基于人体舒适度的空调房间控制系统设计

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hexinyu2005
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现代社会人们绝大部分时间是在建筑物室内度过的,室内环境的优良不仅影响人们的工作效率,而且影响人们的身体健康,人们对建筑物室内环境品质和人体舒适度的要求也越来越高。传统空调以温度为控制参数,忽略了相对湿度、室内风速、平均辐射温度等室内环境因素对人体舒适度的影响,其控制对象是温度而不是人体舒适度,所以很大程度上不能满足人们越来越高的舒适度要求,人们希望室内环境的变化是以自身舒适度感觉为出发点,因此,研究基于人体舒适度的空调房间环境调节方案具有重要的理论和现实意义。本文采用国内外广泛认可的PMV指标作为人体舒适度指标,设计了基于人体舒适度的空调房间控制系统。本文首先对人体舒适度指标PMV进行了分析,深入研究影响人体舒适度的四个环境因素(温度、相对湿度、风速、平均辐射温度)和两个非环境因素(人体新陈代谢率、服装热阻),并利用MATLAB 2015b编程仿真确定环境因素中的可控因素(温度、相对湿度、风速)对PMV的影响程度,为控制策略提供理论支持。基于室内环境的特点,本文设计了无线传感器网络、STM32的主控模块和Android移动设备客户端。利用无线传感器网络收集室内环境参数,不改变房间格局,避免了布线烦恼,同时不影响室内原有环境美观;STM32主控模块主要负责数据的处理和控制命令的发送,该模块经济成本低、长时间工作性能稳定、功耗低;Android移动设备客户端是实现人机交互的主界面,操作方便为用户提供人性化使用体验。通过对PMV控制方式的分析研究,考虑到P MV直接控制方式在实际工程中实现难度大,本文选用了 PMV间接控制方式,所谓PMV间接控制方式是指舒适度指标PMV作为控制系统的参考标准而不是直接的控制参数。基于人体舒适度的理论研究,本文搭建了热舒适房间温度和湿度优化模型,该模型对室内环境温湿度参数进行优化组合,利用非线性有约束最小化的求解方法计算得到设定舒适度的最适合的参数优化组合方式,并通过对应的设置达到设定舒适度指标;文中结合舒适度区间的研究和参数优化模型提出了区间PMV控制策略,该策略将舒适度指标设定在周期性循环的舒适度区间范围内,提供类似自然环境下的舒适度体验。本文最后展示了移动客户端界面,并通过实验验证了所采用的区间舒适度控制策略,实验结果表明舒适度控制能够提供更好的舒适度体验。
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