CN113983573A - 一种人工气候环境综合模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工气候环境综合模拟方法，该方法包括：启动风机，空气依次经过集气段、新风处理机、试验舱、扩压段、风机段；调节风机转速，使风速满足要求；新风处理机使空气的湿度满足实验要求；试验舱内的显热处理系统使试验舱内的温度满足要求；控制电动转盘一转动并制动，使风向满足要求；控制电动转盘二，改变电动滑轨的方向，配合伸缩杆伸缩，模拟太阳东升西落；控制短弧氙灯的辐射强度，使短弧氙灯的辐射强度满足要求。该方法可综合模拟温度、相对湿度、太阳辐射强度、风速、风向，能够模拟更加真实的室外环境，而且节约了成本、降低了能耗、提高了人工气候环境的准确性，创造了良好的空气品质，营造了健康舒适的试验环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工气候环境综合模拟方法，属于环境模拟领域。
背景技术
室外天气情况变化难以控制，但是科学研究时往往又需要相对稳定的气候环境。因此，需要为试验研究提供一个可控的人工气候环境系统，用于研究和分析室外气象条件对试验对象的影响。
现有的人工气候环境系统大多是对室外气候参数单一或组合式的模拟，即单一模拟温度、相对湿度、太阳辐射强度、风速、风向或组合模拟温湿度、风速风向等。对室外气候条件的综合模拟也是采用传统空调系统通过同一设备对空气热湿处理来调节室内温湿度，只能根据需要调整设备的能力来维持室内温度不变，这时，室内相对湿度是变化的，因此湿度得不到精确控制。而且，传统空调热湿处理方式主要是对流换热，不体现辐射、导热换热，与室外环境实际温湿度热交换原理不完全一致，无法真实反应室外环境状况。除此以外，夏季传统空调系统调节室内温湿度需要采用低温的冷冻水，冷水机组制冷效率低，且冬季加湿也没有蒸汽可用，需要另外配备加湿装置，例如电热式加湿、湿膜加湿等，全年运行能耗很大。
发明内容
针对现有的人工气候环境系统存在的问题，本发明提供了一种人工气候环境综合模拟方法，可综合模拟温度、相对湿度、太阳辐射强度、风速、风向，能够模拟更加真实的室外环境。
为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：
一种人工气候环境综合模拟方法，采用人工气候环境综合模拟系统进行湿度、温度、光照、风速、风向综合模拟；所述人工气候环境综合模拟系统包括依次连通的集气段、新风处理机、试验舱、扩压段、风机段；风机段设置有风机；试验舱内设置有用于调节空气温度的显热处理系统，显热处理系统包括热泵机组、供水管、回水管、辐射盘管；热泵机组可以提供热水或冷水；试验舱内设置有风速探头，用于测量试验舱内的风速；试验舱底部设置有电动转盘一，电动转盘一上设置有试验模型，电动转盘一能够带动试验模型转动；试验舱顶部设置有电动转盘二，电动转盘二下方安装电动滑轨，电动滑轨上安装有伸缩杆，伸缩杆的底端安装有短弧氙灯；通过电动滑轨滑动配合伸缩杆伸缩，用以模拟太阳东升西落，试验舱内设有太阳辐射强度传感器，测量舱内太阳辐射强度，据此联动控制短弧氙灯的辐射强度；
所述人工气候环境综合模拟方法，包括如下步骤：
步骤一、启动风机，在风机的驱动下，空气依次经过集气段、新风处理机、试验舱、扩压段，然后由风机段尾部排出；
步骤二、试验舱的风速探头测量试验舱内的风速，并据此调节风机转速，使风速满足要求；
步骤三、新风处理机对空气湿度进行控制，使空气的湿度满足实验要求；
步骤四、试验舱内的显热处理系统对空气温度进行调节，使试验舱内的温度满足要求；控制电动转盘一转动并制动，使作用于试验模型的风向满足要求；控制电动转盘二，改变电动滑轨的方向，通过电动滑轨滑动配合伸缩杆伸缩，模拟太阳东升西落；通过太阳辐射强度传感器测量舱内太阳辐射强度，据此联动控制短弧氙灯的辐射强度，使短弧氙灯的辐射强度满足要求。
