CN1771412A - 使用脉冲调制输送调节空气的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用短的工作循环输送调节空气的方法和设备，其中在所述工作循环内，风门(80)完全打开一定时间并且在剩余的时间内完全关闭。调节空气以低的压力连续供给到风室(48)，并且在所述风门打开时应用到所述空间，在所述风门关闭时阻断所述调节空气。每个工作循环期间的开关比例可被调节以满足所述负荷。当几个供给终端服务空间时，它们的工作循环被交错以避免鼓风机的不稳定。专用马达(84)直接连接到所述风门(轴82)上以快速打开和关闭所述风门。磁性锁止(100)将风门保持在打开或关闭位置直到所述马达再次移动。

Description

使用脉冲调制输送调节空气的方法和设备

技术领域

本发明一般涉及调节空气的输送，从而在建筑物和其他空间中对空气进行加热、冷却、通风和/或其他处理。更具体地，本发明涉及使用脉冲调制技术进行空气输送的方法和设备。

背景技术

传统的为加热和冷却建筑物而输送空气的系统使用三种不同的技术之一。恒定体积系统可以连续供给恒定体积的空气并且改变被供给空气的温度以实现空间内温度的改变。可变体积系统在简单的开/关控制下运行或使用相似的节流风门或鼓风机调制来改变流量。

所有这些传统系统都有严重的缺点。典型的恒定体积系统在空间中使用恒温器，该恒温器可以感知周围温度并发送反馈信号。如果空气温度超过温度设定值，空气供给温度就会下降。相反，如果感知的温度低于设定值，空气供给温度就会增加。虽然恒定体积系统相对简单并且提供了良好的通风，但是由于它们的能量低效，它们的普及率在降低。问题在于，当负荷低时，恒定体积系统输送的空气比维持温度设定值所需的空气多。这导致了鼓风机能量的浪费，这也增加了负面效应如能耗的增加。

可变体积开/关系统被广泛使用，因为它们安装简单、经济并且运行相对便宜。然而，它的重要缺点在于在关闭循环中没有通风，空间的温度不均匀，在开关循环变化间有显著的噪音，在恒温器控制中必需有显著的死区，并且除了单区系统它们都不实用。

利用可变风门或可变鼓风机改变流量的可变体积系统是有利的，因为它们能够紧紧地跟踪空间的负荷并且在鼓风机的能量使用方面是高效的。然而，它们的特征还在于相对高的成本和复杂性，由于流量调制导致的噪音变化，通风效率低，在低的空气体积和负荷下不能充分混合。

改变流量的类似调制技术当空气量在低负荷状态下减小时是特别不利的。当流量减小时，空气动量、速度、空气落差、空气混合和空气感应也减小。这导致了空间的占有人的不舒适并损害了系统的热效率。通过使用空气终端，已经着手解决这些问题，在所述空气终端中，当流量减小时，可以限制排放面积以维持相对恒定的速率。然而，排放空气的量仍然减小了，并且在动能、动量、混合、感应和空气落差等方面仍然存在相关的局限。在低供给压力下，这些问题特别显著。由于所有这些原因，所谓的恒定速率、可变面积装置对于它们能成功控制的负荷状态的范围都存在不足。

与可变风门机构相关的另一个问题是灵敏度。标准的实施为风门提供了慢的打开和关闭时间以更好地匹配空间的动态响应从而对控制、传感元件和风门机构做出响应。如果响应太快，可导致风门的不稳定控制并产生“摆动(hunting)”状态，在这种状态下，风门反复地重新定位但不能产生正确的空气量。相反，如果风门打开和关闭太慢，空间的温度控制将遭难。这种状态是指“漂移”并且经常是由于为了避免摆动效应而以瞬时响应为代价的结果所致。达到系统良好调整的折衷总是具有挑战性的，并且即使成功也常常耗费很多力气。

现有技术的风门的其他问题在于它们存在噪音，这些噪音主要在空气速率改变时产生。以低流量穿过小面积的空气可能导致硬件部分的振动，并且还可能由于空气本身导致讨厌的噪音。结果是，产生了讨厌的噪音，而在不同流量时变化的噪音使得这种状态更不能接受。

以其他方式对诸如高或低湿度、缺氧、二氧化碳过量等处理的空气也存在相同的问题。

发明内容

本发明涉及一种用来输送调节空气的改进方法和设备，所述方法和设备利用脉冲调制克服或者至少显著减小了过去给空气输送系统带来麻烦的问题。

本发明的重要目的是提供一种以某种方式输送空气的方法和设备，所述方式是不管所述负荷状态都可以实现全量、全动能、全动量、全感应、最大流量和速度的输送空气以使所述供给空气与所述空间中的空气完全混合。

本发明的其他重要目的是提供一种方法和设备，所述方法和设备的特征在于利用低的供给压力(优选地，小于0.25英寸水柱)。

本发明的其他目标是提供一种方法和设备，所述方法和设备的特征在于仅产生最少的噪音(优选地，在普通环境下，所述噪音是人听不到的)。

本发明的其他目标是提供一种方法和设备，所述方法和设备的特征在于风门或其他流量控制装置没有“摆动”或“漂移”。

本发明的其他目标是提供一种方法和设备，所述方法和设备的特征在于安装经济且运转高效。

本发明的其他目标是提供一种方法和设备，所述方法和设备的特征在于可以紧紧地维持温度设定值以使被供给调节空气的区域达到最大化的舒适度。

本发明的其他目的是提供一种改进的空气终端和风门结构，在调节空气输送到建筑物和其他空间时可以表现出改进的性能，特别是在有效混合、更均匀的温度、更少的鼓风机能耗、高效的通风以及在其他性能特性方面。

