CN212457330U - 冷热辐射式个性化空调系统的末端装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种冷热辐射式个性化空调系统的末端装置，包括冷热辐射面、空调安装部件、发光单元、温度传感器、换热盘管、风机、温控单元；个性化空调系统形成睡眠空间，睡眠空间内布置休息部件，冷热辐射面通过空调安装部件、换热盘管、风机安装在睡眠空间的顶部，使得冷热辐射面位于休息部件的上方；发光单元安装在冷热辐射面的下表面，能够提供照明。温度传感器安装在冷热辐射面展开截面的末端，能够实时探测休息部件所处空间的温度；温控单元设置在冷热辐射面上方形成的安装空间内，接收温度传感器的探测温度，输出舒适温度，以控制冷热辐射面的表面温度。减少环境控制所消耗的能源代价，对辐射空调的有效优化具有很大的经济效益。

Description

冷热辐射式个性化空调系统的末端装置

技术领域

本实用新型涉及建筑环境与能源应用工程技术领域，具体地，涉及一种冷热辐射式个性化空调系统的末端装置，尤其是一种用于睡眠环境和个性化空调环境的冷热辐射式个性化空调系统的末端。

背景技术

睡眠是人类生命的需要，许多重要的生理过程在睡眠中发生。良好的睡眠质量，是人们正常工作学习生活的保障。神经科学研究揭示了热环境与睡眠质量密切相关的机理。舒适的睡眠热环境对睡眠的维持和睡眠质量的改善具有非常重要的作用。

目前卧室环境主要采用分体壁挂，柜机和窗机或中央空调，通过送入冷却或加热的空气对整个卧室空间进行温度调节。睡眠过程中，人体只占用卧室空间的很小一部分，且在睡眠过程中人体较少移动，因此如采用个性化空调对人体所在局部区域的环境进行调控，将可以改善热舒适和实现节能。不同的空调末端形式存在不同的舒适特性。目前有提出采用局部送风(对流换热)的个性化空调，但气流有可能干扰人体睡眠，且在制冷工况下容易引起冷风感。研究表明，与全空气空调系统相比，辐射供热和供冷系统更有助于提高人体舒适度。

人体在睡眠状态下，不同身体部位的温度不完全相同，另外，由于被褥遮盖局部身体部位，导致各个身体部位和环境的换热不全相同。为了将不同身体部位的温度维持在舒适的范围内，有必要人体进行分区域的温度调节。空气调节设备的温度控制的反馈参数目前主要采用空气温度，而空气温度很大程度上不能反映人的热感觉。而人体的皮肤温度是预测人体热感觉的有效依据，因此利用人体皮肤温度来预测人的热感觉状态，进而调控空调温度是一种更高效的控制手段。

专利文献CN109556249A公开一种一拖多整体空调机组及其出风温度调节方法。所述一拖多整体空调器包括空调机组、第一风道系统和至少两个室内末端装置，所述室内末端装置包括一新风装置，所述新风装置与第一风道系统的送风管道连通，将新风与送风管道内空气混合后由室内末端装置的出风口送至室内。上述技术方案引入新风系统，结构复杂，造价成本较高，且不针对睡眠舒适调节。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种冷热辐射式个性化空调系统的末端装置。

根据本实用新型提供的一种冷热辐射式个性化空调系统的末端装置，包括冷热辐射面、空调安装部件、发光单元、温度传感器、换热盘管、风机、温控单元；

个性化空调系统形成睡眠空间，睡眠空间内布置休息部件，冷热辐射面通过空调安装部件、换热盘管、风机安装在睡眠空间的顶部，使得冷热辐射面位于休息部件的上方；

发光单元安装在冷热辐射面的下表面，能够提供照明。

温度传感器安装在冷热辐射面展开截面的末端，能够实时探测休息部件所处空间的温度；

温控单元设置在冷热辐射面上方形成的安装空间内，接收温度传感器的探测温度，输出舒适温度，以控制冷热辐射面的表面温度。

优选地，所述冷热辐射面设置为多段式或多面式结构，能够实现各段或各面具有不同的表面温度和独立温度控制，发光单元安装在各段或各面的交接连接处。

优选地，所述温控单元包括控制单片机及执行部件；

所述控制单片机采用AT89C52单片机；

所述执行部件采用温控阀；

单片机控制温控阀，进而控制冷热辐射面温度。

优选地，所述冷热辐射面分为面对头部、面对腹部和面对脚部的三段式结构。

与现有技术相比，本实用新型提供的硬件设备有助于实现如下的有益效果：

1、与传统空调相比，传统空调对环境的温度控制维持固定的设定值，而本申请的控制目标是直接满足人的热舒适需求。因此，本申请减少了由不必要的环境控制所消耗的能源代价，对辐射空调的有效优化具有很大的经济效益。

