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发布时间:2020-07-13 09:51:52

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作者:王用伦,邱秀玲

出版社:人民邮电出版社

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智能楼宇技术(第3版)

智能楼宇技术(第3版)试读:

内容提要

本书根据智能建筑的发展,全面介绍智能建筑的概念、组成、设计和管理等主要技术。

全书共分10章,分别为智能建筑概述、楼宇智能化的关键技术、建筑设备自动化系统、安全防范系统、火灾自动报警系统、通信自动化系统、音频系统、办公自动化系统、综合布线系统和智能建筑系统集成及物业智能化管理等知识。本书从实际应用出发,对楼宇智能化技术所涉及的基本原理和理论做了简要介绍,突出了实际工程所必需的知识和技能。

本书可作为高职高专楼宇自动化技术、电气工程、建筑工程等相关专业的教材,也可作为高等学校本科应用技术相关专业的教材,还可作为从事楼宇智能化工作的工程技术人员的参考书。

第3版前言

随着我国社会主义现代化建设的快速发展和城市化进程的加快,信息化技术已经渗透到各行各业,智能建筑发展势头非常迅猛,智能大厦和智能小区如雨后春笋般遍布全国各地。智能建筑是融合了建筑技术、计算机技术、通信技术和自动控制技术的现代新型建筑,具有强大的生命力和旺盛的发展势头。智能建筑为建筑行业带来了强大的发展空间和技术革命,已经成为新的经济增长点和衡量一个国家经济、技术发展水平的标志。我国智能建筑发展虽然只有短短的20多年时间,发展速度却让世界瞩目。社会需要大量的建筑智能化技术人才和日常管理维护人才,为了适应现代化建设发展的步伐,满足应用型人才培训和学习的需要,我们编写了本书。

本书重点介绍了智能建筑所需的基本理论和先进、成熟、实用的相关工程技术,具有很强的实用性。智能建筑是多种学科、多种技术的交叉融合,本书力求用较少的篇幅把基本原理讲清,并将重点放在实际应用上,以方便工作在第一线的设计、施工、管理、运行、维修人员熟悉和掌握相应的高新技术知识和技能。

本书在第2版的基础上进行了适应教学改革需要的改编。根据高等职业教育的特点和需要,结合最新的国家标准,本版突出了理论与实践相结合,充实了理论知识,增加了很多的实物图片,以便学生理解认识。为了强化学生职业技能的培养,本书还增加了实训内容,并根据智能建筑新技术的发展,介绍了一些新内容。

为了加深学生对知识、技能的理解与掌握,本书在每章后面都给出了复习与思考题,并介绍了一些工程实例,以供读者参考。

本书由王用伦、邱秀玲任主编,谢扬、叶婧靖任副主编。其中,第1章、第3章、第10章由王用伦编写,第2章、第4章、第7章由邱秀玲编写,第6章、第9章由谢扬编写,第5章、第8章由叶婧靖编写,全书由王用伦统稿。

本书参考了有关楼宇智能化技术方面的国家标准和相关的书刊资料,引用了部分参考文献的内容,在此谨向这些书刊资料的作者表示衷心的感谢!

由于编者水平有限,加之楼宇智能化技术的发展日新月异,很多理论和工程技术问题还需要进一步研究,书中不足之处在所难免,敬请广大读者批评指正。编者2017年8月

第1章智能建筑概述

知识目标(1)理解智能建筑的概念。(2)掌握智能建筑的组成及功能。(3)掌握智能建筑的技术基础。(4)掌握智能建筑的要求和特点。(5)了解智能建筑的发展。能力目标(1)能够根据建筑的特点,区分普通建筑与智能建筑。(2)能够建立对智能建筑的总体认识。

1.1 智能建筑的概念

随着科学技术的迅猛发展,世界迎来了信息时代。作为信息时代高新科技和建筑技术相结合的产物,智能建筑应运而生。

智能建筑(Intelligent Building,IB)也称智能大厦、智能楼宇,它是将建筑技术、通信技术、计算机技术和自动控制技术等各方面的先进科学技术相互融合、合理集成为最优化的整体,具有工程投资合理、设备高度自动化、信息管理科学、服务高效优质、使用灵活方便和环境安全舒适等特点,是能够适应信息化社会发展需要的现代化新型建筑。

智能建筑的概念在20世纪70年代末诞生于美国。1984年1月,由美国联合科技集团(UTBS)在美国康涅狄格州(Connecticut State)哈特福德市(Hartford City)建成了名为“都市大厦”的世界第一幢智能建筑。这座大楼是一座出租型大楼,为了实现“办公高效、工作环境舒适安全及具有经济性”的目标,它将一幢旧金融大厦进行改建,楼内主要增添了计算机、数字程控交换机等先进的办公设备和高速通信线路等基础设施。大楼的客户不必购置设备就可以进行语音通信、文字处理、电子邮件传递、情报资料检索、市场行情查询和科学计算服务等。此外,大楼里的暖通空调、给排水、供配电、照明、保安、消防、交通等系统均由计算机控制,实现了自动化综合管理,使用户感到非常安全、舒适和方便,这引起了人们的关注,从而第一次出现了“智能建筑”这一名称。都市大厦的建成,可以说是完成了传统建筑与新兴信息技术相结合的尝试。从此,智能建筑在美国、日本、欧洲及世界其他国家和地区蓬勃发展。根据统计,美国新建和改造的办公大楼约71%是智能建筑,智能建筑的数量已经过万。日本从1985年开始建设智能建筑,并制订了一系列的发展计划,成立了智能化组织;新加坡计划建成“智能城市花园”;印度计划建设“智能城”;韩国计划将其半岛建成“智能岛”。

对于智能建筑,目前各国没有统一的定义。我国国家标准《智能建筑设计标准》(GB 50314—2015)规定智能建筑的含义:以建筑物为平台,基于对各类智能化信息的综合应用,集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体,具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力,形成以人、建筑、环境互为协调的整合体,为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。

信息设施系统(Information Technology System Infrastructure,ITSI)是为满足建筑物的应用与管理对信息通信的需求,将各类具有接收、交换、传输、处理、存储和显示等功能的信息系统整合,形成建筑物公共通信服务综合基础条件的系统。

