模拟自然气候节律调节室内气候的方法和装置 本发明涉及一种调节室内气候的方法和装置。
人工调控室温和室内湿度，使室内气候更宜人是现代文明生活的一部分。通常采用空调器调节室内气候；而长期处于空调器调控的室内气候中的人会产生诸如全身酸痛、易息感冒、头痛、失眠等不适感觉的综合症状，即所谓空调综合症。人们一直在为克服空调综合症、增加空调器的舒适性而努力。例如，为空调器加装负离子发生器、加装除湿机或其他湿度调节机等，但效果并不理想，原因是人们忽视了一个主要问题：即人的自然生物节律特性。
最新科学研究表明，地球上的生物普遍存在着节律特征，科学家已经在生命体的脱氧核糖核酸(DNA)中找到了有关生物节律的遗传特征，并在生物体内找到了产生、控制自然生物节律特性的物质基础一超交叉细胞核(SCN)。人是自然界长期进化的产物，人体内部存在着与自然界物候节律相同步的自然生物节律特性。人的生物钟特性、体质一情绪一智力的周期性，都说明人的节律特性的客观存在。
另一方面，人体对外环境有规律的周期性变动(具体就是指自然气候日节律、年季节律)，有着同步的周期性适应变化。如日温变曲线与人的日体温变化曲线就有一种对应关系。气温在凌晨最低，在午后升至最高，人的体温也有相似变化趋势。现代医学表明，自然气候的节律性，特别是气候的日节律特性对人体的激素分泌、酸碱度平衡以及其它生理机能有着重要地影响。
传统空调器的恒温恒湿调节室内气候的方法，虽然使人们得到一时的舒适感觉，但使人们赖以生存的环境气候的节律特性发生了改变，这种改变对人体内由自然进化而来并为人体所固有的生物节律形成了干扰，这种干扰对人体生理过程的影响导致人体综合机能的紊乱，表现为空调综合症。大量实验表明，长期生活在恒温恒湿的空调环境中的人免疫力下降、出现类风湿症候群、健康状况容易处于第三态。目前各种空调器对室内气候的调节方式设计没有考虑到人的生物节律特性，所以未从根本上解决空调综合症的问题。
本发明的目的是提供一种能按照使人们感觉较舒适的自然气候节律来调节室内气候的方法和装置。
图1给出了本发明的结构框图。
在图1中：
1-----温度传感器；
2-----湿度传感器；
3-----气压传感器；
4-----自动控制装置；
5-----压缩机组；
6-----电热组件；
7-----减湿器；
8-----增湿器；
9-----氧气发生器；
10-----通风机。
本发明的任务是这样完成的：由于自然气候日节律的快参量特性，使得自然气候日节律对人体的自然生物节律影响最为显著。因此本发明从自然气候变化周期曲线中遴选出人们感到最舒适的日气候节律变化曲线，并以依上述曲线调节室内气候为基本模式，在保证体现自然气候节律的前提下，调节室内气候，使人们感到舒适。上述日气候节律变化曲线包括日温度变化曲线、日湿度变化曲线和日气压变化曲线。日气候节律模式的遴选主要根据统计学意义上的用户群体的气候舒适性感受，并参照自然季节与用户的生理季节、心理季节间的适应性而选定。
如图1所示，本发明由温度传感器1、湿度传感器2、气压传感器3、自动控制装置4、压缩机组5、电热组件6、减湿器7、增湿器8、氧气发生器9和通风机10组成。
将上述遴选出的日气候节律模式及控制要素预置入4中，预置方法按照4的操作规程进行。被调节房间的温度由1检测，检测到的温度值被自动地送入4中，与当时的日气候节律变化范式的温度设定值进行比较，当检测到的温度值高于温度设定值且超过允许变化范围时，4便驱动5工作，以降低被调节房间的温度；当检测到的温度值低于温度设定值且超过允许变化范围时，4便驱动6工作，以升高被调节房间的温度。同时，被调节房间的湿度由2检测，检测到的湿度值被自动地送入4中，与当时的日气候节律变化范式的湿度设定值进行比较，当检测到的湿度值高于湿度设定值且超过允许变化范围时，4便驱动7工作，以降低被调节房间的湿度；当检测到的湿度值低于湿度设定值且超过允许变化范围时，4驱动8工作，以增加被调节房间的湿度。同时，被调节房间的气压由3检测，检测到的气压压强值被自动地送入4中，与当时的日气候节律变化范式的气压设定值进行比较，当检测到的气压压强值高于气压设定值且超过允许变化范围时，4便驱动10工作，以降低被调节房间的气压；当检测到的气压压强值低于气压设定值且超过允许变化范围时，4便驱动9工作，以增氧的方式提高被调节房间的气压。
本发明调节室内气候调节的方式不是按照恒温恒湿模式调控，而是按照遴选出的日气候节律模式调控。当将选取的模式输入自动控制装置中后，自动控制装置便可按预置的模式控制空调器、电热组件、减湿器和氧气发生器调节室内的温度、湿度和气压。这种调节是以24小时/日的周期循环执行的，整个过程由4中的高精度时钟电路自动同步控制的。
本发明调节室内气候方法的实质是在室内模拟某一最舒适自然气候，而这种最舒适自然气候是根据空调器用户群体对气候的统计适应性感受而确定的。由于采用了自动控制装置，使用户根据个人的适应性，地域的特点灵活地确定调控气候的模式。本发明实质上提出了一种调控方案科学化、多样化、个性化，调控手段智能化的广义空调器，即具有自然气候节律特征的气候调节器。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例中所选用的典型自然气候日节律特征曲线族、恒温恒湿空调器主体种类、自动控制装置型号不影响本发明的权利要求。本实施例选用青岛空调设备仪器厂生产的H10-1型恒温恒湿机的主体作为本实施例空调器的主要机件；选用北京精确微电子研究所生产的LS01型温湿度压力控制用可编程控制器作为本实施例的自动控制装置。选用北京精确微电子研究所生产的BGY-6型氧气发生器作为本实施例的氧气发生器，调节面积40平方米。
图2是本发明实施例所选定的温度日调节特征曲线图。
在图2中：
TEM--------温度纵轴，单位为摄氏度(℃)；
TIME-------时间横轴，单位为点钟(O’clock)。
图3是本发明实施例所选定的湿度日调节特征曲线图。
在图3中：
RH---------湿度纵轴，单位为百分比(％)；
TIME-------时间横轴，单位为点钟(O’clock)。
图4是本发明实施例所选定的气压日调节特征曲线图。
在图4中：
P----------气压纵轴，单位为毫巴(mb)；
TIME-------时间横轴，单位为点钟(O’clock)。
图5是专用可编程控制器面板示意图。
在图5中：LED--------显示屏；
INT--------温度参量传感输入插座；
