基于室內熱舒適狀態的空調系統啟停控制裝置及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于計算機控制技術在空調系統控制中的應用，具體涉及一種基于室內熱 舒適狀態的空調系統啟停控制裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著時間的推移，人類通過不斷的創新和發展來推動著社會的進步，其最終的目 的是改善自身的生存環境。現今社會，人們的生活水平大幅提高，對于自己的生存環境更是 越來越重視。其中室內環境是人們生存環境的重要組成部分，人們的工作、休息、娛樂等活 動，很多都是在室內進行的，室內環境的好壞和舒適度如何直接關系到人們的生活質量和 身體健康，所以創造一個健康，舒適，清潔的室內環境是非常必要的。
[0003] 人們基于建筑室內熱環境，結合人的主觀感受，提出了熱舒適度的概念。其中〃熱 舒適〃是指人體對熱環境的主觀熱反應，而只有合適溫度的室內環境已經遠不能滿足人體 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上，通過可控環境 小室和穩態熱交換模型研究，Fanger建立了熱舒適方程并在搜集了 1396名美國與丹麥受測 對象的熱感覺表決票的基礎上，他提出了一個較為客觀的度量熱感覺的尺度指標一預期 平均評價指標PMV(Predicted Mean Vote)，以反映對同一環境絕大多數人的冷熱感覺。所 以，在建筑物室內熱環境中，如空氣溫度、氣流速度、相對濕度、周圍表面溫度等參數對熱舒 適均有影響，我們不僅要考慮單一參數對熱舒適的影響，同時要針對不同參數的相互組合 來討論人體熱舒適。基于此，簡單的室內溫濕度分析并不能代表對室內環境熱舒適的判斷， 而對熱感覺的預期平均評價指標(PMV)才是較為科學的室內熱舒適評價指標。而在未使用 人工冷熱源，只通過自然調節或機械通風進行熱濕環境調節的房間或區域即非人工冷熱源 熱濕環境中，根據《民用建筑室內熱濕環境評價標準》GB/T50785-2012對非人工冷熱源熱濕 環境的評價，提出應以預計適應性平均熱感覺指標(APMV)作為評價依據。
[0004] 為了較好的解決室內熱舒適問題，越來越多的人采用空調系統調節室內環境，但 隨著社會能源問題的突出，空調系統的能耗問題也受到了很高的重視。其中有個較為突出 的問題便是在空調系統開啟過程中，室內環境將較長時間處于不舒適的狀態下，不能滿足 人們對室內熱舒適環境的要求，而在室外環境達到舒適要求時，空調系統不能快速關閉以 滿足節能需求。
[0005] 傳統的空調啟停控制方法之所以不能滿足室內熱舒適度及節能要求，最根本的原 因在于大部分空調系統啟停控制需要人為，而其余的空調系統啟停控制雖是自動但感應檢 測點在于單一的室內空氣溫濕度而并非整體的熱舒適環境。這種人為控制啟停方法的弊端 在于，一方面當人體感受室內不舒適人為開啟空調時，室內環境已經變得惡劣，空調系統無 法及時快速的調節室內環境，便嚴重影響了人體熱舒適感覺。另一方面，在室外環境狀態滿 足舒適的情況下，空調系統不能快速反應地關閉，便會造成能源的浪費。而對于現有的自動 控制啟停空調系統，它的感應檢測點在于室內空氣的溫濕度，缺乏對室內熱舒適環境較為 科學的判斷，也存在上述空調系統不舒適、不節能的弊端。
[0006] 現有的空調系統控制裝置，是由微處理器、室內溫度傳感器、濕度傳感器、室外機 啟動電路、室外溫度數據采集器、室外機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、濕度的對應序列以及熱舒適度與占空比的對應序列的存儲模塊組成，該裝置主 要從控制室內的氣流、氣溫、氣濕組合使空調運行在舒適性、節能性和健康性的平衡點上， 提供舒適、節能和健康的功能。其不足之處在于該裝置只是在空調系統運行時進行了健康 節能控制，沒有對空調系統的啟停部分進行關注研究，導致空調系統未及時開啟與關停時 室內環境的惡劣變化以及能源浪費。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是為了克服現有空調系統的開關裝置帶來的舒適型差、不節能的問 題，提供一種基于室內熱舒適狀態的空調系統啟停控制裝置。具有使用方便、操作簡單、反 應靈敏、能及時調節室內熱舒適狀態、節約能源等特點。
