CN105241035B - 基于动态热舒适的空调器控制系统及其控制方法 - Google Patents

基于动态热舒适的空调器控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于动态热舒适的空调器控制系统，包括风速智能调节模块、温度智能调节模块、手动调节模块和记忆模块，其特征在于：风速智能调节模块是根据风速动态变化时，目标区域的PMV在[‑0.5，+0.5]区间的瞬时风速函数，温度智能调节模块是根据温度动态变化时，目标区域的PMV在[‑0.5，+0.5]区间的瞬时空气温度函数，目标区域的瞬时风速函数和瞬时空气温度函数是联动控制的；风速智能调节模块用于根据目标区域设定的风速函数控制调节送风风速；温度智能调节模块根据目标区域设定的温度函数控制调节送风温度；手动调节模块用于进行室内温度调控；记忆模块为记忆空调上一次使用状态的装置。

Description

基于动态热舒适的空调器控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于空调领域，特别涉及一种基于动态热舒适的空调器控制系统及其控制方法。
背景技术
随着社会的发展，人们越来越重视身体健康，对室内环境的要求也越来越高，这使得越来越多的空调进入人们的工作和生活中。
传统的空调主要是由使用者自己手动设定空调模式(除湿、制冷、制热、自动、送风五种)，并手动调节室内温度、风速、导风板(风向、摆风)等满足舒适度，对使用者对空调方面要求较高，一般人只会进行模式和室内温度设置，对空调房间热环境不满意。随着空调使用大幅增加，实践表明，传统空调带来的“空调病”问题也日趋严重。
在现有技术中，已有产品都是直接调节温度进行空调控制，已成功申请的一些发明专利已经提出以热舒适评价指标PMV进行控制的空调系统，有单独对温度控制的的空调(申请号为201410155235.8)；有同时对温度和湿度(仅除湿，未考虑加湿)控制的空调(申请号分别为200610128692.3，201310454415.1)；也有对温度、湿度(加湿和除湿)、风速综合控制的空调系统(申请号为201410653230.8)。虽然考虑的都是以热舒适评价指标PMV进行控制，但最终状态温度、湿度和风速不变，室内环境处于一种稳定状态，以稳态热中性环境为控制目标。
研究表明，人们对这种稳态的室内环境并不满意，而且人长期处于稳定的热中性状态，减弱了对环境的适应能力，不利于人体健康，而且为实现这一人工调节的稳定热环境，需要以消耗大量能源和环境污染为代价。而动态环境下的热舒适更容易被人们所接受。在此，提出基于动态热舒适的空调器控制系统。
发明内容
本发明以被控室内环境动态变化实现热舒适的室内环境为目标，设计一款智能空调控制系统。
根据本发明的第一种实施方式：
一种基于动态热舒适的空调器控制系统，包括风速智能调节模块、温度智能调节模块、手动调节模块和记忆模块。风速智能调节模块是根据风速动态变化时，目标区域的PMV在[-0.5，+0.5]区间的瞬时风速函数。温度智能调节模块是根据温度动态变化时，目标区域的PMV在[-0.5，+0.5]区间的瞬时空气温度函数。目标区域的瞬时风速函数和瞬时空气温度函数是联动控制的。风速智能调节模块用于根据目标区域设定的风速函数控制调节送风风速。温度智能调节模块根据目标区域设定的温度函数控制调节送风温度。手动调节模块用于进行室内温度调控。记忆模块为记忆空调上一次使用状态的装置。
在本发明中，目标区域的PMV按如下公式计算：
PMV＝[0.303exp(-0.036M)+0.028]×{(M-W)-3.05×10-3×[5733-6.99(M-W)-Pa]
-0.42[(M-W)-58.15]-1.7×10-5M(5867-Pa)-0.0014M(34-ta)
-3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]-fclhc(tcl-ta)}
式-1，
tcl＝35.7-0.028(M-W)-Icl{3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]+fclhc(tcl-ta)}
式-2，
式-3，
式-4，
式-5。
在本发明中，在风速智能调节模块和温度智能调节模块设置有制冷、制热、送风三种标准模式。
式中变量的取值范围：
M——单位皮肤面积的人体新陈代谢量(单位met)。取值范围为1.0～1.2met。其中1.0met＝58.15W/m2(单位换算)。当没有进行活动(该活动指体育活动或体力运动)而进入开启空调的房间时，M的取值为1.0；如果进行少量活动(活动时间少于半小时)进入开启空调的房间，M的取值为1.1；如果进行大量活动(活动时间超过半小时)进入开启空调的房间，M的取值为1.2。
W——外部活动量(W/m2)。取值范围为0-0.1，更一般0-0.05，更一般0-0.01。例如当空调房间内人员均为静坐，无外部活动时，W取值为0。当在空调房间内全部人员或几乎全部人员一直在走动时取值为0.1，而大约有一半的人员在走动时取值为0.05。
Icl——服装热阻(Clo)。取值范围为0.045-0.225，更一般为0.07-0.2，更一般为0.1-0.18，更一般0.12-0.15，更一般0.130-0.140，例如0.135，单位为Clo。其中1Clo＝0.155m2·℃/W(单位换算)。
