高效保温（共3篇）
高效保温 篇1
前言
保温隔热材料通常是轻质、疏松、多孔、导热系数小的材料。多孔陶瓷材料由于其特有的保温、隔热、隔声、防火性能,而被广泛应用于国防、宇航、化工和建筑等行业。[1]高温发泡陶瓷气孔小、并且大多数气孔间不贯通、吸水率低导热系数低,具有很好的隔热保温性能。[2]本文以建筑抛光砖原料为基础料,添加少量的矿化剂和氧化镁,经干压成型后于电炉中在1220-1230℃烧成,制备了具有防水、保温功能的闭孔高温发泡陶瓷。
1 实验
1.1 实验原料
陶瓷基料(化学成分见表1)、矿化剂、氧化镁(天津汉沽区海中化工厂,工业纯)
1.2 实验配方及制备工艺
1.2.1 实验配方(见表2)
1.2.2 制备工艺
本实验采用工艺流程如图1。
1.2.3 烧成曲线(图2)
1.3 测试方法[3、4]
(1)吸水率、真密度、体积密度、显气孔率、真气孔率以及闭口气孔率的测试:
吸水率是将试样抽真空后用静液天平按阿基米德法测量;真密度测试是对材料进行充分粉碎,利用气体容积法进行测定;体积密度和显气孔率利用抽真空法进行测定。
(2)XRD测试:
采用荷兰Panlytical公司X’pert PRO型X射线仪对样品进行物相分析,测试条件:Cu/石墨单色器,管压与管流为40KV/40m A,测试步长0.033°,λ为1.5418nm,扫描范围10~80°。
(3)显微镜测试:将试样表面进行打磨抛光处理后,再用OLYMPUS-SZX12型体视显微镜观察样品形貌,气孔大小以及分布情况。
(4)抗压强度的测试:将尺寸为15mm×15mm×10mm的的样品,经表面抛光处理后,在美国Instrun5567型电子万能试验机上测试抗压强度,加载速率为1mm/min。
(5)样品的导热系数用浙江大华的YBF-2型平板法导热系数测定仪测定。
2 结果与讨论
2.1 实验结果
将试样A-1至A-9分别在1200℃~1240℃烧成。从表3烧后样品情况可以看出,A-5至A-9配方在1220℃的发泡效果比较好,而且气孔比较均匀,同时发现,当矿化剂含量少时,要达到一定发泡量所需的温度就比较高;矿化剂量一定时,发泡温度随氧化镁的含量增加而降低。
将A2至A9的配方样品在1230℃烧成后,进行性能测试,各样品的抗压强度、真密度、体积密度、吸水率、气孔率等性能指标的测试结果如表4。
从表4中可以看出:(1)样品的吸水率(总体低于1%)、抗压强度(4.1576~13.2578MPa)和体积密度(小于1kg/m3,能浮在水面)都比较低;(2)而气孔率(57.70~66.72%)比较大,且主要为闭气孔;(3)真密度(2.4kg/m3左右)变化并不大,这是由于真密度的测定需要把样品磨成粉末,已经破坏了样品的骨架结构,其大小主要取决于粉末的显微结构和晶体类型,而这些样品的主晶相是相同的,所以其真密度变化较小。
2.2 氧化镁的加入量对性能的影响
2.2.1 氧化镁的加入量对气孔率的影响
氧化镁可以增加液相量和降低烧成温度,使多孔陶瓷在较低温度下烧成。随着温度的升高,矿化剂与基料作用产生气体,而坯体产生的液相把气体包裹起来,形成气孔[5]。从图3可知,因各样品中所加矿化剂含量差别不大,在相同烧成制度下比较,气孔率变化也不大。但仍可看出随着氧化镁含量的增加,试样的总气孔率和闭气孔率均先增加后减小,当氧化镁含量超过3.2%时,溶剂过量,在高温时液相的黏度较低,同时液相的表面张力较小,气体容易逸出,导致气孔率降低且气孔孔径迅速变大,分布不均匀,甚至内部出现通孔。
2.2.2 氧化镁的加入量对强度和吸水率的影响
