（广西职业技术学院，广西南宁530226）
摘要：实验室中的电子设备和化学试剂等对温度条件的要求较高，需要进行智能温度控制。传统的实验室温度控制方法采用BP神经网络控制方法，系统连接权值表现为一种静态属性相关权重，难以适应实验室温度自适应控制的需求。提出一种基于变结构BP神经网络自适应校正的实验室智能温度控制算法。进行实验室温度数据的挖掘和预处理，构建变结构BP神经网络自校正控制模型，采用自适应校正方法对温差进行调整，采用比例元进行温度过高情况下的微调，采用积分元进行温度过低下的微调，实现控制算法改进。基于TMS320VC5509A DSP芯片进行智能温控系统的核心电路设计。仿真结果表明，采用该系统能有效实现实验室温度智能控制，性能较好，可靠性高。
关键词 ：实验室；温度控制；BP神经网络；系统设计
中图分类号：TN911?34；TP373 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）20?0084?04
收稿日期：2015?04?25
基金项目：基于嵌入式的蔗糖结晶过程自动控制系统研究（桂教科研[2014]8号（YB2014488））；基于物联网技术的高校消防管理系统的设计与应用研究（桂教科研[2015]2 号（KY2015LX614））
Research on laboratory’s intelligent temperature control system based onBP network correction algorithm
LUO Yunfang
（Guangxi Vocational and Technical College，Naning 530226，China）
Abstract：The electronic equipment and chemical reagents in laboratory need intelligent temperature control due to theirhigh requirements for temperature conditions. The traditional temperature control method with BP neural network control can notmeet the requirements of laboratory temperature self?adaptive control since the system connection weight is a kind of relativeweight of static attribute. An intelligent temperature control algorithm based on structure?transform BP neural network self?adap?tive correction is proposed for laboratories. On the basis of the data mining and preprocessing，the improvement of the control al?gorithm is realized by the methods that the BP neural network self?adaptive control model is constructed，the adaptive correctionmethod is adopted to adjust the temperature difference，the proportion element is used to conduct fine adjustment of excess tem?perature，and the integral element is employed to execute fine adjustment of too low temperature. the core circuit of intelligenttemperature control system based on DSP TMS320VC5509A chip was designed. The simulation results show that the system caneffectively achieve the laboratory temperature intelligent control.
Keywords：laboratory；temperature control；BP neural network；system design
0 引言
大型的实验室采用封闭设计，空气循环和温度调节需要通过实验室的温度传感器和空调进行智能控制，对实验室温度的精确控制，对保证实验结果准确性具有重要意义。通过对大型实验室温度传感数据状态模式的准确挖掘，以此为样本数据，实现对实验室温度的精确控制，提高实验分析的精度和性能。由于实验室中的电子设备和化学试剂等对温度条件的要求较高，需要进行智能温度控制，研究实验室的温度自适应智能控制系统设计和控制算法改进具有重要的意义，相关的研究受到了广大学者和专家的重视[1]。
在进行实验室智能温控过程中，实验室温度传感数据状态采集系统进行温度信息的感知，实现温度数据的挖掘和采集，实验室温度数据采集方法主要有热催化式测定法、半导体气敏传感器测量法、光纤吸收法、光声光谱法等，热催化式的测定方法中探测元件的寿命较短，无法在温控要求较高的实验室中进行精确测试，关于实验室温控智能控制系统的设计中，传统光干涉的温度控制设计方法较为复杂，无法进行大规模的普及。更多是采用光电检测技术进行信号处理后对温度进行检测[2 ? 4]。温度控制理论上，传统的温度控制主要从控制论出发，通过传感器数据状态模式的挖掘实现对实验室温度的精确控制，常见的如PID控制方法[5?8]。传统方法中对实验室温度传感器的数据状态模式挖掘采用半导体气敏传感器测量法进行数据采集，并采用神经网络控制法实现数据状态模式挖掘和温度控制，方法受限于温度数据的均衡控制无法准确把握，控制效果不好[9]。而采用BP神经网络控制方法，神经网络控制的连接权值表现为一种静态属性相关权重，难以适应实验室温度自适应控制的需求。
针对上述问题，本文提出一种基于变结构BP神经网络自适应校正的实验室智能温控方法，并进行系统设计。首先进行实验室温度控制算法设计，然后采用DSP芯片进行实验室温控系统的硬件设计与实现，最后进行仿真实验实现性能测试和验证，得出有效性结论。
1 实验室温度数据的挖掘和预处理
为了实验室温度智能控制，需要进行数据分析，本文进行实验室温度数据采集方法采用半导体气敏传感器测量法，实验室温度数据的采集流程如图1所示。
结合图1所示的算法流程图，进行温度传感数据的状态模式挖掘，采用PID控制器进行实验室的温度调节和自适应控制，根据实验室温度的非线性控制特性，采用粗糙低分辨率的模糊训练集，得到实验室的温度控制模糊决策函数的输入为： 式中：Emax 表示传感器节点采集的温度数据的模糊论域最大值；a 为常数。此时智能温控传感器系统向CTCS发送温度控制指令，得到实验室的温度传感信息包络指向性特征表示为：
随着实验室温度变化，实验室温度传感数据的自相关控制状态方程为：
式（3）表明，可以用自动模糊匹配方法实现对实验室温度数据的冲激响应特征分析，采用 来描述列实验室温度控制中心的脉冲响应频率，得到温度控制量偏差为：
温度传感器记录到的输入温度变化幅度s(t) 为一个带宽为W 的冲激响应函数，根据抽样定理，其等效低通滤波输出可以表示为：
式中：B = W 2
为实验室温度控制的带宽，温度采样间隔。输出等效低通温度调整配置权重为：
式中，温度控制的权系数α 应随控制状态和环境因素自适应变化，得到稳态误差输出为：
通过解调和A/D转换，输出实验室温度数据的挖掘结果，以此为数据基础，进行信息融合和分析，为后续控制系统提供信息输入。
2 实验室温度智能控制算法改进设计
在上述进行数据挖掘和特征提取的基础上，得到了温度数据传感信息，以此作为数据源，进行温度控制。传统的实验室温度控制方法采用BP 神经网络控制方法，难以适应实验室温度自适应控制的需求。本文提出一种基于变结构BP神经网络自适应校正的实验室智能温度控制算法。BP神经网络自适应校正控制算法的设计描述如下。
首先构建变结构BP神经网络自校正控制模型，如图2所示。
图2 变结构BP神经网络自校正控制模型图2 中，变结构BP 神经网络自校正系统的输入向量为第1节所述中提取的温度传感器采集的温度数据原始数据r1,r2 ,?,rn ，作为变结构BP神经网络的温度变化幅度输入，在神经网络系统中，输入层为2n 个神经元结构，温度控制偏差变化率ec ，偏差积分ed ，此时BP神经元输入为：
变结构BP神经网络采用双闭环控制，通过振幅调制使测量的实验室温度控制信号为一个低频信号，当温度控制偏差较小时进行系统细调，得到神经元的状态为：
