一种计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法

1.本发明涉及室内环境控制领域，特别是涉及一种计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法。


背景技术：

2.随着中国的室内工作人群数持续增多，人们对室内环境的人体舒适度要求越来越高，对于不同的个体或人群，其人体舒适度的感觉也会不一样；同时空调的pmv模式并不能实时检测环境变化而调整模型参数；空调系统在正常运行中也很难人体舒适度和能耗兼顾。
3.通过建立一种计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，针对不同人和人群的代谢率，提供更具针对性的人体舒适度模型；同时大风扇和空调协调运行，可实时调整运行寻找最低能耗工作点。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，该方法主要用于针对不同的个体和种群，提供三种不同的基于人体舒适度的自然风大风扇和空调协调运行节能控制方法，通过实时检测环境和能耗的变化对自然风大风扇和空调系统做出调整，可以很好地解决因为个体的差异性而导致的人体舒适度感觉不一致的问题，同时也能极大地降低大风扇与空调系统的能耗，实现室内环境优化和节能双赢。
5.本发明提供了一种计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，所述方法包括：
6.通过预设选择常规化模式、个性化模式、集体优化模式选择一种人体舒适度模型；
7.通过环境检测单元实时检测温度、适度、风速等参数，再通过无线通讯单元发送给主控单元，建立人体舒适度模型；
8.检测人体舒适度模型是否满足预设值，通过主控单元调整自然风大风扇和空调系统；
9.在满足预设参数后通过能耗检测单元对自然风大风扇和空调系统进行能耗检测，采用迭代法确定最低能耗工作点。
10.进一步地，所述常规化模式下的人体舒适度模型中，该模型使用常规的pmv－ppd 人体热舒适性评估模型，pmv舒适性指标表达式为：
11.ꢀꢀꢀ
（1）
12.其中：为人体的新陈代谢率，一般取值59～69 w/m2；
13.为人体对外做的机械功，室内办公时一般取值为0 w/m2；
14.为水蒸气分压力（pa），水蒸气分压力=环境湿度饱和水蒸气压力，其中环境湿度可由环境检测单元检测得出；
15.为环境空气温度（
°
c），可由环境检测单元检测得出；
16.为服装表面积系数，其中：
17.（2）
18.为服装热阻，一般取0.045~0.225（m
·
k/w）；
19.为平均辐射温度，可由环境检测单元检测得出；
20.为对流传热系数(w/(m2·
))，其中：
21.（3）
22.为空气流速(m/s)，可由环境检测单元检测得出。
23.进一步地，所述个性化模式下的体舒适度模型中采用harris-benedict公式对pmv－ppd 人体热舒适性评估模型加以改进，研究表明harris-benedict公式对计算中国人的基础代谢率有更好的适用性，其中女性的基础代谢率为：
[0024] （4）
[0025]
男性的基础代谢率为：
[0026]
（5）
[0027]
其中：为基础代谢率（kcal/d）；
[0028]
为体重（kg）；
[0029]
为身高（cm）；
[0030]
为年龄（年）；
[0031]
由harris-benedict公式推导得新的人体新陈代谢率，的表达式为：
[0032]
（6）
[0033]
其中：为改进后的人体新陈代谢率（w/m2）；
[0034]
为人体相对代谢率，室内办公时一般取值为0.4 kj/(m2· h）
[0035]
为人体表面积公式，其中女性人体表面积公式为：
[0036]
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（7）
[0037]
男性人体表面积公式为：
[0038]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）
[0039]
所述改进后的pmv－ppd 人体热舒适性评估模型：
[0040]
ꢀꢀꢀ
(9)
[0041]
改进后的pmv－ppd 人体热舒适性评估模型可以根据用户输入的性别、身高、体重、年龄等参数从而得到一种个性化的人体舒适度模型。
[0042]
进一步地，所述集体优化模式下的人体舒适度模型中通过存储单元中的存储模块收集个性化模式下用户输入的性别、身高、体重、年龄等参数，通过取平均值处理，从而得到一种更适合当前室内环境工作人群的集体优化的人体舒适度模型。
[0043]
