鋒速達通風(fēng)降溫系統(tǒng)
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廠房負壓風(fēng)機離子風(fēng)機技術(shù)指標的校準方法自然風(fēng)的1 f紊動特性的
離子風(fēng)機技術(shù)指標的校準方法，用靜電電荷分析儀校準離子風(fēng)機，要根據(jù)離子風(fēng)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(dāng)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(fēng)機.
目前 ，除靜電離子風(fēng)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(fēng)機意義重大。但是，我國尚無校準檢定離子風(fēng)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(fēng)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(fēng)機的常用儀器，也可以用來校準離子風(fēng)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(fēng)是人們樂于接受的通風(fēng)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(fēng)同樣具有1/f紊動特性，并提出這很可能是自然通風(fēng)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(fēng)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(fēng) 舒適性能 1/f紊動特性
1 引言
自然通風(fēng)是人們樂于接受的通風(fēng)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(fēng)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(fēng)來保持室內(nèi)物理環(huán)境，只有當(dāng)自然通風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)速的自然風(fēng)的長時間的耐受程度遠遠好于相同平均風(fēng)速的機械風(fēng)，以上的研究成果均表明在自然通風(fēng)條件下，人體的熱感覺要比溫度相同的機械空調(diào)通風(fēng)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(fēng)的風(fēng)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(fēng)同樣具有1/f紊動特性，這可能為自然通風(fēng)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(dāng)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(fēng)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(fēng)的風(fēng)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(fēng)進行了測量，結(jié)果分析表明風(fēng)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(fēng)和機械風(fēng)進行了多個樣本的測量和頻譜分析，給出了典型的自然風(fēng)和機械風(fēng)功率譜密度圖，如圖2和圖3所示。結(jié)果表明，自然風(fēng)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(fēng)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(fēng)比機械風(fēng)更舒適的原因。
圖２ 典型自然風(fēng)功率譜密度圖
圖３ 典型機械風(fēng)功率譜密度圖
自然風(fēng)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(fēng)設(shè)備，以改善送風(fēng)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(fēng)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(fēng)的空調(diào)送風(fēng)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(fēng)扇的轉(zhuǎn)速變化來模擬自然風(fēng)[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(fēng)機產(chǎn)生1/f紊動風(fēng)，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(fēng)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(fēng)的空調(diào)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)在風(fēng)口附近模擬出自然風(fēng)就很難，更難以在房間空間模擬出自然風(fēng)，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(fēng)的特征。他通過自然風(fēng)和機械風(fēng)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(fēng)速頻譜的方法，開發(fā)出送風(fēng)末端裝置。利用此裝置產(chǎn)生的四種風(fēng)束變化的人體熱舒適實驗結(jié)果表明：接近于自然風(fēng)頻譜特征的風(fēng)速變化模式比其它三種風(fēng)速變化模式（穩(wěn)定風(fēng)速、正弦風(fēng)速、隨機風(fēng)速）有更好的可接受性，有61%的受試者認為模擬自然風(fēng)是最舒適的。在對模擬自然風(fēng)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(fēng)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(fēng)是室外自然風(fēng)進入建筑內(nèi)部的過程，那么進入室內(nèi)風(fēng)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(fēng)建筑對氣流風(fēng)紊動特性的影響，發(fā)現(xiàn)建筑附近的室外自然風(fēng)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(fēng)形成的氣流則具有與室外自然風(fēng)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(fēng)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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