專利名稱：：基于預計平均熱感覺指數的空調節(jié)能控制系統的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種空調控制系統，具體地說涉及一種基于預計平均熱感覺指數的空調節(jié)能控制系統。
背景技術：
：隨著生活水平的提高，人們對環(huán)境質量越來越重視。對于居住在城市內的人們來說，人部分時間是呆在密閉的室內空調環(huán)境中，從身體健康和工作效率的角度考慮，保證室內熱舒適性和空氣質量是非常重要的。同時，由于能源緊缺、環(huán)境惡化等原因，節(jié)能已經成為我國的基本國策，但是要保證室內熱舒適性和空氣質量，往往是以空調系統的能耗和運行費用增加為代價。目前在舒適性空調系統中，大多采用室內溫度為被控參數的控制方案。但是，人體需要的舒適環(huán)境除了與室內空氣溫度有關外，還受室內空氣濕度、空氣流動速度、室內空氣質量等多種因素的影響。1984年國際標準化組織(ISO)提出了室內熱環(huán)境評價與測量的標準化方法(IS07726)，用預計平均熱感覺指數(PMV)來描述和評價，室內PMV是在人體與環(huán)境之間的熱平衡基礎上，包括了氣溫、濕度、輻射、氣流以及人體代謝量、著衣量的6種因素的溫熱環(huán)境指標。PMV值所對應的冷熱感標尺如下<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>室內空氣中，二氧化碳在700PPM以下時屬于清潔空氣，人體感覺良好，當濃度在7001000PPM時屬于普通空氣，個別敏感者會感覺有不良氣味，在我國的《室內空氣中二氧化碳衛(wèi)生標準》中規(guī)定二氧化碳含量空氣質量標準是1000PPM。所以單純控制室內溫度很難創(chuàng)造真正舒適的室內環(huán)境。即使達到較舒適的室內環(huán)境，也會導致空調系統的能耗和運行費用增加。現有技術中一種方案是，通過傳感器測量室內環(huán)境參數，改變制冷劑流量、調節(jié)風機轉速的方式使室內達到PMV熱舒適性區(qū)間的要求。而另一種方案是釆用兩種控制模式，第一種是基于PMV對空調控制，當達到PMV允許范圍時執(zhí)行第二種控制模式，根據氧氣及二氧化碳濃度執(zhí)行空氣凈化模式。這兩個專利重點是通過自動控制達到室內的熱舒適，但是它們都沒有考慮空調能耗的問題。因此迫切需要一種即能夠滿足人體舒適度需要又能保證系統能耗最低的空調控制系統。
實用新型內容本實用新型的目的是解決上述舒適與節(jié)能之間不能兼顧的問題，提供一種以預計平均熱感覺指數(以下簡稱為PMV)、室內空氣中二氧化碳含量以及室內外焓值為被控參數，在滿足室內熱舒適性和空氣質量的基礎上，通過對風機轉速以及閥門開度的控制，來實現空調系統的節(jié)能運行的方法。因為空調系統的控制對象的隨機、時變、時滯和非線性特征比較明顯，傳統的控制方法如PID控制，對控制參數不易實現在線調節(jié)，自動調節(jié)能力較差。本實用新型通過在對PMV值范圍的調節(jié)上引入現代模糊控制方法來解決上述問題。在根據本實用新型的空調節(jié)能控制系統中，所述系統包括控制器、co2濃度傳感器、新風閥、冷水閥、風機變頻器；在根據本實用新型的一個實施例中，所述系統還包括室外焓值(Hl)傳感器、室內焓值(H2)傳感器；所述C02濃度傳感器、所述室內焓值傳感器、所述室外焓值傳感器連接在所述控制器的輸入端；所述新風閥、冷水閥以及風機變頻器連接在所述控制器的輸出端；所述控制器包括可根據所述C02濃度傳感器、所述室內焓值傳感器、所4述室外焓值傳感器的輸入、并基于設定的C02濃度閾值調節(jié)新風閥門開度以減小所述空調系統負荷實現節(jié)能的節(jié)能控制模塊。