CN108844185A - 一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统 - Google Patents

一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统。包括：云监测系统，用于收集不同地区不同时段的人员服装热阻和人员代谢率等数据，并对实时和下一时段的室内外环境参数进行监测，并生成对应的参数信号；计算判断系统，用于接受云监测系统所输送的信号数据，并根据内置软件所带的程序对各项数据进行计算，分析在当前时段和下一时段的室内环境下的人体热舒适情况，根据人员设定的热舒适目标值，计算得到当前时段和下一时段的环境下，达到设定目标值所需的最优调控方式，并生成环境控制信号；控制系统，用于接受计算判断系统输出的环境控制信号，对一类或各类设备进行实时和预先调控，将室内环境调整至设定目标值。

Description

一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统
技术领域
本发明属于建筑环境控制技术领域，特别是涉及一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统。
背景技术
随着人们对美好生活需要的不断提高，人们对室内环境的要求越来越高。但是目前常规空调的调控方式基本为单一的设定固定温度的形式，无法精准满足人体热舒适需求。目前这方面的专利主要有《基于个性化人员冷热抱怨的环境温湿度控制方法及系统》、《一种双向交互的建筑环境控制系统的人机界面》、《基于学习用户行为的多维舒适度室内环境控制方法及系统》、《基于用户舒适感的室内环境集成控制系统及方法》等。但是仍然有以下几点未涉及或存在不足。
1.未考虑不同人群的不同需求。例如老人、小孩以及成年人对温度的感知不同，同一温度下，不同人群的热舒适同样不同。
2.未引入实时天气系统，单一从室内环境参数出发，未考虑到实时天气情况对室内环境的重要影响。例如，夏热冬冷地区，夏季雷雨天气和晴天转换速度快，高温高湿情况严重，此时单一的开启空调并不能满足人体热舒适。
3.不能有效结合当地气候资源。不同地区、地形、地势下的自然环境不同，能否有效利用当地气候自然资源是空调节能的重点工作。同时不同地区的人群对热舒适的需求不同，常规的热舒适公式中的服装热阻和人体代谢率对热舒适的影响也不同。
4.未能在运行过程中收集和学习用户对系统的控制习惯和行为。在大量运行数据的基础上，对各类天气情况、实时室内外环境参数进行统计分析，在下次类似工况进行提示或自动设定。
5.无法集成控制各类影响室内环境的设备。未能将是否开窗、开风扇(风扇)、开空调(温度、风速、是否除湿等)、送风形式等集成控制，达到更舒适、节能的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，本发明基于用户主管感受的基础上对室内环境进行调控，通过对室内外环境参数、人体服装热阻和代谢率等多类数据进行综合计算，同时将窗户、风扇和空调等多类设备进行集成控制，在营造高智能化、高舒适度的室内环境的同时，实现控制最优化、能耗最小化。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，包括云监测系统、计算判断系统、控制系统，
所述云监测系统包括大数据平台、室内实时监测系统、室外实时监测系统，所述室内实时监测系统用于监测室内的温度、湿度、辐射温度、风速，并将监测数据传递至大数据平台，所述室外实时监测系统用于监测室外的温度、湿度、辐射温度、风速、pm2.5浓度、实时及下时段天气，并将监测数据传递至大数据平台，所述大数据平台导入不同地区、季节里，不同人群的穿衣、活动习惯，以及不同人群的穿衣热阻、人体代谢率；
所述计算判断系统计算判断系统包括软件计算系统，所述软件计算系统接收大数据平台的信息，并向控制系统发出控制指令，所述控制系统包括空调设定器、风扇设定器、窗户设定器；
所述软件计算系统根据人体热舒适指数的各项计算公式以及接收的大数据平台的信息，计算得到当前时段和下一时段下，室内人体热舒适状态、室外人体热舒适状态，并根据设定的热舒适目标值，计算得到当前时段和下一时段的环境下，达到设定目标值所需的最优调控方式，并向控制系统发出实时和预先的控制指令。
优选地，所述空调设定器可以开关空调，并设定空调的温度、风速、风向；所述风扇设定器可以开关风扇，并设定风扇的风速、风向；所述窗户设定器器可以开关窗户，并设定窗户的打开程度。
优选地，所述室内实时监测系统包括以下数据监测单元：温度传感器、湿度传感器、辐射温度传感器、风速传感器；所述室外实时监测系统包括以下数据监测单元：温度传感器、湿度传感器、风速传感器、辐射温度传感器、PM2.5传感器、实时及下一时段天气监测器，所述天气监测器具有联网实时天气系统。
优选地，所述大数据平台具有面向用户的环境参数和能耗数据面板。
优选地，不同地区、季节里，不同人群的穿衣、活动习惯，以及不同人群的穿衣热阻、人体代谢率数据通过调研获得。
