CN115183352B - 基于pmv的地埋管直供地板辐射供冷控制方法和装置 - Google Patents

基于pmv的地埋管直供地板辐射供冷控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法和装置，控制方法包括以下步骤：采集地板表面温度、干球温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度等室内环境参数，设置衣服热阻与人员活动强度为定值并计算PMV值；采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值；以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标函数，以室内舒适度指标PMV阈值范围为约束条件，为供冷***运行设置控制规则；确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV。本发明通过调整通风***与地板辐射***显热负荷承担比例，提高了其调控效率与准确性。

Description

基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法和装置
技术领域
本发明涉及一种基于PMV指标的地埋管直供地板辐射供冷控制方法和装置，属于空调优化控制技术领域。
背景技术
地埋管直供地板辐射供冷目前被人们认为是一种非理想的供冷方式，把地板温度控制在18～20℃以上，在夏季不会产生脚冷的感觉，满足热舒适性要求。现有的地板辐射与通风复合供冷***运行控制主要采用基于温度的控制方法，没有考虑人员热感觉和其他室内环境参数。由于辐射板表面通过辐射换热与对流换热方式实现热量传递，所以与传统对流方式相比，辐射供冷方式下的热舒适性会有所差异，使得室内温度设定点控制难以满足热舒适需求。并且大多数控制技术对地板辐射***供水流量和供水温度与通风***送风量和送风温度分别进行调节，未考虑两种***供冷过程中的相互作用与内在联系，使得复合供冷***能效与控制效果欠佳。
PMV值是丹麦的范格尔（P.O. Fanger）教授提出的表征人体热反应（冷热感）的评价指标，代表了同一环境中大多数人的冷热感觉的平均。PMV值可通过估算人体活动的代谢率及服装的隔热值获得，同时还需有以下的环境参数：空气温度、平均辐射温度、相对空气流速及空气湿度。相关研究表明基于PMV的控制综合考虑了人体活动强度、衣服热阻、空气温度、平均辐射温度、空气流动速度和空气湿度，能够准确反映人体对室内热环境的直接生理和心理反应，是改善室内热舒适性、降低能耗的有效控制方法。另外通风***承担的冷负荷在总冷负荷占比被证明是复合供冷***的关键控制参数。因此合理调整两种***的负荷承担比例能够提升***供冷能力和节能潜力。
室内热舒适指标PMV广泛用于评估复合供冷***营造的室内热舒适性，限制了PMV的应用空间，有必要将PMV引入到控制过程中取代室内温湿度参数，作为新的判定参数，实现对室内温湿度的并行监测控制，实施准确有效的***调控方案。但是，关于地板辐射***与通风***负荷承担比例的研究局限于描述供冷过程中的负荷承担比例变化或提出改善***能效的特定负荷承担比例范围。
发明内容
为了解决传统控制方法引起复合供冷***能效较低与控制效果较差的问题，本发明提出了一种基于PMV指标的地埋管直供地板辐射供冷控制方法和装置，能够提高地板辐射与通风复合供冷***的调控效率与准确性。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一方面，本发明实施例提供的一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法，包括以下步骤：
采集室内环境参数，设置衣服热阻与人员活动强度为定值并计算PMV值；所述室内环境参数包括地板表面温度、干球温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度；
采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值；
以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标函数，以室内舒适度指标PMV阈值范围为约束条件，为供冷***运行设置控制规则；
确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述PMV阈值范围为[-0.5, 0.5]。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述PMV值的计算为：
Figure 572941DEST_PATH_IMAGE001
Figure 841111DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 410501DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
式中，t a 为干球温度，°C；RH为相对湿度，%；v a 为空气流速，m/s；t r 为平均辐射温度，°C；I cl 为衣服热阻，clo；M为人员活动强度，W；W为人体所做的机械功，在静坐时为零，J；P a 为人体周围空气的水蒸气分压力，Pa；f cl 为穿衣面积系数；t cl 为衣服外表面温度，°C；h c 为对流换热系数，W/(m2∙K)。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值，包括：