本发明的其他目的是根据所述方法和设备提供一种不需要平衡的终端单元。

本发明的其他目标是提供一种方法和设备，所述方法和设备的特征在于可变空气体积和恒定空气体积装置可用于相同的系统。在这点上，所述空气终端单元具有最大的空气流量体积，这取决于所述出口的排放面积而不是风门。因此，有些终端可以配备风门以实现可变空气体积运行(通过脉冲调制)，而其他终端可以没有风门从而在恒定体积模式下运行。

本发明的其他目标是提供一种方法和设备，所述方法和设备的特征在于所述终端是压力依赖型的。因为所述终端空气体积通过压力和所述风门在每个工作循环期间打开状态的持续时间来控制，因此可以改变压力以实现终端的不同落差特性。同时，所述风门提供了独立于所述压力的预期流量体积。

这些和其他目的是通过提供一种独特设置的空气输送系统实现的，其中所述系统使用脉冲调制来控制调节空气的输送。根据本发明的优选实施例，调节空气以低压力供给到一个或多个输送所述空气的终端单元。每个终端单元配备有一个或多个特殊结构的风门，所述风门在完全打开和完全关闭位置之间循环以全速供给空气和几乎完全关闭或切断所述空气。

所述风门是独特构造的，以通过在每个相对短的工作循环的一部分期间打开和在所述循环的剩余部分期间关闭而维持所述空间处于温度设定值。每个循环的打开时间和关闭时间的比值确定了输送到所述空间的调节空气的平均时间，同时这也取决于恒温器或其他控制装置感知的负荷。所述工作循环的故意发生快于所述热传感器能够探测到的任何温度变化。然而，由所述开/关循环产生的平均流量以某种方式受到控制，在所述方式中所述风门被保持打开足够的时间以使所述平均流量满足所述温度设定值。

本发明系统中的空气“脉冲”来自于全压输送的空气以及一段时间中到达所述终端单元的体积，该段时间足够建立终端的全落差。所述风门打开的持续时间是足够的以允许空气喷射或卷流完全展开。

这种脉冲调制技术的优点在于每个风门可以完全打开或完全关闭并且在部分打开的位置不会浮起。这种双重型运转允许使用低供给压力，因为无论何时风门被打开，它是被完全打开的并且以全速、全量、全落差输送空气，因此在风门每次打开时，它以相同的动量和相同的动能实现了彻底混合。因此，可以利用低压流动而不会遇到大的困难，并且避免了现有技术的系统可变体积通常存在的空气分配问题。另外，也没有噪音问题或风门“漂移”或“摆动”问题。

本发明的特征在于控制系统，在其中不同的风门可以在不同的时间打开和关闭，同时每个风门都保持相同的工作循环。优选地，所述终端以串级链的方式控制，其中应用于第一终端的“打开”脉冲相对于第二终端以预选的时间延迟被延迟，如果存在第三终端的话则延迟另一时间延迟，以此类推。结果是，每个终端具有相同的开/关循环持续时间，但是所述循环在时间上是交错的以稳定所述空气输送和鼓风机运行。如果所有风门同时打开和同时关闭，流量将从0突然跳到最大值，并且可能潜在的不稳定流动方式和不稳定鼓风机状态也会产生问题。

本发明还构思了一种具有改进性能的终端和风门驱动结构，使得它们特别适合用于脉冲调制系统和其他类型的可以利用它们性能特性的系统。在这方面，所述风门由特殊马达控制，所述马达可以快速打开和关闭所述风门而不会产生讨厌的噪音并且在大量的循环中磨损最小。另外，所述终端单元的出口尺寸可被调节以提供许多性能优势。

本发明的其他和进一步的目的以及从属于其的新颖特征在以下的描述中将显而易见。

附图说明

在形成说明书一部分并且结合说明书阅读的附图中，相同的附图标记用来指代各个视图中的相同部分，其中：

图1是现有技术中常用类型的常规空气输送系统的示意图；

图2是根据本发明优选实施例构造的空气输送系统的示意图；

图3是图2中附图标记3所指代的细节的放大比例局部正视图，为了示出目的各部分被剖开；

图4是可被整合在本发明中的空气终端单元的俯视透视图；

图5是沿图3线5-5在箭头方向上展开的剖视图，为了示出目的各部分被剖开；

图6是沿图5线6-6在箭头方向上展开的剖视图，虚线指示处于其关闭位置的风门；

图7是沿图5线7-7在箭头方向上展开的放大比例的局部剖视图；

图8是可以使用根据本发明的空气输送系统的控制系统的示意图；

图9是具有可调节挡板的备选终端单元的局部示意图；

图10是可以使用根据本发明的空气输送系统的控制系统的流程图；

图11是用于图10系统的增加打开时间的程序的流程图；

图12是用于图10系统的减少打开时间的程序的流程图；

图13是用于图10系统的打开脉冲输出的程序的流程图；和

图14是用于图10系统的关闭脉冲输出的程序的流程图。

具体实施方式

现在参考更详细的附图，图1示意性地示出了典型的现有技术的空气输送系统，该类型的系统可以将调节空气输送到具有墙14和屋顶16的建筑物12内的房间10中。在屋顶16下面隔出房间10的假顶棚18以在顶棚上提供开放的间隙空间20。鼓风机或其他冷热空气源(未示出)将调节空气供给到在空间20中延伸的供给管道22。管道22依次供给一条或多条小管道24，这些管道通向顶棚安装的终端26。终端26将调节空气扩散到房间10。可以位于顶棚上的一个或多个回流格栅28允许回流空气排出房间10。为管道22供给的鼓风机(未示出)和加热或冷却空气的加热或冷却单元通过位于房间10中的恒温器或其他温度传感器(也未示出)以常规方式控制。

