CN110672346B - 一种可调节海拔高度焓差实验室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调节海拔高度焓差实验室，包括焓差实验室、空气抽取装置、空气存储箱体、三通控制装置、压力控制系统，所述空气存储箱体接收空气抽取装置排出的空气；所述焓差实验室墙壁上设置有空气进口和空气出口，所述空气抽取装置与所述空气出口连接，所述空气存储箱体的出口处设置有三通控制装置；本发明采用空气抽取的方式调节实验室内部空气质量的关系，可以令焓差法测试实验室可以模拟出不同海拔高度变化，不仅使得测试数据更加准确、方便，节约了人工成本，而且能避免在不同海拔高度测试可能引起的精度问题；对使用者而言，非常大的减少了测试成本。

Description

一种可调节海拔高度焓差实验室

技术领域

本发明属于焓差实验室技术领域，尤其涉及一种可调节海拔高度焓差实验室。

背景技术

空气焓值法实验室对空调机的送风参数、回风参数以及循环风量进行测量，用测出的风量与送风、回风焓差的乘积确定空调机的能力的实验室。实验室通过测量室内空气状态参数和质量来计算能力，但是在不同海拔高度的地区，空气密度和压力都不一样，实验室并不能测试出不同海拔的差异导致的能力差异，而现有技术中如CN206817702U、CN109696932A等专利文献中虽然公开了焓差实验室内温度、湿度的控制系统以及控制方法，如实用新型专利CN206817702U中公开了一种基于温度湿度独立控制的焓差实验室，所述焓差实验室内设有相互独立控制的湿度调节系统和温度调节系统，所述湿度调节系统包括溶液调湿空调机组，所述温度调节系统包括加热器，所述溶液调湿空调机组和加热器均与计算机相连，所述计算机还连接有设于所述焓差实验室内的温度传感器和湿度传感器。发明专利申请文本CN109696932A中公开了一种焓差实验室湿度控制系统及其控制方法，实现了对焓差实验室湿度的准确控制。该系统包括依次相连的湿度检测装置、变送器、PLC和上位机；湿度检测装置检测焓差实验室的湿度数据，并传输给变送器；变送器将接收到的焓差实验室湿度数据转换为电流信号，传送到PLC；PLC对接收到的电流信号进行处理，得到焓差实验室湿度数据，并传送到上位机；上位机根据接收到焓差实验室湿度数据，计算焓差实验室的焓湿量测量值，并计算湿度偏差和湿度偏差率，采用隶属度赋值方法设计模糊控制器，经过模糊控制器输出焓差实验室的湿度控制量，将湿度控制量分成加湿、开风机两路控制信号并传输给PLC。虽然上述两个专利提供的焓差实验室相比于传统焓差实验室调节室内温湿度的方法具有显著的节能优点，省却了冷热抵消造成的不必要的能源浪费，但是仅仅可以调节温度和湿度，还具有一定的限制。两者均没有公开可以控制压力密度等相关焓差实验室，即目前没有一套焓差法测试实验室可以模拟出不同海拔高度变化，尤其是模拟高海拔的环境。

虽然国家电网有限公司以及北京易盛泰和科技有限公司等申请人公开了相关气候仿真实验室的专利文献，如：CN209166847U-双焓差实验室的气候仿真实验室、CN209230970U-共用冷源的气候仿真实验室、CN109559621A-具有嵌套布局的气候仿真实验室等专利文献，但是上述专利文献主要致力于调节焓差实验室内的温度、湿度等，而并不是模拟不同的海拔。

因此，开发出一套焓差法测试实验室可以模拟出不同海拔高度变化的技术是至关重要的。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提供一种焓差实验室的海拔高度模拟功能，有效的模拟出海拔高度增加或者减少的情况。

海拔和大气压的对应关系：

P＝P0×(1-H/44300)^5.256

式中：H＝海拔高度，P0＝大气压(0℃，101.325kPa)

只要改变实验室内部的大气压就可以反映出海拔的高度。当大气压改变时，空气密度随之改变，温度和湿度也会改变为符合该海拔高度的情况，包括含氧量等等。

一种可调节海拔高度焓差实验室，包括焓差实验室；还包括空气抽取装置、空气存储箱体、三通控制装置、压力控制系统，所述空气存储箱体用于接收空气抽取装置排出的空气；

所述焓差实验室墙壁上设置有空气进口和空气出口，所述空气抽取装置与所述空气出口连接，所述空气存储箱体的出口处设置有三通控制装置；所述三通控制装置一端与焓差实验室的空气进口连接，一端连通外界；所述焓差实验室内还设置有海拔高度计，所述海拔高度计与所述压力控制系统电连接，所述压力控制系统控制空气抽取装置和三通控制装置。

