CN1727792A - 空调系统的舒适指数控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种空调系统的舒适指数控制方法,包括对人体和周围环境的6个温热环境要素分别进行检测的检测阶段;该6个温热环境要素值,按常数值进行定义的定义阶段;根据按常数值被定义的6个温热环境要素值,算出预计温热感PMV后,再算出预计不满意率PPD的算出阶段;如果算出的PPD值不到10,则保持当前温度和气流速度的维持阶段;如果算出的PPD值大于10,则对定义的活动量与事先设定的基准值进行比较的比较阶段;把当前的室内温度提高到设定温度的升温阶段;比较结果,如果活动量大于基准值,则对已被定义的当前相对湿度,进行检测的检测阶段;按检测的湿度,驱动空调系统的供气/排气扇,按弱风或强风设定气流速度的设定阶段。
Description
技术领域
本发明涉及一种空调系统的舒适指数控制方法。
背景技术
一般,居住在城市中的人们在住宅、办公室、地下空间等室内环境中度过一天中的80%左右时间。对于这些人来说,无论从工作效率的角度来看还是身体健康的角度来看,室内空间的舒适环境是非常重要的。特别是,随着生活水平的不断提高,人本身对环境的要求也越来越高。
但是,通常封闭空间的空气,在室内人员的呼吸作用下,随着时间的推移,其二氧化碳的含量会逐渐增加,影响室内人员的呼吸。随着办公自动化和地价上涨带来的办公空间紧凑化,办公室内的热负荷正急剧增加,易使室内人员产生压抑感。
为了解决上述问题,为了给办公室内的工作人员创造更加舒适的工作环境,使用用于控制室内温度、湿度的空调系统。而人体对周围温度的感觉是通过相当复杂的热交换过程进行。因此,找出室内温度、湿度、空气流速等综合物理条件与人体温热感之间关系,并以此控制空调系统,存在一定困难。
因此,为了用定量化方式表示温热环境的复合因素对人体的影响,以此简单准确地提供舒适的温热环境范围,正在进行很多指标的开发。其中,主要温热环境指标中有,以ASHRAE(American Society of Heating,Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)为中心的在美国被使用的新有效温度(New Effective Temperature:ET)、以及ISO(the InternationalOrganization for Standardization)7730中采用的在欧洲使用的预计温热感(Predicted Mean Vote:PMV)和预计不满意率(Predicted Percentage ofDissatisfied:PPD)。
上述预计温热感(PMV)是,通过测定人体和周围环境的6个温热环境要素,即通过测定气温、湿度、气流速度、平均辐射温度、穿衣量、活动量后,把上述数据代入到以人体热平衡为基础的舒适方程式,预测人体温热感的指标。下面,用公式1表示上述指标。
【公式1】
这里,C为气温、H为湿度、W为气流速度、E为平均辐射温度、C为穿衣量、M为活动量。
上述预计不满意率PPD是根据预计温热感PMV,用“热”、“温”、“略温”、“中立(0)”、“稍凉”、“凉”、“冷”等设定温热感的尺度,并通过上述设定的温热感尺度,表示对现在环境不满意的人数预计比率。
因此,通过公式1算出上述预计温热感PMV的值后,可以通过下面的公式2表示上述预计不满意率PPD。
【公式2】
然后,根据上述算出的预计不满意率范围,按满足上述范围条件的室内温度、湿度等条件,对空调系统进行控制,可以为使用者提供更舒适的环境。(韩国登录特许公报第10-0275558号)
虽然,上述ISO 7730采纳的预计温热感PMV是,通过全部检测人体周围环境的6各温热环境要素,即气温、湿度、气流速度、平均辐射温度、穿衣量、活动量后,并以此算出的值。但是,对于利用当前预计温热感PMV和预计不满意率PDP,控制室内舒适指数的空调来说,只利用上述6个温热环境要素中的一部分,即气温、湿度、气流速度算出预计温热感PMV。
因此,以这样算出的预计温热感PMV为基础,算出预计不满意率PPD时,不能准确地表示室内人员感觉到的不舒适程度。