从图4可知,随着氧化镁含量的增加,发泡陶瓷的抗压强度减小。这就说明,随着氧化镁的增加,试样的熔融程度增加。封闭的气体就多,气孔率增加,导致陶瓷材料承受载荷的横截面积就减少,孔壁减薄且大的连通孔也是应力集中的地方,故抗压强度下降。吸水率先减小后增加,随着氧化镁含量的增加,试样的总气孔率和闭气孔率均先增加后减小,闭气孔率越高,吸水率越低,当氧化镁含量超过3.2%时,溶剂过量,在高温时液相的黏度较低,同时液相的表面张力较小,气体容易逸出,导致气孔率降低且气孔孔径迅速变大,分布不均匀,甚至内部出现通孔,进一步导致吸水率增加。
2.3 烧成温度对气孔率、抗压强度的影响
将A6配方分别在1200℃~1240℃烧成后的样品进行性能测试,各样品的抗压强度、气孔率的变化规律如图5和图6。
从图5可知,随着烧成温度的提高,发泡陶瓷的总气孔率和闭孔气孔率均在增加,开孔气孔率也略有增加。这是由于发泡淘瓷在1220℃烧成时,坯体内的闭气孔结构发育良好,当温度升高时,体内的气体膨胀明显,孔径增大,孔壁减薄,部分封闭气体冲破孔壁,连成通孔(见图7),导致发泡陶瓷的总气孔率和闭气孔率不断的增大,而开孔气孔率也有所增加。当温度超过1220℃后,矿化剂作用逐渐降低,气孔率变化不大。图7为A6配方在不同烧成温度烧成后的样品用显微镜放大20倍后的断面截面图,从图7可知,随着温度的升高,发泡陶瓷的气孔孔径逐渐增大,且主要为封闭气孔;气孔分布均匀。这些微观结构对建筑陶瓷砖的导热性能和力学性能的影响非常大。建筑陶瓷砖低温快烧,在烧成过程中内部的挥发物质转化为气体未能有效的及时排出,就被液相封闭,形成了闭口气孔。由于不流动的空气导热系数远远低于晶体和玻璃相的导热系数,所以闭口气孔中不流动的空气对导热形成高热阻。闭气孔的存在及均布一方面可减轻砖的重量,另一方面可确保砖这种墙体材料的保温隔热性[6]。从力学性能的角度来看,建筑陶瓷砖在受力的时候,容易在气孔大的部位产生应力集中,导致断裂,从而降低了其力学性能,所以,希望气孔能够均匀分布。
从图6可知,随着烧成温度的提高,发泡陶瓷的抗压强度减小。当烧成温度偏低时,坯体内的气孔孔径小,孔壁厚,气孔率小,试样的抗压强度大;随着烧成温度的提高,坯体中液相量增多,粘度减小,气体膨胀,气孔孔径增大,孔壁减薄,发泡陶瓷的强度降低。
2.4 体积密度对发泡陶瓷导热系数的影响
从图8可知,随着发泡陶瓷体积密度的增加,其导热系数也相应增大。这是由于发泡陶瓷的体积密度越小,导热系数大的固体所占的比例越小,固体对发泡陶瓷的导热系数的贡献减少;相反它的气孔率越大,低导热系数的气相增加,因此体积密度小的发泡陶瓷的导热系数减小。
2.5 XRD分析
采用XRD分别对部分配方样品的晶相变化进行分析,如图4所示。
从图9的XRD图谱可见,所有样品都存在α-石英、莫来石和堇青石晶相,但A3和A8中的晶相中堇青石的含量似乎高些。随着Mg O含量的增加,A3和A8的堇青石特征峰明显比A6和A7的强。所有的XRD曲线都出现了非晶体弥散状峰,表现出明显的玻璃态结构特征。
3 结论
(1)对高温发泡陶瓷性能影响因素的分析表明,随着氧化镁含量的增加,在相同烧成温度制度下,试样的总气孔率和闭气孔率均先增加后减小,吸水率先减小后增加,但变化规律较小,与矿化剂含量有关,发泡陶瓷的抗压强度减小;
(2)随着烧成温度的提高,发泡陶瓷的总气孔率和闭孔气孔率均在增加,开孔气孔率也略有增加,发泡陶瓷的抗压强度依次减小;
(3)随着发泡陶瓷体积密度的增加,其导热系数也相应的增大。
(4)XRD分析表明,高温发泡陶瓷的主晶相是α-石英、莫来石,XRD曲线出现了非晶体弥散状峰,表现出明显的玻璃态结构特征,玻璃相的导热系数要比晶体要低。另一方面从显微结构分析可知,随着温度的升高,发泡陶瓷的气孔孔径逐渐增大,且主要为封闭气孔,气孔分布均匀。
