CN107449119B - 一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统 - Google Patents

Abstract

针对既有建筑中空调房间气流组织设计不完善所导致的室内冷热不均匀，温度控制差，热舒适性差，空调能耗高的问题，本发明公开一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统。适用于空调房间热环境改造，与空调设备联动并基于室内热环境状态监测的室内气流组织诱导增强装置，其可以实现在不显著增大室内风速，使用较低风机能耗的前提下，有效增强室内气流组织效果，有效解决空调房间冷热不均，温度控制准确性较差的问题；同时在冬季工况下，通过垂直方向上的气流组织增强，可以有效解决“下冷上热”的问题，从而在保证室内热舒适的情况下，有效降低空调的能耗。

Description

一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统

技术领域

本发明属于空调领域，具体涉及室内气流组织营造及其控制策略。

背景技术

气流组织是空调设计中非常重要的一项内容，是室内热湿调控的基本前提，但也是往往最容易导致室内热湿环境失控的原因之一。大量调研与测试数据显示，现阶段我国许多既有建筑中均存在不同程度的气流组织失效现象，其中的原因包括了空气本身的物理特性，设计中的考虑不周以及建筑使用功能的变更等。

空气的密度随着空气温度的变化而变化，随着空气温度的提升其密度呈下降趋势。空气的密度特性导致了在空调房间内，时常出现由于冷热空气密度差所产生的分层现象，导致气流在小范围内进行循环，影响了空调的热湿调控性能。这一现象在冬季采暖房间尤为明显，空调吹出的热风由于密度较小堆积在房间上层，人员工作区域温度较低，人员感受偏冷，室内温度控制产生偏移。

房间内的布局时常也会成为气流组织失效的原因，例如对于设计了下送上回空调形式的房间，由于实际使用时桌子、设备的遮挡，原有的气流组织被限制，室内热湿环境调节失控。设计时缺少对布局的考虑，在实际使用时设计受到布局的限制，是一种非常普遍的现象。

此外，对于房间实际使用功能发生变化，原设计气流组织无法满足实际需求的现象也不少见。例如有些房间在进行设计时为办公区域，在建筑运行过程中其功能发生变化变为了会议区域，室内布置完全更改，此时房间的气流组织需求也发生了变化，原设计已经无法满足要求。

对于我国大量的既有建筑，上述气流组织不完善的问题广泛存在，若是采用通过对风系统进行改造的方法，其时间与金钱成本都是难以承受的，因而这一问题一直没有得到妥善的解决。现有的一些专利例如“一种中央空调气流组织换季切换控制装置”等，均是从风系统架构层面入手解决，但是成本代价较高，尤其是对于既有建筑，所需要进行的改造工作相当复杂。鉴于此，本发明专利特别提出一种适用于空调房间的气流组织诱导装置，无需对原有风系统进行改造，直接安装在室内，就可以实现室内气流组织的联动调节。装置可根据室内的实际布局、使用需求进行针对性布置，灵活方便，低噪声，低风速，可以广泛应用于既有建筑中，有效增强室内气流组织效果，提高热舒适品质。

发明内容

本发明提出一种适用于空调房间的气流组织诱导增强装置，该装置可以与空调末端设备联动，采集房间内各点的实时温度，根据控制策略对室内气流组织进行诱导强化，妥善解决广泛存在的室内冷热不均，温度控制准确性差的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统，其特征在于:

装置部分主要包括风机(1)、控制模块(2)、风管(3)、结构外壳(4)、空调联动模块(5)和温度传感器(6)；

所述风管(3)安装于房间顶部；风机(1)向风管(3)送风；风管(3)根据实际需求在多个方向布置风口，通过风阀控制风口的启闭；

若干所述温度传感器(6)均匀布置在房间中，实时采集房间内各点的温度信息，并通过数据线或无线传输方式传送至设备控制模块(2)。

所述空调联动模块(5)设置在房间空调末端设备上，采集空调末端运行工况信息包括空调开关状态、温度设定情况，通过数据线或无线传输方式，并传输至设备控制模块(2)。

所述控制模块(2)通过信号线与风机(1)相连，控制风机(1) 启停；控制模块(2)通过信号线与风管(3)中风阀相连，控制风阀开闭情况；

所述控制模块(2)中，设定的控制方法如下：

1)空调联动模块(5)采集空调运行工况信息传输至控制模块 (2)：

若空调处于关闭状态，则装置不启动；

若空调为开启状态，则进入步骤2)，对比空调设定温度与房间内各点空气干球温度温度。

2)温度传感器(6)采集房间内各点的空气干球温度t₁、t₂…… t_n，并通过信号线或无线并传输至控制模块2，n为温度传感器(6) 的个数；空调联动模块(5)采集空调设定温度t_s，并通过信号线或无线传输至控制模块(2)，通过对比房间内各点空气干球温度与空调设定温度大小关系，判断此时的设备启停方法如下：