利用上述不准确的数据,控制空调系统时,很难消除室内人员感觉的不舒适感,或很难为室内人员提供更舒适的环境。
随着生活水平不断提高,最近对环境舒适程度的要求也越来越高。因此有必要通过更准确的计算,算出预计温热感PMV和预计不满意率PPD,并以此算出更准确的数据,有效地消除室内人员的不舒适感,给室内人员提供更加舒适的环境。
另外,作为上述空调系统中的一员,空气净化器是用于集尘、抗菌的设备,不具有加热室内空气的加热器。因此使用空气净化器时要另外设置加热器。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述缺点,本发明提供一种空调系统的舒适指数控制方法,其根据人体和周围环境的6个温热环境要素,气温、湿度、气流速度、平均辐射温度、穿衣量、活动量,算出更加正确的PMV和PPD。通过利用准确的PMV和PPD控制空调系统,为室内人员提供更加舒适的室内空气质量。在空气净化器中,按PMV和PPD控制正温系数热敏电阻(PositiveTemperature Coefficient:PTC),提高室内人员的满意程度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种空调系统的舒适指数控制方法,其特征在于包括对人体和周围环境的6个温热环境要素,即气温、湿度、气流速度、平均辐射温度、穿衣量、活动量分别进行检测的检测阶段;所述6个温热环境要素值,按常数值进行定义的定义阶段;根据按所述常数值被定义的6个温热环境要素值,按下列公式1,算出预计温热感(Predicted Mean Vote:PMV)后,把所述的PMV,代入到公式2,算出预计不满意率(Predicted Percentage of Dissatisfied:PPD)的算出阶段:如果算出的PPD值不到10,则保持当前温度和气流速度的维持阶段;如果算出的PPD值大于10,则对所述定义的活动量与事先设定的基准值进行比较的比较阶段;如果比较结果该活动量比基准值小,则使空调系统运行,把当前的室内温度提高到设定温度的升温阶段;所述比较结果,如果活动量大于基准值,则对已被定义的当前相对湿度,进行检测的检测阶段;按所述检测的湿度,驱动空调系统的供气/排气扇,按弱风或强风设定气流速度的设定阶段;
公式1:
这里,C为气温、H为湿度、W为气流速度、E为平均辐射温度、C为穿衣量、M为活动量,
公式2:
前述的空调系统舒适指数控制方法,其中气温是通过温度传感器检测的室内温度,平均辐射温度也用所述温度传感器进行检测,所述湿度是通过湿度传感器检测的室内相对湿度,通过空调系统的供气扇和排气扇的旋转数对室内气流速度进行检测,通过所述温度传感器的测定值,对所述穿衣量进行检测,通过MET(metabolic)传感器对室内人员的时间单位活动量进行检测。
前述的空调系统舒适指数控制方法,其中定义的阶段中,检测的室内温度低于15℃时定义为14℃,15℃到17℃时定义为16℃,17℃到19℃时定义为18℃,19℃到21℃时定义为20℃,21℃到23℃时定义为22℃,23℃到25℃时定义为24℃,大于25℃时定义为26℃;检测的湿度为40%以下时,定义为30%,40%到60%时定义为50%,大于60%时定义为70%;温度传感器的检测值低于23℃时,所述穿衣量定义为1.0[clo],大于24℃时定义为0.5[clo];通过MET(metabolic)传感器检测室内人员单位时间内的活动范围,如果活动量小于事先设定的基准活动量,则把活动量定义为1[met],如果大于基准值则定义为2[met];确认定义的所有条件后,按微风,弱风,或强风对所述气流速度进行定义。
前述的空调系统舒适指数控制方法,其中气流速度被空调系统的供气、排气扇的旋转速度控制。
前述的空调系统舒适指数控制方法,其中升温阶段中,室内温度的上升,利用设置在空调系统内的正温系数热敏电阻(Positive TemperatureCoefficient:PTC)进行。
