CN114508806B - 一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置和调节方法 - Google Patents

Abstract

一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置和调节方法，装置包括混合箱，混合箱分别连接有高、低温送风管；混合箱出口连接混合送风管；高、低温送风管内均安装高、低温送风机；高、低温送风机分别与频率调节器相连；根据高低温送风管的送风温度及要求的混合送风管的送风温度和流量，频率调节器分别通过调节高、低温送风机的频率调节高、低温送风流量；低温送风和高温送风在混合箱内混合后经由混合送风管送出；本发明可以独立调节送风温度和流量的变化幅度和频率，不需要额外加热，送风温度和流量变化幅度的增大不会导致送风温度和流量变化频率的减小。

Description

一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置和调节方法

技术领域

本发明属于热环境营造技术领域，特别涉及一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置和调节方法。

背景技术

热舒适性显著影响人体的健康性、工作效率，是重要的环境品质。但是热舒适环境营造，包括建筑供冷和供暖，消耗着大量的能量。特别的，在城市热岛效应和全球气候变化的影响下，建筑供冷需求呈现持续增长趋势。

对流热环境营造方法被广泛地应用于热舒适环境营造，如风扇、空调器、中央空调、个性化送风系统等。相比于辐射热环境营造方法，对流热环境营造方法具备两大优点：(1)热环境响应速度快；(2)可兼顾空气品质。

为了降低建筑供冷用能，动态送风技术受到越来越多的关注。现有的动态送风是指送风速度动态变化的送风方式，譬如送风速度正弦变化、矩形变化、模拟自然风。相比于稳态送风速度，动态送风速度能强化刺激人体冷感受器，从而增强人体冷却效应。同样地，送风温度动态变化也能强化人体冷感受器，从而增强人体冷效应。送风温度和速度的同时动态变化，有潜力同时应用动态送风速度和动态送风温度的人体冷效应双重强化作用，从而高能效实现人体热舒适。

跟送风流量的变化幅度和频率一样，送风温度变化幅度和频率都显著影响人体冷效应，因此送风温度和流量的变化幅度和频率都需要独立调节。但是，现有技术缺乏同时调节送风温度和流量的动态送风装置和调节方法。Lampret等人(Lampret

Krese G,ButalaV,Prek M.2018.Impact of airflow temperature fluctuations on the perception ofdraught.Energy and Buildings,179,112-120.)研发了同时调节送风温度和流量的装置，该装置可以独立调节送风流量的变化大小和流量；但是该装置有两大缺点：1)无法独立调节送风温度的变化幅度和频率，即送风温度变化幅度的增大会导致送风温度变化频率的减小；2)需要加热器，导致供冷能耗的增大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置和调节方法，以用于提供温度和速度同时动态变化的送风，有助于综合利用动态送风速度和动态送风温度的人体冷效应强化作用，降低建筑供冷能耗。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置，包括混合箱3，混合箱3入口分别连接有低温送风管1和高温送风管2；混合箱3出口连接混合送风管4；低温送风机5安装在低温送风管1内；高温送风机6安装在高温送风管2内；低温送风机5和高温送风机6的控制线9分别与频率调节器7相连。

所述的控制线9通过有线或者无线实现控制。

所述的高温送风管2与室外风相连通或者与空调系统的回风相连通。

所述的混合箱3是静压箱。

所述的混合送风管4可以简化为静压箱的送风口。

基于上述一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置的调节方法，包括以下步骤：

频率调节器7通过调节低温送风机1的频率调节低温送风流量，低温送风由低温送风管1进入混合箱3；频率调节器7通过调节高温送风机6的频率调节高温送风流量，高温送风由高温送风管2进入混合箱3；低温送风和高温送风在混合箱3内混合后经由混合送风管4送出。

所述的频率调节器7调节具体为：

(1)、根据混合送风管4的送风温度T_s，t和送风流量Q_s，t，调节低温送风机5的频率P_1，t和高温送风机6的频率P_1，t：

基于以下公式：

T_s，t＝(Q_1，tT_1，t+Q_2，tT_2，t)/(Q_1，t+Q_2，t) (3)

Q_s，t＝Q_1，t+Q_2，t (4)

式中，Q_1，t、Q_2，t和Q_s，t分别为t时刻低温送风流量、高温送风流量和混合送风流量，m³/s；T_1,t、T_2,t和T_s,t分别为低温送风温度、高温送风温度和混合送风温度，℃；a₁，b₁、c₁、a₂、b₂和c₂是常数，通过测试或厂家给定的送风机频率和送风流量数据拟合得到；对于轴流送风机而言，送风机的流量和频率近似为线性关系，即a₁和a₂分别为0；

