基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统，包括：时间段设置装置，用于设定系统的工作模式；采集装置，用以按设定周期采集室内外环境参数；人机交互平台，用以接受用户对室内外环境感受的评价信息；控制器，用以根据室内环境参数和用户感受的评价信息调整控制设备的运行状态，对所述室内环境进行调整直至所述室内环境符合人体热适应和用户对室内环境感受满足预设条件为止；控制设备，用以调节室内环境。本发明专利技术还提供了一种基于人体热适应的室内环境控制方法。本发明专利技术通过根据满足人体热适应理论和用户感受信息情况来控制室内控制设备状态，并通过结合当地气候特点，提升用户使用感受的同时实现了可观的节能。

Indoor environment control system and method based on human thermal adaptation and climate characteristics

The invention discloses a human thermal adaptation and climate characteristics of the indoor environment control system, which is based on a time setting device for setting the system working mode; the acquisition device used to set according to periodic sampling of indoor environment parameters; human-computer interaction platform, evaluation to receive user experience information for indoor and outdoor environment; controller, according to the indoor environment parameters and user experience evaluation information control equipment operation state, the indoor environment is adjusted until the indoor environment conforms to the human thermal adaptation of the indoor environment and user experience to meet the preset conditions so far; control equipment, used to adjust the indoor environment. The invention also provides a method for controlling indoor environment based on human thermal adaptation. The control room control equipment status according to satisfy the human thermal adaptation theory and information to the user experience, and combining with local climate characteristics, and enhance the user experience to achieve considerable energy saving.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于室内环境调节
，特别涉及一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统及方法。
技术介绍
常规空调运行时，由用户或管理维护人员设定温度值，通过PI和PID控制等维持温度稳定，这种常规模式只对环境空气温度进行控制，没有顾及其他与热舒适密切相关的环境参数，因此热舒适性可能得不到保证。此外，该模式仅调节空调运行，与风扇等房间其他热调节手段缺少互动，调控效率低，存在能源浪费。此外，近年来出现了以PMV模型为核心的一种控制模式，这种模式综合考虑影响热舒适的环境参数，以PMV为核心控制室内热环境，与常规模式相比，考虑因素全面，具有一定节能潜力。但PMV模型仅适用于稳态环境的局限，使得相关研究忽略动态热环境的营造，同时也缺乏空调之外热环境调节手段的控制和利用。因此，根据前期人体热适应研究成果，为了提供更加人性化的室内环境，环境控制需要更多的考虑人体热适应的机理，即人不再是给定热环境的被动接受者，而是通过多重循环反馈与人—环境系统交互作用的主动参与者，从而根据人体的热适应行为调节室内环境参数和控制设备。前期研究结果如下：Zhang Y, Chen H and Meng Q. Thermal comfort in buildings with split air-conditioners in hot-humid area of China. Building and Environment, 2013, 64:213-224；Zhang Y, Wang, Chen H, Zhang J and Meng Q. Thermal comfort in naturally ventilated buildings in hot-humid area of China. Building and Environment, 2010, 45(11):2562-2570；张宇峰，刘倩妮，孟庆林.湿热地区人群夏季主动利用气流的研究(1):行为与动机.暖通空调,2014,44(1):29-35；张宇峰，刘倩妮，孟庆林.湿热地区人群夏季主动利用气流的研究(2):气流感受与利策略.暖通空调,2014,44(1):36-41；张宇峰.夏热冬暖地区代表性城市与农村居住建筑热环境设计与计算指标[J]. 建筑科学, 2014, 30(6):10-18；翟永超, 张宇峰, 孟庆林,等.湿热环境下空气流动对人体热舒适的影响（1）：不可控气流[J]. 暖通空调, 2014, 1:42-46；翟永超，张宇峰，孟庆林，Hui Zhang, Wilmer Pasut, Edward Arens.湿热环境下空气流动对人体热舒适的影响(2):可控气流.暖通空调,2014,44(1):47-51；此外，根据各个地区气候特点，通过加强夜间通风，可充分利用夜间低温蓄冷减少日间对空调的依赖，具有一定节能潜力。目前尚未发现将人体热适应和夜间通风相结合的智能控制研究。以往研究中，对于夜间通风判据，有研究认为当室内温度高于室外温度时，便可开窗通风，这与本文的通风策略相同。本专利技术针对南方湿热地区秋季气候特点，结合办公室的使用，夜间采用固定时间段内室内外空气温差为判据，从而充分利用夜间通风来降低室温，蓄积冷量，充分利用夜间蓄冷和人体热适应理论成果，更合理的解决室内热环境控制问题。以往研究结果如下：Pablo La Roche，Murray Milne. Effects of window size and thermal mass on building comfort using an intelligent ventilation controller[J]. Solar Energy 77 (2004) 421–434。M.Kolokotroni,B.C.Webb.S.D.Hayes,Summer cooling with night Ventilation for office buildings in moderate climates, Energy and Buildings 27(1998)231-237。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有室内环境控制方法的缺点与不足，为此，提出一方面提供了一种基于人体热适应、并结合气候特点的室内环境控制系统：一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统，包括：时间段设置装置：用于设定系统的工作模式，设定时间段包括白天和夜晚两个，其中白天运行时间为A~B，夜晚运行时间为B~A；采集装置，用以按设定周期采集室内外环境参数，所述设定周期为10~60分钟；人机交互平台，用以接受用户对室内外环境感受的评价信息；控制器，分别与所述采集装置和所述的人机交互平台之间以无线方式相连，用以根据室内环境参数和用户感受的评价信息调整控制设备的运行状态，对所述室内环境进行调整直至所述室内环境符合人体热适应和用户对室内环境感受满足预设条件为止；控制设备，用以调节室内环境，包括空调、风扇和自动开窗器。进一步地，所述采集装置包括用于采集室内、外环境参数的温湿度传感器、用于采集室内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器，所述室外环境参数为空气温度，所述室内环境参数包括空气温度、黑球温度、相对湿度、二氧化碳浓度。进一步地，所述的人机交互平台包括移动终端或台式电脑。进一步地，所述控制器为单片机。进一步地，还包括储存器，用以储存环境参数和用户感受的评价信息，所述储存器与所述控制器相连。人体热适应预设条件为热适应研究成果中得到的预设值。本专利技术人已开展了大量热舒适现场调研和气候室实验，揭示了湿热地区居民的热适应特征，并据此提出了相应的热环境设计与计算指标。本专利技术以上述研究结果为基础，充分考虑湿热地区的人体热适应特征和空气流动对温湿度的补偿作用，提出利用开窗、风扇和空调联合控制建筑热环境的适应性控制模式。这种模式在实现健康、舒适和节能等方面具有较大潜力。本专利技术另一专利技术还提供了一种基于所述系统的室内环境控制方法，包括以下步骤：按设定周期采集室内外环境参数；当系统的工作模式设定为白天时，接受用户对室内环境感受的评价信息；接着判断室内环境状况，根据人体热适应预设值，控制设备运行相应的动作，同时根据用户评价信息调整控制设备的运行状态，以对室内环境进行调整直至用户对室内环境感受评价满足预设条件为止；当系统的工作模式设定为夜晚时，判断室内外温度情况，根据控制策略，设备运行相应的动作，通过开关窗户施行夜间通风。进一步地，所述的判断室内环境状况，根据人体热适应预设值，控制设备运行相应的动作具体包括：判断室内温度；若室内温度≤T10C，则关闭空调及窗户；接着判断二氧化碳浓度水平，当二氧化碳浓度<C1ppm时，窗户开度在原来的基础上减少四分之一；当C1ppm≤二氧化碳浓度≤C2ppm时，窗户保持原来的开度；当二氧化碳浓度>C2ppm时，窗户开度在原来的基础上增大四分之一；若T10C<室内温度<T20C，则关闭空调及窗户；接着判断是否室内温度>室外温度，若是，则窗户全开，若否，则判断二氧化碳浓度水平，当二氧化碳浓度<C1ppm时，窗户开度在原来的基础上减少四分之一；当C1ppm≤二氧化碳浓度≤C2ppm时，窗户保持原来的开度；当二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统，其特征在于，包括：时间段设置装置，用于设定系统的工作模式，设定时间段包括白天和夜晚两个，其中白天运行时间为A~B，夜晚运行时间为B~A；采集装置，用以按设定周期采集室内外环境参数，所述设定周期为10~60分钟；人机交互平台，用以接受用户对室内外环境感受的评价信息；控制器，分别与所述采集装置和所述的人机交互平台之间以无线方式相连，用以根据室内环境参数和用户感受的评价信息调整控制设备的运行状态，对所述室内环境进行调整直至所述室内环境符合人体热适应和用户对室内环境感受满足预设条件为止；控制设备，用以调节室内环境，包括空调、风扇和自动开窗器。