前述的空调系统舒适指数控制方法,其中通过所述PTC提升室内温度的过程,包括向PTC接通电源时,自身发热的作用下,让PTC温度从周围温度连续上升的阶段;另外PTC的温度上升到一定设定温度时,PTC电阻会急剧增加,电流急剧变小,使上升到设定温度以上的温度会重新回落,恢复到设定温度的阶段;当PTC温度下降到设定温度以下时,PTC电阻减小,电流增加,会重新进行加热的阶段;反复进行所述阶段的阶段。
前述的空调系统舒适指数控制方法,其中设定温度是比当前温度高2℃。
前述的空调系统舒适指数控制方法,其中设定阶段中,如果所述检测的相对湿度是50%,则驱动空调系统的供气扇和排气扇,把气流速度设定为弱风,所述检测的相对湿度如果是低于30%或高于70%,则驱动空调系统的供气扇和排气扇,把气流速度设定为强风。
另外,上述升温阶段中,室内温度的上升由设置在空调系统内的正温系数热敏电阻(Positive Temperature Coefficient:PTC)进行为宜。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的空调系统舒适指数控制方法流程图。
具体实施方式
如图1所示,首先对人体和周围环境的6个温热环境要素,即气温、湿度、气流速度、平均辐射温度、穿衣量、活动量,进行检测(S10)。
上述气温是通过温度传感器检测的室内温度,平均辐射温度也用上述温度传感器进行检测。上述湿度是通过湿度传感器检测的室内相对湿度。通过空调系统的供气扇和排气扇的旋转数对室内气流速度进行检测。
另外,通过上述温度传感器的测定值,对穿衣量进行检测,通过MET(metabolic)传感器对活动量进行检测。
这样检测的6个温热环境要素值,按常数值进行定义(S20)。
即,通过温度传感器检测的室内温度低于15℃时定义为14℃,15℃到17℃时定义为16℃,17℃到19℃时定义为18℃,19℃到21℃时定义为20℃,21℃到23℃时定义为22℃,23℃到25℃时定义为24℃,大于25℃时定义为26℃。这时,室内温度和平均辐射温度设为同一值。
通过上述湿度传感器检测的湿度为40%以下时,定义为30%,40%到60%时定义为50%,大于60%时定义为70%。
温度传感器的检测值低于23℃时,上述穿衣量定义为1.0[clo],大于24℃时定义为0.5[clo]。通过MET(metabolic)传感器检测室内人员单位时间内的活动范围,如果活动量小于事先设定的基准活动量,则把活动量定义为1[met],如果大于基准值则定义为2[met]。
这里,上述穿衣量的定义和上述基准活动量的设定基准,通过根据ISO规格进行定义的下列表1和表2决定。
【表1】
附录C:活动量表格
活动 | 代谢率[M] | |
躺着放松地坐着钟表或手表维修放松地站着长时间久坐的活动(办公室、住宅、学校、实验室)开车与书有关的工作—图书装订工站立的、轻微活动(购物、实验室、轻工业)教师室内活动—刮脸、洗漱和穿衣以2km/h的速度行走站立、中度活动(售货员、家务)建筑工业—砌筑(每块15.3kg)站着洗盘子家务—从草坪上把草耙出家务—手洗并熨烫(120-220W/m2)炼铁和钢—用气锤砸铸模建筑工业—形成造型以5km/h的速度行走林业—用单人动力锯割谷物农业—用一队马耕地建筑工业—用手推车运石头和砂浆运动—滑冰,18km/h农业—用铁锹挖土(24次抬起/分钟)运动—在水平的、光滑的雪地上滑雪,9km/h林业—用斧子工作(2kg重,33击/分钟)运动—跑步,15km/h | 46W/m258W/m265W/m270W/m270W/m280W/m285W/m293W/m295W/m2100W/m2110W/m2116W/m2125W/m2145W/m2170W/m2170W/m2175W/m2180W/m2200W/m2205W/m2235W/m2275W/m2360W/m2380W/m2405W/m2500W/m2550W/m2 | 0.8Met1.0Met1.1Met1.2Met1.2Met1.4Met1.5Met1.6Met1.6Met1.7Met1.9Met2.0Met2.2Met2.5Met2.9Met2.9Met3.0Met3.1Met3.4Met3.5Met4.0Met4.7Met6.2Met6.5Met7.0Met8.6Met9.5Met |