fcl——服装面积因素(或因数)。等于着装时人的裸露体表面积+服装外(露)表面积之和与人裸体体表面积之比。可由式4计算得出。取值范围一般为1.12-1.45，更一般为1.15-1.22。例如，由式4计算得出为1.17415。
ta——室内空气温度，℃。根据不同模式的温度控制函数确定瞬时室内空气温度，由设置在空调内部的温度传感器测定。
tmrt——平均辐射温度，取值范围为25-35℃，如25-30℃。室内无辐射源时，直接取平均室内空气温度，25℃。
v——相对空气速度(m/s)。取值范围一般为0.5-3m/s，优选为0.6-2.5m/s，更优选0.7-2m/s，更优选0.7-1.5m/s。由PMV计算公式确定出不同模式的瞬时风速控制函数。其中在三种模式下，即制冷标准模式、制热标准模式或送风标准模式，分别由公式7、9和10计算相对空气速度。
tcl——衣服的表面温度(℃)。可由公式2获得。例如，由式2通过迭代计算得来的34.9℃。
hc——对流换热系数。可由公式5计算得出。例如，由式5计算得出为36.3W/(m2·K)。
Pa——人体周围水蒸气分压力。例如，由式3计算得出，Pa。
H——空气相对湿度。取值范围一般为30-70％，优选为35-65％，更优选40-60％，更优选45-55％。例如，按空调房间热湿环境情况，取值为50％。
在本发明中，所述制冷标准模式，瞬时空气温度控制函数为：
式-6。
在本发明中，所述制冷标准模式，瞬时风速控制函数为：
式-7。
在本发明中，制热标准模式，瞬时空气温度控制函数为：
式-8。
在本发明中，制热标准模式，瞬时风速控制函数为：
式-9。
在本发明中，送风标准模式，瞬时风速控制函数为：
式-10。
利用公式7、9或10，分别获得了在制冷标准模式下的相对空气速度v(单位m/s)、在制热标准模式下的相对空气速度v(单位m/s)或在送风标准模式下的相对空气速度v(单位m/s)。
在本发明中，风速动态变化为简谐波、方波、三角波、锯齿波等其中某一种。
在本发明中，温度动态变化为简谐波、方波、三角波、锯齿波等其中某一种。
在本发明中，手动调节模块包括空调器控制器。空调器控制器的控制面板上包括：开关键(1)、模式键(2)、睡眠键(3)、温度+键(4)、温度－键(5)。
在本发明中，手动调节模块，按温度+键，空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-11。
在本发明中，手动调节模块，按温度+键，空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-12。
在本发明中，手动调节模块，按温度-键，空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-13。
在本发明中，手动调节模块，按温度-键，空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-14。
根据本发明提供的第二种实施方式：
一种基于动态热舒适的空调器控制方法，该空调器控制方法包括以下步骤：
1)空调开机，风速智能调节模块、温度智能调节模块及手动调节模块读取记忆模块中存储的方式及数据，并控制空调按照读取的数据开始运行；
2)记忆模块运行记录与实际需求是否相符，如果是，执行步骤3)；否则，执行步骤4)；
3)空调按当前模式，让目标区域的瞬时空气温度和瞬时风速保持当前设定的函数变化调节，手动调节模块也保持当前设定运行，执行步骤5)；
4)按模式键(2)选择空调运行的标准模式，根据运行的标准模式目标区域的瞬时空气温度、瞬时风速及空调导风板按照对应变化规律进行自动的动态变化，执行步骤5)；
5)用户评价室内热湿环境热舒适性是否满意，如果是，执行上一步骤；否则，执行步骤6)；
6)用户按温度+键(4)、温度－键(5)对目标区域的空气温度平均值进行微调，执行步骤7)；
7)结合运行模式，目标区域的瞬时空气温度按标准函数相应的增减Δt动态变化，执行步骤5)。
在本发明中，“目标区域的瞬时风速函数和瞬时空气温度函数是联动控制的”具体为：设定目标区域空气温度周期性动态变化(变化波形可以为简谐波、方波、三角波、锯齿波等其中某一种)，根据PMV计算公式和周期性变化温度变化限值规定，代入制冷、制热时的空气相对湿度、服装热阻、代谢率等，计算出目标区域风速变化函数，空调运行后，目标区域的瞬时空气温度和瞬时风速按上述对应的温度函数和风速函数变化规律分别进行控制调节。
在本发明中，基于动态热舒适的空调控制系统，按需求在控制模块中编好不同程序使用，主要分为三大类：根据不同室外条件，设有各种标准模式——制冷、制热、送风三种，在不同模式，实时监控调整室内温度、风速、导风板方向各自按某一规律进行变化，三者综合变化结果同时必须满足热舒适评价指标PMV在[-0.5，+0.5]区间；考虑到晚上睡眠需求有所不同，增加睡眠键3；考虑到用户所在地理位置引起的室外气候条件差异和用户个体本身差异性，如年龄、性别、服装、用户活动状态(静坐、行走等)等，设有温度+键4、温度－键5进行供应能量增减。这样空调控制的室内环境更舒适更健康。
在本发明中，智能控制就是系统按照标准模式进行。手动调节模式是用户控制微调模式。