优选地，所述云监测系统对室内环境控制的历史过程进行记录，在下个相同情况时，软件计算系统根据记录进行自动调控。
优选地，所述计算判断系统为对人体热舒适指数的各项计算公式进行编程，再导入软件中的程序系统，通过信号转换器导入硬件设备中。
优选地，所述各项计算公式包含判断当前环境为非人工冷热源环境或人工冷热源环境公式、APMV计算公式、PMV计算公式、PPD计算公式、判断当前环境的最优控制参数公式。
优选地，人体热舒适指数的设定方式包括自动控制方式、用户设定模式。
优选地，预先的控制指令指：将室外监测的数据替换成下一时刻的数据，并根据下一时刻的数据预先控制的指令。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1.考虑不同人群的不同需求，使不同人群均感到舒适。
2.引入实时天气系统，同时从室内、室外环境参数出发，考虑到实时天气情况对室内环境的重要影响，更加节能高效。
3.有效结合当地气候资源，以及不同地区的人群对热舒适的需求不同，分类调节，更加节能高效。
4.在运行过程中收集和学习用户对系统的控制习惯和行为。在大量运行数据的基础上，对各类天气情况、实时室内外环境参数进行统计分析，在下次类似工况进行提示或自动设定。
5.集成控制各类影响室内环境的设备，达到实现建筑室内环境控制系统的高智能化和高节能化。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为计算判断系统判断流程图。
具体实施方式
参见图1，本发明第一个实施例提出了一种基于人员热舒适的室内环境综合控制系统，包括：云监测系统，用于收集不同地区不同时段的人员服装热阻和人员代谢率等数据，并对实时和下一时段的室内外环境参数进行监测，并生成对应的参数信号；计算判断系统，用于接受云监测系统所输送的信号数据，并根据内置软件所带的程序对各项数据进行计算，分析在当前时段和下一时段的室内环境下，人体的热舒适情况，根据人员设定的热舒适目标值，计算得到当前时段和下一时段的环境下，达到设定目标值所需的最优调控方式，并生成环境控制信号；控制系统，用于接受计算判断系统输出的环境控制信号，对一类或各类设备进行实时和预先调控，将室内环境调整至设定目标值。预先调控指：将室外监测的数据替换成下一时刻的数据，并根据下一时刻的数据发出预先控制的指令，数据来源于天气预报，时刻单位为小时。
根据本发明实施例的系统，基于人体热舒适对室内环境进行调控，可以为用户提供高舒适度室内环境，通过对各项设备的集成、控制和优化，达到实现建筑室内环境控制系统的高智能化和高节能化。
在本发明的一个实施例中，所述云监测系统包括：一个或多个数据监测单元，每个监测单元用于收集对应的数据参数。
在本发明的一个实施例中，所述一个或多个数据监测单元包括以下一种或多种：室外实时监测系统，包括实时及下一时段天气监测器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风速传感器、辐射温度传感器、PM2.5传感器；室内实时监测系统，包括温度传感器、湿度传感器、辐射温度传感器、风速传感器；大数据平台，包括不同地区、不同时间(季节)以及不同人群的的穿衣和活动习惯，穿衣服装热阻值和活动代谢率值；以及面向用户的环境参数和能耗数据面板。
本发明的一个实施例中，所述天气监测单元为联网实时天气系统，精确范围为小区级甚至以上，用于输出该范围内天气情况，如下雨、晴、阴、风力等级等。
本发明的一个实施例中，所述大数据平台为导入全国各城市不同季节的人员生活习惯行为下的服装热阻和室内活动的代谢率。该数据为实验成果所得数据。
在本发明的一个实施例中，所述云监测系统同样包括对室内环境控制的历史过程进行记录，以期达到在下个相同情况时可以根据以历史值进行自动调控。
本发明的一个实施例中，计算判断系统为对监测系统所输送数据进行计算，分析当前环境在自然环境或人工冷热源环境下的人体热舒适状态。
本发明的一个实施例中，所述计算判断系统为对各项计算公式进行编程，再导入软件中的程序系统，通过信号转换器导入硬件设备中。
本发明的一个实施例中，所述各项计算公式包含判断当前环境为非人工冷热源环境或人工冷热源环境、APMV计算公式、PMV计算公式、PPD计算公式、判断当前环境的最优控制参数等多项计算程序。
所述软件计算系统根据《民用建筑室内热湿环境评价标准》GB/T50785-2012中的预计平均热感觉指标PMV计算公式、预计不满意者的百分数PPD计算公式、预计适应性平均热感觉指标APMV计算公式，预计适应性不满意者的百分数APPD。
公式说明：PMV-PPD用于人工冷热源(如使用空调)热湿环境评价，APMV-APPD用于非人工冷热源(如自然通风)热湿环境评价。
PMV＝[0.303exp(-0.036M)+0.0275]*{M-W-3.05[5.733-0.007(M-W)-Pa]-0.42(M-W-58.2)-0.0173M(5.867-Pa)-0.0014M(34-ta)-3.96*10fcl[(tcl+273)-(+273)]-fclhc(tcl-ta)}，其中涉及各项参数。但归根到底为六大因素：空气温度、平均辐射温度、相对湿度、风速，服装热阻，人体代谢率(活动量)。