信息化应用系统(Information Technology Application System,ITAS)是以信息设施系统和建筑设备管理系统等智能化系统为基础,为满足建筑物的各类专业化业务、规范化运营及管理的需要,由多种类信息设施、操作程序和相关应用设备等组合而成的系统。

建筑设备管理系统(Building Management System,BMS)是对建筑设备监控系统和公共安全系统等实施综合管理的系统。

公共安全系统(Public Security System,PSS)是为维护公共安全,运用现代科学技术,以应对危害社会安全的各类突发事件而构建的技术防范系统或保障体系。

应急响应系统(Emergency Response System,ERS)是为应对各类突发公共安全事件,提高应急响应速度和决策指挥能力,有效预防、控制和消除突发公共安全事件的危害,具有应急技术体系和响应处置功能的应急响应保障机制或履行协调指挥职能的系统。

机房工程(Engineering of Electronic Equipment Plant,EEEP)是为提供机房内各智能化系统设备及装置的安置和运行条件,以确保各智能化系统安全、可靠和高效地运行与便于维护的建筑功能环境而实施的综合工程。

智能化集成系统(Intelligent Integrated System,IIS)是为实现建筑物的运营及管理目标,基于统一的信息平台,以多种类智能化信息集成方式,形成的具有信息汇聚、资源共享、协同运行、优化管理等综合应用功能的系统。《智能建筑设计标准》(GB 50314—2015)还对14类智能建筑(住宅建筑、办公建筑、旅馆建筑、文化建筑、博物馆建筑、观演建筑、会展建筑、教育建筑、金融建筑、交通建筑、医疗建筑、体育建筑、商店建筑、通用工业建筑)的信息设施系统、信息化应用系统、公共安全系统、机房工程等进行了明确规定。

我国智能建筑起步于20世纪80年代末90年代初,1990年建成的北京发展大厦具有智能建筑的雏形。1993年建成的广东国际大厦是我国首座智能化商务大厦,它具有比较完善的3A系统,即楼宇自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统,通过卫星可以直接接收国外的经济信息,同时还提供了安全、舒适的居住和办公环境。我国智能建筑虽起步较晚,但发展迅猛,令世界瞩目。20多年来,在北京、上海、广州等大城市,相继建成了若干具有高水平的智能建筑,如北京的京广中心,上海的金茂大厦、上海博物馆,广东的国际大厦等,开创了国内智能建筑的先河。目前,智能建筑和智能小区的建设已经在各大城市和沿海地区蓬勃兴起。智能建筑的建设已经成为一个迅速发展的新兴产业,智能建筑已经成为一个国家综合经济实力的具体表征。

1.2 智能建筑的组成和主要功能

1.2.1 智能建筑的组成

智能建筑主要由楼宇自动化系统(Building Automation System,BAS,也称为建筑设备自动化系统)、办公自动化系统(Office Automation System,OAS)、通信自动化系统(Communication Automation System,CAS)、综合布线系统(Premises Distribution System,PDS)和系统集成中心(System Integrated Center,SIC)5大部分组成。智能建筑中的“3A”是最重要,且是必须具备的基本功能,因此,形成了“3A”智能建筑。智能建筑的主要控制设备一般放置在系统集成中心。它通过综合布线系统与各种终端设备,如通信终端(电话机、传真机等)、各种传感器进行连接,“感知”建筑物内的各种信息,再通过计算机处理后进行相应的控制,使建筑具备所谓的“智能”。智能建筑的组成如图1-1所示。图1-1 智能建筑的组成

智能建筑的智能等级通常可根据建筑物内智能化子系统设置的内容和设备的功能水平来确定。国家标准《智能建筑设计标准》(GB/T 50314—2006,已废止)把智能建筑划分为甲、乙、丙三级。甲级适用于配置智能化系统标准高而齐全的建筑;乙级适用于配置基本智能化系统而综合性较强的建筑;丙级适用于配置部分主要智能化系统,并有发展和扩充需要的建筑。

智能建筑内各个系统的主要组成部分和基本内容如图1-2所示。图1-2 智能建筑的主要组成部分和基本内容1.2.2 智能建筑的主要功能

1.楼宇自动化系统

楼宇自动化系统是将建筑物内的供配电、照明、给排水、暖通空调、保安、消防、运输、广播等设备通过信息通信网络组成分散控制、集中监视与管理的管控一体化系统,随时检测、显示其运行参数,监视、控制其运行状态,根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备使其始终运行于最佳状态,从而保证系统运行的经济性和管理的科学化、智能化,并在建筑物内形成安全、舒适、健康的生活环境和高效节能的工作环境。

2.办公自动化系统

办公自动化系统是服务于具体办公业务的人-机交互信息系统,它是把计算机技术、通信技术、系统科学和行为科学应用于现代化的办公手段和措施。它利用先进的科学技术,不断使人的部分办公业务活动物化于人以外的各种设备中,并且由这些设备和办公人员构成服务于某种目标的人机信息处理系统。其目的是尽可能充分利用信息资源,完成各类电子数据处理,对各类信息进行有效管理,提高劳动效率和工作质量,同时能进行辅助决策。

传统的办公系统和现代化的办公自动化的本质区别就是信息存储和传输的介质不同。传统的办公系统是利用纸张记录文字、数据和图形,利用录音机记录声音,利用照相机或者录像机记录影像。这些都属于模拟存储介质,所使用的各种设备之间没有自动地配合,难以实现高效率的信息处理和传输。而现代化的办公自动化系统是利用计算机把多媒体技术和网络技术结合起来,使信息用数字化的形式在系统中存储和传输,软件系统管理各种设备自动地按照协议配合工作,极大地提高了办公的效率。办公自动化技术的发展将使办公活动朝着数字化的方向发展,最终实现无纸化办公。

3.通信自动化系统

智能建筑中的通信自动化系统具有对于来自建筑物内外的各种语音、文字、图形、图像和数据信息进行收集、存储、处理和传输的能力,能为用户提供快速、完备的通信手段和高速、有效的信息服务。通信自动化系统包括语音通信、图文通信、数据通信和卫星通信4个部分,具体负责建立建筑物内外各种信息的交换和传输。