根據本實用新型的空調節(jié)能控制系統，所述系統還包括預計平均熱感覺指數PMV傳感器，其連接在所述控制器的輸入端。其中，所述控制器還包括可根據所述PMV傳感器的輸入、并基于設定的PMV閾值范圍來調節(jié)所述風機變頻器頻率以及所述冷水閥門開度的PMV控制模塊。本實用新型將PMV值、C02濃度以及室內外焓差AH作為被控參數，保證了室內熱舒適性和空氣清潔度，有效的改善了室內環(huán)境。此外，控制器上的PMV控制模塊以及節(jié)能控制模塊優(yōu)化空調機組的控制實現了節(jié)能的效果。圖1是根據本實用新型的實施例的空調節(jié)能控制系統圖2是根據室內熱環(huán)境評價與測量的標準化方法(IS07726)的預計平均熱感覺指數與人群預計不滿意度百分比的關系的曲線圖表；圖3是根據本實用新型的實施例的控制器結構框圖4是根據本實用新型滿足PMV閾值范圍、且系統處于供冷狀態(tài)下基于室內外焓值以及C02濃度閾值來調節(jié)新風閥門開度的流程圖5是根據本實用新型的PMV控制模塊中用以調節(jié)PMV指數的流程圖。具體實施方式圖1顯示了根據本實用新型的空調節(jié)能控制系統，其主要包括控制器101、PMV傳感器107、C02濃度傳感器109、室內焓值傳感器108、室外焓值傳感器102、新風閥103、冷水閥104、風機變頻器106。焓是工質(這里指空氣)在某一狀態(tài)下所具有的總能量，它是內能U和流動能PV之和，是一個復合狀態(tài)參數，其定義式為H二U+PV。焓用符號H表示，其單位為J或kJ。因為焓是由狀態(tài)參數U、P、V組成的綜合量，對工質的某一確定狀態(tài)，U、P、V均有確定的數值，因而U+PV的數值也就完全確定。所以，焓是一個取決于工質狀態(tài)的狀態(tài)參數，它具有狀態(tài)參數的一切特征。熱力學能U是工質本身所具有的能量，推動功則是隨工質流動而轉移的能量，因此在狀態(tài)變化的過程中，工質的焓變量是工質流入(或流出)系統時傳遞入(或傳遞出)系統的總能量。所以，通過測量室內外空氣的焓值之差，就可以知道當引入室外新風時，建筑內能量增加還是減少，也即是增大了空調負荷還是降低了空調負荷。通過測量室內外空氣焓差，控制引入室內的新風量，可以達到節(jié)省空調系統能耗的目的。在夏季及過渡季節(jié)，空調系統需要制冷以維持室內舒適環(huán)境，當室外空氣焓值小于室內空氣焓值時(即AHO)，增加新風量可以降低空調冷負荷，從而會降低空調系統的負載率，節(jié)省了整個空調系統的能耗；當室外空氣焓值大于室內空氣焓值時(即AHX))，室外空氣能量高于室內空氣能量，需要將新風引入量降低到最小。相反，在冬季需要空調系統制熱的情況，當室外空氣焓值小于室內空氣焓值時，為了降低空調系統熱負荷，將新風引入量減少到最小，以減少空調系統能耗；當室外空氣焓值大于室內空氣焓值時，增加新風量，可以降低空調負載率，從而節(jié)省空調制熱能耗。如圖2所示，其中顯示了根據室內熱環(huán)境評價與測量的標準化方法(IS07726)的預計平均熱感覺指數與人群滿意度關系的曲線圖表，在本實用新型中，綜合能耗指標選取PMV閾值范圍為-0.5—0.5，依據圖2這能滿足卯％人群的熱舒適性要求。