优选地，所述空气抽取装置包括进风模块、循环风模块、低压腔体、真空泵或抽取风机；

所述进风模块包括进风风机、电动阀门，当焓差实验室内部压力达不到设定海拔压力时，通过电动阀门启动进风风机从外部抽取空气进入低压腔体，否则进风风机处于关闭状态；

所述循环风模块包括进风孔、出风孔，所述进风孔通入焓差实验室，所述进风孔通过保温管道与低压腔体连接，所述在焓差实验室内的保温管道端上设置有风阀隔扇，在焓差实验室内的进风孔连接的低压腔体，经过真空泵或者抽取风机进入空气存储箱体，出风孔连接三通控制装置，从进风孔到出风孔完成循环；

所述低压腔体可以为一个小型长方体箱体，其中长方体箱体上设置有第一开孔、第二开孔、第三开孔，所述第一开孔连接真空泵或者抽取风机，所述第二开孔连接进风模块，所述第三开孔连接焓差实验室内侧，当真空泵或抽取风机启动时，低压腔体的内部压力保持低压状态。

优选地，所述第一开孔的孔径大于第二开孔和第三开孔的孔径，且第一开孔端处的抽取风量大于第二开孔端处和第三开孔端处的抽取风量。

优选地，所述压力控制系统包括PID控制表、PID调节器，所述压力控制系统检测海拔高度计的读数，当焓差实验室设定海拔高度之后，PID调节器判断设定压力和当前压力的差值，如压力差为负，则启动空气抽取装置开始抽取焓差实验室内的空气，抽取的空气进入三通控制装置的空气存储箱体，进而排出焓差实验室外；

当焓差实验室的海拔高度高于设定值之后，PID控制表根据海拔高度计的数据控制三通控制装置的开度；使得空气存储箱体中的一部分空气重新进入焓差实验室，控制焓差实验室的海拔高度维持在设定值的数值；如果压力差为正，则再切换空气抽取装置抽取阀门，启动空气抽取装置开始抽取焓差实验室室外的空气，抽取空气进入三通控制装置的空气存储箱体，调整三通阀开度让空气进入焓差实验室内，增大焓差实验室内的压力，焓差实验室内和空气存储箱体形成空气循环，压力过高可通过循环的空气排出焓差实验室外。

优选地，所述海拔高度计与PID控制表之间设置有变送器，使用所述海拔高度计检测实验室里面的压力，通过变送器把压力传成电信号发送到PID控制表的输入端中，设定PID控制表的P、I、D参数，通过与预设的压力参数进行计算，PID控制表输出控制电机信号到变频驱动器中，变频驱动器转换成对应的三通控制阀的开度。

优选地，所述P、I、D参数设定方法为：将计算出的P、I、D参数输入PID调节器，然后将手动输出SP改为25％，等待压力控制系统稳定下来，再对压力控制系统加入阶跃信号，即快速将手动输出SP由25％改为50％(即向上的正阶跃信号)，确认，然后等压力控制系统稳定以后，观察压力控制系统系输出波形是否出现超调量σ％>＝50％、衰减比n＝4:1；此时手动输出SP改为50％，等压力控制系统稳定后，快速将手动输出改为25％(即向下的负阶跃信号)，等压力控制系统稳定以后记录波形，看是否也出现输出波形超调量σ％>＝50％、衰减比n＝4:1，如果正负阶跃信号都没有出现超调量σ％>＝50％、衰减比n＝4:1情况，再调节P、I、D参数，重复上面的步骤，手动参数过程中优先满足超调量的要求，然后尽量满足衰减比进行调节，直至最后出现输出波形的超调量σ％>＝50％、衰减比n＝4:1。

优选地，所述空气存储箱体由聚氨酯双面彩钢保温板制成，所述聚氨酯双面彩钢保温板的厚度为≧100mm；聚氨酯双面彩钢保温板密度≥40kg/m3。

优选地，所述三通控制装置采用直径为100-300mm的保温管道制成。

优选地，所述空气存储箱体内还设置有压力保护器，当压力超过限定值时，输出报警信号至控制器。

优选地，所述三通控制装置为三通阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用空气抽取的方式调节实验室内部空气质量的关系，可以令焓差法测试实验室可以模拟出不同海拔高度变化，不仅使得测试数据更加准确、方便，节约了人工成本，而且能避免在不同海拔高度测试可能引起的精度问题；对使用者而言，非常大的减少了测试成本。

