一种微环境热舒适性多功能自动调节仪 【技术领域】
本发明涉及通风和空调领域的送风末端测试和调节装置，具体涉及一种微环境热舒适性多功能自动调节仪，可用于个性化送风、地板、汽车空调、火车空调等微环境空调系统。
背景技术
近年来，随着全球性能源短缺问题的出现，节能越来越受到人们的重视。在常规空调中，采用整体送风方式，即整个房间采用空调。因为每一个人对热环境的热感觉是不一样的，这样就出现了，一部分人感觉偏冷一部分人感觉偏热的局面，从而造成了能量的浪费。研究人员开始积极探寻传统送风方式和调节技术的替代方案，局部微环境受到越来越多的关注。
近期出现的局部微环境送风按传热方式可分为对流和导热两种，作用部位包括头颈部、肩部、胸部、背部、小腿和脚踝等身体部位。大量应用实例显示，局部微环境可以在缓解人体对偏热或偏冷环境不适感的同时节约建筑物能耗，是传统整体环境方式的一种重要补充。Bauman等模拟了加利福尼亚州气候条件下一个办公室的全年能耗，桌面式的个性化送风系统可减少18％的制冷能耗和9％的总电耗，相比于传统的VAV全混送风系统，不带局部风扇和辐射板的个性化送风系统大致可节能6％。
在微环境空调下，系统能耗降低，空调区域人可以得到“适合自己的热环境”。但现有的微环境调节技术只能对单一参数进行控制(如温度)，且控制方法单一，无法根据人对冷热的感受进行合理科学的自动控制调节，实际环境中人们还需要对湿度、风量大小和辐射温度进行调控，而目前这种微环境多功能自动调节装置未见问世，不能满足人们对环境舒适化生活的需求。
【发明内容】
本发明公开了一种微环境热舒适性多功能自动调节仪，可实现微环境的多方位调节，解决空调环境中个人的不舒适性，并减少系统运行中能耗的浪费。
本发明主要包括三部分：热舒适感应装置、调节装置和控制面板。热舒适感应装置上设置有温湿度传感器、黑球温度传感器和万向风速传感器，将测量的温度、湿度、风速和黑球温度等环境参数，通过控制面板内的芯片程序的耦合计算，获得实际舒适性指标PMV，与给定的环境舒适性参数比较，由调节装置的电动调节阀自动调节风量或自动调节温度，达到舒适性目的。
一种微环境热舒适性多功能自动调节仪，包括热舒适感应装置、调节装置和控制面板，其特征在于：
A)热舒适感应装置由温湿度传感器、黑球温度传感器、万向风速传感器和支架盘组成，所述的三种传感器通过导线与控制面板的热舒适参数信号输入孔连接；
B)调节装置内置风管，风管末端设置送风口，风速测试元件和温度感应器由调节装置内延伸出外壁，外壁上同时设置有温度调节器和电动调节阀；
所述的控制面板内置芯片，外置控制键、信号孔和显示屏；
所述的风速测试元件和温度感应器通过导线与控制面板上的风管内压力、温度信号输入孔连接，控制面板上的温度调节信号输出孔与温度调节器连接，风量调节信号输出孔与电动调节阀连接，温度调节器和电动调节阀通过电源线与电源连接。
所述的控制面板上分布的控制键为电源键、自动调节键、手动调节键、风速调节键、温度调节键、“-”号键、“+”号键。
本发明实现了多组参数的耦合控制，实现微环境的多方位调节，解决空调环境中个人的不舒适性，减少系统运行中能耗的浪费。不仅风量调节更加智能、科学、准确和便捷，而且可广泛用于个性化送风、地板送风、汽车空调、火车空调等微环境空调系统中，还可以用于节能分析评估及系统节能改造，具有显著的实际应用效果。
【附图说明】
图1为微环境热舒适性多功能自动调节仪整体结构示意图；
图2为使用调节仪流程。
1.热舒适感应装置，2.温湿度传感器，3.支架盘，4.黑球温度传感器，5.万向风速传感器，6.调节装置，7.控制面板，8.风速测试元件，9.温度感应器，10.温度调节器，11.电动调节阀，12.风管，13、电源线，14、送风口，15、电源键，16、自动调节键，17、手动调节键，18、风速调节键，19、温度调节键，20、“-”号键，21、“+”号键，22、热舒适参数信号输入孔，23、风管内压力、温度信号输入孔，24、温度调节信号输出孔，25、风量调节信号输出孔，26、显示屏。
【具体实施方式】
以下结合附图和实施例对本发明加以详细说明，但本实施例并不用于限制本发明，凡采用本发明的相似结构或进行相似变化，均应列入本发明的保护范围。