【技术特征摘要】
1.一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统，其特征在于，包括：时间段设置装置，用于设定系统的工作模式，设定时间段包括白天和夜晚两个，其中白天运行时间为A~B，夜晚运行时间为B~A；采集装置，用以按设定周期采集室内外环境参数，所述设定周期为10~60分钟；人机交互平台，用以接受用户对室内外环境感受的评价信息；控制器，分别与所述采集装置和所述的人机交互平台之间以无线方式相连，用以根据室内环境参数和用户感受的评价信息调整控制设备的运行状态，对所述室内环境进行调整直至所述室内环境符合人体热适应和用户对室内环境感受满足预设条件为止；控制设备，用以调节室内环境，包括空调、风扇和自动开窗器。2.如权利要求1所述的一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统，其特征在于：所述采集装置包括用于采集室内、外环境参数的温湿度传感器、用于采集室内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器，所述室外环境参数为空气温度，所述室内环境参数包括空气温度、黑球温度、相对湿度、二氧化碳浓度。3.如权利要求1所述的一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统，其特征在于：所述的人机交互平台包括移动终端或台式电脑。4.如权利要求1所述的一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统，其特征在于：所述控制器为单片机。5.如权利要求1所述的一种基于人体热适应和气候特点的室内环境控制系统，其特征在于：还包括储存器，用以储存环境参数和用户感受的评价信息，所述储存器与所述控制器相连。6.基于如权利要求1至5中任一项所述系统的室内环境控制方法，其特征在于，包括以下步骤：按设定周期采集室内外环境参数；当系统的工作模式设定为白天时，接受用户对室内环境感受的评价信息；接着判断室内环境状况，根据人体热适应预设值，控制设备运行相应的动作，同时根据用户评价信息调整控制设备的运行状态，以对室内环境进行调整直至用户对室内环境感受评价满足预设条件为止；当系统的工作模式设定为夜晚时，判断室内外温度情况，根据控制策略，设备运行相应的动作，通过开关窗户施行夜间通风。7.根据权利要求6所述的室内环境控制方法，其特征在于，所述的判断室内环境状况，根据人体热适应预设值，控制设备运行相应的动作具体包括：判断室内温度；若室内温度≤T10C，则关闭空调及窗户；接着判断二氧化碳浓度水平，当二氧化碳浓度<C1ppm时，窗户开度在原来的基础上减少四分之一；当C1ppm≤二氧化碳浓度≤C2ppm时，窗户保持原来的开度；当二氧化碳浓度>C2ppm时，窗户开度在原来的基础上增大四分之一；若T10C<室内温度<T20C，则关...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇峰，麦锦博，张明扬，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44