CN117232084A - 基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法和装置，属于空气调节系统控制技术领域，控制方法包括：采集辐射型空气调节系统所在建筑的室内环境参数；根据室内环境参数计算ePMV大小，如果在阈值范围内，说明室内环境满足热舒适要求，否则开启辐射型空气调节系统并进行控制；开启辐射型空气调节系统后，计算通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量，并控制通风系统进行送风和辐射地板开启工作；根据辐射地板所需供冷量进行控制辐射地板的供水温度；当辐射地板表面存在结露风险时，将通风系统的送风量增大，并关闭辐射地板工作。本发明优化了辐射型空气调节系统的运行，防止了室内热环境偏移，提高了系统的能源效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法和装置，属于空气调节系统控制技术领域。
背景技术
随着经济的发展，建筑能耗问题日益严重，需要大力推广绿色建筑来减少建筑行业的碳排放。辐射型空气调节系统凭借着低㶲潜力受到人们的关注。系统的辐射地板以辐射传热为主，室内温度分布均匀。另外系统中的通风系统在小流量下工作，噪声小，有较低的初投资，并且使用地埋管直供作为冷源还可以减少运行能耗。
现有技术中，建筑中的辐射型空气调节系统控制通常使用中央集中控制。通风系统和地板辐射系统控制复杂，系统控制通信量高，控制信号发布和接收容易产生偏差，要实现不同回路和控制器之间的准确，传感器要提供高质量数据。另外，以往控制系统均根据客观的室内热环境参数进行工作，其控制下的室内热舒适情况有时与人员对室内环境的主观感知产生偏离。
温控器可以根据室内环境参数对辐射型空调系统发出调节信号。在以往的案例中，通风系统和辐射地板的调节需要多个温控器，以达到监测和控制的效果，这不利于经济效益。并且一般温控器仅由人员自主控制，容易造成设定温度过低/高从而导致室内过冷/热，造成能源浪费。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法和装置，能够提高地板辐射与通风复合供冷系统的调控效率与准确性。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一方面，本发明实施例提供的一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，包括以下步骤：
采集辐射型空气调节系统所在建筑的室内环境参数；
根据室内环境参数计算ePMV大小，如果ePMV在ePMV阈值范围内，说明室内环境满足热舒适要求，否则开启辐射型空气调节系统并进行控制；
开启辐射型空气调节系统后，计算通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量，并控制通风系统进行送风和辐射地板开启工作；
根据所述辐射地板所需供冷量进行控制辐射地板的供水温度；
当辐射地板表面存在结露风险时，将通风系统的送风量增大1.2V s~ 1.5V s，并关闭辐射地板工作。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述室内环境参数包括室内温度、室内湿度、平均辐射温度、地板表面温度、辐射型空气调节系统供回水温度和辐射型空气调节系统送风风速及送风温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV的计算公式为：
ePMV = e × PMV，
PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.0275]*{M-W-0.305[5.733-0.007(M-W)-0.42(M-W-58.15)-1.73*10-2 M(5.867-P a)-0.0014M(34-T in)-3.96*10-8 f cl[(T cl +273)4-(T r+273)4]-f cl. h c(T cl -T in)，
P a =RH*10*exp(16.6536-4030.183/(T in+235))，
，
其中，e为期望因子，T in为室内空气温度；RH为相对湿度；v a为空气流速；T r为平均辐射温度；I cl为衣服热阻；M为人员活动强度；W为人体所做的机械功；P a为人体周围空气的水蒸气分压力；f cl为穿衣面积系数；T cl为衣服外表面温度；h c为对流换热系数，T c为干球温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述期望因子e的计算公式为：
e=A*T in+B，
式中，T in为室内空气温度；A，B为常数。
作为本实施例一种可能的实现方式，在开启辐射型空气调节系统并进行控制过程中，根据用户反馈结果对ePMV进行优化更新，利用优化后的ePMV作为控制目标进行优化ePMV模型，采用优化ePMV模型对室内环境进行准确控制。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量的计算公式为：
，