为了给管道系统和其他设备的安装提供足够空间，通常该空间20在顶棚18和屋顶16之间要具有36英寸的高度或更多。

现在详细参考图2，本发明涉及一种空气输送系统，它对图1所示的常规系统和其他类型的已知系统的许多方面进行了改进。建筑物30包括地板32和墙或将建筑物内的空间分隔成多个不同房间36的隔板34。建筑物18具有屋顶38，在其下提供了假顶棚或吊顶40以覆在房间36之上。在顶棚40和屋顶38之间提供了间隙空间42，但是与例如图1的常规系统所需空间20的通常36英寸的高度相比，该空间仅为大约18-24英寸高。

本发明的系统可以配备屋顶顶部单元44，该单元包括用于加热和冷却空气的鼓风机46和合适的设备(未示出)，以及过滤器和其他常规装置。在空间42中的壳体50内形成一个或多个供给风室48，该壳体50可以使风室或各风室48刚好位于吊顶40之上。虽然也可以使用全部连接在一起并且以相同的压力接收空气的多个风室48，但优选地，仅有单个风室48占用大部分的间隙空间42。鼓风机46的排风侧46与通向风室48的管道52连接以为该风室供给调节空气。每个供给风室48设置了一个或多个终端单元54，该终端单元可以安装在顶棚40上并且将调节空气从风室48供给到下面的房间36。虽然为了简明，每个风室48被示为具有单个终端单元54，但是可以预想，每个风室48可以配备相对多数量的终端单元，将更全面的解释。

图3和4可以最好地示出每个终端单元54的构造。每个终端单元54可以临近形成在顶棚14上的开口56安装。每个终端单元包括具有底部边缘60的罩58，所述底部边缘可以位于临近开口56的顶棚14的顶部上。在罩58的顶部部分上形成上翻的圆柱形套环62，在其中有圆形的通道64，调节空气穿过该通道向下流入罩的内部。

罩58包括环形肩部66，该肩部是水平的并且刚好位于套管64的外面。水平挡板68通过多个悬架70挂在肩部66下面。挡板68与顶棚14位于大致相同的水平面但是小于开口56以提供出口72，罩58内的空气穿过该出口沿图3中的指示箭头74所示排入下面的房间。

水平安装板76固定在套管64顶部并且支撑通常由数字78指代的风门壳。风门壳78可以是矩形的并且可以配备有一个或多个风门80。如图所示，可以提供两个风门80，尽管在各个终端单元中可以使用不同数量的风门。

风门壳78具有敞开的顶，该顶敞开到风室48以接收供给到该风室的调节空气。穿过风门壳78向下进入罩58的气流通过风门80控制。如图6所示，每个风门80可以采取安装在水平轴82上的扁平风门片的形式。当轴82被转动时，风门80在图6实线所示的打开完全位置和图6虚线所示的完全关闭位置之间旋转。在完全打开位置，每个风门80具有垂直方向，因此提供了穿过风门壳78的最大流量。在关闭位置，每个风门80水平延伸，并且两个风门基本完全占据了风门壳78内部，从而基本阻断了从风室48到罩58的调节空气气流。在风门壳内风门80没有提供彻底的密封，因此即使在风门关闭时，有些空气也可以穿过风门壳。因此，在风门关闭时，该结构提供了被控制的漏气量。每个风门80可在风门的打开和关闭位置之间旋转90度的圆弧。

每个风门80配备有致动器，所述致动器的形式可以为专用电机84，以将该风门在打开和关闭位置之间旋转。如图4和5所示，电机84安装在固定在风门壳78一侧的电机壳86中。轴82延伸穿过风门壳78并且支撑在风门壳上以旋转。每个轴82伸入电机壳86中并且与形成电机一部分的转子88连接。

特别参考图7，每个转子88是圆柱形的并且位于安装到壳体86上的定子90外部。定子90具有一对相对的保持相同极性的绕组92和另一对相对的彼此保持相同极性但与绕组92极性不同的绕组94。转子88是铁磁的并且具有一对相对的彼此相同极性的磁极96。转子88上的另一对相对的磁极98彼此具有相同的但与磁极96相反的极性。流入绕组92和94的电流可以反向以致动电机并将风门80从打开位置到关闭位置或从关闭位置到打开位置旋转90度圆弧。

电机84设置有磁性锁止装置，该装置包括临近其中一个磁极96安装在转子88外侧的永久磁铁100。四个金属销102固定在壳体86上，并且只要绕组92和94与磁极96和98对齐时，这些销就在磁铁100与其中一个销102对齐的位置处隔开90度。临近其中一个销102的磁铁100的对齐将转子88可释放地锁止在合适的位置从而将风门80锁止在其打开和关闭位置而不需要机械止块。

优选地，定子90固定在印刷电路板104(图3)上，该印刷电路板被固定在壳体86上并且包括在电机和控制电路之间提供接口的电路，其中所述控制电路可以以某种将全面解释的方式控制风门的打开和关闭位置。每个风门轴82直接与转子88连接，因此风门可以在其打开和关闭位置之间快速旋转。优选地，绕组92和94的激励电流是仅施加足够时间使转子开始旋转的瞬时电流。当转子转动90度圆弧时，由于磁铁100和随后与磁铁对齐的金属销102之间的磁性吸引，转子被锁止在合适位置。因此，风门80在打开和关闭位置之间快速旋转并且被磁性锁止装置锁止在它们旋转到的任何位置处。全部完成过程不需要电机或风门上的机械止块或密封。

虽然，优选地，风门80为所示类型的蝶型风门，但是也可以使用其他类型的风门，包括百叶窗型风门、滑阀型或其他类型的具有合适致动器的风门机构。

本发明的风门机构的特征在于代替其他风门以改善系统性能的能力。作为实例，可以用本发明的风门代替美国专利No.6,019,677中所示类型的风门机构。

参考图2，每个房间36可以配备恒温器106或其他传感器。恒温器106可被设置到选定的温度设定值并且提供有用来感知房间36中周围空气温度的传感元件。来自每个恒温器106或其他传感器的信号通过合适的线路108提供给风门的控制电路。