目标区域的PMV按如下公式计算：
PMV＝[0.303exp(-0.036M)+0.028]×{(M-W)-3.05×10-3×[5733-6.99(M-W)-Pa]
-0.42[(M-W)-58.15]-1.7×10-5M(5867-Pa)-0.0014M(34-ta)
-3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]-fclhc(tcl-ta)}
式-1，
tcl＝35.7-0.028(M-W)-Icl{3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]+fclhc(tcl-ta)}
式-2，
式-3，
式-4，
式-5。
式中，M——单位皮肤面积的人体新陈代谢量，取值为1.0～1.2met，1.0met＝58.15W/m2(单位换算)，如果没有进行活动进入开启空调的房间，M的取值为1.0；如果进行少量活动(活动时间少于半小时)进入开启空调的房间，M的取值为1.1；如果进行大量活动(活动时间超过半小时)进入开启空调的房间，M的取值为1.2。
W——外部活动量，取值为0(空调房间内人员均为静坐，无外部活动)，W/m2；
Icl——服装热阻，数据参考表1选择，Clo，1Clo＝0.155m2·℃/W(单位换算)；
fcl——服装面积因素，等于着装时人的裸露体表面积+服装外(露)表面积之和与人裸体体表面积之比。可由式4计算得出；
ta——空气温度，根据不同模式的温度控制函数确定瞬时室内空气温度，由设置在空调内部的温度传感器测定，℃；
tmrt——平均辐射温度，室内无辐射源时，取室内空气温度，有辐射源时，取黑球温度，℃；此处考虑室内无辐射源，直接取室内空气温度，制冷时为24～26℃，制热时为22～24℃。
v——相对空气速度，由PMV计算公式确定出不同模式的瞬时风速控制函数，m/s；
tcl——衣服的表面温度，由式2通过迭代计算得来的，℃；
hc——对流换热系数，由式5计算得出，W/(m2·K)；
Pa——人体周围水蒸气分压力，由式3计算得出，Pa；
H——空气相对湿度，按空调房间热湿环境情况，取值为50％。
表1不同热工分区的服装热阻取值
对目标区域的瞬时空气温度和风速变化控制函数按以下两种情况分述：一种为智能控制，主要为制冷、制热和送风三种标准模式的控制；一种为用户手动控制，主要为睡眠模式和+、-微调控制。具体的控制函数如下：
一、智能控制标准模式：
1.制冷标准模式：
(1)目标区域的瞬时空气温度控制函数为：
式-6
式中，下标c表示空调制冷运行，tc(τ)为制冷时目标区域的瞬时空气温度，Atc为制冷时的温度波动振幅，Tc为制冷时的温度波动周期，τ为空调制冷运行时间，tmc为制冷时目标区域的平均空气温度。温度波动振幅Atc和温度波动周期Tc，根据ASHRAE Standard 55-2010中对温度漂移限值规定进行选取，参考表2选取。根据《民用建筑室内热湿环境评价标准》GB/T50785供冷温度范围为24℃～26℃，制冷时目标区域的平均空气温度tmc取25℃。空调制冷运行时间τ根据空调运行的时间而确定，从空调开启并开始工作开始计时。
(2)目标区域的瞬时风速控制函数为：由PMV控制在[-0.5,+0.5]公式计算得出如下
式-7
式中，vc(τ)为制冷时目标区域的瞬时风速，Avc为制冷时的风速波动振幅，取0.05m/s，Tc为制冷时的风速波动周期，制冷时的温度波动周期和风速波动周期相同，参考表2选取，vmc为制冷时目标区域的平均风速，取0.1m/s，其他如前所述。
(3)空调启动制冷运行时，τ0(3～10min)时间内导风板朝下快速制冷，τ0时间后导风板一直以15～45°朝上放置，让空调送的冷风进行不等温射流最大范围扩散到工作区域。
2.制热标准模式：
(1)目标区域的瞬时空气温度控制函数为：
式-8
式中，下标h表示空调制热运行，th(τ)为制热时目标区域的瞬时空气温度，Ath为制热时的温度波动振幅，Th为制热时的温度波动周期，τ为空调制热运行时间，tmh为制热时目标区域的平均空气温度。温度波动振幅Ath和温度波动周期Th也参考表2选取。根据《民用建筑室内热湿环境评价标准》GB/T 50785供热温度范围为22℃～24℃，制热时目标区域的平均空气温度tmh取23℃。
(2)目标区域的瞬时风速控制函数为：也由PMV控制在[-0.5,+0.5]公式计算得出
式-9
式中，各参数意义如前所述。制热时的风速波动振幅Avh取0.05m/s，制热时的温度波动周期和风速波动周期相同，参考表2选取，制热时目标区域的平均风速vmh取0.1m/s。
(3)空调启动制热运行时，导风板一直以15～60°朝下放置。
3.送风标准模式：
目标区域的瞬时空气温度无需控制，而目标区域的瞬时风速控制函数为：
式-10
式中，下标s表示空调送风运行，其他如前所述。送风时的风速波动振幅Avs取0.1m/s，送风时风速波动周期取10min，送风时目标区域的平均风速vms取0.7m/s。导风板一直以15～60°朝下放置。
二、用户控制微调模式：
目标区域的瞬时风速控制函数和导风板位置维持之前设置不变，仅改变目标区域的瞬时空气温度控制函数。
1.按温度+键
空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-11
