CN101403270A - 自然通风自动推拉窗及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自然通风自动推拉窗及其控制方法，包括活动窗体、固定窗框、室外温度传感器、室内外压差传感器、中心控制单元和推拉窗开度控制器。本发明自然通风自动推拉窗及其控制方法根据室内外压差、室外温度两项参数进行控制推拉窗开度，结构简单，组成元件较少，大大降低了成本。本发明自然通风自动推拉窗及其控制方法适用于写字楼、别墅、高级住宅楼等民用建筑的外围房间，具有很强的地区适应性。

Description

自然通风自动推拉窗及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动推拉窗，特别涉及一种自然通风自动推拉窗及其控制方法。

背景技术

自然通风是一种不需要消耗人工能源，完全由自然力驱动的被动式建筑通风方式。应用自然通风技术的意义在于两方面：一是自然通风带来的被动式冷却可以减少能源消耗；二是它可以清除潮湿和污浊的空气，提供新鲜清洁的天然空气，这对人体的生理和心理健康都有益处。作为建筑节能领域重要手段的自然通风，创新发明自然通风设备，最大程度的利用外界自然风，对于增强建筑节能效果与改善室内空气品质，都具有非常大的理论及实用价值。

然而，自然通风的主要动力风压与热压都存在非常大的波动性与不确定性，此特点造成自然通风难于进入更深层次建筑实践。在对通风量要求不高的建筑中，自然通风完全可以满足人员的生理与舒适的要求，但最常用的窗户却一直没有一种直接有效的控制装置，使自然通风的利用最大化。

现有技术中的自然通风控制窗，结构过于复杂，制作成本过高，控制缺乏科学依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制作成本低的自然通风自动推拉窗及其控制方法，以便最大限度的利用自然通风。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种自然通风自动推拉窗，包括活动窗体、固定窗框、中心控制单元、推拉窗开度控制器、设置于室外的室外温度传感器和安装于固定窗框的框边上的室内外压差传感器；其中室外温度传感器和室内外压差传感器的输出端接入中心控制单元的信号输入端，所述中心控制单元的信号输出端接入控制活动窗体开度的推拉窗开度控制器。

作为优选方案，上述自然通风自动推拉窗中，所述室内外压差传感器安装于固定窗框的框边的中央。

作为优选方案，上述自然通风自动推拉窗中，所述固定窗体的上框边、下框边分别向同一侧延伸，所述推拉窗开度控制器设置于固定窗框的下框边的延伸部分上。

作为优选方案，上述自然通风自动推拉窗中，所述固定窗框中没有玻璃，固定窗框的面积与活动窗体的面积相等，所述活动窗体沿固定窗框的上框边、下框边移动，与固定窗框重合、部分重合或者分离

本发明还提供一种控制上述自然通风自动推拉窗开度的方法，包括以下步骤；

步骤1，将中心控制单元内的操作时间初始化值为零，并设置操作周期；

步骤2，室外温度传感器、室内外压差传感器分别向中心控制单元传输检测到的室外温度信息和室内外压差信息；

步骤3，中心控制单元接收室外温度传感器和室内外压差传感器传输来的检测信息，进行处理，发送控制信息至推拉窗开度控制器；

步骤4，推拉窗开度控制器根据中心控制单元发送来的控制信息，调节活动窗体的开度；

步骤5，完成上述步骤后，经一个操作周期，再回到步骤2。

上述控制自然通风自动推拉窗开度的方法，其中，所述步骤3中所述处理为：

中心控制单元根据室外温度传感器传与压差传感器送来的温度值，做出不同处理：

(1)若室外温度t₀＞30℃，中心控制单元发送关闭活动窗体的控制信息至推拉窗开度控制器；

自然通风自动推拉窗的开度百分比O_p是水平推拉窗开度百分比，完全打开时O_p＝100％，完全关闭时O_p＝0；

(2)若室外温度为20℃≤t₀≤30℃，中心控制单元分析室内外压差传感器传输来的室内外压差信息，如果室内外压差ΔP为0＜|ΔP|＜9，中心控制单元发送开度百分比O_p＝1-ΔP/9的控制信息至推拉窗开度控制器，如果室内外压差ΔP为|ΔP|＞9，中心控制单元发送开度百分比O_p＝0的控制信息至推拉窗开度控制器；