继续特别参考图2，每个房间36上的顶棚40设置有一个或多个位于供给风室48之间的回流通风调节装置110。回流风室112设置在空间42中并且占据了没有被供给风室48占据的空间。回流风室112接收穿过回流格栅110的空气并且通过回流管道114与鼓风机46的进风侧连接。

风门的控制系统是本发明的重要方面并在图8中示意性地示出。控制电路116接收来自不同房间36的恒温器106或其他传感器的输入信号。基于从恒温器106或其他传感器(它们可以感知各种状态，例如空气温度、湿度、平均辐射空间温度、缺氧、二氧化碳过量或其他调节空气所需的状态)接收到的信号，控制电路116将控制信号提供给操作不同房间36内的风门的马达84。控制电路116可以通过线118为马达84提供“打开”信号，通过线120为马达提供“关闭”信号。当打开信号作用在线118上时，马达84被激活将相应的风门80旋转到打开位置，风门将保持锁止在该位置直到在线120上提供关闭信号。然后，马达将风门旋转到关闭位置。

风门的控制是本发明的独特方面并且包括为每个风门分配相当短持续时间的工作循环，该工作循环一般在两分钟以内，常常总计仅为数秒。在每个工作循环期间，风门80在某个时间周期内保持打开(或“开”)，这取决于温度设定值和空间中的实际温度。在每个工作循环的剩余期间，风门保持关闭(或“关”)。每个“打开”或“开”时间周期的持续时间可被调节以保持温度设定值。作为实例，如果其中一个房间36的最大空气流量为100立方英尺/分(cfm)，风门在每个工作循环的全部期间保持打开可以为房间提供100立方英尺/分的流量。如果工作循环为60秒长，那么风门在每个工作循环中保持打开48秒以及关闭12秒可以向该空间输送80立方英尺/分的流量。为了提供40立方英尺/分的流量，风门可以保持打开24秒以及关闭36秒。

可以使用其他的工作循环。例如，工作循环可以仅为10秒或更短，那么风门通常将相对频繁地打开和关闭。相反地，如果工作循环为两分钟长，那么风门将相对较不频繁地打开和关闭。可以选择工作循环的长度以满足期望的任何状态，这取决于所涉及到的许多变量。一般，工作循环的持续时间将短于恒温器或其他传感器可以感知的温度变化。可以设想，在大多数应用中，工作循环将为12-60秒。

作为典型的运行实例，在最大空气流量为100立方英尺/分的系统中，工作循环可以为12秒。当负荷为50％时，风门可以在每个工作循环中打开6秒并且在每个工作循环剩余的6秒内关闭以提供50立方英尺/分的平均空气流量。在工作循环的“开”部分，100立方英尺/分流入房间。在“关”的工作循环过程中，几乎没有空气输送到房间，尽管少量的泄漏是故意允许的，它的好处是在风室中保持了稳定的状态。

将此与传统的调制风门系统比较，该风门将被调制到半开位置直到50立方英尺/分的流量被连续输送到该空间。利用传统的“开/关”系统，空气供给将被打开大约5分钟，然后关闭大约5分钟，以提供50％的平均运行时间。在这种类型的系统中，与本发明系统具有的6秒“开”循环相比，“开”循环通常为5分钟。

本发明设想鼓风机46将连续运行并且将风室48保持在恒定的和相对较低的压力下。作为实例，通常的风室压力小于0.10英寸水柱(inch wg)或者更优选地为大约0.05英寸水柱，在大部分情况下内部损失为0.01英寸水柱或甚至更小。因此，穿过终端单元54的压力降较低，从而将空气流通保持在人类听觉范围以下的水平。另外，无论何时在终端单元54的风门80被打开时，空气的速度和落差是恒定的，从而实现了冷热空气在整个房间36内的彻底混合和有效分布。

可以设想，需要供给调节空气的各个空间将配备相对多数量的终端单元54。虽然可以使用更多的或更少的终端单元，但是在每个空间中使用10个或更多的终端单元也不是罕见的。为了保持稳定的鼓风机静压和气流稳定性，特定空间的终端单元54是同步的，因此它们的工作循环在不同的时刻启动。例如，供给其中一个房间36的终端单元54可以以串级链的方式连接，这样第二终端在相对于第一终端工作循环启动延迟的时刻处开始其工作循环。相似地，第三终端延迟其工作循环的启动等等。工作循环的这种交错安排避免了在全部终端同时打开和关闭时可能发生的鼓风机感知到气流几乎瞬时从满值跳到零的情况，反之亦然。由于终端的这种交错工作循环，鼓风机的稳定性和气流的稳定性被显著增强了。

在空气输送系统的运行中，每个终端84在其工作循环一部分期间为“开”在其工作循环剩余部分期间为“关”。在每个工作循环“开”的部分期间，为了在满足该负荷的条件下供给调节空气(加热的、冷却的或其他处理的)，风门80完全打开以为房间提供最大量的空气。在工作循环“关”的部分期间，风门80被完全关闭以阻断调节空气流入房间。恒温器106连续感知房间36的状态并且将控制电路116提供的信号与温度设定值比较。例如，如果在加热模式下，12秒的工作循环在每个工作循环期间被设置为6秒开和6秒关，并且房间36内的温度低于温度设定值，则控制电路116通过增加工作循环中“开”的部分并减小工作循环中“关”的部分来采取校正动作。工作循环“开”的部分可以增加到7秒而“关”的时间可以减小到5秒。如果满足了温度设定值，则保持该状态。如果在加热模式中超过了温度设定值，则根据需要减小每个工作循环“开”的部分和增加“关”的部分以保持温度设定值。在制冷模式下，在系统的运行期间可以采取相似的处理。