INH--------湿度参量传感输入插座；
INP--------气压参量传感输入插座；
INC--------机动参量传感输入插座；
MP---------主控面板；
KB---------主控编程键盘；
K----------主开关。
图6是本发明的电气控制原理图。
在图6中：
XCT---------Rt-BA2型(0-50℃)室内铂电阻温度传感器；
SXT------ZnO-Cr2O3型陶瓷湿敏传感器；
PM-------FPM-05G型半导体气压传感器；
PCC------LS01型温湿度控制用可编程控制器；
INT------温度参量传感输入插座；
INH------湿度参量传感输入插座；
INP------气压参量传感输入插座；
1C--------压缩机接触器；
1D-------H10-1型恒温恒湿机原装压缩机电动机；
1RJ------压缩机电动机热继电器；
1C1------压缩机接触器常开触点组；
1RD------压缩机电动机保险器；
2C-------通风机接触器；
2D-------H10-1型恒温恒湿机原装通风机电动机；
2RJ------通风机电动机热继电器；
2C1------通风机接触器常开触点组；
2RD------通风机电动机保险器；
3C-------氧气发生器接触器；
YQ-------BGY-6型氧气发生器；
3C1------氧气发生器接触器常开触点组；
3RD------氧气发生器保险器；
4C-------电热组件控制接触器；
DR-------H10-1型恒温恒湿机原装电热组件；
4C1------氧气发生器接触器常开触点组；
4RD------电热组件保险器；
5C-------减湿器控制接触器；
JS-------H10-1型恒温恒湿机原装减湿器；
5C1------减湿器控制接触器常开触点组；
5RD------减湿器保险器；
6C-------增湿器控制接触器；
ZS-------H10-1型恒温恒湿机原装增湿器；
6C1------增湿器控制接触器常开触点组；
6RD------增湿器保险器；
DZ-------空气断路器；
A1-------空气断路器相线输出；
B1-------空气断路器相线输出；
C1-------空气断路器相线输出；
A--------空气断路器相线输入；
B--------空气断路器相线输入；
C--------空气断路器相线输入；
N--------交流电源零线。
图2、图3、图4中各控制点座标对应值由表1列出。
表1
TIME TEM RH P
(O’clock) (℃) (％) (mb)
0 17.5 67.1 1007.1
2 17.2 67.2 1007.5
4 17.0 67.4 1007.8
6 19.2 67.5 1006.5
8 21.0 65.5 1005.5
10 22.5 63.2 1002.8
12 23.5 62.0 1001.8
14 24.0 61.2 1000.8
16 23.5 61.9 1001.4
18 21.2 63.8 1003.5
20 18.5 65.7 1005.5
22 17.7 66.7 1006.7
24 17.5 67.1 1007.1
本实施例中，如图2所示的温度日调节特征曲线取自北京秋季统计的典型舒适日的日气温变化曲线；如图3所示的湿度日调节特征曲线取自北京秋季统计的典型舒适日的日湿度变化曲线；如图4所示的气压日调节特征曲线取自北京秋季统计的典型舒适日的日气压变化曲线。典型日温度变化范围为21±4℃；典型日湿度变化范围为(65±4)％；典型日气压温度变化范围为1004±3(mb)。
参照图5，上述温度日调节特征曲线、湿度日调节特征曲线和气压日调节特征曲线的控制点由图5所示的专用可编程控制器面板MP上的开关和按键设定输入。
设定方法如下：
将MP上的主开关K置于SET位置，显示屏LED上将出现“INT？-”提示字样，提示操作者决定是否进行初始化，操作者按动EN键，取消初始化；LED上出现END字样，表示设置不变或设置完成；操作者可以将K置于ON位置，专用可编程控制器PCC(图6)开始工作，操作者可以将K置于OFF位置，PCC停止工作。操作者按动INT键，完成初始化；初始化后LED上出现“P＝(1-4)？-”提示字样，提示操作者输入待控制对象数目，数目应在1-4间选定，在本实施例中选3，这时的控制对象为温度TEM、相对湿度RH和气压P。接着LED上出现“PN＝(1-24)？-”提示字样，提示操作者输入控制点数目，数目应在1-24间选定，在本实施例中选12，这就意味着控制点以2小时为间隔。随后LED上出现“PT0＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入零点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选17.5；接着LED上出现“PT2＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入2点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选17.2；接着LED上出现“PT4＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入4点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选17.0；接着LED上出现“PT6＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入6点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选19.2；接着LED上出现“PT8＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入8点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选21.0；接着LED上出现“PT10＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入10点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