关键词：开关柜；凝露；防潮；除湿
中图分类号：TM63，TM732 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0177-01
1 引言
高压开关柜由于其结构紧凑、占地面积小、操作便捷等优点，在35kV及一下系统中得到广泛应用[1]。为了保证可靠性和安全性，开关柜一般采用封闭母线桥架连接，具有高度的封闭性，结构紧凑，内部空间较小，相对封闭空气流通不畅，且常由于封堵不严、地下返潮等原因进入湿气；当空气湿度过大时，柜内容易产生凝露现象，引起绝缘件受潮，使得元器件的性能和寿命降低，金属腐蚀加快，接触面氧化，接触电阻增大，导致高压电气设备的绝缘强度严重下降，进而导致事故的发生[2，3]。因此，防潮除湿已成为保障开关柜安全稳定运行的重要因素。
2 开关柜凝露原因分析
所谓凝露是指柜体内壁表面温度下降到露点温度以下时，内壁表面发生的水珠凝结现象。一般来说，凝露是否发生取决于室内温度、柜内温度、相对湿度以及露点温度，其关系如图1所示。
开关柜凝露产生的原因无非两点：一是柜内温度比环境温度低；二是有潮气进入柜内且无法及时散出。
2.1 温度影响
从图1可以看出，环境湿度越高，露点温度与环境温度越相似，越容易发生凝露现象，但露点温度始终是低于环境温度。由此来看，柜内温度比环境温度低是发生凝露的重要原因之一。
2.2 湿度影响
开关柜内的湿度过大是导致凝露的另一主要原因，而湿度过大的原因为外界潮气进入柜内，且无法及时排出。主要原因如下：
（1）高压室内设有电缆沟，电缆沟中因地表潮湿及雨水渗入使得潮湿汇集，有的电缆沟甚至有积水。但电缆沟封堵常因材料老化、施工工艺等原因出现损坏、脱落等现象，开关柜柜低的封堵并不能做到完全封闭，使得电缆沟与开关柜实为相通，进而将聚集的潮气沿柜体底部缝隙进入柜内。（2）目前，大部分变电站高压室均设置有玻璃窗、轴流风机和百叶窗，用来通风散热。但这种设计存在一个很大的弊端，即防潮防湿效果较差。高压室百叶窗通风散热时，导致室内外的空气相通，外界潮湿空气易沿柜体缝隙进入开关柜内并聚集。（3）由于开关柜的设计缺陷、制作安装工艺等因素影响，外界潮湿空气容易沿着缝隙渗入柜内并聚集。（4）由于开关柜的密封性结构，进入柜内的水汽常常聚集到柜内的上部空间（母线仓），没有办法及时排出，容易在温度较低的柜内表面或绝缘件上形成凝露。
3 防潮除湿措施
3.1 防潮
对高压室潮气重、湿度大的状况，提出以下几项防治措施：
（1）对电缆沟和开关柜孔洞进行封堵，并在电缆沟进入室内的墙壁交接处采取防水措施，防止室外水倒灌进入室内电缆沟内；同时，对每个柜的电缆穿孔进行封堵，防止电缆沟潮气直接侵入到高压室开关柜设备上。（2）加强对高压室门窗、外墙的检查，要求现有门窗密封状况良好，墙体无渗漏，防止雨水飘入高压室或户外潮气渗入；在轴流风机未工作时，叶片处于闭合状态，防止潮气通过轴流风机渗透进高压室。（3）在雨季等湿度较高的季节，不应开启通风百叶窗，且尽量关闭高压室门窗，但在正常天气时，应打开百叶窗对室内进行通风散热。对于开关柜单列布置的高压室，为避免湿空气形成对流百叶窗不宜采用两侧对称布置设计。（4）对高压室户内屋顶进行检查，要求无渗漏。同时，对母线排外露在柜顶的高压室，屋顶内层不宜使用石灰粉刷，防止因潮气引起石灰层脱落而掉落在开关柜顶上。
3.2 除湿
3.2.1 常用除湿方法
根据凝露产生机理，开关柜目前较多采用的除湿治理方法有：强制通风法、电加热法、除湿机法等。
（1）加热法。加热型除湿通过提高柜内温度，确保柜内温度始终保持高于柜外部的环境温度，进而抑制凝露的产生。但加热法只是降低柜内相对湿度，并未减少柜内空气的含水量，但一旦环境温度变化较大时，湿热空气会迅速凝露，并没有解决电气设备内凝露问题。除湿效果不明显，存在安全隐患。（2）通风法。通风法除湿是通过空气的对流与外界干燥的空气进行交换达到降低电气设备内湿度的目的，但环境湿度较大时不起作用，易造成造成尘土、污秽进入不能实现防潮目的。也可在柜顶安装排风装置或开设通风孔，当柜内水汽受热上升时，可加快柜内空气循环使水汽通过该装置排出柜外，起到除湿效果，但在柜内开孔需要满足防尘、防爆要求，工艺要求较高。（3）干燥法。在柜体悬挂干燥剂袋，吸除柜内的湿气，降低柜内湿度，避免凝露的形成。该方法简单易用，但是干燥剂容易饱和，吸收的水分很难排出，效果往往并不明显。安装功率与室内空间大小相匹配的工业除湿机对室内空气进行除湿。通过内部压缩机的运转，将从进风口吸入的潮湿空气进行干燥并吹入高压室空间，使得高压室内的大气湿度降低。该方法在现场中得到较为广泛应用，但需要根据室内温湿度定期M行调整。
3.2.2 排水型防凝露措施
在柜体内安装排水型防凝露装置，通过半导体制冷技术在局部制造凝露条件使柜内潮湿空气凝结成水并直接排出柜外，降低柜内空气的相对湿度，可从根本上解决电气设备内部湿度，抑制凝露现象的产生。潮湿空气经风扇吸入后，通过特殊风道流动，先经除湿系统降温除湿，使空气含湿量减少，然后通过对除湿后的空气加热升温，使其相对湿度降低。经过充分循环，使柜内空气湿度降至凝露点以下，完成整个除湿过程。结合采用阀值湿度自动控制，据湿度变化自动控制除湿，可实现对柜内湿度的自动控制，且每次工作时间较短，节省能耗，是开关柜防潮除湿的重要方向和措施。
4 结语
开关柜在电力系统的安全稳定运行中起着十分重要的作用，而开关柜凝露是威胁电气设备安全稳定运行的重要因素之一。减少湿气的进入、对已进入湿气进行及时有效的排出是抑制开关柜凝露产生的重要途径。在柜内已有湿气的情况下，排水型防凝露措施是从根本上解决凝露产生的重要方向和措施。
参考文献
[1]万然.变电站高压开关柜防潮除湿分析及对策[J].电子世界，2014（20）：70.
自然通风温室
自然通风是解决温室降温最经济有效的手段之一，因此，在可能的条件下温室应尽快采用自然通风形式。
台湾最早的温室――太子楼温室（图1），即采用了自然通风的形式。这种温室为钢结构玻璃温室，从外形上看犹如单层厂房上增设了一条连续的固定式通风阁楼，由于通风口设在温室屋脊的最高位置，所以，温室的自然通风效果最好。但由于早期建造的这种温室形式自动化控制程度较低，温室的开窗通风主要依靠人工控制，直接影响到其使用效果。随着现代塑料薄膜温室的兴起，这种温室形式基本淡出了温室生产者的视野。
塑料薄膜温室中除了传统的圆拱屋面塑料温室外，为增强温室的自然通风能力，大多采用锯齿形温室。台湾的锯齿形温室大体分为两类：一类是所有温室的屋面都设置锯齿通风口，如图2；另一类是温室锯齿口屋面和圆拱屋面交替设置，如图3。锯齿形屋面从大类上分可分为圆拱屋面锯齿口屋面（图2a、图2b、图3a）和一面坡平屋面锯齿口屋面（图3b）；圆拱屋面锯齿口屋面又根据锯齿口的大小和锯齿口在圆拱屋面上的弧面位置不同，大体可分为1/3齿口屋面（图3a）、2/3齿口屋面（图2a）和1/2齿口屋面（图2b）[1] 。应该说锯齿口的高度越高，温室的自然通风能力将越强。
对于锯齿口的朝向，台湾的生产者也进行过一些尝试性的研究和实践。一般，同一栋温室上的锯齿口朝向总是朝向一个方向，对有明确主导风向的地区，锯齿口的朝向一般朝向主导风向的下风向，这样一则通风效率高，二则施工安装标准化。但也有温室建设者将相邻两个锯齿屋面的锯齿口相对或相背设置，以期在不同的风向作用下，分别开启不同朝向的锯齿口，以获得全天候高效率通风的效果（如图4）。但是，实践证明，这种措施效果不佳，主要原因是如果只开启顺风方向的通风口而关闭逆风方向的通风口，则整个温室的通风量将不足；在风力较小的时段将所有通风口开启后，相对的两个通风口由于通风口压力可能不同，直接影响到对面风口的通风量，从而影响到温室的整体通风量，也影响温室内部的局部通风，造成温室内气流场和温度场的不均匀。在考察访问的过程中，温室生产者多次强调了这一问题，因此告诫我们在今后的温室设计中应尽量避免设计这种形式的温室，以免给生产带来不利。
遮阳降温温室
台湾本岛的地理纬度在北纬22°～25°，北纬23.5°的北回归线通过花莲、嘉义附近，因此周年太阳辐射强，温室生产大多采用遮阳设施，尤其以种植蝴蝶兰等弱光型植物为代表的温室，更是采用了温室屋面和四周全遮阳的措施，如图5。全遮阳的遮阳材料选用了黑色丝线编织网，织网丝线较密，因此，在遮阳的同时也能获得防虫的效果。所以，在我们看到的温室中完全取消了温室通风口的防虫网，而将所有通风口完全敞开，这样做反倒增强了温室的通风效果，也降低了温室通风口防虫网安装的成本和用工。由于台湾地区周年降雨量大，而且各季分布相对比较均用，天然的降水直接清洗了屋面防虫网，更减少了温室通风口的积灰阻力，温室的自然通风效果将能得到持续和稳定的保证。故而，在台湾地区这种全方位遮阳的自然通风温室，在遮阳、降温、防虫和造价等多方面均取得了良好的效果，是一种综合性能颇佳的温室形式。中国大陆的海南岛和其他气候类似的地区温室设计可借鉴和参考。