进一步，所述新风处理机包括布液管、盐溶液输配系统、液槽、储液灌、再生器、溶液泵一和溶液泵二；储液灌一端设置有溶液泵一，并通过盐溶液输配系统与布液管进行连通；液槽与储液罐连通；储液罐另一端设置有溶液泵二，溶液泵二与再生器连通；再生器中再生后的盐溶液能够流入储液灌中；
所述新风处理机包括除湿模式和加湿模式；
所述新风处理机在除湿模式下，储液罐中的盐溶液为浓的盐溶液，溶液泵一从储液罐中抽取浓的盐溶液，通过盐溶液输配系统送至布液管，喷淋的盐溶液与空气充分混合，吸收空气中的水分，盐溶液自身浓度降低，滴落至液槽后回流至储液罐中；当储液罐中的盐溶液浓度低于设定值时，溶液泵二将储液罐中的盐溶液送至再生器进行浓缩再生，浓缩再生的盐溶液回流至储液罐中；
所述新风处理机在加湿模式下，储液罐中的盐溶液为稀的盐溶液，溶液泵一从储液罐中抽取稀的盐溶液，通过盐溶液输配系统送至布液管，喷淋的盐溶液与空气充分混合，向空气释放水分，盐溶液自身浓度升高，盐溶液滴落至液槽后回流至储液罐中，当储液罐中的盐溶液浓度高于设定值时，溶液泵二将储液罐中的盐溶液送至再生器进行稀释再生，稀释再生的盐溶液回流至储液罐中。
进一步，所述新风处理机的对空气湿度进行控制，并据此调节风机转速，使风速满足要求，具体包括如下步骤：
步骤一，预先设定试验需要湿度范围[H0，H1]；在集气段设置湿度传感器，监测空气湿度H2，在试验舱内监测空气湿度H3；若H2∈[H0，H1]，则转入步骤二，若H2＞H1则转入步骤三；H2＜H0则转入步骤四；
步骤二，关闭新风处理机；
步骤三，控制新风处理机处于除湿模式，使H3∈[H0，H1]；若H3＞H1则增加浓盐溶液的流量，增强除湿能力，使H3满足要求；若H3＜H0则降低浓盐溶液的流量，降低除湿能力，使H3满足要求；
步骤四，控制显热处理系统处于加湿模式，使H3∈[H0，H1]；若H3＞H1则降低稀盐溶液的流量，降低加湿能力，使H3满足要求；若H3＜H0则增加稀盐溶液的流量，提高加湿能力，使H3满足要求。
进一步，新风处理机还包括换热器和辅助外部热泵机组；换热器设置于溶液泵一与盐溶液输配系统之间，且换热器连接有辅助外部热泵机组；
在新风处理机开启除湿模式时，在盐溶液不能达到预期的除湿效果时，辅助外部热泵机组提供冷水在换热器中先与盐溶液进行换热，降低除湿过程中溶液的温度，以达到更好的除湿效果；
在新风处理机开启加湿模式时，在盐溶液不能达到预期的加湿效果时，辅助外部热泵机组提供热水在换热器中先与盐溶液进行换热，提高加湿过程中溶液的温度，以达到更好的加湿效果。
进一步，新风处理机中的盐溶液与高温的空气进行充分混合，吸收空气中的热量，对空气温度进行初步调控；
热泵机组中的冷冻水的温度控制为16～18℃。
进一步，新风处理机中的盐溶液与低温的空气进行充分混合，提高空气的温度，对空气温度进行初步调控；
热泵机组中的热水的温度为25～35℃。
进一步，试验舱内的显热处理系统对空气温度进行调节，使试验舱内的温度满足要求，具体包括如下步骤：
步骤一，预先设定试验需要温度范围[T0，T1]；在新风处理机的空气出口段设置温度传感器，用以测量进入试验舱的空气的初始温度T2；若T2∈[T0，T1]，则转入步骤二，若T2＞T1则转入步骤三；T2＜T0则转入步骤四；
步骤二，关闭显热处理系统；
步骤三，控制显热处理系统处于降温模式，并测量试验舱内的温度T3，使T3∈[T0，T1]；若T3＞T1则增加热泵机组的阀门开度，增加进入辐射盘管的冷水量，使T3满足要求；若T3＜T0则降低热泵机组的阀门开度，减少进入辐射盘管的冷水量，使T3满足要求；
步骤四，控制显热处理系统处于加热模式，并测量试验舱内的温度T3；若T3＞T1则降低热泵机组的阀门开度，减少进入辐射盘管的热水量，使t1满足要求；若T3＜T0则增加热泵机组的阀门开度，增加进入辐射盘管的热水量。
进一步，对试验舱内进行结露控制，具体包括：
采集供水管表面温度t1和房间露点温度为t3；