2、使用人体的皮肤温度作为人体热感觉的评判依据，其准确性与有效性高于空气温度指标，因此其能实现对环境调控的更直接、迅速的响应，此手段将进一步降低空调实际的运行能耗。

3、针对传统空调无法实现人体尺度上的环境控制，本申请可以分区域调节辐射板的温度，以满足人体身体不同部位对热量或冷量的需求，实现了人体尺度上更精细化的环境调控，避免了人体局部因过冷或者过热导致的不舒适问题和能源浪费问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为空调末端的安装示意图；

图2为空调末端的控制原理图。

图中示出：睡眠空间1；床2；冷热辐射面3；空调安装部件4；灯5；红外温度传感器6；换热盘管7；风机8。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型涉及一种冷热辐射式个性化空调系统的末端，包括空调安装部件，冷/热辐射面、空调面罩、灯、灯座和灯罩，辐射式空调末端被安装在床的上方和睡眠空间的顶部。冷/热辐射面对睡眠人体进行制冷或供热，冷/热辐射面多段式设计可让辐射范围覆盖整个床面，并能够实现不同的辐射表面温度，以满足人体不同部位对于热量的需求。

辐射面温度由系统控制，该系统依据温度传感器监测的人体皮肤温度，预测人的热感觉。依据热感觉的预测结果，系统进一步预测不同身体部位的热量需求，进而调节各段空调辐射面板的温度。灯座焊接在空调面罩上，使空调与灯具结合。本实用新型通过分段式的辐射式制冷和供暖，自动控制局部睡眠热环境，有助于改善人体热舒适和睡眠质量，并实现节能。本实用新型设置有温控单元，温控单元包括控制单片机及执行部件；所述控制单片机采用AT89C52单片机；所述执行部件采用温控阀；单片机控制温控阀，进而控制冷热辐射面温度。具体地，人体皮肤温度由红外测温仪检测并转换成微弱的电压信号，通过转换器转换成数字量，此数字量经过数字滤波之后将该温度值与设定的温度值进行比较，根据其偏差值的大小，采用PID控制算法进行运算，最后通过控制温控阀的开度、通断占空比等，达到对辐射板的温度进行控制的目的。

本实用新型具体原理如下：

采用分段式辐射换热形式代替传统空调的对流换热形式，针对睡眠人体热舒适需求，在保证人体热舒适的前提下降低了冷媒或热媒的耗能量，带来了较大的节能量。与传统空调相比，传统空调对环境的温度控制维持固定的设定值，而本系统的的控制目标是直接满足人的热舒适需求。因此，本系统减少了由不必要的环境控制所消耗的能源代价，所以本系统对辐射空调的有效优化具有很大的经济效益。使用人体的皮肤温度作为人体热感觉的评判依据，其准确性与有效性高于空气温度指标，因此其能实现对环境调控的更直接、迅速的响应，此手段将进一步降低空调实际的运行能耗。针对传统空调无法实现人体尺度上的环境控制，该系统可以分区域调节辐射板的温度，以满足人体身体不同部位对热量或冷量的需求，实现了人体尺度上更精细化的环境调控，避免了人体局部因过冷或者过热导致的不舒适问题和能源浪费问题。

如图1所示，本实用新型的末端装置包括睡眠空间1，床2，冷热辐射面3，空调安装部件4，灯5，红外温度传感器6，换热盘管7，风机8，及空调末端的控制原理。床2布置在睡眠空间1内，冷热辐射面3通过空调安装部件4，换热盘管7，风机8安装在睡眠空间1的顶部，冷热辐射面3位于床2的正上方，冷热辐射面3具有多段式(或者多面式)结构，并能够实现各段具有不同的表面温度和相应的独立温度控制，灯具5安装在各段表面的交接处。

本实用新型的实施过程中，冷热工质在冷热辐射面3及换热盘管7中流通，各段(面)流量被控制以实现可能的不同表面温度需求。从而，冷热辐射面可对床上睡眠人体进行冷辐射降温或热辐射升温。辐射面各段(面)温度满足人体不同部位的热量需求。合适的辐射面各段(面)由空调末端的控制原理实现。红外温度传感器6探测人体额头的皮肤温度，其数值输入控制原理系统中的人体热感觉模型，计算出人体实时的热感觉状态，并对比热感觉中性状态下的人体各部位皮肤温度可以计算得到辐射面各段(面)需求的温度值。换热盘管7与风机8作为辅助升温和降温措施，用来调节空气温度，以保证人体与环境换热量，进而保证人体皮肤温度达到预期温度值。