空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-12
式中，n为温度+键按键次数，Δt为目标区域的平均空气温度单位变化值，取0.5℃/次，与现有的每按一次变化1℃相比，这样微调对人体热舒适和健康考虑的更细致周到。其中温度控制函数中振幅Atc、Ath和周期Tc、Th均按表2选取，tmc取25℃。tmh取23℃。
2.按温度-键
空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-13
空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-14
式中，n为温度-键按键次数，Δt为目标区域的平均空气温度单位变化值，取0.5℃/次，与现有的每按一次变化1℃相比，这样微调对人体热舒适和健康考虑的更细致周到。其中温度控制函数中振幅Atc、Ath和周期Tc、Th均按表2选取，tmc取25℃。tmh取23℃。
3.按睡眠键
目标区域的瞬时空气温度控制函数按之前设置运行，目标区域的瞬时风速变为零，即室内风机停止运行，此外，空调器上的灯光和LEED等全部关掉。
具体实施时，前述各种情况下，目标区域的瞬时空气温度和风速变化控制函数中的温度波动振幅A和温度波动周期T，根据ASHRAE Standard 55-2010中对温度漂移限值规定进行选取，参考表2。
表2温度变化限制确定的温度波动振幅A和温度波动周期T
时间/h 0.25 0.5 1 2 4
温度变化限制/℃ 1.1 1.7 2.2 2.8 3.3
温度波动振幅A/℃ 0.55 0.85 1.1 1.4 1.65
温度波动周期T/s 900 1800 3600 7200 14400
其中，本发明中没有进行特殊限定的，波动振幅均取表2中的温度波动振幅A的值，波动周期均取表2中的温度波动周期T的值。
要实现目标区域的瞬时温度和瞬时风速在相应模式下，按前述控制函数变化，需要整个空调机组内的设备与其匹配相应运转。
目标区域的瞬时温度的控制可通过压缩机中的变频器来控制和调整压缩机转速来实现。传统的变频空调控制原理是，当室内温度达到期望值后，空调主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。而在本发明的标准模式里，空调主机则是以能够准确保持前面所描述的空调房间瞬时温度的变化函数的最佳瞬时转速(周期性变化速度)运转，同样实现“不停机运转”，保证环境温度并不是稳定的，也是周期性变化的。当因室外气候条件和用户个体本身差异性需要进行微调时，随着瞬时温度控制函数变化，压缩机与之匹配的最佳瞬时转速也按对应变化后的瞬时转速函数转动。(此处对应变化函数未做分析)
目标区域的瞬时风速的控制可通过给常规室内风机加装的变频器改变室内风机转速来实现。在标准模式和微调模式下，室内风机的瞬时转速变化控制函数调节原理都类似于上面对瞬时温度控制的压缩机瞬时转速变化控制函数。
导风板角度的控制是通过同步电机(柜式空调机)或步进电机(壁挂式空调机)来控制的。按之前的设置，当接到导风板动作信号后，就将信号给同步电机或步进电机，分别按两种电机工作原理，控制导风板的转轴一直转动到指定的相应角度为止。
用户微调时也只给出按温度+键1次后的对应的波形，按温度-键可照此方法处理，按微调键次数不同时也类似处理。
当目标区域的瞬时温度和瞬时风速按方波、三角波或锯齿波进行控制变化，见图4、图5和图6，其中的不同模式下的温度、风速平均值、振幅和周期均和简谐波控制时设置一样。
当目标区域的瞬时温度和瞬时风速按方波进行控制变化时，图4中目标区域的不 同的瞬时温度值和瞬时风速值维持时间相同，换言之方波的宽度相同，以瞬时温度变化为 例，即还可以设置为(tm+Δt):tm:(tm-Δ t)＝1:1:1或(tm+2Δt):(tm+Δt):tm:(tm-Δt):(tm-2Δt)＝1:1:1:1:1或(tm+2Δt):(tm+ Δt):tm:(tm-Δt):(tm-2Δt):(tm-Δt):tm:(tm+Δt)＝1:1:1:1:1:1:1:1。还可以将目标区 域的瞬时空气温度和瞬时风速按矩形波动态控制，即将上述的方波变为矩形波，使不同的 瞬时温度值和瞬时风速值维持时间不同，设置为(tm+Δt):tm:(tm-Δt)＝1:2:1或(tm+Δ t):tm:(tm-Δt):tm＝1:2:1:2或(tm+2Δt):(tm+Δt):tm:(tm-Δt):(tm-2Δt)＝1:1:2:1:1 或(tm+2Δt):(tm+Δt):tm:(tm-Δt):(tm-2Δt):(tm-Δt):tm:(tm+Δt)＝1:1:2:1:1:1:2: 1。将上述波值均为分段的阶跃式变化的方波和矩形波统称为广义波。本发明中目标区域瞬 时空气温度矩形波动态控制的几种情况见图7。类似于图4中的处理方法，同样可得对应标 准模式下的瞬时风速和微调模式下的瞬时温度和瞬时风速波形。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明提出的基于动态热舒适的空调器控制系统及方法，其中计算公式、数据选择等结合ISO 7730-2005和ASHRAE Standard 55-2010，按照《民用建筑室内热湿环境评价标准》(GB/T 50785-2012)和《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)对风速、温度两个参数进行综合动态控制，保证其满足人体舒适要求，有利于改善目标区域的热舒适环境，促进建筑节能减排。