控制t1+Δt＞t3，其中Δt为预设值。
进一步，试验舱的墙壁上设置有引线孔，用以试验舱内设备线路与与外界连通。
进一步，人工气候环境系统还包括控制柜；
控制柜上设置有温湿度控制面板，用以设定温湿度设定值，并用以显示温湿度实际值；
控制柜上还设置有太阳辐射强度控制面板，用以设定辐射强度设定值，并用以显示辐射强度实际值；
控制柜上还设置有滑轨控制面板，用以设定滑轨坐标设定值、伸缩杆长度设定值；
控制柜上还设置有风速控制面板，用以设定风速设定值，并用以显示风速实际值、电机频率值、电流值；风速控制面板还设置有手动风速调节按钮、启动按钮、停止按钮；
控制柜上还设置有电动转盘控制面板，用于控制电动转盘一和电动转盘二的转动角度。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明提供的人工气候环境综合模拟系统，可综合模拟温度、相对湿度、太阳辐射强度、风速、风向，能够模拟更加真实的室外环境；通过辐射、对流和导热的三种方式进行试验舱内的热湿交换，更符合室外的热湿交换方式；温度和相对湿度独立控制，更精确的调整室内温度和相对湿度，提高人工气候环境的准确性；新风处理机对湿度进行调控的同时，可以达到调节室外高温和低温的作用，降低了对试验舱内显热处理系统的要求，提高了热泵机组中冷水的温度、降低了热水的温度，节约了成本，降低了能耗；通过对结露控制，创造了良好的空气品质，营造了健康舒适的试验环境。
附图说明
图1为本发明中的人工气候环境综合模拟系统的结构示意图；
图2为本发明中的新风处理机的结构示意图；
图3为本发明中的试验舱的结构示意图；
图4为本发明中的试验舱的三维示意图；
图5为本发明中的新风处理机调节空气温度的原理图；
图6为本发明中的显热处理系统调节空气温度的原理图；
图7为本发明中的风速的自动控制的原理图；
图8为本发明中的控制柜的示意图。
图中标号如下：
1为集气段；2为新风处理机；3为试验舱；4为扩压段；5为风机段；6为布液管；7为盐溶液输配系统；8为液槽；9为储液罐；10为再生器；11为溶液泵一；12为溶液泵二；13为换热器；14为辅助外部热泵机组；15为热泵机组；16为供水管；17为回水管；18为辐射盘管；19为电动转盘一；20为电动滑轨；21为伸缩杆；22为短弧氙灯；23为风速探头；24为太阳辐射强度传感器；25为温度传感器；26为湿度传感器；27为引线孔；28为试验模型；29为风机；30为温湿度控制面板；31为太阳辐射强度控制面板；32为滑轨控制面板；33为风速控制面板；34为电动转盘控制面板；35为数据传输接口一；36为数据传输接口二；37为数据传输接口三；38室外温湿度传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种人工气候环境综合模拟方法作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供一种温湿度独立控制的人工气候环境系统，如图1所示，环境系统包括依次连通的集气段1、新风处理机2、试验舱3、扩压段4、风机段5。风机段设置有风机29，在风机的驱动下，空气依次经过新风处理机2、试验舱3、扩压段4，然后由风机段5尾部排出。
新风处理机2主要是对空气湿度进行控制，使空气的湿度满足实验要求。采用新风处理机进行湿度控制可采用现有技术方案实现，但是本实施例给出了一种更优的实施方式，下面结合图1和图2对该实施方式作进一步介绍。
新风处理机2包括布液管6、盐溶液输配系统7、液槽8、储液灌9、再生器10、溶液泵一11、溶液泵二12。储液灌9一端设置有溶液泵一11，并通过盐溶液输配系统7与布液管6进行连通，布液管6将盐溶液均匀喷洒在空气中，与空气充分混合，通过控制盐溶液的浓度，使盐溶液吸收空气中的水分或向空气中释放水分，从而使空气的湿度满足要求，然后盐溶液汇聚在液槽中，回流至储液灌9。再生器10用于改变盐溶液的浓度，通过加水、吸水或加盐等调节盐溶液的浓度，溶液泵二12用于将储液灌9输送至再生器10中。
