CN110986315B - 基于集中空调系统的室内温度动态调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑热环境领域,公开了一种基于集中空调系统的室内温度动态调控方法,在对人体热舒适主要影响因素进行分析的基础上,结合室外温度变化规律,提出空调环境动态温度调控方法,该方法在满足室内热环境舒适度要求的前提下,使室内热环境动态化,从而增加室内环境对人员的热刺激,在一定程度上减少了由于长期处于稳态空调环境中从而导致的建筑综合症的发生,由于本发明使得室内温度变化规律与室外温度变化趋势相似,因此可有效降低空调系统负荷,促进建筑节能。
Description
技术领域
本发明属于建筑热环境领域,具体涉及一种基于集中空调系统的室内温度动态调控方法。
背景技术
由于社会的不断发展,人们对于生活环境的关注与要求越来越高,空调成为人们生活中不可或缺的一部分。因此,室内环境是否舒适显然已成为空调室内环境的重要评价指标。同时,舒适健康的室内热环境也是人们健康生活和高效工作的前提。据相关调查显示,适当的热环境不仅可以带给人们精神上的愉悦,还可以将工作效率提高到18%以上。
为了研究人体的热舒适性,20世纪70年代丹麦学者Fanger教授通过分析大量的实验数据,建立了评估热环境舒适性的指标,即PMV-PPD指标。由于该指标综合考虑了影响人体热舒适的不同因素,目前被广泛使用。
PMV舒适性指标公式描述如下:
其中,
式中:
M——人体的新陈代谢率(W/m2),常用的新陈代谢率的取值范围为59~69;
W——人体对外做的机械功(W/m2),优选的人体对外做功的取值范围为0~1;
Pa——水蒸气分压力(Pa);
ta——室内空气温度(℃);
tr——平均辐射温度(℃);常用取值范围为25~35℃,优选的取值范围为25~30℃;
fcl——服装的表面积系数,由式-2计算得出;
Icl——服装热阻(m2·K/W);优选的取值范围为0.045~0.225;
tcl——服装的外表面温度(℃),由式-3计算得出;
hc——对流传热系数(W/(m2·℃)),由式-4计算得出;
Va——空气流速(m/s),常用的取值范围为0.5~3,优选的取值范围为2~3。
PMV与PPD之间的关系,如式-5所示。
当PMV在-0.5~+0.5之间,PPD小于等于10%(即允许有10%的人感到不满意)时,室内环境即为舒适环境。
由于传统空调力图使室内保持稳态的环境状况,即人一直处于稳态的环境中,主观热感觉处于热中性状态。研究表明,如果长期处于稳态空调环境中,由于缺少适当的热刺激,减弱了人类的热适应能力,最终导致人体体温调节能力和抵抗力下降,影响人体健康,出现各种与热环境有关的建筑关联症和病态建筑综合症,如目前常见的“空调病”等。针对该问题,国内外学者提出了动态热舒适调控策略。由于动态热舒适调控策略可有效利用热环境的小幅规律性波动,在满足热环境控制的同时实现舒适、健康和节能的统一,现已成为集中空调系统控制领域研究的热点。
然而,目前的相关研究在温度、风速以及舒适度的动态调节过程中,对于室外自然环境的变化规律及人体生理规律等因素考虑不足。因此,如何将室内热环境的控制过程与自然环境变化规律、人体生理规律等因素综合考虑,构建合理的室内环境热舒适调控方法是该领域尚需研究的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于集中空调系统的室内温度动态调控方法,用以解决现有技术中长时间处于稳态空调环境中会相对减少热刺激,导致人体体温调节能力和抵抗力下降,影响人体健康的问题。
为了实现上述任务,本发明采用以下技术方案:
该调控方法是将空调系统的工作期间划分为多个温度调控周期进行调控,每个温度调控周期时长大于等于2h;
对于当前调控周期T,对T的开始整点时刻、结束整点时刻以及与中间转换时刻最接近的整点时刻所对应的室外温度t进行判断,并对室内温度进行升温或降温调控,所述中间转换时刻为R*T对应的时刻,R表示升降温时间比;
若t∈[t'min,t'max],则不对当前t所属时刻进行温度调控;其中:t'min≥27,t'max≤29;
若t∈(-∞,t'min)∪(t'max,+∞),则对当前t所属时刻的室内温度进行升温或降温调控,并且,
对于当前T的开始整点时刻,若当前T为首周期,则当前T的开始整点时刻的室内温度设定值等于室内温度映射值g(t),tmax表示历史室外温度最大值,tmin表示历史室外温度最小值;若当前T不是首周期,则当前T的开始整点时刻的室内温度设定值等于上一个T的结束整点时刻室内温度设定值;
当前T的中间转换时刻的室内温度设定值等于与该中间转换时刻最邻近的整点时刻的g(t);
当前T的结束整点时刻的室内温度设定值根据式Ⅰ获得:
t1表示待调控日升温阶段中当前T的结束整点时刻的温度设定值,所述升温阶段为t持续增大的阶段,η1表示历史升温阶段的室内温度映射值变化率,t2表示待调控日降温阶段中每个T的结束整点时刻的温度设定值,所述降温阶段为t持续减小的阶段,η2表示历史降温阶段的室内温度映射值变化率。
更进一步的,所述cph=1。
更进一步的,所述温度调控周期T=2h。
进一步的,所述待调控日的升温阶段和降温阶段对应的整点时刻为8:00至20:00,总时长为12h。
本发明与现有技术相比具有以下技术特点:
本发明在对人体热舒适主要影响因素进行分析的基础上,结合室外温度变化规律,提出空调环境动态温度调控方法。该方法在满足室内热环境舒适度要求的前提下,使室内热环境动态化,从而增加室内环境对人员的热刺激,在一定程度上减少了由于长期处于稳态空调环境中从而导致的建筑综合症的发生,由于本发明使得室内温度变化规律与室外温度变化趋势相似,因此可有效降低空调系统负荷,促进建筑节能。
附图说明
图1是温度映射示意图;
图2是不同环境下热舒适温度范围图;
图3是室外温度与室内动态温度策略下的温度设定值变化趋势图;
图4是实施例中温度调控后的PMV指数示意图;
图5是实施例中温度调控后的PPD指数示意图。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式,需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例,凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。首先对文中出现的专有名词进行解释:
升/降温阶段:室外温度连续升高的阶段为升温阶段,温度连续降低的阶段为降温阶段。
中间转换时刻:在每个温度调控周期内的温度发生上下波动的时刻,即升温与降温或降温与升温进行转换的时刻。
历史室外温度最大值:待调控日前一天或去年今日采集到的室外温度最大值。
历史室外温度最小值:待调控日前一天或去年今日采集到的室外温度最小值。
历史升温阶段的室内温度映射值变化率:待调控日前一天或去年今日计算得到的在升温阶段的各调控周期内室内温度映射值的变化率。
历史降温阶段的室内温度映射值变化率:待调控日前一天或去年今日计算得到的在降温阶段的各调控周期内室内温度映射值的变化率。
实施例1
在本实施例中公开了一种基于集中空调系统的室内温度动态调控方法,该调控方法是将空调系统的工作期间划分为多个温度调控周期进行调控,每个温度调控周期时长大于等于2h;
对于当前调控周期T,对T的开始整点时刻、结束整点时刻以及与中间转换时刻最接近的整点时刻所对应的室外温度t进行判断,并对室内温度进行升温或降温调控,所述中间转换时刻为R*T对应的时刻,R表示升降温时间比;
若t∈[t'min,t'max],则不对当前t所属时刻进行温度调控;其中:t'min≥27,t'max≤29;
若t∈(-∞,t'min)∪(t'max,+∞),则对当前t所属时刻的室内温度进行升温或降温调控,如当室外温度不在27℃~29℃的范围内时,需映射后调控,例如9点时,27+(2/10)*(31-29)=27.4,并且,
对于当前T的开始整点时刻,若当前T为首周期,则当前T的开始整点时刻的室内温度设定值等于室内温度映射值g(t),tmax表示历史室外温度最大值,tmin表示历史室外温度最小值;若当前T不是首周期,则当前T的开始整点时刻的室内温度设定值等于上一个T的结束整点时刻室内温度设定值;
当前T的中间转换时刻的室内温度设定值等于与该中间转换时刻最邻近的整点时刻的g(t);
当前T的结束整点时刻的室内温度设定值根据式Ⅰ获得:
t1表示待调控日升温阶段中当前T的结束整点时刻的温度设定值,所述升温阶段为t持续增大的阶段,η1表示历史升温阶段的室内温度映射值变化率,t2表示待调控日降温阶段中每个T的结束整点时刻的温度设定值,所述降温阶段为t持续减小的阶段,η2表示历史降温阶段的室内温度映射值变化率。
具体的,所述升温时间和降温时间比例为10:7且即在动态温度调控周期内升温时间约为70min,降温时间约为50min。因为调控周期为2个小时,即120分钟,则每个调控周期内升温时间为(120÷17)×10≈70.59分钟,降温时间为(120÷17)×7≈49.41分钟,则取每个调控周期内升温时间为70分钟,降温时间为50分钟。
具体的,所述待调控日的升温阶段和降温阶段对应的整点时刻为8:00至20:00,总时长为12h。
更进一步的,所述cph=1。
更进一步的,所述温度调控周期T=2h。
进一步的,g(t)表示的含义为:对将当前采集到的室外环境温度序列记为a1,a2,a3……a8,他们构成集合A,即A={a1,a2,a3……a8},V是由空调室内环境初始温度设定值序列(即映射值序列)v1,v2,v3……v8所组成的集合,即V={v1,v2,v3……v8}。设g为集合A到集合V上的一个映射,记作g:A→V。集合A与集合V都是有限集,如图1。