[0008] 本發明的技術方案是，一種基于室內熱舒適狀態的空調系統啟停控制裝置，主要 包括室內數據采集裝置、室外數據采集裝置、計算控制器和電動閥門。
[0009] 所述室內數據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和風速 傳感器I，裝設于建筑室內距地1.1米且距墻〇.5m以外處，所述室內數據采集裝置的數據輸 出端分別通過配套的數據連接線與計算控制器連接。用以在空調系統未開啟時實時準確監 測室內的環境參數，并傳輸給預計適應性平均熱感覺指標APMV計算控制器，進行是否開啟 空調系統的計算分析，達到能及時調節，提供舒適健康室內環境的控制目的。
[0010] 所述室外數據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 風速傳感器II，裝設于建筑室外距墻0.5m以外處，所述室外數據采集裝置的數據輸出端分 別通過配套的數據連接線與計算控制器連接。用以在空調系統開啟時實時準確監測室外的 環境參數，并傳輸給預計適應性平均熱感覺指標APMV計算控制器，進行是否關停空調系統 的計算分析，達到空調系統節能的控制目的。
[0011] 所述電動閥門通過配套數據連接線與計算控制器連接，同時通過導線與原空調系 統控制箱的控制端連接。所述電動閥門與室內數據采集裝置、室外數據采集裝置共同形成 聯動控制，當計算控制器控制電動閥門關閉時，室內數據采集裝置開啟，室外數據采集裝置 關閉。當計算控制器控制電動閥門開啟時，室內數據采集裝置關閉，室外數據采集裝置開 啟。用以按照計算控制器的控制信號，調節空調系統的啟停，達到空調系統及時開啟與節能 關閉的目的。
[0012] 所述計算控制器市購(廠家定制）的裝載預計適應性平均熱感覺指標(APMV)計算 比較程序(廠家定制）的芯片或單片機。本裝置的計算控制器固定在原空調系統的室內空調 機旁。當空調系統未開啟時，用以實時接收室內數據采集裝置傳輸來的數據參數，通過程序 進行平均熱感覺指標(APMV)值的計算比較，并發出控制信號給電動閥門，實現空調系統及 時的啟動控制，達到室內舒適的目的。當空調系統開啟時，用以實時接收室外數據采集裝 置傳輸來的數據參數，通過程序進行平均熱感覺指標(APMV)值的計算比較，并發出控制信 號給電動閥門，實現空調系統及時的關閉控制，達到空調節能的目的。
[0013] 進一步，所述室內數據采集裝置裝設在建筑室內距地1.1米且距墻0.5米以外處。 所述室外數據采集裝置裝設在室外距墻0.5米以外處。所述計算控制器固定在原空調系統 的室內空調機旁。所述電動閥門裝設在室內空調機旁。
[0014] 進一步，基于室內熱舒適狀態的空調系統啟停控制裝置的控制方法，所述載預計 適應性平均熱感覺指標APMV計算比較程序的計算控制器的計算過程包括以下步驟：
[0015] 1)在計算控制器程序中提前設定部分參數值，值得一提的是，所述參數值包括人 體能量代謝率M，機械功W，人體著裝后實際表面與其裸身人體表面之比，建筑氣候區域建筑 類型依據具體情況選擇。
[0016] 2)通過室內外數據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以及風速傳感器 測得的空氣流速V。
[0017] 3)將步驟2中的數據均輸入計算控制器中計算。
[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與計算控制器程序中提前設定的人體能量代謝率M、機械功W 通過公式3計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]再將計算得到的衣服外表面溫度ted再與風速傳感器測得的空氣