式中：Q s为通风系统单位时间承担的显热负荷；为空气密度，/>为空气比热容；V s为单位时间内送风风量；T sw为通风系统送风温度，T in为室内空气温度；Qw为通风系统单位时间承担的湿负荷；d in,d s分别是室内空气和送风空气的含湿量；V p为维持室内正压和卫生要求所需送风流量；
，
式中：Q r为辐射系统单位时间承担的负荷；为供水密度，/>为供水比热容；M w为单位时间内供水流量；T g,T h分别为辐射系统供水、回水温度；
+Q s+Q r=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4，
式中：为室内空气密度，V为房间体积；c为空气比热容，T in为室内空气温度；Q 1，Q 2，Q 3，Q 4分别是围护结构、照明、设备和人员形成的冷负荷。
作为本实施例一种可能的实现方式，辐射地板表面存在结露风险的判断依据为：
T s<T dew+2，
其中，T dew是室内露点温度，T s是辐射表面温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述室内露点温度T dew根据测得的室内空气温度和相对湿度参数得到：
，
，
式中，T in为室内空气温度；RH为室内相对湿度，为基于Magnus -Tetens的函数，a和b为常数。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV阈值范围为[-0.5, 0.5]。
作为本实施例一种可能的实现方式，在辐射地板下方敷设聚氨酯硬泡保温板。
另一方面，本发明实施例提供的一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制装置，包括：
参数采集模块，用于采集辐射型空气调节系统所在建筑的室内环境参数；
ePMV计算模块，用于根据室内环境参数计算ePMV大小，如果ePMV在ePMV阈值范围内，说明室内环境满足热舒适要求，否则开启辐射型空气调节系统并进行控制；
控制模块，用于开启辐射型空气调节系统后，计算通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量，并控制通风系统进行送风和辐射地板开启工作；
辐射地板控制模块，用于根据所述辐射地板所需供冷量进行控制辐射地板的供水温度；
结露调节模块，用于当辐射地板表面存在结露风险时，将通风系统的送风量增大1.2V s~ 1.5V s，并关闭辐射地板工作。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述室内环境参数包括室内温度、室内湿度、平均辐射温度、地板表面温度、辐射型空气调节系统供回水温度和辐射型空气调节系统送风风速及送风温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV的计算公式为：
ePMV = e × PMV，
PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.0275]*{M-W-0.305[5.733-0.007(M-W)-0.42(M-W-58.15)-1.73*10-2 M(5.867-P a)-0.0014M(34-T in)-3.96*10-8 f cl[(T cl +273)4-(T r+273)4]-f cl. h c(T cl -T in)，
P a =RH*10*exp(16.6536-4030.183/(T in+235))，
，
其中，e为期望因子，T in为室内空气温度；RH为相对湿度；v a为空气流速；T r为平均辐射温度；I cl为衣服热阻；M为人员活动强度；W为人体所做的机械功；P a为人体周围空气的水蒸气分压力；f cl为穿衣面积系数；T cl为衣服外表面温度；h c为对流换热系数，T c为干球温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述期望因子e的计算公式为：
e=A*T in+B，
式中，T in为室内空气温度；A，B为常数。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV计算模块，还用于在开启辐射型空气调节系统并进行控制过程中，根据用户反馈结果对ePMV进行优化更新，利用优化后的ePMV作为控制目标进行优化ePMV模型，采用优化ePMV模型对室内环境进行准确控制。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量的计算公式为：
，
式中：Q s为通风系统单位时间承担的显热负荷；为空气密度，/>为空气比热容；V s为单位时间内送风风量；T sw为通风系统送风温度，T in为室内空气温度；Qw为通风系统单位时间承担的湿负荷；d in,d sw分别是室内空气和送风空气的含湿量；V p为维持室内正压和卫生要求所需送风风量；
，
式中：Q r为辐射系统单位时间承担的负荷；为供水密度，/>为供水比热容；M w为单位时间内供水流量；T g,T h分别为辐射系统供水、回水温度；
+Q s+Q r=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4，
