CN114909783A - 一种定风量中央空调节能控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定风量中央空调节能控制方法、装置、设备及介质，包括步骤：1)每隔预设时间间隔获取房间图像信息，根据中央空调室内送风口的位置对图像划分区域，识别各分区人数，并计算总人数；2)根据步骤1)计算出的总人数调节进入中央空调的新风总量；3)根据步骤1)识别出的各分区人数调节中央空调各送风口送风量。本发明根据大开间室内总人数以及各分区人数的变化实现了精准、按需送风，提高了各分区热舒适和空气品质，同时节省了新风总能耗。
Description
技术领域
本发明涉及建筑中央空调的技术领域，尤其是指一种定风量中央空调节能控制方法、装置、设备及介质。
背景技术
在现代公共建筑中，室内环境的热舒适性和室内空气品质对人们的健康至关重要。目前常采用中央空调系统进行温度调节，并在空调系统中引入室外新风，以达到维持良好室内空气品质的目的。在目前常用的定风量中央空调系统中，空气处理机组定风量运行，回风和新风混合后经降温除湿送入室内。目前定风量中央空调系统对室内温度的控制通常采用回风温度控制法，通过控制冷冻水流量调节回风温度；而对新风常用的有两种控制方法：一、定新风运行，即新风量固定，无论室内人数如何变化，始终保持固定的新风量；二、变新风运行，即新风量随时间而变化，利用在回风干管设置的二氧化碳浓度传感器对回风二氧化碳浓度进行监测，并与预设的设定值进行比较，利用反馈控制对新风阀门开度进行动态调节，将回风的二氧化碳浓度控制在预设值附近，从而使新风量能够随室内总人数的变化而变化，在保持室内平均空气品质的情况下，大大减少了处理额外新风所带来的能耗。然而，在大开间室内环境下，人员在室内的分布往往不均匀，常常会出现某一区域人员过度集中而其他区域人员过少甚至无人的情景。在这些复杂情况下，传统控制方法依旧是对大开间进行均匀送风，不能识别无人的区域，也无法实现对人员密集区进行按需送风，虽然能保证大开间总体平均的空气温度和空气质量达到某设定值，但是依旧存在人员较少区新风过度送风或者人员密集区局部温度和空气品质不理想的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种定风量中央空调节能控制方法、装置、设备及介质，利用摄像头获取室内的动态平面图像，根据图像识别方法获得室内不同分区的动态人数以及总人数，根据总人数调节输入的新风总量，并根据分区人数变化对空调送风口进行动态调节，从而实现按需送风，提高大开间室内人员集中区域的热舒适和空气品质，并大大降低能耗。
本发明的第一个目的在于提供一种定风量中央空调节能控制方法。
本发明的第二个目的在于提供一种定风量中央空调节能控制装置。
本发明的第三个目的在于提供一种定风量中央空调设备。
本发明的第四个目的在于提供一种计算机可读存储介质。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种定风量中央空调节能控制方法，包括以下步骤：
1)每隔预设时间间隔获取房间图像信息，根据中央空调室内送风口的位置对图像划分区域，识别各分区人数，并计算总人数；
2)根据步骤1)计算出的总人数调节进入中央空调的新风总量；
3)根据步骤1)识别出的各分区人数调节中央空调各送风口送风量。
进一步，在步骤1)中，具体执行以下操作：
采用摄像头获取房间图像信息，时间间隔为△t，接着对所获得的图像根据中央空调送风口的位置进行分区，采用卷积神经网络算法识别各分区人数，并计算房间总人数。
进一步，在步骤2)中，具体执行以下操作：
根据步骤1)计算出的房间总人数确定房间所需的新风总量Qtot，
Qtot＝k·Ntot
式中，Qtot为新风总量，单位为m3/h；k为人均新风量指标，单位为m3/h/人；Ntot为房间内的总人数；
中央空调的室外新风干管入口处设置有用于控制进入中央空调新风量的新风电动阀，利用反馈控制机制调节新风电动阀的阀门开度，进而调节进入中央空调的新风总量，具体为：实时测量进入中央空调的新风量Qmes，比较实测新风量Qmes与所需的新风总量Qtot的差异程度，利用比例积分控制器输出新风电动阀的阀门开度KDout，通过新风电动阀控制进入中央空调的新风量。
进一步，在步骤3)中，具体执行以下操作：
中央空调的每个送风口处均设置有用于控制送风口送风量的送风电动阀，根据步骤1)识别出的各分区人数信息，利用送风电动阀阀门开度的计算公式计算出各分区对应的送风电动阀的阀门开度，通过送风电动阀控制送风口送往各分区的送风量；