实验室温度控制的BP神经网络第三层神经元的输出为：
式中：1和-1分别表示温度控制系统中出现温度过高和过低的情形，在限定条件下实验室温度数据的温度控制结构需要进行自适应校正，实现温差补偿，得到被控量序号（ s = 1，2，…，n）；BP神经元中i 为子网输入层序号（ i = 1,2）。通过上述分析，采用自适应校正方法对温度的温差进行调整，得到实验室温度控制的模糊匹配系数表达式为：
在BP神经网络系统中，采用比例元进行温度过高情况下的微调，其中比例元的状态为：
采用积分元进行温度过低下的粗调，得到BP神经网络的积分元状态为：
测试温度进行粗调后的预测值，得到BP神经网络的微分元状态为：
通过上述处理，实现BP神经网络下的实验室温度自适应校正，得到校正后的温度控制系统的隐含层各神经元的输出为：
式中：s 为温度扫描周期；j 为子网中隐含层神经元序号（ j = 1,2,3）；wsij 为温度控制BP神经网络输入层至隐含层的连接权重值。通过上述处理，使得实验室的温度变化率、积分时间和微分时间通过线性组合的方式进行自适应组合，提高温度控制精度。
3 智能温控系统硬件设计与实现
在上述算法设计的基础上，进行实验室温度智能控制系统的硬件设计，本文采用DSP芯片进行温度控制和核心电路设计，数字信号处理器选用了TI 公司的TMS320VC5509A，整个系统的硬件设计如图3所示。
系统设计主要包括时钟发生器、部存储器、电源电路、电路、模拟信号到数字信号的转换器等，时钟发生器将接收到的温度传感信息数据输入时钟变换电路中，通过CPU 及其外设所需要的工作时钟进行温度控制系统的A/D 转换和数据调节。另外温度控制系统需要进行外部存储器扩展，系统中选用了SRA，flash和SDRAM三种不同类型的存储器，进行温度数据的存储和调度。温度控制系统外部存储器电路结构如图4所示。
硬件系统设计的另一个重要子系统为温度传感数据的波形发生器，波形发生器是依据直接数字频率合成（DDS）原理来设计的。频率精密可控，其范围为2～200 Hz，可输出两路波形，一路正弦波，一路方波。两路输出分别有同步信号输出，以供调试使用。且方波占空比可控，范围为5%~70%。幅度固定为（4±0.1）V，控制由键盘输入，并带有LCD 显示系统当前状态。该子程序的基本功能是：当接收到FPGA 给出的启动信号时，定时器3（T3）开始工作；当定时器内部计数器值达到预设的周期值时，启动ADC 转换，同时进入A/D 中断，在A/D中断子程序中完成对数据的读取，并保存到预先设定的数组里面，然后等待下一时刻中断，如此循环；当数组数据储存满时，关闭定时器，进入温度传感数据处理子程序来处理先前保存的那一组数据。并通过接入电阻使输出电压为0～10 V。VAA为+5 V电压输入，VDD，VEE为±15 V 电压供电，由此实现了实验室温度的智能控制。实验室智能温控系统的逻辑控制电路如图5所示。
4 系统仿真实验与结果分析
为了测试本文设计的改进的实验室智能温控系统的性能，进行仿真实验，中心频率32 阶可控，可达140 kHz；根据设计的温度传感器数据采集系统，进行实验室的温度数据采集，行实验室温度原始数据采集中，采用双通道温度信息采集传感装置，基于4位控制信号来实验室温度信息的偏差和衰减量。得到温度数据采样结果见表1。根据上述温度数据采集样本，进行温度BP 自校正控制，设温度控制的BP 神经网络的系数为：KI = 0.05 ，KP = 0.02 ，KD = 0 ；中心频率32阶可控，可达140 kHz；时钟范围为40 Hz～4.0 MHz。根据上述结果，得到温度数据的幅值采用结果如图6所示。
从图6可见，采用本文设计方法能有效实现温度信息的提取和数据感知，为进行温度控制提供准确的数据基础。以此为基础，调整FPGA输出波形时显示当前信号频率、方波占空比、信号幅度及衰减器衰减值，得到温度控制处理结束时显示波形和所需数据，实现智能温控，得到仿真结果如图7所示。从图可见，采用本文算法，能有效实现实验室温度智能控制，对实验室温度的微调和粗调的精度都较高。
5 结语
实验室中的电子设备和化学试剂等对温度条件的要求较高，需要进行智能温度控制。传统的实验室温度控制方法采用BP神经网络控制方法，神经网络控制的连接权值表现为一种静态属性相关权重，难以适应实验室温度自适应控制的需求。提出一种基于变结构BP神经网络自适应校正的实验室智能温度控制算法。首先进行实验室温度控制算法设计，采用比例元进行温度过高情况下的微调，采用积分元进行温度过低下的粗调，测试温度进行粗调后的预测值，实现BP神经网络下的实验室温度自适应校正，然后采用DSP芯片进行实验室温控系统的硬件设计与实现，系统设计主要包括时钟发生器、部存储器、电源电路、电路、模拟信号到数字信号的转换器等。仿真结果表明，采用本文设计的系统能有效实现实验室温度智能控制，性能较好，可靠性高。
参考文献
[1] 雷琪.焦炉加热燃烧过程的智能集成优化控制策略及其应用研究[D].长沙：中南大学，2007．
[2] 王伟，吴敏，曹卫华，等.基于组合灰色预测模型的焦炉火道温度模糊专家控制[J].控制与决策，2010，25（2）：185?190.
[3] 高宪文，刘浩，赵亚平.模糊复合控制方法在焦炉控制系统中的应用研究[J].控制与决策，2005，20（4）：434?438.
[4] 张小冰.变频器优化控制方法研究与仿真[J].计算机仿真，2011，28（11）：409?412.
[5] 郭伟.基于互信息的RBF神经网络结构优化设计[J].计算机科学，2013，40（6）：252?255.
[6] 闻新，张兴旺，张威.基于HBF神经网络的自适应观测器[J].电子学报，2015，43（7）：1315?1319.
[7] 杨大为，丛杨，唐延东.基于结构化的加权联合特征表观模型的目标跟踪方法[J].信息与控制，2015，44（3）：372?378.
[8] MEI X，LING H. Robust visual tracking using L1 minimization[C]// Proceedings of 2009 IEEE International Conference onComputer Vision. Berlin，Germany：Springer，2009：1436?1443.
【关键词】建筑施工；相变材料；绿色建筑；节能减碳
一、低碳建筑的发展与相变材料的应用
由于温室效应影响与现代建筑物多以轻建筑为主，造成室内温度过高，人体不舒适性增加，因此空调耗电量剧增。根据我国夏日用电统计，空调约占用电量的40%，因此如何降低室内温度，减少空调用电，是刻不容缓的研究。经相关研究发现，良好的隔热措施可节约住宅建筑 12%总用电量（50%的空调用电），商办建筑 10%总用电量。在通过建材的设计以增加建筑物的热质量，减小室内高温的研究工作上。目前国际上的文献与应用，已出现利用所谓相转变材料（phase change material，或简称PCM）作为节能减碳的建材。所谓相转变材料，是一种材料，可以借助相变化伴随着大量热能的吸收和释放，该能量被称之为潜热（latent heat），并且在其相转变过程中具有接近恒温的特性的材料。因此相变材料具备可逆储存及释放能量的优良特性。
目前相变材料应用于建筑物上以西方国家为多，他们利用相变材料具备可逆储存及释放能量的优良特性，在白天吸收热量，并于夜间释放至空气中，以达到增温效果，因此他们是将相变材料应用于除冷。但由于温室效应影响，对于除热方面的需求日益渐增，因此研究相变材料于除热方面的应用也如雨后春笋般冒出。本研究的目的主要是在探讨相变材料在建筑施工当中的应用。
二、相变材料的特质与应用现状
（一）特指分析
相变材料也可称为潜热储能材料（LTES），是利用物质发生相变时需要吸收或释放大量热能的性质来储存或释放热能以调整、控制工作源或材料周围环境温度。物质在储存能量的方式可分为显热或潜热，显热是指物质吸收热量伴随着温度升高来达到储热效果，而潜热即是物质在发生相变化时所需的热能也可称的为热焓（enthalpy），潜热与热焓的差别在于潜热指的是单位质量产生相变所需要的热能。物质存在自然界有三种状态，固态、液态以及气态。因此相变过程可以分为固-液相变、液-气相变及固-气相变三类。由于在产生相变化时，物质需要吸收或释放能量来打断或形成分子间的键结，因此相变化过程中，温度会维持定值并且伴随着大量的能量吸收、释放以及储存。在相变过程中所吸收的热能我们通称为热焓。相变化是可逆反应的，所以经常拿来当做热量的储存体。三种相变的情况下，以固-液相变的潜热最小，但是这一过程最常被拿来应用，因为液-气、固-气相变固然潜热很大，但是变化前后会有气体的产生及消失造成体积变化过大，而且气体也较不易保存。
相变材料最大的优点是在相变过程中，会吸收或释放大量的能量且发生相变化时的温度是可由挑选的物质所决定。因此在不同的环境下，可选择适当潜热与熔点的材料来当做热量的储存体。
（二）应用状况
