CN109708227A - 一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，包括实验空间、空调系统模块和控制系统模块；本发明采用铝单板幕墙以及可调节高度的吊顶将整个实验区灵活划分为多个不同尺寸的空间模块。同时配备地源热泵—风机盘管系统和地源热泵—地板辐射系统，将这两种空调末端系统优劣互补，实现分区域精准控制各空间模块内的热环境。受试者可沿某条路径依次经历各空间模块内的不同热环境称之为动线热环境，实现上述动线热环境的按需营造以及精准控制。

Description

一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台

技术领域

本发明属于暖通空调领域，特别是涉及一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台。可为人体动态热舒适实验提供一条足尺规模下按需营造且精准控制的动线热环境实验平台。

背景技术

舒适的热环境是人们学习、工作、生活的基础，随着社会经济技术的发展，人们对于环境热舒适的要求逐渐提高。基于稳态热环境的传统热舒适性研究已经取得了深入的发展，而人体动态热舒适研究目前尚处于建立理论模型和实验探索阶段，例如渐变、突变以及过渡热环境下的人体热舒适研究。此外，人体动态热舒适类属暖通空调领域，已搭建的暖通空调多功能综合实验平台将暖通空调领域的各系统、各设备集中组装在实验台上，达到资源整合的目的，适用于空调系统的相关实验研究，但可以应用于人体动态热舒适实验的平台则是寥寥无几。其原因是由于人体动态热舒适研究目前主要在热环境变化的固定空间内进行人体实验，普通空调房间即可实现热环境变化的实验工况，但普通空调房间一般只能粗调节温度这一种热环境参数，并且调节过程中产生滞后与延迟，达不到快、准、稳的工况切换条件。相对于在热环境变化的固定空间内进行动态热舒适相关实验，部分学者开始进行动线热环境下的人体动态热舒适实验，即受试者在不同稳态热环境的多个相连空间内移动，研究受试者在移动过程中由于不同热环境的过渡而产生的热心理以及热感觉规律，这是动态热舒适领域内的新方向，其实验场地通常选取大型商业综合体，因综合体内不同功能区的热环境存在一定的差异。但商场人流量大，环境嘈杂，并且各功能区的热环境不受实验者的控制，因此必定导致实验结果的可信度下降。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，该实验平台可划分为多个足尺实验小空间，每一实验小空间内的热环境温度均可按需营造以及精准控制。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，包括实验空间、空调系统模块和控制系统模块；所述实验空间的平面通过铝单板幕墙分为六个以上的平面小单元，对应每个平面小单元设置有可调节高度的吊顶，以形成四个以上平面尺寸不同且高度可调的实验小空间；

所述空调系统模块包括地源热泵机组、水系统、风机盘管系统和地板辐射系统，地源热泵机组内进行蒸气压缩循环将室内带出的冷热负荷通过地埋管换热器与地下土壤进行热量交换，用以将室内带出的冷热负荷传递至地源侧，产生的冷热水分为两路，其中一路供应风机盘管系统，另一路供应地板辐射系统；所述水系统是实验空间与地源热泵机组之间的冷热量传输媒介；

所述控制系统模块包括地源热泵—风机盘管控制系统、地源热泵—地板辐射控制系统；所述的地源热泵—风机盘管控制系统采用温控三级调速的控制方式，实验空间内墙设置有带有远传功能的温湿度传感器，每台风机盘管上设置有用以调节风量的三速档位调节阀，各供水管上设置电动两通阀；三速档位调节阀和电动阀门均由温度传感器控制；所述的地源热泵—地板辐射控制系统采用温度反馈控制方式，实验空间的地板内埋设有温度传感器，各供水管上设置电动阀门，通过控制电动阀门的启闭，以营造并控制实验所需的室内温度。

进一步的，所述实验空间的平面总尺寸为24m*24m，并分为16块6m*6m的平面小单元。

进一步的，所述地板辐射系统内的地板辐射盘管根据实验场地平面划分的平面小单元6m*6m为一支环路进行布置，采用调节蝶阀控制盘管环路的水流量，共布置16支独立的环路。

进一步的，所述地源热泵—地板辐射系统的控制流程如下：首先设置实验所需的温度上下限，通过温度传感器实时监测空间内实际温度，当实际温度高于设置温度上限时，反馈给控制系统模块，关闭供水管上的电动阀门，热源停止向地板辐射系统；当实际温度低于设置温度的下限时，开启电动阀门开始供暖；整个控制过程中，地板辐射系统的供水温度和流量始终保持不变，仅通过控制供水管上的电动阀门的启闭实现间歇性供暖，达到精准控制。