值得注意的是，工作循环被设置为相对较短的持续时间，对于恒温器106来说该持续时间不够长以感知在任何给定工作循环期间的温度变化。控制电路116不对任何单个工作循环期间的任何状态做出反应而是对相对较多数量的工作循环产生的平均状态做出反应。控制系统可以通过风门的开/关操作控制随时间过去而受到影响的平均流量。系统中提供的流量是基于大量开/关循环的平均值，这些循环不是由恒温器或由该空间的居住者个别探测的。

这种技术可以得到许多优点。因为风门既可以完全打开又可以完全关闭，所以总是以相同的空气速度、相同的质量、相同的混合、相同的动能、相同的动量、相同的感应和相同的落差来排出。由于本发明系统的“双重”性质克服了在先系统存在的声学问题和彻底混合的缺乏，其中本发明系统基本上在比传统的“开/关”系统产生的间隔更短的间隔内提供了许多调节空气“脉冲”。另外，使用的低压供给也有好处。

虽然所示的终端单元在许多方面都有优点，但是也可以使用其他类型的空气扩散器。可以使用诸如线性槽(linear slot)结构和各种其他结构的出口结构。

可以设想，每个终端54的工作循环将与用于相同空间的其他终端相同。然而，在所有的情况下，这不是必需的。还可以设想，工作循环随着时间的流逝可以是恒定的并且仅仅每个工作循环“开”的部分将被改变以满足负荷状态，或者如果需要或想要满足负荷并保持该系统的有效运行，工作循环也可以延长或缩短。

可以设想，用于给定房间36的终端单元54将以栅格形式均匀隔开以在整个房间内以相等的间隔位置提供空气。虽然可以使用吊顶安装终端54，但是也有可能提供地板安装的通风调节装置或墙壁安装的通风调节装置。另外，虽然本发明为自己提供了图2所示的风室型系统，但它也可以使用例如图1所示的具有分离管道系统的系统。风室系统是优选地，因为与需要大量管道系统的系统空间20中所需的高度相比，空间42的高度可被充分减小。

本发明需要以基本恒定的压力供给空气的空气供给装置、可以是风室或管道且优选为风室的空气分配装置、排出空气的空气终端、以及诸如用来感知空气被供给到的空间内的状态的恒温器的装置。本发明的特定特征为这种类型的系统允许使用不需要平衡的终端装置。另外，可以容易地在单个系统中混合可变空气体积装置和恒定空气体积装置。在这方面，一些或全部终端单元可以配备风门以提供可变空气体积的能力，而其他的终端单元可以没有风门，从而它们总是在恒定空气体积条件下运行。关于空气终端很重要的是，它的气流体积具有固定的最大体积，该体积不是风门的函数而是取决于终端出口的排放面积。

关于终端，重要的是它们是压力依赖型装置。因为终端空气体积由每个工作循环期间的压力和风门张开状态的持续时间控制，所以压力依赖型终端的使用允许压力变化以实现改变终端的落差特性，同时风门还提供了独立的压力修正体积。因此，可以提供一种终端尺寸并且该终端尺寸将覆盖很宽范围的应用。另外，由于本发明使用的体积控制方法避免了传统空气终端的噪音和减弱(turn down)问题。

如前面指出的，本发明系统提供了一种使用风室的系统，所述系统使用的风室例如是不同于传统管道系统的风室48和回流风室112。这种风室系统的一个优点是在顶棚40上方相当大的可用空间没有被管道系统占用，因此可以在顶棚上的空间中布线、铺设管道或用别的方式配备其他装置。例如，可以提供整体吊顶单元，在该整体吊顶单元中可以整合终端单元、回流通风调节装置以及一个或多个其他装置，包括喷洒灭火器、灯、烟火探测器和其他装置。固定装置、管子、管道、电线和其他本类型系统所需的部件可以使用由于没有管道系统而可用的空间。由于去除了管道系统并且紧邻地定位了回流和供给风室，因此有可能构造一种整合有此前不能实行的固定装置的多功能装置。例如，以前将灯具与供给管道/空气扩散器整合的尝试导致了该结构很难建造、安装和应用。本发明的系统消除了这些问题。

风门结构和其与马达84的直接连接是有利的，主要因为风门可以被迅速打开和关闭而没有过度的噪音，并且由于不需要机械止块所以磨损也最小。因为风门80比传统系统打开和关闭得更频繁，通常利用为本发明风门提供的磁性锁止装置应该可以避免磨蚀和其他磨损。

图9示出了备选的终端单元，其中挡板68可被上下调节以改变出口72的尺寸。罩58具有四个角区120，每个角区都提供有延伸的凸缘122。不像图3悬在固定悬架70上的结构，图9的可调节的板68支撑在可调节吊架124的下端，其中吊架的一个边缘具有多个槽口126。吊架124沿着安装在凸缘122上的引导部件128引导。

为每个吊架124设置了弹簧腿130。腿130安装在凸缘122上，它们的顶端为弯头132，该弯头可以紧紧地容纳在槽口126中从而将吊架保持在合适的位置。

板68可被向上推使得头132与下一个更低的槽口126啮合，从而将板68固定在更高的位置以减小出口72的尺寸。相反，板68可以下降使得头132与下一个更高的槽口126啮合，从而增加了出口72的尺寸。这样，出口的尺寸可以根据需要调节。头132具有与槽口126配合的卡扣，在头扣在槽口中时，可以提供听得见的卡塔声和一定的感觉。实际上可以提供任何数量的槽口，并且为了提供宽范围的调节和在允许范围内提供精细的调节，这些槽口可以隔开希望的距离。