利用室内环境动态热湿模型预测干球温度t a 、相对湿度RH、平均辐射温度t r ，结合确定的空气流速v a ，衣服热阻I cl 与人员活动强度M，计算PMV值；
所述室内环境动态热湿模型为：
Figure 637083DEST_PATH_IMAGE006
式中，C i 为空气节点的热容量，J/K；T i 为空气节点温度，K；Q surf,i 为围护结构表面辐射和对流热增益，W；Q env,i 为通过墙体传递给空气节点的热量，W；Q inf,i 为渗透空气引起的热增益，W；Q int,i 为室内对流和辐射热增益(由人员、设备、照明等产生) ，W；Q solar,i 为通过窗户的太阳辐射热增益，W；Q r,i 为地板辐射***向空气节点提供的冷量，W；Q v,i 为通风***向空气节点提供的冷量，W；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
式中，M eff,i 为空气节点有效水分容量，g/g；ω i 为空气节点含湿量，g；W inf,i 为渗透空气引起的湿量增益，g；W int,i 为室内湿量增益，g；W env 为通过墙体传递给空气节点的湿量，g； W v,i 为通风***除去的湿量，g；
在人员工作开始时间前，室内热量与湿量增益近似为零，室外向室内传热传湿较少，因此仅考虑需要去除的余热余湿量，代入上述公式求解；在人员工作时间段内，室内热源时间表确定，由于室外天气相比室内热源对室内热环境的影响较小，且在采集间隔10分钟内，室外天气参数变化较小，近似认为恒定，所以采用当前采集的室外天气参数值，代入上述公式求解。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述目标优化函数为：
Figure 675447DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE009
式中，E pump 为循环水泵能耗，kWh；ρ sw 为供水密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；H为循环水泵扬程，m；V sw 为供水体积流量，m3/h；η pump 为循环水泵效率；E fan 为风机能耗，kWh；DP为风机压降，Pa；ρ a 为送风密度，kg/m3；V sa 为送风体积流量，m3/s；η fan 为风机效率； T out 为室外空气温度，°C；T set 为设定点温度，°C；T out,dew 为室外空气露点温度，°C；Dh v 为蒸发焓，J/kg；ω out 为室外空气含湿量，g/kg；ω max 为最大含湿量设定值，g/kg。
所述约束条件为：经过地板辐射与通风复合供冷***开启预冷过程，在人员工作开始时间要求PMV值落在PMV阈值范围内；在人员工作时间段内要求每隔10分钟计算出的PMV值都落在PMV阈值范围内。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV，包括：
根据室内需要去除的湿量，以及通风***设计送风温度、设计送风量，计算得出通风***所需预除湿时间，确定通风***开启时间：
Figure 498040DEST_PATH_IMAGE010
式中，t为通风***所需预除湿时间，h；V sa 为送风体积流量，m3/h；W为室内需要去除的湿量，g；d in 为室内空气含湿量，g/kg；d sa 为送风含湿量，g/kg。
在地板表面温度高于露点温度时，地板辐射***开启；
在人员工作时间前，根据预测的人员工作开始时间对应的PMV值所处区间，调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例Sv/SR，确定满足PMV阈值要求且能耗最低的最佳供水流量、送风温度和送风量；
在人员工作时间段内，根据在当下时刻预测的10分钟后的PMV值所处区间，调整Sv/SR，确定最佳送风温度和送风量。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述人员工作时间段为9:00~17:00；所述地板辐射***和通风***关闭时间为17:00。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例Sv/SR表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
式中，Q vent.为置换通风***承担的显热负荷，kW∙h；Q RFC 为地板辐射***承担的显热负荷，kW∙h；T in 为室内空气温度，°C；T sa 为送风温度，°C；A为地板表面面积，m2；h t 为总传热系数，W/(m2∙K)；T op 为操作温度,°C；T f 为地板表面温度，°C。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述确定最佳送风温度和送风量，包括：
在人员工作开始时刻，通风***的初始运行参数设置：设计送风温度和设计送风量，地板辐射***的初始运行参数设置；
如果地板表面温度未达到设计要求，地板辐射供冷***以允许的最大供水流量运行，维持不变；
如果地板表面温度达到设计要求，地板辐射供冷***以设计供水流量运行，维持不变。
另一方面，本发明实施例提供的一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制装置，包括：