当监测到空气的湿度大于需要的湿度时，新风处理机2开启除湿模式，具体为：储液罐9中的盐溶液为浓的盐溶液，溶液泵一11从储液罐9中抽取浓的盐溶液，通过盐溶液输配系统7送至布液管6，喷淋的盐溶液与空气充分混合，吸收空气中的水分，盐溶液自身浓度降低，滴落至液槽8后回流至储液罐9中，当储液罐9中的盐溶液浓度低于设定值时，溶液泵二12将储液罐9中的盐溶液送至再生器10进行浓缩再生，浓缩再生的盐溶液回流至储液罐9中，如此循环。
当监测到空气的湿度小于需要的湿度时，新风处理机2开启加湿模式，具体为：储液罐9中的盐溶液为稀的盐溶液，溶液泵一11从储液罐9中抽取稀的盐溶液，通过盐溶液输配系统7送至布液管6，喷淋的盐溶液与空气充分混合，向空气释放水分，盐溶液自身浓度升高，盐溶液滴落至液槽8后回流至储液罐9中，当储液罐9中的盐溶液浓度高于设定值时，溶液泵二12将储液罐9中的盐溶液送至再生器10进行稀释再生，稀释再生的盐溶液回流至储液罐9中，如此循环。
若盐溶液不能达到预期的湿度控制效果，需要进一步增加辅助手段，提高湿度控制效果。优选的实施方式为，新风处理机2中设置换热器13和辅助外部热泵机组14。换热器13设置于溶液泵一11与盐溶液输配系统7之间，且换热器连接有辅助外部热泵机组14。降低除湿过程中溶液的温度，可以增强除湿能力，因此，在新风处理机2开启除湿模式时，辅助外部热泵机组14提供冷水在换热器13中先与盐溶液进行换热，降低除湿过程中溶液的温度，以达到更好的除湿效果。提高加湿过程中溶液的温度，可以提高加湿效果，因此，新风处理机2开启加湿模式时，需要辅助外部热泵机组14提供热水在换热器13中先与盐溶液进行换热，提高加湿过程中溶液的温度，以达到更好的加湿效果。
结合图1、图3和图4所示，试验舱3内设置有用于调节空气温度的显热处理系统，显热处理系统包括热泵机组15、供水管16、回水管17、辐射盘管18。热泵机组15可以提供热水或冷水，通过供水管16进入盘管中，然后通过回水管17回归热泵机组15。经过新风处理机2的空气与辐射盘管18进行充分热交换后，进入试验舱内。当新风处理机2排出的空气温度高于需要的试验温度时，热泵机组15提供冷冻水，冷冻水经供水管16，输送到辐射盘管18，然后经回水管17回到热泵机组15中。当新风处理机2排出的空气温度低于需要的试验温度时，热泵机组15提供热水，热水经供水管16，输送到辐射盘管18，然后经回水管17回到热泵机组15中。
需要说明的是，新风处理机2的盐溶于在与空气进行充分混合时，已经完成了室内初步热交换的工作，尤其对高温的空气和低温的空气来讲效果更明显，高温的空气经过新风处理机2会明显降低，低温的空气经过新风处理机2会明显升高，从而使进入试验舱中的空气的温度范围变窄，更加有利于显热处理系统对空气温度进行调控。还可以设置室外温度传感器38监测室外温度，室外温度与新风处理机2排出的空气温度的差值为新风处理机调节的温度。作为举例，假设试验温度为22度，当室外温度过高，为32度甚至35度以上时，若仅靠热泵机组15降温，可能需要提供7度的冷冻水，然而，盐溶液在与空气进行充分混合时吸走了部分空气中的热量，使温度由极端的温度降至30度以下，因此，热泵机组15中的冷冻水的温度可以控制为16～18℃就能够实现温度的有效调节；当室外温度过低，为5度甚至0度以下时，若仅靠热泵机组15升温，可能需要提供温度较高的热水，然而，盐溶于在与空气进行充分混合时，为空气补充了热量，使温度由极端的低温提升至10度以上，因此，新风处理机2中的热水的温度可以控制为25～35℃的就能够实现温度的有效调节。通过新风处理机2对温度初步调节，然后经显热处理系统进一步调节达到需要的温度，这样可以降低对热泵机组的要求，降低设备成本，并且通过降低运行条件降低了热泵机组的能耗。另外，热泵机组15中提供的冷冻水的温度16～18℃时，供水温度高于室内空气的露点温度，因而辐射盘管18也不存在结露的危险。进一步，试验舱内设置有温度传感器25，测量试验舱内的温度，据此联动控制显热处理系统调节试验舱内的温度环境。