式中：为室内空气密度，V为房间体积；c为空气比热容，T in为室内空气温度；Q 1，Q 2，Q 3，Q 4分别是围护结构、照明、设备和人员形成的冷负荷。
作为本实施例一种可能的实现方式，辐射地板表面存在结露风险的判断依据为：
T s<T dew+2，
其中，T dew是室内露点温度，T s是辐射表面温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述室内露点温度T dew根据测得的室内空气温度和相对湿度参数得到：
，
，
式中，T in为室内空气温度；RH为室内相对湿度，为基于Magnus -Tetens的函数，a和b为常数。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV阈值范围为[-0.5, 0.5]。
作为本实施例一种可能的实现方式，在辐射地板下方敷设聚氨酯硬泡保温板。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明基于辐射型空气调节系统集中控制与空调温控器控制，开发出集中控制与温控器数据共享和协调控制，得到了一种新型控制方案；通过对室内环境参数的获取以及处理，得到控制依据，将控制策略层次化，以集中控制为基础，温控器控制和集中控制共同作用于辐射型空气调节系统，进一步优化了辐射型空气调节系统的运行，防止了室内热环境偏移，提高了系统的能源效率。
本发明涉及新型人机交互温控器技术，新建人员感知模块，根据人员对环境的感知结果对系统控制进行优化调整，有效的提高了控制系统的灵活性和准确性。同时本发明设计了三种温控器运行模式，有效的解决了温控器控制产生的震荡，保证了辐射型空气调节系统的应用；温控器与集中控制通过无线网络相互传递信号，实现了实时掌握系统及房间参数动态。
本发明所提出的控制系统具有自我学习能力，控制目标在控制过程中根据反馈参数进行优化，为建筑空气调节提供了一种自适应解决方案，使得室内环境贴近人员实际热舒适需求，降低的系统的能耗和碳排放量。
本发明采用了可计算监测通风系统和辐射系统能耗，按照通风系统和辐射系统能耗比例可以对集中控制下的系统运行进行优化，不仅可以对通风系统和辐射系统进行合理调配，而且系统整体能耗也能得到降低；当辐射型空气调节系统关闭后，温控器的设置参数自动调节到新的舒适设定值，在保证房间热舒适前提下，最大化发挥了辐射型空气调节系统的能源效率。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制装置的结构图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种辐射型空气调节系统的结构示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制结构示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种温控器结构示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种利用本发明所述控制装置进行辐射型空气调节系统控制的温控器模式转换方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，包括以下步骤：
采集辐射型空气调节系统所在建筑的室内环境参数；
根据室内环境参数计算ePMV大小，如果ePMV在ePMV阈值范围内，说明室内环境满足热舒适要求，否则开启辐射型空气调节系统并进行控制；
开启辐射型空气调节系统后，计算通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量，并控制通风系统进行送风和辐射地板开启工作；
根据所述辐射地板所需供冷量进行控制辐射地板的供水温度；
当辐射地板表面存在结露风险时，将通风系统的送风量增大1.2V s~ 1.5V s，并关闭辐射地板工作。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述室内环境参数包括室内温度、室内湿度、平均辐射温度、地板表面温度、辐射型空气调节系统供回水温度和辐射型空气调节系统送风风速及送风温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV的计算公式为：
ePMV = e × PMV，
PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.0275]*{M-W-0.305[5.733-0.007(M-W)-0.42(M-W-58.15)-1.73*10-2 M(5.867-P a)-0.0014M(34-T in)-3.96*10-8 f cl[(T cl +273)4-(T r+273)4]-f cl. h c(T cl -T in)，
P a =RH*10*exp(16.6536-4030.183/(T in+235))，
，