当室内压力大于室外压力时，ΔP为正压，反之，ΔP为负压，ΔP的单位为Pa；

(3)若室外温度为12℃＜t₀＜20℃，中心控制单元发送开度百分比O_p＝5％的控制信息至推拉窗开度控制器；

(4)若室外温度为t₀＜12℃，中心控制单元发送开度百分比O_p＝0的控制信息至推拉窗开度控制器。

上述控制自然通风自动推拉窗开度的方法，其中，在使用自然通风自动推拉窗的房间，最大人数N满足以下公式的要求：

$N<\frac{q_s}{30},$

其中q_s为大开口换气量，q_s的计算公式如下：

$q_s=\frac{1}{3}{C}_D\mathrm{WH}\sqrt{\mathrm{gH}{[1+\frac{c_p{T}_0}{E}{q}_s]}^{-1}}$

其中，C_D为窗口对流系数，估算一般取0.6，为无因次量；W为窗口宽度，单位为m；H为窗口高度，单位为m；g重力加速度，单位为m/s²；T₀为室外热力学温度，单位为K；E为室内总得热量，单位为J；C_P为空气比热容，单位为J/(m³·℃)。

本发明由于采用上述技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1、本发明自然通风自动推拉窗及其控制方法不必人为控制窗的开度，完全由窗自身进行自动控制，开度大小由室内空气品质及人体热舒适性研究成果来决定，因此使用本发明自然通风自动推拉窗及其控制方法非常方便，有利于身体健康，而且节能。

2、本发明自然通风自动推拉窗及其控制方法根据热压大开口理论，确定本窗的应用场所限制，保证室内空气品质与人员安全。

3、本发明自然通风自动推拉窗及其控制方法结构与控制方法简单，大大降低了成本，有利于进入生产实践。

附图说明

图1为本发明自然通风自动推拉窗处于关闭状态的示意图；

图2为本发明自然通风自动推拉窗处于部分开启状态的示意图；

图3为本发明自然通风自动推拉窗处于完全开启状态的示意图。

在上述附图中：

1-室外温度传感器      2-室内外压差传感器    3-中心控制单元

4-推拉窗开度控制器    5-活动窗体            6-固定窗框

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明一种较优实施方式。

本实施例应用的房间，最大人数N满足以下公式的要求：

$N<\frac{q_s}{30},$

其中q_s为大开口换气量，q_s的计算公式如下：

$q_s=\frac{1}{3}{C}_D\mathrm{WH}\sqrt{\mathrm{gH}{[1+\frac{c_p{T}_0}{E}{q}_s]}^{-1}}$

其中，C_D为窗口对流系数，估算一般取0.6，为无因次量；W为窗口宽度，单位为m；H为窗口高度，单位为m；g重力加速度，单位为m/s²；T₀为室外热力学温度，单位为K；E为室内总得热量，单位为J；C_P为空气比热容，单位为J/(m³·℃)。

参见图1，实施例采用的自然通风自动推拉窗包括室外温度传感器1、室内外压差传感器2、中心控制单元3，推拉窗开度控制器4、活动窗体5和固定窗框6；其中设置于窗外的室外温度传感器1将检测到的室外温度信息传输给与室外温度传感器1连接的中心控制单元3内；安装于固定窗框6的框边的中央的所述室内外压差传感器2检测室内外压力差，并将该信息传输到与所述室内外压差传感器2连接的中心控制单元3内；置于室内的中心控制单元3的输入端分别与室外温度传感器1、室内外压差传感器2连接，接收室外温度传感器1和室内外压差传感器2传输来的信息，其输出端与推拉窗开度控制器4连接，向推拉窗开度控制器4输送控制信息。

