鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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負壓風機參數(shù)離子風機技術(shù)指標的校準方法自然風的1 f紊動特性的
離子風機技術(shù)指標的校準方法，用靜電電荷分析儀校準離子風機，要根據(jù)離子風機的技術(shù)要求進行校準。
校準時要注意:
1、平板電極不能與其它任何物體接觸。
2、平板電極的中心對準測試位置，法線平行于中心線。
3、周圍無其它干擾氣流。
4、在氣流方向上無阻礙氣流的障礙物，也無反射氣流的反射表面，如桌面、墻面等。
5、環(huán)境溫度20士5℃，相對濕度小于50%
6、每個位置上進行正電衰變和負電衰變兩次測試。
當所測量的靜電衰變時間小于技術(shù)指標要求時，產(chǎn)品合格。否則，出據(jù)不合格結(jié)論。
但是，在使用時，如果實際使用距離較近，且能滿足被控制對象的最大靜電起電速率的要求，可以根據(jù)校準數(shù)據(jù)繼續(xù)使用。例如被控制對象的最大起電速率估計小于3.18x108A/m2，在靜電衰變時間小于10秒的位置上可以使用該離子風機.
目前 ，除靜電離子風機作為有效的主動式控制靜電的設(shè)備廣泛地使用在電子產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，其質(zhì)量的好壞，直接影響到整批電子產(chǎn)品的質(zhì)量，所以定期校準離子風機意義重大。但是，我國尚無校準檢定離子風機的標準依據(jù)。本文提出的“靜電中和速率”指標可以直觀地反映離子風機的技術(shù)性能，比傳統(tǒng)用靜電衰變時間指標更具有科學(xué)性，使用者也容易理解。但是直接測量“靜電中和速率”比較復(fù)雜，尚無產(chǎn)品。靜電電荷分析儀能直接測量靜電衰變時間，是測量離子風機的常用儀器，也可以用來校準離子風機。我們曾用ME-268A和3M711兩種靜電荷分析儀做過大量的實驗。
摘要：自然通風是人們樂于接受的通風方式，便其中的原因還沒有得到全面、徹底的解釋。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)1/f紊動特性是自然界普遍存在的信號紊動規(guī)律，人類的許多生理信號都具有1/f紊動特性，而且人體視覺、聽覺對1/f紊動信號也有很好的認同感。日本的學(xué)者在80年代初就發(fā)現(xiàn)室外自然風同樣具有1/f紊動特性，并提出這很可能是自然通風帶給人舒適性的一個重要原因。近年來國內(nèi)外的學(xué)者在研究氣流紊動特性的描述方法，研制能產(chǎn)生1/f紊動特性氣流的機械送風裝置等方面進行了嘗試。本文綜述了該方面相關(guān)課題的國內(nèi)外的研究進展，并指出還有不少有關(guān)氣流紊動的基礎(chǔ)性機理問題有先進于進一步的研究。
關(guān)鍵詞：自然風 舒適性能 1/f紊動特性
1 引言
自然通風是人們樂于接受的通風方式，除了能減少傳統(tǒng)空調(diào)制冷工程的使用，降低能耗外，其更有利于人的生理和心理健康也是其中一個重要原因。各國的研究者在調(diào)查時均發(fā)現(xiàn)，人們對室外的自然風有著更好的接受性。1992年，F(xiàn)ujii Haruyuki 和Lutzenhiser Loren [1] 在公款空調(diào)住宅的居民行為進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，盡管許多家庭都配備有完善的空調(diào)裝置，但大部分人都更喜歡打開窗戶，依靠自然通風來保持室內(nèi)物理環(huán)境，只有當自然通風無法保證室內(nèi)環(huán)境時，人們才會使用空調(diào)設(shè)備，同年，Busch[2]對泰國曼保的兩種類型（自然通風和空調(diào)）辦公房間熱舒適進行了實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)對于自然通風建筑，讓人覺得舒適的環(huán)境溫度明顯高于通常的空調(diào)設(shè)計溫度，其它學(xué)者在利比亞、中國等地的調(diào)研也得到了類似的結(jié)論[3][4][5]。另一方面在實踐中人們也發(fā)現(xiàn)人體對較高風速的自然風的長時間的耐受程度遠遠好于相同平均風速的機械風，以上的研究成果均表明在自然通風條件下，人體的熱感覺要比溫度相同的機械空調(diào)通風控制的環(huán)境來得舒適。但是，其中的原因至今還沒有得到一個被普遍接受的解釋。