式中，KDi为第i个分区送风电动阀的开度，Ni为第i个分区的人数；αi,min和αi,max为常数，分别表示第i个分区送风电动阀开度的下限值和上限值；βi,min和βi,max为常数，分别表示第i个分区人数的下限值和上限值。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种定风量中央空调节能控制装置，包括摄像头、图像处理单元、新风电动阀、多个送风电动阀、风量传感器、第一控制单元和第二控制单元；
所述摄像头用于获取房间图像信息，并将图像信息传输至图像处理单元；
所述图像处理单元用于对图像信息进行分区，并采用卷积神经网络算法识别各分区人数，计算房间总人数；
所述新风电动阀设于中央空调的室外新风干管入口处，用于调节进入中央空调的新风量；
所述送风电动阀的数量与中央空调的室内送风口的数量相一致，且一一对应，每个送风电动阀分别设于对应的送风口的送风支管，用于控制房间内各分区的送风量；
所述风量传感器设于中央空调的新风干管，用于实时测量进入中央空调的新风量的大小并传输信号给第一控制单元；
所述第一控制单元用于根据房间总人数计算所需新风总量，根据风量传感器实时测量的新风量与所需新风总量的差异程度确定新风电动阀的阀门开度，并发送控制信号给新风电动阀以调控新风量达到所需新风总量；
所述第二控制单元用于根据各分区人数计算各分区送风电动阀的阀门开度，并发送控制信号给送风电动阀以调控各送风口送风量。
本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种定风量中央空调设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序指令时实现上述所述定风量中央空调节能控制方法。
本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现上述所述定风量中央空调节能控制方法。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明针对一次回风定风量的中央空调提供了一种改进的节能控制方法及控制装置，实现了对大开间房间按分区人数进行按需送风，突破了传统控制方法因不能识别无人区域或人员密集区域的局限而造成的局部过度送风或局部送风不足，提高大开间室内人员集中区域的热舒适和空气品质，并大大降低能耗。
2、本发明根据大开间室内总人数以及各分区人数的变化实现了精准、按需供应新风，提高了各分区热舒适和空气品质，同时节省了新风总能耗，在提高中央空调健康运行和节能运行方面有广阔应用前景。
附图说明
图1为本发明的定风量中央空调节能控制装置的示意图。
图2为本发明的定风量中央空调节能控制方法的逻辑流程示意图。
图3为本发明具体实施例示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但本发明的使用方式不限于此。
实施例1
如图1至图3所示，本实施例所述的定风量中央空调节能控制装置，包括摄像头1、图像处理单元2、新风电动阀3、多个送风电动阀4、风量传感器5、第一控制单元6和第二控制单元7；
所述摄像头1(网络摄像头)安装于房间内可获取整个房间平面图像信息的位置，本实施例以房间前部侧上角为例，通过摄像头1获取房间图像信息，并将图像信息传输至图像处理单元2；
所述图像处理单元2用于对图像信息进行分区处理，并采用卷积神经网络算法识别各分区人数，计算房间总人数；
所述新风电动阀3设于中央空调的室外新风干管入口处，用于调节进入中央空调的空气处理机组8的新风量；
所述送风电动阀4的数量与中央空调的室内送风口的数量相一致，且一一对应，每个送风电动阀4分别设于对应的送风口的送风支管，用于控制房间内各分区的送风量；
所述风量传感器5设于中央空调的新风干管，用于实时测量进入中央空调的空气处理机组8的新风量的大小并传输信号给第一控制单元6；
所述第一控制单元6用于根据房间总人数计算所需新风总量，根据风量传感器5实时测量的新风量与所需新风总量的差异程度确定新风电动阀3的阀门开度，并发送控制信号给新风电动阀3以调控新风量达到所需的新风总量；
所述第二控制单元7用于根据各分区人数计算各分区送风电动阀4的阀门开度，并发送控制信号给送风电动阀4以调控各送风口送风量。
本实施例的实施对象为某大开间房间，长×宽×高为16×11×3.5m，为房间服务的中央空调采用传统定风量一次回风系统，通过调节空气处理机组的冷冻水流量来控制房间回风温度维持在设定值25℃，该中央空调有6个送风口，因此可以将房间分为6个分区(分别为分区1、分区2、分区3、分区4、分区5和分区6)，房间内额定可容纳人数126人。