进一步的，所述吊顶的高度调节范围为3～9m。

进一步的，实验空间的东、南、西三面外墙安装有铝合金明框玻璃窗，并配备有电动外遮阳幕布以及手动内遮阳幕布。

进一步的，所述铝单板幕墙的两侧悬挂有颜色可调的幕纸。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明采用铝单板幕墙以及可调节高度的吊顶将整个实验区灵活划分为多个不同尺寸的实验小空间。同时配备地源热泵—风机盘管系统和地源热泵—地板辐射系统，将这两种空调末端系统优劣互补，实现分区域精准控制各空间模块内的热环境。受试者可沿某条路径依次经历各空间模块内的不同热环境称之为动线热环境，本发明的重点功效便是实现上述动线热环境的按需营造以及精准控制。

2动线热环境还可通过受试者沿动线移动或者控制某固定实验小空间内空调系统等形式为温度渐变、温度突变、过渡空间等各具特色的动态热环境下人体热舒适实验提供快、准、稳的工况切换功能。

3.实验区东南西三面外墙安装铝合金明框玻璃窗，配备电动外遮阳以及手动内遮阳，铝单板幕墙两侧悬挂颜色可调的幕纸，为自然通风、阳光照射度、空间色彩等因素对人体热舒适影响的相关实验提供适宜的实验平台。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是可升降吊顶系统结构的变化示意图。

图3是实验空间内铝单板幕墙分隔示意图。

图4是地板辐射系统的盘管的布置示意图。

附图标记：1-平面小单元；2-风机盘管；3-铝单板幕墙；4-吊顶；5-地板辐射盘管；t1、t2、t3、t4、t5分别表示各实验小空间营造温度示例

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，本实施例依托于天津大学可变建筑空间综合实验平台，其用地面积3780平方米，建筑面积1588平方米。该建筑共有两层，一层南侧为24m*24m*9m的人体热舒适实验区，北侧为监控室、配电室、消防水泵房、库房、门厅等管理辅助间；二层为办公区以及吊顶控制室。

该实验平台包括实验空间、空调系统模块、控制系统模块。通过以上三者的组合实现足尺规模下按需营造且精准控制的动线热环境实验平台。

本发明的实验空间平面总尺寸为24m*24m，依据末端地板辐射系统的盘管布置，分为了16块6m*6m的平面小单元1，如图1所示。实验场地的吊顶4采用可升降吊顶系统，与平面划分的平面小单元6m*6m相对应，设置了16块从3m到9m高度可任意调节的吊顶4，如图2所示。采用铝单板幕墙3，将实验空间划分成多个不同的实验小空间，如图3所示，基于风机盘管系统和地板辐射系统，每个实验小空间内可营造温度(图3中所示t1至t5)各不相同的热环境，铝单板幕墙3的划分格局不限于图3所示。

本发明的空调系统模块包括：地源热泵机组、水系统、末端的风机盘管系统、末端的地板辐射系统。地源热泵机组设置在实验平台一层北侧的空调机房内，其工作原理是：地源热泵机组内进行的蒸气压缩循环将室内带出的冷热负荷与地下土壤进行热量交换，从而将室内带出的冷热负荷传递到地源侧，产生的冷热水分为两路，一路供应风机盘管系统，另一路供应地板辐射系统。由于地源温度常年相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境温度低，是极佳的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率更高，更加绿色节能。

水系统是实验场地与地源热泵机组之间的冷热量传输媒介。

末端的风机盘管系统，通过在实验空间四周外墙按一定间距沿墙设置了15个立式明装风机盘管2，每个风机盘管2自带独立的三挡调节温控器。风机盘管的工作原理为：借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使室内空气通过盘管而被冷却或加热，以保持房间要求的温度和一定的相对湿度。风机盘管使用的冷水或热水，由上述地源热泵机组供应。

末端的地板辐射系统，地板辐射盘管5按照实验场地平面划分的平面小单元6m*6m为一支环路进行布置，采用调节蝶阀控制盘管环路的水流量，一共布置了16支独立的环路，地板辐射盘管布置如图4所示。