参考文献
[1]柳晓春.保温隔热材料发展及建筑应用.福建建材,1997[4]:18-21
[2]王国梅,徐晓虹等.高温发泡陶瓷的烧成工艺与性能.保温材料与建筑节能,1997
[3]伍洪标.无机非金属材料实验[M].北京:化学工业出版社,2002
[4]施惠生.无机材料实验[M].上海:同济大学出版社,2003
[5]李家驹.缪松兰.马光华等.陶瓷工艺学[M].北京:中国轻工业出版社,2001
[6]关振铎.张中太.无机材料物理性能[M].北京:清华人学出版社.2001
高效能单一材料墙体自保温体系 篇2
文献[1]强调,GB 50574—2010《墙体材料应用统一技术规范》(以下简称《墙规》)强制性条文第3.1.4条中,除规定“墙体不应采用非蒸压硅酸盐砖(砌块)”外,还明确规定“墙体不应采用非蒸压加气混凝土制品”。之所以这样规定,是因为目前国内生产的非蒸压加气混凝土制品和非蒸压硅酸盐砖(砌块)强度差、耐久性差、后期收缩大,多项指标不能满足国家标准,故强制限制其在墙体材料中的应用。如央视新址北配楼、沈阳皇朝万鑫、南京中环国际广场、济南奥体中心、上海胶州路高层公寓发生大火等,着火部位都是建筑外墙保温材料,并且很快从起火部位蔓延到整个大楼形成立体式燃烧。因此,公安部印发了《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》(公消[2011]65号)。从2011年3月15日起,应严格执行《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009]46号)第二条规定,民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。目前,在我国的建筑设计施工中,90%以上是采用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)、硬质聚氨酯泡沫塑料(PU)等有机质材料,将被限制使用。基于以上原因,研究开发强度高、收缩小、耐久性好、保温防火的水泥基复合墙体材料具有重大意义。
1 墙体材料应用现状
墙体材料主要分为基墙材料和墙体保温材料,目前应用最广泛的基墙材料分别为:黏土(页岩)多孔砖、蒸压混凝土制品(砌块)、混凝土空心砌块等三大类。保温材料有:膨胀聚苯板(EPS板)、挤塑聚苯板(XPS板)、胶粉聚苯颗粒保温浆料、聚氨酯发泡材料等。
1.1 基墙材料
基墙材料黏土砖的生产,不仅破坏耕地和生态环境,而且焙烧还要消耗大量能源,排放大量的CO2,严重加剧了土地和能源供需矛盾,也不符合节能减排、低碳环保政策。所以,近年来在逐步禁止生产和使用黏土砖,并大力推进墙体材料革新和推广节能建筑。虽然秦砖汉瓦的建筑体系已经在中国延续了千年之久,至今依旧未被完全淘汰[2],但随着科学技术的日益发展,传统的黏土砖等建筑材料由于消耗土地资源、耗能高等原因,已经无法适应节能社会的发展,必然会逐渐退出历史舞台。而目前国内市场上又没有理想的黏土砖替代品,虽然有人认为蒸压砖可以,但蒸压砖需要高压蒸汽,在生产制品过程中工艺复杂,且消耗大量能源同时排放CO2,不符合国家的节能减排政策。
