基于室內(nèi)熱舒適狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)啟?？刂蒲b置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)控制中的應(yīng)用，具體涉及一種基于室內(nèi)熱 舒適狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)啟停控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著時間的推移，人類通過不斷的創(chuàng)新和發(fā)展來推動著社會的進(jìn)步，其最終的目 的是改善自身的生存環(huán)境?，F(xiàn)今社會，人們的生活水平大幅提高，對于自己的生存環(huán)境更是 越來越重視。其中室內(nèi)環(huán)境是人們生存環(huán)境的重要組成部分，人們的工作、休息、娛樂等活 動，很多都是在室內(nèi)進(jìn)行的，室內(nèi)環(huán)境的好壞和舒適度如何直接關(guān)系到人們的生活質(zhì)量和 身體健康，所以創(chuàng)造一個健康，舒適，清潔的室內(nèi)環(huán)境是非常必要的。
[0003] 人們基于建筑室內(nèi)熱環(huán)境，結(jié)合人的主觀感受，提出了熱舒適度的概念。其中〃熱 舒適〃是指人體對熱環(huán)境的主觀熱反應(yīng)，而只有合適溫度的室內(nèi)環(huán)境已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足人體 對熱舒適的要求。1962年，Macpherson定義了影響熱舒適感覺的六個因素：空氣溫度、流動 速度、濕度、平均輻射溫度、新陳代謝率和衣服熱阻在這六個因素的基礎(chǔ)上，通過可控環(huán)境 小室和穩(wěn)態(tài)熱交換模型研究，F(xiàn)anger建立了熱舒適方程并在搜集了 1396名美國與丹麥?zhǔn)軠y 對象的熱感覺表決票的基礎(chǔ)上，他提出了一個較為客觀的度量熱感覺的尺度指標(biāo)一預(yù)期 平均評價指標(biāo)PMV(Predicted Mean Vote)，以反映對同一環(huán)境絕大多數(shù)人的冷熱感覺。所 以，在建筑物室內(nèi)熱環(huán)境中，如空氣溫度、氣流速度、相對濕度、周圍表面溫度等參數(shù)對熱舒 適均有影響，我們不僅要考慮單一參數(shù)對熱舒適的影響，同時要針對不同參數(shù)的相互組合 來討論人體熱舒適?；诖耍唵蔚氖覂?nèi)溫濕度分析并不能代表對室內(nèi)環(huán)境熱舒適的判斷， 而對熱感覺的預(yù)期平均評價指標(biāo)(PMV)才是較為科學(xué)的室內(nèi)熱舒適評價指標(biāo)。而在未使用 人工冷熱源，只通過自然調(diào)節(jié)或機(jī)械通風(fēng)進(jìn)行熱濕環(huán)境調(diào)節(jié)的房間或區(qū)域即非人工冷熱源 熱濕環(huán)境中，根據(jù)《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50785-2012對非人工冷熱源熱濕 環(huán)境的評價，提出應(yīng)以預(yù)計(jì)適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)(APMV)作為評價依據(jù)。
[0004] 為了較好的解決室內(nèi)熱舒適問題，越來越多的人采用空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，但 隨著社會能源問題的突出，空調(diào)系統(tǒng)的能耗問題也受到了很高的重視。其中有個較為突出 的問題便是在空調(diào)系統(tǒng)開啟過程中，室內(nèi)環(huán)境將較長時間處于不舒適的狀態(tài)下，不能滿足 人們對室內(nèi)熱舒適環(huán)境的要求，而在室外環(huán)境達(dá)到舒適要求時，空調(diào)系統(tǒng)不能快速關(guān)閉以 滿足節(jié)能需求。
[0005] 傳統(tǒng)的空調(diào)啟?？刂品椒ㄖ圆荒軡M足室內(nèi)熱舒適度及節(jié)能要求，最根本的原 因在于大部分空調(diào)系統(tǒng)啟?？刂菩枰藶椋溆嗟目照{(diào)系統(tǒng)啟?？刂齐m是自動但感應(yīng)檢 測點(diǎn)在于單一的室內(nèi)空氣溫濕度而并非整體的熱舒適環(huán)境。這種人為控制啟停方法的弊端 在于，一方面當(dāng)人體感受室內(nèi)不舒適人為開啟空調(diào)時，室內(nèi)環(huán)境已經(jīng)變得惡劣，空調(diào)系統(tǒng)無 法及時快速的調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，便嚴(yán)重影響了人體熱舒適感覺。另一方面，在室外環(huán)境狀態(tài)滿 足舒適的情況下，空調(diào)系統(tǒng)不能快速反應(yīng)地關(guān)閉，便會造成能源的浪費(fèi)。而對于現(xiàn)有的自動 控制啟?？照{(diào)系統(tǒng)，它的感應(yīng)檢測點(diǎn)在于室內(nèi)空氣的溫濕度，缺乏對室內(nèi)熱舒適環(huán)境較為 科學(xué)的判斷，也存在上述空調(diào)系統(tǒng)不舒適、不節(jié)能的弊端。