抗台风温室
台风是台湾岛每年多次必然登陆的气象灾害，因此，温室的抗台风是温室设计中必不可少的基本要求。除了在结构强度和构造上满足抗台风要求外，台湾的温室设计者在温室的结构形式上也开发出了适宜抗台风要求的多种结构形式。采用倾斜墙面导流气流便是其中最典型的温室形式，如图6。虽然在一些地区台风的路径和方向是固定不变的，但由于局部地形的变化（主要为山区地形）温室实际承受的台风的风向可能不同，因此，在温室抗台风设计中对倾斜墙面不仅要设计在温室的侧墙，而且要设计在温室的山墙，这样不论从哪个风向来的风力均可以有效导流，以减轻温室墙面的实际风力。
除了采用倾斜墙面导流气流减轻墙面风荷载外，在温室的周边设置防风网或绿植风障也是减轻温室结构风荷载的有效措施。这一点也值得我们深入研究。
其他形式温室
除了上述一些看似常规但又富有特点的温室外，在参观过程中还看到了一些看似“标新立异”的温室，其中的一些设计理念值得大家挖掘和思考。
一种温室是在传统的圆拱形塑料薄膜温室的屋面上设置了间隔的凸起屋面，如图7。据介绍，这种变化的凸起屋面也是一种自然通风温室，其利用温室屋面的高低错落，将热空气引向温室的高层屋面，使温室低层的空气温度降低，利用高低错落屋面，自然形成了温室的屋面通风口，也便于室内高温空气的排除，因此，温室的凸起屋面不仅起到了集聚高温空气的作用，而且也自然形成了温室的通风排气口，在温室造价基本保持不变的情况下，使温室的自然通风能力得到大大加强，也不失为一种自然通风的好方法。
另一种形式的温室是将温室完全架离地面，如图8。这种温室是基于以下两个方面的理念设计的。一是温室架离地面，不破坏土壤表面，所以是一种完全生态型的温室；二是温室的通风采用了从地面进气、屋脊排气的气流组织形式，使温室自然通风的高差达到了最大，按照自然通风的原理来讲，最大限度利用了自然通风的条件。为了增大温室的通风效果，温室排风口采用了屋脊凸起形结构，同时在排风口上还间隔设置了排风风机，在保障温室最大自然通风能力的前提下，还增设了进一步的保险措施，使温室在自然通风能力不足的情况下能启动风机通风，可进一步加强温室的通风能力，保障温室足够的通风降温要求。
关键词：柴油机；排烟；烟色；故障分析
柴油机自设计投产至今，已有近百年的历史，柴油机的种类、质量和产量都有了很大的发展和提高，各种系列的变型和配套产品多达几百种，作为汽车、工程机械、船舶、电站、农业排灌机械和其它工业配套的动力设备，在经济发展中发挥了积极作用。柴油机因其具有较好的动力性、经济性及环保性而日益广泛地用于汽车运输，工程机械与农业机械。
柴油机与汽油机相比，主要区别在：①发动机的燃油供给系统不同：汽油机是通过化油器将汽油和空气的混合物送入发动机燃烧室，而柴油机是通过高压油泵将低压油升压再通过喷油嘴将柴油雾化喷入燃烧室来完成的。②燃烧方式不同：汽油机是靠火花塞点燃；而柴油机是通过较高的压缩比压燃的。因此，柴油机相对来讲故障较少，即使出现故障，亦容易判断和排除。本文主要对柴油机的排烟烟色生成机理进行叙述、判断和故障分析，仔细观察柴油机排气烟色，正确的判断及科学的分析可以有效地改善柴油机使用性能，降低故障发生率，提高柴油机经济性能。
一、概述
柴油机在正常工作温度下，其燃料在汽缸内可以得到比较完全的燃烧，所排出的废气应该是无色透明的气体或者是带点淡蓝色或是淡灰色的气体。所谓无色不是完全无色，不能像汽油机那样无色，而是在无色中伴有淡淡的灰色，这是正常排气烟色。柴油机在怠速时排气烟色可能重一些，在高速、高负荷时也可能重一些，要注意观察正常排气烟色，才能对非正常的排气烟色进行判断和分析。柴油机燃料完全燃烧后，正常颜色一般为淡灰色，负荷略重时为深灰色。柴油机在工作中，会经常出现冒烟现象，柴油机排烟有黑色烟、蓝色烟、白色烟和黄黑色烟四种，它们是判断柴油机故障的条件之一，具体分析如下：
二、排气冒黑色烟（碳烟）――说明气缸内柴油燃烧不完全，一部份碳元素悬浮在废气中，出现黑烟现象
主要特征是，启动困难，排黑色烟；低速排烟严重，高速排烟减轻或消失；中低速排烟正常，急加速排烟又严重；各种转速工况下，连续或断续排烟，伴有异常的金属敲击声。
黑色烟也称碳烟，柴油机排气冒黑色烟主要是燃料混合气过浓，可燃混合气形成不良或燃烧不完善等原因造成的。柴油机在高温、高压燃烧条件下，局部缺氧、裂解并脱氢而形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒，是燃烧室内燃料燃烧不完全的表现。由于柴油机是非均质燃烧，燃烧室内各区域的化学反应条件是不一致的，而且随着时间而变化的，所以黑色烟很可能是由许多不同途径生成的。柴油是复杂的碳氢化合物，喷入燃烧室内未燃烧的柴油受高温分解，形成炭黑，排气时随同废气一起排出形成黑色烟雾。
黑色烟是不完全燃烧产物，是烃燃烧在高温缺氧情况下裂解过程释出并聚合而成的。某些情况下燃油喷射在燃烧室壁面上，形成液态油膜，油膜是最后蒸发的一部分，它的燃烧取决于其蒸发速度和燃料蒸气与氧的混合速度。如果周围气体中氧的浓度太低，或混合的速度不够时，从油膜蒸发的燃料气体将被分解，并产生未燃烃、不完全氧化产物和黑色烟。
柴油机燃烧过程中黑烟的生成可以概括为三个阶段 ――成核阶段、单粒阶段、单粒的燃烧消失或附聚成更大絮团。影响其生成的主要原因为：
1．活塞环、气缸套等磨损
气门、活塞环、气缸套磨损后，引起压缩压力不足以及机油上窜燃烧室，使气缸在压缩行程结束时，混合气混合的正常比例改变，使燃油在无氧条件下燃烧，燃烧过程容易产生积炭，排出的废气形成大量黑色烟雾。
2．燃烧室形状改变
燃烧室形状因制造质量及长期使用导致技术状况下降，压缩余隙过大、过小以及活塞位置装错，都会使燃烧室的形状和容积改变，从而影响燃油与空气的混合质量，使燃油燃烧条件变坏。
3．喷油器工作不良
柴油机排气烟度与燃油雾化品质的关系密切，在柴油机喷油过程中，每次喷油即将结束时，喷油压力下降，雾化质量差，使液滴直径比主要喷射阶段的油滴大4?―5倍 （体积约增大100倍），这些油滴蒸发与燃烧的时间短，周围氧的浓度低，容易产生碳烟。喷油器不雾化、雾化不良或滴油，将使喷入汽缸内的柴油颗粒大小分布不均匀，使燃料不能充分地与气缸内的空气混合，也不能完全燃烧。由喷油器工作不良引起的排黑烟现象在柴油机低速运转时较为明显，因为低速运转时气缸内进气涡流较弱，油滴或油束被气流冲散的可能性减少并且停留的时间较长，更容易形成碳黑排出。
4．供油量过大
供油量过大，使进入汽缸内的油量增多，造成油多气少，燃油燃烧不完全。另外，工作负荷过重、燃油质量低劣、工作温度过低也会引起排气冒黑色烟。
柴油机中燃料的高温裂解反应是不可避免的，特别是在空间混合燃烧的柴油机中，由于高温气体包围着液态的油滴，造成了有利于裂解反应的条件，因此在燃烧初期产生了大量的碳粒，这一点已为燃烧过程的高速摄影所证实。柴油机在正常燃烧时，在排气门打开以前，燃烧初期所形成的大量碳粒可以基本烧完，排气基本上是无烟的。只是在某些不利工况下，碳粒不能及时燃烧，反而团聚吸附，在气缸中和排气过程中形成更大的碳烟粒子或絮团，使排气冒黑色烟。
5．供油提前角调整不当
供油提前角过大，燃油过早喷入燃烧室内，由于此时气缸内压力温度较低，燃料不能着火燃烧，当活塞上行，气缸内达到一定压力和温度时，可燃混合气燃烧。在直喷式柴油机中，当其它参数不变时，加大喷油提前角可以降低排气烟度。
因为加大喷油提前角会使滞燃期加长，使着火前喷入气缸的油量增加，预混合量增加，预混合气增多，加快了燃烧速度，燃烧可较早结束，从而使主燃期的形成碳粒具有较高的温度和高温下停留较多的时间，有利于碳粒氧化消失。然而过早的喷油增加了预混燃料量，使柴油机工作粗暴，燃烧噪音增大，并引起较大的机械负荷，以及较多的黑烟（COX）排放。
供油提前角过小，喷入汽缸内的燃油过迟，最后喷油结束时活塞已经下行，汽缸内的容积增大，压力减小，温度降低，一部分燃料来不及形成可燃混合气就被分离或排出，致使部分在排气管中随废气排出的燃油料受高温分解、燃烧，形成黑色烟随废气一同排出。
三、排气冒蓝色烟――表示过量机油进入汽缸，燃烧完受热蒸发成蓝色油气而未燃烧，随废气排出，即烧机油
主要特征是，低温排烟严重，温度升高后排烟减轻或消失；中小负荷排烟轻微，大负荷高速时排烟严重；各种转速工况下断续或连续排烟。
排气冒蓝色烟，一般情况下是柴油机使用日久，慢慢开始烧机油引起的，随着蓝色烟雾的加重，烧机油越来越多，就应考虑维修柴油机了。有时燃油中混有水分，或有水分漏入燃烧室中，引起燃烧的改变，柴油机会冒浅蓝色烟。影响其生成的主要因素为：
1、空气滤清器阻塞，进气不畅或油盆内油面过高（油浴式空气滤清器），使进入汽缸内的气量减少，燃油混合气正常比例改变，造成油多气少，燃油燃烧不完全，也会引起排气冒蓝色烟。
2、油底壳内油加入过多，曲轴高速转动使机油过量，曲轴高速转动使机油飞溅到汽缸壁上，并窜入燃烧室中。