目前,国内生产的非烧结砖主要原料是工业废渣,诸如粉煤灰、石膏、石灰、炉渣、煤矸石、钢渣和各种尾矿等。工业废渣含有较高的硅、铝、铁等的氧化物,经原料混合轮辗均化处理,掺合料中的玻璃体与石灰和水泥水化后生成的氢氧化钙发生化学反应,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。这两种水化产物为胶状玻璃体,其性质并不稳定。这些非烧结砖并非是水泥基砖,而是石灰基钙质砖,保温性能差、易风化、耐候性差,只是在添加剂作用下,随着时间的延续逐渐凝固,从而形成了砖的强度。所以,GB 50574—2010《墙体材料应用统一技术规范》强制性条文第3.1.4条中规定“墙体不应采用非蒸压硅酸盐砖(砌块)”,对其限制使用。鉴于上述情况,笔者认为,对水泥基复合墙体材料的研究开发势在必行。
1.2 墙体保温材料
目前,市场上使用的墙体保温材料有:胶粉聚苯颗粒保温浆料、聚苯板、挤塑板和聚氨酯,在满足保温规范要求的基础上,以下就这几种材料进行对比。
(1)胶粉聚苯颗粒保温浆料的阻燃性好,导热系数在0.057～0.06W/(m·K),聚苯颗粒容重为240 kg/m3。
(2)膨胀聚苯板(EPS板)的保温效果好,导热系数在0.037～0.041W/(m·K),价格便宜,强度稍差。聚苯板容重为18 kg/m3。
(3)挤塑聚苯板(XPS板)的保温效果更好,强度高,耐潮湿,导热系数在0.028～0.03W/(m·K),挤塑板容重为32 kg/m3,施工时表面需要进行处理。
(4)聚氨酯发泡材料的防水性好,强度高,保温效果好,导热系数在0.025～0.028W/(m·K),容重为35 kg/m3,缺点是价格较贵。
由于近年来已发生多起建筑外墙保温材料引发的火灾事件,保温材料的防火性能已引起业内人士的高度重视。住房和城乡建设部和公安部于2009年9月25日联合颁布了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009]46号),要求民用建筑外保温材料应采用燃烧性能为A级的材料。这也使无机保温防火材料的研究与生产提上了议事日程。
2 单一材料墙体自保温体系
2.1 改变构造复杂的外墙保温体系
传统的复杂构造做法如图1所示,其从里到外依次为:墙体-聚合物粘结砂浆-膨胀聚苯板-聚合物抹面砂浆-耐碱玻纤网布-聚合物抹面砂浆-柔性耐水腻子-涂料饰面层。研究开发的同寿命外墙自保温装饰一体化体系由两部分组成:①承重自保温墙体-无机自保温砂浆-涂料饰面层(见图2);②承重(或非承重)装饰自保温墙体砌块(参见图4)。
发展外墙承重自保温装饰一体化体系,既可以减少施工工序、降低工程成本,又可以达到国家提出的建筑节能外墙传热系数指标(见表1)。尤其是在冬冷夏热地区,发展和使用外墙保温装饰一体化体系显得更为重要。因为这类地区的外墙保温隔热系统与国外以及国内其他地区的差距特别大。从表1可以看出,冬冷夏热地区在2002年之前几乎没有外墙保温隔热措施,2002年以后的实际情况也不理想。在冬冷夏热地区开发与外墙同寿命的装饰自保温一体化体系,有望达到建筑节能保温国内领先水平。
2.2 高效能单一材料墙体自保温体系
高效能单一材料墙体自保温主要包括两部分:①多层砌体结构及别墅的圈梁、构造柱采用高效能混凝土;②承重(或非承重)装饰自保温墙体砌块(见图3至图5)也采用高效能混凝土。其性能既有黏土砖的强度、耐久、耐候等优点,又有轻质、保温性能,其主要指标为:强度>20 MPa,密度<1 400 kg/m3,导热系数<0.30 W/(m·K)。其次是采用无机高性能保温砂浆,其主要指标为:密度≤300 kg/m3,强度≥0.50 MPa,导热系数≤0.08 W/(m·K),耐燃烧性能A级。采用承重(或非承重)自保温基墙材料(砖)和无机高性能保温砂浆一体化保温后,外墙综合传热系数≤0.45 W/(m2·K),与德国2004年的水平相当,从而达到替代以黏土砖为墙体基材的外墙保温体系的目的。