结合图1、图3和图4所示，试验舱3底部设置有电动转盘一19，电动转盘一19上设置有试验模型28，电动转盘一能够带动试验模型转动。试验舱3中风环境的构建采用埃菲尔型。风机29转动，使空气通过集气段1经过新风处理机2处理后进入试验舱3中，通过调节风机的转动速度，改变试验舱中的风速大小，提供研究所需要的风速环境。试验舱3内设置有风速探头23，风速探头23可测量舱内的风速，并联动控制电机段的电机转速从而调节风速。通过转盘一改变试验模型28的角度，可以调节作用于试验模型28的风向。
试验舱1顶部设置有电动转盘二(未标识)，电动转盘二下方安装电动滑轨20，电动滑轨20上安装有伸缩杆21，伸缩杆的底端安装有短弧氙灯22；通过电动滑轨滑动配合伸缩杆伸缩，用以模拟太阳东升西落，试验舱3内设有太阳辐射强度传感器24，测量舱内太阳辐射强度，据此联动控制短弧氙灯22的辐射强度。
下面对试验舱内风速的自动控制的方法作进一步介绍。结合图1、图3、图4和图7所示，试验舱内设置有风速探头23，可测量试验舱内的风速，并联动控制电机段的电机转速调节风速的大小。作为举例，风速的控制采用基于PID的闭环控制方式。风速控制部分的硬件由计算机、PID调节器、变频器、交流电机、差压传感器和人机界面等组成。计算机根据设定值与实际测量风速值比较后采用PID算法，计算出相应的输出数字信号，由PLC通过D/A转换为模拟信号量输出给变频器，利用变频器改变电机的输入频率，以改变电机转速来调节风速，由差压传感器测得试验舱内动压，将动压值传给PID调节器，将动压换算成风速，换算后的风速经过与风速给定信号比较其偏差值，采用优化的PID算法控制模拟输出信号，来改变变频器的频率，从而保证风速的设定值和反馈至相等或者接近，实现了风速的闭环控制。
如图3和图4所示，试验舱3中的设备的线路可通过引线孔27与外界相连。
如图8所示，为了实现人工气候环境的精准高效控制，人工气候环境系统还包括控制柜。控制柜上设置有温湿度控制面板30，包括温湿度设定值、温湿度实际值、运行指示灯、报警指示灯、启动按钮、停止按钮、复位按钮等，同时设置了数据传输接口一35可输入或导出舱内的温湿度数据。控制柜上还设置有太阳辐射强度控制面板31，包括辐射强度设定值、辐射强度实际值、运行指示灯、报警指示灯、启动按钮、停止按钮、复位按钮等，同时设置了数据传输接口二36可输入或导出舱内的太阳辐射强度数据。控制柜上还设置有滑轨控制面板32，包括滑轨坐标设定值、伸缩杆长度设定值、运行指示灯、报警指示灯、启动按钮、停止按钮、复位按钮等。控制柜上还设置有风速控制面板33，包括风速设定值、风速实际值、电机频率值、电流值、运行指示灯、报警指示灯、手动风速调节按钮、启动按钮、停止按钮、复位按钮等，同时设置了数据传输接口三37可输入或导出舱内的风速数据。控制柜上还设置有电动转盘控制面板34，用于控制电动转盘一和电动转盘二，包括转动角度设定值、运行指示灯、报警指示灯、启动按钮、停止按钮、复位按钮等。
实施例二
本实施例提供了一种人工气候环境综合模拟方法，采用人工气候环境综合模拟系统进行湿度、温度、光照、风速、风向综合模拟，人工气候环境综合模拟系统参见实施例一中所述。下面结合图1至图8对人工气候环境综合模拟方法作进一步描述。
所述人工气候环境综合模拟方法，包括如下步骤：
步骤一、启动风机，在风机的驱动下，空气依次经过集气段、新风处理机、试验舱、扩压段，然后由风机段尾部排出；
步骤二、试验舱的风速探头测量试验舱内的风速，并据此调节风机转速，使风速满足要求；
步骤三、新风处理机对空气湿度进行控制，使空气的湿度满足实验要求；