本实施例中选择两种典型人员分布案例进行性能评估，定量说明本实施例对于优化空气品质和提高节能性的有益效果。
案例1：房间人数共32人，为额定总人数的25％，人员集中在房间前部，各分区人数为：分区1(16人)、分区2(16人)、分区3(0人)、分区4(0人)、分区5(0人)、分区6(0人)。
案例2：房间人数共63人，为额定总人数的50％，人员集中在房间前部和中部，各分区人数为：分区1(21人)、分区2(21人)、分区3(11人)、分区4(10人)、分区5(0人)、分区6(0人)。
本实施例的定风量中央空调节能控制方法具体包括以下步骤：
1)每隔预设时间间隔获取房间图像信息，根据中央空调室内送风口的位置对图像划分区域，识别各分区人数，并计算总人数；
具体执行以下操作：
采用摄像头获取房间图像信息，时间间隔为△t＝1分钟，采用图像处理单元对所获得的图像进行分区，接着采用卷积神经网络算法识别各分区人数Ni，Ni为第i个分区的人数，并计算房间总人数Ntot。
案例1：房间人数共Ntot＝32人，各分区人数为：分区1(N1＝16人)、分区2(N2＝16人)、分区3(N3＝0人)、分区4(N4＝0人)、分区5(N5＝0人)、分区6(N6＝0人)；
案例2：房间人数共Ntot＝63人，各分区人数为：分区1(N1＝21人)、分区2(N2＝21人)、分区3(N3＝11人)、分区4(N4＝10人)、分区5(N5＝0人)、分区6(N6＝0人)。
2)根据步骤1)计算出的总人数调节进入中央空调的新风总量；
具体执行以下操作：
采用第一控制单元根据步骤1)计算出的房间总人数确定房间所需的新风总量Qtot，
Qtot＝k·Ntot
式中，Qtot为新风总量，单位为m3/h；k为人均新风量指标，单位为m3/h/人；Ntot为房间内的总人数；
本实施例中，k＝30m3/h/人，案例1：所需的新风总量为Qtot＝960m3/h；案例2：所需的新风总量为Qtot＝1890m3/h。
接着利用反馈控制机制调节新风电动阀的阀门开度，进而调节进入中央空调的空气处理机组的新风总量，具体为：采用风量传感器实时测量进入中央空调的新风量Qmes，比较实测新风量Qmes与所需的新风总量Qtot的差异程度，利用比例积分控制器输出新风电动阀的阀门开度KDout，通过新风电动阀控制进入中央空调的新风量达到所需的新风总量；
3)根据步骤1)识别出的各分区人数调节中央空调各送风口送风量；
具体执行以下操作：
采用第二控制单元根据步骤1)识别出的各分区人数信息，利用送风电动阀阀门开度的计算公式计算出6个分区对应的送风电动阀的阀门开度，通过6个送风电动阀控制6个送风口送往各分区的送风量；
式中，KDi为第i个分区送风电动阀的开度，Ni为第i个分区的人数；αi,min和αi,max为常数，分别表示第i个分区送风电动阀开度的下限值和上限值，具体由实际系统测试后确定；βi,min和βi,max为常数，分别表示第i个分区人数的下限值和上限值；本实施例中：αi,min＝0.2，αi,max＝1，βi,min＝5，βi,max＝21。
将本实施例的运行结果与使用传统控制方法的运行结果进行比较：
传统控制方法1：定新风运行，即新风量固定，无论室内人数如何变化，始终保持固定的新风量，新风量按额定总人数计算，即：30m3/h/人·126人＝3780m3/h；
传统控制方法2：变新风运行，即新风量随时间而变化，利用在回风干管设置的二氧化碳浓度传感器对回风二氧化碳浓度进行监测，并与预设的设定值进行比较，利用反馈控制对新风阀门开度进行动态调节，将回风的二氧化碳浓度控制在预设值附近，从而使新风量能够随室内总人数的变化而变化。
表1给出了本实施例的控制方法与两种传统控制方法在空调能耗方面的比较，本实施例的控制方法比传统控制方法1节能49.40％(案例1)和29.63％(案例2)，比传统控制方法2节能15.57％(案例1)和6.11％(案例2)。
表1.能耗比较
表2给出了本实施例的控制方法与两种传统控制方法在室内空气品质方面的比较，结果表明：无论在案例1和案例2，本实施例的控制方法均通过适度送风实现室内二氧化碳浓度维持在规范要求的1000ppm左右；而传统控制方法由于无法感知人数变化均出现了过度送风的情况，特别是在无人区域也大量送风，虽然降低了无人区域的二氧化碳浓度，但能耗较高。
表2.室内空气品质比较
综上所述，本发明所提供的基于大开间室内人员图像分区识别的定风量中央空调节能控制方法及控制装置能够实现按需送风，在提高室内人员集中区域热舒适和空气品质的前提下降低能耗，具有实际推广价值，值得推广。
实施例2
本实施例所述的定风量中央空调设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如实施例1所述的定风量中央空调节能控制方法。