如圖3所示，控制器還包括PMV控制模塊302、節(jié)能控制模塊303、模擬輸入電路304、模擬輸出電路305。PMV傳感器107、<302濃度傳感器109、室內焓值傳感器108、室外焓值傳感器102等檢測單元連接到控制器101的模擬輸入電路304上，新風閥103、冷水閥104以及風機變頻器106作為被控對象連接到控制器101的模擬輸出電路305上。在本實用新型中，每個空調機組控制區(qū)域選取一個監(jiān)測點，安裝PMV傳感器107、C02濃度傳感器109以及室內、外焓值傳感器(108和102)，負責采集相應區(qū)域內的PMV值、C02濃度值和焓值，并且把采集數據傳遞給101。變頻器負責接收來自模擬輸出電路305的頻率控制信號Ff，并據此調節(jié)變頻器的輸出頻率，控制空調機組風速。冷水閥負責接收來自的模擬輸出電路305的閥門開度控制信號S。，并據此調節(jié)冷水閥104的開度，控制進入盤管的冷水流量，從而調節(jié)溫度。新風閥負責接收來自模擬輸出電路305的閥門開度控制信號F。，并據此調節(jié)新風閥開度，控制空調機組風量，從而改善空氣質量。如圖4所示，根據本實用新型的一個實施例，在滿足了PMV指標范圍即人體舒適度的控制需求后，更為重要的是要實現空調風機控制系統的節(jié)能目的。在此，基于室內外焓差AH(即AH-室外焓值H1-室內焓值H2)以及CCV濃度來對新風閥開度進行控制，在空調系統供冷狀態(tài)下的方法如下所述方法開始于步驟401，然后執(zhí)行步驟402，進行PMV測量，根據采樣值判斷PMV是否處于閾值范圍內，如果是的話，則轉到步驟404，如果否的話，則執(zhí)行步驟405;在步驟405中，進行PMV控制，直到PMV處于閾值范圍內為止。在步驟404中，判斷焓差AH是否小于O，如果是的話，引入新風會減少冷水機組的負荷，因此執(zhí)行步驟408增大新風閥門開度控制量F。，增加進入室內的新風量。然后步驟返回到開始步驟401;如果否的話，進入步驟406。在步驟406中，如果引入新風的話，會增大機組負荷，因此要對室內C02濃度進行監(jiān)測，如果CCV濃度高于950ppm的話，則要犧牲能耗來保證室內空氣質量，因此執(zhí)行步驟408，增大新風閥門開度控制量F。，之后步驟返回到開始，執(zhí)行下一次的處理。如果C02濃度低于950ppm的話，則執(zhí)行步驟407可以繼續(xù)減小閥門開度控制量F。，從而減小冷水機組的負荷，然后步驟返回到開始，執(zhí)行下一次的處理。在空調系統處于制熱狀態(tài)下，控制方式相反，因此圖中未畫出，步驟如下當AHX)時，引入新風會減少冷水機組的負荷，因此增大閥門開度控制量F。，增加進入室內的新風量；當AHO時，引入新風會增大機組負荷，此7時要對室內CCV濃度進行監(jiān)測，C02濃度低于950ppm時，則減小閥門開度控制量，如果CO2濃度高于950ppm時，不能減小新風，而是要犧牲能耗來保證室內空氣質量，因此要增大閥門開度控制量F。，從而反復調節(jié)閥門最終達到節(jié)能與舒適的平衡。如圖5所示，在本實用新型的一個實施例中，PMV控制模塊用于當PMV值超出閾值范圍時對風機頻率和冷水閥進行控制，改變室內的溫濕度及風速，從而調節(jié)室內的PMV值，使其處于閾值范圍之內。