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一种控制HVAC系统的新建模方法
Joseacute;A. OrosauArr;
Universidade daCoruntilde;a，Departamento deEnergiacute;ay P. M.，Paseo de Ronda，51，15011 ACoruntilde;a，Spain

关键词：热舒适、控制、HVAC、Model、能源

摘要：热舒适性在任何工作环境中都起着重要的作用，但它是一个非常模糊的术语，在现代计算机表示也是非常困难的。其适当的定义可能是表达对热环境的满意的心灵状态，因此它取决于个人的生理和心理。
几位研究人员调查了室内条件与热舒适度之间的关系。一些研究人员已经使用了统计学方法，而最近提出了模糊和神经的方法。在这项工作中，提出了一种基于P.O.的新的热舒适模型。根据堪萨斯大学研究所的Fanger PMV指数，它已经适应于具有热舒适记录仪的特定室内环境。结果表明，该方法提出了一个适用的准确性，并根据现行的HVAC标准提出了温度，即使因为它每天的静态值它们不适合节能，而这些适应性模型显示了热中和的足够值。

0.介绍

热舒适度的正确定义将是对热环境满意度的思想条件，因此取决于个人的生理和心理学（Chen，Jiao，＆Lee，2006）。这个概念在任何工作环境中都起着重要的作用，但它是一个非常重要的术语，很难用现代电脑表示。对热舒适性的研究已经开始了，并证明了建筑物所需的室内温度不是固定值，并且明确指出了热舒适性的满意度的PMV指数最重要的六个热变量定义：人类活动水平，衣物绝缘，平均辐射温度，湿度，室内空气的温度和速度。在这种控制方案中，室内空气的温度和速度通常被用作HVAC系统的受控变量，以便将PMV指数保持在舒适范围。
还有报道说，这种基于舒适的控制（Atthajariyakul＆Leephakpreeda，2004）也可以实现节能，而且一定温度范围足以创造一个舒适的环境。此外，操作加热，通风和在该温度区域安装空调（HVAC），获得HVAC安装操作费用最低（Lute＆van Paassen，1995）和通过选择绝缘材料，分析控制策略或设计合适的加热系统，建筑物的热力学模型可能是预测能源消耗的有用工具（Mechaqrane＆Zouak，2004）。这些技术可以集成到神经网络，自适应模型和回归模型中。在过去几年中，非线性模式识别领域取得了显着的进步，因此通过人工神经网络（ANN）分支机构的进步，系统控制理论（Mechaqrane＆Zouak，2004）神经网络（FNN）（Atthajariyakul＆Leephakpreeda，2004）也向前迈进了一步。最近，ANN已经应用于各种建筑能源问题，包括建筑物供暖负荷的估计和HVAC中能量消耗的优化。尽管如此，必须使用适当的控制系统来真正的实现。例如，在论文（Mechaqrane＆Zouak，2004）中，将输入 - 输出线性自回归性能与外部输入（ARX）模型及其等价物进行比较。其结果证明，NNARX模型超出了线性ARX模型的性能，表明有一些非线性赶上了神经网络模型。