4.综合布线系统

综合布线系统是智能建筑物内所有信息的传输通道,是智能建筑的“信息高速公路”。综合布线由线缆和相关的连接硬件设备组成,它是智能建筑必备的基础设施。在GB 50311—2016《综合布线系统工程设计规范》中,对综合布线的定义:综合布线系统是能够支持电子信息设备相连的各种缆线、跳线、接插软线和连接器件组成的系统,应能支持语音、数据、图像、多媒体等业务信息传递的应用。也就是说,智能建筑中的综合布线是将建筑中的弱电系统——建筑设备自动化系统、安全防范系统、火灾自动报警系统、通信自动化系统、办公自动化系统,采用积木式结构、模块化设计,通过统一规划、统一标准、统一建设实施来满足智能建筑信息传输高效、可靠、灵活性等要求。

从设计和施工上考虑,一般可以把综合布线系统分成7个部分,即工作区子系统、配线子系统、干线子系统、管理子系统、设备间子系统、进线间子系统和建筑群子系统。

5.系统集成中心

系统集成中心是智能建筑的最高层控制中心,监控管理整个智能建筑的运转。系统集成中心具有通过系统集成技术,汇集各个自动化系统的信息,进行各种信息综合管理的功能。系统集成中心通过综合布线系统把智能建筑中的各个自动化系统连接成为一体,同时在各子系统之间建立起一个标准的信息交换平台。系统集成中心通过软硬件把各个分离的设备、功能和信息等集成为一个相互关联、统一和协调的系统,使资源达到充分的共享,从而实现集中、高效和方便的管理和控制。

1.3 智能建筑的技术基础

智能建筑是多种高新技术的结晶,是建筑技术、计算机技术、通信技术和自动控制技术相结合的产物,即所谓的3C+A技术(Computer,Control,Communication,Architecture)。其中,建筑提供建筑物环境,是支持平台。计算机技术与通信技术的高度结合提供了信息基础设施。计算机技术与自动控制技术的结合(计算机控制技术)为人们创造了高度安全、感觉舒适、快捷便利、高效节能的工作环境。通信技术和计算机技术的结合(现代通信技术)使多元信息的传输、控制、处理和利用变得便利,而丰富的信息资源,以及完善、快速的信息交换,大大提高了人们的工作效率。

1.计算机控制技术

计算机控制技术是计算机技术与自动控制技术相结合的产物,是构成楼宇自动化系统的核心技术之一。

计算机控制系统由硬件和软件组成,硬件由执行控制功能的微型计算机与D/A、A/D等接口电路、执行装置、被控对象、测量元件和变送单元等组成,如图1-3所示。软件是完成控制功能的各种程序。图1-3 计算机控制系统框图

计算机控制系统的控制过程可归纳为以下步骤。(1)发出控制初始指令。(2)数据采集。对被控参数的瞬时值进行检测并发送给计算机。(3)控制。对采集到的表征被控参数的状态量进行分析,并按给定的控制规律,决定控制过程,适时地对控制机构发出控制信号。

上述过程不断重复,整个系统就能够按照一定的品质指标进行工作,并能对被控参数和设备本身出现的异常状态及时监督并做出迅速处理。由于控制过程是连续进行的,计算机控制系统通常是一个实时控制系统,它能够保证系统始终工作在最佳状态。

计算机控制系统由硬件和软件组成。硬件是指计算机本身及外部设备实体,软件是指管理计算机的系统程序和进行控制的应用程序。计算机控制系统中,硬件是基础,软件是灵魂,只有硬件和软件有机地配合,才能充分发挥计算机控制系统的优势。

智能建筑中的计算机控制系统是集散型监控系统(DCS)。该系统采用具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统,把多个数据处理装置通过计算机网络有机地连接成为一个具有整体功能的系统,强调的是分布式计算机和并行处理,系统的硬件和软件均采用标准化、模块化、系列化设计,系统的配置具有通用性强、系统组合灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作简单、人—机界面友好,以及系统安装、调试、维修简单等特点。该系统能够实现硬件和软件资源的共享,具有更快的响应速度、更大的输入/输出能力和更高的可靠性,极大地提高了智能建筑的集中管理能力和系统扩展能力。

2.现代通信技术

现代通信技术建立在通信技术和计算机技术相结合的基础上,是实现智能建筑内部、智能建筑与外部进行信息交流不可缺少的关键技术。现代通信的内容涵盖了语音通信、多媒体通信、移动通信、卫星通信、计算机网络等。通过综合布线系统,在一个通信网上同时实现语音、数据、图像、文本等信息的传输,通信网络已由模拟走向数字、由单一业务走向综合业务、由服务到家转变为服务到人、由电气通信走向光通信、由封闭式网络结构走向开放式网络结构。由于物联网技术的发展,智能建筑已经实现了从以前的信息连接到现在具体物体的连接,极大地提高了智能化程度和工作效率。

1.4 智能建筑的基本要求和功能特点

1.4.1 智能建筑的基本要求

智能建筑能够为建筑使用人员提供舒适、安全、便利的环境和气氛,有利于提高工作效率,激发人们的创造性。智能建筑提供的是一种优越的生活环境和高效率的工作环境,应具有以下“六性”的基本要求。(1)舒适性。使在智能建筑中生活和工作的人们,无论是在心理上还是在生理上都感到舒适。(2)高效性。能够提高办公业务、通信、决策方面的工作效率,节省人力、物力、时间、资源、能耗和费用,提高建筑物所属设备系统使用管理方面的效率。(3)方便性。除了办公设备使用方便外,还应具有高效的信息服务功能。(4)适应性。对办公组织结构的改变、办公方法和程序的变更及办公设备的更新变化等,具有较强的适应性;对服务设施的变更稳妥迅速,当办公设备、网络功能发生变化和更新时,不妨碍原有系统的使用。(5)安全性。除了要保证建筑物内人们生命、财产、信息的安全外,还要防止信息网中发生信息的泄漏和被干扰,特别是防止信息、数据被破坏、删除和篡改,以及系统的非法或不正确使用。(6)可靠性。具有发现故障早、排除故障快、故障影响小、波及面窄的特点。