进一步地，所述环境检测单元由温度检测模块、湿度检测模块、风速检测模块组成；温度检测模块用于检测环境空气温度和辐射温度；湿度检测模块用于检测环境湿度；风速检测模块用于检测空气流速；将所有检测到的数据通过电信号发送至无线通讯单元进行取平均值后再传送给主控单元。
[0044]
进一步地，所述无线通讯单元由无线通讯发送模块和单片机模块组成；通过环境检测单元将检测到的环境空气温度和辐射温度、环境湿度、空气流速通过单片机模块进行取平均值处理后，再通过无线通讯发送模块发送给主控单元。
[0045]
进一步地，所述主控单元由无线通讯接收模块和微处理器模块组成；无线通讯接收模块用于接收由无线通讯发送模块发送的经过处理后的环境空气温度和辐射温度、环境湿度、空气流速数据，并送给微处理器模块进行代入pmv－ppd 人体热舒适性评估模型处理；微处理器模块通过实时检测当前pmv值是否与预设值相同，从而做出不同的控制动作；若当前环境已达到pmv预设值，则开始进行节能运算找到最低能耗工作点；若当前环境还未到达pmv预设值，则继续通过电信号调整自然风大风扇和空调系统。
[0046]
进一步的，所述存储单元由存储模块和运算模块组成；存储模块通过存储前面每次个性化模式下用户输入的性别、身高、体重、年龄等参数，然后送至运算模块，运算模块对参数取平均值运算后通过电信号发送给主控模块。
[0047]
进一步地，所述能耗检测单元是由功率检测模块直接测量自然风大风扇与空调系统的功率，通过ad模数转换送至主控模块处理，通过节能运算找到最低能耗工作点。
[0048]
进一步地，所述节能运算是采用迭代法不断逼近最低能耗工作点；假设当前pmv已达到预设值，在pmv值不变的前提下，提高空调预设温度或降低空调风速，增大自然风大风扇风速；再次检测当前自然风大风扇和空调系统的功率；若小于本次调整前一次的功率，则减小调整的变化量，再次提高空调预设温度或降低空调风速，增大自然风大风扇风速；检测当前自然风大风扇和空调系统的功率；若大于本次调整前一次的功率，则表明前一次运行功率即为最低能耗工作点，则将自然风大风扇和空调系统调整回前一次控制参数；通过迭代法实现节能的目的。
[0049]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0050]
该方法综合考虑常规化、个性化、集体优化模式下的人体舒适度模型，对于不同的模式有不同的人体舒适度模型，充分考虑了人体舒适度模型在不同场景下的应用。通过环境检测单元实时检测温度、适度、风速等参数，建立人体舒适度模型，检测人体舒适度模型是否满足预设值，在满足预设参数后进行能耗检测，采用迭代法确定最低能耗工作点。本发
明能够综合考虑不同场景下的人体舒适度模型的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，提供一种能够提高不同场景的人体舒适度和降低能耗的创新技术。
附图说明
[0051]
图1是本发明方法的流程示意图。
[0052]
图2是本发明方法的控制系统图。
[0053]
图3是本发明方法的节能运算控制的流程示意图
具体实施方式
[0054]
为了使技术人员更好地理解本发明方法，下面结合附图对本发明作具体说明。需要说明的是，所描述的实施例仅是为了说明的目的，而不是对本发明范围的限制。
[0055]
请参阅图1，本发明实施例的一种计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，主要包括以下步骤：
[0056]
首先，需要用户选择一种人体舒适度模式，本发明方法包括三种模式，分别是常规化模式、个性化模式、集体优化模式，三种模式对应着不同的pmv—ppd模型，但三种模型的pmv标尺是一样的：-3（寒冷）、-2（凉）、-1（稍凉）、0（舒适）、+1（稍暖）、+2（暖）、+3（热）。模式选择完毕后需要用户预设一些参数，这些参数随着模式选择的不同而不同。
[0057]
假设用户选择的是常规化模式，则用户需要预设的参数包括：期望的pmv值、人体的新陈代谢率。
[0058]
假设用户选择的是个性化模式，则用户需要预设的参数包括：期望的pmv值、性别、身高、体重、年龄。此时的人体新陈代谢率由harris-benedict公式算出。
[0059]
假设用户选择的是集体优化模式，则用户仅需要预设期望的pmv值即可，此时人体新陈代谢率由前面用户输入的大量数据统计取平均值后得到。通过先将用户输入的参数送入存储模块后，再通过运算模块取平均值运算后送回给主控模块，这样就得到了一个更适合当前室内环境群体的pmv—ppd模型。
[0060]
预设好参数后环境检测单元开始工作并实时检测环境的湿度、空气温度、辐射温度、空气流速。将检测到的参数送至主控单元，主控单元根据输入和检测到的参数代入相应的pmv—ppd模型，并不断控制调整自然风大风扇和空调系统直到pmv指标达到用户预设的期望值相同。