(2)本发明提供的P、I、D参数设定方法可以快速准确将压力信号转变为三通控制装置的开度大小，进而可以迅速模拟出不同海拔高度的环境。

附图说明

图1是本发明提供的可调节海拔高度焓差实验室工作原理示意图。

图2是本发明提供的PID控制三通阀原理图；

图3是本发明提供的PID控制方式原理图；

附图标记表示：

1：焓差实验室；2：海拔高度计；3：空气出口；4：空气进口；5：空气抽取装置；6：三通控制装置；7：空气存储箱体；8：压力控制系统。

具体实施方式

下面结合附图针对本发明作进一步实例描述：

本发明提供的可调节海拔高度焓差实验室原理描述：

如图1所示，图1是本发明提供的可调节海拔高度焓差实验室工作原理示意图；一种可调节海拔高度焓差实验室，包括焓差实验室1；还包括空气抽取装置5、空气存储箱体7、三通控制装置6、压力控制系统8，所述空气存储箱体7用于接收空气抽取装置5排出的空气；

所述焓差实验室1墙壁上设置有空气进口4和空气出口3，所述空气抽取装置5与所述空气出口3连接，所述空气存储箱体7的出口处设置有三通控制装置6；所述三通控制装置6一端与焓差实验室1的空气进口4连接，一端连通外界；所述焓差实验室1内还设置有海拔高度计2，所述海拔高度计2与所述压力控制系统8电连接，所述压力控制系统8控制空气抽取装置5和三通控制装置6。

其中，本发明提供的空气抽取装置5包括进风模块、循环风模块、低压腔体、真空泵或抽取风机；

进风模块包括进风风机、电动阀门，当焓差实验室内部压力达不到设定海拔压力时，通过电动阀门启动进风风机从外部抽取空气进入低压腔体，否则进风风机处于关闭状态；

循环风模块：是由焓差实验室墙壁上开设进风孔，使用保温管道通进低压腔体的通道组件，管道在焓差实验室一端加上风阀隔扇。在焓差实验室内进风孔洞连接的低压腔体，经过真空泵或者空气抽取装置进入空气存储箱体，另外的室内的出风孔连接三通阀部分属于高压，从进风孔到出风口完成循环。

低压腔体设置有第一开孔、第二开孔、第三开孔，所述第一开孔连接真空泵或者抽取风机，所述第二开孔连接进风模块，所述第三开孔连接焓差实验室内侧，当真空泵或抽取风机启动时，低压腔体的内部压力保持低压状态。

其中，本发明提供的第一开孔的孔径大于第二开孔和第三开孔的孔径，且第一开孔端处的抽取风量大于第二开孔端处和第三开孔端处的抽取风量。

其中，抽取空气的装置可以是真空泵也可以是抽取风机，但是需要风量和全压满足海拔压力的控制范围。同时不管是真空泵还是抽取风机使用电机和空气抽取腔体分离，使得电机的热量不能影响腔体的空气温度，在焓差室空气处理柜吸风处抽取实验室房内空气，抽取空气不能影响房间的温度场分布。

电机的热量经过焓差实验室的空气处理柜的进风口，空气处理柜里面的冷机组会平衡掉电机的热量。

而只要空气抽取装置抽取空气的速度不大于焓差实验室内部循环的风速就不会影响温度场分布。其中焓差实验室内部循环的风速是1分钟循环80次以上；

其中本发明应采用工业级真空泵为主体，抽气量根据房间的尺寸指定；真空泵进口使用保温材料与焓差实验室内连接，出口使用保温材料和空气存储箱体连接，保温材料要求满足防火等级及相关漏热需求；

其中，本发明的焓差实验室一套密闭漏风量不超过10立方每小时的焓差实验室；

本发明提供的压力控制系统包括PID控制表、PID调节器，所述压力控制系统检测海拔高度计的读数，当焓差实验室设定海拔高度之后，PID调节器判断设定压力和当前压力的差值，如压力差为负，则启动空气抽取装置开始抽取焓差实验室内的空气，抽取的空气进入三通控制装置的空气存储箱体，进而排除焓差实验室外；

