受被調(diào)參數(shù)的變化，并及時(shí)發(fā)出信號(hào)給調(diào)節(jié)器。如傳感器發(fā)出的信號(hào)與調(diào)節(jié)器所要求的信號(hào)不符時(shí)，則需利用變送器將所發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)器所要求的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因此，傳感器的輸入是被調(diào)參數(shù)輸出是檢測(cè)信號(hào)。常用的傳感器有鉑電阻溫度計(jì)和氯化鋰濕度計(jì)等。也有機(jī)電一體化型，即把傳感器與變送器組合成一體。

1.2 調(diào)節(jié)器

調(diào)節(jié)器接受傳感器輸出的信號(hào)并與給定值進(jìn)行比較，然后將測(cè)出的偏差經(jīng)過放大變?yōu)檎{(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象作調(diào)節(jié)。常用的調(diào)節(jié)器按被調(diào)參數(shù)的不同，有溫度調(diào)節(jié)器、濕度調(diào)節(jié)器、壓力調(diào)節(jié)器等；按調(diào)節(jié)規(guī)律(調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入偏差信號(hào)之間的關(guān)系)不同，有位式調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器和比例積分微分調(diào)節(jié)器等。

1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如接觸器、電動(dòng)閥門的電動(dòng)機(jī)、電磁閥的電磁鐵、氣動(dòng)薄膜部分等都屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊密相關(guān)，有時(shí)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合成一個(gè)整體，它隨執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作而動(dòng)作。如調(diào)節(jié)風(fēng)量的閥門、冷熱媒管路上的閥門、電加熱器等。

2 室溫控制

室溫控制是暖通空調(diào)自控系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它是用室內(nèi)干球溫度傳感器來(lái)控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使送風(fēng)溫度隨擾量的變化而變化。

改變送風(fēng)溫度的方法有：調(diào)節(jié)加熱器的加熱量和調(diào)節(jié)新、回風(fēng)混合比或一、二次回風(fēng)比等。調(diào)節(jié)熱媒為熱水或蒸汽的空氣加熱器的加熱量來(lái)控制室溫，主要用于一般工藝性空調(diào)系統(tǒng)；而對(duì)溫度精度要求高的系統(tǒng)，則須采用電加熱對(duì)室溫進(jìn)行微調(diào)。

室溫控制方式可以有雙位、恒速、比例及比例積分控制方式等幾種。應(yīng)根據(jù)室內(nèi)參數(shù)的精度要求以及房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)和擾量的情況，選用合理的室溫控制方式。室溫控制時(shí)，室溫傳感器的放置位置對(duì)控制效果會(huì)產(chǎn)生很大影響。室溫傳感器的放置地點(diǎn)不要受太陽(yáng)輻射熱及其他局部熱源的干擾，還要注意墻壁溫度的影響，因?yàn)閴Ρ跍囟容^空氣溫度變化滯后得多，最好自由懸掛，也可以掛在內(nèi)墻上。

在大量工業(yè)與民用建筑中，空調(diào)房間無(wú)需全年固定定溫，故可采用變動(dòng)室溫的控制方法。

它與全年固定室溫的情況相比，不僅能使人體適應(yīng)室內(nèi)外氣溫的差別，感到更為舒適，而且可大為減少空調(diào)全年運(yùn)行費(fèi)用，夏季可節(jié)省冷量，冬季可節(jié)省熱量。為了提高室溫控制精度，克服因室外氣溫、新風(fēng)量的變化以及冷、熱水溫度波動(dòng)等對(duì)送風(fēng)參數(shù)產(chǎn)生的影響，也可在送風(fēng)管上增加一個(gè)送風(fēng)溫度傳感器T，根據(jù)室內(nèi)空氣溫度傳感器T1和送風(fēng)溫度傳感器T2的共同作用，通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)空氣加熱器中熱媒的流量，從而控制室溫波動(dòng)范圍，這種方法稱為送風(fēng)溫度補(bǔ)償控制法。

3 室內(nèi)相對(duì)濕度控制

3.1 間接控制法

對(duì)于室內(nèi)產(chǎn)濕量一定或者波動(dòng)不大的情況，只要控制機(jī)器露點(diǎn)溫度就可以控制室內(nèi)相對(duì)濕度。這種通過控制機(jī)器露點(diǎn)溫度來(lái)控制室內(nèi)相對(duì)濕度的方法稱為“間接控制法”。具體作法如下：由機(jī)器露點(diǎn)溫度控制新風(fēng)和回風(fēng)混合閥門。此法用于冬季和過渡季。如果噴水室用循環(huán)水噴淋，則可在噴水室擋水板后設(shè)置干球溫度傳感器TL。根據(jù)所需露點(diǎn)溫度給定值，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)M比例控制新風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)聯(lián)動(dòng)閥門。這樣，隨著室外空氣參數(shù)的變化，可以保持機(jī)器露點(diǎn)溫度為定值；由機(jī)器露點(diǎn)溫度控制噴水室噴水溫度。