本申请还提供了冷热辐射式个性化空调系统末端装置控制方法，利用上述末端装置，包括如下步骤：

步骤S1：监测额头皮肤温度，根据额头皮肤温度计算人体综合热感预测值；

步骤S2：令人体综合热感预测值取绝对值，若绝对值小于第一设定值，则维持冷热辐射面当前温度不变，执行步骤S5；否则，则判断额头皮肤温度是否低于下限值或者高于上限值，若是，则执行步骤S3，若否，则监测脚部皮肤温度，执行步骤S4；

步骤S3：判断额头皮肤温度是否低于第一下限值或者高于第一上限值，若低于第一下限值，则升高冷热辐射面3面对头部的温度；若高于第一上限值，则降低冷热辐射面3面对头部的温度；

步骤S4：监测脚部皮肤温度，若是否超过第二上限值或者低于第二下限值，若是，则维持冷热辐射面3的当前温度并开启风机辅助换热，执行步骤S5；若低于第二下限值，则升高冷热辐射面3面对脚部和腹部的温度；若高于第二上限值，则降低冷热辐射面3面对脚部和腹部的温度；

步骤S5：延时设定时间，重新开始监测额头皮肤温度。

所述人体综合热感预测值的计算通过3.497Y-120.762得到，其中Y表示额头皮肤温度。所述第一设定值为0.5。

所述升高冷热辐射面3面对头部的温度的第一升高值或降低冷热辐射面3面对头部的温度的第一降低值相同。所述升高冷热辐射面3面对脚部的温度的第二升高值或降低冷热辐射面3面对脚部的温度的第二降低值相同。所述升高冷热辐射面3面对腹部的温度的第三升高值或降低冷热辐射面3面对腹部的温度的第三降低值相同。

如图2所示，首先监测额头皮肤温度Y，然后计算人体综合热感觉预测值TSV*，判断TSV*绝对值是否小于0.5。如果“是”，则维持辐射板各段温度不变，跳到步骤S5；如果“否”，判断“额头温度是否低于下限值或者高于上限值？”，如果“是”，则跳到步骤S4，如果“否”，进一步判断TSV*是否大于零，若“是”，则调低头部辐射板温度0.5℃；若“否”，则升高头部辐射板温度0.5℃。延时5分钟后继续从步骤S1开始。

步骤S4是判断“脚部或腹部辐射板温度是否超过上限值或者低于下限值？”，如果“是”，维持辐射板当前温度并开启风机辅助换热，并跳到步骤S5；如果“否”，进一步判断TSV*是否大于零，若“是”，则降低脚部辐射板温度0.5℃、降低腹部辐射板温度0.5℃；如果“否”，则升高脚部辐射板温度0.5℃、升高腹部辐射板温度0.5℃。开启风机辅助换热。延时5分钟后继续从步骤S1开始。步骤S5：延时5分钟后继续从步骤S1开始。

需要指出的是，本实用新型提供了实现冷热个性化的末端装置，而对于控制方法，则是本领域技术人员能够根据现有技术实现的。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种冷热辐射式个性化空调系统的末端装置，其特征在于，包括冷热辐射面(3)、空调安装部件(4)、发光单元(5)、温度传感器(6)、换热盘管(7)、风机(8)、温控单元；

个性化空调系统形成睡眠空间(1)，睡眠空间(1)内布置休息部件(2)，冷热辐射面(3)通过空调安装部件(4)、换热盘管(7)、风机(8)安装在睡眠空间(1)的顶部，使得冷热辐射面(3)位于休息部件(2)的上方；

发光单元(5)安装在冷热辐射面(3)的下表面，能够提供照明；

温度传感器(6)安装在冷热辐射面(3)展开截面的末端，能够实时探测休息部件(2)所处空间的温度；

温控单元设置在冷热辐射面(3)上方形成的安装空间内，接收温度传感器(6)的探测温度，输出舒适温度，以控制冷热辐射面(3)的表面温度。

2.根据权利要求1所述的冷热辐射式个性化空调系统的末端装置，其特征在于，所述冷热辐射面(3)设置为多段式或多面式结构，能够实现各段或各面具有不同的表面温度和独立温度控制，发光单元(5)安装在各段或各面的交接连接处。

3.根据权利要求1所述的冷热辐射式个性化空调系统的末端装置，其特征在于，所述温控单元包括控制单片机及执行部件；

所述控制单片机采用AT89C52单片机；

所述执行部件采用温控阀；单片机控制温控阀，进而控制冷热辐射面温度。

4.根据权利要求2所述的冷热辐射式个性化空调系统的末端装置，其特征在于，所述冷热辐射面(3)分为面对头部、面对腹部和面对脚部的三段式结构。

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