(2)、根据不同时刻要求的混合送风管的送风温度{T_s,t1,T_s,t2,…,T_s,tn}和送风流量{Q_s,t1,Q_s,t2,…Q_s,tn}，根据公式(1)-(4)，动态调节{t₁,t₂,…,t_n}时序的低温送风机的频率{P_1,t1,P_1,t2,…,P_1,tn}和高温送风机的频率{P_2,t1,P_2,t2,…,P_2,tn}。

本发明的优点：

本发明涉及的高温送风可以是室外风或者空调系统的回风，不需要额外的加热器，不会增加制冷负荷。且本发明涉及的不同时刻要求的混合送风管的送风温度{T_s,t1,T_s,t2,…,T_s,tn}和送风流量{Q_s,t1,Q_s,t2,…Q_s,tn}包含着送风温度和送风流量的变化幅度和频率，这意味着本发明可以独立调节送风温度和流量的变化幅度和频率，不需要额外加热，送风温度和流量变化幅度的增大不会导致送风温度和流量变化频率的减小。因此本发明可以克服Lampret等人(Lampret

Krese G,Butala V,Prek M.2018.Impact of airflowtemperature fluctuations on the perception of draught.Energy and Buildings,179,112-120.)研发的送风温度和流量的调节装置的两大缺点。

附图说明

图1为本发明提供的能同时调节送风温度和流量的动态送风装置结构示意图。

图2为本发明提供的送风温度和流量同时调节的方法流程图。

图3为变化幅度较小的实施例混合送风管的送风温度和送风流量。

图4为变化幅度较小的实施例低温送风机频率和高温送风机频率。

图5为变化幅度较大的实施例混合送风管的送风温度和送风流量。

图6为变化幅度较大的实施例低温送风机频率和高温送风机频率。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细叙述。

以图1的装置为例，一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置，包括混合箱3，混合箱3入口分别连接有低温送风管1和高温送风管2；混合箱3出口连接混合送风管4；低温送风机5安装在低温送风管1内；高温送风机6安装在高温送风管2内；低温送风机5和高温送风机6的控制线9分别与频率调节器7相连。

所述的控制线9通过有线或者无线实现控制。

实际应用中，混合箱3可以是静压箱；混合送风管4可以简化为静压箱的送风口。

基于上述一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置的调节方法，包括以下步骤：

频率调节器7通过调节低温送风机1的频率调节低温送风流量，低温送风由低温送风管1进入混合箱3；频率调节器7通过调节高温送风机6的频率调节高温送风流量，高温送风由高温送风管2进入混合箱3；低温送风和高温送风在混合箱3内混合后经由混合送风管4送出。

参照图2，低温送风管1的送风温度T_1,t、高温送风管2的送风温度T_2,t及混合送风管4的送风温度T_s,t决定低温送风机5的频率T_s,t和高温送风机6的频率P_2,t的比值；混合送风管4的送风流量Q_s,t决定低温送风机5的频率P_1,t和高温送风机6的频率P_1,t的和；因此，所述的频率调节器7根据混合送风管4的送风温度T_s,t和送风流量Q_s,t，调节低温送风机5的频率P_1,t和高温送风机6的频率P_1,t：求解公式如下：

T_S,t=(Q_1,tT_1,t+Q_2,tT_2,t)/(Q_1,t+Q_2,t) (3)

Q_S,t=Q_1,t+Q_2,t (4)

式中，Q_1,t、Q_2,t和Q_s,t分别为t时刻低温送风流量、高温送风流量和混合送风流量，m³/s；T_1,t、T_2,t和T_s,t分别为低温送风温度、高温送风温度和混合送风温度，℃；a₁，b₁、c₁、a₂、b₂和c₂是常数，通过测试或厂家给定的送风机频率和送风流量数据拟合得到；对于轴流送风机而言，送风机的流量和频率可以近似为线性关系，即a₁和a₂分别为0。

根据不同时刻要求的混合送风管的送风温度{T_s,t1,T_s,t2,…,T_s,tn}和送风流量{Q_s,t1,Q_s,t2,…Q_s,tn}，根据公式(1)-(4)，动态调节{t₁,t₂,…,t_n}时序的低温送风机的频率{P_1,t1,P_1,t2,…,P_1,tn}和高温送风机的频率{P_2,t1,P_2,t2,…,P_2,tn}。

装置中送风温度的变化具有延滞性，混合箱3内低温送风和高温送风的混合存在不充分性，导致公式(3)出现一定的偏差，但是这在实际应用中通常是可接受的。此外，当实际应用要求的是混合送风管的送风速度，公式(1)-(4)的送风流量可以由送风速度和混合送风管的出风口面积相乘得到。

