暖通技术在逆境模拟环境中的应用

1毕业设计（论文）题目：暖通技术在逆境模拟环境中的应用分院：机电学院专业：楼宇智能化工程技术姓名：叶盛指导教师：田文琦2011年5月10日2暖通技术在逆境模拟环境中的应用08440124叶盛指导老师田文奇【摘要】：气候的变化不稳定，造成广大地区植物生长存在一定的问题，以此利用暖通技术对在逆境生长的植物做相关实验，通过温湿度环境的控制深入探讨创造有力的逆境模拟环境让植物生长。【关键词】：逆境模拟；设计思想；恒温恒湿技术；控制原理0引言随着时代的进步，环境的变化越来越恶劣，很多的植物都被生存的环境所制约着，因此目前很多科研单位对植物的生长环境有着较大的研究空间。然而对于此类的研究，少不了一个必要的提供植物生长的研究环境。因此对此类问题而言，逆境模拟环境气候室是一个比较炽热的话题，且其中的控制起着决定性的作用。1设计思路逆境模拟环境是指与外界的自然气候绝对相反的一个环境。需要这样的环境必须建立在保温系数较高的气候室内，因为相对环境设计要求比较高。因此在整个气候室设计的过程中硬件设备及控制起着绝对性的作用。在此之中传感器的起着衔接的作用。本文依据重庆逆境环境气候室展开讨论。（1）温度范围：逆境环境植物培养室5～50℃，精度：±1℃；（2）湿度范围：50～85%RH，精度：±5～8%RH；（3）光照强度：气候室面积0～3000LUX；（4）采用智能控制空调机组，节约能源；网络化控制系统和风循环设计等；（5）光照系统；实验环境需满足植物生长环境的空间，并能保证温度控制精度。房间保温采用保温彩钢板做保温处理，既保证精度控制，也为以后长期使用减少费用。设置合理的内部循环风系统，采用顶送四角回风的送回风方式，恒温房温度均匀度好，保证测试的正常进行。中央控制系统采用液晶显示专业高可靠性控制。由于逆境模拟环境室经常是封闭运行，长时间运行会导致室内空气的浑浊，所以设置新风口，确保内部10-20%新鲜空气补偿，保证实验空气的清新。3以下为气候室系统图：图1逆境模拟环境气候室系统2.传感器系统高精度温度传感器和进口高分子薄膜电容式湿度传感器，其稳定性与年漂移量均小于1%RH。在实验室温、湿度监控系统中采用，作为其温、湿度记录标准。将传感器输出信号变换到标准信号的器件称为变送器；为了使用方便，由温度传感器与两线制温度变送器模块组成，温度变送器模块显示去可直接装在传感器的接线盒上。或分离安装出现场管道上，从而使温度的传感。温度传感器技术参数如下表：名称技术参数值温度测量范围-30--80℃温度精度±0.1℃25℃温度稳定性±0.2℃温度反应时间5秒3循环风道系统根据逆境环境气候室的要求，利用恒温恒湿机组，配合采用具有合理的送回风及气流组织形式的风道系统是确保温湿度均匀性的另一关键因数。系统风量应根据实验室的需求采用相应的冷量调节方案并合理配置新风与排风系统，保证温湿度的稳定。在风道循环系统中设置新风系统，补充的新风量可远程调节并加有防尘过滤装置，保持4新鲜的经过滤的气流均匀的流动；新风由统一的总新风管分配到实验室的各新风入口；实验室设计有多个送风及回风口，特殊的送风口导风板将气流吹向实验室的各个方向，导风板无需植绒也不会产生凝露，光滑的设计不会滋生细菌及发生霉变；超静音设计风道与风口；设计的暖通管道使用防腐蚀热镀锌板，加上进口保温复合材料进行覆盖，使得在满足各实验室的各相关控制参数的同时，最大的限度的节能和环保。如下图：图2整体风道示意图4中央控制系统对环境控制系统内的温湿度可按实验要求进行设定控制，其他设置均可方便地在系统提示下进行编程设定。4.1系统控制4.1.1温度控制在逆境环境气候室的风道系统中独立安装恒温恒湿实验室机组，进行环境温湿度控制运行。气候室温度进行单独设定独立控制。要根据实验室的温湿度精度要求合理选择系统，根据房间的负荷计算选取匹配的恒温恒湿机组。为了满足室内恒温恒湿精度的要求，匹配合理的循环风系统。合理的气流组织流程，充分发挥送风气流的冷却或加热作用；建立一个稳定均匀的温度场。机组根据需要自动启动一台或两台压缩机进行温湿度控制，提高系统可靠性又能避免采用单台大功率机组带来的能源损。4.1.2湿度控制控制系统根据湿度设定值与实际的室内湿度变化趋势，自动确定加湿/除湿器模式。5加湿控制：打开加湿电源，根据湿度变化趋势计算加湿量，输出加湿控制模拟量调节加湿量。除湿控制：停止蒸汽加湿器工作，根据温度控制回路的工作状态，强制空调处于制冷除湿模式。相应的温差由电炉加热补偿。4.1.3CO2控制根据CO2设定值与实际的室内CO2变化趋势，控制系统自动确定加CO2/除CO2模式；加CO2控制。根据CO2变化趋势计算加CO2量，输出PWM开关信号，控制CO2电磁阀调节加CO2量；由于植物生长的原因，气候室内的CO2含量草果设定值时，采取增加新风量的方式进行控制。4.1.4光（照度）控制整个气候室采用植物钠灯进行培养，每支灯管为400W。