相变材料利用潜热来吸收、释放热能，以达到控温的效果，因此需要控温效果的产品均利用相变材料的特性来达到目的，应用相当广泛。若将相变材料加于服饰上，可使衣服受环境或人体产生的温度变化量降低，人体可以感受到较为舒适的温度；也可将相变材料应用于医学上，如血液保存，保存血液需维持在较低的温度下，因此可利用相变材料包覆在其周围，在其温度过高时将热量吸收。将相变材料应用于建筑物上大致上可分为主动与被动两种机制。主动是指利用人为产生的热源（冷源）来加热（冷却）相变材料，因该相变材料需与此人为产生的热源（冷源）结合。而被动是指单纯利用自然通风、太阳辐射、环境空气温度来加热（冷却）相变材料，因此相变材料可依照环境、需求加装于建筑物的任何地方。一般而言有三种比较典型的系统：相变材料的朝阳保温墙；板状的相变材料加于墙上或天花板；相变材料的百叶窗。
一是相变材料的朝阳保温墙。朝阳保温墙是用来除冷，其利用一质量较大的墙，面对太阳的方向而建，墙与室外空气以一玻璃面和一个空气层相隔。因此，白天时此墙可吸收较多的热量保存，等夜晚来临时，此墙所吸收的热量便会释放于室内，提高室内空气的温度。而相变材料的朝阳保温墙则是将此质量较大的墙用相变材料代替，在较小的体积下可得到相同的热质量（thermal mass）来达到除冷效果。二是板状的相变材料加于墙上或天花板。选择适当的相变材料后，经加工制成板状后即可安装于室内墙、天花板上。该方法在安装、拆卸都极为方便，因此板状的相变材料在应用上相当广泛。三是相变材料百叶窗。将含相变材料的百叶窗安装于窗户外，在白天时阳光照射，可使相变材料吸热熔化，等夜晚时将百叶窗关起来并且将窗户开着，相变材料在夜晚时会放热，即可加温室内空气。
三、相变材料在建筑施工中应用的反思
一是不同气候下在建筑物上使用相变材料的作用。相变材料使用在建筑物上可以有效的降低室内的高温，然而值得注意的是，虽然可以降低白天的高温，但也会将夜晚的低温抬高。而目前多数理论与实践在评估相变材料的效益时，是假设一个开冷气的温度，大于该温度即会开启冷气而有耗电量产生，因此当室内温度都远高于开冷气温度时，使相变材料会将高温降低，低温提高，对耗电量并没有太大的改善效果。
二是相变材料参数设计。相变材料应用在建筑物上时，有许多参数需要决定，如潜热与热传导系数大小、摆放位置、熔点范围、相变材料的厚度。经过本研究的探讨，就摆放位置而言，有两个主要的参数会影响它，潜热与热传导系数，其中潜热越大越好，传导系数越小越好；就较低的热传导系数而言，摆放于墙的室外面改善效果会比较好，而就潜热而言，应摆放于的室内面比较佳，虽然这两个参数最好位置是相反的，但潜热的影响通常大于热传导系数，因此相变材料应摆放于墙的室内面改善效果会比较好。
三是不同气候下在建筑物上使用相变材料的作用。相变材料不论在除冷或除热方面都可以发挥其效用，都能有效的提高夜晚的低温，降低白天的高温。然而，在有些应用中，因为评估的方式是耗电量指数，因此会跟开冷（暖）气的温度有关，在温度较高的气候下，虽然此地的温度相当高，但是因为其湿度低，人们可忍受的温度较高，相变材料将低温提高的缺点不会被凸显出来，因此耗电量改善比例仍可达 10%附近；而在较为寒冷的气候下，由于此两处较为寒冷，而其需开暖气的温度相当高，因此相变材料将低温提高的效果被高温降低的效果抵消了，故在这种地区使用相变材料对于耗电量指数的改善效果比较不好。
参考文献
【关键词】智能化；配电室
1. 智能化配电室建设目标
1.1 总体目标
实现配电室站室设备的数据流、信息流高度整合和中低压设备在线自诊断与自恢复，力争将配电室打造成状态智能预警、自我消隐、自我预防、自我修复的智能配电室。
1.2 具体目标
推广应用中低压一体化智能配电终端，实现站室设备的自动化监控和数据信息集成管理；
修订基于IEC60870-5-101/104 标准的站室设备数据交换接口、站室数据集中存储与分级处理、智能配电终端等技术规范，建立智能配电室技术标准体系；
研究状态监测传感器及其应用方案，实现电缆接头温度、开关SF6浓度监测、电缆暂态放电的在线监测、诊断和状态预警；
研究配电室环境监控传感器及其应用方案，实现配电室环境温度、湿度、水位、火警、门禁的在线监测和状态预警。
研究配电室设备资产管理及其应用方案，实现设备资产电子标签化，实时监测设备资产状况。
2. 智能化配电室建设思路
智能配电室建设，以通讯管理为主体，以站室自动化监控和站室信息集成管理为核心，围绕站室数据集成总线DIB，重点建设中压集中监控及状态监测预警、低压集中监控及电源备自投合环保护控制、站室设备信息集成、站室数据分级处理与优化等功能。
通过对配电室基础信息、运行数据、环境影响等信息的收集和综合分析，评价配电室设备状态和可靠供电保障能力，在可靠性分析及风险评估基础上制定配电室设备运行、检修、改造策略，实现配电室设备的状态检修和可靠供电。
3. 智能配电室自动化监控建设和改造内容
3.1 配电终端智能化升级
1） 现有配电终端DTU 具有功能扩展能力时，根据配电室条件，可选择低压备自投合环保护控制模块、配变监测模块、设备状态监测模块等功能组件升级，同时升级现有配电终端应用软件。
2） 现有配电终端DTU 配置饱和，不具备功能扩展能力时，更换普通配电终端为智能配电终端。
3） 无配电自动化设备时，新增智能配电终端，实现完备自动化监控功能。
3.2 电缆头测温
配电室电缆接头长期运行后老化或接触电阻过大时，在大电流情况下电缆接头发热、老化会恶性循环，到一定阶段后，会造成严重的故障，甚至火灾或停电事故，降低了供电的安全可靠性。
在线式温度监测实现实时在线电缆接头温度监测，温升报警、历史数据记录等多种功能，帮助运行人员监测和分析监测点的过热情况，预测出故障发生的部位，保证设备的安全运行，可以有效的解决人工巡查测温不到位、无法人工巡检的一次设备的监测，温度测试数据不准确、巡检时间间隔较长等不足。
采用具有可靠、稳定、耐腐蚀、高精度、长寿命、方便安装，不影响原有设备的运行温度传感器监测配电室电缆头温度，然后通过光纤或无线Zigbee 传给温度解调模块进行温度信息的解调、分析处理，DTU 接收温度解调器的温度信息，并将温度与设定值进行比较，当超过设定值时自动报警并与其他信息一起存储、在线或离线上传至主站系统进行高级数据分析。
根据安装方式的不同，采用不同的温度传感器及温度解调模块：
无任何检测设备的分支/馈出线电缆，采用带温度传感器的两遥电缆故障指示器，故障指示器通过光纤与DTU 的温度状态监测模块交换实时温度、故障信息。
已有故障指示器分支/馈出线电缆，采用独立的温度传感器，通过光纤与DTU的温度状态监测模块交换实时温度。
进线、联络线电缆，采用独立的温度传感器，通过光纤或无线Zigbee 传给温度解调模块。测温度点数量多于12 点时，温度解调模块采用独立安装，温度解调模块将收到的温度信号进行预处理后通过RS485 与DTU 的温度状态监测模块交换实时温度。测温度点数量较少时，温度解调模块作为DTU 的插件组件。
3.3 智能电容器监控
智能电容器是指集无功控制、过零投切、补偿、通信、多重故障保护为一体的就地无功补偿装置，其具备过压、欠压、缺相、过温、压力等多重保护功能。采用过零投切方式，达到投入时防止电网涌流、切除时无拉弧，防止了投切时容易出现触点粘合、操作过电压等现象，提高电容器使用寿命。其集控制、投切、补偿为一体，节能效果明显，并且体积大为减小，在同一电容器柜内可装更多容量智能电容器，节省空间和缩短安装工时，采用通信实现多机控制，从而便于扩容，可大幅提高了系统控制的可靠性。当电容器电压、电流、温度等出现异常时，自动切除故障智能电容器。
3.4 开关SF6浓度监测
SF6开关一旦泄漏就会使SF6开关内部的SF6气体绝缘性能大大降低，在开关内部产生电弧，对开关及联接设备造成很大的破坏。SF6在线监测装置可以提前对有SF6的泄露做出警告，防止不安全事故的发生。
基于TCD（热导检测器）的SF6气体浓度检测装置是利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器，该装置受环境的影响较小，持续工作时间长，相对精度较高，该装置集合了热化学、热击穿、超声波等技术的特点，具有很好的监测效果。
DTU 通过RS485 通信总线集中管理多台SF6在线检测装置，实时记录和统计各开关内SF6浓度，当开关内SF6浓度小于报警设定值时，装置报警遥信置位，DTU 接收到告警信息，即上送主站系统，并就地存储。
3.5 基于RFID的设备资产管理
由RFID读写器、天线、电子标签等组成。RFID读写器的有效距离一般很近，在一个封闭的配电室内，合理的放置天线很重要，尽量兼顾到每一个具有独立电子标签的设备。RFID读卡器定时扫描电子标签，检测设备是否还在配电室内。同时DTU定时与RFID读卡器通讯，以便掌握配电室内设备的情况，若有变动，及时上报主站。
参考文献
[1]李天友，徐丙垠.智能配电网自愈功能与评价指标（J）电力系统保护与控制，2010，38（22）：66-67.
