CN108006923A - 一种基于人体热负荷动态响应的微环境降温系统控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于人体热负荷动态响应的微环境降温系统控制方法，该方法包括以下步骤：1）在微环境降温系统启动运行后，采集环境温度、相对湿度、气流速度、降温系统出口致冷液的温度、降温系统进口致冷液的温度；2）实时计算人体舒适度SSD；3）根据获得的人体舒适度确定SSD等级，根据确定的SSD等级设定降温系统致冷液初始输出液温；稳定运行t时间后，根据检测的出口致冷液温度，进口致冷液温度，计算t时间内降温系统进出口致冷液温度平均差值；6）随后每运行t时间，自动调整下一阶段降温系统输出致冷液温度。本发明能对降温系统的输出液温进行动态调节，从而为用户提供更加舒适的微环境，提高液冷式微环境降温系统的使用舒适性。

Description

一种基于人体热负荷动态响应的微环境降温系统控制方法
技术领域
本发明涉及自动化技术，尤其涉及一种基于人体热负荷动态响应的微环境 降温系统控制方法。
背景技术
目前，液冷式微环境降温系统的控制主要依据输出冷液温度，以一固定温 度参数作为输出冷液温度控制目标，对降温系统进行加载、减载、停机控制， 因没有对人体热负荷的变化产生反馈，系统适应能力差，当环境温度或人体劳 动强度发生改变时，系统不能根据人体热负荷的变化自动调整输出冷量，人体 感觉偏冷或偏热，舒适性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于人体 热负荷动态响应的微环境降温系统控制方法，解决现有微环境降温系统不能根 据人体热负荷的变化自动调节输出制冷量的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于人体热负荷动态响 应的微环境降温系统控制方法，包括以下步骤：
1)在微环境降温系统启动运行后，采集环境温度Th、相对湿度Φ、气流速 度Q、降温系统出口致冷液的温度Tc、降温系统进口致冷液的温度Tj；
2)根据采集的环境温度Th、相对湿度Φ、气流速度Q实时计算人体舒适度 SSD；
3)根据获得的人体舒适度确定SSD等级，根据确定的SSD等级设定降温系 统致冷液初始输出液温Ts；
4)压缩机控制模块根据检测的降温系统出口致冷液温度Tc，调节压缩机转 速，并将出口致冷液温度稳定在∣Tc-Ts∣≤a范围内，其中a为预设值；
5)稳定运行t时间后，根据检测的出口致冷液温度Tc，进口致冷液温度Tj， 计算t时间内降温系统进出口致冷液温度平均差值△T；
6)随后每运行t时间，自动记录当前时间t内降温系统进出口致冷液温度 平均差值△Ti以及前后两段时间内人体舒适度等级的变化值△D；调整下一阶段 降温系统输出致冷液温度；
6.1)若前后两段时间内人体舒适度等级的变化值在设定范围以内，即△D<c， 认为人体舒适度及舒适度等级没有发生变化，转入步骤6.2)；否则，认为人体 舒适度及舒适度等级发生改变，以当前人体舒适度等级为新状态进行控制，并 将与当前人体舒适度等级对应的降温系统致冷液输出液温Ts2，作为下一阶段降 温系统输出致冷液温度，即Ts＝Ts2；
6.2)将当前进出口致冷液温度平均差值△Ti与初始进出口致冷液温度平均 差值△T进行比较：
若∣△Ti-△T∣＜b，则维持设定液温不变，Ts1＝Ts；其中b为预设值；
若∣△Ti-△T∣≥b，则对当前进出口致冷液温度平均差值△Ti的变化速率 Ki与设定值K进行比较，Ki＝∣△Ti-△T0∣/t；△T0为上一时间段内的进出口致 冷液温度平均差值；
当△Ti>△T,如果Ki＜K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts-第一设 定值；
如果Ki＞K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts-第二设定值；
当△Ti＜△T,如果Ki＜K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts+第一 设定值；如果Ki＞K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts+第二设定值。
按上述方案，所述步骤2)中根据所述环境温度Th、相对湿度Φ、气流速度 Q计算人体舒适度SSD；