3、长期低负荷（标定功率的40%以下）运转，活塞与缸套之间的间隙过大，使油底壳内油容易窜入燃烧室，与气缸中的燃料混合气混合，改变混合气正常比例，燃烧不完全，引起排气冒蓝色烟，同时伴有曲轴箱废气增多现象出现。
4、活塞环卡住或磨损过多，弹性不足，安装时活塞环倒角方向装反，因各环口处于同一直线上而形成活塞环口，油环回油孔被堵塞，使大量机油上窜至燃烧室燃烧，油燃烧后产生蓝色水气烟雾排出。
5、在机体通向气缸盖油道附近的气缸垫烧毁，活塞、气缸套磨损等状况将致使油上窜燃烧室，并与燃油混合气一同燃烧。
6、气门和导管间隙过大，摇臂室内机油被大量吸入燃烧室内燃烧，形成蓝色烟。
四、排气冒白色烟――表示柴油雾滴在汽缸内未能燃烧，柴油或汽缸中有水
主要特征是，启动困难或启动排白烟或类似水蒸气的白色烟雾；低温低速时排烟严重；随着温度和转速的升高，排烟减轻或消失；各种转速工况下，持续或断续排白色烟。
白色烟是指排气烟色为白色，它与无色不同，白色是水蒸汽的白色，表示排烟中含有水分或含未燃烧的燃油成分。白色烟呈液珠状态，和蓝烟相比较直径稍大，一般大于1μm。在光的折射下呈白色，柴油机的白色烟是未燃烃（含燃油和油）、水蒸汽以及不完全燃烧的中间产物（如含氧碳氢），除水蒸汽外，它们也都属于微粒范畴。柴油机在刚起动时或冷机状态时，排气管冒白烟，是因为柴油机气缸内温度低油气蒸发而形成，冬季尤为明显。柴油机在寒冷天气运行时，柴油机温度低，排气管温度也低，有水蒸汽排气凝结成水汽形成白色排烟，是正常现象。若当柴油机温度正常，排气管温度也正常时，仍然排出白色烟雾，说明柴油机工作不正常，可判断为柴油机故障。
影响其生成的主要因素为：
1、气缸套有裂纹或气缸垫损坏，随着冷却水温度和压力的升高，冷却水进入气缸。排气时形成容易形成水雾或水蒸汽。
2、喷油器雾化不良，喷油压力过低，有滴油现象。在气缸中燃油混合气不均匀，燃烧不完全，产生大量的未燃烃，排气时容易形成水雾或水蒸汽。
供油提前角过小。活塞上行至气缸顶前喷入气缸中的燃油过少，形成较稀的可燃混合气，过迟的喷油减少了预混燃料量，预混合量减少。预混合气减少，降低了燃烧速度，燃烧结束较晚，燃烧形成大量的水汽烟雾。
燃油中有水份和空气。水和空气随着燃油喷射入气缸形成不均匀燃油混合气，燃烧不完全，产生大量的未燃烃排出机外。
3、活塞、气缸套等磨损严重引起压缩力不足，造成燃烧不完全。
柴油机刚启动时，个别气缸内不燃烧（特别是冬天），未燃烧的燃油混合气随其它工作缸的废气排出形成水气烟雾。
五、排气冒黄黑色烟
主要特征是，启动运转初期中速阶段排黄黑色烟；温度升高或负荷增大后，排黄黑色烟现象逐渐减轻或消失，表现为怠速时易熄火，机体抖动；同时，进气管“呛气”，排气管放炮，柴油机动力不足，启动困难。
排气冒黄黑色烟，柴油机工作还算正常，但烟雾颜色加重呈灰色或接近于黑色就不正常了，除了上述排烟黑色的原因外，还可能有进气不畅即空气供给不好的原因。当取下进气空气滤清器后，排气烟色由深变浅甚至变为无色时，就是空气滤清器堵塞了，应检查引起进气不畅的原因。
六、结论
排烟烟色异常是柴油机内部故障的综合反映，通过对排烟烟色异常的分析，了解其产生原因以及影响因素，可以依据此因素对排烟不正常的柴油机进行调整、维护，及时处理可保证柴油机正常使用，改善柴油机使有性能，降低故障发生率，避免不必要的经济损失，提高柴油机经济性能。
参考文献：
[1]孙培廷.船舶柴油机.辽宁.大连海事大学出版社.1999.
[2]杨玉如.柴油机与汽车理论.北京.人民交通出版社.1988.
[3]曹普照，何雷等.135系列柴油机使用保养说明书.
关键词：直接式燃气加热炉 腐蚀 原因分析 对策
加热炉是长输原油管道不可缺少的加热设备，对整个原油输送过程起着至关重要的作用。随着石油工业迅速发展，原油加热炉也从砖混结构方箱式加热炉过度到钢结构立式圆筒加热炉。20世纪90年代中期，由微机控制的直接管式轻型加热炉问世，该加热炉主要由加热炉本体、辅助设备、仪表自动控制等系统组成，具有结构紧凑、占地面积小、综合热效率高，维护及维修方便的特点而被广泛应用。2011年至2012年中我公司在对全线该炉型检测中发现，该炉型通过多年运行仍存在一些问题需要进一步改善，以便更好的服务输油生产。
一、加热炉存在的问题
1.对流室前弯头箱渗水
管道热力系统需要不断进行改造，各站加热炉在运行是均存在对流室前头箱从盖板缝隙处向外渗水的现象，渗出的水成黄褐色，沿前弯头箱前盖板底部的整条缝隙流出，因具有腐蚀性而造成加热炉金属表面腐蚀。有的泵站发现，渗水已造成弯头箱底板腐蚀穿孔，同时又造成辐射室顶板腐蚀穿孔，为此，只好制作接水槽，将渗水导入加热炉两侧。
2.对流室前弯头箱内严重积灰
对加热炉对流室及弯头箱进行检查，可以发现对流室前弯头箱内底部严重积灰，底排对流管下部及弯头底部均被潮湿的积灰所埋没，积灰上半部分是黑色颗粒与铁锈皮，下半部分多为潮湿的黑色颗粒积灰。弯头箱内的弯头及的对流管表面有层层叠叠的锈皮脱落。
3.对流室前弯头箱腐蚀
清除对流室前弯头箱内积灰时，可发现底排弯管及对流管上存在大面积腐蚀。此外，对流室前弯头箱内其它部位的弯管及对流管也存在不同程度的腐蚀，前弯头箱的盖板及侧板腐蚀往往比较严重，底板腐蚀更为严重甚至易出现穿孔，底部积灰及保温衬里呈潮湿状态，保温衬里酸化，保温钉及保温压片酸蚀。而加热炉对流室的后弯头箱内，基本无积灰。
4.保温衬里脱落
管道中间站易出现加热炉辐射室顶部保温层脱落、鼓起等现象，该现象主要是由于保温骨架同钢板的焊接处出现腐蚀而脱离，造成辐射室顶部保温层无支撑而下坠脱落。
二、原因分析
1.渗水原因
含硫的燃料在加热炉中燃烧是，燃料中的硫分几乎全部被氧化成二氧化硫，其中0.5%～2%的二氧化硫被氧化成三氧化硫，三氧化硫与烟气中的水蒸汽结合生成硫酸，当设备受热面温度低于露点温度时，硫酸蒸汽就会凝结在设备受热面上，结露生成含有稀硫酸水的凝结水。加热炉排除的烟气中含有硫酸蒸汽，通过吹灰套管与吹灰管的间隙，进入对流室前弯头箱而结露，并在弯头箱上部低温区的弯管和管板表面不断生成、凝结，露水顺着管板和弯管表面淌落或滴下，在弯头箱的底部逐渐积聚，侵湿积灰并达到饱和，凝结水通过弯头箱与盖板之间的缝隙不断流出，形成渗水现象。
就直接管式加热炉来说，燃料油原油含硫成分燃烧时，硫成分大部分被氧化成二氧化硫，部分被氧化成三氧化硫，硫的氧化物伴随高温烟气从吹灰套管及炉管套管的间隙进入管板与弯头箱门之间，由于箱门空间温度相对对流室较低，烟气中的硫的氧化物、水蒸气在此空间受冷凝结成硫酸附着在炉管弯头表面，由于酸性物质不断生成、凝结，顺着管板和弯管表面淌落或滴下，造成炉管弯头表面酸性腐蚀。当该处间隙原因产生的积灰淹没底排的弯管和炉管时，形成了浓度较高的潮湿含酸积灰使得炉管弯头腐蚀进一步加剧，甚至炉管弯头腐蚀穿孔。
2.积灰原因
加热炉对流室前弯头箱内积灰严重，而后弯头箱内基本无积灰，对比前后弯头箱结构可知，差别在于弯头箱管板有吹灰套管，吹灰套管与吹灰管之间在设计上有一定的间隙，此间隙连通了高温烟气的对流室与相对低温的前弯头箱，带有“灰”的烟气长期从此窜入前弯头箱，形成积灰。
3.腐蚀
结露会首先腐蚀弯头箱上部低温区的弯管和管板金属表面，被腐蚀的金属表面会加剧烟气中灰分的粘结，不断造成上部弯管和管板表面的金属层层修饰、脱落，形成结露腐蚀。积灰和锈皮不断掉落到弯头箱底部，结露水也不断积聚到底部，当积灰淹没底排的弯管和炉管时，形成了浓度较高的潮湿含酸积灰，加剧了弯管和炉管的腐蚀。
4.保温衬里脱落原因
主要原因有三个，一是保温钉的焊接质量和技术要求达不到标准，导致保温钉脱焊；二是保温棉塞不严密，加热炉运行时，烟气窜入造成加热炉外部局部温度过高，严重时出现加热炉鼓起；三是加热炉内部湿气过大，加热炉上部的衬里吸潮后，自身质量加重，而发生造成坍塌。
三、改进措施
1.改进吹灰装置
采用两种方案改进吹灰装置，一是将吹灰套管由弯头管内延伸至炉外，以隔绝烟气进入弯头箱内；而是对吹灰器进行移位改造，即将吹灰器安装于对流室的侧面，避免烟气进入弯头箱，达到吹灰的目的。二是套管处密封不严部位，进行套管改进，增长套管尺寸，增加支撑环，密封石棉绳密封外壁，内外涂抹耐高温硅胶，达到密封效果，完全阻止烟气、灰尘进入弯头箱内。
2.改进保温结构
加强现场保温钉骨架焊接检查工作，一是保证保温骨架之间焊接间距必须小于保温块50mm以上，保温块压缩20%后加紧在骨架之间，再用每块保温块不少于两个的穿钉穿固牢固；二是焊条焊接保温骨架时，分别在骨架及筒体与骨架的连接处必须采用双面焊接，保证骨架节点之间焊点牢固，保证其使用寿命。
四、结语
加热炉是长输原油管道不可缺少的加热设备，弯头腐蚀与弯头箱内渗水、积灰、保温衬里脱落等有着密切的联系，在实际应用当中，要根据实际情况进行客观分析，并依据其分析进行积极的改进，从而避免腐蚀现象的产生。
参考文献
[1]李永强，陈珂，崔惠琴，谭红伟，杨江.加热炉腐蚀检测及原因分析.尤其储运.2005，03.