计算空调设定温度t_s与各点温度t₁、t₂……t_n差值的绝对值；

若全部绝对值均小于2℃，则判断此时房间温度分布均匀，风机不启动。

若存在至少一个大于2℃的绝对值，则进入步骤3)；

3)两两对比设置在房间各位置的温度传感器(6)返回的空气干球温度t₁、t₂……t_n，选定t₁、t₂……t_n中差值绝对值最大的两个，寻找到对应的两个温度传感器(6)；这两个温度传感器(6)所处的位置记为a位置和b位置，测定的温度记为t_a和t_b，t_a和t_b∈{t₁、t₂……t_n}；

4)此时，判断这两个传感器所设置的位置a与位置b之间存在最不利气流组织，同时控制风阀动作，打开位置a与位置b对应方向风口，关闭其他风口；控制模块(2)向风机(1)传输启动信号，启动风机。

5)间隔15min后，跳回步骤2)。

带风管(3)装置可选择吊装或挂墙安装。

进一步，其中风管(3)的风口是根据实际需求确定的，多个方向上的射流喷嘴，并且内置有与控制模块2联动的电动风阀。

进一步，风机风量按照房间换气次数法计算，如下式。

Q＝V×n

Q——风量，m³/h；

V——房间体积，m³；

n——换气次数，取4次每小时，1/h。

由于室内风阻非常小，风机宜选配低静压型，出口静压不宜大于10Pa，同时风机噪声应低于45分贝。

优选地，可以选配双速风机与外接风管，在过渡季节风机高速工况运行，并外接风管，作为通风机使用。通过引入室外空气，作为室内冷热源使用。

进一步，每个方向上的风口尺寸的选择按照设计风量，取出口风速为1.2m/s进行计算，如下式。

S＝Q/(n₁×3600×1.2)

S——风口面积，m²

Q——风量，m³/h；

n₂——每个方向上的风口数量。可以选择单风口、双风口、三风口；

风口方向的选择应依据房间需求确定，对于单一类型气流组织问题的房间，例如仅出现上下冷热分层的房间，可只选用上下开口的形式；对于多类型气流组织问题的房间按照相应需求选择开口方向。

进一步，在整个实施过程中，若在风机(1)动作的情况下，有风阀调整的需要，则控制模块(2)先关闭风机，再进行风阀调节，调节后再开启风机。

本发明采用以上技术方案后，主要有以下效果：

1、安装简便，成本低廉。本发明的应用无需对既有风系统进行改造，因而避免了大量繁琐的施工过程与高额的成本，尤其适用于既有建筑中的空调房间；装置体积小，安装简易，可以根据房间规模与体型灵活设置相应温度监测点，适用性强。

2、提高热舒适品质。本发明可以有效地解决室内水平、垂直方向上的冷热不均问题，完善室内气流组织；通过促进气流组织循环还可以有效的提高空调温度控制准确性，避免局部区域小循环所造成的室内温度控制偏移。

3、降低空调能耗，提高用能效率。本发明的应用可以有效避免空调能耗浪费于非人员停留区域的现象，通过促进气流组织循环，将空调冷、热资源使用在人员工作区域，达到降低能耗，提高用能效率的目的。

本发明可广泛的应用于既有建筑中的空调房间，且不受空调末端类型的限制，无论是分体式、集中式均有良好的效果，有效的保障了室内热舒适品质与空调用能水平。

附图说明

图1为装置结构图；

图2为控制流程图；

图3为实施例1的效果图；

图4为实施例2的效果图。

图中：风机(1)、控制模块(2)、风管(3)、结构外壳(4)、空调联动模块(5)和温度传感器(6)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

在如图3所示的房间中，采用一台吊顶式风机盘管作为室内热环境调控的主要设备，由于房间形体原因，在原有的设计条件下，房间的左上区域(A部分阴影处)难以形成有效气流组织。因而导致了阴影区域冷热调节效果不明显，室内长期冷热不均，舒适性较差。

在房间中安装本专利所公开的系统：

1)空调联动模块(5)采集空调运行工况信息传输至控制模块 (2)：

空调为开启状态，则进入步骤2)；

2)温度传感器(6)采集房间内各点的空气干球温度t₁、t₂…… t_n，并传输至控制模块2，n为温度传感器(6)的个数；空调联动模块(5)采集空调设定温度t_s，并传输至控制模块(2)，判断此时的设备启停方法如下：

计算空调设定温度t_s与各点温度t₁、t₂……t_n差值的绝对值；

若全部绝对值均小于2℃，则判断此时房间温度分布均匀，风机不启动。

若存在至少一个大于2℃的绝对值，则进入步骤3)；

3)两两对比设置在房间各位置的温度传感器(6)返回的空气干球温度t₁、t₂……t_n，选定t₁、t₂……t_n中差值绝对值最大的两个，寻找到对应的两个温度传感器(6)；这两个温度传感器(6)所处的位置记为a位置和b位置，测定的温度记为t_a和t_b；