在混凝土中采用陶粒作为轻骨料代替石子在国外已十分普遍,已有200多年的历史,而在我国生产与应用的时间相对较短。陶粒作为轻骨料可配制性能优良的承重(或非承重)装饰墙体自保温砌块,高强轻质陶粒的细颗粒(陶砂)可以配制高性能的保温砂浆。
硅藻土可以作为活性SiO2的主要原料来源。在日本,硅藻土的11%用于耐火材料,21%用于建筑材料工业。由于硅藻土中的SiO2是无定形的,所以具有较高的反应活性,如果利用其与钙质原料反应来制造硅钙板防火材料是非常理想的。在轻集料中加入保温掺合料(硅藻土)和适当引气,可以进一步提高水泥浆体硬化后的保温性能,使得高效能轻集料混凝土单一材料墙体自保温材料的导热系数<0.30 W/(m·K)。
3 结语
高效能轻集料混凝土单一材料墙体自保温材料的强度>20 MPa,表观密度<1 400 kg/m3,导热系数<0.30 W/(m·K),可用于多层砌体结构和别墅的圈梁、构造柱和砌体,与传统做法相比,减少了外墙保温的施工环节,降低了成本,消除了冷、热桥处理的难题,外墙平均传热系数Km<1.5,满足JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的节能要求,可在冬冷夏热地区外墙承重、保温、装饰一体化体系中应用。
摘要：分析了墙体材料的发展现状。针对墙体材料存在的问题,通过改变构造复杂的外墙保温体系,开发了外墙承重-自保温-装饰一体化体系。采用高效能混凝土用于多层砌体及别墅结构的圈梁、构造柱和砌体,可节省外墙保温的施工成本,消除冷桥处理的难题,其保温效果能满足JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》。
关键词：高效能混凝土,自保温,墙体材料,单一材料
参考文献
[1]李庆繁.认真贯彻国家标准,大力开展蒸压泡沫硅酸盐混凝土制品的生产技术研究,加快调整产品结构(一)——对国家标准《墙体材料应用统一技术规范》强制性条文“墙体不应采用非蒸压加气混凝土制品”的解读[J].砖瓦2,011(3):41-46.
高效保温 篇3
长期以来, 食物的保鲜、储藏一向是日常生活中人们重视的问题。利用冷藏箱贮藏食物, 一直以来都是食物保鲜的好方法。食品的保鲜、贮存方法有多种, 如:干燥、腌制、熏制、真空保存、添加防腐剂和冰箱储藏等, 各种方法都各有优势, 现在采用得最为广泛的是冰箱储藏法。电冰箱冷冻虽然能长期贮存食品, 但由于食品的一部分细胞死亡, 且在解冻时出现汁液流失, 不能保持食品的原有风味。随着人类生活水平的提高, 消费者希望能吃到新鲜可口的、具有天然风味的食品, 这一要求大力推进了科学工作者对食品贮藏方法的不懈研究, 无源蓄冷冷藏保鲜技术就是其重要成果之一。本文探讨一种高效能的食品保温箱设计方法。
食品保温箱能够通过对箱子内部的温度进行调节, 使其稳定在一个预先设定的温度数字环境下, 使得保存在保温箱内的食品不会发生变质。目前传统的食品保温箱, 主要是以提供制热保温为目的的保温箱, 然而在实际应用过程中, 很多应用场合要求保温箱内的温度不仅仅具有制热的能力, 而且还应该具备制冷的能力, 使得保温箱的温度能够恒定在一个较低的温度条件下, 而且传统的保温箱对温度的调节控制能力不强, 保温箱内温度波动较大, 对保温效果影响十分明显。为了解决传统食品保温箱存在的问题, 需要设计一种新型的食品保温箱, 一方面要求保温箱具备制热的能力基础之上, 还应该具备制冷的能力, 另一方面要求保温箱能够具有高进度的温度控制能力, 可以根据用户预先设定的温度数字, 使保温箱的温度恒定在一个很小的变化幅度之内。
2 设计思路