智能建筑的安全性、舒适性、方便性和高效性如表1-1所示。表1-1 智能建筑的安全性、舒适性、方便性和高效性汇总1.4.2 智能建筑的功能

智能建筑应具有以下功能。(1)智能建筑应具有信息处理功能,而且信息的范围不局限于建筑物内部,还应能够在城市、地区或国家间进行。(2)智能建筑应能对建筑物内照明、电力、暖通、空调、给排水、防灾、防盗、运输设备等进行综合自动控制,使其能够充分发挥效力,实现舒适安全、节能环保。(3)智能建筑应能够实现各种设备运行状态监视和统计记录的设备管理自动化,并实现以安全状态监视为中心的防灾自动化。(4)建筑物应具有充分的适应性和可扩展性,它的所有功能应能随着技术进步和社会需要而发展。

智能建筑总体功能如表1-2所示。表1-2 智能建筑总体功能汇总1.4.3 智能建筑的优越性

与普通建筑相比,智能建筑的优越性主要体现在以下几个方面。(1)提供了安全、健康、舒适和高效便捷的工作、生活环境。智能建筑首先能够确保安全和健康,其消防与安保系统要求智能化;其暖通空调系统能够监测出空气中的有害污染物含量,并能自动消毒,使其成为“安全健康大厦”。智能建筑能对温度、湿度、照度进行自动调节,甚至控制色彩、背景噪声与味道,使人们能像在家里一样心情舒畅,从而大大提高工作效率。(2)节约能源。在现代化建筑中,空调和照明的能耗很大,约占建筑总能耗的70%。因此,节约能源是智能建筑必须重视的。在满足使用者对环境要求的前提下,智能建筑应通过其具备的“智慧”,尽可能利用自然光和大气冷量(或热量)来调节室内环境,最大限度地减少能源消耗;还可以按照事先在日历上确定的程序,区分“工作”与“非工作”时间,对室内环境实施不同标准的自动控制,下班后自动降低室内照度与温度、湿度控制标准,已经成为智能建筑的基本功能。利用空调与控制等行业的最新技术,最大限度地节省能源是智能建筑的主要特点之一,其经济性也是智能建筑得以迅速推广的重要原因。(3)能够满足不同用户的使用要求。智能建筑要求建筑结构必须是开放式、大跨度框架结构,允许用户迅速而方便地改变建筑物的使用功能或重新规划建筑平面。室内办公所需要的通信与电力供应具有极大的灵活性,通过综合布线系统在室内的多种标准化的弱电与强电插座,只需改变跳接线,就可以快速改变插座功能,实现用户的要求。在智能建筑中,一天之内使办公环境面目一新已经不足为奇。(4)节省设备运行维护费用。管理的科学化、智能化,使建筑物内各种机电设备的运行管理、保养维护更加自动化。设备运行维护的经济性主要体现在3个方面:一是设备能够正常运行,充分发挥作用就可以降低设备的维护成本;二是由于系统的高度集成,操作和管理也高度集中,人员安排更合理,从而使人工成本降到最低;三是系统的智能化,能够及时发现存在的问题,并及早解决,提高系统的可靠性和经济性。(5)高新技术的应用能大大提高工作效率。在智能建筑中,由于采用了“3C”高新技术,用户可以通过国际直拨电话、可视电话、电子邮件、电视会议、信息检索与统计分析等多种手段,及时获得全球性金融、商业情报及各种数据库系统中的最新信息。通过国际计算机网络,可以随时和世界各地的企业或机构进行商贸等各种业务活动。快速的信息交换,非常有利于决策和参与竞争,这也是现代化公司或机构竞相租用或购买智能建筑的原因。(6)为用户提供优质服务。智能建筑由于采用了智能化管理,能够及时、方便、快捷地把相关信息提供给用户,并通过各种自动化手段,方便地完成各种功能,如三表(水、电、气)的自动抄报,通过网络的交费等,方便用户,节省时间,为用户提供优质服务。近年来,物联网应用技术在智能建筑中得到了广泛应用,更是将以前为用户提供的信息服务发展为信息与物体的一体化服务,更加快捷、便利与高效。

1.5 智能建筑的发展趋势

智能建筑的发展是科学技术和经济水平的综合体现,已经成为一个国家综合经济实力的具体表现,也是一个国家、地区和城市现代化水平的重要标志之一。随着社会的进步、科技的腾飞、经济的发展,人们的生活水平日益提高,智能建筑的需求量会越来越大,其发展趋势主要表现在以下几个方面。(1)智能建筑向规范化方向发展。智能建筑越来越受到政府的高度重视,国家出台了相关政策,制定了相关的规范,使设计、施工有了明确的要求和标准,进一步引导智能建筑向规范化方向发展。《智能建筑设计标准》(GB 50314—2015)是中华人民共和国住房和城乡建设部2015年3月8日批准发布的国家标准,2015年11月1日实施。新版标准在内容上进行了技术提升和补充完善,并按照各类建筑物的功能予以分类,后附各类建筑的智能化系统配置表,相比旧版标准把智能建筑各系统划分甲、乙、丙三级的说明方法,新版标准能更有效地满足各类建筑的智能化系统工程设计要求。(2)智能建筑正迅速发展成为一个新兴产业。智能建筑因为需要大量的自动化技术和设备,极大地提升了建筑的技术水平,越来越多地得到了各大学、科研单位及有关厂商的密切关注和积极投入。大量智能建筑的建设,已经成为国民经济一个新的增长点,也正在发展成为一个新兴产业。21世纪,智能建筑将成为建筑业发展的主流。(3)智能建筑向多元化方向发展。由于用户对智能建筑功能要求有很大的差别,智能建筑正朝多元化发展。例如,智能建筑的种类已经在不断增加,从办公写字楼向公共场馆、医院、宾馆、厂房、住宅等领域扩展。智能建筑也正在向智能小区、智能化城市发展。

智能建筑设计师将根据不同的用户需求,有针对性地设计符合用户要求的智能建筑。例如,智能办公建筑主要提供完善的办公自动化服务、各种通信服务设施,并保证有良好的环境;智能医疗建筑装备完善的计算机设备和通信网络,其综合医疗信息系统可用来进行医疗咨询、远程诊断、药品管理、各种医疗信息管理等;智能住宅侧重于提高住宅安全水平和生活舒适性,需要具备安全防卫自动化、身体健康自动化、家务劳动自动化,以及文化、娱乐、信息自动化等方面的功能。(4)建筑智能化技术与绿色生态建筑相结合。绿色生态建筑是综合应用现代建筑学、生态学及其他技术科学的成果,它在不损害生态环境的前提下,提高人们的生活质量和环境质量,其“绿色”的本质是物质系统的首尾相接,无废无污,高效和谐,开放式、闭合性良性循环。通过建立建筑物内外的自然空气、水分、能源及其他各种物资的循环系统来进行绿色建筑的设计,并赋予建筑物生态学的文化和艺术内涵。在生态建筑中,采用智能化系统来监控环境的空气、温度、湿度并进行废水、废气、废渣的处理等,为居住者提供自然气息浓厚、方便舒适、节省能源、没有污染的居住环境。(5)智能化水平不断提高。近年来,随着物联网等新信息技术的发展,各种新技术、新的协议和标准不断出现,充分利用各种新型传感器、无线传输技术和数据处理技术,使智能建筑的系统集成化、管理综合化程度不断提高,有效地提高了智能化水平。