步骤四、试验舱内的显热处理系统对空气温度进行调节，使试验舱内的温度满足要求；控制电动转盘一转动并制动，使作用于试验模型的风向满足要求；控制电动转盘二，改变电动滑轨的方向，通过电动滑轨滑动配合伸缩杆伸缩，模拟太阳东升西落；通过太阳辐射强度传感器测量舱内太阳辐射强度，据此联动控制短弧氙灯的辐射强度，使短弧氙灯的辐射强度满足要求。
优选的实施方式为，结合图1、图2和图5所示，所述新风处理机的对空气湿度进行控制，并据此调节风机转速，使风速满足要求，具体包括如下步骤：
步骤一，预先设定试验需要湿度范围[H0，H1]；在集气段设置湿度传感器，监测空气湿度H2，在试验舱内监测空气湿度H3；若H2∈[H0，H1]，则转入步骤二，若H2＞H1则转入步骤三；H2＜H0则转入步骤四；
步骤二，关闭新风处理机；
步骤三，控制新风处理机处于除湿模式，使H3∈[H0，H1]；若H3＞H1则增加浓盐溶液的流量，增强除湿能力，使H3满足要求；若H3＜H0则降低浓盐溶液的流量，降低除湿能力，使H3满足要求；
步骤四，控制显热处理系统处于加湿模式，使H3∈[H0，H1]；若H3＞H1则降低稀盐溶液的流量，降低加湿能力，使H3满足要求；若H3＜H0则增加稀盐溶液的流量，提高加湿能力，使H3满足要求。
需要说明的是，当新风处理机处于除湿模式，且H3＞H1，通过增加浓盐溶液的流量无法使H3满足要求时或调节时间较长时，启动辅助外部热泵机组14，增加进入换热器的冷水量，降低浓盐溶液温度，增强除湿能力，使H3满足要求；若H3＜H0，通过增加浓盐溶液的流量无法使H3满足要求时或调节时间较长时，启动辅助外部热泵机组14，降低进入换热器的冷水量，提高浓盐溶液温度，降低除湿能力，使H3满足要求。当新风处理机处于加湿模式，且H3＞H1，通过降低稀盐溶液的流量无法使H3满足要求时或调节时间较长时，减少进入换热器热水量，降低稀盐溶液温度，使H3满足要求；若H3＜H0，增加稀盐溶液的流量，无法使H3满足要求或调节时间较长时，启动辅助外部热泵机组14，增加进入换热器热水量，提高稀盐溶液温度，使H3满足要求。
优选的实施方式为，结合图1、图3、图4和图6所示，试验舱内的显热处理系统对空气温度进行调节，使试验舱内的温度满足要求，具体包括如下步骤：
步骤一，预先设定试验需要温度范围[T0，T1]；在新风处理机的空气出口段设置温度传感器，用以测量进入试验舱的空气的初始温度T2；若T2∈[T0，T1]，则转入步骤二，若T2＞T1则转入步骤三；T2＜T0则转入步骤四；
步骤二，关闭显热处理系统；
步骤三，控制显热处理系统处于降温模式，并测量试验舱内的温度T3，使T3∈[T0，T1]；若T3＞T1则增加热泵机组15的阀门开度，增加进入辐射盘管的冷水量，使T3满足要求；若T3＜T0则降低热泵机组15的阀门开度，减少进入辐射盘管的冷水量，使T3满足要求；
步骤四，控制显热处理系统处于加热模式，并测量试验舱内的温度T3；若T3＞T1则降低热泵机组15的阀门开度，减少进入辐射盘管的热水量，使t1满足要求；若T3＜T0则增加热泵机组15的阀门开度，增加进入辐射盘管的热水量。
需要说明的是，显热处理系统处于降温模式时，试验舱内表面温度低于结露温度时，就会产生结露，因此需要对室内进行结露控制，必须保证试验舱内表面温度高于试验舱的露点温度。监控供水管16表面温度t1，设房间最不利点表面温度为t2；房间露点温度为t3，设最不利点的露点温度为t4。因有抹灰等影响，房间最不利点表面温度t2与冷冻水供水管16表面温度监控器监控的温度t1之间存在差值Δt1，即t2＝t1+Δt1；房间露点温度为t3与最不利点的露点温度为t4也也可能不一致，两者的差值为Δt2，即t4＝t3+Δt2。当辐射冷盘管18不结露时，必须保证t2＞t4，t1+Δt1＞t3+Δt2，即t1+Δt＞t3，Δt＝Δt1-Δt2。房间露点温度t3可采用露点温度计测量得出，也可由温度传感器25和湿度传感器26计算得出。为了更好地控制辐射冷盘管18在干工况运行，本实施例Δt设定为1℃。当检测到供水管16表面温度监控器监控的温度t1为17.5℃，房间露点温度t3达到18℃时(±0.5℃的控制域)，产尘防结露报警，关闭房间冷冻水阀停止供冷；房间露点温度t3达到17.5℃时，水阀恢复正常控制。保证房间内的辐射盘管18一直在干工况下运行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
