咸阳市规划设计研究院 陕西咸阳 712000
摘要：空调、供热系统控制是目前节能控制的研究热点，也是实现节能的重要途径。人体舒适性的研究方兴未艾，基于人体热舒适的空调/供热控制在我国悄然兴起，基于人体舒适性的空调/供热控制系统是人体舒适性控制重要的组成部分。
关键词：人体热舒适；冷冻水系统；热水系统；变流量控制
0引言
暖通空调系统能耗占国民经济的总能耗的20%以上，并且随着社会经济的不断发展，这一比例还将不断提高。因此，建筑节能特别是暖通空调系统的节能显得十分重要。本文在分析人体舒适性规律的基础上，提出了基于人体舒适的空调/供热变流量控制方法，通过自动控制系统，实现暖通空调系统节能运行。
1.空调系统控制现状
变流量系统的目的是要冷源输出的冷量与变化的用户负荷相匹配，从而节约输送和制冷费用。一般来说，变流量空调水系统的轴功率仅仅是定流量系统的约30～50%，由于水流量减少，所以相应水系统管网和水泵投资有所下降。通过控制冷/热量的消耗，使冷/热量得到更合理的应用，减少能源消耗。本控制模式可适用于：中央空调冷冻水流量控制、冬季供热热水流量控制等。
2.基于人体舒适性变流量控制的理论基础
基于人体热舒适的空调水系统变流量控制模型的理论基础来源于范格尔的热舒适方程。范格尔的热舒适方程是应用最广泛的、被编入国际标准IS07730的预测平均投票数和预测不满意百分数(PMV-PPD)评价指标，它是在大量实验数据的统计分析的基础上，并结合人体的热舒适方程，提出的表证人体热舒适的一个较为客观的指标，该指标综合考虑了人体活动程度、衣服热阻、空气温度、平均辐射温度、空气湿度和空气流动速度等六个因素，并从心理、生理学主观热感觉的等级为出发点，是迄今为止，考虑人体热舒适感诸多因素最全面的评价指标。
2.1基于人体热舒适的控制模型
根据范格尔的热舒适方程式：
通过设定人体参数和PMV的值，及自动化软件、温湿度传感器、风速传感器及其他控制模块可以得出 的值。
如果将 作为变频控制器的输入信号，控制器将该输入信号与设定值进行比较得出需要的输出信号来控制电动阀的开度，电磁阀的开关，使冷冻水的流量、采暖热水的流量满足室内负荷变化。
2.2舒适性控制器的开发
舒适性控制器的开发是一个复杂的、不断尝试的过程，其过程包括舒适性控制器的仿真，舒适性控制器实验板上的开发，舒适性控制器的样板，最后是舒适性控制器的批量生产。
2.2.1 舒适性控制器的仿真
显示了空调控制系统原理图，工控组态软件MCGS安装在PC机中，组态软件可以实现对房间温度、湿度、风速的实时数据、历史数据的记录，展示实时曲线和历史曲线并发出运行报警。由智能模块控制中心实现采集信息送往上位机及控制信息发送到ITU的枢纽，它可读取及控制各种ITU设备，能把各种数字信号、开关量信号、模拟量信号有机整合，迅速组成一个功能完整的监控系统。模拟量输入输出模块为光电隔离型模拟量输入ITU。它可接入0～5V信号（或4～20mA信号），可与其它类型ITU共同接在一条ITU总线上工作。开关量输入输出模块为光电隔离型开关量输入单元，相互之间可联网，可与其他模块任意组合，组成开关量输入、输出系统。温湿度传感器为一体化温湿度探头符合美国DALLAS"1-wire Bus"标准，直接数字化输出，探头之间可联网。通过该软件中运行策略和条件策略等输入舒适性指标的计算公式，最后计算出PMV值来，在用户界面上显示。通过调节、执行机构实现制冷机组、空调机组、水泵、冷却塔等的自动化控制。
图2.MCGS的仿真系统
2.2.2舒适性控制器单片机选型
在舒适性控制器的设计过程中，首先要考虑单片机的选型问题，单片机在整个控制装置中，单片机是整个控制器的核心元件，起着处理测试信号、协调各个控制部件、进行数据处理运算的作用，单片机的选择至关重要。在单片机家族的众多成员中，MSC-8051系列单片机以其性能稳定、价格低廉、适应性好一系列优点成为工业测量和自动控制领域的主流，占领着国内单片机的主要市场。在实验过程中，根据老师的建议初选用89C51RC单片机，该型号单片机有4KB的内部程序存储空间，满足用于舒适性计算公式的需要。该单片机硬件结构有以下的特点：
1）内部数据存储器容量为128B；
2）4个8位并行I/O接口，1个全双工的串行接口，接口种类齐全；
3）该型号单片机可进行外部数据存储器寻址及外部程序存储器寻址，最大寻址范围为64KB；
4）该型号单片机有2个定时/计数器，5个中断源，分两个优先级；
5）通过编程可以在4种工作模式下采集实时监控数据，内部的RAM设有4个通用工作寄存器区，共32个通用寄存器。
该型号的单片机是一个16位的单片机，完全满足舒适性计算的要求，可以实现空调节能运行的要求。
2.2.3 舒适性控制器硬件设计
单片机选好以后就可以根据控制器的功能和要求对相应的硬件设备进行设计，主要包括参数设定模块、数据显示模块、数据采集模块三个部分。
参数设定模块主要解决衣服热阻和人体新城代谢的设定，通过键盘调节它们的设定值，其中包括增加键、减少键、功能键、复位键等5个按键。数据显示模块主要是4位7段位数码管显示及相关的芯片，用于显示PMV值及温度、湿度、风速等值。数据采集模块主要包含了串口转化所要求的芯片及电器元件，主要实现数字量的输入与输出。应用系统的简图如3。
图3.舒适性控制器系统原理
3.空调冷冻水、供热热水管变流量系统控制的实现
3.1控制对象的建立
本控制系统用于变流量控制系统，介绍保证人体舒适性的前提下，建立新的空调控制模式，实现空调运行节能。
3.2空调控制系统的组成
由温湿度传感器、风速传感器对室内的空气参数进行采集，由人体舒适性控制器实现将采集信息送往上位机及控制信息发送到执行机构。上位机对所采集的数据进行比较、计算、发出控制信息。通过调节、执行机构实现对冷/热水流量的控制。
4.与其他控制方法的比较
基于人体热舒适的变流量控制方式的对象是人的舒适性，而不是房间空气的参数或末端设备的流量。这种控制方式的应用不仅可以保证大多数人舒适度的要求，而且可以根据室内负荷的变化最大限度地节约能源消耗。
5.结论
本文进行了基于热舒适控制模式的初步探索，从舒适性方程出发，依据室内的空气参数来实现冷/热水变流量控制运行，在满足人体舒适性的条件下，旨在实现空调运行节能。本文对空调水系统变流量控制提出了一种新的思路，其最终目的要提高人们的生活质量，建设节能型社会。
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7、薛殿华.空气调节. 清华大学出版社
论文作者:赵山锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/11
标签：舒适性论文; 单片机论文; 人体论文; 控制器论文; 舒适论文; 空调论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第3期论文;