1.6 智能建筑的认识实训

1.实训目的

参观一个比较典型的公共智能建筑(如博物馆、空港航站楼等),结合实际分析讨论,并与普通建筑进行对比,建立对智能建筑的总体认识。

2.实训条件

根据实际条件,选择一个具有代表性的智能建筑。

3.实训内容(1)结合理论知识,参观考察该智能建筑。(2)结合实际分析讨论,初步认识智能建筑。

4.实训要求(1)记录该智能建筑有哪些智能化系统。(2)写出参观考察报告。

本章小结

智能建筑是建筑技术、计算机技术、通信技术和自动控制技术相结合的现代建筑,是多种高新技术的结晶。智能建筑由楼宇自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统、综合布线系统和系统集成中心5部分组成。综合布线系统是连接3个自动化系统的“信息高速公路”,系统集成中心把3个自动化系统有机融合。智能建筑为人们提供了安全、舒适、便利、高效的生活环境。智能建筑已经成为一个国家、地区和城市现代化水平的重要标志之一。尽管智能建筑出现的时间不长,但是发展迅猛,目前正向规范化、多元化方向发展,智能化水平也在不断提高。

复习与思考题

1.什么样的建筑才是智能建筑?

2.智能建筑是由哪几部分组成的?各自的主要作用有哪些?

3.与传统建筑相比,智能建筑的优势体现在哪些方面?

4.智能建筑的支持技术有哪些?

5.简述智能建筑应具备的“六性”。

6.简述智能建筑的产生过程及发展趋势。

第2章楼宇智能化的关键技术

知识目标(1)了解传感器的作用及组成。(2)掌握智能楼宇中典型被测量的检测方法。(3)掌握智能楼宇中典型传感器的应用。(4)理解执行器的工作,掌握执行器的应用。能力目标(1)能够对温度、湿度、压力、流量等智能楼宇中的典型被测量进行测量。(2)能够运用温度传感器、压力传感器等典型传感器。(3)能够选用适合的执行器。

2.1 传感器技术及应用

随着现代测量、控制和自动化技术的发展,传感器技术越来越受到人们的重视。特别是近年来,由于科学技术、经济发展及生态平衡的需要,传感器在各个领域中的作用也日益显著。在工业生产自动化、能源、交通、灾害预测、安全防卫、环境保护、医疗卫生等方面所开发的各种传感器,不仅能代替人的感官功能,并且在检测人的感官所不能感受的参数方面创造了十分有利的条件。

从作用来看,传感器实质上就是代替人体的5种感觉(视、听、触、嗅、味)器官的装置。智能机器人的作用就是能同时替代、扩展人类的体力劳动和脑力劳动。图2-1所示为人类与智能机器人之间的某种对应关系,形象地表达了传感器的作用,即传感器能感知外界各种被测信号。

在微型计算机广为普及的今天,如果没有各种类型的传感器提供可靠、准确的信息,计算机控制就难以实现。图2-1 人类与智能机器人之间的对应关系

传感器技术是利用各种功能材料实现现代信息检测的一门应用技术,它是检测(传感)原理、材料科学和工艺加工3个要素的最佳结合。传感技术的研究和开发,不仅要求原理正确,选材合理,而且要求有先进、高精度的加工装配技术。2.1.1 传感器概述

1.传感器的定义

楼宇智能化技术中,有很多待测量都是非电量,如水位、温度、湿度等,而非电量不能被计算机接收和处理,所以必须先把待测的非电量转换成电量。

国家标准《传感器通用术语》(GB/T 7665—2005)对传感器(Transducer或者Sensor)下的定义:能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测和感受到的信息,按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出,即把各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量),以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

简单地讲,传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置。这种发生能量变换的过程称为“传感”,传感器又叫换能器、变换器、探测器或一次仪表。

2.传感器的组成

传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路3个部分组成,有时还需要加辅助电源,如图2-2所示。图2-2 传感器的组成(1)敏感元件。在完成非电量到电量的变换时,并非所有的非电量都能利用现有手段直接变换成电量,往往是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量,然后再将其变换为电量。能够完成预变换的器件称为敏感元件,又称为预变换器。例如,在传感器中各种类型的弹性元件常被称为敏感元件,并统称为弹性敏感元件。(2)转换元件。将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件,如压电晶体、热电偶等。

需要指出的是,并不是所有传感器都包括敏感元件和转换元件,如热敏电阻、光电器件等。(3)测量电路。将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路称为测量电路。测量电路的类型视转换元件的分类而定,经常采用的有电桥电路及其他特殊电路,如振荡电路等。

3.传感器的分类及命名(1)传感器的分类。由于传感器的种类很多,所以分类方法也较多。按能量传递方式可分为有源传感器和无源传感器,按输出信号的性质可分为模拟量传感器和数字量传感器。

最常用的分类方法有两种:第一种是按工作原理分类,如应变式、光电式、电动式、电热式、压电式、压阻式、电感式、电容式、电化学式等;第二种是按被测量分类,如位移传感器、加速度传感器、温度传感器、湿度传感器、流量传感器、压力传感器等。这两种分类方法的共同缺点是都只强调了一个方面,所以在许多场合是将上述两种分类方法综合使用,如应变式压力传感器、压阻式压力传感器等。(2)传感器的命名

传感器的名称由4部分构成:主题词(传感器,代号C)、被测量(用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记)、转换原理(用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记)、特征描述(用阿拉伯数字或阿拉伯数字和字母标记,厂家自定,用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等)。例如,“CWY-WL-10”表示序号为10的电涡流位移传感器,“CY-YZ-2A”表示序号为2A的压阻式压力传感器。2.1.2 智能楼宇中的典型传感器