当焓差实验室的海拔高度高于设定值之后，PID控制表根据海拔高度计的数据控制三通控制装置的开度；使得空气存储箱体中的一部分空气重新进入焓差实验室，控制焓差实验室的海拔高度维持在设定值的数值；如果压力差为正，则再切换空气抽取装置抽取阀门，启动空气抽取装置开始抽取焓差实验室室外的空气，抽取空气进入三通控制装置的空气存储箱体，调整三通阀开度让空气进入焓差实验室内，增大焓差实验室内的压力，焓差实验室内和空气存储箱体形成空气循环，压力过高可通过循环的空气排出焓差实验室外。如此，就可以实现动态的保证实验室内部海波高度的动态平衡。如压力差在稳定范围内，则不启动调压装置。

如图2所示，所述海拔高度计与PID控制表之间设置有变送器，使用所述海拔高度计检测实验室里面的压力，通过变送器把压力传成电信号发送到PID控制表的输入端中，设定PID控制表的P、I、D参数，通过与预设的压力参数进行计算，PID控制表输出控制电机信号到变频驱动器中，变频驱动器转换成对应的三通控制阀的开度。

本发明中的压力控制系统的控制原理为：

当前焓差实验室内部的海拔压力和需要调节的压力有3种情况：1、当前海拔比设定海拔高；2、当前海拔满足设定海拔；3、当前海拔比设定海拔低。

焓差实验室海拔压力采用PID自动化控制算法来控制，PID控制方式如图3所示，当收到压力控制系统的输出信号后，将输出经过比例，积分，微分3种运算方式，叠加到输入中，从而控制压力控制系统的行为。

根据上述公式可知，在某个特定的时刻t，此时输入量为rin(t)，输出量为rout(t)，于是偏差就可计算为err(t)＝rin(t)-rout(t)。其中kp为比例带，T_I为积分时间，T_D为微分时间。

其中，整个压力控制系统属于闭环整定方法，但不需要寻找等幅振荡状态，只需寻找最佳衰减振荡状态即可。

其中，P、I、D参数设定方法具体为：将计算出的P、I、D参数输入PID调节器，然后将手动输出SP改为25％，等待压力控制系统稳定下来，再对压力控制系统加入阶跃信号，即快速将手动输出SP由25％改为50％(即向上的正阶跃信号)，确认，然后等压力控制系统稳定以后，观察压力控制系统系输出波形是否出现超调量、衰减比；此时手动输出SP改为50％，等压力控制系统稳定后，快速将手动输出改为25％(即向下的负阶跃信号)，等压力控制系统稳定以后记录波形，看是否也出现输出波形超调量、衰减比，如果正负阶跃信号都没有出现超调量、衰减比情况，再调节P、I、D参数，重复上面的步骤，手动参数过程中优先满足超调量的要求，然后尽量满足衰减比进行调节，直至最后出现输出波形的超调量、衰减比。

本发明提供的空气存储箱体由聚氨酯双面彩钢保温板制成，所述聚氨酯双面彩钢保温板的厚度为≧100mm；聚氨酯双面彩钢保温板密度≥40kg/m3。空气存储箱体形状可根据实际要求制做，容量3立方以上大小，作用是临时存储室内排出的空气。空气存储箱体连接着三通控制装置的进口。

所述空气存储箱体内还设置有压力保护器，当压力超过限定值时，输出报警信号至控制器。

具体的，本发明提供的三通控制装置采用直径为100-300mm的保温管道制成，进气来自空气存储箱体，排气使用一个开度阀体(或者其他控制流量装置)分成2个方向，一个方向排出室外，一个方向排向室内；空气流量的装置开度被压力控制系统来控制。

三通控制装置为三通阀，本发明提供的三通阀一个通道是真空泵抽取空气排到存储箱的出气口，一个是排到室外的排气口，一个是通向室内的进气口；通过调节排出室外和室内进气口的开度，可以控制进入室内空气的质量，使得室内的空气压力维持在控制的范围内。

以上所述仅为本发明的实施例子，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种可调节海拔高度焓差实验室，包括焓差实验室；其特征在于，还包括空气抽取装置、空气存储箱体、三通控制装置、压力控制系统，所述空气存储箱体用于接收空气抽取装置排出的空气；

所述焓差实验室墙壁上设置有空气进口和空气出口，所述空气抽取装置与所述空气出口连接，所述空气存储箱体的出口处设置有三通控制装置；所述三通控制装置一端与焓差实验室的空气进口连接，一端连通外界；所述焓差实验室内还设置有海拔高度计，所述海拔高度计与所述压力控制系统电连接，所述压力控制系统控制空气抽取装置和三通控制装置；