其中，e为期望因子，T in为室内空气温度；RH为相对湿度；v a为空气流速；T r为平均辐射温度；I cl为衣服热阻；M为人员活动强度；W为人体所做的机械功；P a为人体周围空气的水蒸气分压力；f cl为穿衣面积系数；T cl为衣服外表面温度；h c为对流换热系数，T c为干球温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述期望因子e的计算公式为：
e=A*T in+B，
式中，T in为室内空气温度；A，B为常数。
作为本实施例一种可能的实现方式，在开启辐射型空气调节系统并进行控制过程中，根据用户反馈结果对ePMV进行优化更新，利用优化后的ePMV作为控制目标进行优化ePMV模型，采用优化ePMV模型对室内环境进行准确控制。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量的计算公式为：
，
式中：Q s为通风系统单位时间承担的显热负荷；为空气密度，/>为空气比热容；V s为单位时间内送风风量；T sw为通风系统送风温度，T in为室内空气温度；Qw为通风系统单位时间承担的湿负荷；d in,d s分别是室内空气和送风空气的含湿量；V p为维持室内正压和卫生要求所需送风风量；
，
式中：Q r为辐射系统单位时间承担的负荷；为供水密度，/>为供水比热容；M w为单位时间内供水流量；T g,T h分别为辐射系统供水、回水温度；
+Q s+Q r=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4，
式中：为室内空气密度，V为房间体积；c为空气比热容，T in为室内空气温度；Q 1，Q 2，Q 3，Q 4分别是围护结构、照明、设备和人员形成的冷负荷。
作为本实施例一种可能的实现方式，辐射地板表面存在结露风险的判断依据为：
T s<T dew+2，
其中，T dew是室内露点温度，T s是辐射表面温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述室内露点温度T dew根据测得的室内空气温度和相对湿度参数得到：
，
，
式中，T in为室内空气温度；RH为室内相对湿度，为基于Magnus -Tetens的函数，a和b为常数。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV阈值范围为[-0.5, 0.5]。
作为本实施例一种可能的实现方式，在辐射地板下方敷设聚氨酯硬泡保温板。
如图2所示，本发明实施例提供的一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制装置，包括：
参数采集模块，用于采集辐射型空气调节系统所在建筑的室内环境参数；
ePMV计算模块，用于根据室内环境参数计算ePMV大小，如果ePMV在ePMV阈值范围内，说明室内环境满足热舒适要求，否则开启辐射型空气调节系统并进行控制；
控制模块，用于开启辐射型空气调节系统后，计算通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量，并控制通风系统进行送风和辐射地板开启工作，所述控制模块用于进行集中控制和温控器控制；
辐射地板控制模块，用于根据所述辐射地板所需供冷量进行控制辐射地板的供水温度；
结露调节模块，用于当辐射地板表面存在结露风险时，将通风系统的送风量增大1.2V s~ 1.5V s，并关闭辐射地板工作。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述室内环境参数包括室内温度、室内湿度、平均辐射温度、地板表面温度、辐射型空气调节系统供回水温度和辐射型空气调节系统送风风速及送风温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV的计算公式为：
ePMV = e × PMV，
PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.0275]*{M-W-0.305[5.733-0.007(M-W)-0.42(M-W-58.15)-1.73*10-2 M(5.867-P a)-0.0014M(34-T in)-3.96*10-8 f cl[(T cl +273)4-(T r+273)4]-f cl. h c(T cl -T in)，
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，
其中，e为期望因子，T in为室内空气温度；RH为相对湿度；v a为空气流速；T r为平均辐射温度；I cl为衣服热阻；M为人员活动强度；W为人体所做的机械功；P a为人体周围空气的水蒸气分压力；f cl为穿衣面积系数；T cl为衣服外表面温度；h c为对流换热系数，T c为干球温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述期望因子e的计算公式为：
e=A*T in+B，
式中，T in为室内空气温度；A，B为常数。