采用人工气候环境综合模拟系统进行湿度、温度、光照、风速、风向综合模拟；所述人工气候环境综合模拟系统包括依次连通的集气段、新风处理机、试验舱、扩压段、风机段；风机段设置有风机；试验舱内设置有用于调节空气温度的显热处理系统，显热处理系统包括热泵机组、供水管、回水管、辐射盘管；热泵机组可以提供热水或冷水；试验舱内设置有风速探头，用于测量试验舱内的风速；试验舱底部设置有电动转盘一，电动转盘一上设置有试验模型，电动转盘一能够带动试验模型转动；试验舱顶部设置有电动转盘二，电动转盘二下方安装电动滑轨，电动滑轨上安装有伸缩杆，伸缩杆的底端安装有短弧氙灯；通过电动滑轨滑动配合伸缩杆伸缩，用以模拟太阳东升西落，试验舱内设有太阳辐射强度传感器，测量舱内太阳辐射强度，据此联动控制短弧氙灯的辐射强度；
所述人工气候环境综合模拟方法，包括如下步骤：
步骤一、启动风机，在风机的驱动下，空气依次经过集气段、新风处理机、试验舱、扩压段，然后由风机段尾部排出；
步骤二、试验舱的风速探头测量试验舱内的风速，并据此调节风机转速，使风速满足要求；
步骤三、新风处理机对空气湿度进行控制，使空气的湿度满足实验要求；
步骤四、试验舱内的显热处理系统对空气温度进行调节，使试验舱内的温度满足要求；控制电动转盘一转动并制动，使作用于试验模型的风向满足要求；控制电动转盘二，改变电动滑轨的方向，通过电动滑轨滑动配合伸缩杆伸缩，模拟太阳东升西落；通过太阳辐射强度传感器测量舱内太阳辐射强度，据此联动控制短弧氙灯的辐射强度，使短弧氙灯的辐射强度满足要求。
2.如权利要求1所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
所述新风处理机包括布液管、盐溶液输配系统、液槽、储液灌、再生器、溶液泵一和溶液泵二；储液灌一端设置有溶液泵一，并通过盐溶液输配系统与布液管进行连通；液槽与储液罐连通；储液罐另一端设置有溶液泵二，溶液泵二与再生器连通；再生器中再生后的盐溶液能够流入储液灌中；
所述新风处理机包括除湿模式和加湿模式；
所述新风处理机在除湿模式下，储液罐中的盐溶液为浓的盐溶液，溶液泵一从储液罐中抽取浓的盐溶液，通过盐溶液输配系统送至布液管，喷淋的盐溶液与空气充分混合，吸收空气中的水分，盐溶液自身浓度降低，滴落至液槽后回流至储液罐中；当储液罐中的盐溶液浓度低于设定值时，溶液泵二将储液罐中的盐溶液送至再生器进行浓缩再生，浓缩再生的盐溶液回流至储液罐中；
所述新风处理机在加湿模式下，储液罐中的盐溶液为稀的盐溶液，溶液泵一从储液罐中抽取稀的盐溶液，通过盐溶液输配系统送至布液管，喷淋的盐溶液与空气充分混合，向空气释放水分，盐溶液自身浓度升高，盐溶液滴落至液槽后回流至储液罐中，当储液罐中的盐溶液浓度高于设定值时，溶液泵二将储液罐中的盐溶液送至再生器进行稀释再生，稀释再生的盐溶液回流至储液罐中。
3.如权利要求2所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
所述新风处理机的对空气湿度进行控制，并据此调节风机转速，使风速满足要求，具体包括如下步骤：
步骤一，预先设定试验需要湿度范围[H0，H1]；在集气段设置湿度传感器，监测空气湿度H2，在试验舱内监测空气湿度H3；若H2∈[H0，H1]，则转入步骤二，若H2＞H1则转入步骤三；H2＜H0则转入步骤四；
步骤二，关闭新风处理机；
步骤三，控制新风处理机处于除湿模式，使H3∈[H0，H1]；若H3＞H1则增加浓盐溶液的流量，增强除湿能力，使H3满足要求；若H3＜H0则降低浓盐溶液的流量，降低除湿能力，使H3满足要求；