图9所示的空气终端单元在许多方面都有利，这主要是由它的结构和它与使用相对较低的和均匀的空气分配压力的风室，如图2所示的风室48的系统相整合而得到的。通过使用这种系统和图7所示的空气终端，空气以受控方式输送到所述空间中而没有节流。该终端单元具有仅仅约束气流的排出区。在它和风室压力之间没有中间调制气流控制风门，因为风门80是不以传统方式节流气流的“开/关”数字装置，因此在风门打开时，不会改变由该终端输送的空气体积。因此，风室压力和出口72的终端区可以设置该终端的最大流量。风室压力没有被减小以调制该气流。另外，与顶棚40临近的具有大风室面积的风室提供了有利的辐射冷却/加热效果。

由于具有恒定压力的风室、终端单元的结构、以及风门可以完全打开或完全关闭的调制方法，有可能产生有益的结果和性能。在系统中将这三种特征结合在一起的结果是消除了空气平衡，因此提供了更好的空气分配性能并允许该些部分再次使用和/或调节到适当的位置。

与通常制造的传统终端需要较多种类的颈部或管道尺寸相比，本发明终端可以制造为单一的尺寸。虽然终端单元的实际尺寸是固定的，但由于为挡板68提供的可调节性，出口的张开面积是可调节的。因此，单个终端装置可以应用于很宽的种类和很宽范围的应用，并且它可以被移动或重新应用而不需要得到具有不同尺寸的其他装置。可以提供具有单一尺寸的终端单元的能力降低了制造、库存和供给大量该装置的需求，这些都是过去所需要的。

对于恒定体积的应用，可以安装终端单元而无空气平衡需求。该终端可被设置到固定的流量而无平衡需求，因为所有的终端基本上从风室接收相同的压力，终端的流动特征由其实际结构设置并且流动体积的调制不采用节流。

终端单元的优点包括其在较宽范围的应用中有用的能力。例如，该终端单元可以安装在小办公室内并且设置在低的最大流量，或者它可以被安装在大的开放空间并且设置在高的流量。该终端单元可以与包括可变空气体积的本发明脉冲调制系统一起使用，或者在恒定体积区域中它可以不与这种系统一起使用。因此，一种装置差不多可以代替几百种必须根据管道尺寸和所需体积/压力状态和预期气流特征确定尺寸的传统终端。

由于本发明系统的性质，该终端单元可以容易的重新定位、增加或删除。由于恒定压力供给风室的使用、采用的控制方法、管道的去除、控制系统的空气平衡和性质，所以增加、删除或移动终端没有困难。在具有管道的传统系统中，增加终端需要重新确定设备的尺寸，包括终端、管道、风门和其他部件。在本发明的系统中，当终端增加、移动或删除时，工作循环会自动调节。终端的“尺寸”可以通过调节挡板来调节，而不需要改变和重新平衡终端。

当通过重新定位挡板68调节终端单元的最大流量时，落差上会有冲击。即使该终端是恒定速率装置，在挡板68向上调节时风室体积的减小可以稍微减小该落差。在更小的区域中，该落差的减小是有利的。另外，当该终端单元不与风门一起使用时，挡板的调节允许该终端更好的平衡该空间中的负荷。

传统的空气输送系统在尝试混合恒定体积空气分配和可变体积空气分配时会遇到困难。利用本发明的系统和可调节的终端单元，可以沿着体积可变的其他区建立体积恒定区。终端单元上的控制风门可以在起始时就安装，或者如果该单元在现场被转换时再增加。因为没有平衡需求，所以允许这种灵活性。从恒定体积向可变体积或从可变体积向恒定体积的改变、终端的重新定位或终端体积的改变都可以实现，而不需要特殊的设备或需要丢弃现有装置。

图10-14是可以用来控制风门80打开和关闭的系统的流程图。图10示出了主程序，该程序可以用来在制冷模式下运行利用恒温器或其他温度传感器来探测供给冷却空气的房间中的空气温度。

参考图10，在块134中执行加电程序。在块136中，清空内存并声明变量。接下来，块138中的配置程序修改程序参数和检查用来配置该装置的一套DIP开关。如果在块140中确定测试开关在加电时被按下，则在块142中执行设置系统的测试程序。否则，在块144中初始化主计时循环。

当系统初始化时，由恒温器感知的温度通过LED或其他方式显示，如在块146中所示。接下来，如块148所示，读取热敏电阻值并转换为数字温度。在块150中，将该温度与温度设定值比较以确定其是否超过温度设定值。如果没有，在块152中做出关于感知温度是否低于温度设定值的判断。如果没有，所述温度在设定值。在块154中将“积分时间”设为零并且程序继续，如框图所示。

如果在块150中确定感知温度高于温度设定值，则在块158中判断该温度是否超过设定值5度或更多。如果没有，如块160所示，执行增加打开时间的程序。

图11示出了在温度高于设定值不足5度时执行的增加打开时间的程序。在这种状态下，希望在每个工作循环期间增加风门180的打开时间以降低房间内的温度。通常，打开和关闭时间通过等量地延长打开时间和减少关闭时间来改变。改变量可以取决于两个常数(K1和K2)来确定，这两个常数是装置设置和处理器执行的循环设置时间的函数。打开和关闭风门的脉冲之间的间隔是温度与设定值偏离和积分因子(“积分时间”)的函数，其中积分因子代表温度与设定值偏离的时间量。作为实例，在图11的块162中，打开时间可以重置为以前的打开时间加上常数K1乘以温度偏离(设定值减去实际温度)再加上常数K2乘以积分时间值。关闭时间计算为以前的关闭时间减去K1乘以温度偏离再减去K2乘以积分时间。因此，打开时间增加的持续时间等于关闭时间中减小的持续时间，在这些条件下工作循环保持恒定。

