永磁直驱低速大风扇与空调联合运行的温控方法及系统

技术领域

本发明属于建筑空调控制技术领域，具体涉及一种永磁直驱低速大风扇与空调联合运行的温控方法及系统。

背景技术

交通、建筑和工业作为能源消耗的三大“巨头”，是温室气体排放的主要来源。建筑能耗逐年上升，首先是因为建筑面积的不断增加；其次是建筑内部照明、设备等的使用数量和时间不断增加；最后是工作人员对建筑环境的舒适性提出了更高的要求。

永磁直驱低速大风扇与空调联合制冷，在舒适度上，避免仅使用空调可能引发的“空调病”，保障室内环境的健康。空调与风扇联合运行营造的热环境参数是在某一范围内适当波动的动态热环境，这种动态变化的环境温度有利于人体健康。在能耗上，通过风扇与空调的联合运行，与传统空调模式、仅使用风扇进行对比，确定该调节方式可以保证人员在较高环境温度中的热舒适、提高空调设定温度的效果。针对永磁直驱低速大风扇与空调联合制冷，如何在非中性环境中保证人体热舒适度和降低建筑运行能耗需要一套切实可行的控制方案。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种永磁直驱低速大风扇与空调联合运行的温控方法及系统，能够对不同超低能耗建筑室内空间进行智能热调节，同时保证舒适度和低能耗。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种永磁直驱低速大风扇与空调联合运行的温控方法，包括以下步骤：

对于不同外界环境温度、自然风大小情况，在室内空间进行热舒适度实验，通过风扇与空调联合运行对室内空间的温度、风速、湿度参数进行调控，并记录不同调控策略下室内的环境参数，分析风扇与空调对室内环境参数的影响，对影响人体热舒适度的因素建立线性回归方程，对各因素进行显著性分析，找到极显著因素对人体热感觉影响的变化情况，通过改变极显著因素，确定室内热感觉最佳舒适度时的室内环境参数及风扇空调联合系统的参数；

建立人体主观热感觉预测模型，采用线性回归的方法对热感觉与空气温度和风速之间的关系进行拟合；室内人员将室内自身热感觉情况反馈给风扇空调联合系统，风扇空调联合系统根据建立的人体主观热感觉预测模型对空调及风扇进行调控，使室内人员达到舒适状态；对不同的调控策略分别进行能耗计算，确定出能耗最少的最佳调控策略。

优选的，所述在室内空间进行热舒适度实验的步骤中，确定室内环境控制装置类型、环境控制装置布置情况、室外温度及风速情况，并且确定受试样本和测试流程，以及，室内环境参数测试方法、人体热反应分析、风速限值与人体主观热感觉预测方法。

优选的，所述室内环境参数测试方法通过设定若干种不同的调控策略，改变空调设定温度及风扇的风速大小对室内环境物理参数进行调控，获得各测点参数数据。

优选的，所述人体热反应分析通过分析空气温度、相对湿度、风速、平均辐射温度对人体热感受的影响，结合室内环境参数测试所获得的各测点数据，对这四大因素与热感觉之间的关系进行线性回归，分析每一个因素对热感觉的影响程度，确定室内空间影响人体热感觉的极显著因素。

优选的，所述改变极显著因素后，选取若干样本对环境舒适度进行调研，根据调研结果确定室内热感觉最佳舒适度时的室内环境参数及风扇空调联合系统的参数；具体包括选取若干样本对环境舒适度进行调研，通过调整空调和风扇的不同工况，改变影响人体热感觉的极显著因素，影响人体热感觉，获得投票结果，得到风扇与空调联合运行应对不同状态室内人员的调控策略。

优选的，所述人体主观热感觉预测模型对空调风扇联合运行各种工况下受试者的稳态热感觉进行显著性分析，采用线性回归的方法对受试者热感觉与空气温度和风速之间的关系进行拟合。

优选的，所述对不同的调控策略分别进行能耗计算，确定出能耗最少的最佳调控策略的步骤，通过DesignBuilder软件对不同工况下的空调能耗进行模拟，结合热舒适工况进行节能分析。

优选的，在所述通过DesignBuilder软件对不同工况下的空调能耗进行模拟的步骤中，通过模拟获得不同设定温度时的空调系统能耗情况，并通过实测的电流电压对风扇在不同档位时的能耗进行计算，对仅使用空调和空调风扇结合使用时的系统能耗进行对比分析。

一种永磁直驱低速大风扇与空调联合运行的温控系统，包括：

热舒适度分析模块，用于对于不同外界环境温度、自然风大小情况，在室内空间进行热舒适度实验，通过风扇与空调联合运行对室内空间的温度、风速、湿度参数进行调控，并记录不同调控策略下室内的环境参数，分析风扇与空调对室内环境参数的影响，对影响人体热舒适度的因素建立线性回归方程，对各因素进行显著性分析，找到极显著因素对人体热感觉影响的变化情况，通过改变极显著因素，确定室内热感觉最佳舒适度时的室内环境参数及风扇空调联合系统的参数；

最佳调控策略确定模块，用于建立人体主观热感觉预测模型，采用线性回归的方法对热感觉与空气温度和风速之间的关系进行拟合；室内人员将室内自身热感觉情况反馈给风扇空调联合系统，风扇空调联合系统根据建立的人体主观热感觉预测模型对空调及风扇进行调控，使室内人员达到舒适状态；对不同的调控策略分别进行能耗计算，确定出能耗最少的最佳调控策略。