所述空气抽取装置包括进风模块、循环风模块、低压腔体、真空泵或抽取风机；

所述进风模块包括进风风机、电动阀门，当焓差实验室内部压力达不到设定海拔压力时，通过电动阀门启动进风风机从外部抽取空气进入低压腔体，否则进风风机处于关闭状态；

所述循环风模块包括进风孔、出风孔，所述进风孔通入焓差实验室，所述进风孔通过保温管道与低压腔体连接，在所述焓差实验室内的保温管道端上设置有风阀隔扇，在焓差实验室内的进风孔连接的低压腔体，经过真空泵或者抽取风机进入空气存储箱体，出风孔连接三通控制装置，从进风孔到出风孔完成循环；

所述低压腔体设置有第一开孔、第二开孔、第三开孔，所述第一开孔连接真空泵或者抽取风机，所述第二开孔连接进风模块，所述第三开孔连接焓差实验室内侧，当真空泵或抽取风机启动时，低压腔体的内部压力保持低压状态。

2.根据权利要求1所述的一种可调节海拔高度焓差实验室，其特征在于，所述第一开孔的孔径大于第二开孔和第三开孔的孔径，且第一开孔端处的抽取风量大于第二开孔端处和第三开孔端处的抽取风量。

3.根据权利要求1所述的一种可调节海拔高度焓差实验室，其特征在于，所述压力控制系统包括PID控制表、PID调节器，所述压力控制系统检测海拔高度计的读数，当焓差实验室设定海拔高度之后，PID调节器判断设定压力和当前压力的差值，如压力差为负，则启动空气抽取装置开始抽取焓差实验室内的空气，抽取的空气进入三通控制装置的空气存储箱体，进而排出焓差实验室外；

当焓差实验室的海拔高度高于设定值之后，PID控制表根据海拔高度计的数据控制三通控制装置的开度；使得空气存储箱体中的一部分空气重新进入焓差实验室，控制焓差实验室的海拔高度维持在设定值的数值；如果压力差为正，则再切换空气抽取装置抽取阀门，启动空气抽取装置开始抽取焓差实验室室外的空气，抽取空气进入三通控制装置的空气存储箱体，调整三通控制装置开度让空气进入焓差实验室内，增大焓差实验室内的压力，焓差实验室内和空气存储箱体形成空气循环，压力过高可通过循环的空气排出焓差实验室外。

4.根据权利要求3所述的一种可调节海拔高度焓差实验室，其特征在于，所述海拔高度计与PID控制表之间设置有变送器，使用所述海拔高度计检测实验室里面的压力，通过变送器把压力传成电信号发送到PID控制表的输入端中，设定PID控制表的P、I、D参数，通过与预设的压力参数进行计算，PID控制表输出控制电机信号到变频驱动器中，变频驱动器转换成对应的三通控制装置的开度。

5.根据权利要求4所述的一种可调节海拔高度焓差实验室，其特征在于，所述P、I、D参数设定方法为：将计算出的P、I、D参数输入PID调节器，然后将手动输出SP改为25％，待压力控制系统稳定下来，再对压力控制系统加入阶跃信号，即快速将手动输出SP由25％改为50％(即向上的正阶跃信号)，确认，然后等压力控制系统稳定以后，观察压力控制系统系输出波形是否出现超调量σ％>＝50％、衰减比n＝4:1；此时手动输出SP改为50％，等压力控制系统稳定后，快速将手动输出改为25％(即向下的负阶跃信号)，等压力控制系统稳定以后记录波形，看是否也出现输出波形超调量σ％>＝50％、衰减比n＝4:1，如果正负阶跃信号均没有出现超调量σ％>＝50％、衰减比n＝4:1情况，再调节P、I、D参数，重复上面的步骤，手动参数过程中优先满足超调量的要求，然后尽量满足衰减比进行调节，直至最后出现输出波形的超调量σ％>＝50％、衰减比n＝4:1。

6.根据权利要求1所述的一种可调节海拔高度焓差实验室，其特征在于，所述空气存储箱体由聚氨酯双面彩钢保温板制成，所述聚氨酯双面彩钢保温板的厚度为≧100mm；聚氨酯双面彩钢保温板密度≥40kg/m3。

7.根据权利要求1所述的一种可调节海拔高度焓差实验室，其特征在于，所述三通控制装置采用直径为100-300mm的保温管道制成。

8.根据权利要求1所述的一种可调节海拔高度焓差实验室，其特征在于，所述空气存储箱体内还设置有压力保护器，当压力超过限定值时，输出报警信号至控制器。

9.根据权利要求1所述的一种可调节海拔高度焓差实验室，其特征在于，所述三通控制装置为三通阀。

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