【表2】
附录D:穿衣量列表
衣服描述 | IcluClo | Iclum2℃/W | |
夹克 | 汗衫薄的夏季夹克夹克工作服 | 0.130.250.350.3 | 0.0200.0390.0540.047 |
外套和外套夹克和外套裤子 | 外衣鸭绒衣皮质大衣多层衣服的总量 | 0.60.550.70.52 | 0.0930.0850.1090.081 |
杂物 | 袜子厚的短袜厚的长袜拖鞋,棉羊毛鞋子(薄底的)鞋子(厚底的)靴子手套 | 0.020.050.10.030.020.040.10.05 | 0.0030.0080.0160.0050.0030.0060.0160.008 |
裙子、连衣裙 | 薄裙子、15cm,膝盖以上薄裙子、15cm,膝盖以上厚裙子,膝盖处薄连衣裙,无袖的冬季连衣裙,长袖的 | 0.100.180.250.250.4 | 0.0160.0280.0390.0390.062 |
睡衣 | 长袖、长袍薄带、短袍病号袍长袖、长睡裤连脚睡衣短衬裤 | 0.30.150.310.500.720.1 | 0.0470.0230.0480.0780.1120.016 |
礼服 | 长袖、纱质、长的长袖、纱质、短的 | 0.530.41 | 0.0820.064 |
椅子 | 木头的或金属的织物覆盖的、软垫、旋转扶手椅子 | 0.000.100.20 | 0.0000.0160.032 |
相对于所有衣服的比例
Icl=∑Iclu
另外,通过对定义的各条件进行确认,把上述气流速度定义为微风、弱风、或强风中的一个。这时气流速度被空调系统的供气、排气扇的旋转速度调节,其设定条件可以按设计者的定义发生变化。
综上所述,根据被定义成常数值的6个温热环境要素的值,利用上述公式1,算出预计温热感(Predicted Mean Vote:PMV)后,把上述算出的PMV值代入到公式2,算出预计不满意率(Predicted Percentage of Dissatisfied:PPD)(S30)。
另外,上述算出的PPD值小于10时(S40),保持当前的温度和气流速度(S50)。
如果上述算出的PPD值大于10(S40),则对上述定义的活动量是1[met]还是2[met],进行判断(S60)。
上述活动量判断结果,如果活动量为1[met],则让空调系统工作,把当前室内温度提高2℃(S70)。
这里,可以用空调系统内部的正温系数热敏电阻(Positive TemperatureCoefficient:PTC),对上述室内温度的进行稳定的升温。
通过上述PTC进行的室内温度加热原理如下。首先,当前室内温度的提高目标值定位为设定温度(提高室内温度2℃后的温度)。
使PTC接通电源时,自身发热的作用下,PTC温度会从周围温度连续上升。另外PTC的温度上升到一定设定温度时,PTC电阻会急剧增加,电流急剧变小,使上升到设定温度以上的温度会重新回落,恢复到设定温度。
当PTC温度下降到设定温度以下时,PTC电阻减小,电流增加,会重新进行加热。
通过上述过程,把室内温度维持在定义的设定温度,与普通加热器相比,可以更加稳定地维持室内温度。另外,对于空气净化器等不具有加热器的空调系统来说,也可以增设上述PTC,可以进行简单、稳定的控制。
上述活动量判断结果,如果活动量是2[met](S60),则对定义的当前相对湿度进行检测(S80)。
上述检测的相对湿度如果是50%(S80),则驱动空调系统的供气扇和排气扇,把气流速度设定为弱风(S90),上述检测的相对湿度如果是低于30%或高于70%,则驱动空调系统的供气扇和排气扇,把气流速度设定为强风(S100)
通过上述空调系统的运行,可以提供让室内人员满意的温度和湿度条件,减少预计不满意率。表3为本发明的空调系统工作时,使用者满意程度调查表。
【表3】
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
发明效果
综上所述,本发明的空调系统舒适指数控制方法,具有如下效果。
1、根据人体和周围环境的6个温热环境要素,即气温、湿度、气流速度、平均辐射温度、穿衣量、活动量,算出更加准确的PMV和PPD。