PPD＝100-95×exp[-(0.03353PMV2+0.2179)PMV2]
APMV＝PMV/(1+λ*PMV)。
APPD＝100-95×exp[-(0.03353APMV2+0.2179)APMV2]
以上仅是热舒适这块的计算公式，是整个计算判断流程的一部分。
计算结果要求在下表中的Ⅱ级以上。
计算判断系统内置流程：
以夏季制冷为例，计算判断实时进行，判断流程参见图2。
本发明的一个实施例中，判断当前环境的最优控制参数为通过对计算结果的分析，判断为开窗、开风扇或是开空调，然后在此基础上，继续对一类或多类设备的设定参数进行计算，以期达到最舒适、最高效、最节能的控制效果。
本发明的一个实施例中，所述控制系统不仅有自动控制方式，同样包含用户设定模式。
本发明的一个实施例中，所述控制系统包含空调设定器、风速设定器、窗户设定器等多类设备的集成控制系统根据计算判断系统的输出信号对设备进行控制。
本发明的一个实施例中，所述空调设定器包含空调设定器，包括温度、风速、风向等设定功能，风扇设定器包含风速、风向等设定功能，窗户设定器包含对窗户的开度等设定功能。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于，包括云监测系统、计算判断系统、控制系统，
所述云监测系统包括大数据平台、室内实时监测系统、室外实时监测系统，所述室内实时监测系统用于监测室内的温度、湿度、辐射温度、风速，并将监测数据传递至大数据平台，所述室外实时监测系统用于监测室外的温度、湿度、辐射温度、风速、pm2.5浓度、实时及下时段天气，并将监测数据传递至大数据平台，所述大数据平台导入不同地区、季节里，不同人群的穿衣、活动习惯，以及不同人群的穿衣热阻、人体代谢率；
所述计算判断系统计算判断系统包括软件计算系统，所述软件计算系统接收大数据平台的信息，并向控制系统发出控制指令，所述控制系统包括空调设定器、风扇设定器、窗户设定器；
所述软件计算系统根据人体热舒适指数的各项计算公式以及接收的大数据平台的信息，计算得到当前时段和下一时段下，室内人体热舒适状态、室外人体热舒适状态，并根据设定的热舒适目标值，计算得到当前时段和下一时段的环境下，达到设定目标值所需的最优调控方式，并向控制系统发出实时和预先的控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于，所述空调设定器可以开关空调，并设定空调的温度、风速、风向；所述风扇设定器可以开关风扇，并设定风扇的风速、风向；所述窗户设定器器可以开关窗户，并设定窗户的打开程度。
3.根据权利要求1所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于，所述室内实时监测系统包括以下数据监测单元：温度传感器、湿度传感器、辐射温度传感器、风速传感器；所述室外实时监测系统包括以下数据监测单元：温度传感器、湿度传感器、风速传感器、辐射温度传感器、PM2.5传感器、实时及下一时段天气监测器，所述天气监测器具有联网实时天气系统。
4.根据权利要求1所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于：所述大数据平台具有面向用户的环境参数和能耗数据面板。
5.根据权利要求1所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于：不同地区、季节里，不同人群的穿衣、活动习惯，以及不同人群的穿衣热阻、人体代谢率数据通过调研获得。
6.根据权利要求1所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于：所述云监测系统对室内环境控制的历史过程进行记录，在下个相同情况时，软件计算系统根据记录进行自动调控。
7.根据权利要求1所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于：所述计算判断系统为对人体热舒适指数的各项计算公式进行编程，再导入软件中的程序系统，通过信号转换器导入硬件设备中。
8.根据权利要求7所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于：所述各项计算公式包含判断当前环境为非人工冷热源环境或人工冷热源环境公式、APMV计算公式、PMV计算公式、PPD计算公式、判断当前环境的最优控制参数公式。
9.根据权利要求8所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于：人体热舒适指数的设定方式包括自动控制方式、用户设定模式。
10.根据权利要求1所述的一种基于不同人群热舒适需求的室内环境综合调控系统，其特征在于：预先的控制指令指：将室外监测的数据替换成下一时刻的数据，并根据下一时刻的数据预先控制的指令。
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