4)此时，判断这两个传感器所设置的位置a与位置b之间存在最不利气流组织，同时控制风阀动作，打开位置a与位置b对应方向风口，关闭其他风口；控制模块(2)向风机(1)传输启动信号，启动风机。

5)间隔15min后，跳回步骤2)。

实施例中，发现如图3所示的a位置和b位置温度传感器测定温度与设定温度之间差值大于2摄氏度；进一步的装置对比房间内各点空气干球温度，发现在a位置和b位置的温度传感器存在最大温差，故判断最不利气流组织方向为a与b。基于此判断，设备控制模块调控风阀开闭，形成如图3(B)部分所示的诱导气流效果。在 15min后，控制模块重复判断逻辑，发现室内各点空气干球温度与空调设定温度差值均小于两摄氏度，判断此时室内各点冷热分布较均匀，设备停机。

本实施例经过室内温度采集与气流组织诱导，最终实现了室内气流组织的完善，提高了室内热环境舒适性，避免了不必要的空调能耗。

实施例2：

在如图4所示的房间中，采用一台吊顶式风机盘管作为室内冬季采暖的主要设备，由于房间层高较高且热空气密度较小，使得热空气仅在房间的上部分形成小范围循环，如图4的(A)部分所示。而人们所处的下部工作区域(图4的A部分阴影处)由于无法进行有效气流组织而不能达到热舒适的要求，同时空调的能耗大部分被用于加热上部空间，造成了浪费。

类似于实施例1，在房间中安装本发明专利所公开的系统，找出出a位置和b位置，通过调控风阀开闭，形成如图4(B)部分所示的诱导气流效果；在15min后，控制模块重复判断逻辑，发现室内各点空气干球温度与空调设定温度差值均小于两摄氏度，判断此时室内各点冷热分布较均匀，设备停机。

Claims (6)

1.一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统，其特征在于:

装置部分主要包括风机(1)、控制模块(2)、风管(3)、结构外壳(4)、空调联动模块(5)和温度传感器(6)；

所述风管(3)安装于房间顶部；风机(1)向风管(3)送风；风管(3)按照实际需求在多个方向上布置风口，通过风阀控制风口的启闭；

若干所述温度传感器(6)均匀布置在房间中，实时采集房间内各点的温度信息，并传送至设备控制模块(2)；

所述空调联动模块(5)，采集空调末端运行工况，并传输至设备控制模块(2)；

所述控制模块(2)通过信号线与风机(1)相连，控制风机(1)启停；控制模块(2)通过信号线与风管(3)中风阀相连，控制风阀开闭情况；

所述控制模块(2)中，设定的的控制方法如下：

1)空调联动模块(5)采集空调运行工况信息传输至控制模块(2)：

若空调处于关闭状态，则装置不启动；

若空调为开启状态，则进入步骤2)；

2)温度传感器(6)采集房间内各点的空气干球温度t₁、t₂……t_n，并传输至控制模块2，n为温度传感器(6)的个数；空调联动模块(5)采集空调设定温度t_s，并传输至控制模块(2)，判断此时的设备启停方法如下：

计算空调设定温度t_s与各点温度t₁、t₂……t_n差值的绝对值；

若全部绝对值均小于2℃，则判断此时房间温度分布均匀，风机不启动；

若存在至少一个大于2℃的绝对值，则进入步骤3)；

3)两两对比设置在房间各位置的温度传感器(6)返回的空气干球温度t₁、t₂……t_n：选定t₁、t₂……t_n中，差值的绝对值最大的两个，寻找到对应的两个温度传感器(6)；这两个温度传感器(6)所处的位置记为a位置和b位置，测定的温度记为t_a和t_b；

4)此时，判断这两个传感器所设置的位置a与位置b之间存在最不利气流组织，同时控制风阀动作，打开位置a与位置b对应方向风口，关闭其他风口；控制模块(2)向风机(1)传输启动信号，启动风机；

5)间隔15min后，跳回步骤2)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统，其特征在于：装置可选择吊装或挂墙安装。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统，其特征在于：其中风管(3)的风口是根据实际需求所确定的，多个方向上的射流喷嘴。

4.根据权利要求3所述的一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统，其特征在于：

风机风量按照房间换气次数法计算，如下式:

Q＝V×n

Q——风量，m³/h；

V——房间体积，m³；

n——换气次数，取4次每小时，1/h。

5.根据权利要求3所述的一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统，其特征在于：

每个方向上的风口尺寸的选择按照设计风量，取出口风速为1.2m/s进行计算，如下式:

S＝Q/(n₁×3600×1.2)

S——风口面积，m²

Q——风量，m³/h；

n₁——每个方向上的风口数量。

6.根据权利要求3所述的一种适用于空调房间的气流组织诱导增强系统，其特征在于：在整个实施过程中，若在风机(1)动作的情况下，有风阀调整的需要，则控制模块(2)先关闭风机，再进行风阀调节，调节后再开启风机。

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