2、利用上述准确算出的PMV和PPD,对空调系统进行控制,可以提供让室内人员感到舒适的室内环境。
3、空气净化器中,按PMV和PPD,控制正温系数热敏电阻(PositiveTemperature Coefficient:PTC),对室内温度进行稳定的控制,提高室内人员的满意程度。
Claims (8)
1、一种空调系统的舒适指数控制方法,其特征在于,包括
对人体和周围环境的6个温热环境要素,即气温、湿度、气流速度、平均辐射温度、穿衣量、活动量分别进行检测的检测阶段;
所述6个温热环境要素值,按常数值进行定义的定义阶段:
根据按所述常数值被定义的6个温热环境要素值,按下列公式1,算出预计温热感PMV后,把所述的PMV,代入到公式2,算出预计不满意率PPD的算出阶段;
如果算出的PPD值不到10,则保持当前温度和气流速度的维持阶段;
如果算出的PPD值大于10,则对所述定义的活动量与事先设定的基准值进行比较的比较阶段;
如果比较结果该活动量比基准值小,则使空调系统运行,把当前的室内温度提高到设定温度的升温阶段;
所述比较结果,如果活动量大于基准值,则对已被定义的当前相对湿度,进行检测的检测阶段;
按所述检测的湿度,驱动空调系统的供气/排气扇,按弱风或强风设定气流速度的设定阶段;
公式1:
PMV=(0.303se-0.036sM+0.028)s[(M-W)-H-Ec-Cres-Eres]
这里,C为气温、H为湿度、W为气流速度、E为平均辐射温度、C为穿衣量、M为活动量,
公式2:
2、根据权利要求1所述的空调系统舒适指数控制方法,其特征在于所述气温是通过温度传感器检测的室内温度,平均辐射温度也用所述温度传感器进行检测,
所述湿度是通过湿度传感器检测的室内相对湿度,
通过空调系统的供气扇和排气扇的旋转数对室内气流速度进行检测,
通过所述温度传感器的测定值,对所述穿衣量进行检测,
通过MET传感器对室内人员的时间单位活动量进行检测。
3、根据权利要求2所述的空调系统舒适指数控制方法,其特征在于所述定义的阶段中,检测的室内温度低于15℃时定义为14℃,15℃到17℃时定义为16℃,17℃到19℃时定义为18℃,19℃到21℃时定义为20℃,21℃到23℃时定义为22℃,23℃到25℃时定义为24℃,大于25℃时定义为26℃;
检测的湿度为40%以下时,定义为30%,40%到60%时定义为50%,大于60%时定义为70%;
温度传感器的检测值低于23℃时,所述穿衣量定义为1.0[clo],大于24℃时定义为0.5[clo];
通过MET传感器检测室内人员单位时间内的活动范围,如果活动量小于事先设定的基准活动量,则把活动量定义为1[met],如果大于基准值则定义为2[met];
确认定义的所有条件后,按微风,弱风,或强风对所述气流速度进行定义。
4、根据权利要求3所述的空调系统舒适指数控制方法,其特征在于所述气流速度被空调系统的供气、排气扇的旋转速度控制。
5、根据权利要求1所述的空调系统舒适指数控制方法,其特征在于所述升温阶段中,室内温度的上升,
利用设置在空调系统内的正温系数热敏电阻PTC进行。
6、根据权利要求5所述的空调系统舒适指数控制方法,其特征在于通过所述PTC提升室内温度的过程,包括
向PTC接通电源时,自身发热的作用下,让PTC温度从周围温度连续上升的阶段;
另外PTC的温度上升到一定设定温度时,PTC电阻会急剧增加,电流急剧变小,使上升到设定温度以上的温度会重新回落,恢复到设定温度的阶段;
当PTC温度下降到设定温度以下时,PTC电阻减小,电流增加,会重新进行加热的阶段;
反复进行所述阶段的阶段。
7、根据权利要求5所述的空调系统舒适指数控制方法,其特征在于所述设定温度是比当前温度高2℃。
8、根据权利要求1所述的空调系统舒适指数控制方法,其特征在于所述设定阶段中,
如果所述检测的相对湿度是50%,则驱动空调系统的供气扇和排气扇,把气流速度设定为弱风,所述检测的相对湿度如果是低于30%或高于70%,则驱动空调系统的供气扇和排气扇,把气流速度设定为强风。
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