[0006] 現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)控制裝置，是由微處理器、室內(nèi)溫度傳感器、濕度傳感器、室外機(jī) 啟動電路、室外溫度數(shù)據(jù)采集器、室外機(jī)供電電源的占空比控制器以及用于存儲熱舒適度 PMV與溫度、濕度的對應(yīng)序列以及熱舒適度與占空比的對應(yīng)序列的存儲模塊組成，該裝置主 要從控制室內(nèi)的氣流、氣溫、氣濕組合使空調(diào)運(yùn)行在舒適性、節(jié)能性和健康性的平衡點(diǎn)上， 提供舒適、節(jié)能和健康的功能。其不足之處在于該裝置只是在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時進(jìn)行了健康 節(jié)能控制，沒有對空調(diào)系統(tǒng)的啟停部分進(jìn)行關(guān)注研究，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)未及時開啟與關(guān)停時 室內(nèi)環(huán)境的惡劣變化以及能源浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的開關(guān)裝置帶來的舒適型差、不節(jié)能的問 題，提供一種基于室內(nèi)熱舒適狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)啟?？刂蒲b置。具有使用方便、操作簡單、反 應(yīng)靈敏、能及時調(diào)節(jié)室內(nèi)熱舒適狀態(tài)、節(jié)約能源等特點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于室內(nèi)熱舒適狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)啟?？刂蒲b置，主要 包括室內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置、室外數(shù)據(jù)采集裝置、計(jì)算控制器和電動閥門。
[0009] 所述室內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置包括濕度傳感器I、溫度傳感器I、黑球溫度傳感器I和風(fēng)速 傳感器I，裝設(shè)于建筑室內(nèi)距地1.1米且距墻〇.5m以外處，所述室內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)輸 出端分別通過配套的數(shù)據(jù)連接線與計(jì)算控制器連接。用以在空調(diào)系統(tǒng)未開啟時實(shí)時準(zhǔn)確監(jiān) 測室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，并傳輸給預(yù)計(jì)適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)APMV計(jì)算控制器，進(jìn)行是否開啟 空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算分析，達(dá)到能及時調(diào)節(jié)，提供舒適健康室內(nèi)環(huán)境的控制目的。
[0010] 所述室外數(shù)據(jù)采集裝置包括濕度傳感器II、溫度傳感器II、黑球溫度傳感器II和 風(fēng)速傳感器II，裝設(shè)于建筑室外距墻0.5m以外處，所述室外數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)輸出端分 別通過配套的數(shù)據(jù)連接線與計(jì)算控制器連接。用以在空調(diào)系統(tǒng)開啟時實(shí)時準(zhǔn)確監(jiān)測室外的 環(huán)境參數(shù)，并傳輸給預(yù)計(jì)適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)APMV計(jì)算控制器，進(jìn)行是否關(guān)?？照{(diào)系統(tǒng) 的計(jì)算分析，達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的控制目的。
