石超英，張　川

(國家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心，天津　300112)

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恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室的溫濕度穩(wěn)定性研究*

石超英，張川

(國家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心，天津300112)

為了確定恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室中溫濕度的穩(wěn)定性，利用兩個(gè)溫濕度傳感器在春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)分別對恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室里外屋進(jìn)行溫濕度監(jiān)控。結(jié)果顯示開啟恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室溫濕度控制后，室內(nèi)溫度、濕度均需經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整才能達(dá)到“相對穩(wěn)定”的狀態(tài)。溫度波動(dòng)均在設(shè)備指標(biāo)范圍內(nèi)(±1 ℃)，溫度波動(dòng)較小，在0.2 ℃以內(nèi)，但里外兩間實(shí)驗(yàn)室的溫度有明顯差異，約在0.25 ℃左右。而相對濕度的波動(dòng)較大，但均滿足±2%的指標(biāo)，里外兩間實(shí)驗(yàn)室的濕度有明顯差異約在5%左右。另外，室內(nèi)人員活動(dòng)對溫濕度的影響在冬季尤其顯著，每次均會(huì)破壞屋內(nèi)既有的“穩(wěn)態(tài)”而使溫濕度進(jìn)入一段時(shí)間的“調(diào)節(jié)期”后才能再次穩(wěn)定。

恒溫恒濕；溫度；濕度

恒溫恒濕系統(tǒng)的運(yùn)作是通過三個(gè)相互聯(lián)系的系統(tǒng)：制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)、電器自控系統(tǒng)。其中制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的原理是蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑吸收空氣的熱量(空氣被降溫及除濕)并開始蒸發(fā)，最終制冷劑與空氣之間形成一定的溫度差，液態(tài)制冷劑亦完全蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，后被壓縮機(jī)吸入并壓縮(壓力和溫度增加),氣態(tài)制冷劑通過冷凝器(風(fēng)冷/水冷)吸收熱量，凝結(jié)成液體。通過膨脹閥(或毛細(xì)管)節(jié)流后變成低溫低壓制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，完成制冷劑循環(huán)過程。

空氣循環(huán)系統(tǒng)的原理是風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)將空氣從回風(fēng)口吸入，空氣經(jīng)過蒸發(fā)器(降溫、除濕)，加濕器，電加熱器(升溫)后經(jīng)送風(fēng)口送到用戶需的空間內(nèi)，送出的空氣與空間內(nèi)的空氣混合后回到回風(fēng)口。目前國內(nèi)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室氣流組織主要有上送下回和上送立柱側(cè)回風(fēng)兩種方式。其中上送下回方式實(shí)驗(yàn)室地面需鋪設(shè)鋼制靜電高架地板，室內(nèi)空氣經(jīng)高架地板上均勻分布的回風(fēng)口由地板下返回空調(diào)機(jī)組；上送立柱側(cè)回風(fēng)的氣流組織方式則是室內(nèi)空氣由實(shí)驗(yàn)室內(nèi)墻體四角回風(fēng)立柱的回風(fēng)口進(jìn)入回風(fēng)風(fēng)道，經(jīng)回風(fēng)風(fēng)道返回空調(diào)回風(fēng)系統(tǒng)，本次監(jiān)控溫濕度的實(shí)驗(yàn)室就采用了上送立柱側(cè)回風(fēng)方式，該方式取消了傳統(tǒng)高架地板，實(shí)驗(yàn)室均勻性技術(shù)指標(biāo)完全能達(dá)到溫度≤0.2 ℃、濕度≤1.0%的極高水平[1]。

電器自控系統(tǒng)包括電源部分和自動(dòng)控制部分。電源部分通過接觸器，對壓縮機(jī)、風(fēng)扇、電加器器，加濕器等供應(yīng)電源自動(dòng)控制分部分又分為溫、濕度控制及故障保護(hù)部分:溫、濕度控制是通過溫、濕度控制器，將回風(fēng)的溫濕度與用戶設(shè)定的溫濕作對比，自動(dòng)運(yùn)行壓縮機(jī)(降溫、除濕)，加濕器，電加熱(升溫)等元件，實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕的自動(dòng)控制[2-3]。

為了更好地了解恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室中溫濕度變化波動(dòng)，確定溫濕度的穩(wěn)定性，利用兩個(gè)溫濕度傳感器在春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)分別對恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室里外屋進(jìn)行連續(xù)溫濕度監(jiān)控。