【关键词】地下室；结露；温度；湿度
引言
随着人们对建筑工程施工质量要求不断提高，尤其是对影响建筑使用功能的建筑屋面、厨房卫生间、外墙门窗以及地下室渗漏等问题要求越来越高，其反应也更为强烈，尤其是地下室结露问题其处理措施难度较大，因此分析地下室结露的形成原因并针对性的提出解决措施对提高建筑使用功能延长使用寿命具有重要意义。
1 结露现象概述
结露即在温差较大、空气湿度较大的季节，当空气内饱和的水汽遇到冷热温差，室内壁表面温度低于室内露点温度或接近墙壁表面温度，则空气内水蒸气则达到饱和状态并液化为水，水凝结后在墙体表面出现水滴附着的现象，水蒸气开始液化时的温度成为露点温度，简称露点，一旦环境温度继续下降到露点以下，则空气中超饱和的水蒸气将在地下室墙壁或其他物体表面凝结成为水滴。该种现象尤其在地下室内墙壁、地面，特别是当地下室通风不畅并且与地下室外土壤直接接触的地下室内阴角部位表现更为突出，该现象如长期存在则会导致内墙面长霉而影响使用，该现象在北方多发生在秋冬季节，在南方则多发生在梅雨季节【1】。
2 地下室结露原因分析
2.1 外墙裂缝渗漏
若地下室外墙裂缝或渗漏则易造成地下室积水，湿度过大最终导致墙体潮湿、结露，该种原因导致的结露往往在裂缝部位存在明显积水、渗水，且地下室外墙内侧普遍结露，同样不存在裂缝的房间内也存在结露现象，若通过对墙面裂缝部位混凝土进行剔凿其内部含水率应从内到外均偏高；
2.2 墙体孔隙渗水
该种现象形成原因主要是由于外墙内存在孔隙，或施工过程中混凝土振捣不密实，采用商品混凝土为掺加抗渗剂或抗渗剂效果较差，但若由于该种现象导致则其外墙防水也已经失效，若由于该种原因导致渗水结露则对墙体任何部位进行剔凿则内部均为湿润状态。
2.3 地下室湿度偏大
在夏季高温季节，根据热传导规律，在地下室外侧土壤温度、室内温度以及地下室墙体温度间存在以下关系：土壤温度低于墙面温度及室内温度，墙面温度低于室内温度。而结露现象的发生与空气湿度、温度密切相关，当高温雨季空气湿度加大，且该时段地下室内空气流通不畅，并且由于地下室地势较低，内部重的空气流向低处而加大了地下室的空气湿度，并且室内长期不见阳光，导致室内空气湿度接近甚至超过饱和状态，而地下室外墙外侧与周围土壤直接接触，且期间温差较大，尤其当室外地下水位偏高，外墙温度偏低，内外温差大，加上混凝土的导热系数较高，因此湿热空气接触到较冷的内墙面时则易形成结露现象，该种现象在新建或刚刚装修过的地下室尤为严重，由于该阶段地下室尚未完全干透，墙体或装修过的砂浆、涂料内的水分水温度上升而逐步挥发出来，因此在很大程度上增加了空气的湿度，即增加了结露的诱因，因此更易出现结露【2】。
3 防治措施
3.1 设计要素
设计过程中应充分考虑地下室排湿、通风措施，避免由于排湿及通风不良导致室内外湿度偏差大，而混凝土的导热系数偏高，因此宜形成结露现象，因此应在设计过程中应充分考虑通风及排湿措施；而一旦发生结露现象则首先可采用碘钨灯在室内连续进行烘烤以改变室内空气环境装填，加速墙面潮气消失，将墙面进行干燥；处理后则可在地下室外墙内表面做保温处理，利用保温层的隔热作用阻止周围土壤低温不能传递到外墙内表面，从而破坏结露形成的条件，使地下室内环境空气内的水汽不能在外墙内表面凝结为露珠。
3.2 施工要素
在地下室外墙、地面及顶板混凝土施工时应严格按照施工防水抗渗要求进行，切实做好防止室外水体渗漏现象，并可通过增加混凝土内钢筋的保护层厚度来免除水分对钢筋锈蚀；在进行地下室内墙装修时应尽量将表面做成麻面状，并应保证所有的电气、线路等有良好的绝缘和防潮功能，对外露金属部件应做好防锈处理；地下室内墙壁应喷涂或滚涂防结露涂料，该种材料由超强吸水高分子材料制成，其防结露的机理是其吸湿性，涂料所形成的涂抹具有一定厚度且其本身为多孔性，其内部性成的具有联通的孔隙可容纳表面吸附的凝结水，该种情况下空气中的水分由于温差在涂抹表面形成结露则结露水被吸收在涂膜内，从而可防止表面露珠的出现以防止结露的出现，并且涂料涂膜的吸附性越强则单位体积内所能容纳的水分越多，其防结露的效果也越好，并且贮存于涂膜内的水分在空气调价发生变化时则会从涂膜内通过蒸发现象而进入空气中，涂膜则逐步恢复干燥状态，而当水分过多导致结露现象再次出现则涂抹又可吸附凝结水而防止结露。该种涂料施工时应先按照一般涂料采用涂刷或喷涂方法进行，使用前必须将其搅拌均匀，若才搅拌过程中其粘度过大则可加入不超过5%的水分进行稀释，该种涂料的用量一般不超过3kg/m2，在容易发生结露的部位则应加大用量或增加涂刷遍数，在两次涂刷的间隔时间不应少于8h，在涂刷前应将基层表面清理干净并应保持表面干燥，整个涂刷过程应在结露现象生成前完成；对具有商业功能的地下室则应通过调节室内温度和湿度的措施来避免结露现象【3】。
3.3 结露收集、疏导
对于功能单一、观感要求不高的地下室可通过设置排水沟将结露水收集并排放，过程中为避免收集过程中墙面涂料面层脱落或霉变，可在观感和造价指标要求下选择低标号混合砂浆，并可采用环氧树脂防水涂料墙面，并沿墙面设置截水沟并将其通入集水井内；由于顶面温度变化较墙面变化幅度较大且其影响实际散热效果，因此应根据理论计算的热量与实测散失热量进行比较后决定截排水沟槽。
4 结语
在预防地下室结露现象时为预防地下室湿度过大可采取加强室内通风，通风措施可采用机械通风或自然通风，同时应结合混凝土导热系数偏大的现实可采取地下室外墙内保温或外墙外保温，并选用传热系数小的材料等措施来降低室内外温差，并可采用专用涂料以降低结露现象，最终保证地下室的使用功能，充分实现其经济效益。
参考文献：
[1]李寿松，吕志强.从一场虚惊中引出的教训[J]. 建设监理2006年第6期.