作为本实施例一种可能的实现方式，ePMV计算模块还用于在开启辐射型空气调节系统并进行控制过程中，根据用户反馈结果对ePMV进行优化更新，利用优化后的ePMV作为控制目标进行优化ePMV模型，采用优化ePMV模型对室内环境进行准确控制。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量的计算公式为：
，
式中：Q s为通风系统单位时间承担的显热负荷；为空气密度，/>为空气比热容；V s为单位时间内送风风量；T sw为通风系统送风温度，T in为室内空气温度；Qw为通风系统单位时间承担的湿负荷；d in,d sw分别是室内空气和送风空气的含湿量；V p为维持室内正压和卫生要求所需送风风量；
，
式中：Q r为辐射系统单位时间承担的负荷；为供水密度，/>为供水比热容；M w为单位时间内供水流量；T g,T h分别为辐射系统供水、回水温度；
+Q s+Q r=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4，
式中：为室内空气密度，V为房间体积；c为空气比热容，T in为室内空气温度；Q 1，Q 2，Q 3，Q 4分别是围护结构、照明、设备和人员形成的冷负荷。
作为本实施例一种可能的实现方式，辐射地板表面存在结露风险的判断依据为：
T s<T dew+2，
其中，T dew是室内露点温度，T s是辐射表面温度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述室内露点温度T dew根据测得的室内空气温度和相对湿度参数得到：
，
，
式中，T in为室内空气温度；RH为室内相对湿度，为基于Magnus -Tetens的函数，a和b为常数。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述ePMV阈值范围为[-0.5, 0.5]。
作为本实施例一种可能的实现方式，在辐射地板下方敷设聚氨酯硬泡保温板。
本发明提出了一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法及装置，基于辐射型空气调节系统将其控制系统进行模块化，并基于人机数据交互以及控制模式转化规则设计了控制系统及温控器，最后设计了辐射型空气调节系统的控制方法，实现了控制实时优化运行。本发明用以提高辐射型空气调节系统的经济性和稳定性，提升了住户生活品质。
一、辐射型空气调节系统
辐射型空气调节系统是舒适性空调，他根据人体对温湿度的要求而确定空调运行参数。如图3所示，展示了辐射型空气调节系统的示意图，该辐射型空气调节系统由冷源、辐射地板、水泵、风机、新风系统和控制系统组成。辐射型空气调节系统有两个子系统分别是通风系统和辐射地板系统。通风系统向室内送入新风以调节室内空气湿度和维持室内空气品质。新风处理通过双冷源新风除湿机组，通过改变冷水流量控制送风露点温度及除湿。机组内设置两个具有不同蒸发温度的冷源。新风先由高温冷源（14~16℃）通过第一级高温表冷器进行预冷除湿，然后再由低温冷源（7/12℃）通过第二级低温表冷器进一步冷却除湿，达到送风要求。可处理温度在15~38℃，相对湿度小于90%的室外空气。新风出口温度在16~22℃范围内连续可调。由于辐射型空气调节系统中所需送风风量比较小，送风方式采用置换通风。
为了防止管路冷量向下传播提高房间室内温度的可靠性，在辐射地板下方敷设聚氨酯硬泡保温板，辐射管路采用直径DN10 mm管道，铺设间距为50 mm，另外，冷源系统包括地源热泵和地埋管系统。地源热泵提供7/12℃冷水作为双冷源新风处理机组的低温冷源，地埋管直供系统向地板辐射系统提供18℃左右冷水。由于辐射管道较细，对水质要求较高，因此设置热交换器对辐射环路中水介质进行充分换热。在供回水环路中增加混水装置来控制供回水混合比例控制辐射地板供水温度。
二、控制系统
辐射型空气调节系统采用模块化控制方式，模块化控制方式更便于维护、更换组件。控制系统包括末端系统、集中控制系统、温控器和电动阀门。温控器分别与集中控制系统末端系统和电动阀门通过无线方式进行通信。温控器使用脉宽调制 （PWM） 驱动电路，有助于减少室内温度失调。集中控制系统包括数据模块和控制模块。其中数据模块主要接收并处理室内参数和人员感知结果信号，结合控制模块做出控制反馈。
末端系统包括红外温度传感器、风速测量仪、湿度传感器和水流量计等。它们用来测量室内环境，所测得的室内参数信号通过无线传输到温控器的数据模块，作为控制模块的反馈。温度和湿度是主要控制参数，温度过高会超出热舒适范围，湿度过高会引起辐射表面结露。因此，需要对室内温、湿度进行实时监测和控制。由于在辐射地板内设置辐射探头会使得所测得的温度与地板表面温度产生偏差，因此使用热电堆红外传感器 SMTIR9901/02在非接触下可对地板表面温度进行测量，工作温度范围是-20–100℃，工作电压在2.7~5.5 V。使用BME280温湿度传感器对室内温湿度测量，湿度测量范围为0~100%，温度测量范围为-40~85℃，工作电压在1.7~3.6 V。它们均连接到温控器的数据模块。送风风量、供水流量和温度通过有传感芯的温度计和流量计测量。另外，对于系统控制，从传感器接收到的相关数据被传输到温控器数据模块，作为控制策略依据进而为系统中执行器生成控制输入。数据模块将接收的网络信号转换为室内参数数值信号并存储，最后发送到集中控制系统。其中调节风机、水泵电机范围的电机被认为是无刷直流电机。使用Modbus通信协议，保证各种设备之间的灵活交互。