如下為PMV模糊控制步驟5201、PMV值采集及模型初始化，在此步驟中，根據本實用新型的控制器通過PMV傳感器采集的PMV指標，并根據設定的PMV閾值范圍計算PMV偏差值和PMV偏差變化率；5202、PMV偏差模糊量化處理，在此步驟中，將所述PMV偏差值按編制好的模糊化程序計算出所述PMV偏差值的模糊量；5203、PMV偏差變化率模糊化，其中，將所述PMV偏差變化率按編制好的模糊化程序計算出所述PMV偏差變化率的模糊量；5204、模糊推理，在此步驟中，將所述PMV偏差的模糊量以及所述PMV偏差變化率的模糊量作為輸入參數，在預先設定好的模糊規(guī)則庫中查表得到模糊控制量，其中所述模糊規(guī)則庫是根據反復調校系統所得的經驗預先設置好并存儲于控制器中的，所述模糊控制量涉及多個控制對象；5205、模糊量清晰化處理，由于模糊推理過程中得到的模糊控制量與多個控制對象相關，并且多個控制對象深度耦合，根據本實用新型為簡潔起見，將模糊控制量根據程序分解成兩個單獨的控制量，頻率控制量Ff以及冷水閥門開度控制量S。。在不同應用中所述模糊控制量還可分解成更多的單獨的控制量；5206、輸出處理，將所述得到的單獨的控制量分別輸出給不同的控制對象，如變頻器、水闊門等。其中在本實用新型的實施例中，由于所述模糊規(guī)則庫是由技術人員根據空調以及環(huán)境特性在實際控制操作中得到的經驗數據構成的，因此在其他情況下，模糊規(guī)則庫可以不同。本實用新型通過模糊控制實現環(huán)境PMV的調節(jié)并通過C02濃度的監(jiān)測實現空氣質量改善，同時根據本實用新型的實施例可以實現系統熱舒適性要求以及節(jié)能要求的最優(yōu)結合。權利要求1、一種基于預計平均熱感覺指數的空調節(jié)能控制系統，其包括控制器、CO2濃度傳感器、新風閥、冷水閥、風機變頻器；其特征在于，所述系統還包括室外焓值傳感器、室內焓值傳感器；所述CO2濃度傳感器、所述室內焓值傳感器、所述室外焓值傳感器連接在所述控制器的輸入端；所述新風閥、所述冷水閥以及所述風機變頻器連接在所述控制器的輸出端；所述控制器包括可根據所述CO2濃度傳感器、所述室內焓值傳感器、所述室外焓值傳感器的輸入、并基于設定的CO2濃度閾值調節(jié)所述新風閥門開度以減小所述空調系統負荷實現節(jié)能的節(jié)能控制模塊。2、如權利要求1所述的空調節(jié)能控制系統，其特征在于，所述系統還包括PMV傳感器，其連接在所述控制器的輸入端。3、如權利要求1所述的空調節(jié)能控制系統，其特征在于，所述控制器還包括可根據所述PMV傳感器的輸入、并基于設定的PMV閾值范圍來調節(jié)所述風機變頻器的頻率以及所述冷水閥門開度的PMV控制模塊。專利摘要本實用新型公開了一種基于預計平均熱感覺指數(PMV)的空調節(jié)能控制系統，所述系統中主要包括控制器、PMV傳感器、CO₂濃度傳感器、室外焓值(H1)傳感器、室內焓值(H2)傳感器、新風閥、盤管冷水閥、風機變頻器。其中，所述控制器還包括PMV控制模塊、節(jié)能控制模塊，所述PMV傳感器、所述CO₂濃度傳感器、所述室內焓值傳感器、所述室外焓值傳感器連接到所述控制器的模擬輸入電路上，而新風閥、冷水閥以及風機變頻器連接到所述控制器的模擬量輸出電路上。本實用新型采用模糊控制方法實現環(huán)境PMV的調節(jié)并通過監(jiān)測CO₂濃度實現空氣質量的改善，使得系統可實現熱舒適性要求以及節(jié)能要求的最優(yōu)結合。文檔編號F24F11/00GK201318769SQ200820234948公開日2009年9月30日申請日期2008年12月10日優(yōu)先權日2008年12月10日發(fā)明者李信洪,李鐵牛,程朋勝,裴念強,郭宇紅申請人:深圳達實智能股份有限公司