关键词：日光温室；增降温技术；现状；展望
中图分类号 S625.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）06- 71-03
日光温室作为集中我国广大农民智慧结晶的特色农业生产设施，具有充分利用太阳资源、不加温或少加温即可在冬季进行正常生产的优点，已成为我国现代农业生产的重要标志之一。据2015年统计[1]，我国日光温室面积达92.7万hm2。但目前日光温室仍然存在土地利用率低、耕层土壤破坏严重、光热条件不均匀、太阳能利用率不高、保温蓄热能力有限、自动化程度低等问题。因此，基于现阶段日光温室保温蓄热构件与性能的各个创新实践，笔者认为，亟需研发优型日光温室类型、保温结构、材料与设施设备，尤其是要高效地利用可再生的太阳能资源，研发农民朋友可以用得起的日光温室保温蓄热构件与设备，这些问题将逐步成为日光温室的主要研究方向。
1 日光温室增温和降温技术发展现状及研究进展
日光温室自从20世纪80年展以来，众多科研院所和高校学者对日光温室采光保温结构进行了大量创新研究，在日光温室的整体结构、建造方式、材料等方面都取得了重大进展。其中一些日光温室结构和材料得到广大农户的认可，应用较为广泛。下文从我国北方地区日光温室的冬季的增温与夏季降温2个方面对保温蓄热构件与性能的研究发展成果进行综述：
1.1 增温技术 太阳辐射可通过日光温室前屋面的透明覆盖材料进入日光温室，形成温室效应来增加日光温室室内气温。然而当寒冷冬季来临时，仅仅靠前屋面透明覆盖材料的自然采光往往很难达到理想的增温效果，这就需要改善保温蓄热构件或增加设施设备进行有效增温，以确保室内达到适宜的温度供植物正常生长。
1.1.1 通过改良自身结构增温
1.1.1.1 开挖防寒沟 该方法是在南面挖一道与温室等长，宽约30～40cm，深约50cm左右（可根据当地冻土层设计）的防寒沟阻断地中传热，在北墙后堆放1～6m厚的防寒土或粘贴10cm厚的聚苯泡沫板，增强后墙的保温能力。
1.1.1.2 提高前屋面透明覆盖材料的透光率，减少太阳光损失、增加总入射量 在山东等灰尘天气较多且或昼夜温差大的地区普遍采用防尘无滴的多功能膜，增加棚膜透光率。此外，山东地区农民开发了一种前屋面清洁方法。该方法是在棚膜上绑上若干条松紧合适的布条，布条间隔80cm左右。通过布条在自然风的吹拂下来回摆动即可清扫吸附在棚膜表面的灰尘。该方法除尘效果明显，可有效减少棚膜灰尘累积而造成的的光损耗。
1.1.1.3 采用彩钢板保温 彩钢板保温装配式温室，东西山墙采用可滑动开合的岩棉彩钢板，北半边山墙为固定山墙，南半边山墙能通过滑道向后滑动开合：早晨，随着太阳升起、气温升高至适宜温度，可沿滑道推置于北边，光线可以射到最北面一段底部，充分采光、提高室内温度，东侧山墙沿滑道向后打开，以保证温室东部采光集热；下午，西侧山墙打开，改善西侧光温条件；夜间可全部关闭保温。
1.1.1.4 增加温室墙体的白天储热量 最简单的方法是将内墙面涂黑，增强墙体吸热量，待太阳下山后气温下降时缓慢释放出来提高室内温度。另外，京鹏环球科技公司在温室墙体方面也进行了创新尝试，通过用蜂窝状墙面代替日光温室后墙面的平面结构，使后墙有效受光表面积增大，墙体蓄热量可提高10%～15%。管勇等[2]发现在0.8m厚黏土砖墙内侧粘贴新型相变蓄热墙体材料板可使后墙表面温度平均提高2.1～4.3℃，室内0～20cm耕作层土壤温度平均提高0.5～1.4℃。李明等[3]提出在北墙采用200mm的发泡水泥加厚砖墙可有效提高墙体保温性能，增加了白天蓄热量减少了热损失，使得墙体夜间释放热量增多，室内温度得到提升。
1.1.1.5 余热再利用技术 将白天蓄存在土壤、蓄热水池、墙体等蓄热媒介中的热能在夜间降温时再释放出来，提高室内气温。该类余热再利用技术，夜间能提高气温5.7℃，提高地温2.9℃[4-6]。热能可以在土壤中蓄存多天，以备在阴雨雪天等光照弱、日光温室蓄热不足的时期来维持较高室内气温，促进作物早熟、高产。
1.1.2 通过装备辅助机械设施设备增温 （1）土壤浅层地热的使用并配合半地下式温室。在夜间利用可再生浅层地热，后墙布设空气管道，白天将棚顶的热量通过地下传送到室内前部分，增加温室前部温度[7]。（2）张勇等提出了一种可跟随不同季节的太阳高度角改变前屋面倾角的日光温室[8]。该日光温室的前屋面是一个活动面，倾角可以在电机的带动下改变大小，以保证在不同季节最大限度的采光，充分利用太阳能，增大了白天的采光量。与对照温室相比，可变前屋面倾角日光温室在晴天和多云天气的采光率和太阳辐射照度，最大可提高41.75%的和69.54W/m2，室内温度也提高了3℃左右。（3）孙周平等研发的彩钢板保温节能日光温室[9]，该温室整体呈半圆弧形，上部覆盖面采用三段滑动式岩棉彩钢板，东西两侧采用可移动开合的东西山墙，最大限度的的采光，提高了太阳能的利用率，室内外温差可高达39.1℃，保温隔热好，增温效果明显。采用彩钢板来代替土墙和砖墙等保温蓄热墙体，以水为蓄放热载体，配合空气-地下土壤热交换系统进行增温，保温蓄热效果好、增温灵活。（4）方慧等设计建造了一套地源热泵与地板散热方式相结合的加热系统[4]，室内水平方向气温相对较均匀，作物生长整齐。（5）丁小明等设计了一套基于毛细管换热器的加温系统[10]，水平放置应用于日光温室中时散热量最大，单位面积散热量可达到307～381W。（6）利用太阳能发电加热。戴巧利的主动式太阳能空气集热――土壤蓄热温室加温系统[7]。该系统将太阳能转化为空气的热能，通过风机导入地下蓄存。当室内气温降低到预定温度时，智能控制系统自动利用白天蓄存在地下的热能加热温室。由于土壤热容量大，可以在白天蓄存的热能，满足夜间热能的供应，使室内温度保持在较适宜的水平。（7）众多学者将研究方向定在了如何将白天的太阳辐射能在夜间供暖，以提高夜间温室内温度。张义等将水幕帘应用于日光温室后墙上[6]，把热量贮存在地下土壤和水池里；王宏丽等将建筑材料与相变材料有机混合，制成蓄热砖块[11]，建造相变蓄热温室，白天将热空气蓄存在墙体内；张勇等[12]的无机相变材料，管勇等[2]的三重结构蓄热相变墙体，在白天吸收蓄存富余的太阳辐射以供夜间加温。
1.2 降温技术 日光温室由后墙和后坡面及东西侧山墙，各种骨架材料支撑的不规则前屋曲面和透明及不透明保温覆盖材料组成，散热少、保温蓄热性能好。当高温夏季来临时，由于透明棚膜可吸收透过短波辐射，阻挡长波辐射散出，室内热量不断累积增温，有时可达40℃以上，因此，仅仅靠温室自然通风往往达不到理想的降温效果，还需要具备相应的放风散热结构，吸蓄热载体甚至机械设备，以减少太阳辐射、增加蒸发潜热放热或蓄存地下以及增加通风换气进行有效降温。
1.2.1 通过改良自身结构降温 在日光温室前屋面顶部和底部分块覆膜或在顶部开放风孔的方式，在温室前屋面近地面处和温室顶部自然放风降温。在日光温室外部架设遮阳网（幕），减少阳光入射量，降低室内的温度。
1.2.2 通过配备机械设施降温 其一，使用湿帘―风机通风降温：即利用风机使日光温室内形成正压或负压，带走室内高温热空气，外部空气经过水帘降温补充室内，既能通风换气，又可以降低温度、增加湿度。其二，部分温室通过在室内安装喷雾设备进行潮汐式喷雾，蒸发降温。
2 保温蓄热研究发展遇到的问题
2.1 前期建造温室时缺乏合理设计 日光温室保温蓄热构件设计参差不齐，在实际生产中，农户主要以模仿现有日光温室类型和保温蓄热构件的方式，并结合自己的多年生产经验和直观判断，在有限的资金基础上，采用简易廉价材料代替高品质材料进行建造。因此，在实际生产过程中保温蓄热效果有限。后期虽然吸纳了优秀的保温蓄热设计，不断投资设计改进，但由于前期的规划设计不当，且没能做到根据自身地域特点、现有温室本身的设计方式和生产管理技术进行设计改进，移花接木，往往无法发挥应有的保温蓄热效果，反而增加了建造和能耗成本，甚至造成减产减收，得不偿失。
2.2 日光温室结构及现有装备的不足 尽管目前研发的保温蓄热构件和设施设备各有其相应的效果，但由于技术本身的保温蓄热效果不理想、投资成本和使用费用过高、经济可行性不强等不足以至于的推广率不高。因此，还需要学者和技术人员进行进一步的研究，在保温蓄热效果、生产操作便利度、投资运营成本上进行优化完善，研发农民朋友会用、好用、用的起的结构和设备。
2.3 保温蓄热构件和设备推广的局限性 合理的日光温室结构和先进的设施装备主要集中在科研院所和高校，由于前期投资成本相对较高，农民对新事物的接受需要一个过程，这些结构和装备推广有限。广大农户的日光温室依然是以简易节能温室为主，建造大多简陋，几乎没有或很少有新保温蓄热构件和设施设备的引进。
3 发展趋势展望
（1）打破建筑设施界限，从先进的连栋温室甚至其他建筑中吸纳优秀的保温蓄热设计理念为我所用，综合运用热力学与传热学、作物栽培生理学、自动化控制等多个学科，研发具有中国特色的增温集热、保温蓄热材料及智能化、自动化设施设备，坚持走低成本、低能耗的发展路线，更好的为农民朋友谋利。
（2）随着设施农业的进一步发展和新型材料的出现，日光温室的保温蓄热构件设计将愈加完善、科学、合理，自动化智能控制系统也会随着计算机和云技术的日趋进步成熟，根据作物生产和环境控制专家系统制定的管理程序，实现控制的专家化、自动化、精准化，从（下转75页）（上接72页）而使室内温度保持在相对稳定的范围。另外，新型可再生能源的发现和应用，譬如当下较热的太阳能光伏技术，也将会逐步替代那些成本高、即将枯竭的、不可再生的化石燃料，给室内增降温技术多加一种选择。
（3）新型日光温室、保温蓄热构件和设施设备被研发出来并逐步完善。笔者借彩钢板保温节能日光温室采光保温蓄热的设计与广大朋友交流讨论：①通过温室自身结构的滑动开合来减少白天结构材料和墙体的遮光、增加太阳光入射量，夜间全闭合多层覆盖，实现最大程度的采光、提高太阳光的利用率，增加室内温度，从而达到理想的增温效果。②采用保温和蓄热性能好的材料并辅助其他设备，尤其是以水为蓄放热载体的系统，分别承担相应的功能，发挥材料自身的优势特性，将是未来日光温室在满足保温、蓄热和增降温需求的研究方向。③采用这种3块覆盖面的半圆形日光温室，通过增大半圆形半径增大温室空间，采光角度几乎不受影响，温室的热容量变大，温度变化更稳定，保温蓄热效果更显著，也将是日光温室提高土地利用率和大型化的重要参考研究方向。④该温室装配式构件可实现工厂化、规范化、标准化生产，逐步推动行业规范的建立。标准化的建立，有利于进行行业交流，促进日光温室增降温技术的高速发展进步。
参考文献
[1]中国市场报告网.2015年版中国日光温室市场现状调研与发展趋势分析报告[R].2015.