如下图：图3植物灯布局图为与模拟量模块输出能力匹配，中间应加入驱动单元，每只钠灯的灯电源按三相电源配置，每间气候室的等电源控制的固态继电器。4.2人工气候室软件设计人工气候室软件设计主要以下位机程序设计与上位机组态软件程序设计。4.2.1程序设计思路主要模块的功能为：a运行初始化模块对设定值、状态字、历史数据外的数据区清0，读取参数默认设置，一般测量的参数设置、报警参数极限值、系统运行模式判断。b温度模式判断6温度模式初入判断，制冷制热模式判断。当温度偏差小于0，开始制冷，制冷时的差分处理。当温度偏差大于0，开始制热，制热时的差分处理。c湿度模式判断湿度模式初入判断，加湿除湿模式判断，湿度偏差小于0，开始除湿。当湿度偏差差大于0，开始加湿。置加湿参数处置，计算时段偏差，湿度控制时间——比例输出。d光照度处理程序如当前时间在某段控制时间之内，置灯光标志位。初次开灯时，先开到最大，同时开冷却风阀30s。灯冷却故障则报警。4.2.2二氧化碳处理程序CO2异常时关闭；CO2浓度偏低似乎，增加浓度，计算浓度增加的PWM值。CO2浓度偏高，减少CO2，计算浓度减少的新风阀的开度值。加热处理程序室外温度过低，用加热器制热，除湿时打开加热补偿。I/O控制输出处理设置发送间隔计数器初值为30，如果本次输出与上次输出相同，发送间隔计算器值减10。如发送间隔计数器小于0或上一次发送错误，则发置送时间计数器值为30，并发送I/O。4.3控制核心系统控制器件是恒温恒湿机组专用控制器，具有友好的人机界面显示，在点阵式LCD显示控制面板上实时显示环境控制系统内的温、湿度的实时数值、历史数据、设定数据及系统运行情况，所有的操作均可以在LCD屏幕上按菜单提示进行，操作使用极其方便。控制部分考虑安全以分为弱电控制箱和强电控制箱，强电控制箱安装在设备侧，一般操作人员不允许打开和维修，强电控制箱内采用高档固态继电器模块进行硬件驱动控制，确保控制模块和硬件之间的光电隔离。弱电控制箱安装在操作间操作人员容易设置的位置，方便使用者安全操作。弱电控制箱上每个设备设置有自动、手动和停止三个档位，在设备正常使用中把所有开关旋到自动控制档，在不需要设备工作时使用停止档，在设备有人工干预需要时拨动到手动控制档，这样的设计充分考虑了人性化，也为设备的定期检查提供方便。4.3.1个性化上位机软件应用从界面上可以方便的监控各气候室内的温度、湿度、光照度、二氧化碳含量等实时数据、历史数据、设定数据及系统运行情况。计算机选用实验室用工业计算机IPC，具有运行稳定，性价比好。下图为上位机软件界面：7图4上位机软件界面使用工业组态软件进行WINDOWS编程集中管理，可在管理计算机上对实验室的温、湿度等各项数据进行显示、处理，对实验室控制参数进行修改，查询每个实验室的运行历史数据情况，实现与在控制器上相同的功能，并可接入局域网和Internet实现远程管理。控制系统具有历史数据存储功能和远程网络监控、管理功能。控制系统具有实时显示当前数据功能。具有系统、设备非正常运行报警功能。下图为无线报警系统界面：图5无线报警设计报警有三种方式组成：声光警灯报警、电脑屏幕画面报警和短信群发报警。85结束语系统采用智能网络型环境控制，以控制单元为核心，采用先进的智能传感，对温度、湿度、光照、二氧化碳等进行精确控制和过程记录。模拟自然环境温度、湿度、光照度和二氧化碳的变化，按设定曲线对温度和光照度进行有规律的控制24h循环。对重庆农科院逆境环境气候室工程，经过现场施工和技术调试，通过专家组的技术验收，各项技术指标均达到设计要求，现已投入使用。结合相对的技术，人工气候室在未来的发展趋势将不可估计。参考文献[1]洁净厂房设计规范.中国计划出版社(50073-2001)[2]陈一才.智能建筑电气设计手册.中国建筑工业出版社编著.1981[3]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护[M].北京机械工业出版社.2002.[4]采暖通风与空气调节设计规范(GBJ19-87)[5]生物人工气候箱技术规范JB/T6823-93[6]洁净室施工及验收规范JBJ71-90[7]通风与空调工程施工及验收规范GB50243-20029致谢本论文是在指导老师的悉心指导下完成的。老师在整个论文撰写的过程中倾注了大量心血，各项工作在老师的悉心指导和关怀下得以顺利进行，并达到预期效果。对老师渊博的知识结构、严谨的治学态度、崇高的师德我由衷的敬佩，在此向老师表示最诚挚的敬意和感谢！在过去的学习中，学校各位老师以渊博的知识、精彩的讲授，使我对专业知识的理论和实务有了更加深刻的认识和理解，在此，向各位老师表示由衷的谢意。此外还要感谢浙江微松环境科技有限公司的同事们的大力帮助，感谢他们提供的大量资料和数据。最后，谨向所有关心、支持和帮助过我的老师和朋友们表达我最诚挚的谢意和感激之情！同时向百忙当中抽出时间评阅论文的各位老师表示衷心的感谢！