人体热舒适度SSD计算公式为：
SSD＝(1.818Th+18.18)(0.88+0.22Φ)+(Th-32)/(45-Th)-3.2Q+18.2。
本发明产生的有益效果是：将应用在气象领域的人体舒适度SSD应用到液 冷式微环境降温领域，通过监测人体周围的环境温度、相对湿度和气流速度， 计算出人体舒适度SSD，根据人体SSD等级预测人体热负荷状态，控制降温系统 输出合适的初始液温，实现降温系统在不同使用环境条件下输出致冷量的自动 调节；同时通过监测降温系统进出口致冷液温度差值的变化，感知当前人体热 平衡状态及人体因劳动强度和环境的改变而造成的人体热负荷的变化，对降温 系统的输出液温进行动态调节，从而为用户提供更加舒适的微环境，提高液冷 式微环境降温系统的使用舒适性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解 释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明较佳实施例提出一种基于人体热负荷动态响应的微环 境降温系统控制方法，包括：
步骤1，在降温系统运行后，检测环境温度Th、相对湿度Φ、气流速度Q、 降温系统出口致冷液温度Tc、进口致冷液温度Tj；
所述检测环境温度Th、降温系统出口致冷液温度Tc、进口致冷液温度Tj通 过温度传感器检测；所述相对湿度Φ通过湿度传感器检测；所述气流速度Q通 过空气流速传感器检测。
步骤2，根据所述环境温度Th、相对湿度Φ、气流速度Q计算人体舒适度 SSD，并根据设定得到相应的SSD等级D0。
其中：人体热舒适度SSD计算公式可以为：
SSD＝(1.818Th+18.18)(0.88+0.22Φ)+(Th-32)/(45-Th)-3.2Q+18.2
对于在室内或固定场所内使用的微环境降温系统，可以在SSD计算中将气流速 度Q设定为常数，取消空气流速传感器。
因微环境降温系统在炎热或温暖环境中使用，这里将炎热和温暖环境中人 体舒适度SSD等级划分为5级，SSD值与其等级D的对应关系如下(SSD值按四 舍五入取整)：
SSD＝86-88时，D＝4，人体感觉很热，极不适应；
SSD＝80-85时，D＝3，人体感觉炎热，很不舒适；
SSD＝76-79时，D＝2，人体感觉炎热，不舒适；
SSD＝71-75时，D＝1，人体感觉偏暖，较为舒适；
SSD＝59-70时，D＝0，人体感觉最为舒适，最可接受；
对于高热阻服或高热辐射场合，应根据实际情况对SSD等级进行修正，一 般在SSD计算值对应的等级上增加1或2。
步骤3，根据SSD等级设定降温系统致冷液初始输出液温Ts。
根据液冷服装的不同，降温系统致冷液初始输出液温的范围也有所不同。 具体范围为：液冷背心及简易液冷服：12℃～25℃；全身液冷服：9℃～25℃。相 应的根据SSD等级，当D≥4时，以最低液温对Ts赋值；当D＝1时，以最高液温 对Ts赋值；其它D值按等比关系在液温范围内进行等比赋值。相应的也可根据 SSD值对等级D值进行更小单元的划分。
步骤4，压缩机控制模块根据检测的降温系统出口致冷液温度Tc，调节压 缩机转速，并将出口致冷液温度稳定在∣Tc-Ts∣≤a范围内，其中a为预设值；
制冷液温度波动范围a根据降温系统的实际控制精度来设定。
步骤5，稳定运行t时间后，根据检测的出口致冷液温度Tc，进口致冷液温 度Tj，计算t时间内降温系统进出口致冷液温度平均差值△T。
步骤6，随后每运行t时间，自动记录当前时间t内降温系统进出口致冷液 温度平均差值△T1及温度平均差值△T1的变化速率K1，K1＝∣△T1-△T0∣/t，以 及前后两段时间内人体舒适度等级的变化值△D；
并将当前进出口致冷液温度平均差值△T1与初始进出口致冷液温度平均差 值△T进行比较，K1与预设值K进行比较。
系统运行时间t，温度平均差值变化速率阈值K1可以根据实际情况来设定。
若前后两段时间内人体舒适度等级的变化值在设定范围以内，即△D<c，认 为人体舒适度及舒适度等级没有发生变化，转入步骤7；否则，认为人体舒适度 及舒适度等级发生改变，以当前人体舒适度等级为新状态进行控制，并将与当 前人体舒适度等级对应的降温系统致冷液输出液温Ts2，做为下一阶段降温系统 输出致冷液温度，即Ts＝Ts2；
步骤7，若∣△T1-△T∣＜b，则维持设定液温不变，Ts1＝Ts。