2、本发明提出的基于动态热舒适的空调器控制系统及方法，提出了智能的标准模式和用户个人微调的手动控制两者结合的控制方法，为使用者提供了更多的选择空间。
3、本发明原理及参数设置科学，操作方法简单，易于控制与实现。
附图说明
图1为本发明空调器控制器控制面板
图2为本发明基于动态热舒适的空调器控制系统流程图
图3为本发明目标区域制冷标准模式瞬时空气温度和瞬时风速简谐波动态控制曲线
图4为本发明目标区域制热标准模式瞬时空气温度和瞬时风速简谐波动态控制曲线
图5为本发明目标区域制冷标准模式瞬时空气温度和瞬时风速方波动态控制曲线
图6为本发明目标区域制热标准模式瞬时空气温度和瞬时风速方波动态控制曲线
图7为本发明目标区域制冷标准模式瞬时空气温度和瞬时风速三角波动态控制曲线
图8为本发明目标区域制热标准模式瞬时空气温度和瞬时风速三角波动态控制曲线
图9为本发明目标区域制冷标准模式瞬时空气温度和瞬时风速锯齿波动态控制曲线
图10为本发明目标区域制热标准模式瞬时空气温度和瞬时风速锯齿波动态控制曲线
图11为本发明手动调节模块目标区域瞬时空气温度矩形波动态控制的曲线图
附图标记：1：开关键；2：模式键；3：睡眠键；4：温度+键；5：温度-键。
具体实施方式
根据本发明的第一种实施方式：
一种基于动态热舒适的空调器控制系统，包括风速智能调节模块、温度智能调节模块、手动调节模块和记忆模块。风速智能调节模块是根据风速动态变化时，目标区域的PMV在[-0.5，+0.5]区间的瞬时风速函数。温度智能调节模块是根据温度动态变化时，目标区域的PMV在[-0.5，+0.5]区间的瞬时空气温度函数。目标区域的瞬时风速函数和瞬时空气温度函数是联动控制的。风速智能调节模块用于根据目标区域设定的风速函数控制调节送风风速。温度智能调节模块根据目标区域设定的温度函数控制调节送风温度。手动调节模块用于进行室内温度调控。记忆模块为记忆空调上一次使用状态的装置。
在本发明中，目标区域的PMV按如下公式计算：
PMV＝[0.303exp(-0.036M)+0.028]×{(M-W)-3.05×10-3×[5733-6.99(M-W)-Pa]
-0.42[(M-W)-58.15]-1.7×10-5M(5867-Pa)-0.0014M(34-ta)
-3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]-fclhc(tcl-ta)}
式-1，
tcl＝35.7-0.028(M-W)-Icl{3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]+fclhc(tcl-ta)}
式-2，
式-3，
式-4，
式-5。
在本发明中，在风速智能调节模块和温度智能调节模块设置有制冷、制热、送风三种标准模式。
在本发明中，所述制冷标准模式，瞬时空气温度控制函数为：
式-6。
在本发明中，所述制冷标准模式，瞬时风速控制函数为：
式-7。
在本发明中，制热标准模式，瞬时空气温度控制函数为：
式-8。
在本发明中，制热标准模式，瞬时风速控制函数为：
式-9。
在本发明中，送风标准模式，瞬时风速控制函数为：
式-10。
在本发明中，风速动态变化为简谐波、方波、三角波、锯齿波等其中某一种。
在本发明中，温度动态变化为简谐波、方波、三角波、锯齿波等其中某一种。
在本发明中，手动调节模块包括空调器控制器。空调器控制器的控制面板上包括：开关键(1)、模式键(2)、睡眠键(3)、温度+键(4)、温度－键(5)。
在本发明中，手动调节模块，按温度+键，空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-11。
在本发明中，手动调节模块，按温度+键，空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-12。
在本发明中，手动调节模块，按温度-键，空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-13。
在本发明中，手动调节模块，按温度-键，空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-14。
根据本发明提供的第二种实施方式：
一种基于动态热舒适的空调器控制方法，该空调器控制方法包括以下步骤：
1)空调开机，风速智能调节模块、温度智能调节模块及手动调节模块读取记忆模块中存储的方式及数据，并控制空调按照读取的数据开始运行；
2)记忆模块运行记录与实际需求是否相符，如果是，执行步骤3)；否则，执行步骤4)；
3)空调按当前模式，让目标区域的瞬时空气温度和瞬时风速保持当前设定的函数变化调节，手动调节模块也保持当前设定运行，执行步骤5)；
4)按模式键2选择空调运行的标准模式，根据运行的标准模式目标区域的瞬时空气温度、瞬时风速及空调导风板按照对应变化规律进行自动的动态变化，执行步骤5)；
5)用户评价室内热湿环境热舒适性是否满意，如果是，执行上一步骤；否则，执行步骤6)；