智能楼宇中的传感器通常需要将压力、振动、声音、光、位移等转换成相应的电信号,再经过放大、滤波、整形等处理,使其成为易于传输的数字或模拟信号。

目前,常用的传感器主要有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、超声波传感器、红外传感器和液位传感器等。

下面介绍几种典型的传感器及其应用。

1.温度传感器

温度传感器是检测温度的器件,用于测量水管或风管中介质的温度,以此来控制相应的水泵、风机、阀门和风门等执行元件的开度。(1)定温式探测器。定温式探测器是温度达到或超过预定值时响应的火灾探测器,它有点型和线型两种结构。

① 点型定温式探测器利用双金属片、易熔合金、热电偶、热敏电阻等元件,在规定的温度值上产生火灾报警信号。双金属片定温式探测器是由热膨胀系数不同的双金属片和固定触点组成的,其结构示意如图2-3所示。当环境温度升高时,双金属片由于热膨胀系数不同而向上弯曲,达到一定温度,触点便闭合,输出报警信号。其常用结构形式有圆筒状和圆盘状两种。

② 线型定温探测器是在两根导线之间用一种在常温下呈绝缘特性的材料填充隔离,一旦发生火灾,在失火范围的电缆温度升高到预定值时,该绝缘材料熔化,使两根导线短路而发出报警信号。(2)差温式探测器。差温式探测器是在规定时间内,火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。它也有线型和点型两种结构。线型差温式探测器是根据广泛的热效应而动作的,点型差温式探测器是根据局部的热效应而动作的,主要感温元件是空气膜盒、热敏电阻元件等。

空气膜盒差温式探测器结构示意如图2-4所示,感温外罩与底座形成密闭的气室,称感温室。孔径很小的泄漏孔和大气相通,当环境温度缓慢变化时,气室内外的空气通过泄漏孔的调节作用使内外压力保持平衡。如遇火灾,由于升温速率很快,气室内空气来不及外溢迅速受热膨胀,使气室压力增高将波纹片凸起,接通触点发出报警信号。图2-3 双金属片定温式探测器结构示意图2-4 空气膜盒差温式探测器结构示意(3)差定温式探测器。顾名思义,这是一种兼有差温和定温两种功能的感温式火灾探测器,当其中某一种功能失效时,另一种功能仍能起作用,因而大大提高了可靠性。差定温式探测器一般多为空气膜盒式或热敏电阻等点型的组合式。(4)感温元件

① 热敏电阻。热敏电阻是敏感元件的一类,其电阻值会随着热敏电阻本体温度的变化呈现出阶跃性的变化,具有半导体特性。

热敏电阻按照温度系数的不同分为正温度系数热敏电阻(简称PTC热敏电阻)和负温度系数热敏电阻(简称NTC热敏电阻)。正温度系数热敏电阻其电阻值随着PTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的增加,温度越高,电阻值越大。负温度系数热敏电阻其电阻值随着NTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的减小,温度越高,电阻值越小。负温度系数的热敏电阻常用于空调系统的温度测定。

② 热电偶。热电偶也是工业上最常用的温度检测元件之一,其工作原理是基于赛贝克(Seebeck)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路,如果两连接端温度不同,则在回路内产生热电流的物理现象。热电偶的优点如下所述。

a.测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响,所以其测量精度较高。

b.测量范围广。常用的热电偶从−50~+1 600℃均可连续测量,某些特殊热电偶最低可测到−269℃(如镍铬-金铁),最高可达+2 800℃(如钨-铼)。

c.构造简单。

2.湿度传感器

湿度传感器主要用来检测现场的湿度,一般由湿敏元件(湿敏元件多种多样,如氯化锂湿敏元件、半导体陶瓷湿敏元件、热敏电阻湿敏元件、高分子膜湿敏元件等)、控制电路和信号输出3部分组成。湿敏元件利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化的原理而制成。在楼宇控制中,湿度传感器主要用于室内的湿度检测,从而控制加湿阀的启停。

湿度传感器依据所使用的材料不同,分为电解质型、陶瓷型、高分子型和半导体型等。(1)电解质型湿度传感器。以氯化锂为电解质的湿度传感器为例,它在绝缘基板上制作一对电极,涂上氯化锂盐胶膜。氯化锂极易潮解,并产生离子电导,随湿度升高而电阻减小。(2)陶瓷型湿度传感器。它一般以金属氧化物为原料,通过陶瓷工艺,制成一种多孔陶瓷,利用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的敏感特性而制成。(3)高分子型湿度传感器。高分子型湿度传感器先在玻璃等绝缘基板上蒸发梳状电极,通过浸渍或涂覆,使其在基板上附着一层有机高分子感湿膜。有机高分子的材料种类有很多,工作原理也各不相同。(4)半导体型湿度传感器。半导体型湿度传感器所用材料主要是硅单晶,利用半导体工艺制成二极管湿敏元件和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)湿敏元件等。其特点是易于和半导体电路集成在一起。

半导体湿敏元件具有较好的热稳定性,较强的抗沾污能力,能在恶劣、易污染的环境中测得准确的湿度数据,而且有响应快、使用温度范围宽(可在150℃以下使用)、可加热清洗等优点,在实际应用中占有很重要的地位。

3.压力传感器

能够检测压力值并提供远传信号的装置统称为压力传感器。压力传感器的结构形式多种多样,常见的有应变式、压阻式、电容式、压电式、振荡式等,此外,还有光电式、光纤式、超声式等。现介绍以下几种主要的压力传感器。(1)应变式压力传感器。各种应变元件与弹性元件配用,组成应变式压力传感器。应变元件的工作原理是基于导体和半导体的“应变效应”,即当导体和半导体材料发生机械变形时,其电阻将发生变化。电阻值的相对变化与应变的关系为

式中:ε为材料的应变;K为材料的电阻应变系数,金属材料的K值为2~6,半导体材料的K值可达60~180。

应变式压力传感器所用弹性元件可根据被测介质和测量范围的不同而采用各种类型,常见的有圆膜片、弹性梁、应变筒等,精度都较高,测量范围可达几百兆帕。(2)压阻式压力传感器。压阻式压力传感器是基于半导体的压阻效应,它不同于应变式压力传感器所用的半导体型应变元件,而是用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻。硅平膜片在微小变形时有良好的弹性特性,当硅片受压后,膜片的变形使扩散电阻的阻值发生变化。其相对电阻变化可表示为