3.2 直接控制法(變露點(diǎn))

對(duì)于室內(nèi)產(chǎn)濕量變化較大或室內(nèi)相對(duì)濕度要求較嚴(yán)格的情況，可以在室內(nèi)直接設(shè)置濕球溫度或相對(duì)濕度傳感器，控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，直接根據(jù)室內(nèi)相對(duì)濕度偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償室內(nèi)熱濕負(fù)荷的變化。這種控制方法稱為“直接控制法”。它與“間接控制法”相比，調(diào)節(jié)質(zhì)量更好，目前在國(guó)內(nèi)外已廣泛采用。

4 表面冷卻(加熱)器的控制

在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，除使用噴水室處理空氣外，還常使用表面冷卻(加熱)器或直接蒸發(fā)表面冷卻器。表面冷卻(加熱)器控制可以采用二通或三通調(diào)節(jié)閥。因干管流量發(fā)生變化，將會(huì)影響同一水系統(tǒng)中其他盤管機(jī)組的正常工作，使用二通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水量時(shí)(供水溫度不變)，供水管路上應(yīng)加裝恒壓或恒壓差的控制裝置，以免產(chǎn)生相互干擾現(xiàn)象。控制方法有兩種。

4.1 進(jìn)水溫度不變，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量

由室內(nèi)傳感器T通過調(diào)節(jié)器比例地調(diào)節(jié)三通閥，改變流人盤管的水流量。在冷(熱)負(fù)荷變化叭通過盤管的水流量減少(增加)將引起盤管進(jìn)出口水溫差的相應(yīng)變化。這種控制方法國(guó)內(nèi)外已大量采用。

4.2 冷水流量不變，調(diào)節(jié)進(jìn)水溫度

由室內(nèi)傳感器通過調(diào)節(jié)器比例地調(diào)節(jié)三通閥，可改變進(jìn)水水溫，盤管內(nèi)的水流量保持一定。這種方法調(diào)節(jié)性能好，但投資有所增加，一般只有在溫度控制要求精確時(shí)才使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

從集中式空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行工況分析中看出，要使空調(diào)房間內(nèi)的空氣參數(shù)穩(wěn)定地維持在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，必須對(duì)機(jī)器露點(diǎn)、加熱后的空氣溫度、加濕后的空氣濕度、室溫或室內(nèi)相對(duì)濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為達(dá)到這些調(diào)節(jié)目的，需要設(shè)置由不同調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)所組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn):

篇10

關(guān)鍵詞 低溫；環(huán)流特征；地形影響；冷平流；遼寧大連；長(zhǎng)興島區(qū)；2015年9月6―7日

中圖分類號(hào) P457.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）21-0199-02

鄉(xiāng)鎮(zhèn)日最高、最低的預(yù)報(bào)是目前縣級(jí)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的主要項(xiàng)目，但由于影響日最高、最低氣溫的因子較多，影響的權(quán)重比較復(fù)雜，最低氣溫的預(yù)報(bào)難度較大。梁理新等[1]認(rèn)為地形對(duì)溫度及其他天氣的變化具有重要的影響作用，往往是形成某地獨(dú)特氣候的主要因素，熟悉本地的地形特征，掌握其影響氣候的成因及規(guī)律，是做好單站預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。付 雯等[2]認(rèn)為降雪時(shí)段的氣溫變化規(guī)律與非降雪時(shí)段有很大不同。劉仁亮等[3]對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)最低氣溫預(yù)報(bào)進(jìn)行了研究，指出提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率要研究、掌握各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣溫差異規(guī)律，掌握各鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫實(shí)況與數(shù)值預(yù)報(bào)的誤差。趙曉川等[4]研究了營(yíng)口市氣溫預(yù)報(bào)方法。利用NCEP/NCAR 850 hPa和925 hPa的溫度資料與營(yíng)口市的日最高和最低氣溫分季建立預(yù)報(bào)回歸方程，并分析了風(fēng)向、風(fēng)速、低云量和降水對(duì)日最高和最低氣溫變化的影響程度，建立預(yù)報(bào)指標(biāo)。