6)用户按温度+键4、温度－键5对目标区域的空气温度平均值进行微调，执行步骤7)；
7)结合运行模式，目标区域的瞬时空气温度按标准函数相应的增减Δt动态变化，执行步骤5)。
实施例1
一种基于动态热舒适的空调器控制系统，包括风速智能调节模块、温度智能调节模块、手动调节模块和记忆模块。风速智能调节模块是根据风速动态变化时，目标区域的PMV在[-0.5，+0.5]区间的瞬时风速函数。温度智能调节模块是根据温度动态变化时，目标区域的PMV在[-0.5，+0.5]区间的瞬时空气温度函数。目标区域的瞬时风速函数和瞬时空气温度函数是联动控制的。风速智能调节模块用于根据目标区域设定的风速函数控制调节送风风速。温度智能调节模块根据目标区域设定的温度函数控制调节送风温度。手动调节模块用于进行室内温度调控。记忆模块为记忆空调上一次使用状态的装置。
目标区域的PMV按如下公式计算：
PMV＝[0.303exp(-0.036M)+0.028]×{(M-W)-3.05×10-3×[5733-6.99(M-W)-Pa]
-0.42[(M-W)-58.15]-1.7×10-5M(5867-Pa)-0.0014M(34-ta)
-3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]-fclhc(tcl-ta)}
式-1，
tcl＝35.7-0.028(M-W)-Icl{3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]+fclhc(tcl-ta)}
式-2，
式-3，
式-4，
式-5。
式中，M——单位皮肤面积的人体新陈代谢量，取值为1.0，1.0met＝58.15W/m2(单位换算)，
W——外部活动量，取值为0；
Icl——服装热阻，取值为0.135，Clo，1Clo＝0.155m2·℃/W(单位换算)；
fcl——服装面积因素，由式4计算得出为1.17415；
ta——空气温度，根据不同模式的温度控制函数确定瞬时室内空气温度，由设置在空调
内部的温度传感器测定，℃；
tmrt——平均辐射温度，室内无辐射源时，直接取室内空气温度，25℃。
v——相对空气速度，由PMV计算公式确定出不同模式的瞬时风速控制函数，m/s；
tcl——衣服的表面温度，由式2通过迭代计算得来的34.9℃；
hc——对流换热系数，由式5计算得出为36.3W/(m2·K)；
Pa——人体周围水蒸气分压力，由式3计算得出，Pa；
H——空气相对湿度，按空调房间热湿环境情况，取值为50％。
表3不同热工分区的服装热阻取值
对目标区域的瞬时空气温度和风速变化控制函数按以下两种情况分述：一种为智能控制，主要为制冷、制热和送风三种标准模式的控制；一种为用户手动控制，主要为睡眠模式和+、-微调控制。具体的控制函数如下：
一、智能控制标准模式：
1.制冷标准模式：
(1)目标区域的瞬时空气温度控制函数为：
式-6
式中，下标c表示空调制冷运行，tc(τ)为制冷时目标区域的瞬时空气温度，Atc为制冷时的温度波动振幅，为0.85℃。Tc为制冷时的温度波动周期，为1800s。τ为空调制冷运行时间，为一小时。tmc为制冷时目标区域的平均空气温度。根据《民用建筑室内热湿环境评价标准》GB/T 50785供冷温度范围为24℃～26℃，制冷时目标区域的平均空气温度tmc取25℃。
(2)目标区域的瞬时风速控制函数为：由PMV控制在[-0.5,+0.5]公式计算得出如下
式-7
式中，vc(τ)为制冷时目标区域的瞬时风速，Avc为制冷时的风速波动振幅，取0.05m/s，Tc为制冷时的风速波动周期，为1800s。参考表4选取，vmc为制冷时目标区域的平均风速，取0.1m/s，其他如前所述。
(3)空调启动制冷运行时，τ0(3～10min)时间内导风板朝下快速制冷，τ0时间后导风板一直以30°朝上放置，让空调送的冷风进行不等温射流最大范围扩散到工作区域。
2.制热标准模式：
(1)目标区域的瞬时空气温度控制函数为：
式-8
式中，下标h表示空调制热运行，th(τ)为制热时目标区域的瞬时空气温度，Ath为制热时的温度波动振幅，为0.85℃。Th为制热时的温度波动周期，为1800s。τ为空调制热运行时间，tmh为制热时目标区域的平均空气温度。制热时目标区域的平均空气温度tmh取23℃。
(2)目标区域的瞬时风速控制函数为：也由PMV控制在[-0.5,+0.5]公式计算得出
式-9
式中，各参数意义如前所述。制热时的风速波动振幅Avh取0.05m/s，风速波动周期，为1800s。参考表4选取，制热时目标区域的平均风速vmh取0.1m/s。
(3)空调启动制热运行时，导风板一直以30°朝下放置。
3.送风标准模式：
目标区域的瞬时空气温度无需控制，而目标区域的瞬时风速控制函数为：
式-10
式中，下标s表示空调送风运行，其他如前所述。送风时的风速波动振幅Avs取0.1m/s，送风时风速波动周期取10min，送风时目标区域的平均风速vms取0.7m/s。导风板一直以30°朝下放置。
二、用户控制微调模式：
目标区域的瞬时风速控制函数和导风板位置维持之前设置不变，仅改变目标区域的瞬时空气温度控制函数。
1.按温度+键
空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-11