1　方　法

開啟恒溫恒濕室，并設(shè)定一溫濕度，采用兩個(gè)溫濕度傳感器分別記錄恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外兩屋中連續(xù)溫濕度變化，監(jiān)控其波動(dòng)是否滿足要求指標(biāo)：溫度波動(dòng)在±1 ℃內(nèi)，相對濕度波動(dòng)在±2%內(nèi)。兩個(gè)溫濕度傳感器(出廠編號(hào)：nv113012、nv113022)分別位于外屋拉力機(jī)旁實(shí)驗(yàn)臺(tái)上及里屋8400B實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。最后將采集的數(shù)據(jù)描點(diǎn)，分別做T～t、RH～t圖，將波動(dòng)情況與設(shè)備指標(biāo)進(jìn)行比較。其中春、夏、秋三個(gè)季節(jié)每次監(jiān)控時(shí)間為8 h，為了更好地監(jiān)控溫濕度到達(dá)指定溫度之后的穩(wěn)定性，冬季監(jiān)控時(shí)間延長為26 h。

2　數(shù)據(jù)處理

2.1春季溫濕度監(jiān)控

由圖1、圖2可知在春季，自開啟恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室溫濕度控制后，室內(nèi)溫度、濕度均經(jīng)過一定時(shí)間(約4 h以上)的調(diào)整最后達(dá)到“相對穩(wěn)定”的狀態(tài)，但溫度穩(wěn)定后仍有逐漸上升的趨勢。溫度波動(dòng)均在設(shè)備指標(biāo)范圍內(nèi)(±1 ℃)，且控溫誤差在0.5 ℃以內(nèi)。而相對濕度的波動(dòng)明顯較大，但均滿足±2%的指標(biāo)，同時(shí)里外兩間的相對濕度存在約5%的差值。

圖1　外屋nv113012傳感器數(shù)據(jù)Fig.1　Sensor data of nv113012 in outside room

圖2　里屋nv113022傳感器數(shù)據(jù)Fig.2　Sensor data of nv113022 in inside room

2.2夏季監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

由圖3、圖4可知在夏季，自開啟恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室溫濕度控制后，室內(nèi)溫度、濕度均經(jīng)過一定時(shí)間(約2 h)的調(diào)整最后達(dá)到“相對穩(wěn)定”的狀態(tài)。溫度波動(dòng)均在設(shè)備指標(biāo)范圍內(nèi)(±1 ℃)，且溫度波動(dòng)較小(0.2 ℃以內(nèi))，但里外兩間實(shí)驗(yàn)室的溫度有明顯差異，約在0.25 ℃左右。而相對濕度的波動(dòng)明顯較大，但均滿足±2%的指標(biāo)，同時(shí)里外兩間相對濕度存在約5%的差值。

圖3　外屋nv113012傳感器數(shù)據(jù)Fig.3　Sensor data of nv113012 in outside room

圖4　里屋nv113022傳感器數(shù)據(jù)Fig.4　Sensor data of nv113022 in inside room

2.3秋季監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

圖5　外屋nv113012傳感器數(shù)據(jù)Fig.5　Sensor data of nv113012 in outside room

圖6　里屋nv113022傳感器數(shù)據(jù)Fig.6　Sensor data of nv113022 in inside room

由圖5、圖6可知在秋季，自開啟恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室溫濕度控制后，室內(nèi)溫度、濕度均經(jīng)過3 h的調(diào)整最后達(dá)到“相對穩(wěn)定”的狀態(tài)，但仍有一個(gè)小幅度上升的趨勢，但里外兩間實(shí)驗(yàn)室的溫度沒有明顯差異。分析原因主要可能是因?yàn)楸狈降那锛臼彝鉁囟纫呀?jīng)偏低，因此沒有打開室外制冷，而制熱組仍與平時(shí)一樣打開了兩組同時(shí)加熱，導(dǎo)致溫度有小幅度上升的趨勢。而相對濕度的波動(dòng)并不明顯，不過每隔一段時(shí)間出現(xiàn)一個(gè)尖峰，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)除濕器的入水閥被關(guān)，可能是出現(xiàn)峰值的一個(gè)原因[5]。去除峰值其余時(shí)間濕度非常溫度，均滿足±2%的指標(biāo)，值得注意的是里外兩間實(shí)驗(yàn)室的相對濕度有明顯差異，約在5%左右。