[2]管勇，陈超，李琢，等.相变蓄热墙体对日光温室热环境的改善[J].农业工程学报，2012，28（10）.
[3]李明，魏晓明，周长吉，等.发泡水泥对日光温室黏土砖墙保温蓄热性能的改善效果[J].农业工程学报，2014，30（24）.
[4]方慧，杨其长，孙骥.地源热泵一地板散热系统在温室冬季供暖的应用[J].农业工程学报，2008，24（12）.
[5]方慧，杨其长，张义.基于热泵日光温室浅层土壤水媒蓄放热装置实验[J].农业工程学报，2012（20）.
[6]张义，杨其长，方慧.日光温室水幕帘蓄放热系统增温效应实验研究[J].农业工程学报，2012（04）.
[7]戴巧利.主动式太阳能空气集热-土壤蓄热温室增温系统的研究[D].镇江：江苏大学，2009.
[8]张勇，邹志荣，李建明.倾转屋面日光温室的采光及蓄热性能试验[J].农业工程学报，2014，30（1）.
[9]孙周平，黄文永，李天来，等.彩钢板保温装配式节能日光温室的温光性能[J].农业工程学报，2013，29（19）.
[10]丁小明，何芬，段静，等.基于毛细管换热器的日光温室低温供暖系统设计[J].农业工程学报，2013，29（19）.
[11]王宏丽，李晓野，邹志荣.相变蓄热砌块墙体在日光温室中的应用效果[J].农业工程学报，2011，27（5）.
[12]张勇，邹志荣，李建明，等.日光温室相变空心砌块的制备及功效[J].农业工程学报，2010，26（2）.
[13]王宏丽，邹志荣，陈红武，等.温室中应用相变储热技术研究进展[J].农业工程学校，2008，24（6）：304-307.
[14]方慧，张义，杨其长，等.日光温室金属膜集放热装置增温效果的性能测试[J].农业工程学报，2015.31（15）.
[15]孙维拓，张义，杨其长，等.温室主动蓄放热-热泵联合加温系统热力学分析[J].农业工程学报，2014，30（14）.
[16]牛润萍，徐小龙.主动式太阳房相变蓄热地板供暖实测研究[J].建筑科学，2013，29（8）.
[17]曹晓波，王双喜.北方地区连栋温室采光保温结构与性能发展现状与展望[J].现代农业科技，2014，23.
[18]仉国栋，杨青顺，景明霞，等.高寒地区日光温室后墙采光保温结构与性能研究与应用[J].农机化研究，2015，12.
[19]杨其长.荷兰温室节能工程研究进展[J].农业工程技术・温室园艺，2007（1）.
[20]杨其长.中国设施农业的现状与发展趋势[J].农业机械，2002（1）.
[21]张书谦，刘卫明.论温室节能设计与运行[J].农业工程技术・温室园艺，2010（9）.
[22]高文波，张勇，邹志荣，等.主动采光蓄热型日光温室性能初探[J].农机化研究，2015，7.
人体的温度一般保持在36.3-37.2℃（舌下）。据生理学家研究，人生活的环境超过体温调节中枢所及的范围（室温36℃以上），人体内温度就要升高，新陈代谢就受到影响，出现食欲不振、呼吸增快、头晕眼花、心跳加快、周围血管扩张、血压先升后降低等症状。冬天因人体适应高温能力差，只要室温超过23℃，即可出现不适症状。若在一个较长时间内不能改变，则可使人体代谢机能下降，出现精神不振、头昏脑胀、记忆力减退、思维迟钝、夜间失眠、工作与学习效率明显下降。相反若夏天室内温度过低，则可使人体代谢下降，并出现皮下血管收缩、皮肤过度紧张、呼吸和心跳减慢、上呼吸道粘膜血流减少，抵抗力下降，因此极易患上呼吸道感染或感冒。经过多年的临床实践与研究，专家们认为人的夏天室内高温限为32℃、低温极限为15℃；冬天室内低温极限为11℃,高温极限为21℃。
家庭生活环境除温度外，湿度也是相当重要的，而且两者是相辅相成的。当室内温度过大时，虽然室内温度还不算高，由于人体单靠出汗来散热，所以出汗过多，因此导致人体失水过多而引起脱水和电解质紊乱，除感到非常闷热外，还会出现全身乏力，情绪不稳，很易烦躁。相反若室内温度过低时，因呼吸、说话、皮肤很易散发蒸气引起水分丢失过多，首先出现鼻孔干燥，咽喉发炎而肿痛、声音嘶哑等疾病。在冬天若温度过大，人体因湿气传导使散热加快，这时人会感到阴冷、抑郁不快、心情沉闷。也与夏天一样可因呼吸、说话、皮肤散发水分过多而引起口腔及呼吸道的多种疾病。医学专家认为室内相对湿度的高限应小于80％，低限应大于30％。
在日常生活中温度与湿度对人体的影响总是同时发生的，并不能单独行事。专家们经长期测试提出：夏季最适宜的室内温度23-28℃、湿度为30％-60％；冬季最适宜的室内温度为18-25℃、湿度为30%-80％。这一标准只适用于95％左右的健康人，对于老弱病残的人群，由于其适应性能力差或其他特殊原因其最适宜范围可能要小些。
摘要：冷冻室蒸发器采用多层换热片的复合立体结构,在S型制冷盘管壁外侧固定套装翅片,增加冷冻室顶部和低部两个高温区制冷量。将冷冻室按1:1划分出变温室,通过其中温度传感器控制双稳态电磁阀通断实现制冷剂回路切换,将变温室按冷冻、软冷冻、冷藏使用,也可关闭。通过横、竖盘管混排结构的丝管式冷凝器设计,借助制冷系统压缩机、冷凝器、蒸发器负荷匹配及其与毛细管制冷剂流量匹配,通过防凝露管走向及位置设计、蒸发器管道位置及走向布置和回气换热器设计,研制的BCD-186CHS直冷电冰箱最大负荷日耗电0.39度,在变温室为节能状态时耗电在0.35度以下,最低达0.31度。
关键词：热工学 优化设计 理论分析 直冷电冰箱 制冷系统
1 前言
电冰箱发展速度很快,我国电冰箱的产量由1991年的470万台增加到2001年的1349万台,平均年增长11.1%[1]。而电冰箱的耗电量占家用电器总耗电量的32%[2],所以,节能降耗和环保是电冰箱研发工作的重要课题,而蒸发器和冷凝器的传热能力、软冷冻及变温技术优化设计则是关键因素。
2 蒸发器的优化设计
研制采取了以下措施。第一,减小冷藏、冷冻两蒸发器的面积比差值,在总面积一定情况下,尽量加大冷藏室蒸发器的面积,采用大内径蒸发管、增加蒸发管长度及双管并行排列结构等,保证在低温或高温环境下有最佳的开停比,从而保证在一定环境温度下耗电最少。第二,设计高效蒸发器。冷冻室蒸发器是由从上到下依次排列多个换热层片和连接所有换热层片的连接管组成的复合立体式结构[3],换热层片由多个并列S型制冷盘管构成,且在其盘管壁外侧固定套装翅片,大大增加了制冷盘管与空气间接触面积,如图1示。该蒸发器在不改变电冰箱结构情况下,大幅度增加冷冻室蒸发面积,增加冷冻室顶部和低部两个高温区制冷量,使其快速达到规定要求,缩短压缩机工作时间,大幅降低能耗。冷藏室采用导热粘接胶膜将压扁铜管紧紧粘在传热铝板上,并通过高粘合双面胶粘贴在冷藏室内胆上,增强传热效果。第三,合理安排蒸发器位置和制冷剂走向。据箱内自然对流情况,制冷剂流向采用逆流式换热,毛细管和回气管采用较长的并行锡焊或热塑工艺等,以提高换热效果。第四,通过理论计算和试验相结合方法,合理匹配蒸发器与冷凝器的传热面积,努力减小冰箱工作系数,避免过低蒸发压力和过高冷凝压力,达节能目的。
3 冷凝器优化设计
在优化冷凝器设计中除合理增大冷凝面积外,还应充分考虑以下几点:
3.1 设计横、竖盘管混排结构冷凝器:在冷凝器内为制冷剂气液两相状态,分析冷凝器中制冷剂流态变化和内、外部换热条件,横排管冷凝器的换热系数比竖排管冷凝器增加3倍以上,为加强流体扰动,破坏流动边界层,采用横、竖盘管相结合走向的冷凝器将会提高冷凝器换热效果,同时也可降低制冷剂流动噪声。
3.2 丝管式冷凝器代替百叶窗式冷凝器:在其它条件不变情况下,丝管式冷凝器传热性能好,对应的制冷循环效率提高,能耗减小。
3.3 改内藏式冷凝器为外挂式:外挂式冷凝器散热条件比内藏式冷凝器好得多,对降低冷凝温度和过冷温度十分有利,可有效节能降耗。
3.4 防凝露管节能设计:从压缩机排气管至干燥过滤器出口整个高压区域皆为冷凝器负荷对应区域,包括制冷剂蒸汽的冷却、冷凝及再冷(过冷)三个过程,对应设备包括付冷凝器、主冷凝器及门边防露管。由于排气温度的不同,采用不同制冷剂时管路布置也不相同。项目研制中采用制冷剂R600a,由于采用R600a使压缩机排气温度降低,约55℃左右,故将压缩机排出的高压气体先进门边防露管,再进主、副冷凝器,这样即使条件变化,门边防露管末端对应温度也高于最高环境温度,既可保证加热门框、提高防露效果,同时,在管路布置时尽量使防露管远离箱体内腔,又可减小热量向箱内传递,实现节能之目的,系统图如图2示。
4 软冷冻及变温技术设计
过高的环境温度或过低的箱内温度对电冰箱的能耗均有直接影响。环境温度过高,冷凝器散热受到影响,而冰箱内温度过低,一方面增加传热温差,另一方面需较低的蒸发温度从而降低制冷系统循环效率,甚至延长压缩机开机时间,造成能耗上升。过低的、不必要的冷冻室温度设计会加剧冰箱能耗上升。为满足消费者需要,又使冰箱降耗节能,软冷冻及变温设计就显得十分重要。
目前,传统冰箱的两个温区,R室5℃,F室为-18℃,而且F室相对较大。将F室划分两区域,其一温度仍保持-18℃,其二温度为-10℃。F室内冻结物很难在短时间内用刀进行切削处理,在食用前必须解冻,此举一耗费时间,二造成营养成分流失。将F室分离出一个-10℃温区,既可使鱼、肉等食品在-7～-10℃低温下冻结,又能达到短时间内用刀进行切削处理的目的,同时,据使用冰箱需要,也可将此温区温度设定为R室温度5℃或F室温度-18℃,甚至关闭。此即所谓软冷冻及变温技术。
图2为软冷冻及变温技术设计制冷系统示意图[4]。从图中可以看出制冷剂经压缩机压缩,在冷凝器中冷凝后流经干燥过滤器和毛细管,系统分为两个支路。支路一:制冷剂经变温室蒸发器、冷冻室蒸发器、冷藏室蒸发器、贮液器和回气换热器后回到压缩机形成循环回路。支路二:制冷剂经双稳态电磁阀1、冷冻室蒸发器、冷藏室蒸发器、贮液器和回气换热器后回到压缩机形成循环回路。
在结构设计中,电冰箱由上而下分为冷冻室、变温室和冷藏室(变温室由冷冻室按1:1分割形成),各间室都有相对独立的蒸发器。变温室蒸发器设计时较大,满足变温室作为三星冷冻室的匹配。而该间室作为其他功能间室(如冷藏、软冷冻等)使用时,可以通过设在变温室的温度传感器将温度信号送至电冰箱的控制装置中,控制装置据温度设定值对双稳态电磁阀的通路进行切换实现。当电冰箱启动运行时,电磁阀1、2处于通电状态,系统按照支路二形成的循环回路运行,同时变温室的温度传感器检测变温室的温度。变温室温度若在变温室的设定温度范围内,系统按照支路二形成的循环回路继续运行。若检测到温度高于变温室设定值上限,电冰箱的控制装置使双稳态电磁阀1处于断电状态,而双稳态电磁阀2仍通电,系统按照支路一形成的循环回路运行,直到温度传感器感应到温度低于变温室的温度设定值下限时,双稳态电磁阀1执行通电操作,而双稳态电磁阀2断电,系统又按支路二循环回路运行。此时冷冻室和冷藏室温度继续下降,直到冷藏室温度达到标准后,压缩机停机,系统如此往复循环。这种设计,控制压缩机启停的是冷藏室温度,而变温室温度的设定及变化仅控制双稳态电磁阀的通断,以切换制冷剂流向,并不直接控制压缩机的运行,故可较好解决双路循环系统存在的频繁开、停机现象,既使压缩机及其附件寿命延长,又减少启动功率,耗电量也随之降低。
,根据产品的气候类型(项目研制中设计为亚热带型)确定冷冻室、冷藏室的热负荷匹配关系。在产品设计和样机试验中,反复调节系统回路各有关参数,使冷冻、冷藏室之间以及蒸发器与冷凝器之间,压缩机排气量与蒸发器蒸发能力之间以及毛细管节流与蒸发温度之间达到最佳的节能匹配关系。表2是调整过程必须控制的系统关键状态点和相应的调整措施[5]。
5.1.2 在设计冰箱系统时,工作时间系数的选配非常重要。压缩机工作时间太短,启动频繁,则因启动功率大,会带来能耗的升高;如果工作时间太长,压缩机总是工作在较低蒸发温度状态,则压缩机工作效率太低,能耗也将上升。在选配压缩机时,应满足冰箱最大热负荷要求,在满足负荷要求下尽可能选用较小型号的压缩机。项目研制中选用高效压缩机,功率90W,经测定,冰箱工作时间系数适当,能耗较少,见表1。
5.1.3 制冷系统的优化匹配也包括制冷系统中制冷剂量的匹配,制冷剂量偏多或偏少都会影响制冷系统制冷效果,造成耗电增加。因此,系统的性能在其结构决定后,还必须对它的制冷剂量进行匹配试验。项目研制中采取与普通电冰箱不同的充注量试验,同时使用高精度充注系统确保最佳充注量,使系统在高效下进行工作,达到节能降耗目的。
5.1.4 改进节流系统,正确选择毛细管长度和管径以确定最佳毛细管流量是重要问题,与蒸发器的优化匹配、与冷凝器的优化匹配是紧密相关的。若毛细管长度较长或管径较小,节流时产生较大的压差,制冷剂流量小,蒸发温度低,压缩机排气量小,使制冷系统制冷能力减小。在设计中最初的理论计算往往只具指导意义,必须经多次试验调试才能确定。项目在调试过程中,将制冷系统各主要部件的主要状态参数点处分布感温电偶,在压缩机高、低压端安装压力表,通过各种工况的试验曲线及试验数据,借助压焓图,寻找优化制冷循环工况,确定最佳的流量和充注量。
5.2 制冷系统管路走向节能设计
5.2.1 防凝露管节能设计,文中3.4已介绍。
5.2.2 回气换热器节能设计。采用环保型制冷剂如R600a、R134a等与R12一样,在系统中设置回气换热器,采用回热循环是提高制冷系数和单位容积制冷量的有效措施。
从以下三个方面对换热效率进行了强化:(1)毛细管与回气管中的制冷剂采用逆流换热;(2)毛细管和回气管采用并行锡焊(或热塑工艺)的方式;(3)尽可能增加毛细管与回气管的锡焊长度使之最终换热效率达到98%,这样可明显提高系统制冷量。
5.2.3 两大换热设备(蒸发器和冷凝器)中制冷剂管道的合理布置。两大换热设备换热能力的提高对提高系统制冷量,降低能耗十分重要,而换热能力的提高与其中制冷剂管道的合理布置紧密相关。项目研制中,冷藏室蒸发器双排并行盘管紧贴于内胆之上,冷冻室蒸发器采用分层立体结构。冷凝器设计为横、竖盘管混排结构,并采用外挂式。通过这些措施,大大增强了蒸发器与冷凝器的换热能力,经实测,电冰箱最大负荷时日耗电仅0.39度,而在节能状态下耗电在0.35度以下。
5.2.4 在制冷系统管路走向节能设计中注意降低冰箱噪声,保证冰箱在节能的同时将噪声控制在合理范围内。
6 结语