一种微环境热舒适性多功能自动调节仪，如图1所示：包括热舒适感应装置1、调节装置6和控制面板7。热舒适感应装置1由温湿度传感器2、黑球温度传感器4、万向风速传感器5和支架盘3组成，所述的三种传感器通过导线与调节控制面板的热舒适参数信号输入孔22连接；调节装置6内置风管12，风管末端设置送风口14，风速测试元件8和温度感应器9由调节装置6内延伸出外壁，外壁上同时设置有温度调节器10和电动调节阀11；所述的控制面板7内置芯片，外置控制键、信号孔和显示屏26；所述的风速测试元件8和温度感应器9通过导线与控制面板7上的风管内压力、温度信号输入孔23连接，控制面板7上的温度调节信号输出孔24与温度调节器10连接，风量调节信号输出孔25与电动调节阀11连接，温度调节器10和电动调节阀11通过电源线13与电源连接。所述的控制面板上分布的控制键为电源键15、自动调节键16、手动调节键17、风速调节键18、温度调节键19、“-”号键20、“+”号键21。
本实施例期望热舒适性指标选择ISO7730中推荐的人体热舒适PMV指标，然后根据热舒适感应装置1测得的温度、湿度、风速、黑球温度等环境参数计算获得PMV。
使用时A)选定自动调节键：
①设定环境热舒适度参数：
M——人体能量代谢率，单位是W/m2，在程序中已给定值81.4；
W——人体所做的机械功，单位是W/m2，在程序中已给定值0.00；
ta——环境温度，单位是℃，由温湿度传感器测得；
Pa——环境空气水蒸汽分压力，单位是kPa；
Pq，b——空气的饱和水蒸汽分压力，在程序中已给定值2650kPa；
——空气的相对湿度，单位是％，由温湿度传感器测得；
fcl——人体服装面积系数，在程序中已给定值为1.01；
tcl——人体着装后外表面温度，单位是℃，由下式近似计算得；
tcl＝(ta+θmrt)/2+4.6(2)
θmrt——周围环境的平均辐射温度，℃，由下式计算获得；
θmrt=tg+2.44va(tg-ta)---(3)]]>
tg——黑球温度，单位是℃，由黑球温度传感器测得；
va——室内风速，单位是m/s，由万向风速传感器测得；
αcl——对流换热系数，单位是W/(m2·K)，由公式(4)计算出热舒适性指标PMV值；
PMV＝[0.303exp(-0.036M)+0.0275]{M-W-0.0014M(34-ta)-0.0173M(5.867-Pa)-3.05[5.733-0.007(M-W)-Pa]-0.42(M-W (4)
-58.15)-3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(θmrt+273)4]-αclfcl(tcl-ta)}
②调节过程如图2所示。将热舒适感应装置测得微环境空调区风速、温度、湿度和黑球温度参数传输给控制面板地芯片，运用自行编写的程序通过公式(4)计算获得实际热舒适性指标PMV值，与期望热舒适性指标PMV值比较，若满足舒适条件，则调节装置不工作，否则，首选调节风速改变环境舒适度，调节装置根据发出的指令自动调节风速，直至达到环境舒适度要求；若风速不能改变环境舒适度，则选择调节温度，调节装置根据发出的指令自动调节温度，直至达到环境舒适度要求。
本实施例若计算获得的PMV高于+0.5，则首先发出加大风速的命令到电动调节阀11，电动调节阀11动作加大送风风速；若送风风速加大到2.0m/s仍未能满足要求时，则发出降低送风温度的命令到温度调节器10，通过改变送风温度，使环境达到热舒适性。若低于-0.5，则首先发出减少风速的命令到电动调节阀11，电动调节阀11动作减少送风风速；若送风风速减少到0.5m/s仍未能满足要求时，则发出提高送风温度的命令到温度调节器10，若送风温度提高到28℃，还未能满足要求，说明此环境不需要空调送风，此时发出停止送风的命令到电动调节阀11，关闭该风口的送风。当调节控制面板7上选择手动调节命令键17时，则人们可以根据自己的感觉通过风速调节命令键18、温度调节命令键19、“-”号键20、“+”号键21来调节送风状态。当人感觉到风速较大时，选择风速调节命令键18，然后按“-”号键20来减小风速；感觉到温度较高时，选择温度调节命令键19，然后按“-”号键20来减小送风温度。
B)选择手动调节键：可根据需要调节风速调节键18、温度调节键19，和这两个参数的“+”号键21或“-”号键20。