所述固定窗体6的上框边、下框边分别向同一侧延伸；推拉窗开度控制器4设置于固定窗框6的下框边的延伸部分上，与活动窗体5连接，接收中心控制单元3的控制信息，控制活动窗体5的开度；所述活动窗体5根据接收到的开度信息沿推拉窗开度控制器4的上框边、下框边及固定窗框6的上框边延伸部分、下框边延伸部分移动。

所述固定窗框6的面积与活动窗体5相等，所述活动窗体5沿固定窗框6的上框边延伸部分、下框边延伸部分移动时，可与固定窗框窗重合、部分重合或者分离。

相应的，控制上述自然通风自动推拉窗开度的方法，包括以下步骤；

步骤1，将中心控制单元3内时间初始化值为零，并设置好操作周期，本实施例中设置的操作周期根据建筑地区的气候、环境特点设置，操作周期为1小时；

步骤2，室外温度传感器1、室内外压差传感器2分别向中心控制单元3传输检测信息；

步骤3，中心控制单元3接收室外温度传感器1和室内外压差传感器2传输来的检测信息，进行处理，发送控制信息至推拉窗开度控制器4；

中心控制单元3根据室外温度传感器1与室内外压差传感器传送来的温度值，做出不同处理：

(1)若室外温度t₀＞30℃，中心控制单元3发送关闭活动窗体5的控制信息至推拉窗开度控制器4；

当室外温度t₀在30摄氏度以上，一般为比较炎热的夏季，已不宜进行开窗通风，应采取关窗，使用空调降温。所以，此时自然通风自动推拉窗的开度百分比O_p应为零，即关闭活动窗体5，如图1所示；

自然通风自动推拉窗的开度百分比O_p是水平推拉窗开度百分比，完全打开时O_p＝100％，完全关闭时O_p＝0；

(2)若室外温度为20℃≤t₀≤30℃，中心控制单元3分析室内外压差传感器2传输来的室内外压差信息，如果室内外压差ΔP为0＜|ΔP|＜9，中心控制单元3发送开度百分比O_p＝1-ΔP/9的控制信息至推拉窗开度控制器4，如果室内外压差ΔP为|ΔP|＞9，中心控制单元3发送开度百分比O_p＝0的控制信息至推拉窗开度控制器4；

在此温度区间，最适宜自然通风，推拉窗面积仅考虑两侧压差大小及风速，室内外压差ΔP的绝对值在9帕以内，窗口处风速一般小于3m/s，比较适宜自然通风，而室内外压差ΔP的绝对值大于9帕时，风速大于3m/s，会引起室内纸张飞扬与较强的吹风感，不宜开窗；

当室内压力大于室外压力时，ΔP为正压，反之，ΔP为负压，ΔP的单位为Pa；

(3)若室外温度为12℃＜t₀＜20℃，中心控制单元3发送开度百分比O_p＝5％的控制信息至推拉窗开度控制器4；

在此温度区间，只需要少量的自然通风，以满足人体的需求，因此自然通风自动推拉窗的开度百分比被固定在5％；

(4)若室外温度为t₀＜12℃，中心控制单元3发送开度百分比O_p＝0的控制信息至推拉窗开度控制器4；

室外温度低于12摄氏度时，应加强密封，进行建筑保温，此时应该关闭活动窗体5，即开度百分比O_p＝0；

步骤4，推拉窗开度控制器4根据中心控制单元3发送来的控制信息，调节活动窗体5的开度；

推拉窗开度控制器4根据中心控制单元3发送来的控制信息，调节活动窗体5处于完全关闭状态，如图1所示，或调节活动窗体5处于部分开启状态，如图2所示，或调节活动窗体5处于完全开启状态，如图3所示；

步骤5，完成上述调节，再经一小时的操作时间后，回到步骤2。

本发明自然通风自动推拉窗结构简单，组成元件较少，大大降低了成本。

本发明自然通风自动推拉窗及其控制方法根据室内外压差、室外温度两项参数进行控制推拉窗开度，控制策略科学明确，为自然通风这种建筑节能技术提供了实际有效的设备。

本发明自然通风自动推拉窗及其控制方法适用地域广，特别适用于四季区别明显、冬冷夏热地区。

Claims (7)