步骤四，控制显热处理系统处于加湿模式，使H3∈[H0，H1]；若H3＞H1则降低稀盐溶液的流量，降低加湿能力，使H3满足要求；若H3＜H0则增加稀盐溶液的流量，提高加湿能力，使H3满足要求。
4.如权利要求3所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
新风处理机还包括换热器和辅助外部热泵机组；换热器设置于溶液泵一与盐溶液输配系统之间，且换热器连接有辅助外部热泵机组；
在新风处理机开启除湿模式时，在盐溶液不能达到预期的除湿效果时，辅助外部热泵机组提供冷水在换热器中先与盐溶液进行换热，降低除湿过程中溶液的温度，以达到更好的除湿效果；
在新风处理机开启加湿模式时，在盐溶液不能达到预期的加湿效果时，辅助外部热泵机组提供热水在换热器中先与盐溶液进行换热，提高加湿过程中溶液的温度，以达到更好的加湿效果。
5.如权利要求3所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
新风处理机中的盐溶液与高温的空气进行充分混合，吸收空气中的热量，对空气温度进行初步调控；
热泵机组中的冷冻水的温度控制为16～18℃。
6.如权利要求3所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
新风处理机中的盐溶液与低温的空气进行充分混合，提高空气的温度，对空气温度进行初步调控；
热泵机组中的热水的温度为25～35℃。
7.如权利要求2所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
试验舱内的显热处理系统对空气温度进行调节，使试验舱内的温度满足要求，具体包括如下步骤：
步骤一，预先设定试验需要温度范围[T0，T1]；在新风处理机的空气出口段设置温度传感器，用以测量进入试验舱的空气的初始温度T2；若T2∈[T0，T1]，则转入步骤二，若T2＞T1则转入步骤三；T2＜T0则转入步骤四；
步骤二，关闭显热处理系统；
步骤三，控制显热处理系统处于降温模式，并测量试验舱内的温度T3，使T3∈[T0，T1]；若T3＞T1则增加热泵机组的阀门开度，增加进入辐射盘管的冷水量，使T3满足要求；若T3＜T0则降低热泵机组的阀门开度，减少进入辐射盘管的冷水量，使T3满足要求；
步骤四，控制显热处理系统处于加热模式，并测量试验舱内的温度T3；若T3＞T1则降低热泵机组的阀门开度，减少进入辐射盘管的热水量，使t1满足要求；若T3＜T0则增加热泵机组的阀门开度，增加进入辐射盘管的热水量。
8.如权利要求7所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
对试验舱内进行结露控制，具体包括：
采集供水管表面温度t1和房间露点温度为t3；
控制t1+Δt＞t3，其中Δt为预设值。
9.如权利要求1所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
试验舱的墙壁上设置有引线孔，用以试验舱内设备线路与与外界连通。
10.如权利要求1所述的人工气候环境综合模拟方法，其特征在于，
人工气候环境系统还包括控制柜；
控制柜上设置有温湿度控制面板，用以设定温湿度设定值，并用以显示温湿度实际值；
控制柜上还设置有太阳辐射强度控制面板，用以设定辐射强度设定值，并用以显示辐射强度实际值；
控制柜上还设置有滑轨控制面板，用以设定滑轨坐标设定值、伸缩杆长度设定值；
控制柜上还设置有风速控制面板，用以设定风速设定值，并用以显示风速实际值、电机频率值、电流值；风速控制面板还设置有手动风速调节按钮、启动按钮、停止按钮；
控制柜上还设置有电动转盘控制面板，用于控制电动转盘一和电动转盘二的转动角度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220128 |