实施例2
以某市2016年8月15日夏季典型工况工作日为例,对早上8:00至20:00的室外环境温度数据进行采集,并依据上述步骤完成对室内初始温度设定值的计算。
表1某市2016年8月15日室外环境温度与室内温度映射值(单位:℃)
由表1可知,室内温度设定值的上界为29℃,下界为27.4℃,根据温度变化量与温度变化周期的关系可得,温度下降期间的温度变化率为0.24℃/h,温度上升期间的温度变化率为0.34℃/h,则在对应动态温度周期内的降温部分与升温部分,依据上述温度变化率进行计算与设定。
表2为基于动态温度方法的各周期内调控时刻的温度设定值(当房间温度低于最适温度时不做调整),由于10min内室外温度的变化量不大,所以对于±10min内的温度取值与最近时刻的温度值相同。
表2动态温度调控方法下各周期内调控时刻的温度设定值(单位:℃)
由于早晨8:00室外温度在是否进行动态温度调控的判断范围内,故对此时的温度值不做调整。由图3可以看出室内温度设定值在每个调控周期内以升温时间与降温时间为10:7的比例在变化,同时,整个工作日内的室内环境温度设定值变化规律与室外温度变化规律大致相似,8:00-15:00时温度处于逐渐上升的状态,在15:00-19:00时温度开始逐渐下降,因此温度调控周期的升温阶段为8:00-15:00,降温阶段为15:00-19:00。
室外升温时间段为8:00-15:00,共计7个小时,室内映射值上界为29,下界为27.4,则升温阶段的温度表化率η1=(29-27.4)÷7=0.34度/小时;室外降温时间段为15:00-20:00,共计5个小时,室内映射值上界为29,下界为27.8,则降温阶段的温度变化率η2=(29-27.8)÷5=0.24度/小时。
将表2中的温度序列带入,对不同周期的热舒适值与不满意率进行计算检验,计算结果如表3所示。
表3 PMV-PPD模型检验结果
由表3可知,采用上述动态温度调控方法,室内热环境满足人体的热舒适性要求,即-0.5<PMV<0.5,PPD<10%。
Claims (6)
1.基于集中空调系统的室内温度动态调控方法,其特征在于,该调控方法是将空调系统的工作期间划分为多个温度调控周期进行调控,每个温度调控周期时长大于等于2h;
对于当前调控周期T,对T的开始整点时刻、结束整点时刻以及与中间转换时刻最接近的整点时刻所对应的室外温度t进行判断,并对室内温度进行升温或降温调控,所述中间转换时刻为R*T对应的时刻,R表示升降温时间比;
若t∈[t'min,t'max],则不对当前t所属时刻进行温度调控;其中:t'min≥27,t'max≤29;
若t∈(-∞,t'min)∪(t'max,+∞),则对当前t所属时刻的室内温度进行升温或降温调控,并且,
对于当前T的开始整点时刻,若当前T为首周期,则当前T的开始整点时刻的室内温度设定值等于室内温度映射值g(t),tmax表示历史室外温度最大值,tmin表示历史室外温度最小值;若当前T不是首周期,则当前T的开始整点时刻的室内温度设定值等于上一个T的结束整点时刻室内温度设定值;
当前T的中间转换时刻的室内温度设定值等于与该中间转换时刻最邻近的整点时刻的g(t);
当前T的结束整点时刻的室内温度设定值根据式Ⅰ获得:
t1表示待调控日升温阶段中当前T的结束整点时刻的温度设定值,所述升温阶段为t持续增大的阶段,η1表示历史升温阶段的室内温度映射值变化率,t2表示待调控日降温阶段中每个T的结束整点时刻的温度设定值,所述降温阶段为t持续减小的阶段,η2表示历史降温阶段的室内温度映射值变化率;
升/降温阶段:室外温度连续升高的阶段为升温阶段,温度连续降低的阶段为降温阶段;
中间转换时刻:在每个温度调控周期内的温度发生上下波动的时刻,即升温与降温或降温与升温进行转换的时刻;
历史室外温度最大值:待调控日前一天或去年今日采集到的室外温度最大值;
历史室外温度最小值:待调控日前一天或去年今日采集到的室外温度最小值;
历史升温阶段的室内温度映射值变化率:待调控日前一天或去年今日计算得到的在升温阶段的各调控周期内室内温度映射值的变化率;
历史降温阶段的室内温度映射值变化率:待调控日前一天或去年今日计算得到的在降温阶段的各调控周期内室内温度映射值的变化率。
4.如权利要求3所述的基于集中空调系统的室内温度动态调控方法,其特征在于,所述cph=1。
5.如权利要求3所述的基于集中空调系统的室内温度动态调控方法,其特征在于,所述温度调控周期T=2h。
6.如权利要求1所述的基于集中空调系统的室内温度动态调控方法,其特征在于,所述待调控日的升温阶段和降温阶段对应的整点时刻为8:00至20:00,总时长为12h。
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