1、一种自然通风自动推拉窗，包括活动窗体(5)和固定窗框(6)，其特征在于，还包括中心控制单元(3)、推拉窗开度控制器(4)、设置于室外的室外温度传感器(1)和安装于固定窗框(6)框边上的室内外压差传感器(2)；其中室外温度传感器(1)和室内外压差传感器(2)的输出端接入中心控制单元(3)的信号输入端，所述中心控制单元(3)的信号输出端接入控制活动窗体(5)开度的推拉窗开度控制器(4)。

2、如权利要求1所述的自然通风自动推拉窗，其特征在于，所述室内外压差传感器(2)安装于固定窗框(6)的框边的中央。

3、如权利要求1、2所述的自然通风自动推拉窗，其特征在于，所述固定窗体(6)的上框边、下框边分别向同一侧延伸，所述推拉窗开度控制器(4)设置于固定窗框(6)的下框边的延伸部分上。

4、如权利要求1、2所述的自然通风自动推拉窗，其特征在于，所述固定窗框(6)与活动窗体(5)的面积相等，所述活动窗体(5)沿固定窗框(6)的上框边、下框边移动，与固定窗框(6)重合、部分重合或者分离。

5、一种控制权利要求1所述自然通风自动推拉窗开度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将中心控制单元内的操作时间初始化值为零，并设置操作周期；

步骤2，室外温度传感器(1)、室内外压差传感器(2)分别向中心控制单元(3)传输检测到的室外温度信息和室内外压差信息；

步骤3，中心控制单元(3)接收室外温度传感器(1)和室内外压差传感器(2)传输来的检测信息，进行处理，发送控制信息至推拉窗开度控制器(4)；

步骤4，推拉窗开度控制器(4)根据中心控制单元(3)发送来的控制信息，调节活动窗体(5)的开度；

步骤5，完成上述步骤后，经一个操作周期，再回到步骤2。

6、如权利要求5所述控制自然通风自动推拉窗开度的方法，其特征在于，所述步骤3中处理分为以下方式：

(1)若室外温度t₀＞30℃，中心控制单元(3)发送关闭活动窗体(5)的控制信息至推拉窗开度控制器(4)，即水平推拉窗开度的自然通风自动推拉窗的开度百分比O_p＝0；

(2)若室外温度为20℃≤t₀≤30℃，中心控制单元(3)分析室内外压差传感器(2)传输来的室内外压差信息，如果室内外压差ΔP为0＜|ΔP|＜9，中心控制单元(3)发送开度百分比O_p＝1-ΔP/9的控制信息至推拉窗开度控制器(4)，如果室内外压差ΔP为|ΔP|＞9，中心控制单元(3)发送开度百分比O_p＝0的控制信息至推拉窗开度控制器(4)；

当室内压力大于室外压力时，ΔP为正压，反之，ΔP为负压，ΔP的单位为Pa；

(3)若室外温度为12℃＜t₀＜20℃，中心控制单元(3)发送开度百分比O_p＝5％的控制信息至推拉窗开度控制器(4)；

(4)若室外温度为t₀＜12℃，中心控制单元(3)发送开度百分比O_p＝0的控制信息至推拉窗开度控制器(4)。

7、如权利要求5、6所述的控制自然通风自动推拉窗开度的方法，其特征在于，在有所述自然通风自动推拉窗的房间内，最大人数N满足以下公式的要求：

$N<\frac{q_s}{30},$

其中q_s为大开口换气量，q_s的计算公式如下：

$q_s=\frac{1}{3}{C}_D\mathrm{WH}\sqrt{\mathrm{gH}{[1+\frac{c_p{T}_0}{E}{q}_s]}^{-1}}$

其中，C_D为窗口对流系数，估算取0.6，为无因次量；W为窗口宽度，单位为m；H为窗口高度，单位为m；g重力加速度，单位为m/s²；T₀为室外热力学温度，单位为K；E为室内总得热量，单位为J；C_P为空气比热容，单位为J/(m³·℃)。

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