一种大气逆辐射测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大气逆辐射测试系统，该测试系统主要由平板和测试装置构成。测试装置包括热电偶、数据采集仪、风速仪、太阳辐射测试仪。通过该测试装置测试得到的参数，结合给出的计算公式即可得到大气逆辐射和天空有效温度。该测试系统解决了当前大气逆辐射测试难的问题，同时也弥补了现有水箱测试法的不足，应用范围更广，且操作简单。

An Atmospheric Reverse Radiation Measurement System

The invention discloses an atmospheric inverse radiation test system, which is mainly composed of a flat plate and a test device. The test device includes thermocouple, data acquisition instrument, anemometer and solar radiation tester. Through the parameters measured by the test device, combined with the given calculation formula, the atmospheric inverse radiation and the effective temperature of the sky can be obtained. The test system solves the problem of difficult measurement of atmospheric inverse radiation at present, and also makes up for the shortcomings of the existing water tank test method, which has a wider application range and simple operation.

【技术实现步骤摘要】
一种大气逆辐射测试系统
本专利技术属于测量
，可用于大气逆辐射及天空有效温度的测量。
技术介绍
由于吸收辐射能，大气具有一定的温度。大气凭借自身的温度向外辐射能量，即为大气辐射。大气辐射中一部分向上，散失于宇宙空间，在决定地球大气气候方面有着十分重要的意义；整层大气向下的长波辐射，即大气的逆辐射，简称大气逆辐射。大气逆辐射不仅在建筑领域非常重要（被动式降温、太阳能集热器效率、建筑节能），对许多其它领域也有着非常重要的意义。比如在气象领域，土壤水分蒸发蒸腾损失总量的预测、融雪速度的预测、表面温度的预测以及霜冻发生的预测等；在农业领域，大气逆辐射对植物生长的影响等等。大气逆辐射一般可以通过地面辐射强度计（pyrgeometer）或者全辐射计（pyrradiometer）进行直接或间接的测量，但是这些仪器往往非常昂贵、容易受损，而且使用过程中还必须经常性的校正。目前国内外各气象站都没有大气逆辐射的监测数据，所以有关大气逆辐射的实测资料很少。为此有学者采用间接测量的方法来获取实时的大气逆辐射数据。Clark和Allen曾以一个敞开的水箱作为长波发射装置，通过测量天空与水面之间的净辐射来测量大气逆辐射。由于测量净辐射的仪器只有在夜晚才是测量的大气逆辐射与水面之间的长波净辐射，而在白天太阳辐射的存在使得净辐射表测得数据不仅包括长波辐射，还包括短波辐射，所以该方法只能用于测量夜晚的大气逆辐射。另外，在寒冷地区，当水面结冰时，该方法也不适用。之后，唐润生也采用敞开水箱法来测试大气逆辐射。基于水箱热平衡，通过测量水箱中水的蒸发率和水面温度来间获取大气逆辐射数据。通过该方法，获得了以色列地区的大气逆辐射数据。这种方法也同样的受气候条件的限制。例如：在高温高湿地区，水面蒸发几乎为零，相反空气中的水分还可能凝结到水中。另外，由于白天蒸发速率的影响因素包括太阳辐射，他们提出的大气逆辐射测试方法只针对夜晚无太阳辐射的时刻适用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种大气逆辐射测试系统，该测试系统不受天气和气候的影响，既可以用于白天大气逆辐射的测量，又可以用于夜间大气逆辐射的测量。本专利技术的基本思路是：平板面上天空，其上表面传热主要由四部分组成，分别是上表面吸收的太阳辐射qsol，下表面向上表面传递的导热量qcond，环境与上表面的对流换热qconv以及上表面与天空的长波净辐射qnlwr。根据热平衡原理，只要通过技术手段获得上表面吸收的太阳辐射热、上表面的导热量及上表面与空气的对流换热量，即可计算得到上表面与天空的长波净辐射，进而可以计算得到大气逆辐射。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种大气逆辐射测试系统，其特征在于，该系统由平板以及测试装置构成，所述测试装置由温度测试仪、风速测试仪和太阳辐射测试仪构成；平板的尺寸、构造及材料的导热系数、太阳辐射吸收率和热辐射发射率已知；测试装置可以持续采集平板的上、下表面温度，空气温度，风速和太阳总辐射数据。大气逆辐射即可根据式(1)计算得到：式中，qADR是大气逆辐射，W/m2；α为平板上表面的热辐射吸收率；ε为平板上表面的热辐射发射率；σ为玻尔兹曼常数，5.6697×10-8，W/m2·K4；Tup是平板上表面温度，K；Tdown是平板下表面温度，K；λ为平板的导热系数，W/m·K；δ为平板的厚度，m；P为平板周长，m；S为平板表面积，m2；V为风速，m/s；Fa是自然对流系数，当平板上表面温度高于空气温度时，取值1.51，反之0.76；Tdb是空气温度，K；αsol是平板上表面的太阳辐射吸收率；IG是水平面太阳总辐射强度，W/m2。根据式(2)可进一步得到天空有效温度：式中，Tsky是有效天空温度，K。本专利技术的优点是：基于平板和气象参数的大气逆辐射测试方法具有适用范围广的优点。不仅适用于夜晚时刻，而且可用于白天，也不受天气条件的限制，晴朗、阴天均适用，另外也不受气候条件的限制——高温高湿和寒冷地区均可以应用。维护简单，弥补了现有大气逆辐射测试仪器昂贵、脆弱等缺点，为当前大气逆辐射测试提供了新的途径。附图说明图1为本专利技术大气逆辐射测试系统示意图；其中1：平板上表面；2：平板下表面；3：平板支撑架；4：热电偶；5：数据采集仪；6：太阳辐射测试仪；7：风速测试仪。图2为成都夏季大气逆辐射测试结果。图3为成都冬季大气逆辐射测试结果。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例如图1所示，大气逆辐射测试系统，包括平板和测试装置，所述测试装置由热电偶、数据采集仪、风速测试仪和太阳辐射测试仪组成。平板几何尺寸为3.6m*2.7m，厚75mm，导热系数0.05W/m.k，平板上表面的太阳辐射吸收率为0.7，热辐射发射率与热辐射吸收率均为0.9。在平板上、下表面各布置2个温度测点，以二者的平均值代表相应面的温度；采用仪器测试的参数还包括水平面太阳总辐射，干球温度及风速。需要说明的是：测试系统中的平板应置于空旷位置，例如屋顶，使周围辐射对平板的影响可以忽略不计。采集了所需的逐时数据之后，就可以通过式(1)得到逐时的大气逆辐射强度，根据式(2)可进一步得到逐时天空有效温度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气逆辐射测试系统，其特征在于，该系统由平板以及测试装置构成，所述测试装置由热电偶、数据采集仪、风速测试仪和太阳辐射测试仪组成。

【技术特征摘要】
1.一种大气逆辐射测试系统，其特征在于，该系统由平板以及测试装置构成，所述测试装置由热电偶、数据采集仪、风速测试仪和太阳辐射测试仪组成。2.根据权利1所述的大气逆辐射测试系统，其特征在于平板的构造及其物性参数，包括导热系数，太阳辐射吸收率，热辐射发射率为已知，平板可以...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，王磊，刘玉兰，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36