[0061]
当pmv指标到达用户预设的pmv期望值后，开始进行节能算法来达到自然风大风扇和空调系统最低能耗的工作点。
[0062]
请参阅图3，为了实现节能运算，采用迭代法不断逼近最低能耗工作点。通常空调的能耗比风速大得多，所以节能运算中考虑牺牲自然风大风扇能耗来降低空调系统的能耗。假设当前pmv已达到预设值，在pmv值不变的前提下，提高空调预设温度或降低空调风速，增大自然风大风扇风速；再次检测当前自然风大风扇和空调系统的功率；若小于本次调整前一次的功率，则减小调整的变化量，再次提高空调预设温度或降低空调风速，增大自然风大风扇风速；检测当前自然风大风扇和空调系统的功率；若大于本次调整前一次的功率，则表明前一次运行功率即为最低能耗工作点，则将自然风大风扇和空调系统调整回前一次控制参数；从而实现自然风大风扇和空调系统最低能耗工作点的目的。
[0063]
上述公式中未提及可通过用户预设或检测到的参数可由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。
[0064]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于基于不同的模式有不同的人体舒适度模型，在不同的舒适度模型下通过迭代法确定最低能耗工作点。计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法包括以下步骤：步骤(1)：通过预设选择常规化模式、个性化模式、集体优化模式选择一种人体舒适度模型；步骤(2)：通过环境检测单元实时检测温度、适度、风速等参数，再通过无线通讯单元发送给主控单元，建立人体舒适度模型；步骤(3)：检测人体舒适度模型是否满足预设值，通过主控单元调整自然风大风扇和空调系统；步骤(4)：在满足预设参数后通过能耗检测单元对自然风大风扇和空调系统进行能耗检测，采用迭代法确定最低能耗工作点。2.根据权利要求1所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述常规化模式下的人体舒适度模型中，该模型使用常规的pmv－ppd人体热舒适性评估模型，pmv舒适性指标表达式为：
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(1)其中：为人体的新陈代谢率，一般取值59～69 w/m2；为人体对外做的机械功，室内办公时一般取值为0 w/m2；为水蒸气分压力（pa），水蒸气分压力=环境湿度饱和水蒸气压力，其中环境湿度可由环境检测单元检测得出；为环境空气温度（
°
c），可由环境检测单元检测得出；为服装表面积系数，其中：
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(2)为服装热阻，一般取0.045~0.225（m
·
k/w）；为平均辐射温度，可由环境检测单元检测得出；为对流传热系数(w/(m2·
))，其中：
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(3)为空气流速(m/s)，可由环境检测单元检测得出。3.根据权利要求1所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述个性化模式下的体舒适度模型中采用harris-benedict公式对pmv－ppd 人体热舒适性评估模型加以改进，研究表明harris-benedict公式对计算中国
人的基础代谢率有更好的适用性，其中女性的基础代谢率为：
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(4)男性的基础代谢率为：
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(5)其中：为基础代谢率（kcal/d）；为体重（kg）；为身高（cm）；为年龄（年）；由harris-benedict公式推导得新的人体新陈代谢率，的表达式为：
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(6)其中：为改进后的人体新陈代谢率（w/m2）;为人体相对代谢率，室内办公时一般取值为0.4 kj/(m2· h）;为人体表面积公式，其中女性人体表面积公式为：
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(7)男性人体表面积公式为：
