基于热舒适度的节能型空调控制算法

基于PMV指标的机车司机室空调节能控制器研究作者：章若冰来源：《科技创新导报》2011年第12期摘要:针对当前机车司机室空调节能的需要,设计并实现了一种基于热舒适度指标(PMV)的机车司机室空调节能控制器。

通过对热舒适控制中的变量进行分析,采用智能控制策略,以环境空气温度为受控参数,通过开关空调机来实现以人体舒适感为导向的节能控制。

关键词:PMV指标机车空调智能控制节能中图分类号:TU71 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0078-021 引言随着我国铁路的发展,机车速度越来越快,机车内部的环境也得到了提升,如果给旅客和列车工作人员提供一个更加舒适的乘车、工作环境是铁路发展的必然趋势。

车载空调是改善机车内部环境的重要设备,由于机车空间和电气环境的限制,如何在不提高车载空调功率的前提下改善其控制策略、降低能耗是许多学者研究的重点。

我国铁路空调客车普遍采用车顶单元式空调机组,不仅能满足夏、冬两季的制冷与供热要求,而且能为旅客提供较舒适的乘车环境。

但与世界上一些较先进国家相比,我国铁路客车空调的在技术方面仍然存在着一定的问题,需要进行优化和改进,以提高客车空调效率。

目前,国内机车空调机主要采用手动控制方式,往往需要司机在体感冷热交替中频繁手动开关机。

机车司机室是整列机车的控制中心,从交通安全的角度来看,司机室更需要智能化、人性化的环境温度,为机车司机营造一个舒适的行车环境。

因而,对司机室空调进行智能化、人性化节能装置的研究具有重大实践意义。

目前,国内对机车空调节能研究主要表现在两个方面:有效减少列车空调的冷负荷和合理控制新风量。

减少冷负荷体现在保温材料、保温措施的应用,但会涉及车厢改造,经济投入比较大。

新风量的控制主要仅仅考虑降低空调装置的负荷,并没有考虑乘客和司机的舒适度。

因此,如何以人舒适度为导向来研究、设计机车车载空调是必然趋势[1]。

2 热舒适度及PMV指标热舒适是指人对周围热环境所做的主观满意度评价(ISO7730)。

舒适节能的空调控制摘要在诸如办公室百货商场等建筑中，对空调控制系统的要求是为住户提供一个舒适的感觉。

节能有时与舒适性相矛盾，在不损害舒适性的前提下消除与能源滥用有关的浪费却是可能的。

最基本的构想是房间温度设定值要随室内温度改变而改变。

这篇文章介绍了广为人知的舒适指数ＰＭＶ,它对基于目标是节能与舒适性的空调控制系统非常有用。

1.绪论最近几年，很多人热衷于环境保护，并且考虑改变大规模生产，大规模消费一次性用品的社会。

在建筑领域产生的二氧化碳排放量占到了1/3，人们采用新的方法诸如制定规则或技术改造来控制二氧化碳排放水平。

室内空调消耗的能量占所有建筑设备消耗能量的一半。

在这种情况下，很明显把空调控制系统做的更有效的话对于节能来说有很大的贡献。

常规的空调控制系统全天按一个固定的设定运行。

房间内部空间温度是固定的，建筑的控制中心通常不能改变已有的设定，甚至在这种情况下由于过热或过冷会导致能源的浪费。

在建筑物内需要的是一种舒适的室内环境，它通常要求空调控制系统给在建筑物内的人们提供一个温馨或者是温度适中的感觉。

节能有时与舒适性相矛盾，在不损害舒适性的前提下消除与能源滥用有关的浪费却是可能的。

尽管过去有过舒适空调控制系统的构想，但它并没有超出对每日室内的温度设定值的改变。

那种房间温度目标设定值应该改变的更细微以适应不断变化的房间环境的原则并不存在。

这篇文章描述了一种节能的空调控制系统的具体的特色，它是作为一个局部控制结构在整个建筑控制系统的可扩展性与可靠性设计控制设定的一部分。

同时也将说明模拟实验和系统在实际中的测试结果，这种系统节能效果的测试是用舒适指标作为空调控制的重要组成部分并同时满足节能与舒适性。

2.整体建筑控制系统2.1整体建筑控制系统的结构建筑控制系统主要有安装在建筑物内的监控器和设备控制器组成。

这些系统总体而言深化了整个建筑控制系统的控制并且这些装备具有办公自动化，数据传输和安全防卫的功能。

这个系统因此在检测节能和提供舒适的工作环境方面有很强的适应性。

简述常见空调智能控制方法空调系统是建筑重要组成部分，其能耗占整个建筑能耗的60%-70%，由于空调系统具有大滞后、大惯性、非线性特性，所以常规控制方法，有一定的局限性，使系统供给的能量与负载所需能量不匹配，能量供求不平衡，浪费大量电能。