式中:πe为压阻系数;σ为应力。

压阻式压力传感器的灵敏度高,频率响应好,结构简单,可以小型化,可用于静态、动态压力测量;应用广泛,测量范围有0~0.0005MPa、0~0.002MPa和0~0.210MPa;其精确度为±0.02%~±0.2%。(3)压电式压力传感器。压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。它是动态压力检测中常用的传感器,不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。

压电效应是指某些介质在力的作用下,产生形变,引起介质表面带电,这是正压电效应;反之,施加激励电场,介质将产生机械变形,称逆压电效应。在正压电效应中,单位面积产生的电荷数与应力成正比;在逆压电效应中,应变与电场强度成正比。

在智能楼宇中,可用压电式玻璃破碎传感器来进行报警,其电路图如图2-5所示。对某块玻璃实施冲撞,导致玻璃碎裂或在玻璃上留下一个孔洞(或裂缝),这种结果称为破碎。

把这种基于正压电效应技术与数字信号处理相结合的传感器通过一种黏合剂粘接在玻璃表面上,然后通过电缆和报警电路相连,它能对玻璃破碎时通过玻璃传送的冲击波做出响应。图2-5 压电式玻璃破碎传感器电路

除易碎的玻璃以外,相类似的振动传感器还可以粘贴在待保护的门、墙、屋顶等物体表面,适当调节灵敏度,确保最佳探测性能和抗误报功能,对于屋外的风、雨或路过汽车等引起的干扰不会产生误报,而对敲击振荡却有极高的灵敏度,发出电信号报警。

为了提高报警器的灵敏度,信号经放大后,需经带通滤波器进行滤波,要求它对选定的频谱带通内衰减小,而带通外衰减要尽量大。由于物体振动的波长在音频和超声波的范围内,这就使带通滤波器成为电路中的关键元件,当传感器输出信号高于设定的值时,比较电路才会输出报警信号,驱动报警执行机构。

另外,有时候也用玻璃破碎的声音和振荡时的次声波来报警。

2.2 智能楼宇中的典型执行器

2.2.1 执行器概述

执行器由执行机构和调节机构组成,它接收来自调节器的调节信号,由执行机构转换成角位移或线位移输出,再驱动调节机构改变被调介质的物质的量(或能量),以达到要求的状态。执行器是自控调节系统中的重要环节。

执行机构与调节机构的连接有直接连接和间接连接两种方式。(1)直接连接。执行机构一般安装在调节机构(如阀门)的上部,直接驱动调节机构,这类执行机构有直行程电动执行机构、电磁阀的线圈控制机构、电动阀门的电动装置、气动薄膜执行机构和气动活塞执行机构等。(2)间接连接。执行机构与调节机构分开安装,通过转臂及连杆连接,转臂做回转运动。此类执行机构有角行程电动执行机构、长行程气动执行机构。

按使用的能源种类不同,执行器可分为气动、电动和液动3种。智能楼宇的空调系统中常用电动和气动两种执行器。2.2.2 电动执行器

电动执行器的组成一般采用随动系统的方案,如图2-6所示。图2-6 电动执行器随动系统框图

由图2-6可见,从控制器来的输入信号通过伺服放大器驱动电动机,经减速器带动调节阀,同时经位置传感器将阀杆行程反馈给伺服放大器,组成位置随动系统,恢复位置负反馈,保证输入信号准确地转换为阀杆的行程。

电动执行机构根据配用的调节机构不同,其输出方式有直行程(见图2-7(a))、角行程(见图2-7(b))和多转式3种类型。在结构上,电动执行机构除可与调节阀组装成整体的执行器外,常单独分装以适应各方面需要,使用比较灵活。图2-7 电动执行器

智能楼宇中,空调、通风控制系统常用的电动执行器有以下几种。(1)电磁阀。电磁阀是常用的电动执行器之一,其结构简单,价格低廉,结构原理如图2-8所示。它利用线圈通电后产生的电磁吸力提升活动铁心,带动阀塞运动控制气体或液体通断。(2)电动调节阀。电动调节阀在空调控制中使用比较普遍,其基本结构由电动执行机构和调节阀两大部分组成,电动调节阀是以电动机为动力元件,将控制器输出信号转换为阀门开度。它是一种连续动作的执行器。

图2-9所示为直线移动的电动调节阀结构原理,阀杆的上端与执行机构相连接,当阀杆带动阀芯在阀体内上下移动时,改变了阀芯与阀座之间的流通面积,即改变了阀的阻力系数,其流过阀的流量也就相应地改变,从而达到了调节流量的目的。图2-8 电磁阀的结构原理图2-9 电动调节阀的结构原理

电动调节阀因结构、安装方式及阀芯形式不同,可分为多种类型,以阀芯形式分类,有平板型、柱塞型、窗口型和套筒型等。不同的阀芯结构,其调节阀的流量也不一样。

空调中的调节介质为水和蒸汽,压力较低,使用情况单一,一般采用两通阀和三通阀,如图2-10所示。

两通阀:它有直通单座和直通双座两种形式。单座阀适用于低压差场所;双座阀有两个阀芯、阀座,结构复杂,流体作用于上下阀芯的两个推力方向相反,大小近似相等,相互抵消,因此,阀芯的不平衡力非常小,适用于阀前后压差较大的场合。图2-10 两通阀和三通阀

三通阀:这种阀由3个出入口与3条管道连接,按作用方式分为合流式和分流式两种。合流式是两路流体汇合成一路,而分流式则是由一路流体分为两路流出。

空调中使用合流式三通阀时,是将两种不同温度的水混合成空调中所需要的、介于两种水温之间的某一温度的水,以供温度、湿度调节用。由于这种三通阀有两个入口、一个出口,当两个阀芯同时上下移动时,一路流量增加,另一路流量减少,相当于与两个阀门反并联,并且联动工作。

在实际应用中应了解调节阀的流量特性,根据控制系统的要求选择不同特性的调节阀。调节阀的流量特性是指流过阀门的相对流量值与阀门的相对开度值之间的关系。(3)风门。在智能楼宇的空调系统和通风系统中,使用较多的执行器还有风门。风门用来精确控制风的流量,其结构原理如图2-11所示。