当前传统的食品保温箱其保温原理是通过在保温箱内部放置一个电阻加热块来实现制热保温的目的, 而由于制冷装置相对较为复杂, 在体积和尺寸都非常有限的保温箱上面, 一般难以实现有效的制冷循环系统。为了解决目前食品保温箱在功能上存在的这种缺陷, 本文要构建的食品保温箱, 在组成结构上进行改进, 将食品保温箱内部同时放入制热保温模块和半导体制冷保温模块。由于半导体制冷保温模块是利用半导体制冷芯片来实现制冷的目的, 其制冷循环系统体积小, 无动力装置, 工作过程中只需要通过调节制冷芯片的输入电流和输入电流方向即可实现制冷模块的波动, 工作效能之后在采用PID控制原理实现对制冷模块和制热模块工作过程的精确控制, 以实现食品保温箱内部的温度精确控制。
3 组成结构
根据上述的设计思路, 本文本要解决的首要问题是针对当前食品保温箱, 主要只提供制热保温的现状, 涉及一种高效能温度可精确调节的食品保温箱, 既具有制冷保温的效果, 也具有制热保温的效果, 而且能够根据用户设定的温度, 通过精确的温度控制技术, 使得保温箱的温度恒定在一个很小的变化范围之内。根据设计的思路和原理, 我们给出下面详细的技术实现方案, 具体如图1所示。在组成结构上, 实现温度控制的两个关键模块, 分别是基于电阻加热的制热循环系统和基于半导体制冷芯片的制冷循环系统。两套制冷循环系统都分别连接自PID控制器, 通过PID控制器实现对制冷循环系统和制热循环系统的精确调节和控制, PID控制器连接了高性能单片机处理系统, 单片机处理系统能够实现对食品保温箱控制过程的精确控制。在单片机控制系统外部设计有温度测量模块实现对保温箱内部的温度进行采集和测量, 为了提高测量的精度, 在保温箱内部的6个面, 分别部署了12个温度采集点, 通过温度采集, 采集传感器采集到的温度数值, 通过数字单片机处理系统实现温度的实施检测, 并根据用户预先设定的温度值, 实现对PID控制器参数的调节, 从而实现了对保温箱内部温度的控制。为了给用户提供良好的可视化操作界面, 本文设计的食品保温箱, 包含有良好的人机操作界面, 在人机操作界面上采用液晶屏的方式, 向用户显示保温箱内部单纯的温度, 而且实现显示功能的液晶屏同样带有触摸屏的功能, 可以让用户通过对触摸屏的操作, 实现对温度的设定。
图1所设计的高效能温度可精确调节的食品保温箱, 其特征是采用半导体制冷芯片, 实现保温箱内部的制冷循环系统, 采用电阻加热的方式, 实现保温箱内部, 制热保温的目的, 并通过PID控制器, 实现保温箱内部温度调节的目的, 同时基于单片机的处理系统作为保温箱的控制模块, 能够为用户提供带触摸显示屏的良好人机交互界面。保温箱制冷循环系统的实现的方法是通过在保温箱内部放置半导体制冷芯片, 来实现对保温箱内部温度制冷控制的目的, 其中所采用的半导体制冷芯片的型号为TEC1-12703t125, 芯片的接口连接如图2所示。半导体制冷芯片两侧分别放置散热和散冷端, 分别通过固定两个风扇来实现热量及冷量的传播。
4 工作原理
本文设计的食品保温箱, 既具有制热保温效果, 同时也具有制冷保温效果, 而且设计的食品保温箱在实现制冷目的时, 采用的是具有半导体制冷芯片, 实现制冷效果, 同时具有制冷循环系统具有的体积小、无噪音、控制灵活等优点。该保温箱的工作过程如下:
(1) 用户在使用食品保温箱的过程中, 首先通过人机交互界面, 设定用户需要实现保温效果的预期温度之后, 由食品保温箱内部的单片机处理系统, 对食品保温箱内部的温度进行分布式测量, 测量过程中将会对食品保温箱内部6个面、12个温度采样点同时进行温度采。
(2) 对采集到的温度进行平均之后, 计算得到的食品保温箱当前的内部温度。