关键词：燃气、红外线、辐射、供暖。
中图分类号： TE44 文献标识码： A
1、燃气红外线辐射采暖的原理及特点
1.1 燃气红外线辐射采暖的原理
传统的采暖系统，无论是热水锅炉还是中央空调，都是利用热源，通过散热器加热室内空气，依靠空气对流的方式达到采暖目的。在对流采暖系统中，散热设备先将周围环境中的空气加热，再依靠冷、热空气比重不同的物性进行对流换热，从而将整个环境加热到一定的温度。空气对流采暖要求加热采暖空间中的所有空气，空间的长宽、高度、以及建筑围护结构、保温性能、换气率等因素对供热热负荷的影响很大。
燃气红外线辐射采暖则是利用可燃气体在辐射板表面燃烧，将辐射器的表面加热至800~1100℃高温，产生红外线电磁波，以辐射热的形式直接加热物体，辐射采暖不需要以空气为媒介。冬天，尽管室外空气温度低，但人们晒晒太阳，感觉温暖舒适，就是因为太阳产生了红外线热辐射。
红外线是一种肉眼看不见的光线，位于可见光红光光谱之外，波长大约在0.76~1000微米，频率在1013~1014赫之间。红外线是电磁波的一部分，其传播过程称为热辐射，热辐射是这样进行的：辐射源的表面被加热至一定温度，此时辐射源内的电荷质点（如电子）的运动（包括振动和激动），先将热能转换为电磁波的形式。任何物体，无论是无机物还是有机物，分子都在不断的进行伸缩振动和变角振动，当一物体接受到辐射源发出的电磁波后，只要有与振动频率相匹配的分子振动波长，就能吸收红外线电磁辐射的能量，引起分子和原子的强烈共振而使物体发热。当辐射源表面温度不高时，辐射强度小；当表面温度上升时，辐射能量迅速增加。
1.2 衡量采暖效果的基本标准
任何形式的采暖系统中，都有辐射和对流散热的同时作用，单纯以空气温度高低作为衡量采暖效果的标准是不全面的，而应该考虑辐射和对流的热量对人和物的综合作用。例如，虽然大海边各处的空气温度都一样，但遮阳伞下的辐射热较少，显然比暴露在阳光下凉快很多。
可以用一个温度数值来表述人或物体在采暖环境中，受环境辐射和空气对流热交换的综合作用的实际感觉，这个数值称为“实感温度”或“有效温度”。
实感温度可以通过经验公式计算得到：
T实=0.52t内+0.48t平均-2.2℃
式中 T实：实感温度（℃）；
t内：室内空气温度（℃）；
t平均：四周围护的平均辐射温度（℃）；
当室内温度t内为20℃时：
如果采用对流采暖，外墙内表面温度t平均一般比室温低5℃，此时实感温度约为15.4℃。
如果采用辐射采暖，外墙内表面温度与室内温度相差不大，此时，要达到相同的供热效果，即实感温度同为15.4℃，室内空气温度只需17.6℃。
由此可见，辐射采暖与对流采暖相比，室内温度可以低2.4℃。
如果考虑空间高大或室内换气量大等等情况，温度差别将更显著。
由此可见，在辐射采暖环境中，表面看来，室内空气温度虽然较低，但由于辐射热的直接作用以及四周环境有较高的温度，因此人体在这样的环境中，辐射散热大大减少，人的实际感觉比在相同室内空气温度下的对流采暖舒适得多。也就是说，如果保持相同的卫生条件和舒适感，辐射采暖环境中的空气温度可以比对流采暖时低2~3℃。
红外线辐射采暖空气对流采暖
红外线辐射采暖和空气对流采暖的实感温度梯度变化图
1.3 辐射采暖与对流采暖的比较
1.3.1 辐射采暖感觉更加舒适温暖
从室内环境卫生学观点来看，室内水平温差、垂直温差以及外墙表面与室内中央温差，都应该越小越好，采暖引起的气流速度也不应过大。从这几方面看，辐射采暖较之对流采暖更有优势。
对流采暖中，冷热空气以一定的流速不断循环，这对环境卫生和人体舒适感都有一定影响，而辐射采暖则很少引起空气流动。
在对流采暖中，辐射散热量很少，建筑的围护结构只能从室内空气中吸取热量并通过其表面向室外散热，因此，外墙内表面温度肯定比室内空气温度低，大致低5℃左右，人体实际上处于四周温度较低的墙、地面和室内设备形成的“冷辐射”包围之中，人体向这些冷的表面辐射热量，这大大增加了人体的辐射散热量，从而维持不了按比例散热的平衡，因而，人体舒适感较差。而辐射采暖则不同，人体及周围物体都吸收红外线产生的辐射热，周围物体（包括外墙内表面）温度接近于室内空气温度，人体可以从环境表面得到一部分辐射热量，而对外辐射的散热量有所减少，感觉更加舒适。
在辐射采暖的环境中，地面有较高的温度，人体足部感觉较温暖、舒适；而对流采暖时情况正好相反，地面温度较低，达不到加热足部的目的。
热效应快，冷却缓慢，由于辐射采暖利用红外线传热，而红外线与可见光一样都是电磁波的一部分，都以光速传播，所以辐射面一经达到一定温度后，既可供热并解除人体冷感觉。在采暖期间，四周的围护结构，地面以及室内设备，均吸收辐射热量，并蓄存一部分热量，当辐射采暖停止后，这些积蓄热量，开始向环境散热，因此还可以保持一定的热环境。所以辐射采暖起动特别迅速，而冷却却较缓慢，特别适用于间歇采暖如会场、剧院等地方。
1.3.2 辐射采暖比对流采暖更加节能
燃气红外线辐射器特别适用于高大空间、换气量大、局部供暖、间隙式采暖等多种场合，其经济性是十分显著的。
辐射采暖比对流采暖更加节能，主要有以下几方面原因：
建筑热损失小，辐射采暖时建筑热损失较对流采暖时低，主要有几方面的原因：第一是由于辐射采暖时，辐射热直接照射采暖对象，几乎不加热环境中的空气，因此辐射采暖时的空气温度比相同卫生条件下对流采暖时的空气温度低，一般可以低2-30C，因此室内外温差小，所以建筑热损失也较小。第二由于辐射采暖时室内外温差小，所以冷风渗透量也较小。第三由于对流采暖时，室内空气被加热，并形成冷热空气的对流，因此室内空气温度有较大的梯度，屋顶部分温度高，地面附近温度低，一般对流采暖温度梯度约为0.5-1.0℃/米(如图1)，而辐射采暖时，辐射热直接向下辐射，地面部分还可以积蓄部分热量，因此室内空气温度梯度小，相应建筑物上部的热损失也较小。
辐射采暖时热量传播，有很强的方向性，可以根据不同的需要，灵活地布置，可以进行全面采暖，也可以在一个很大的空间内，在局部区域进行采暖，甚至可以在室外进行采暖，这是对流采暖难以做到的。
红外线穿过空气层时，除了空气中的三原子气体选择性吸收某种波长的红外线，造成一定衰减外，大部分热辐射都能穿过空气，因此，绝大部分热量可以辐射到需要加热的物体，在相同的实感温度下，因为辐射采暖时人体获得的辐射热量比对流采暖多，所以，此时的室内温度可以比对流采暖时低2~5℃，相应地，室内外温差也减小2~5℃，整个建筑物的耗热量随之减少。
燃气在输送过程中没有什么损失，同时辐射器的燃烧又非常完全，因此整个采暖系统的热量得以充分利用。而传统方式暖气片采暖系统，热源从锅炉引出后，沿途都有热损失，所以热效率较低。
辐射采暖时，空间上部的温度较空间下部的温度略低，这与对流采暖时的“上热下冷”现象不同，因此从外墙和屋顶向室外散失的热量较少。对一些高大空间或通风量大的场合进行供暖，差别尤为明显。据测试，单位面积上，辐射采暖所耗热量约为对流采暖时的0.8倍左右，如建筑空间高于5米，此值仅为0.6，如高于10米，此值仅为0.3，也就是说在高于10米的空间中，辐射采暖耗热量仅为对流采暖的30% 。
辐射采暖的方向性很好，因此可以用于局部采暖。在某些场合，没有必要加热整个空间，只需在要求采暖的地方采用辐射方式进行局部加热即可，而对流采暖则很难做到这一点。
采用辐射采暖，热效应快，而冷却缓慢，在一些间隙式加热场合（指不需要全天供暖的场合），节能效果尤其突出。由于辐射采暖利用红外线传热，而红外线与可见光一样都是电磁波的一部分，都以光速传播，所以辐射面一经达到一定温度后，既可加热人体或设备。在采暖期间，四周的围护结构，地面以及室内设备，均吸收辐射热量，并蓄存一部分热量，当辐射采暖停止后，这些积蓄热量，开始向环境散热，因此还可以保持一定的热环境。所以辐射采暖起动特别迅速，而冷却较缓慢，特别适用于间歇式采暖的地方，如集体食堂、仓库、会场、体育场馆、集体食堂、剧院、温室大棚等。
1.3.3 辐射采暖系统的初投资小
辐射采暖系统结构简单，包括辐射器和控制器两大部分，辐射器本身既是燃烧器又是散热器，只要在燃气管网上接管，并在系统入口安装调压设备即可使用，配套设备少，节约投资。辐射装置一般均安装在建筑物的上部，没有设备间，不占用建筑使用面积。
燃气红外线辐射器体积小、重量轻，常用的热负荷为14Kw的金属网辐射器，每台重12公斤，辐射器可以用软管连接，拆装都很方便，移动也很灵活。如果使用液化石油气为气源，则整个采暖系统可以很方便地移动。只要有天然气或液化气的场所都可以安装燃气红外线辐射采暖系统。
空气对流采暖和辐射采暖的投资比较
1.3.4 辐射采暖系统的其他优点
红外线取暖技术应用在温室大棚、动物养殖中，效果十分明显，类似太阳光的取暖方式，室内不会显得闷热，红外光有助于加快农作物、动物生长，提高动物的产蛋、产奶量。
燃气红外线辐射采暖，不需要热水循环系统，因此，没有冬天防冻的问题，只需在工作时间运行，人员离开后即可停止工作，在一些没有固定工作时间的地方，特别适用。