变风量空调的出现很大程度上解决了能源节约问题。

变风量空调系统是通过改变送风量，而不是改变送风温度来调节和控制某一空调区域温度的一种空调系统[1]。

随着科学技术的不断发展，空调技术也不断进行设备改进。

传统的空调系统是通过调节送风温度来进行控制区域温度的，因此，传统的空调控制器需要安装在房间里。

而变风量控制则采用专用的变风量末端设备进行送风量的控制。

这样设计的目的是可以避免冷热抵消，降低能量消耗。

另一方面，由于空调风量可以根据制冷或者制热负荷进行一个合理设置，根据负荷变化而调节风量，从这一角度讲可以提高风机的节能运行状态。

相比较传统的通过调节送风温度调节室温的方法，其风量是固定不变的，无论负荷如何变化，其风量始终是处于一个较高负荷状态下，因此，大量的实际工程运行数据表明，变风量与传统的定风量系统相比可以大大降低能耗。

1.变风量空调系统的控制及存在问题空调装置设备的容量一般是通过计算设计负荷确定的，设定之后不再变化。

实际上，在不同季节或者不同时段，空调系统并不需要经常处于设计负荷状态。

如果可以根据实际的运行情况调节负荷状态是可以进行节能的。

空调自动控制的任务是在最大限度节能和安全生产的条件下，自动调节各种装置的实际输出量与实际负荷，使它们相适应，以满足生产工艺和人们在工作和生活中对空气参数（温度、湿度、压力以及清新度等）的要求[2]。

因此，变风量空调系统并不是一种全新的问题调节方式，只是在空调设备上进行改造，使传统的定风量改造为根据实际情况变化的变风量。

由于进行温度控制的空调系统本身具有较大的大滞后、非线性、湿度和温度耦合的复杂特性，基于变风量空调系统的自动控制方法很少有成功的应用。

- 107 -工 程 技 术0 引言在全球能源紧缺的背景下，建筑能源消耗已成为各国关注的重大热点问题。

一方面，目前国际冲突导致能源价格上涨，以俄罗斯为代表的能源国家限制天然气出口，使欧洲国家意识到能源短缺将成为现阶段乃至未来一段时间不得不解决的问题。

另一方面，在全球的能源消耗中，40%的能源用于建筑修建过程和使用阶段的通风空调、动力照明等[1]。

因此，建筑节能成为解决能源消耗量大和能源短缺问题的有效途径之一[2]。

建筑能源的消耗是以居住者的舒适度为尺度的，为解决建筑暖通空调使用过程中的能源消耗问题，同时为建筑空间使用者提供一个健康舒适的居住环境，研究建筑物暖通空调的热舒适度和智能化的节能控制成为目前的研究重点。

1 工程背景北京市某房地产项目为重大民生工程，位于成都市东南角，规划用地面积约120735m 2。

按照施工图设计，用地范围内提供高层民用住宅、多层民用住宅和商业零售办公用房的一体化城市生活、零售解决方案，总建筑面积达352398.85m 2。

其中高层民用住宅一共26栋，单栋18层，底层高度为4.5m，其余17层高度均为3.1m，建筑面积达291337.00m 2；多层住宅一共7栋，单栋8层，楼层高度均为3.1m，建筑面积达64092m 2；商用零售办公用房2栋，建筑面积15504.66m 2，其他为配备服务用房面积。

高层住宅楼的结构形式均为框架-剪力墙结构，混凝土强度等级为C35。

计划工期为2019年6月30日至2022年12月31日。

高层住宅楼建筑平面呈矩形，长度方向为38.4m，宽度方向为12.10m；剪力墙厚度为400mm ；框架柱为正方形截面，长宽均为700mm ；框架梁截面为矩形，宽为350mm，高为800mm ；连梁截面为矩形，梁宽为350mm，梁高为600mm，跨度为2500mm。

2 建筑暖通空调热舒适度及能耗预测的人工神经网络算法实现人工神经网络是一种模仿人脑记忆过程和辨识能力的数学模型，其典型的计算结构如图1所示。