(3) 由单片机处理系统根据实际采集到的保温箱内部温度和内部设定的保温目标温度, 得出单片机对PID控制器的实际控制策略。
(4) 由单片机处理系统对PID控制器的三个PID因子, 进行动态的调节, 分别实现对制冷循环系统和制热循环系统的电流和电压参数的调节, 如果用户设定的温度低于保温箱内部当前的温度, 则表明需要启用制冷保温系统对保温箱内部进行降温, 如果用户设定的温度高于保温箱内部的温度, 则表明需要启动电阻加热循环系统对保温箱内部的温度进行升温。
(5) 制冷循环系统在工作过程中通过对半导体制冷芯片, 施加特定方向的电流从而使得半导体制冷芯片。朝着保温箱内部这一面温度下降, 朝着保温箱外部这一面温度上升。朝着保温箱内部这一面通过温度的降低, 来实现保温箱内部降温的目的, 而半导体制冷芯片朝外的一面通过附加在上面的散热风扇, 及时将产生的热量, 传运到外界环境中去。
(6) 若用户需要启动制热循环系统则通过对电阻加热模块, 施加一定的电流和电压使得电阻加热模块产生一定的热量, 并通过散热风扇及时的扩散到保温箱内部, 提高保温箱内部的温度。
(7) 整个食品保温箱在工作过程中是一个动态循环的过程, 通过保温箱内部的分布式温度测量节点, 是使用者对保温箱内部的温度进行检测。
(8) 由单片机处理系统根据所采样得到的温度和用户设定的保温目标温度, 进行分析动态的调节PID控制器, 以实现保温箱内部温度的动态调整, 由于PID控制器的精确控制性能, 使得保温箱内部的温度, 最终能够稳定在一个用户设定的温度值附近, 处于稳定状态。
5 小结
保温箱中的电阻加热循环系统通过对电阻湿施加相应的电流和电压, 使得电阻湿产生热量, 实现制热的目的;通过在电阻湿外部附加的栅格散热片, 并在散热片的外部安装风扇加快热量的传播速度, 达到散热目的。整个过程控制, 采用PID控制器, 实现对制冷系统和制热系统的精确控制。根据上述的设计思想和原理, 本文所设计的食品保温箱相对于传统的食品保温箱具有以下的优势:
(1) 食品保温箱在温度控制技术上, 采用基于PID控制器的温度控制装置, 用PID控制器能够实现保温箱内部温度的高精度控制目的, 比传统的食品保温箱具有更优越的温度控制性能。
(2) 食品保温箱的设计, 具有界面友好、操作方便的人机交护界面, 通过采用带触摸功能的液晶屏, 将用户输入界面和显示界面融为一体, 既能够向用户友好的显示食品保温箱的当前的工作状态, 同时也能够非常友好的为用户提供当前的操作界面。
(3) 保温箱内部单片机处理系统采用TI公司的MSP430作为单片机处理系统的核心处理芯片, 该芯片性能稳定, 可拓展性强, 能够精确实现对保温箱测量到的温度进行分析及处理, 并完成对PID控制器控制参数的输出。
摘要：针对传统的保温箱对温度的调节控制能力不强, 保温箱内温度波动较大, 保温效果不好等问题。提出一种基于PID的高效能高的食品保温箱设计方案, 该保温箱具有制冷保温的效果, 也具有制热保温的效果, 而且能够根据用户设定的温度, 通过精确的温度控制技术, 使得保温箱的温度恒定在一个很小的变化范围之内。
关键词：PID,保温箱,精度,散热
参考文献
[1]黄茹楠, 管晴晴.电液振动台的模糊PID控制的研究[J].液压与气动, 2009, (4) :36-38.
[2]杨达飞, 谭琛, 欧艳华, 等.一种高效能温度可精确调节的食品保温容器.中国:CN203624217U[P].2014-06-04.
[3]欧艳华.基于PID的车用小型制冷制热装置设计[J].大众科技, 2013, (12) :89-90.