在湿度较大的地方用燃气红外线辐射器采暖，有降低空气相对湿度的作用。同时由于室内设备在红外线的辐射下，表面温度高于周围空气温度，从而可以避免空气中的水蒸汽在设备表面凝结，而使设备生锈。
1.4 广阔的应用前景
1.4.1 燃气的推广使用为燃气红外线辐射器的使用奠定了基础
就世界范围来看，燃气具有成本低、质量高和环境保护等一系列优点，从1970年以来，其消费量一直以平均2.6%的增长率稳步增长，并正逐步取代煤炭在一次能源中的传统地位。至1995年世界天然气总消费量已达成20930亿m3，在一次能源中所占份额已上升到23.1%。由于环保要求的日益严格，工业结构的重大调整，预测世界天然气消费量将以3%的平均增长率增长，到2010年将达到32220亿m3。
中国燃气工业和世界燃气工业发展相比有很大差距，天然气消费仅占一次能源的1.9%，总体来说，无论从消费总量、消费结构、人均消费量及一次能源中所占份额等哪个指标来看，都只能是处于初级阶段。但是，最近几年，我国环保问题日趋严峻，促进了天然气的推广应用。许多大城市相继推出了煤改气的政策，如北京、上海、西安、天津等城市的天然气管道建设工程都已经完成，这为各种燃气设备包括燃气红外线辐射器的推广应用打下了基础。
1.4.2 用于工业厂房或公用建筑的全面辐射采暖
燃气红外线辐射器可用于多种场合下的采暖，在一些建筑空间很高、体积很大、门窗很多，以及换气量大的工业建筑、民用及公共建筑中，使用热风或暖气片对流采暖方式，达不到设计要求，而且一次投资和运行费较高，采用燃气红外线辐射采暖，不仅采暖效果好，而且比较经济。这一类建筑有礼堂、展览馆、大型厂房、大型农业温室、飞机库、物资仓库、体育馆等。
1.4.3 用于局部及室外采暖
燃气红外线辐射器有一个重要特点是可以用于局部及室外采暖，这是其它采暖方式无法比拟的。
所谓局部采暖就是在一个有限的大空间内，只有某一部分要采暖，而其余大部分无采暖要求。在许多工业场合，如仓库、维修车间、生产流水线等地方，空间很大，但需要采暖的人员位置比较固定，这时采用全面供暖，无疑浪费很大，采用局部供暖十分必要。另外象滑冰馆、游泳馆这样一些体育馆，只要对四周观众席加热就可以了，采用燃气红外线辐z射器，效果很好。
室外采暖则是在一个无限大的空间中，某一个局部区域进行采暖，这种采暖系统中，辐射热起主导作用，对流散热基本上不起作用。室外要求采暖的地方也较多，如体育场主席台、高级宾馆的门厅、露天餐厅等等。
另外，因为辐射采暖可以迅速启停，所以特别适用于一些间隙式加热的单体大空间，如集体食堂、电影院、歌剧院等场所，每天采暖时间有限，大部分时间不需采暖。因为辐射采暖系统比较简单，如果采用液化石油气为气源，则可以方便地拆卸搬运，这又可以适用于一些临时建筑，如建筑工地、野外作业的临时建筑等等。
2、 燃气红外线辐射器
2.1 辐射器
燃气红外线辐射器主要由喷嘴、引射器、控制箱、点火器、稳焰板、辐射板、反射罩等组成。其中辐射板采用国外进口的金属丝网，如图所示：
金属丝网燃气红外线辐射器工作过程如下：
燃气与空气通过引射器，按照一定比例充分混合，进入辐射器内，经混合气分配板均匀分布后，混合气从金属丝网辐射板的微小孔隙中析出，被电子脉冲式自动点火器点燃后，在金属丝网表面充分燃烧，产生800-1000℃的高温辐射源，向外辐射热量。由于金属丝网孔隙很小，因此燃烧火焰很短，只有2-3mm，属于无焰表面燃烧，燃气的燃烬度很高。
金属丝网采用特殊合金材料编制而成，可以保证辐射器不会发生爆燃。
2.2 控制器
控制系统对燃气燃烧系统至关重要，包括控制箱、阀门组、检测系统：
双阀控制
电子脉冲式自动点火
熄火自动保护
当丝网表面燃烧意外熄火后，为防止燃气泄露，燃气电磁阀能够自动关闭
室温自动控制。
3、结论
燃气红外线辐射采暖与传统的对流采暖相比，具有采暖效果好、初投资少、节能、系统简单、安装方便等优点，特别适用于高大空间、换气量大、局部供暖、间隙式采暖等多种场合。在国内燃气得到大力推广的前景下，高大厂房车间燃气辐射采暖方式还是值得我们推广和应用的。
4、参考文献
（1）中国有色工程设计研究院.2003.采暖通风与空气调节设计规范.北京：中国计划出版社出版
（2）机械工业第一设计研究院.1996.机械工厂采暖通风与空气调节设计规范.北京：中国机械工业出版社
（3）李岱森.1998.简明供暖设计手册.北京：中国建筑工业出版社
【关键词】半导体器件 模式转换 冷暖空调 温度调节
1 引言
利用半导体调温技术对室内进行温度调节是一种新型温度调节技术，与现有的常规压缩式制冷机相比，具有重量轻、寿命长，工作起来无噪声等优点，同时由于不必使用气体冷却剂工质，所以也不会构成对环境污染，成为了名副其实的“绿色”空调。目前应用半导体温度调节技术的场所已经来越多，已经广泛应用于汽车，医疗等部门。但是由于半导体器件的特性，其P-N结的固定结构使得半导体空调的制冷和制热之间的转换比较困难，所以一般由半导体致冷器制成的空调器都是单一的制冷空调机，而这种单纯制冷空调尚不能满足市场的商业需求。如何改变现有的半导体调温结构，实现半导体制冷和制热模式的有效转换，已经是当今半导体调温技术进一步发展的难题，也是真正让半导体调温技术实现商业化价值的关键。
本论文提出一种利用半导体调温器件模块化设置，通过模块转动方式实现半导体制冷和制热模式的有效转换，到达利用半导体调温器件既能制冷又能制热的目的，通过半导体冷暖空调结构设计，使得半导体冷暖空调能满足市场的商业需求，实现“绿色”空调的商业化应用。
2 半导体冷暖空调原理
半导体温度调节都是通过半导体调温片来实现的，所谓半导体调温片采用的就是具有P-N结的热电偶对，采取直流供电，利用直流电流通过P-N结时所产生的不同温度效应来实现热交换，这种效应也就是一种热电效应。通常都认为这种热电效应是建立在珀尔帕效应基础上实现的，但实际上这种效应是建立在五种不同的效应组成的基础上的，这就是通常所说的赛贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应，以及富里叶效应。这五种效应的基本原理和作用如下：
2.1 赛贝克效应
所谓赛贝克效应是由俄罗斯科学家赛贝克于19世纪所发现的一种温度效应，即两种不同导体（或半导体）所组成的闭合回路中，如果两个接头具有不同的温度，则会在线路中产生电流，这种电流称被为温差电流，这个闭合回路便构成温差电偶，产生电流的电动势称为温差电动势，温差电动势的数值只与两个接头的温度有关。这种温度效应称为塞贝克效应（图1）。
2.2 珀尔帖效应
法国科学家珀尔贴发现了热电致冷和致热现象-即温差电效应，所谓温差电效应就是在电流通过两种不同导体形成的回路时，在两种不同导体所形成回路的结点处，随着电流方向的不同会分别出现吸热或放热的效应现象，这种效应现象就称之为珀尔帖效应。珀尔帖效应的原理如图2所示。
2.3 汤姆逊效应
所谓汤姆逊效应实质就是一种温度梯度的效应。1856年英国物理学家W.汤姆孙发现当电流流过不同温度的导体时，也会产生吸热或放热的效应现象，这种效应现象是由英国物理学家W.汤姆孙发现的，所以称之为汤姆逊效应，汤姆逊效应的原理如图3所示。
2.4 焦耳效应
所谓焦耳效应就是指当电流流过导体时所引起温度变化的一种现象，而且这种效应是一种不可逆的效应，同时也不属于温差电效应，但现在经常将焦耳效应与焦汤效应结合起来考虑。
2.5 傅里叶效应
所谓傅付里叶效应就是指单位时间内经过均匀介质沿某一方向传导的热量与垂直这个方向的面积和该方向温度梯度的乘积成正比效应，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。
综合上述五种效应组合，可以看出所谓半导体调温就是利用半导体材料，当电流流经不同的导体，尤其是半导体材料所形成的结点回路时，在结点处会产生放热或吸热（制冷）现象而实现调温的。
但是现有的半导体调温技术之所以难以推广，主要是两个问题，其一是功效较低，难以与传统的制冷剂空调抗衡；其二是现有半导体的调温材料如何进行冷热转换的问题。这其中第一个问题在新的高效半导体热电元件诞生后已经基本得到解决，目前的高效半导体热电元件的优值系数已经超过13×10-3K-1，在温差50℃时，高效半导体热元件的制冷系数大于3，制冷效率甚至高于压缩机制冷。而第二个问题正是当前所需要解决的主要问题，当前认为半导体的冷热转换可以直接通过改变电流的方向实现，但实际应用中发现采取这样的冷热转换方式不利于半导体的调温材性能的利用。众所周知，半导体主要是为N型元件和P型元件二种材料组合，其中N型元件通过电子载流子进行导电，而P型元件通过空穴载流子进行导，在N型元件接入直流电正极，P型元件接入负极时，N型元件中的电子在电场作用下将由上向下移动，并在下端与电源的正电荷聚合，在聚合时还会放热；而P型元件中的空穴在电场作用下将也会向下移动，并在下端与电源的负电荷发生聚合，聚合时也会放热；同时，N型元件的电子与P型元件的空穴在上端分离，分离时会吸收热量。但是N型元件和P型元件对于吸热和放热的性能是不一样的，而且制冷或制热之间的转换如果长期通过电流改变容易造成器件损坏；为了有效利用N型元件和P型元件的性能我们现在都只是利用半导体的N型元件和P型元件来进行制冷，这也是当前的半导体调温主要只是用于做半导体制冷的主要原因。