相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

针对风扇空调联合系统的最佳调节模式，基于计算机软件控制技术、结合通用节能技术因素，根据目标建筑节能情况进行优化组合，获得多个超低能耗调控策略，通过改变风扇风速统计受试者的热感觉、热舒适、热期望、热可接受度和风速期望，分析了空调与风扇联合运行在改善人体热舒适方面的作用，并通过对不同工况下的空调能耗进行模拟，通过实测的电流电压对风扇在不同档位时的能耗进行计算，获取风扇空调联合系统的最优节能工况，并且建立人体主观热感觉预测模型，实现对风扇空调联合系统的智能热调节。本发明解决了传统空调系统空气流动性差、能耗高等问题，为风扇空调联合系统的设计提供了参考。

附图说明

图1本发明实施例永磁直驱低速大风扇与空调联合运行的温控方法流程图；

图2本发明实施例方法中确定能耗最少的最佳调控策略过程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图1，本发明实施例的一种永磁直驱低速大风扇与空调联合运行的温控方法，主要包括以下步骤：

对于不同外界环境温度、自然风大小情况，在室内空间进行热舒适度实验，通过风扇与空调联合运行对室内空间的温度、风速、湿度等参数进行调控，并记录不同调控策略下室内的环境参数；

分析风扇与空调对室内环境参数的影响，选取若干样本对环境舒适度进行调研，分析样本的稳态热感觉和影响人体热感觉的客观参数，建立人体主观热感觉预测模型；

不同调控策略可能达到同样的舒适环境，为实现节能目的，将对不同调控策略进行能耗计算，确定最佳运行方式。

本发明方法应用于一建筑室内空间热调节系统中，具体包括：

在目标建筑室内确定空调和风扇数量以及安装位置，在室内的不同位置布置测量点，用以测量记录测点位置的温度、风速、湿度等环境参数。

以上准备工作完成之后，在室内进行热舒适度实验，通过风扇与空调联合运行对室内空间的温度、风速、湿度等参数进行调控，实验时，空调温度的调控范围在23℃～28℃之间，风扇的风速调控范围在1.3m/s～2.5m/s之间，记录不同调控策略下室内的环境参数。

分析风扇与空调对室内环境参数的影响，对影响人体热舒适度的因素建立线性回归方程，方程如下：

y＝1.312x

R

式中，y，x

标准化系数后，拟合模型为：

y＝1.926x

R

以上分析表明，该模型具有显著的统计学意义(F﹦37.321，p﹤0.001)。显著性检验结果表明，风速和空气温度都是影响人体热感觉的极显著因素，平均辐射温度是影响人体热感觉的显著因素，而相对湿度相较来说对热感觉的影响较小。因此，环境因素对人体热感觉的影响程度为：风速、温度、平均辐射温度、相对湿度。此排序针对的是本发明实施例空调风扇联合运行的工况，并不是说相对湿度在所有环境中对热感觉的影响都是如此。通过改变极显著因素，以获得热感觉投票。

确定参与投票的受试样本，受试样本应选取身体健康且年龄相仿的，通过改变极显著因素，选取若干样本对环境舒适度进行调研，此处的不同状态是指睡眠、静坐、轻微活动、剧烈运动，热感觉投票标尺为：热(+3)、暖(+2)、微暖(+1)、中性(0)、微凉(-1)、凉(-2)、冷(-3)。风速感觉投票标尺为：无风(0)、有轻微的风(1)、有明显的风(2)、有强烈的风(3)。测试时间为30分钟。对调查结果进行处理，确定不同状态人员室内热感觉最佳舒适度时的室内环境参数及空调风扇联合系统的参数。此参数作为针对不同状态室内人员的联合系统调控策略。

人体主观热感觉预测对空调风扇联合运行各种工况下受试者的稳态热感觉进行显著性分析，在上述分析的基础上，可以建立人体主观热感觉预测模型，采用线性回归的方法对受试者热感觉与空气温度和风速之间的关系进行拟合。

得到以下方程：

TSV＝0.387t

式中，t

室内人员可根据自身热感觉情况对联合系统进行反馈，系统会根据建立的人体主观热感觉预测模型对空调及风扇进行调控，使室内人员达到舒适状态。

请参阅图2，不同调控策略可能达到同样的舒适环境，为实现节能目的，将对不同调控策略进行能耗计算，确定最佳运行方式。

不同调控策略进行能耗计算，确定最佳运行方式，通过DesignBuilder软件对不同工况下的空调能耗进行模拟，结合热舒适工况进行节能分析。

根据空调运行时的室内温度特点，建立了空调房间热平衡方程。空调开启后，传递至围护结构内表面的冷量或热量包含外扰和内扰，热平衡方程可表述为：

围护结构外表面导热量+室内空气与围护结构内表面的对流蓄冷量+各结构面之间的辐射换热量+辐射热＝0，则n时刻i表面单位面积墙体的热平衡方程式为：

式中：Q

式中：t

式中：SHG

房间空气热平衡方程表述为：室内热源+围护结构内表面对流换热+空气渗透热+空调显热除热量＝单位时间房间内空气显热变化量，其数学表示如下：

式中：

在将墙体内表面热平衡方程和空调房间热平衡方程联立后，可以求解得出房间负荷量和室内温度的逐时变化值。由于不同的原因，室外空气可能会直接进入到空调房间，例如建筑门、窗等的开口和缝隙，都会有空气的流通，在室内外环境参数不同时就会产生热量交换，并即时影响空调房间的热平衡关系。

通过DesignBuilder软件对不同工况下的空调能耗进行模拟，模拟不同设定温度时的空调系统能耗情况；并通过实测的电流电压对风扇在不同档位时的能耗进行计算，然后对仅使用空调和空调风扇结合使用时的系统能耗进行对比分析。

从而确定外界不同温度下，当不同状态的人员处于目标建筑内时，空调和风扇联合系统的最佳运行工况，兼顾舒适性和节能。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。