空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-12
式中，n为温度+键按键次数，取值为3次。Δt为目标区域的平均空气温度单位变化值，取0.5℃/次，与现有的每按一次变化1℃相比，这样微调对人体热舒适和健康考虑的更细致周到。温度控制函数中振幅Atc、Ath为0.85℃。周期Tc、Th为1800s。均按表4选取，tmc取25℃。tmh取23℃。
2.按温度-键
空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-13
空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
式-14
式中，n为温度-键按键次数，Δt为目标区域的平均空气温度单位变化值，取0.5℃/次，与现有的每按一次变化1℃相比，这样微调对人体热舒适和健康考虑的更细致周到。其中温度控制函数中振幅Atc、Ath为0.85℃。周期Tc、Th为1800s。均按表4选取，tmc取25℃。tmh取23℃。
3.按睡眠键
目标区域的瞬时空气温度控制函数按之前设置运行，目标区域的瞬时风速变为零，即室内风机停止运行，此外，空调器上的灯光和LEED等全部关掉。
表4温度变化限制确定的温度波动振幅A和温度波动周期T
时间/h 0.25 0.5 1 2 4
温度变化限制/℃ 1.1 1.7 2.2 2.8 3.3
温度波动振幅A/℃ 0.55 0.85 1.1 1.4 1.65
温度波动周期T/s 900 1800 3600 7200 14400
实施例2
重复实施例1，只是风速动态变化为方波。温度动态变化为三角波。
实施例3
一种基于动态热舒适的空调器控制方法，该空调器控制方法包括以下步骤：
1)空调开机，风速智能调节模块、温度智能调节模块及手动调节模块读取记忆模块中存储的方式及数据，并控制空调按照读取的数据开始运行；
2)记忆模块运行记录与实际需求是否相符，如果是，执行步骤3)；否则，执行步骤4)；
3)空调按当前模式，让目标区域的瞬时空气温度和瞬时风速保持当前设定的函数变化调节，手动调节模块也保持当前设定运行，执行步骤5)；
4)按模式键2选择空调运行的标准模式，根据运行的标准模式目标区域的瞬时空气温度、瞬时风速及空调导风板按照对应变化规律进行自动的动态变化，执行步骤5)；
5)用户评价室内热湿环境热舒适性是否满意，如果是，执行上一步骤；否则，执行步骤6)；
6)用户按温度+键4、温度－键5对目标区域的空气温度平均值进行微调，执行步骤7)；
7)结合运行模式，目标区域的瞬时空气温度按标准函数相应的增减Δt动态变化，执行步骤5)。

Claims (12)

1.一种基于动态热舒适的空调器控制系统，包括风速智能调节模块、温度智能调节模块、手动调节模块和记忆模块，其特征在于：风速智能调节模块用于根据风速动态变化时，目标区域的PMV在[-0.5，+0.5]区间的瞬时风速控制函数控制调节送风风速；温度智能调节模块用于根据温度动态变化时，目标区域的PMV在[-0.5，+0.5]区间的瞬时空气温度控制函数控制调节送风温度；目标区域的瞬时风速控制函数和瞬时空气温度控制函数是联动控制的；手动调节模块用于进行室内温度调控；记忆模块为记忆空调上一次使用状态的装置。
2.根据权利要求1所述的空调器控制系统，其特征在于：在风速智能调节模块和温度智能调节模块设置有制冷、制热、送风三种标准模式。
3.根据权利要求2所述的空调器控制系统，其特征在于：目标区域的PMV按如下公式计算：
PMV＝[0.303exp(-0.036M)+0.028]×{(M-W)-3.05×10-3×[5733-6.99(M-W)-Pa]-0.42[(M-W)-58.15]-1.7×10-5M(5867-Pa)-0.0014M(34-ta)-3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]-fclhc(tcl-ta)} 式-1，
其中：
tcl＝35.7-0.028(M-W)-Icl{3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tmrt+273)4]+fclhc(tcl-ta)} 式-2，
式中：
M——单位皮肤面积的人体新陈代谢量，单位met；取值范围为1.0～1.2met，其中1.0met＝58.15W/m2；
W——外部活动量，W/m2；W的取值范围为0-0.1；
Icl——服装热阻，Clo；Icl的取值范围为0.045-0.225；其中1Clo＝0.155m2·℃/W；
fcl——服装面积因素或因数，由式4计算得出；它的取值范围为1.12-1.45；
ta——室内空气温度，℃；
tmrt——平均辐射温度；它的取值范围为25-35℃；
v——相对空气速度，m/s；它的取值范围为0.5-3m/s；
tcl——衣服的表面温度，℃；由公式2计算得出；
hc——对流换热系数；由公式5计算得出；
Pa——人体周围水蒸气分压力，Pa；由式3计算得出；
H——空气相对湿度；它的取值范围为30-70％。
4.根据权利要求3所述的空调器控制系统，其特征在于：fcl的取值范围为1.15-1.22；tmrt的取值范围为25-30℃。