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(8)所述改进后的pmv－ppd 人体热舒适性评估模型：
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(9)改进后的pmv－ppd 人体热舒适性评估模型可以根据用户输入的性别、身高、体重、年龄等参数从而得到一种个性化的人体舒适度模型。4.根据权利要求1所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述集体优化模式下的人体舒适度模型中通过存储单元中的存储模块收集个性化模式下用户输入的性别、身高、体重、年龄等参数参数，通过取平均值处理，从而得到一种更适合当前室内环境工作人群的集体优化的人体舒适度模型。5.根据权利要求1所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述环境检测单元由温度检测模块、湿度检测模块、风速检测模块组成；温度检测模块用于检测环境空气温度和辐射温度；湿度检测模块用于检测环境湿度；风速检测模块用于检测空气流速；将所有检测到的数据通过电信号发送至无线通讯单元进行取平均值后再传送给主控单元。6.根据权利要求1所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述无线通讯单元由无线通讯发送模块和单片机模块组成；通过
环境检测单元将检测到的环境空气温度和辐射温度、环境湿度、空气流速通过单片机模块进行取平均值处理后，再通过无线通讯发送模块发送给主控单元。7.根据权利要求1所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述主控单元由无线通讯接收模块和微处理器模块组成；无线通讯接收模块用于接收由无线通讯发送模块发送的经过处理后的环境空气温度和辐射温度、环境湿度、空气流速数据，并送给微处理器模块进行代入pmv－ppd 人体热舒适性评估模型处理；微处理器模块通过实时检测当前pmv值是否与预设值相同，从而做出不同的控制动作；若当前环境已达到pmv预设值，则开始进行节能运算找到最低能耗工作点；若当前环境还未到达pmv预设值，则继续通过电信号调整自然风大风扇和空调系统。8.根据权利要求4所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述存储单元由存储模块和运算模块组成；存储模块通过存储前面每次个性化模式下用户输入的性别、身高、体重、年龄等参数参数，然后送至运算模块，运算模块对参数取平均值运算后通过电信号发送给主控模块。9.根据权利要求1所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述能耗检测单元是由功率检测模块直接测量自然风大风扇与空调系统的功率，通过ad模数转换送至主控模块处理，通过节能运算找到最低能耗工作点。10.根据权利要求9所述的计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，其特征在于，所述节能运算是采用迭代法不断逼近最低能耗工作点；假设当前pmv已达到预设值，在pmv值不变的前提下，提高空调预设温度或降低空调风速，增大自然风大风扇风速；再次检测当前自然风大风扇和空调系统的功率；若小于本次调整前一次的功率，则减小调整的变化量，再次提高空调预设温度或降低空调风速，增大自然风大风扇风速；检测当前自然风大风扇和空调系统的功率；若大于本次调整前一次的功率，则表明前一次运行功率即为最低能耗工作点，则将自然风大风扇和空调系统调整回前一次控制参数；通过迭代法实现节能的目的。

技术总结
本发明公开了一种计及多元化热舒适性的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，该方法综合考虑常规化、个性化、集体优化模式下的人体舒适度模型，对于不同的模式有不同的人体舒适度模型，充分考虑了人体舒适度模型在不同场景下的应用。所提方法的基本步骤为：选择一种人体舒适度模型，预设各项参数，通过环境检测单元实时检测温度、适度、风速等参数，建立人体舒适度模型，检测人体舒适度模型是否满足预设值，在满足预设参数后进行能耗检测，采用迭代法确定最低能耗工作点。本发明能够综合考虑不同场景下的人体舒适度模型的模拟自然风大风扇与空调协调运行节能控制方法，旨在提供一种能够提高不同场景的人体舒适度和降低能耗的创新技术。低能耗的创新技术。低能耗的创新技术。


技术研发人员：许镇江 张冬冬 杜鹏程 张其朴 梁明宁 李昊霖 陈宇霄 李想 武新章
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/9/14