通过上面的分析可以得知，采用简单的电流换向实现半导体调温器件的冷热模式的转变是不理想的，因此本设计主要通过结构的改进来实现半导体调温器件的冷热模式的转变，将半导体调温器件设计成一种模块，并将此模块安装在一个带有冷热腔室的壳体内，通过半导体调温器件模块的转动来实现半导体调温器件的冷热模式的转变，结构原理如图4。
通过图4可以看出，本设计的主要原理是将半导体调温器件设计成一种可以在壳体内转动的模块，将半导体调温器件模块通过一个转轴安装在空调的壳体内，根据半导体P-N结的调温特性，在需要对室内进行降温时，将半导体P-N结制冷的一面面对室内；在需要对室内升温时，将半导体P-N结发热的一面面对室内，通过转轴的转换即可实现在壳体内的半导体调温器件的冷热模式的转变。采用这种冷热模式的转变方法，可以不改变原半导体调温器件的电流方向，保持半导体调温器件P-N结的各自优势，只需通过器件的面向改变实现冷热模式的转变。
3 半导体冷暖空调结构设计
根据上述的设计思路，本设计所提出的结构设计方案主导思想就是将半导体调温组件模块化，并达到能在一定空间能转动，其设计过程如下：
3.1 半导体调温组件结构设计
采用高效半导体热电元件堆叠成块，使每个元件相连接的都是不同导电类型的元件，串联起来形成大功率的半导体调温组件，并在调温组件的两面分别加装散热翅片，形成一个圆筒状体，在圆筒状体组件的两端设置转轴，并在转轴的一端设置半导体调温组件的N型元件导电环和P型元件导电环，这样就形成了半导体调温组件（图5）。
半导体调温组件制冷时，将冷端面置于室内吸热，热端面置于面向室外，并通过风扇将热端面的热量吹到室外，以达到降低室内温度的目的；而在冬季需要给室内升温时，则通过调整半导体调温组件的转向来改变半导体调温组件的冷热位置关系；将半导体调温组件方向转变180度，此时半导体调温组的冷端面就变成了面向室外吸热了，而热端面变成了面向室内放热，从而达到加热室内温度的空调目的。
其中，半导体调温组件的上下面均采用陶瓷片，并经过掺杂处理，以此提高导热性能，主要成分是95%氧化铝。在它的表面烧结有金属化涂层。
与陶瓷片连接的是散热翅片，散热翅片纵向排列，主要起导热作用。通过锡焊接在陶瓷片的金属化涂层上。
上下导流片之间是半导体致冷元件，它的主要成分是碲化G，是半导体调温组件的主功能部件，分N型元件和P型元件，通过锡焊接在导流片上。
3.2 整体空调结构设计
在设计好半导体调温组件后，在整体结构设计上主要应考虑半导体调温组件的安装、通风的方式，以及半导体调温组件模块的转动控制几部分。整个空调器的结构如附图6和图7所示。
从上图可以看出，半导体空调的整体包括一个箱体，箱体内分为前箱体和后箱体两部分，前箱体面向室内，后箱体紧贴着墙壁；在前箱体和后箱体两部分之间设有用于制冷或发热的半导体器件板，通过半导体器件板将前箱体和后箱体两部分分开，分别形成室内换热腔体和室外换热腔体，通过室内换热腔体和室外换热腔体与半导体器件板的换热实现室内的空气调节；所述半导体器件板通过转轴安装在前箱体和后箱体两部分之间隔离区间内，转轴设置在隔墙内，并在转轴的一端设有用于翻转半导体器件板的旋转装置，通过旋转装置将半导体器件板绕转轴翻转，以此实现半导体器件板对室内的换热或制冷转换，达到制冷或加热的空调目的。
其中，室内换热腔体是在前箱体一端设有室内入风口，内入风口安装有室内风扇，另一端设有室内出风口，室内入风口与室内出风口通过半导体器件板一侧的室内流道连通，室内风扇吹出的风经过室内流道，进入另一端，再通过室内出风口排出。前箱体整个下前角部分设有室内出风流道，室内出风口的风是经由室内出风流道排出的。室外换热腔体是在后箱体的两端分别设有与室外相通的室外入风口和室外出风口，室外入风口和室外出风口的一部分分别嵌入墙体内，且面向室外，室外入风口和室外出风口通过位于半导体器件板另一侧的室外流道连通，形成后箱体换热腔体，在室外入风口处设有室外风扇，室外风扇将室外空气引入，通过室外流道，再从室外出风口排出。室外入风口位于室外风扇之前的风道上设有空气过滤网，通过空气过滤网对室外进入后箱体的空气进行过滤，防止杂物进入。
本设计的主要特点在于半导体器件板的旋转装置为电动翻转装置或手动翻转装置都可以；采用电动翻转装置时，在转轴的端部连接有翻转电机，通过电机带动转轴翻转，从而实现半导体器件板的翻转；采用手动翻转装置时，直接通过一个转盘就可以进行翻转。
为了提高热胶换效率，在半导体器件板的两面都带有散热翅片，散热翅片分别深入到室内流道和室外流道中，使得经过室内流道和室外流道的风能更加加快热交换的效果。同时，为了防止室外的空气与室内交流，在室外流道与箱体之间设有保温层，防止室外换热腔体内的温度传到室内。
4 半导体冷暖空调结构分析
采用上述结构的半导体空调，通过一个可转动的半导体器件板，实现半导体器件板对室内制冷或加热之间的转换，并直接将整个箱体分为前箱体和后箱体两个部分，直接将整个空调器箱体安装在室内的墙壁上，分别通过室外换热腔体和室内换热腔体进行热交换，达到空气调节的目的，这样有几大好处：
（1）冷热转换模式通过模块式结构转动实现转换，不采用电源反接，可以避免电源反接所给半导体器件的反向冲击，防止半导体器件出现“崩溃”现象，可以完全利用半导体N型元件和P型元件的各自优势，实现制冷和制热。
（2）可以完全省去室外机部分，只需通过一个进风口和一个排风口，两个风口就可以将换热腔体的热交换空气与室外空气进行交换，避免了室外机造成安全隐患的因素；
（3）方便安装，将室外换热腔体和室内换热腔体统一设置在室内的壳体内，安装时不用操作人员再到室外进行安装作业，完全杜绝了空调安装的室外作业事故发生；
（4）Y构简单，不需要制冷剂的交换，因此也就没有连接管道，便于维修和养护，安装容易。
（5）可连续工作，使用安静无噪音，直接通过半导体器件进行热交换，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，没有压缩机运转的噪音；
（6）环保绿色运行，本发明采取半导体换热，取代了常规的压缩机技术，不需要任何制冷剂，也就避免了常规制冷剂对环境的污染。
（7）半导体制冷片采用高效半导体热电元件，具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1[6]。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。
（8）半导体制冷片采用电流换能型片件，以输入电流的方式实施控制，可实现高精度的温度调节，并通过温度检测和控制手段，实现遥控、程控、计算机等控制，便于形成自动控制系统。
（9）半导体调温的温差范围，可从+90℃到-130℃任意调节。
5 结论
本文设计了一种通过半导体调温组件模块转动，实现半导体调温器件的冷热模式的转变的半导体冷暖空调。文中详细描述了半导体调温组件模块转动方式的半导体冷暖空调的结构，并对半导体调温组件模块转动方式作了详细的设计说明，由于采用直流电环供电，且转动的速度较低，因此在转动中的通电不会受到任何影响，可以有效改变现有半导体空调难以实现冷热模式转换的问题，具有很好的商业实用价值，从而实现真正的“绿色”空调。
参考文献
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关键词：自然通风；建筑布局；地形； 天井； 开口设计
中图分类号：S611文献标识码： A
正文：自然通风是建筑中常见的降温和防潮措施，我国传统建筑中的底层架空、开阔窗户，深远挑檐以及大坡度屋面设计，能够有效促进室内外空气循环，是建筑与自然相适应的朴素经验。随着现代建筑科技的发展，机械通风逐渐取代自然通风，并增强人类调节建筑室内温湿度的能力。然而，机械通风技术能耗较大，据统计建筑取暖、空调能耗约占建筑总能耗的60%[1]，如何优化建筑布局及平立面设计，运用自然通风技术，低碳经济可持续的改善建筑室内热工环境是一项重要课题。
一.自然通风原理
风是空气在压力作用下的水平运动，建筑室内外形成压力差是自然通风的关键。风压和热压都能形成压力差。
1.风压自然通风
自然界的风作用在建筑物上会产生压力差。当风吹到建筑物上时，在迎风面上，由于空气流通受阻，部分空气的动能转化为静压，使迎风面气压大于大气压，形成正压区。在建筑物背面或两侧，由于气流旋绕，风速加大，气压小于大气压，形成负压区。如果在建筑维护结构上设置窗口，气流就会从正压区流向负压区，形成自然通风。 2.热压自然通风
空气受热后温度升高，密度降低；相反，空气遇冷后温度则降低，密度则增加。热空气上浮，冷空气下沉，就会产生空气对流，形成自然通风。当室内温度高于室外温度时，室外空气密度较大而下沉，并通过建筑下部的门、窗口流入室内，同时将较轻的空气从建筑上步的窗口排出。进入室内的空气被室内温度加热后，变轻上升，被新流入的室外空气排出。因此，室内外空气自下而上形成自然通风。