5.根据权利要求3所述的空调器控制系统，其特征在于：
M——单位皮肤面积的人体新陈代谢量，单位met ；当没有进行活动而进入开启空调的房间时，M的取值为1.0；当进行少量活动后而进入开启空调的房间时，M的取值为1.1；或当进行大量活动后而进入开启空调的房间时，M的取值为1.2；和/或
W——外部活动量，W/m2；其中：当空调房间内人员均为静坐，无外部活动时，W取值为0；或，当在空调房间内全部人员或几乎全部人员一直在走动时取值为0.1；或，当大约有一半数的人员在走动时取值为0.05；和/或
Icl——服装热阻，Clo；它的取值范围为0.07-0.2；和/或
tmrt——平均辐射温度，当室内无辐射源时，直接取平均室内空气温度25℃；和/或
v——相对空气速度，m/s；它的取值范围为0.6-2.5m/s；和/或
H——空气相对湿度，它的取值范围为35-65％。
6.根据权利要求5所述的空调器控制系统，其特征在于：
Icl的取值范围为0.1-0.18；和/或
v的取值范围为0.7-2m/s；和/或
H的取值范围为40-60％。
7.根据权利要求6所述的空调器控制系统，其特征在于：
Icl的取值范围为0.12-0.15；和/或
v的取值范围为0.7-1.5m/s；和/或
H的取值范围为45-55％。
8.根据权利要求2－7中任何一项所述的空调器控制系统，其特征在于：在所述制冷标准模式下，瞬时空气温度控制函数为：
其中：下标c表示空调制冷运行，tc(τ)为制冷时目标区域的瞬时空气温度，Atc为制冷时的温度波动振幅，Tc为制冷时的温度波动周期，τ为空调制冷运行时间，tmc为制冷时目标区域的平均空气温度；
所述制冷标准模式，瞬时风速控制函数为：
其中：vc(τ)为制冷时目标区域的瞬时风速，Avc为制冷时的风速波动振幅，取0.05m/s，Tc为制冷时的风速波动周期，vmc为制冷时目标区域的平均风速，取0.1m/s；
从而获得了在制冷标准模式下的相对空气速度v，单位m/s；
或，在所述制热标准模式下，瞬时空气温度控制函数为：
其中：下标h表示空调制热运行，th(τ)为制热时目标区域的瞬时空气温度，Ath为制热时的温度波动振幅，Th为制热时的温度波动周期，τ为空调制热运行时间，tmh为制热时目标区域的平均空气温度；
所述制热标准模式，瞬时风速控制函数为：
其中：vh(τ)为制热时目标区域的瞬时风速，Avh为制热时的风速波动振幅，取0.05m/s，Th为制热时的风速波动周期，vmh为制热时目标区域的平均风速，取0.1m/s；
从而获得了在制热标准模式下的相对空气速度v，单位m/s；
或，在所述送风标准模式下，瞬时风速控制函数为：
其中：下标s表示空调送风运行，vs(τ)为送风时目标区域的瞬时风速，Avs为制热时的风速波动振幅，取0.1m/s，Ts为制热时的风速波动周期，取10min，vms为制热时目标区域的平均风速，取0.7m/s；
从而获得了在送风标准模式下的相对空气速度v，单位m/s。
9.根据权利要求1所述的空调器控制系统，其特征在于：所述风速动态变化为简谐波、方波、三角波、锯齿波其中某一种，和/或
温度动态变化为简谐波、方波、三角波、锯齿波其中某一种。
10.根据权利要求1所述的空调器控制系统，其特征在于：所述手动调节模块包括空调器控制器，空调器控制器的控制面板上包括：开关键(1)、模式键(2)、睡眠键(3)、温度+键(4)、温度-键(5)。
11.根据权利要求10所述的空调器控制系统，其特征在于：按温度+键，空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
其中：n为温度+键按键次数；Δt为目标区域的平均空气温度单位变化值，取0.5℃/次；tc(τ)为制冷时目标区域的瞬时空气温度，Atc为制冷时的温度波动振幅，Tc为制冷时的温度波动周期，τ为空调制冷运行时间，tmc为制冷时目标区域的平均空气温度；或
按温度+键，空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
其中：n为温度+键按键次数；Δt为目标区域的平均空气温度单位变化值，取0.5℃/次；th(τ)为制热时目标区域的瞬时空气温度，Ath为制热时的温度波动振幅，Th为制热时的温度波动周期，τ为空调制热运行时间，tmh为制热时目标区域的平均空气温度。
12.根据权利要求10所述的空调器控制系统，其特征在于：按温度-键，空调制冷运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
其中：n为温度-键按键次数；Δt为目标区域的平均空气温度单位变化值，取0.5℃/次；tc(τ)为制冷时目标区域的瞬时空气温度，Atc为制冷时的温度波动振幅，Tc为制冷时的温度波动周期，τ为空调制冷运行时间，tmc为制冷时目标区域的平均空气温度；或
按温度-键，空调制热运行时，目标区域的瞬时空气温度控制函数为
其中：n为温度-键按键次数；Δt为目标区域的平均空气温度单位变化值，取0.5℃/次；th(τ)为制热时目标区域的瞬时空气温度，Ath为制热时的温度波动振幅，Th为制热时的温度波动周期，τ为空调制热运行时间，tmh为制热时目标区域的平均空气温度。
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