以某环境仓为例，实测的送风流量与风机频率拟合得到公式(1)和(2)的常数a₁，b₁、c₁、a₂、b₂、c₂分别为-0.0001、0.0150、-0.1015、-0.0001、0.0150、-0.1015。要求的混合送风管的送风温度和送风流量按矩形变化且变化幅度较小时(见图3)：混合送风管4的送风温度在20℃和22℃两个数值周期性切换(变化幅度为2℃)，一个周期时长为60s，20℃送风和22℃送风各占30s；混合送风管4的送风流量在0.3m³/s和0.1m³/s两个数值周期性切换(变化幅度为0.2m³/s)，一个周期时长为60s，0.3m³/s送风和0.1m³/s送风各占30s。依据图2的调节方法，低温送风机的频率和高温送风机的频率调节方式按矩形变化(见图4)：低温送风机的频率在23Hz和10Hz两个数值周期性切换，一个周期时长为60s，23Hz和10Hz各占30s；高温送风机的频率在16Hz和12Hz两个数值周期性切换，一个周期时长为60s，16Hz和12Hz各占30s。

要求的混合送风管的送风温度和送风流量按矩形变化且变化幅度较大时(见图5)：混合送风管4的送风温度在20℃和23℃两个数值周期性切换(变化幅度为3℃)，一个周期时长为60s，20℃送风和23℃送风各占30s；混合送风管4的送风流量在0.4m³/s和0.1m³/s两个数值周期性切换(变化幅度为0.3m³/s)，一个周期时长为60s，0.4m³/s送风和0.1m³/s送风各占30s。依据图2的调节方法，低温送风机的频率和高温送风机的频率调节方式按矩形变化(见图6)：低温送风机的频率在29Hz和9Hz两个数值周期性切换，一个周期时长为60s，29Hz和9Hz各占30s；高温送风机的频率在19Hz和13Hz两个数值周期性切换，一个周期时长为60s，19Hz和13Hz各占30s。

上述实施例表明，本发明可以独立调节送风温度和流量的变化幅度和频率，不需要额外加热，送风温度和流量变化幅度的增大不会导致送风温度和流量变化频率的减小。这克服了Lampret等人(Lampret

Krese G,Butala V,Prek M.2018.Impact of airflowtemperature fluctuations on the perception of draught.Energy and Buildings,179,112-120.)研发的送风温度和流量调节装置无法独立调节送风温度的变化幅度和频率的缺点(送风温度变化幅度的增大会导致送风温度变化频率的减小)。/>

Claims (2)

1.一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置的调节方法，其特征在于，所基于的动态送风装置包括混合箱(3)，混合箱(3)入口分别连接有低温送风管(1)和高温送风管(2)；混合箱(3)出口连接混合送风管(4)；低温送风机(5)安装在低温送风管(1)内；高温送风机(6)安装在高温送风管(2)内；低温送风机(5)和高温送风机(6)的控制线(9)分别与频率调节器(7)相连；控制线(9)通过有线或者无线实现控制；所述的低温送风管(1)与低温冷源连通；所述的高温送风管(2)与室外风相连通或者与空调系统的回风相连通；

调节方法包括以下步骤：频率调节器(7)通过调节低温送风机(5)的频率调节低温送风流量，低温送风由低温送风管(1)进入混合箱(3)；频率调节器(7)通过调节高温送风机(6)的频率调节高温送风流量，高温送风由高温送风管(2)进入混合箱(3)；低温送风和高温送风在混合箱(3)内混合后经由混合送风管(4)送出；

所述的频率调节器(7)调节为：根据不同时刻要求的混合送风管的送风温度{T_s,t1,T_s,t2,…,T_s,tn}和送风流量{Q_s,t1,Q_s,t2,…Q_s,tn}，基于公式(1)-(4)，动态调节{t₁,t₂,…,t_n}时序的低温送风机的频率{P_1,t1,P_1,t2,…,P_1,tn}和高温送风机的频率{P_2,t1,P_2,t2,…,P_2,tn}：

T_s,t＝(Q_1,tT_1,t+Q_2,tT_2,t)/(Q_1,t+Q_2,t) (3)

Q_s,t＝Q_1,t+Q_2,t (4)

式中，Q_1,t、Q_2,t和Q_s,t分别为t时刻低温送风流量、高温送风流量和混合送风流量，m³/s；T_1,t、T_2,t和T_s,t分别为低温送风温度、高温送风温度和混合送风温度，℃；a₁，b₁、c₁、a₂、b₂和c₂是常数，通过测试或厂家给定的送风机频率和送风流量数据拟合得到；对于轴流送风机而言，送风机的流量和频率近似为线性关系，即a₁和a₂分别为0。

2.根据权利要求1所述的一种同时调节送风温度和流量的动态送风装置的调节方法，其特征在于，所述的混合箱(3)为静压箱，混合送风管(4)简化为静压箱的送风口。

Images