选22.5；接着LED上出现“PT12＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入12点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选23.5；接着LED上出现“PT14＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入14点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选24.0；接着LED上出现“PT16＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入16点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选23.5；接着LED上出现“PT18＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入18点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选21.2；接着LED上出现“PT20＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入20点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选18.5；接着LED上出现“PT22＝(15.0-25.0℃)？-”提示字样，提示操作者输入22点时温度控制的目标值，数值应在15.0-25.0间选定，在本实施例中选17.7。
随后LED上出现“PH0＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入零点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选67.1；接着LED上出现“PH2＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入2点时湿度控制的目标值，数目应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选67.2；接着LED上出现“PH4＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入4点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选67.4；接着LED上出现“PH6＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入6点时湿度控制的目标值，数值应在15.0-70.0间选定，在本实施例中选67.5；接着LED上出现“PT8＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入8点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选65.5；接着LED上出现“PH10＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入10点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选63.2；接着LED上出现“PH12＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入12点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选62.0；接着LED上出现“PH14＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入14点时湿度控制的目标值，数目应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选61.2；接着LED上出现“PH16＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入16点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选61.9；接着LED上出现“PH18＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入18点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选63.8；接着LED上出现“PH20＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入20点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选65.7；接着LED上出现“PH22＝(60.0-70.0％)？-”提示字样，提示操作者输入22点时湿度控制的目标值，数值应在60.0-70.0间选定，在本实施例中选66.7。
随后LED上出现“PP0＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入零点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1007.1；接着LED上出现“PP2＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入2点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1007.5；接着LED上出现“PP4＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入4点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1007.8；接着LED上出现“PP6＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入6点