2.4冬季監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

圖7　外屋nv113022傳感器數(shù)據(jù)Fig.7　Sensor data of nv113022 in outside room

圖8　里屋nv113012傳感器數(shù)據(jù)Fig.8　Sensor data of nv113012 in inside room

為了更好地監(jiān)控溫濕度到達(dá)指定溫度之后的穩(wěn)定性，冬季監(jiān)控時(shí)間延長為26 h。由圖7、圖8可知在冬季，自開啟恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室溫濕度控制后，室內(nèi)溫度、濕度均經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整最后達(dá)到“相對穩(wěn)定”的狀態(tài)，期間大約為5 h。溫度及濕度的波動(dòng)均在設(shè)備指標(biāo)范圍內(nèi)(±1 ℃和±2%)，里外兩間實(shí)驗(yàn)室的溫度無顯著差異，而濕度仍存在差異，大約在3%左右。在第二天上午9:00，實(shí)驗(yàn)人員曾進(jìn)入屋內(nèi)短暫停留，由監(jiān)控圖可見引起了溫度和濕度的變化，溫度上升約0.5 ℃，同時(shí)濕度稍稍降低。下午15:00，3名實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)入恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室外屋進(jìn)行試驗(yàn)操作，由圖7和圖8可見再次引起外屋的溫濕度變化，而對里屋的影響較小，由此可見室內(nèi)人員活動(dòng)對溫濕度的影響很顯著，每次均會(huì)破壞屋內(nèi)既有的“穩(wěn)態(tài)”而使溫濕度進(jìn)入一段時(shí)間的“調(diào)節(jié)期”后才能再次穩(wěn)定。

3　結(jié)　論

經(jīng)過四個(gè)季節(jié)的溫濕度監(jiān)控，開啟恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室溫濕度控制后，室內(nèi)溫度、濕度均需經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整才能達(dá)到“相對穩(wěn)定”的狀態(tài)，不同季節(jié)所需時(shí)間也有一定的差異。溫度波動(dòng)均在設(shè)備指標(biāo)范圍內(nèi)(±1 ℃)，溫度波動(dòng)較小，在0.2 ℃以內(nèi)，但里外兩間實(shí)驗(yàn)室的溫度有明顯差異，約在0.25 ℃左右。而相對濕度的波動(dòng)明顯較大，但均滿足±2%的指標(biāo)，里外兩間實(shí)驗(yàn)室的濕度有明顯差異約在5%左右。另外，室內(nèi)人員活動(dòng)對溫濕度的影響在冬季尤其顯著，每次均會(huì)破壞屋內(nèi)既有的“穩(wěn)態(tài)”而使溫濕度進(jìn)入一段時(shí)間的“調(diào)節(jié)期”后才能再次穩(wěn)定。

針對以上情況，為了更好地控制溫濕度，特對恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室的使用提出以下建議：如果對溫濕度恒定要求較高，建議提前一天開啟恒溫恒濕系統(tǒng)，確保溫濕度穩(wěn)定時(shí)間，控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員數(shù)量和出入次數(shù)，頻繁地出入很易破壞室內(nèi)溫濕度的平衡。其次，在北方的冬季，還是應(yīng)該解決室外冰凍不易使用制冷機(jī)組的問題，不然緊靠室外新風(fēng)調(diào)節(jié)溫度，溫度會(huì)有繼續(xù)小幅度上升，若無法達(dá)到條件，建議提前加熱到指定溫度然后適當(dāng)減少制熱機(jī)組便于控制溫度更穩(wěn)定。

[1]周俊陽.恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)與冷凍水溫度優(yōu)化[D]. 浙江大學(xué),2012.

[2]胡勝東,張井華.ISO標(biāo)準(zhǔn)高精度恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室節(jié)能控制方法[J].節(jié)能,2009,28(3):32-33.

[3]邱金科,段文仲.ISO標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室自控系統(tǒng)的使用與研究[J].檢驗(yàn)檢疫科學(xué),2000(2):40-41.

[4]傅益君.自控技術(shù)在高精度恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室中的運(yùn)用[J].建筑電氣,2013(6):39-42.

[5]方箏,臧潤清,車晶.關(guān)于恒溫恒濕系統(tǒng)除濕的理論分析[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械,2004,25(1):22-25.

Stability Study of Temperature and Humidity in Constant Temperature and Humidity Laboratory*

SHIChao-ying,ZHANGChuan

(National Center of Ocean Standards and Metrology, Tianjin 300112, China)

Two temperature and humidity sensors were used to monitor temperature and humidity in four seasons, spring, summer, autumn and winter respectively for inner room and outhouse of constant temperature and humidity laboratory in order to determine the stability of the constant temperature and humidity laboratory temperature and humidity. The results showed that after opening the control of constant temperature and humidity laboratory, temperature and humidity were required after a certain period of time to adjust to stable. Temperature fluctuations were within 0.2 ℃, within the index range of the equipment (±1 ℃), but temperature of inner room and outhouse had obvious difference of about 0.25 ℃. Relatively humidity fluctuations were significantly larger within the index of ±2%. However, humidity of inner room and outhouse had obvious difference of about 5%. Personnel activities which effected especially significantly in winter will damage the "steady state" of laboratory and the temperature and humidity in a period of time to adjust to stable again.

constant temperature and humidity;temperature; humidity

南北極環(huán)境綜合考察與評估專項(xiàng)(CHINARE2015-04-06)。

石超英(1982-)，女，碩士，工程師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量。

O6-31

A

1001-9677(2016)017-0106-03