大連市長(zhǎng)興島區(qū)位于遼寧西南部沿海地區(qū)，有長(zhǎng)興島國(guó)家一般站和交流島自動(dòng)觀測(cè)站，但兩站溫度差異較大。對(duì)于長(zhǎng)興島地區(qū)2個(gè)站點(diǎn)間溫度，長(zhǎng)興島氣溫相對(duì)穩(wěn)定，與大氣環(huán)流溫度的變化一致性較好；交流島站溫度規(guī)律性不明顯，溫度變化較大，有時(shí)隨大氣環(huán)流場(chǎng)變化而變化，有時(shí)地方性特點(diǎn)非常突出，特別是最低氣溫預(yù)報(bào)難度較大，準(zhǔn)確率較低。為提高長(zhǎng)興島地區(qū)溫度準(zhǔn)確率，對(duì)本次溫度預(yù)報(bào)進(jìn)行系統(tǒng)分析，總結(jié)規(guī)律以提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

1 溫度概況

2015年9月7日長(zhǎng)興島區(qū)2個(gè)站出現(xiàn)秋季以來(lái)最低氣溫，其中長(zhǎng)興島最低氣溫16.5 ℃，交流島最低氣溫11.6 ℃。長(zhǎng)興島周邊瓦房店最低氣溫13.2 ℃，普蘭店最低氣溫13.2 ℃。交流島站最低氣溫低于大連市所有國(guó)家觀測(cè)站溫度。

9月1―3日長(zhǎng)興島地區(qū)氣溫處于偏高的狀態(tài)，長(zhǎng)興島站最低氣溫17.6～20.9 ℃，交流島最低氣溫16.3～18.6 ℃。6日氣溫下降，長(zhǎng)興島站最低氣溫17.6 ℃，交流島站15.4 ℃；7日氣溫繼續(xù)下降，長(zhǎng)興島站16.5 ℃，交流島長(zhǎng)興島站11.6 ℃，兩站溫度差為4.9 ℃。這是秋季以來(lái)溫差最大的一天。

2 環(huán)流形勢(shì)特征分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

2015年9月5日20：00 500 hPa（圖1a）歐亞大陸為兩槽一脊，高壓脊由河套地區(qū)向北部延伸至70°N以北，在貝加爾湖形成阻塞高壓，貝加爾湖北部脊前等高線572 hPa與經(jīng)線近似平行，冷空氣在120°E以東從70°N地區(qū)沿等高線由北向南下影響長(zhǎng)興島地區(qū)，最大風(fēng)速18 m/s，長(zhǎng)興島位于槽后脊前，由此可見500 hPa冷空氣強(qiáng)度特強(qiáng)。500 hPa有利的環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)將高緯度強(qiáng)冷空氣引導(dǎo)到本地區(qū)，為本次降溫提供了有利的條件。6日20：00 500 hPa（圖1b）貝加爾湖到東南部遼寧地區(qū)由高壓脊控制，高壓脊范圍比5日20：00增大，北部有冷空氣從貝加爾湖沿等高線西北向東南吹向遼寧北部，長(zhǎng)興島區(qū)沿等高線吹東北風(fēng)。高壓控制下沉氣流比5日20：00有利于地面輻射降溫。6日20：00東北風(fēng)比5日20：00北風(fēng)地形有利于冷空氣下山下沉降溫。

2.2 700 hPa環(huán)流形勢(shì)

2015年9月5日20：00 700 hPa歐亞大陸為兩槽一脊，長(zhǎng)興島北部高壓脊為“Ω”形，長(zhǎng)興島位于脊前受東北風(fēng)影響，風(fēng)速4 m/s。6日20：00 700 hPa從河套到內(nèi)蒙古、遼寧地區(qū)由高壓脊控制。大連地區(qū)東北風(fēng)，風(fēng)速4 m/s，高壓控制的形勢(shì)場(chǎng)比5日20：00更有利于輻射降溫，較小的風(fēng)速有利于輻射降溫。

2.3 850 hPa環(huán)流形勢(shì)

2015年9月5日20：00 850 hPa在長(zhǎng)興島北部高壓脊減弱，在大連南部海域形成低壓環(huán)流，長(zhǎng)興島位于高壓底部低壓頂部東北氣流控制，風(fēng)速4 m/s。6日20：00 850 hPa由低壓后部轉(zhuǎn)入高壓內(nèi)部，東北風(fēng)2 m/s。高壓下沉氣流比5日20：00更有利于輻射降溫，2 m/s特小的風(fēng)速加劇輻射降溫的強(qiáng)度。東北風(fēng)有利于東北部陸地冷空氣向長(zhǎng)興島地區(qū)流動(dòng)，使降溫幅度增大。

2.4 地面氣壓場(chǎng)