本发明的控制系统模块包括地源热泵—风机盘管控制系统、地源热泵—地板辐射控制系统。地源热泵—风机盘管控制系统采用温控三级调速的控制方式。实验空间的内墙布置远传的温湿度传感器，每台风机盘管上设置三速档位调节风量，各分集水器供水管上设置电动两通阀。三速档位调节阀和电动两通阀均由远传温湿度传感器控制，传感器测得房间的实时温度，根据设定的温度值，判断应采用的动作方式，温度过高相应地降低风盘的档位，温度过低则调高档位，通过控制调节可独立控制各实验模块空间内的温湿度。

地源热泵—地板辐射控制系统采用温度反馈控制。实验空间的地板内埋设温度传感器，各分集水器的供水管设置电动阀门，通过控制电动阀门的启闭，从而营造并控制实验所需的室内温度。地源热泵—地板辐射系统控制的具体流程如下：首先设置实验所需的温度上下限，通过温度传感器实时监测室内实际温度，当实际温度高于设置温度上限时，温度传感器反馈给控制系统，关闭供水管上的电动阀门，热源停止向辐射地板供暖。当实际温度低于设置温度的下限时，开启电动阀门开始供暖。整个控制过程中，地板辐射系统的供水温度和流量始终保持不变，仅仅通过控制分水器供水管上的电动阀门的启闭从而间歇性供暖，达到实准控制。

通过上述设置实现各空间模块内独立热环境的按需营造和精准控制。实验者可根据需要设计一条动线，受试者沿设计动线依次经历各实验小空间内的不同热环境，各实验小空间之间热环境的不同程度取决于实验者按需求所设定的空调设定参数，以此也可实现温度渐变、突变以及过渡等实验热环境的营造。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，其特征在于，包括实验空间、空调系统模块和控制系统模块；所述实验空间的平面通过铝单板幕墙分为六个以上的平面小单元，对应每个平面小单元设置有可调节高度的吊顶，以形成四个以上平面尺寸不同且高度可调的实验小空间；

所述空调系统模块包括地源热泵机组、水系统、风机盘管系统和地板辐射系统，地源热泵机组内进行蒸气压缩循环将室内带出的冷热负荷通过地埋管换热器与地下土壤进行热量交换，用以将室内带出的冷热负荷传递至地源侧，产生的冷热水分为两路，其中一路供应风机盘管系统，另一路供应地板辐射系统；所述水系统是实验空间与地源热泵机组之间的冷热量传输媒介；

所述控制系统模块包括地源热泵—风机盘管控制系统、地源热泵—地板辐射控制系统；所述的地源热泵—风机盘管控制系统采用温控三级调速的控制方式，实验空间内墙设置有带有远传功能的温湿度传感器，每台风机盘管上设置有用以调节风量的三速档位调节阀，各供水管上设置电动两通阀；三速档位调节阀和电动阀门均由温度传感器控制；所述的地源热泵—地板辐射控制系统采用温度反馈控制方式，实验空间的地板内埋设有温度传感器，各供水管上设置电动阀门，通过控制电动阀门的启闭，以营造并控制实验所需的室内温度。

2.根据权利要求1所述一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，其特征在于，所述实验空间的平面总尺寸为24m*24m，并分为16块6m*6m的平面小单元。

3.根据权利要求1所述一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，其特征在于，所述可调节高度的吊顶共有16块，与实验小空间的6m*6m平面小单元相对应，吊顶的高度调节范围为3～9m。

4.根据权利要求1所述一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，其特征在于，所述地板辐射系统内的地板辐射盘管根据实验场地平面划分的平面小单元6m*6m为一支环路进行布置，采用调节蝶阀控制盘管环路的水流量，共布置16支独立的环路。

5.根据权利要求1所述一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，其特征在于，所述地源热泵—地板辐射系统的控制流程如下：首先设置实验所需的温度上下限，通过温度传感器实时监测空间内实际温度，当实际温度高于设置温度上限时，反馈给控制系统模块，关闭供水管上的电动阀门，热源停止向地板辐射系统；当实际温度低于设置温度的下限时，开启电动阀门开始供暖；整个控制过程中，地板辐射系统的供水温度和流量始终保持不变，仅通过控制供水管上的电动阀门的启闭实现间歇性供暖，达到精准控制。

6.根据权利要求1所述一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，其特征在于，实验空间的东、南、西三面外墙安装有铝合金明框玻璃窗，并配备有电动外遮阳幕布以及手动内遮阳幕布。

7.根据权利要求1所述一种基于动线热环境的人体动态热舒适实验平台，其特征在于，所述铝单板幕墙的两侧悬挂有颜色可调的幕纸。