温控器用于实时控制辐射型空气调节系统，内置32位ARM Cortex-M0 RISC内核，48 MHz的高工作频率，工作电压范围为 2.4 V 至 3.6 V。温控器包括数据模块、控制模块、模式模块、计时模块、显示面板、操作面板和设备外壳。温控器的数据模块集成了高速存储器用于读取数据，其中包括室内温度、室内湿度、地板表面温度、供回水温度、供水流量、送风风速和送风温度。温控器被编程为与人员交互，接收来自传感器的信号或人员控制信号，人员定义室内温度与接收末端系统的测量数据进行对比，其中室内温度的设定值最小为18℃，通过调节风机和供回水温度实现。当出现故障，温控器会显示警告消息。例如：在检测到室内热舒适异常以及断电时自动恢复默认值并发送错误报告。集中控制系统与温控器可以相互取代，也可以共同作用，本发明所提出的控制系统可以根据不同情况下的人员室内热舒适反馈进行自我优化学习。这种运行是通过温控器模式模块实现的。模式模块包括三种运行模式：模式1，模式2和模式3。模式1为温控器控制方式；模式2为协调控制方式；模式3为集中控制方式。
本发明的控制结构图如图4所示。温控器根据室内温度、室内相对湿度于实际温湿度之间的偏差对环境进行调整，并判断结露风险。在模式3中，集中控制接收到室内环境参数和用户反馈结果信号，使用ePMV作为控制目标，根据规定ePMV范围和实际ePMV的偏差对室内环境进行控制，输出通风系统和辐射地板系统的控制信号。
温控器通过计时模块来确定控制系统的交替和系统的关闭，报错模块也是通过计时模块对室内非舒适时间进行统计进而监测系统运行情况。如图5所示，用户界面包括屏幕和按钮，可以在图中观察到。屏幕上显示了室内温湿度，模式，时间，以及设备连接状态。操作面板包括开关按钮，返回按钮，模式选择按钮，确定按钮，模式操作按钮。此外，如果温控器报错，错误原因将显示在屏幕上。计时模块与数据模块相连接。数据模块与计算模块相连接。数据模块，模式模块、计算模块和计时模块分别与控制模块相连接。
注：一个控制区域只设计一个温控器，由温控器接收来自每个传感器的输入，多个传感器信号均通过该温控器传输到集中控制系统，集中控制系统的控制信号也通过温控器对系统进行控制，从而提高温度测量的准确性。
三、辐射型空气调节系统的调控原理
本发明中涉及到的辐射型空气调节系统调控机理主要包括下述内容。
房间所需送风风量需要同时满足对室内湿负荷，热负荷和卫生条件的要求，通风系统所需送风量的计算公式如下所示：
（1），
式中：Q s为通风系统单位时间承担的显热负荷，kJ/s；为空气密度kg/m3，/>为空气比热容，kJ /(kg·℃)；V s为单位时间内送风风量，m3/s；T sw为通风系统送风温度，℃，T in为室内空气温度，℃；Qw为通风系统单位时间承担的湿负荷，g/s；d in,d s分别是室内空气和送风空气的含湿量，g/kg；V p为维持室内正压和卫生要求所需送风风量，m3/s。一般建筑的推荐室内正压为5~10 Pa，卫生要求新风量不小于30 m3/人。
辐射地板所需供水流量的计算公式如下所示：
（2），
式中：Q r为辐射系统单位时间承担的负荷，kJ/s；为供水密度，/>为供水比热容，kJ /(kg·℃)；M w为单位时间内供水流量；T g,T h分别为辐射系统供水、回水温度，℃。
+Q s+Q r=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4（3），
式中：为室内空气密度，kg/m3，V为房间体积，m3；c为空气比热容，kJ /(kg·℃)，T in为室内空气温度，℃；Q 1，Q 2，Q 3，Q 4分别是围护结构，照明，设备，人员形成的冷负荷，kW。
预测平均投票（Predicted mean vote, PMV）是通用的热环境指标，但是该模型在预测过程中忽视了住户的期望，因此本控制系统中集中控制的室内热舒适目标为室内扩展预测平均投票（Extension of the predicted mean vote , ePMV）。根据用户反馈结果对ePMV模型进行优化可以得到对室内热环境可以进行更准确控制。在集中控制时要确保每个控制周期内ePMV处于-0.5~0.5范围内。ePMV是从PMV模型发展而来，PMV是关于人体代谢率M，衣服热阻I，相对湿度H，平均辐射温度Tr，室内空气温度T in，空气速度v的函数，即PMV=y(M, I, H, Tr, Tin, v)，计算公式如下所示：
PMV=0.303exp(-0.036M)+0.0275]*{M-W-0.305[5.733-0.007(M-W)-0.42(M-W-58.15)-1.73*10-2 M(5.867-P a)-0.0014M(34-T in)-3.96*10-8 f cl[(T cl +273)4-(T r+273)4]-
f cl h c (T cl -T in )（4），
P a =H*10*exp(16.6536-4030.183/(T in+235))（5），
（6），