二.建筑布局策略
1.地形利用
地形能够影响局部区域的温度和气流，建筑适应地形布局，能够改善自然通风环境。
地形对气流的影响。山地阻碍气流运动，形成迎风面和背风面，迎风面风度较大，气流翻过山顶后在背风面形成风向逆转，即涡旋。背风面坡度越大，涡旋现象越明显。另一方面，在日照和地形的综合作用下，山地地形较易形成热压差，产生山谷风。在建筑设计中，若希望增强自然通风，建筑适宜布置在气流经过的通道上，通常迎风面和向阳坡更易产生风压和热压。同时，高大乔木、密林或大型建构筑物能够改善区域微地形，影响气流和热压的分布。
2.建筑布局
建筑物与主导风向垂直是自然通风的最佳位置，但在建筑物背后将形成风影区，即建筑物背风处的逆向涡旋区。风影区内不易通风换气，其长度一般为建筑高度的3倍。[2]为集约利用土地，使建筑群中更多的建筑单体获得自然通风，主要思路是组织建筑物水平和垂直错位。水平错位是指建筑物南立面与主导风向呈锐角关系，研究表明，当风向投射角在0-30度之间时，建筑物风影区较大；当风向投射角在30-60度之间时，建筑物风影区大大减小。因此，建筑物与夏季主导风向呈现30-60度时，能加大通风间距，减小对下风口建筑的影响，集约利用土地。[3]垂直错位是指建筑物在主导风向上的高度变化（前低后高或高低错落），前低后高的布局形式能够争取较多的迎风面；高低错落的布局形式可以在较高的建筑前后形成正、负压区，形成横向穿堂风。在高密度建筑中，纵横交叉的街巷体系能够形成风道，加强区域内自然通风。
三.建筑设计策略
1.天井设计
天井是风压通风的通道。气流经过天井上空，在天井内形成负压，天井内空气被吸走，天井四周建筑室内空气迅速补充到天井中，形成气流循环。天井风压的强弱与天井的高宽比有关，当高宽比为1：1时，能够产生较好的风压效果。[4]如果建筑组合前低后高，在较高建筑的迎风面形成正压区，则气流在正压区的作用下，由天井进入室内。
2.开口设计
开口设计的主要目的是形成穿堂风。当建筑外墙上的进风口和出风口对应时，建筑室内将形成气流，即穿堂风。营造穿堂风要考虑两个因素：风力和均匀度。
穿堂风的均匀度也与开口的大小有关。在开口总面积不变的情况下，进风口小，出风口大的建筑，气流速度较快而均匀度较差。若进风口大，出风口小，则气流速度慢但均匀度较好。建筑设计中，如果想营造集中通风区域，应选择小进风口，大出风口；如果室内活动较分散，则应考虑气流的均匀性，设置大进风口，小出风口。
四.自然通风建筑实践——以岭南民居为例
岭南地区大部分属于热带，河流纵横于平原及丘陵之间，是典型的亚热带季风气候，具有“湿、热、风、雨”的气候特点，炎热多雨，湿度较高。为适应地域环境，岭南传统民居做出多种实践，形成“天井——冷巷——厅堂”的建筑自然通风体系。[5]
1.天井
天井具有风压和热压通风双重功能。天井开口的大小决定通风效应，部分民居在天井通风道上设置雨棚或种植植物，影响了通风效应，将雨棚和植物撤除后，天井的通风效果提高2-3倍。在双天井建筑中，后天井比前天井具有更强的通风潜能。主要是因为后天井与室内厅堂的门窗形成一对进出风口，形成屋内气流循环；而前天井与入口门窗形成进出风口，距离较近，气流未能在室内充分循环。
2.冷巷
冷巷是极具岭南民居特色的空间，它串联室内功能空间，既有组织建筑内部交通的功能，又是室内主要气流通道，并具有加快风速的效果。冷巷优良的通风效应具有两方面的原因。一是狭长，当气流从相对开阔的天井或厅堂进入冷巷时，受压两侧墙体挤压，气流具有较快的速度，从而加强了冷巷的通风效果。二是贯通，冷巷连接室内厅堂、房间和天井，与室内各空间形成气流循环整体。因此，冷巷的通风效果不言而喻。此外，冷巷的长纵深能够保持空间内长期处于低温状态，炎炎夏日，人们常在冷巷中纳凉避暑。
3.厅堂
高大的厅堂是岭南民居的空间特色，高度一般在4-5米，能够带来良好的通风条件。第一，高大开敞的厅堂为空气对流提供充足的扩散空间，使在风压或热压作用下的气流能自由舒展。第二，高大厅堂的门上均设有亮窗，门扇做成一大一小，平时亮窗是敞开的，门扇中较大的一扇敞开，较小的一扇关闭，厅堂成为相对通透的空间，其气流循环和自然通风效果较好。
五.结语
自然通风是建筑节能设计的重要内容，对降低建筑能耗，促进资源循环和可持续发展具有积极作用，在建筑设计中要结合环境气候，充分运用地形，改善建筑布局，以获得较充足的自然风。同时，要加强建筑内部自然通风组织，通过天井、门窗、格栅、通风隔层等建筑空间的谋划，增强建筑内部自然通风效果。岭南民居中“天井—冷巷—厅堂”的通风组织模式，对现代建筑自然通风设计具有启发意义。
参考文献
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[2]陈晓扬，郑彬，候可明，等.建筑设计与自然通风[M].北京：中国电力出版社，2012：28.
[3]陈华.基于自然通风在现代住宅建筑设计中的应用探析[J].中外建筑,2011（3）：126.
1.去年冬季，某地气温最低达-5℃，其中，“-5℃”的正确读法是（ ）.
A.负5摄氏度 B.负摄氏5度
C.摄氏负5度 D.零下5度
2.图1所示为“观察水的沸腾”实验中出现的四种现象，按时间顺序排列正确的是（ ）.
A.甲、乙、丙、丁 B.甲、丙、乙、丁
C.丁、乙、丙、甲D.丙、乙、甲、丁
3.下列物态变化中，属于凝固现象的是（ ）.
A.夏天，把湿衣服晾干
B.冬天，河面上结冰
C.铁块化成铁水
D.刚从冰箱中取出的冰棍冒“白气”
4.喝开水时，如果用嘴对着水面吹气，水凉得比较快，这是因为（ ）.
A.凉气吹进杯内，使水变凉
B.水面上的热蒸气被吹走，使水变凉
C.吹气使水面上方的空气流动加快，水蒸发得快
D.以上三个答案都正确
5.标准大气压下，在盛水的大烧杯A中放着盛有80℃热水的大试管B，如图2所示，当对大烧杯中的水加热时，烧杯中的水很快就烧开了，若继续加热，试管B中的水将（ ）.
A.温度达到100℃就沸腾
B.温度达到100℃不能沸腾
C.温度保持80℃不变
D.无法确定
6.寒冷的冬季，房间玻璃窗的内表面结了一层冰花，原因是（ ）.
A.水蒸气遇冷而发生液化
B.水蒸气遇冷先液化后凝固
C.水蒸气遇冷而发生凝华
D.冰的凝华
7.下列措施中，能使蒸发变慢的是（ ）.
A.用衣架将湿衣服展开晾晒
B.用热风干手器吹湿手
C.用保鲜膜把蔬菜包好放入冰箱
D.喝开水时，为了不烫嘴，对着水面吹气
8.在制作液体温度计时，为了提高温度计的准确程度，下列措施可行的是（ ）.
A.玻璃泡的容积做大一些，玻璃管内径做细一些
B.玻璃泡的容积做小一些，玻璃管内径做粗一些
C.玻璃泡的容积做大一些，玻璃管内径做粗一些
D.玻璃泡的容积做小一些，玻璃管内径做细一些
9.将一盆0℃的水放入0℃的房间内，用电风扇向水面吹风，则（ ）.
A.水会结冰，水与冰的总质量少于原有水的总质量
B.水会结冰，水与冰的总质量等于原有水的总质量
C.水会结冰，结冰后室温下降
D.水不会结冰
10.洗过热水澡后，卫生间内的玻璃镜面变得模糊不清，过一段时间，镜面又变得清晰起来，这一过程发生的物态变化是（ ）.
A.先汽化，后液化
B.先液化，后汽化
C.只有液化
D.只有汽化
11.体温计是一种常用医疗设备，给体温计消毒时，应该（ ）.
A.用自来水冲洗
B.在沸水中煮20min至30min
C.用医用酒精棉球擦拭
D.在火焰上烧
12.已知酒精、煤油、水银的熔点分别是-117℃、-30℃、-38℃，南极的最低气温可达-89.2℃，要测量南极气温，应选用（ ）.
A.酒精温度计
B.酒精温度计和水银温度计都可
C.水银温度计
D.煤油温度计和水银温度计都可
二、填空题
13.寒冬，哈尔滨的气温达到-24℃，松花江上结了一层冰，江面上冰的温度是 ____；冰层下有水流动，冰和水接触处的温度是 ____；最底层水的温度是4℃，你猜想原因可能是 ________.
14.有一种测量空气中水蒸气含量的装置叫做干湿泡温度计，如图3所示，它是由两个相同的温度计并列制成的，其中一个温度计的玻璃泡被湿布包起来.两个温度计的读数不一样，湿泡温度计的读数较 ____，这是因为湿布中的水在 ____时要吸热.在一定的温度下，两个温度计读数的差别越小，表明空气中水蒸气的含量越 ____.
15.写出下列现象所属的物态变化.
放在碗中的水变少了 _______
夏天阴暗处的水管“出汗” _______
堆高的雪人“消瘦”了 _______
撒在舞台上的干冰不见了 _______
冬天早晨屋顶出现了霜 _______
蜡液浇注鞋模 _______
16.图4是海波的熔化和凝固图象，由图象可知，海波在第____分钟开始熔化， 熔化过程用了____分钟，第3～7分钟，物质的状态是____，海波的熔点是____.
17.阅读下列文字，将表1填写完整.