风门由若干叶片组成,当叶片转动时改变风道的等效截面积,即改变了风门的阻力系数,其流过的风量也就相应地改变,从而达到了调节风流量的目的。

叶片的形状将决定风门的流量特性,同调节阀一样,风门也有多种流量特性供应用选择。风门的驱动可以是电动的,也可以是气动的,在智能楼宇中一般采用电动式风门。单叶式蝶阀结构简单,密封性能好;多叶式风阀又分为平行叶片式、对开叶片式及菱形等。菱形风阀是通过改变菱形叶片的张角来调节风量。风门如图2-12所示。(4)电加热器的执行设备。在采用电加热器的空调温度自动调节系统中,执行元件一般是电气控制设备;在采用位式调节的系统中,执行元件为继电器、接触器或晶闸管(可控硅)交流开关等。图2-11 风门的结构原理

由于晶闸管的特性近似于开关特性,所以采用双向晶闸管或者由两个反并联的普通晶闸管组成的交流开关的基本电路很简单。而且,因为晶闸管交流开关具有无触点、动作迅速、寿命长和几乎不用维修等优点,又没有通常电磁式开关的拉弧、噪声和机械疲劳等缺点,所以得到广泛应用。图2-12 风门2.2.3 气动执行器

气动执行器就是驱动方式为气动的调节阀。气动调节阀具有结构简单、动作可靠、性能稳定、安全价廉以及维修方便等特点。它可以经电/气转换器或电/气转换阀门定位器与电动调节器配套使用。但由于受气源的限制,气动调节阀在空调中不如电动调节阀应用普遍。

气动调节阀也是由执行机构和调节阀两部分组成的。

执行机构一般分为气动薄膜式和活塞式两种。活塞式输出力大,适用于高静压、高压差、大口径等场合。在空调中一般使用薄膜式气动调节阀。

与执行机构配套的调节阀有气开式和气关式两种。气开式即气动信号压力增大时,阀开启;气关式即在气动信号压力增大时,阀关闭。气开式和气关式是由执行机构的正、反作用及调节阀的正、反方式决定的。

2.3 智能楼宇的检测技术

除传感器外,智能楼宇还需要一定的检测技术,用于有选择地实现信号转换。检测技术就是针对复杂问题的检测方法、检测结构及检测信号处理等方面的综合研究。2.3.1 温度检测技术

温度反映物体的冷热程度。温度检测原理就是选择合适的物体作为温度敏感元件,其某一物理性质随温度变化而变化的特性为已知,通过温度敏感元件与被测对象的热交换,测量相关的物理量,即可确定被测对象的温度。

温度检测的方式有接触式测温和非接触式测温两大类。采用接触式测温时,温度敏感元件与被测对象有良好的热接触,通过传导或对流进行热交换。但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换,它往往会破坏被测对象的热平衡,存在置入误差,而且需要一定的时间才能达到热平衡,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高温度的测量,如热电阻传感器等。采用非接触式测温时,温度敏感元件不与被测对象接触,而是通过热辐射进行热交换,或者是温度敏感元件接收被测对象的部分热辐射能,由热辐射能的大小推出被测对象的温度,这种方法测温响应快,对被测对象干扰小,可测量高温、运动的被测对象或用于有强电磁干扰、强腐蚀的场合,但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响,其测量误差较大,如红外高温传感器、光纤高温传感器等。

温度检测方法的分类如表2-1所示。表2-1 温度检测方法的分类

温度检测仪的结构有壁挂式、风道式、水管式等,如图2-13所示。图2-13 智能楼宇中的温度检测仪

图2-14所示为T7420A快速浸入式温度传感器,用于加热、制冷或生活用热水温度控制,区域性采暖或制冷控制。其工作范围是-10~+110℃,传导延时小于2s,配有1m长的电缆线,它可以将探头直接插入介质。图2-14 T7420A快速浸入式温度传感器2.3.2 湿度检测技术

在智能化楼宇中对湿度的检测主要用于室内外的空气湿度、风道的排风和回风的湿度检测等。

湿度是指大气中所含的水蒸气量。最常用的表示方法有两种,即绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是指一定大小空间中水蒸气的绝对含3量,用g/m表示。绝对湿度也可称为水蒸气浓度或水蒸气密度。

绝对湿度可用水蒸气压力表示。设空气中水蒸气密度为ρ,根V据理想气体状态方程,得出如下关系式。

式中:M为水蒸气的摩尔质量;R为摩尔气体常数;p为水蒸气V压力;T为热力学温度。

相对湿度为某一被测气压与相同温度下饱和水蒸气压力比值的百分数,常用%RH 表示,这是一个无量纲值。显然,绝对湿度给出了水分在空间的具体含量,相对湿度则给出了大气的潮湿程度,故使用广泛。

湿度的检测方法很多,传统的方法是露点法、毛发膨胀法和干湿球温度测量法。随着科学技术的发展,利用潮解性盐类、高分子材料、多孔陶瓷等材料的吸湿特性可以制成湿敏元件,构成各种类型的湿度检测仪器。

干湿球湿度计的使用十分广泛,常用于测量空气的相对湿度。这种湿度计由两个温度计组成,一个温度计用来直接测量空气的温度,称为干球温度计;另一个温度计在感温部位包有被水浸湿的棉纱吸水套,并经常保持湿润,称为湿球温度计。当棉套上的水分蒸发时,会吸收湿球温度计感温部位的热量,使湿球温度计的温度下降。水的蒸发速度与空气的湿度有关,相对湿度越高,蒸发越慢;反之,相对湿度越低,蒸发越快。所以,在一定的环境温度下,干球温度计和湿球温度计之间的温度差与空气湿度有关。

图2-15所示为阿斯曼干湿球湿度计,其外层镀铬,装有两个温度计和一个干湿计,干湿计上配有机械通风设备。

图2-16所示为HM1500湿度检测器,采用高分子聚合物湿敏元件设计而成,带防护棒式封装, 5V直流供电,1~4V直流电压输出,湿度量程范围为0~100%RH,精度为±3%RH,防灰尘,可有效抵抗各种腐蚀性气体物质,具有非常低的温度依赖性。

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