通过改进换热器结构,采用多层排列的复合立体式蒸发器设计,改单一的竖排管排列为横、竖混合排列的丝管式外挂冷凝器,借助于电冰箱压缩机、冷凝器、蒸发器及毛细管的优化匹配,并且借助于制冷剂管路走向节能设计等措施,通过变温控制技术的优化设计,研制的BCD-186CHS直冷电冰箱最大负荷时日耗电0.39度,而在节能状态下耗电在0.35度以下,最低达0.31度。与同样大小固定冷冻室容积的直冷电冰箱相比,项目研制的电冰箱,既满足消费者对温区的多方需求,又显著节能降耗。
参考文献
1 方言.电冰箱市场需求的大趋势.家用电器科技,2002,(7):34～35
2 www.clasponline.org/download/General/2001/211/The-SL-Guidebook.pdf
3 河南新飞电器有限公司.电冰箱的蒸发器.中国,实用新型,200420010921.8.2004年5月31日
关键词：变频空调器；能效指标；测试；工作原理
1、变频空调器的工作原理及技术特点
变频空调器采用低频起动方式，起动电流小，对电网无冲击作用，起动后以最大能力进行快速制冷制热运行，使室内温度尽快达到设定温度，接近或达到设定温度后，自动降低运行能力，进行保温运行以维持室内温度基本恒定，无普通空调器所不可避免的自动频繁开停现象。
变频空调器的技术关键在实现变频压缩机的变频调节和可变容量制冷系统的系统匹配和多变量动态控制。
变频压缩机工作时，由变频器向电动机定子侧线圈提供三相交流电流、产生回转磁场， 受该磁场感应，在转子侧产生了二次电流，因回转磁场和二次电流产生的电磁作用而产生回转，压缩机电机的转速遵循以下规律：
N=120f(1-s)/p
其中N转速；f频率；p极数；s转差率
由此可见，只要能改变电动机输人频率，就能在大幅度范围内实现无级调速，从而改变压缩机的排气量，调节制冷系统中制冷剂的循环量，实现可变容量制冷剂循环。
由于制冷压缩机具有特定的负载特性，因而并不是改变压缩机电机的输人频率就可以使压缩机正常在一般情况下，制冷压缩机的负载为恒转矩负载，电机的转矩决定于：
T=K×(V/f)2
其中K系数；V压缩机输人电压；f压缩机输入频率；T转矩
则对制冷压缩机进行转矩控制时应有Vf＝常数。
由此可见，变频压缩机变频调速的关键在于寻求和确定适应于制冷压缩机特性的压频比。
2、实际空调器需求分析
以制冷为例，有制冷需求的房间对空调器的需求可分解为两个阶段，第一阶段希望使房间的温度尽快降到设定的温度，这一阶段可概括为室内工况条件不断变化的短期过渡过程， 第二阶段即室内温度达到设定温度后，则希望保持一定量的制冷量输人以抵消室内的空调器负荷（主要是人、电器的散热）和通过房屋四壁的漏热（这一漏热量决定于室内外温差及四壁的漏热系数）从而维持室温基本恒定，这一阶段是一个长期的稳态过程，而且相比较第一阶段呈现出部分负荷的特征，尤其在经济相对宽裕的今天，大多数空调器房间因室内装修而具有更好的隔热效果。
另一方面，从气温变化的自然现象看，无论是日气温变化还是全年气温变化都呈现一定的自然规律，即使是最炎热的夏天，午后的气温达到最高点，在此之前或在此之后都有一个逐渐上升和不断下降的过程，当日最高气温和最低气温可相差89℃，而从全年看，每年的高温天气前后, 总有渐变的过程。因此可以从全年气温的分类统计看, 高温时段仅占极少部分，而空调器实际工作时的室外环境温度绝大部分为气温相对较低的时段，而室外环境温度的降低则使室内空调器负荷相应地降低。
综上所述，实际空调器需求呈现非常典型的部分负荷特性。
3、变频空调器能效指标及测试方法
3.1变频空调器能效比
在一定的室内外环境条件下，针对不同的室内空调器负荷，变频空调器有不同的制冷系统运行状态，可测出不同运行状态对应的能效比。
变频空调器为实现快速降温功能而设计了最大制冷能力运行状态，在该运行状态下变频压缩机以最高频率运行，例如100Hz或120Hz，由于压缩机电机是为适应整个频率范围而设计的（如10100Hz或10120Hz）在最高频率点, 其电机效率必然相对较低，同时为经济起见，变频空调器室内外换热器、风机系统的配置相对于最大制冷能力不可能有太多的富余，另一方面变频器本身还要消耗一部分电功，因此在最大制冷能力运行状态时，变频空调器的能效比一般不会很高，甚至会因此时电机效率低和变频器额外消耗电功而比普通空调器的能效比还要低一点。但是在次高频率点或中间频率点（如80Hz、60Hz等）运行时，由于相对于此时的制冷剂循环量，室内外换热面积相对较大，从而使制冷系统的运行状态得到很大幅度的优化， 同时电机运行又处于最佳效率点附近，因而尽管有变频器的额外耗功，变频空调器仍具有很高的能效比，同时智能化的变频空调器器会根据室外环境温度、室内温度与设定温度的差自动调节压缩机运行频率, 输出不同的制冷量，所以实际测试操作过程中，除了最大制冷能力运行状态可人工控制确定外，中间运行状态很难确切地确定其具体运行频率（在变频空调器保持正常安装状态进行性能测试时，外部检测仪表是无法测得压缩机运行频率的，只能通过运行电流的变化感知变频空调器运行状态的变化）
综上所述，用变频空调器最大制冷能力运行状态工作时测得的能效比作为能效水平比较的基准，无论是变频空调器产品之间对比或是变频空调器与普通空调器对比都是不科学、不合理的，无法反映实际工作状态和真实能效水平。
3.2期间消耗电力
为衡量变频空调器的能效水平，中国冷冻空调器工业会建立了期间消耗电力的能效指标和相应的测试规范。中国冷冻空调器工业会根据中国温暖地带的气象数据统计确定了整个空调器使用季节各气温带的总发生时段数的分布规律，然后设计了与实际使用情况相接近的测试条件，在每一气温条件下测试计算出制冷或制热时的耗电量的最小、中间、额定三个数值，再通过一套计算公式计算出每一气温条件下的耗电量，最后计算期间消耗电力。
期间消耗电力=∑每一气温条件下的耗电量×该气温总发生时段数
测试条件：
房间大小：与空调器相符合的中国工业规格的平均水平的住宅（木结构、朝南、洋式房间）的房间为代表。
室外气温条件：温暖地区气候模型
设定室内温度：制冷时为27℃/制热时为20℃
制冷期间：6月2日―9月21日的3.6个月
制热期间：10月28日―4月1日的5.5个月
使用期间：06:00―24:00之间的18个小时
综上所述，显然，用期间消耗电力作为变频空调器的能效指标更科学、更合理、也能基本反映实际工作情况，但是用期间消耗电力指标来考核是很大的测试工作量和计算工作量。
3.3平均日耗电量
综合能效比、期间消耗电力两个能效指标及其测试方法的优点本文作者在此提出理论上科学合理、实践中简便易行且能适用于变频空调器的新的能效指标―平均日耗电量的概念及测试方法，以供大家做进一步探讨。
平均日耗电量是指在常年平均的热负荷作用下，变频空调器连续运行24h所耗的电量。
从上述的空调器实际使用过程分析看，空调器绝大多数工作时段处在部分负荷工作状态，因此从一年的使用范围看一定存在一个平均的空调器热负荷量，在具体确定上有两种方案，一是根据不同大小房屋特性，确定一系列与实际使用情况相当的空调器热负荷的绝对值，二是根据空调器最大制冷/制热能力，确定一个部分负荷系数（如70%或50%）积算出与实际使用情况相当的空调器平均热负荷，笔者认为由于目前变频空调器品种繁多，采用第二种方案更合理，也更简便易行。从消费者配置空调器的经济性考虑，笔者认为部分负荷系数取70%较为合适。
购物车(0)