缥缈的雾/晶莹的露/凝重的霜/轻柔的雪/同样的水分子/装点着我们生活的空间/物态可以变化/犹如生活需要色彩
18.四名同学在测量自己的体温时分别沿A、B、C、D[见图5（a）]方向观察读数.其中沿____方向观察易于读数，这是因为体温计在设计时应用了____.图5（b）是某同学测量体温时体温计的示数，他的体温是____.
19.将食物和水放在高压锅中加热时，由于部分水____，从而在锅内形成高于1个标准大气压的环境，因此，锅内水的沸点会____（填“高于”、“等于”或“低于”）100℃，大大缩短了加热时间.锅盖上有一个保险装置，其中的金属片是用熔点较____的合金制成的.
20.2003年10月15日，“神舟五号”飞船在“长征二号F”火箭的推动下，开始了中国人的首次太空飞行.请你结合物理知识回答下列问题.
（1）火箭中的燃料和氧化剂是____（填“固”、“液”或“气”）态的，是通过既____又加压的方法使其液化的.
（2）火箭点燃后，尾部的火焰如果直接喷到发射台上，会将发射架烧化.为了保护发射架，在发射台底建一个大水池，让火焰喷到水池中，这是利用了水汽化时要____的原理，使周围环境温度不至于太高.我们看见火箭刚点燃时周围大量的“白气”是由于水先____后____形成的.
（3）请你举出一个生产、生活中利用物态变化来调整环境温度的例子.
________________________________
（4）飞船返回大气层时，由于船体和空气高速摩擦而使船体表面温度升高.为了防止飞船烧坏，科学家在飞船表面涂上一层特殊物质（即“烧蚀层”），这层物质在高温下____，从而保证飞船温度不至于升得太高.
21.李明同学所在的课外活动小组进行了一次“探究教室内的温度与哪些因素有关”的活动.
（1）在活动中同学们提出了许多影响教室温度的因素，请你根据示例和自己的体会，在表2中填出四种影响教室内温度的因素.
（2）请在所写因素中，选出一种，试猜想它与教室内温度的关系.
[示例]因素：教室内的人数；
它与教室内温度的关系：教室内的人数越多，温度越高.
因素：___________________；
它与教室内温度的关系：__________________________.
三、综合应用题
22.张华同学认真观察烧开水的过程，初步发现，当水沸腾时，不断有“白气”出现；但通过进一步的仔细观察，发现“白气”的位置总是与壶嘴有一小段距离，而在壶嘴位置什么也看不见.请你用所学的物理知识解释上面两个现象.
23.小强有一只温度计，虽然温度计的玻璃管的内径和刻度都是均匀的，标度却不准确，它在冰水混合物中的读数是-7℃，在沸水中的读数是103℃.
（1）这只温度计的实际分度值是多少？（结果保留两位小数）
（2）当它指示气温是5℃时，实际温度是多少？（结果保留一位小数）
[参考答案]
一、选择题
1.A 2.D 3.B 4.C 5.B 6.C 7.C 8.A 9.D 10.B 11.C 12.A
二、填空题
13.-24℃；0℃；因4℃的水密度最大而下沉
14.小；蒸发；大
15.汽化；液化；熔化；升华；凝华；凝固
16.3；4；固液混合；48℃
17.
18.B；放大镜的原理；36.4℃
19.汽化成水蒸气；高于；低
20.（1）液；降温（2）吸热；汽化；液化 （3）利用干冰升华时吸热使温度降低来保鲜食品（4）熔化
21.（1）
（2）是否通风；通风可使教室内温度降低
三、综合应用题
一、汽油发动机产生爆震的外部特征
汽油发动机产生爆震，不仅加速发动机的早期损坏，还会直接影响经济效益。当汽油发动机发生爆震时，一般有下列外部特征：汽油发动机运转时，机内伴随有不规则的金属敲击声；汽油发动机工作不稳定，运转时有较大的振动；发动机功率下降；冷却系温度偏高；发动机燃料燃烧不完全，排出的废气中有黑烟；发动机燃油消耗率增大。
二、汽油机发动产生爆震的原因
汽油发动机产生爆震的原因，应从进入汽缸可燃混合气燃烧过程去分析理解。可燃混合气，以汽油与空气混合，在一定的温度与压力作用下，其中的碳氢原子与空气中的氧发生激烈的化学反应，并伴随有放热和发光的效应，这一现象被称为发生燃烧。可燃混合气的燃烧过程分三个阶段。第一个阶段是诱导期。火花放电后，需要经过一定的时间才形成火焰中心，这段时间称诱导期。第二个阶段是明显燃烧期。火焰中心形成后，发生火焰传播现象，从传播到最后燃烧的那部分混合气为止，其所需要的一段时间为明显燃烧期。第三个阶段是补燃期。火焰传到最后燃烧的那部分混合气后，由于膨胀过程仍然有燃烧在继续进行，这一放热的阶段为补燃期。
在汽油发动机的汽缸里，由火花放电引起火焰传播。在火焰传播过程中，工作混合气在全部燃烧完毕的整个燃烧过程中，具有10～30m／s的正常燃烧速率；缸内的压力有很小的波动，基本均匀。如果在火焰前锋到达之前，未燃气温度急剧升高达到燃料的自燃温度而自行着火形成新的火焰中心，则火焰伴随着很高的局部压力以超音速传播，形成强烈的冲击波。这时，燃烧速率达到1000～4000m／s，迅速而又猛烈地将混合气燃烧完毕。这种燃烧过程属于“不正常的燃烧”，也就是发生爆震的根源。
三、汽油机发动产生爆震的危害
汽油发动机产生爆震，会使汽缸的压力和温度极迅速升高，与周围气压极不平衡，在火焰前方引起高强度的冲击波，往复地撞击缸壁、活塞顶和燃烧室壁，引起强烈震动并产生震音；且未完全燃烧的气体会形成黑烟，给汽油发动机和环境造成危害。它造成的主要危害有以下几种情况：
第一，由于汽油发动机产生爆震时产生强烈的冲击波，使活塞、连杆轴承和主轴轴承磨损加剧，造成轴承合金表层破坏。局部高温、高压易使活塞、气门烧坏，严重影响发动机的动力，缩短发动机的使用寿命。
第二，汽油发动机产生爆震时，燃烧室内部温度高达3000℃左右，压力波和灼热气体对缸壁反复冲击，破坏缸壁等壁面的气体附着层。高温下的燃气向缸壁等壁面传热增加，导致汽缸等零件的温度过高，严重时使活塞顶部烧损。
第三，混合气在缸内不正常燃烧，使汽缸盖燃烧室积炭过多，排气管冒黑烟。燃烧室内部高温作用，使燃烧产物加速分解，严重时析出炭粒，游离炭粘附在汽缸壁、燃烧室、活塞顶、气门头上而形成积炭。由于积炭传热性较差，使缸盖受热不均匀而造成变形或裂纹。高温积炭表面还会促使表面点火的产生，导致新的不正常燃烧，燃烧更加恶化，使发动机的功率及经济性严重下降。同时，因冷却损失增大，游离炭来不及还原为二氧化碳，其中一部分随废气排出，形成排气管冒黑烟，污染环境。
第四，爆震时，会使发动机动力下降，增加油耗。在发动机产生爆震时，局部区域的压力和温度很高，带冲击性的压力波使一部分能量消耗在零件的变形和压力波本身的反复振荡上。燃烧产物的热分解还要消耗一部分热量，这些能量也不能回放利用。同时，由于传给冷却系统的热量增多，做功的热量进一步减少。因此，爆震时动力下降、油耗上升。
四、预防汽油发动机产生爆震的措施
要消除爆震，常采用抗爆性能好的燃料，改进燃烧室结构，加强冷却液循环，推迟点火时刻等。尤其是推迟点火时刻，对消除爆震有明显的作用。汽油发动机产生爆震，应及时排除，且日常要做好预防措施。在日常工作中，汽车驾驶员务必须注意汽油发动机产生爆震时的外部特征，发现问题按规范要求及时采取适当措施排除，避免造成更大的损失。更重要的是，做好以下预防措施：
1.正确使用规定牌号的汽油
对具有一定压缩比的汽油发动机，使用燃料的辛烷值大小，对爆震的产生起着决定性影响。使用比规定辛烷值低的汽油，即使压缩比较低的发动机使用，同样会产生爆震。辛烷值较高，抗爆震能力强，发动机在工作中不易产生爆震。但是，辛烷值较高的汽油价格较高。因此，为防止浪费又避免爆震，应使用汽车规定牌号的汽油。
2.清除燃烧室等处的积炭
因为燃烧室的积炭过多，会使燃烧室容积减小，增加压缩比，易产生爆震。燃烧室积炭过多，又会令积炭表面温度较高形成热点，容易在火焰传播到达之前点燃混合气引起表面点火，增加爆震倾向。因此，适当每月进行两次高速行驶（每次30分钟），以减轻燃烧室、活塞顶部、气门头部等处积炭，可减少爆震的产生。
3.保持发动机冷却液的正常温度
若水温较高，易造成燃烧室温度较高，使火焰前锋的未燃烧气体氧化分解，令自燃的可能性增加，爆震倾向也增大。因此，为避免爆震，应注意保持发动机冷却系冷却液温度在正常工作范围之内。
4.运转中的汽油发动机要减负或提速
当运转中的汽油发动机产生爆震时，可以通过减小负荷或提高转速的方法，加以减轻。例如，在汽车上坡时发生爆震，应及时换入低速挡，汽车起步时，不要过早地换入直接挡。
5.采用闭环控制的电控点火系统
闭环控制是指电控单元（ECU）以一定的点火提前角控制发动机工作的同时，还不断地检测发动机的有关工作状态；然后，将检测到的有关信号反馈给ECU，ECU根据需要对点火提前角进行修正。闭环控制的反馈信号可以有多种，如爆震信号、转速信号、汽缸压力信号等。目前，广泛采用的是通过检测爆震传感器的爆震信号，在ECU中存储。某一设定时间T，如果ECU在t≥T的时间段没有收到爆震信号，则ECU将实际执行的点火时间提前角在原提前角的基础上提前某一角度；如果ECU在t＜T的时间段内收到了爆震信号，则ECU将实际执行的点火时间提前角在原提前角的基础上减小某一角度，则点火提前角被减小，再收到，再减小。这样，电控点火系统总能将点火提前角控制在爆震的边缘，从而得到最佳的点火提前角控制。
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