人體周圍的氣流的流動對人體的熱感覺有著極為敏感的影響，關(guān)于自然風的風速脈動特征，日本的研究者們在80年代就發(fā)現(xiàn)其具有所謂1/f紊動特性（1/fluctuation）[6]并試圖生產(chǎn)能夠產(chǎn)生這種特征氣流的空調(diào)設(shè)備。1/f紊動特性（1/fluctuation）是自然界普遍存在的規(guī)律，其最早發(fā)現(xiàn)于直流電流充入電子管產(chǎn)生的信號中[7]。1/f紊動特性形成撥亂反正物理機制引起了物理學(xué)家和工程師們的極大興趣，從1977年開始，多學(xué)科參加的關(guān)于1/f紊動特性的國際會議每兩年舉行一次，但至今還沒有形成一個被廣泛接受的理論。近年來的研究不斷發(fā)現(xiàn)，1/f紊動特性大量存在于生物工程中，而且與人的愉悅感受密切相關(guān)[8]。人體許多生理信號也具有明顯的1/f紊動規(guī)律，而且人體視覺、聽覺對1/f紊動信號也有很好的認同感。自然風同樣具有1/f紊動特性，這可能為自然通風帶給人的舒適性提供了一個合理的解釋。
2．1/f紊動特性與人體的舒適性
自然界有許多隨機的信號（噪聲），功率譜密度函數(shù)是描述這些信號數(shù)據(jù)牲最重要的參數(shù)，不同頻率f對應(yīng)的功率譜密度的大小反映了某一周期的信號的強弱。利用快速傅立葉變化（FFT），即可得到離散信號的功率譜密度函數(shù)s(f)。根據(jù)s(f)和頻率f在雙對數(shù)坐標上的圖象，自然界中的信號（噪聲）通�？梢詣澐譃�3種（如圖1所示），對數(shù)功率譜為水平直線的白噪聲，即s(f)=1/f0；s(f)=1/f2的是褐色噪聲（布朗噪聲）；s(f)=fβ，β介于0～2之間的稱I/f的噪聲。I/f0噪聲處于完全隨機變化中，不存在自相關(guān)性，I/f2噪聲有很強的自相關(guān)性，噪聲處于以上二者之間，存在一定的自相關(guān)性[9]。
圖１ 三種典型紊動功率譜密度函數(shù)
人們發(fā)現(xiàn)，人體很多的生理信號均屬于1/f噪聲，具有1/f的紊動特性，而且當人體處于松弛愉悅狀態(tài)時，生理信號的功率譜指數(shù)β（即1/f的負生產(chǎn)率）十分接近于1。1982年，日本的Kobayshi M.等[10]對人體心跳周期的研究中發(fā)現(xiàn)心跳信號具有1/f紊動規(guī)律。1993，calcagnini，G。Jr.[11]對正常人和高血壓人的心跳速率頻譜分析表明，正常人心跳信號的功率譜指數(shù)β為1.12±0.14，而高血壓患者為1.24±0.15。人們還發(fā)現(xiàn)心臟收縮產(chǎn)生的血壓信號和嬰兒的呼吸速率等信號都同樣符合1/f紊動分布規(guī)律[12，13]。1997年，日本的武者利光（T.Musha）等[14]總結(jié)了在生物工程中存在的1/f紊動特性，列舉了人們在細胞、器官和行為三個層次的生理信號發(fā)現(xiàn)的1/f紊動規(guī)律。
美妙的音樂具有明顯的1/f紊動特性，這點早在1975年R.F.vossd等就已發(fā)現(xiàn)[15，16]；1998年，Jeong JS, Joung MK等研究了人們對音樂情感響應(yīng)如何在反射在大腦電信號上，研究結(jié)果再次證實了具有1/f紊動規(guī)律的音樂能帶給人愉悅的響應(yīng)[17]。
1991年，日本茨城大學(xué)教授安久正紘（M.Agu）等[18]發(fā)現(xiàn)自然光與人造光在紊動特性是不同的，讓人體感到舒適的自然光線（如經(jīng)過樹葉撒向地面的陽光）的照度脈動具有1/f紊動特性，白熾燈的功率譜比較接近自然光，即β值接近1，而熒光休的功率譜卻有一部分具有白噪聲的特點。他們指出，通過控制變極器輸出電壓的脈沖寬度，可以使熒光粉具有1/f的紊動特性。
3．自然風的1/f紊動特性