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1006.5；接着LED上出现“PT8＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入8点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1005.5；接着LED上出现“PP10＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入10点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1002.2；接着LED上出现“PP12＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入12点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1001.8；接着LED上出现“PP14＝(1000.0-70.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入14点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1000.8；接着LED上出现“PP16＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入16点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1001.4；接着LED上出现“PP18＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入18点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1003.5；接着LED上出现“PP20＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入20点时气压控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1005.5；接着LED上出现“PP22＝(1000.0-1010.0mb)？-”提示字样，提示操作者输入22点时湿度控制的目标值，数值应在1000.0-1010.0间选定，在本实施例中选1006.7。
随后，LED上出现“TTOL＝(0.1-10.0％)？-”提示字样，提示操作者输入温度控制点的控制相对误差，数值应在0.1-10.0间选定，在本实施例中选5.0。接着，LED上出现“HTOL＝(0.1-10.0％)？-”提示字样，提示操作者输入湿度控制点的控制相对误差，数值应在0.1-10.0间选定，在本实施例中选0.5。接着，LED上出现“PTOL＝(0.1-10.0％)？-”提示字样，提示操作者输入压力控制点的控制相对误差，数值应在0.1-10.0间选定，在本实施例中选0.1。随后，LED上出现END字样，表示设置完成；操作者可以将K置于ON位置，专用可编程控制器PCC(图6)开始工作，操作者可以将K置于OFF位置，PCC停止工作。
当K位于ON位置时，参照图6，将温度传感器XCT插入温度参量传感输入插座INT中，将湿度传感器SXT插入湿度参量传感输入插座INH中，将气压传感器PM插入气压温度参量传感输入插座INP中，然后按动主控编程键盘KB上的CAL键，可完成专用可编程控制器PCC的控制参量测量校准和时间校准。校准完成后，按动KB上的EN键，本实施例便开始工作。
被调节房间的温度由XCT检测，检测到的温度值传至PCC，与当时的、存储在PCC中的温度设定值进行比较。当检测到的温度值高于温度设定值且超过设定的控制相对误差允许值时，PCC使压缩机接触器1C吸合，压缩机接触器常开触点1C1接通，压缩机电动机1D运转，致冷开始以降低被调节房间的温度；若被调节房间的温度降至温度设定值或在设定的控制相对误差范围内时，PCC使1C失电，1C1断开，1D停转，致冷停止；当检测到的温度值低于温度设定值且低于设定的控制相对误差允许值时，PCC使电热组件控制接触器4C吸合，电热组件控制接触器常开触点4C1接通，电热组件DR通电，加热开始以提高被调节房间的温度；若被调节房间的温度升至温度设定值或在设定的控制相对误差范围内时，PCC使4C失电，4C1断开，DR断电，加热停止。被调节房间的湿度由SXT检测，检测到的湿度值传至PCC，与当时的、存储在PCC中的湿度设定值进行比较。当检测到的湿度值高于湿度设定值且超过设定的控制相对误差允许值时，PCC使减湿器控制接触器5C吸合，减湿器控制接触器常开触点5C1接通，减湿器JS运转，减湿开始以降低被调节房间的湿度；若被调节房间的湿度降至湿度设定值或在设定的控制相对误差范围内时，PCC使5C失电，5C1断开，JS停止工作，减湿停止；当检测到的湿度值低于湿度设定值且超过设定的控制相对误差允许值时，PCC使增湿器控制接触器6C吸合，增湿器控制接触器常开触点6C1接通，增湿器ZS运转，增湿开始以增加被调节房间的湿度；若被调节房间的湿度增至湿度设定值或在设定的控制相对误差范围内时，PCC使6C失电，6C1断开，ZS停止工作，增湿停止。被调节房间的气压由PM检测，检测到的气压值传至PCC，与当时的、存储在PCC中的气压设定值进行比较。当检测到的气压值高于气压设定值且超过设定的控制相对误差允许值时，PCC使通风机接触器2C吸合，通风机接触器常开触点2C1接通，通风机电动机2D运转，减压通风开始以降低被调节房间的气压；若被调节房间的气压降至气压设定值或在设定的控制相对误差范围内时，PCC使2C失电，2C1断开，2D停转，减压停止；当检测到的气压值低于气压设定值且超过设定的控制相对误差允许值时，PCC使氧气发生器接触器3C吸合，氧气发生器接触器常开触点3C1接通，氧气发生器YQ运行，产生氧气以增加被调节房间的气压；若被调节房间的气压增至气压设定值或在设定的控制相对误差范围内时，PCC使3C失电，3C1断开，YQ停止工作，增压停止。
本发明实施例通过XTC、SXT和PM现场实时地分别检测被调节房间的温度、湿度和气压，再由PCC进行比较、控制，循环往复，模拟自然气候日节律变化，实现模拟自然气候节律调节室内气候的发明任务。