在块162中计算完打开时间和关闭时间后，在块164中积分时间值增加1，并且模式块166表明该系统处于冷模式。

在大多数条件下，作为实际情况希望风门保持打开至少6秒，虽然这不是一直必需的。另外，如果它们都变得过长，也希望缩短打开和/或关闭时间的持续时间。作为实例，打开时间和关闭时间都为2秒的4秒工作循环、打开时间和关闭时间都为10秒的20秒工作循环以及打开时间和关闭时间都为30秒的60秒工作循环都提供了50％最大值的“平均流量”。然而，为了保持系统正常运行，应该避免过分短的循环如2秒打开和2秒关闭的循环和过分长的循环(通常超过30秒)。

基于这些情况，在块168中判断打开时间是否小于6秒。如果是，则在块170中，打开时间被设置为等于6秒，并且进入块172，表明完成了增加打开时间的程序。如果打开时间不小于6秒，则在块174中判断打开时间是否大于30秒且关闭时间大于6秒。如果不能满足这两个条件，进入块172。然而，如果打开时间大于30秒且关闭时间大于6秒，则在块176中打开时间和关闭时间都被设置为它们以前持续时间的一半，然后进入块172。以这种方式，打开时间通常被保持在或高于6秒，同时也避免了过分长的超过30秒的打开时间。当增加打开时间的程序完成时，在块156处继续主程序。

参考图10，如图温度低于设定值，如块152所示，则在块178中判断温度是否低于设定值2度或更多。如果不是，执行减小打开时间的程序，如块180所示。

图12示出了减小打开时间的程序并且在块182中包括新的打开和关闭时间的确定。打开时间计算为以前的打开时间加上常数K1乘以温度偏离(计算为负值)减去常数K2乘以积分时间值。关闭时间计算为以前的关闭时间减去K1乘以温度偏离(负值)加上常数K2乘以积分时间。在块184中，积分时间增加1，在块186中提供制冷模式的指示。与图11所示的程序相似，在块188中判断打开时间是否小于6秒。如果是，在块190中它被设为等于6秒，程序在块192完成。如果打开时间不小于6秒，在块194中判断是否打开时间大于30秒且关闭时间大于6秒。如果不满足这两个条件，程序在块192完成。如果打开时间大于30秒且关闭时间大于6秒，二者的时间都消减一半，如块196所示，然后程序在块192处完成。当图12所示的程序完成时，在块156处继续主程序。

再次参考图10，当主程序在块156继续时，在块198判断风门是否打开，如果打开，是否为保持打开而为其设置的时间已经过去。如果已经过去，在块200执行关闭脉冲输出程序。如果没有过去，在块202中没有关闭脉冲时间延迟，并且在块204中判断风门是否关闭，如果关闭，是否关闭时间已经过去。如果没有过去，在块204a中没有打开脉冲时间延迟，主程序的程序循环完成(块205)并且重复。如果风门被关闭并且循环的关闭部分被完成，则打开脉冲输出程序起效，如块206所示。

如果在块158中确定温度高于设定值5度或更多，则风门被设置为恒定打开，如块208所示，并且在块206中执行打开脉冲输出程序。

图13示出了打开脉冲输出程序，并且该程序包括开始块210。在块212中，判断风门打开标志是否处于高的状态。如果是，在块214中有给定的延迟并且程序在块216完成。如果风门打开标志不是高，则在块218中将风门打开端口设置为高的状态。在块220中延迟之后，在块222中风门打开端口被降低到低的状态，在块224中将风门打开标志设置为高的状态，之后在块216完成程序。当图13所示的打开脉冲输出程序完成时，主程序完成(块205)并重复。

在主程序(图10)中，如果温度低于设定值2度或更多，风门被设置为恒定关闭状态，如块226所示，并且在块200初始化关闭脉冲输出程序。

图14示出了关闭脉冲输出程序，该程序与打开脉冲输出程序相似。在228处包括开始块，在块230判断风门打开标志是否为低。如果是，在块232中延迟，在块234处完成关闭脉冲输出程序。如果风门打开标志不为低，在块236中，处理器的风门关闭端口被升高到高的状态。然后，在块238中延迟，在块240中风门关闭端口被降低到低的状态，然后，在块242风门打开标志被设为低，之后程序完成。当关闭输出脉冲程序完成时，主程序完成(块205)并重复。

根据上述内容，可以看到本发明可以很好地达到上述的所有目标和目的以及显而易见的和该结构固有的其他优点。

应该理解，可以使用本发明的某些特征和再组合而不用参考其他的特征和再组合。这都考虑在了权利要求里并且在权利要求的范围内。

因为可以不脱离本发明的范围制造许多可能的实施例，因此应该理解，这里所述的和附图中所示的内容都应该解释为示例性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种将调节空气输送到空间的方法，包括以下步骤：感知所述空间的状态；选择工作循环的持续时间；选择每个工作循环期间的时间周期，其中所述工作循环取决于在所述空间中感知到所述状态；在每个工作循环所述时间周期期间，将调节空气应用到所述空间；在每个工作循环的不包括所述时间周期的部分期间停止将调节空气应用到所述空间。

2.如权利要求1所述的方法，其中将调节空气应用到所述空间的所述步骤包括在每个工作循环的所述时间周期期间以基本恒定的速率和流量体积将调节空气应用到所述空间。

3.如权利要求1所述的方法，其中感知所述空间的状态的所述步骤包括感知所述空间中的空气温度，并且包括响应于所述空间中感知温度的变化调节所述时间周期持续时间的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其中将调节空气应用到所述空间的所述步骤包括在所述空间中的多个不同位置将调节空气应用到所述空间。