[0011] 所述電動閥門通過配套數(shù)據(jù)連接線與計(jì)算控制器連接，同時通過導(dǎo)線與原空調(diào)系 統(tǒng)控制箱的控制端連接。所述電動閥門與室內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置、室外數(shù)據(jù)采集裝置共同形成 聯(lián)動控制，當(dāng)計(jì)算控制器控制電動閥門關(guān)閉時，室內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置開啟，室外數(shù)據(jù)采集裝置 關(guān)閉。當(dāng)計(jì)算控制器控制電動閥門開啟時，室內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置關(guān)閉，室外數(shù)據(jù)采集裝置開 啟。用以按照計(jì)算控制器的控制信號，調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的啟停，達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)及時開啟與節(jié)能 關(guān)閉的目的。
[0012] 所述計(jì)算控制器市購(廠家定制）的裝載預(yù)計(jì)適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)(APMV)計(jì)算 比較程序(廠家定制）的芯片或單片機(jī)。本裝置的計(jì)算控制器固定在原空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)空調(diào) 機(jī)旁。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)未開啟時，用以實(shí)時接收室內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置傳輸來的數(shù)據(jù)參數(shù)，通過程序 進(jìn)行平均熱感覺指標(biāo)(APMV)值的計(jì)算比較，并發(fā)出控制信號給電動閥門，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)及 時的啟動控制，達(dá)到室內(nèi)舒適的目的。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)開啟時，用以實(shí)時接收室外數(shù)據(jù)采集裝 置傳輸來的數(shù)據(jù)參數(shù)，通過程序進(jìn)行平均熱感覺指標(biāo)(APMV)值的計(jì)算比較，并發(fā)出控制信 號給電動閥門，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)及時的關(guān)閉控制，達(dá)到空調(diào)節(jié)能的目的。
[0013] 進(jìn)一步，所述室內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置裝設(shè)在建筑室內(nèi)距地1.1米且距墻0.5米以外處。 所述室外數(shù)據(jù)采集裝置裝設(shè)在室外距墻0.5米以外處。所述計(jì)算控制器固定在原空調(diào)系統(tǒng) 的室內(nèi)空調(diào)機(jī)旁。所述電動閥門裝設(shè)在室內(nèi)空調(diào)機(jī)旁。
[0014] 進(jìn)一步，基于室內(nèi)熱舒適狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)啟停控制裝置的控制方法，所述載預(yù)計(jì) 適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)APMV計(jì)算比較程序的計(jì)算控制器的計(jì)算過程包括以下步驟：
[0015] 1)在計(jì)算控制器程序中提前設(shè)定部分參數(shù)值，值得一提的是，所述參數(shù)值包括人 體能量代謝率M，機(jī)械功W，人體著裝后實(shí)際表面與其裸身人體表面之比，建筑氣候區(qū)域建筑 類型依據(jù)具體情況選擇。
[0016] 2)通過室內(nèi)外數(shù)據(jù)采集裝置中濕度傳感器測得的空氣相對濕度札、溫度傳感器測 得的空氣溫度ta°C、黑球溫度傳感器測得的黑球溫度代替平均輻射溫度tr以及風(fēng)速傳感器 測得的空氣流速V。
[0017] 3)將步驟2中的數(shù)據(jù)均輸入計(jì)算控制器中計(jì)算。
[0018] 濕度傳感器測得的空氣相對濕度札與溫度傳感器測得的空氣溫度tcdi過公式1和2 計(jì)算得到人體周圍空氣的水蒸氣分壓力Pa，單位為Pa。
[0019] Ρα=ψαχΡ, ⑴
[0021]式中，隊(duì)為相對濕度;匕表示飽和水蒸氣分壓力，單位為Pa，黑球溫度傳感器測得的 黑球溫度代替平均輻射溫度tr與計(jì)算控制器程序中提前設(shè)定的人體能量代謝率M、機(jī)械功W 通過公式3計(jì)算得到衣服外表面溫度ted。
[0023] 其中Ici表示為服裝熱阻，單位為m2 · °C/W。
[0026]再將計(jì)算得到的衣服外表面溫度ted再與風(fēng)速傳感器測得的空氣