日本的學(xué)者在80年代初就發(fā)現(xiàn)室外自然風的風速脈動具有1/f紊動特性[6]，而后還有不斷有研究者主實這一發(fā)現(xiàn)。1997年還是日本的研究者T.Hara等[19]在日本長野的一個農(nóng)村對夜晚的室外微風進行了測量，結(jié)果分析表明風速變化具有1/f紊動特性；2000年，清華大學(xué)的朱疑秋[20]對自然風和機械風進行了多個樣本的測量和頻譜分析，給出了典型的自然風和機械風功率譜密度圖，如圖2和圖3所示。結(jié)果表明，自然風功率譜密度分布符合1/f規(guī)律，且功率譜指數(shù)與人體生理信號指數(shù)接近，而機械風的功率譜密度分布不具有明顯的1/f規(guī)律。以上研究成果可能能從一個角度說明自然風比機械風更舒適的原因。
圖２ 典型自然風功率譜密度圖
圖３ 典型機械風功率譜密度圖
自然風具有1/f紊動特性這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，促使人們開始研究和制造具有此種紊動特點的人工機械送風設(shè)備，以改善送風氣流對人體的舒適性。松下電氣公司的研究者們認為海濱自然風的值β接近1，因此人的感受應(yīng)該最好，并努力將此成果應(yīng)用到空調(diào)工程中[21][22]。鹿島建設(shè)在1989年建成的島（KI）大廈就宣布有采用了仿自然風的空調(diào)送風形式[23]。1988年，日本的安久正紘曾試圖通過引入一個擬數(shù)字速度控制工程，控制電風扇的轉(zhuǎn)速變化來模擬自然風[24]，1997年T.Hara等[19]也嘗試用微機產(chǎn)生的混沌的信號去控制風機產(chǎn)生1/f紊動風，但他們均未能給出所產(chǎn)生氣流的紊動特征參數(shù)如功率譜來證明其產(chǎn)生自然風的濃度是成功的。山武-Honeywell公司也曾經(jīng)投入研究經(jīng)費開發(fā)仿自然風的空調(diào)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)在風口附近模擬出自然風就很難，更難以在房間空間模擬出自然風，因此在90年代中期停止了這項產(chǎn)品研究。2000年，清華大學(xué)賈慶賢[25]發(fā)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)速產(chǎn)生氣流從頻譜上看仍然人有普通機械風的特征。他通過自然風和機械風產(chǎn)生的不同機理分析，提出用轉(zhuǎn)動盤控制出口流量分配來產(chǎn)生不同風速頻譜的方法，開發(fā)出送風末端裝置。利用此裝置產(chǎn)生的四種風束變化的人體熱舒適實驗結(jié)果表明：接近于自然風頻譜特征的風速變化模式比其它三種風速變化模式（穩(wěn)定風速、正弦風速、隨機風速）有更好的可接受性，有61%的受試者認為模擬自然風是最舒適的。在對模擬自然風進行的頻說分析中發(fā)現(xiàn)，其功率譜密度曲線基本滿足1/f規(guī)律[20]。
4．研究展望
室外自然風具有1/f紊動特性，目前已得到眾多研究者的認可。自然通風是室外自然風進入建筑內(nèi)部的過程，那么進入室內(nèi)風是否還具有1/f紊動特性？不同建筑結(jié)構(gòu)、節(jié)流部件對氣流的紊動特征何影響？這些問題目前仍然還沒有得到充分深入的研究。2001年，清華大學(xué)譚剛[26]運用湍流統(tǒng)計理論、隨機分析方法等非線性研究工具研究了自然通風建筑對氣流風紊動特性的影響，發(fā)現(xiàn)建筑附近的室外自然風的值β近似1.1，而由于門窗和房間空間的作用，進入到室內(nèi)的氣流值β逐漸加大到1.7，仍然具有1/f特征，但已經(jīng)向褐色噪聲偏移。熱壓自然通風形成的氣流則具有與室外自然風類似的紊動特性，但也有一些差別。
國內(nèi)外研究者正在努力嘗試研究出能產(chǎn)生1/f紊動特性氣流的機械送風裝置，目前已有一些成功的報道；但是迄今為止，在房間較大的空間中模擬自然同非常困難，其原因正是由于室內(nèi)氣流紊動特征的形成和改變理與影響因素還沒有完全得到揭示，
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