5.如权利要求4所述的方法，其中：每个所述位置的所述时间周期大致具有相同的持续时间；至少一个所述位置的所述时间周期在每个工作循环期间的启动时间晚于其他所述位置的所述时间周期在每个工作循环期间的启动时间。

6.如权利要求1所述的方法，其中每个工作循环具有小于2分钟的持续时间。

7.一种将调节空气输送到空间的设备，包括：调节空气源；与所述源连通并从其处接收调节空气并将所述空气应用到所述空间的终端单元，所述终端单元包括具有完全打开状态和关闭状态的风门，在完全打开状态，调节空气通过所述终端单元应用到所述空间，在关闭状态，来自所述终端单元的调节空气流被所述风门阻断；在所述空间中感知其中选定状态的传感器；以及对每个选定的持续时间具有连续工作循环的控制系统，所述控制系统响应于所述传感器感知的状态以实现使所述风门的完全打开状态在每个工作循环期间持续选定的时间周期，以及使所述风门的关闭状态持续每个工作循环中不包括所述选定时间周期的部分。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述源以基本恒定的压力将调节空气供给到所述终端单元。

9.如权利要求8所述的设备，其中所述源以小于大约0.10英寸水柱的压力将调节空气供给到所述终端单元。

10.如权利要求7所述的设备，其中所述传感器可被操作来感知所述空间中的空气温度，并且在所述传感器感知的温度改变时，所述控制系统被安排用来调节所述时间周期的持续时间。

11.一种将调节空气输送到空间的设备，包括：用来感知所述空间选定状态的传感器；多个终端单元，每个终端单元接收调节空气以应用到所述空间，所述终端单元在所述空间中被隔开；用于每个终端单元的风门，所述风门具有完全打开状态和关闭状态，在完全打开状态，调节空气应用到所述空间，在关闭状态，流到所述空间的调节空气被阻断，每个风门具有连续的工作循环，每个工作循环根据所述传感器感知的状态包括选定的时间周期；以及控制系统，所述控制系统用来实现使每个风门的完全打开状态在每个工作循环期间持续所述选定的时间周期，以及使每个风门的关闭状态持续每个工作循环中不包括所述选定时间周期的部分，所述控制系统在与其他所述风门启动所述工作循环不同的时间启动至少一个风门的所述工作循环。

12.如权利要求11所述的设备，其中：每个风门的所述工作循环基本具有相同的持续时间；并且所述控制系统响应于所述传感器感知的温度变化来改变每个风门所述选定时间周期的持续时间。

13.一种将调节空气输送到房间的设备，其中所述房间具有位于覆盖所述房间的顶棚上方的空间，所述设备包括：调节空气源；封闭的供给风室，所述风室位于刚好在所述顶棚之上的所述空间中并且与所述源连通以从其处接收调节空气；所述顶棚上的终端单元用来从所述供给风室接收调节空气并将所述调节空气应用到所述房间；位于所述房间用来感知其中空气温度的温度传感器；与所述终端单元相关联的风门，所述风门具有完全打开状态和关闭状态，在完全打开状态，调节空气通过所述终端单元应用到所述空间，在关闭状态，来自所述终端单元的调节空气流被阻断，所述风门具有连续的工作循环，每个工作循环根据所述传感器感知的温度包括选定的时间周期；控制系统，所述控制系统用来实现使所述风门的完全打开状态在每个工作循环期间持续所述选定的时间周期，以及使所述风门的关闭状态持续每个工作循环中不包括所述选定时间周期的部分；回流空气风室，位于所述空间的所述回流空气风室与所述供给风室隔开并与所述源连通以将所述房间的回流空气供给到所述源；以及回流通风调节装置，位于所述房间中的所述回流空气通风调节装置与所述回流空气风室连通以将回流空气供给到其处。

14.如权利要求13所述的设备，其中所述控制系统用来响应于所述传感器感知的温度变化改变每个工作循环的所述选定时间周期的持续时间。

15.一种将调节空气应用到空间的空气终端，包括：具有流路的壳体，所述调节空气可穿过所述流路；用来控制穿过所述通道流动的风门；支撑所述风门的轴，所述轴被安装在所述壳体上以在所述风门打开位置和所述风门的关闭位置之间移动，其中在所述风门的打开位置所述流路被打开，在所述风门的关闭位置所述流路被关闭；磁铁和金属锁止元件，它们可合作以产生磁力，从而在移动到其处时将所述风门可释放地锁止在打开位置，在移动到其处时将所述风门可释放地锁止在关闭位置；以及与所述轴连接的电动操作的驱动元件，在给所述驱动元件供电时，所述驱动元件可用来克服所述磁铁和锁止元件的磁力从而使所述轴在所述风门的打开位置和关闭位置之间移动。

16.如权利要求15所述的空气终端，其中所述驱动元件包括马达，所述马达具有定子和转子，所述转子直接与所述轴连接以在所述转子旋转时转动所述轴。

17.如权利要求16所述的空气终端，其中所述磁铁和锁止元件用来锁止所述风门，每次锁止所述轴都旋转穿过大约90度的圆弧。

18.一种用来供给调节空气的空气终端，包括：提供有流路的壳体，所述流路用来容纳穿过其的空气通道；与所述流路相关联的挡板，所述挡板提供了从所述流路排出空气的出口，所述出口的尺寸随着所述板的线性位置的改变而变化；以及可调节的支座，所述支座以允许线性调节所述板从而改变所述出口尺寸的方式将所述板和所述壳体连接在一起。

19.如权利要求18所述的空气终端，其中所述出口形成在临近所述板的边缘部分并且在所述边缘部分的外面。

20.如权利要求18所述的空气终端，其中：所述壳体适于安装在顶棚上；所述板具有基本水平的方向；所述可调节的支座被设置成允许所述板的垂直调节。

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