式中，T in为室内空气温度，°C；RH为相对湿度，%；v a为空气流速，m/s；T r为平均辐射温度，°C；I cl为衣服热阻，clo；M为人员活动强度，W；W为人体所做的机械功，在静坐时为零，J；P a为人体周围空气的水蒸气分压力，Pa；f cl为穿衣面积系数；T cl为衣服外表面温度，°C；h c为对流换热系数，W/(m2∙K)，Tc为干球温度。
PMV模型通过期望因子e修正后得到ePMV模型，计算公式如下所示：
ePMV = e × PMV（7），
式中，e为期望因子，取值范围为0.5~1。
其中，期望因子e是室内空气温度的函数，其计算公式如下所示：
e= A*T in+B（8），
式中，T in为室内空气温度，℃；A，B为常数。
室内露点温度根据测得的室内空气温度和相对湿度参数得到，其计算公式如下所示：
（9），
（10），
式中，T d为室内露点温度，℃；T in为室内空气温度，℃；RH为室内相对湿度，%。
四、控制方法
本发明结合温控器对辐射型空气调节系统进行控制的过程如下。
辐射型空气调节根据房间调整供水流量和供水温度，供水流量由带有信号接收器的流量阀精确控制。控制系统分别在送风和回风管道中为每个房间单独调节空气流量，根据调控原理中计算选择。
第一步：采集室内环境参数。在集中控制中对室内的控制在辐射型空气调节系统使用之前，首先检查各个设备组件的正常运行情况，检查信号传输的准确性和实时性。
第二步：辐射型空气调节系统预作用于建筑。温控器启动计时模块，温控器采集室内环境参数，根据公式（4）~（8）计算得到ePMV的大小，判断其是否处于-0.5~0.5范围内，如果室内环境满足热舒适要求，则延迟开启时间，如果室内环境不满足热舒适要求，立即开启辐射型空气调节系统。开启系统后，控制模式自动给跳转到模式3，室内信号通过温控器发送到集中控制系统。此时，根据公式（1）~（3）计算通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量，其中通风系统变风量运行，辐射地板启停控制。当辐射地板表面存在结露风险时，将送风量增大1.2V s~ 1.5V s，并关闭辐射地板。辐射表面结露风险判断依据：T s<T dew+2（T dew是室内露点温度，根据公式（9）和（10）计算得到；T s是辐射表面温度，通过测量得到）。
第三步：地板辐射系统正式作用于建筑。此时根据公式（1）~（3），通风系统变风量运行，辐射地板变供水温度控制。当人员进入房间，对室内环境进行感知判断，可通过选择不同模式对房间进行调节控制，控制系统更新接收到的反馈，并根据反馈结果进行自我学习优化。
控制系统更新接收到的反馈，并根据反馈结果进行自我学习优化的过程如图6所示。首先，启动系统，此时控制系统的设定参数为默认设定。其次，由温控器采集室内环境参数并将相关参数发送到集中控制中，此时集中控制对系统进行控制。然后，人员进入室内对环境控制进行感知。如果用户对室内环境感到满意，维持原有控制设定；如果用户对环境感到不满意但明确参数设定目标，开启模式2控制，温控器控制系统运行状态，用户反馈设定温度被持续更新到集中控制中，根据公式（8）修正期望因子e，得到新的ePMV模型，当模式2运行三个周期之后自动切换到模式3，温控器控制被优化后的集中控制代替；如果用户对环境感到不满意但不明确设定目标，用户通过温控器选择对室内热环境的热感觉程度，集中控制更新接收到的用户反馈结果，重复更新模型过程，通过用户热感觉投票结果修正ePMV优化控制，调整辐射型空气调节系统参数对室内空气进行调节。
辐射型空气调节系统在运行过程中节能潜力主要依赖于辐射地板系统，所以根据公式（1）~（3），当ePMV>0.5时，优先调控辐射地板供水温度，当ePMV<-0.5时，优先调控送风风量。当T s<T dew+2时，提高辐射地板供水温度并增加送风风量。
第四步：结束辐射型空气调节系统运行。温控器中计时模块查询到非工作时段，则关闭辐射地板系统和通风系统，并将温控器设定目标自动跳转到学习后的设定参数。
在整个系统运行过程中，温控器持续监测室内环境波动情况，如果房间不舒适时间超过三个运行周期，则发送错误报告。控制系统中的数据传输都是通过WiFi进行的，如果系统电源中断也会触发报错机制。另外，为了增强系统运行的稳定性，避免频繁调整设定参数，增加设定值的死区区间，室内温度死区区间为2℃，室内相对湿度允许波动范围为10%，降低系统运行能耗。
该系统可以实现对房间数据的实施监控，集中控制系统可以通过温控器的数据共享准确对室内环境参数进行识别，监控，判断和预警。可以随时实现集中控制系统与温控器的交替管理或交互管理。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集辐射型空气调节系统所在建筑的室内环境参数；
根据室内环境参数计算ePMV大小，如果ePMV在ePMV阈值范围内，说明室内环境满足热舒适要求，否则开启辐射型空气调节系统并进行控制；
开启辐射型空气调节系统后，计算通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量，并控制通风系统进行送风和辐射地板开启工作；
根据所述辐射地板所需供冷量进行控制辐射地板的供水温度；
当辐射地板表面存在结露风险时，将通风系统的送风量增大1.2V s ~ 1.5V s，并关闭辐射地板工作。