实施例3
本实施例所述的计算机可读存储介质，其上存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如实施例1所述的定风量中央空调节能控制方法。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种定风量中央空调节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)每隔预设时间间隔获取房间图像信息，根据中央空调室内送风口的位置对图像划分区域，识别各分区人数，并计算总人数；
2)根据步骤1)计算出的总人数调节进入中央空调的新风总量；
3)根据步骤1)识别出的各分区人数调节中央空调各送风口送风量。
2.根据权利要求1所述的一种定风量中央空调节能控制方法，其特征在于，在步骤1)中，具体执行以下操作：
采用摄像头获取房间图像信息，时间间隔为△t，接着对所获得的图像根据中央空调送风口的位置进行分区，采用卷积神经网络算法识别各分区人数，并计算房间总人数。
3.根据权利要求1所述的一种定风量中央空调节能控制方法，其特征在于，在步骤2)中，具体执行以下操作：
根据步骤1)计算出的房间总人数确定房间所需的新风总量Qtot，
Qtot＝k·Ntot
式中，Qtot为新风总量，单位为m3/h；k为人均新风量指标，单位为m3/h/人；Ntot为房间内的总人数；
中央空调的室外新风干管入口处设置有用于控制进入中央空调新风量的新风电动阀，利用反馈控制机制调节新风电动阀的阀门开度，进而调节进入中央空调的新风总量，具体为：实时测量进入中央空调的新风量Qmes，比较实测新风量Qmes与所需的新风总量Qtot的差异程度，利用比例积分控制器输出新风电动阀的阀门开度KDout，通过新风电动阀控制进入中央空调的新风量。
4.根据权利要求1所述的一种定风量中央空调节能控制方法，其特征在于，在步骤3)中，具体执行以下操作：
中央空调的每个送风口处均设置有用于控制送风口送风量的送风电动阀，根据步骤1)识别出的各分区人数信息，利用送风电动阀阀门开度的计算公式计算出各分区对应的送风电动阀的阀门开度，通过送风电动阀控制送风口送往各分区的送风量；
式中，KDi为第i个分区送风电动阀的开度，Ni为第i个分区的人数；αi,min和αi,max为常数，分别表示第i个分区送风电动阀开度的下限值和上限值；βi,min和βi,max为常数，分别表示第i个分区人数的下限值和上限值。
5.一种定风量中央空调节能控制装置，其特征在于：包括摄像头、图像处理单元、新风电动阀、多个送风电动阀、风量传感器、第一控制单元和第二控制单元；
所述摄像头用于获取房间图像信息，并将图像信息传输至图像处理单元；
所述图像处理单元用于对图像信息进行分区，并采用卷积神经网络算法识别各分区人数，计算房间总人数；
所述新风电动阀设于中央空调的室外新风干管入口处，用于调节进入中央空调的新风量；
所述送风电动阀的数量与中央空调的室内送风口的数量相一致，且一一对应，每个送风电动阀分别设于对应的送风口的送风支管，用于控制房间内各分区的送风量；
所述风量传感器设于中央空调的新风干管，用于实时测量进入中央空调的新风量的大小并传输信号给第一控制单元；
所述第一控制单元用于根据房间总人数计算所需新风总量，根据风量传感器实时测量的新风量与所需新风总量的差异程度确定新风电动阀的阀门开度，并发送控制信号给新风电动阀以调控新风量达到所需新风总量；
所述第二控制单元用于根据各分区人数计算各分区送风电动阀的阀门开度，并发送控制信号给送风电动阀以调控各送风口送风量。
6.一种定风量中央空调设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1～4任一项所述定风量中央空调节能控制方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机执行指令，其特征在于，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1～4任一项所述定风量中央空调节能控制方法。
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2022
- 2022-05-18 CN CN202210541829.7A patent/CN114909783A/zh active Pending
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