2015年9月5日20：00地面氣壓場(chǎng)內(nèi)蒙和長(zhǎng)江東部的東海上有2個(gè)低壓系統(tǒng)，長(zhǎng)興島位于2個(gè)低壓之間內(nèi)1 010 hPa相對(duì)高值區(qū)內(nèi)，6日20：00低壓東移，長(zhǎng)興島區(qū)在1 025 hPa高壓區(qū)內(nèi)，6日夜間地面形勢(shì)場(chǎng)比5日夜間更有利于降溫。地面形勢(shì)場(chǎng)為本次降溫提供了有利的環(huán)流形勢(shì)條件。

9月5日20：00長(zhǎng)興島區(qū)500 hPa相對(duì)濕度較大為90%。700 hPa迅速減小，相對(duì)濕度僅為10%。850 hPa相對(duì)濕度增大到45%。925 hPa相對(duì)濕度增大到55%。500 hPa穸讓饗約跣。尤其中層干區(qū)濕度特小，使溫度下降幅度增大。500 hPa濕區(qū)滯后。6日20：00區(qū)500 hPa相對(duì)濕度僅為10%，700 hPa相對(duì)濕度特小，小于10%，850 hPa相對(duì)濕度54%，925 hPa相對(duì)濕度44%。6日20：00中低層濕度較小，接近于5日20：00，有利于降溫，中高層相對(duì)濕度特小，比5日20：00更有利于降溫（表1）。

2.5 冷平流

分析冷平流強(qiáng)度5日20：00、6日20：00各層溫度500 hPa與850 hPa接近，700 hPa和925 hPa溫度6日20：00比5日20：00高。由此可見7日最低氣溫比6日最低氣溫低，并不是高空冷平流作用，而是由于其他因素影響（表2）。

綜上分析本次低溫天氣是出現(xiàn)在500 hPa兩槽一脊有利的阻塞環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)下，超強(qiáng)冷空氣由極地南下，中低層高壓脊控制下沉氣流，有利降溫的條件下，地面形勢(shì)場(chǎng)高壓控制有利于輻射降溫產(chǎn)生。低層較小、中高層特小的相對(duì)濕度是氣溫較低的重要條件。高空冷平流相同的條件下地面最低溫度不同，由此可見地面最低溫度與其他條件關(guān)系較大。

2.6 地形影響

地形分析在交流島東北方向地勢(shì)呈喇叭口形逐漸增高，長(zhǎng)白山山脈、千山山脈呈西北東南向延伸。長(zhǎng)白山腳下老禿頂之山海拔高度1 367 m，千山腳下步云山海拔1 132 m。交流島位于千山山脈西南方向。在交流島東北方30 km處有海拔100 m弧形山脈，在其東北方向?yàn)楦叩湾e(cuò)落的山巒，而長(zhǎng)興島東北側(cè)為平坦平原。長(zhǎng)興島東北處為開闊平原，而交流島南側(cè)、東側(cè)為“L”形山脈，海拔高度100 m。這樣的地形結(jié)構(gòu)是影響交流島最低氣溫偏低的主要原因。東北風(fēng)時(shí)冷空氣沿著長(zhǎng)白山山脈、千山山脈下坡，使山坡下氣溫較低。東北風(fēng)時(shí)冷空氣經(jīng)過交流島東北側(cè)20 km處山脈二次下坡有利于降溫。在交流島附近5 km處東側(cè)山脈對(duì)東北冷空氣有第三次下坡作用，使交流島吹東北風(fēng)時(shí)最低氣溫與長(zhǎng)興島相差較大，比周邊普蘭店、瓦房店偏低。

3 結(jié)論

（1）2015年9月6日長(zhǎng)興島地區(qū)特低溫度天氣出現(xiàn)的條件為500 hPa兩槽一脊有利的阻塞環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)下，超強(qiáng)冷空氣由極地南下，中低層高壓脊控制下沉氣流。

（2）地面形勢(shì)場(chǎng)高壓控制有利于輻射降溫，是低溫形成的有利條件。

（3）低層較小、中高層特小的相對(duì)濕度溫度下降的有利條件。

（4）高空冷平流相同的條件下地面最低溫度不同，由此可見地面最低溫度與其他條件相關(guān)性較大。

（5）地形對(duì)交流島最低氣溫影響較大。當(dāng)?shù)孛娲禆|北風(fēng)時(shí)，冷空氣經(jīng)長(zhǎng)白山脈、千山山脈以及交流島東北側(cè)山脈三次下坡是交流島最低氣溫比長(zhǎng)興島及周邊普蘭店、瓦房店偏低的主要原因。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 梁理新，黃國(guó)宗.單站最高最低氣溫預(yù)報(bào)方法研究[J].廣西氣象，2006，27（增刊1）：4-6.

[2] 付雯，柏金鳳，班秋艷.冬季降雪時(shí)段的日極端氣溫預(yù)報(bào)方法[J].黑龍江氣象，2013，30（4）：12-13.