2.根据权利要求1所述的基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，其特征在于，所述室内环境参数包括室内温度、室内湿度、平均辐射温度、地板表面温度、辐射型空气调节系统供回水温度和辐射型空气调节系统送风风速及送风温度。
3.根据权利要求1所述的基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，其特征在于，所述ePMV的计算公式为：
ePMV = e × PMV，
PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.0275]*{M-W-0.305[5.733-0.007(M-W)-0.42(M-W-58.15)-1.73*10-2 M(5.867-P a)-0.0014M(34-T in)-3.96*10-8 f cl[(T cl +273)4-(T r+273)4]-f cl. h c(T cl -T in)，
P a =RH*10*exp(16.6536-4030.183/(T in+235)) ，
，
其中，e为期望因子，T in为室内空气温度；RH为相对湿度；v a为空气流速；T r为平均辐射温度；I cl为衣服热阻；M为人员活动强度；W为人体所做的机械功；P a为人体周围空气的水蒸气分压力；f cl为穿衣面积系数；T cl为衣服外表面温度；h c为对流换热系数，T c为干球温度。
4.根据权利要求3所述的基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，其特征在于，所述期望因子e的计算公式为：
e=A*T in+B，
式中，T in为室内空气温度；A，B为常数。
5.根据权利要求1所述的基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，其特征在于，在开启辐射型空气调节系统并进行控制过程中，根据用户反馈结果对ePMV进行优化更新，利用优化后的ePMV作为控制目标进行优化ePMV模型，采用优化ePMV模型对室内环境进行准确控制。
6.根据权利要求1所述的基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，其特征在于，所述通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量的计算公式为：
，
式中：Q s为通风系统单位时间承担的显热负荷；为空气密度，/>为空气比热容；V s为单位时间内送风风量；T sw为通风系统送风温度，T in为室内空气温度；Qw为通风系统单位时间承担的湿负荷；d in, d s分别是室内空气和送风空气的含湿量；V p为维持室内正压和卫生要求所需送风风量；
，
式中：Q r为辐射系统单位时间承担的负荷；为供水密度，/>为供水比热容；M w为单位时间内供水流量；T g, T h分别为辐射系统供水、回水温度；
+Q s+Q r=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4，
式中：为室内空气密度，V为房间体积；c为空气比热容，T in为室内空气温度；Q 1，Q 2，Q 3，Q 4分别是围护结构、照明、设备和人员形成的冷负荷。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，其特征在于，辐射地板表面存在结露风险的判断依据为：
T s< T dew +2，
其中，T dew是室内露点温度，T s是辐射表面温度。
8.根据权利要求7所述的基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制方法，其特征在于，所述室内露点温度T dew根据测得的室内空气温度和相对湿度参数得到：
，
，
式中，T in为室内空气温度；RH为室内相对湿度，为基于Magnus -Tetens的函数，a和b为常数。
9.一种基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制装置，其特征在于，包括：
参数采集模块，用于采集辐射型空气调节系统所在建筑的室内环境参数；
ePMV计算模块，用于根据室内环境参数计算ePMV大小，如果ePMV在ePMV阈值范围内，说明室内环境满足热舒适要求，否则开启辐射型空气调节系统并进行控制；
控制模块，用于开启辐射型空气调节系统后，计算通风系统所需送风量和辐射地板所需供水流量，并控制通风系统进行送风和辐射地板开启工作；
辐射地板控制模块，用于根据所述辐射地板所需供冷量进行控制辐射地板的供水温度；
结露调节模块，用于当辐射地板表面存在结露风险时，将通风系统的送风量增大1.2V s ~ 1.5V s，并关闭辐射地板工作。
10.根据权利要求9所述的基于人机交互的辐射型空气调节系统的控制装置，其特征在于，所述室内环境参数包括室内温度、室内湿度、平均辐射温度、地板表面温度、辐射型空气调节系统供回水温度和辐射型空气调节系统送风风速及送风温度。
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