另一方面，在大多数情况下，由于其灵活性和直观的使用，使用了模糊逻辑控制器。它们基本上由两个控制回路组成，一个是照明调节，另一个是热调节（Kristl，Kosir，Lah和Krainer，2008）。在这种情况下，建立了用测量调节设备进行室试验的物理模型，目的是建立具有模糊逻辑控制支持的控制系统，实现热和照明系统的和谐运行。同时运行两个控制循环的实验结果证明，基于模糊方法函数的系统比古典的Yes / No方案更加柔和，更接近于人类的原因（Chen et al。，2006）。在冬季，室外条件显示出太阳辐射低和亮度低，因此系统保持开放，以尽可能多地获得能量。在夏季期间，由于灯光循环的主导作用，起始点状况和结果之间的主要差距将会缩小。滚筒盲板保持打开，并且放置在光线和热量中，尽管测试室的通风条件较为密集，但也能导致过热（Kristl等，2008）。
第三种方法是基于气候条件。 Humphreys和Nicol（1998）发现舒适度和室外平均温度之间有很强的联系，建议在房屋建筑物中，居住者可能会使用一种热记忆来满足他们的舒适期望。Humphreys和Nicol（1998）的结论是，不仅室内瞬时参数，我们每天暴露于户外和许多室内温度根据气候带和社会因素而有所不同，在我们日常生活中暴露于这些温度就是我们室内热环境。
回归模型是显示建筑物动态热量的最后一种方法。 De Dear and Brager（1998）认为，热舒适度可以与暴露热历史（Chung，Kwok，Mitamura，Miwa，＆Tamura，2008），地球温度（Leephakpreeda，2008）和其他室内参数（Chen等人，2006）通过回归模型得到。
最后，书目结论表明，未来的作品必须基于空调建筑物的可变操作起点（Humphreys＆Nicol，1998），并且还应该将其研究扩展到更多的数据样本，如其他全年建筑物（ Mechaqrane＆Zouak，2004）。因此，开发了一种热舒适调节的PMV模型，并将其作为ACoruntilde;a大学（Orosa，2008年）的专利设计预先解决了这些情况，并提供了一个立即可变的操作起点，还将考虑PMV指数的其他6个参数。
材料
1.1建造
PMV指数采样的建筑位于西班牙阿科鲁尼亚（ACoruntilde;a）的地区，自然通风和从外到内形成的墙体结构，包括：外墙，混凝土，砖，空气屏障，聚苯乙烯，砖，混凝土和内部覆盖物。
1.2室内外条件
测量仪器是热舒适模块和数据记录器。热舒适模块提供平均辐射温度，空气速度，温度和相对湿度的传感器，用于计算Fanger的PMV指数。此外还安装了带有热敏电阻和电容传感器的Tinytag Plus 2双通道数据记录仪，以记录温度和相对湿度值，精度分别为plusmn;0.2℃和plusmn;3％HR。这些数据记录仪在夏季采样了25个建筑物的温度和相对湿度，采样频率为5到10分钟。作为自适应舒适模型，以户外温度为输入参数，室外气候从位于ACoruntilde;a镇附近的气象站（MeteoGalicia，2002）获得。气象站等温度，相对湿度和风速等抽样变量以5-10分钟的频率进行采样。
方法
本研究工作采用的方法是根据ISO 7730对室内舒适度进行抽样，并通过曲线拟合与室内参数（如温度和部分蒸气压）相关联。之后，获取的模型将在Simulink Ham Tools的HVAC控制系统中引入，以模拟真实建筑物在真实天气条件下和在一定舒适度范围内的能耗的降低。最后，将该过程与自适应和固定设定点方法进行比较。
2.1评估个体热平衡的方程式
热平衡是完全接受的，其次是ISO 7730，用于研究舒适度条件，无论气候变化如何。经验方程已经被零星地用于特定的气候区域。热平衡从两个必要的初始条件开始，以保​​持热舒适性：
（1）必须从皮肤温度和全身温度的合并中获得中性热感。
（2）在全身能量平衡中，代谢产生的热量必须等于大气中的热量（稳态）。

应用上述原则，

M-W= S,(1)

M-W=(C R ) ( ) ( ),(2)

其中代谢热产生率M（W / m2）; W机械功率（W / m2）; qsk总皮肤热损失率（W / m2）;呼吸总热损失率（W / m2）; C R皮肤明显的热损失（W / m2）; 呼吸热对流热损失率（W / m2）; 呼吸蒸发热损失率（W / m2）; Ssk皮肤保温率（W / m2）; 核心隔室蓄热量（W / m2）。
被认为是两个节点（皮肤和核心）的体内的蓄热速率可以由两个方程定义。 （3）和（4）

=*,(3)

=*,(4)

要求身体的分数集中在皮肤上; 体重（kg）,特定体温热量（kJ / kg K）; DuBois表面积（m2）; 核心节点的温度（℃）; 皮肤节点的温度（℃）; theta;时间。
舒适方程可以通过将热平衡设置在个体的热舒适条件下来获得，如等式 （1）显示。 基于这些参数，可以建立一般用于定义热环境的指数，如方程式所示。 （5），这是预测平均投票和六个不满意的百分比

PMV=(0,303* 0,028)*L,(5)

PpD=100-95*,(6)

其中L是身体的热负荷，定义为内部热量产生和热损失与实际环境之间的差异。
来自皮肤的蒸发热损失Esk取决于皮肤上的水分量以及皮肤和周围环境中的水蒸气压力之间的差异，如我们在等式（7）。

=,

其中w是皮肤湿润度;是皮肤上的水蒸气压（kPa）; Re是一层衣服的蒸发传热阻力（kPa）/ W;蒸发传热系数（W / m2 kPa）。
通过对流和蒸发热交换呼吸热，如方程式 （8）和（9） （10）计算出皮肤明显的热量损失

=0,00014*M*(34-t),(8)

=1.72**M*(5867-).