步骤8，若0＜b≤△T1-△T，如果K1＜K，则设定降温系统输出致冷液新的 温度Ts1＝Ts-0.5；如果K1＞K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts-1。
步骤9，若△T1-△T≤-b＜0，如果K1＜K，则设定降温系统输出致冷液新的 温度Ts1＝Ts+0.5；如果K1＞K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts+1。
温度平均差值阈值b可以根据实际情况来设定。
本发明实施例基于人体热负荷动态响应的微环境降温系统控制方法，将应 用在气象领域的人体舒适度SSD应用到液冷式微环境降温领域，通过监测人体 周围的环境温度、相对湿度和气流速度，计算出人体舒适度SSD，根据人体SSD 等级预测人体热负荷状态，控制降温系统输出合适的初始液温，实现降温系统 在不同使用环境条件下输出致冷量的自动调节；同时通过监测降温系统进出口 致冷液温度差值的变化，感知当前人体热平衡状态及人体因劳动强度和环境的 改变而造成的人体热负荷的变化，对降温系统的输出液温进行动态调节，从而 为用户提供更加舒适的微环境。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进 或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于人体热负荷动态响应的微环境降温系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在微环境降温系统启动运行后，采集环境温度Th、相对湿度Φ、气流速度Q、降温系统出口致冷液的温度Tc、降温系统进口致冷液的温度Tj；
2)根据采集的环境温度Th、相对湿度Φ、气流速度Q实时计算人体舒适度SSD；
3)根据获得的人体舒适度确定SSD等级，根据确定的SSD等级设定降温系统致冷液初始输出液温Ts；
4)压缩机控制模块根据检测的降温系统出口致冷液温度Tc，调节压缩机转速，并将出口致冷液温度稳定在∣Tc-Ts∣≤a范围内，其中a为预设值；
5)稳定运行t时间后，根据检测的出口致冷液温度Tc，进口致冷液温度Tj，计算t时间内降温系统进出口致冷液温度平均差值△T；
6)随后每运行t时间，自动记录当前时间t内降温系统进出口致冷液温度平均差值△Ti以及前后两段时间内人体舒适度等级的变化值△D；调整下一阶段降温系统输出致冷液温度；
6.1)若前后两段时间内人体舒适度等级的变化值在设定范围以内，即△D<c，认为人体舒适度及舒适度等级没有发生变化，转入步骤6.2)；否则，认为人体舒适度及舒适度等级发生改变，以当前人体舒适度等级为新状态进行控制，并将与当前人体舒适度等级对应的降温系统致冷液输出液温Ts2，作为下一阶段降温系统输出致冷液温度，即Ts＝Ts2；
6.2)将当前进出口致冷液温度平均差值△Ti与初始进出口致冷液温度平均差值△T进行比较：
若∣△Ti-△T∣＜b，则维持设定液温不变，Ts1＝Ts；其中b为预设值；
若∣△Ti-△T∣≥b，则对当前进出口致冷液温度平均差值△Ti的变化速率Ki与设定值K进行比较，Ki＝∣△Ti-△T0∣/t；△T0为上一时间段内的进出口致冷液温度平均差值；
当△Ti>△T,如果Ki＜K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts-第一设定值；
如果Ki＞K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts-第二设定值；
当△Ti＜△T,如果Ki＜K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts+第一设定值；如果Ki＞K，则设定降温系统输出致冷液新的温度Ts1＝Ts+第二设定值。
2.根据权利要求1所述的基于人体热负荷动态响应的微环境降温系统控制方法，其特征在于，所述步骤2)中根据所述环境温度Th、相对湿度Φ、气流速度Q计算人体舒适度SSD；
人体热舒适度SSD计算公式为：
SSD＝(1.818Th+18.18)(0.88+0.22Φ)+(Th-32)/(45-Th)-3.2Q+18.2。
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