C R=,(10)

其中fcl是服装面积因子; Rcl是服装的热阻（m2 K）/ W; tsk是皮肤的温度（℃）; h是对流和线性放射性热传递系数的总和（W / m2 K）。
最后，在工作人员的情况下，外部工作W可以被认为是零。
为了推导舒适方程，将舒适的皮肤温度和汗液生产方程与全身热平衡（Stanton，Brookhuis，Hedge，Salas和Hendrick（2005））相结合。该方程式描述了人们在室内环境中经历的物理参数测量和热感觉之间的关系。舒适方程式是一种操作工具，其物理参数可用于评估室内环境的热舒适度条件。然而，Fanger（1970）获得的舒适度方程太复杂，无法通过手动程序解决。在研究定义一个人的热平衡的方程之后，我们可以推断出样本的需要，即可操作温度，空气速度和相对湿度的瞬时演变。为了收集热舒适性数据，我们可以使用Innova Airtech 1221（Innova Airtech Instruments，2009）的热舒适模型所采用的换能器。为了便于理解这一程序，必须直接或计算的参数总结在表1中。
在表1中，我们发现术语“等效温度”，它通常用于代替干热损失。这个等效温度可以从干热损失中计算出来，并且定义为具有零风速的辐射黑色外壳的均匀温度，其中乘客将具有与实际的不均匀环境相同的干热损失。
2.2替代PMV模型
在所有热环境指标中，主要是PMV。 Oseland所完成的工作，随后由ASHRAE所作的工作得出结论，PMV可以用来预测中性温度，其误差为1.4℃，与热敏感方程相比，中性温度相对较高。该热感对PMV表示等效的指标。其主要区别在于，通过对位于环境中的不同个体的调查回归来获得热感觉。这项调查呈现如表2所示的规模。
Berglund（1978）已经开发了一个考虑到clo效应的热感模型的例子。

Brager和De Dear（1998）还表明，在冬季研究旧金山的建筑物时，发现PMV比获得的热感觉低（较冷）。所以他定义了24.8℃的中性温度，高于估计值的2.4℃。在考虑了各种英国机械通气方式后，证明PMV与热感相差0.5分，相当于说1.5℃的差异。
在澳大利亚，De Dear和Auliciems（1985）发现，中性温度之间的差值为0.5-3.2℃，由Surviv估计，并由Fanger的PMV模型确定。随后，在12个澳大利亚的建筑物进行了一项研究，温度差异在调查提出的中性温度和约1℃确定的PMV之间定义。他的研究扩大到由Brager所做的研究。以这种方式，已经通过座椅隔离返回分析和更正数据。同样地，根据通过调查获得的值和由等式预测的值，发现中性温度之间存在差异。结果表明，在实际情况下，中性热感与0.2-3.3℃的偏差和热中性条件的平均值为1.4℃。错误归因于PMV错误定义的代谢活动和clo指数，或无法考虑到座位的等效性。
堪萨斯州立大学环境研究所根据ASHRAE的合同，对久坐不动的热舒适问题进行了广泛的研究。这项调查的目的是为了获得一个在环境中容易采样的参数表达PMV的模型。
因此，对1600名学龄儿童的调查显示，舒适度，温度，湿度，性别和接触持续时间之间的统计学相关性。五个男人和五个女人的群体暴露于15.6℃和36.7℃之间的温度范围，在八个不同相对湿度下分别为15％，25％，34％，45％，55％ 65％，75％和85％，空气速度低于0.17m / s。在3小时的研究期间间隔半小时，受试者报告了他们在选票上的热感觉，其中七种类别范围在3和3之间，如表2所示。这些类别显示出热感觉冷暖，穿过0表示热中性。结果已经产生了如式（12）。

PMV=a*t b*-c.(12)

通过使用这个方程，并考虑到室内环境的性别和暴露时间，应使用不同的常数。
根据这些标准，给出了一个平均接近于26℃和50％相对湿度条件的舒适区域。他们已经经历了一个久坐的代谢活动的研究对象，穿着正常的衣服，耐热性约为0.6。他们接触室内环境是3小时。

表1 计算一般热舒适的方法