数据采集处理模块，用于采集室内环境参数，设置衣服热阻与人员活动强度为定值并计算PMV值；所述室内环境参数包括地板表面温度、干球温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度；
PMV值预测模块，用于采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值；
控制规则设置模块，用于以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标函数，以室内舒适度指标PMV阈值范围为约束条件，为供冷***运行设置控制规则；
供冷***控制模块，用于确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述PMV值预测模块，具体用于利用室内环境动态热湿模型预测干球温度t a 、相对湿度RH、平均辐射温度t r ，结合确定的空气流速v a ，衣服热阻I cl 与人员活动强度M，计算PMV值；
所述室内环境动态热湿模型包括室内环境动态热模型和室内环境动态湿模型；
所述室内环境动态热模型为：
Figure 938249DEST_PATH_IMAGE006
式中，C i 为空气节点的热容量，J/K；T i 为空气节点温度，K；Q surf,i 为围护结构表面辐射和对流热增益，W；Q env,i 为通过墙体传递给空气节点的热量，W；Q inf,i 为渗透空气引起的热增益，W；Q int,i 为室内对流和辐射热增益(由人员、设备、照明等产生) ，W；Q solar,i 为通过窗户的太阳辐射热增益，W；Q r,i 为地板辐射***向空气节点提供的冷量，W；Q v,i 为通风***向空气节点提供的冷量，W；
所述室内环境动态湿模型为：
Figure 538994DEST_PATH_IMAGE007
式中，M eff,i 为空气节点有效水分容量，g/g；ω i 为空气节点含湿量，g；W inf,i 为渗透空气引起的湿量增益，g；W int,i 为室内湿量增益，g；W env 为通过墙体传递给空气节点的湿量，g； W v,i 为通风***除去的湿量，g；
在人员工作开始时间前，室内热量与湿量增益近似为零，室外向室内传热传湿较少，因此仅考虑需要去除的余热余湿量，代入上述公式求解；在人员工作时间段内，室内热源时间表确定，由于室外天气相比室内热源对室内热环境的影响较小，且在采集间隔10分钟内，室外天气参数变化较小，近似认为恒定，所以采用当前采集的室外天气参数值，代入上述公式求解。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述目标优化函数为：
Figure 799074DEST_PATH_IMAGE008
Figure 392736DEST_PATH_IMAGE009
式中，E pump 为循环水泵能耗，kWh；ρ sw 为供水密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；H为循环水泵扬程，m；V sw 为供水体积流量，m3/h；η pump 为循环水泵效率；E fan 为风机能耗，kWh；DP为风机压降，Pa；ρ a 为送风密度，kg/m3；V sa 为送风体积流量，m3/s；η fan 为风机效率； T out 为室外空气温度，°C；T set 为设定点温度，°C；T out,dew 为室外空气露点温度，°C；Dh v 为蒸发焓，J/kg；ω out 为室外空气含湿量，g/kg；ω max 为最大含湿量设定值，g/kg。
所述约束条件为：经过地板辐射与通风复合供冷***开启预冷过程，在人员工作开始时间要求PMV值落在PMV阈值范围内；在人员工作时间段内要求每隔10分钟计算出的PMV值都落在PMV阈值范围内。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明通过调整通风***与地板辐射***显热负荷承担比例，增加通风***/地板辐射***供冷量比重，为两种***供冷量的调整增设指向性要求，提高了地板辐射与通风复合供冷***的调控效率与准确性，解决了传统控制方法引起复合供冷***能效较低与控制效果较差的问题。
本发明以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标，以室内舒适度指标PMV落在[-0.5, 0.5]为约束条件。控制方法将PMV作为判定参数，以通风***与地板辐射***显热负荷承担比例Sv/SR为调控参数。人员工作开始时间前PMV不需要控制在[-0.5, 0.5]，所以根据预测的人员工作开始时间对应的PMV值所处区间调整Sv/SR，既能满足PMV阈值要求，又节省能耗；人员工作时间段内根据预测的从当下时刻经过10分钟后的PMV值所处区间调整Sv/SR，有利于***及时响应室内热增益变化，有效解决了地板辐射***响应滞后性问题。调整Sv/SR方法能够明确两种***的供冷量比重变化，能够加强两种***的协同供冷作用，使得冷量供应与需求相匹配，高效处理室内热湿负荷。在保证室内舒适度的前提下，本发明提高了地板辐射与通风复合供冷***的控制精度和***能效。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制装置的结构图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种地板辐射与通风复合供冷***示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种基于PMV指标的地埋管直供地板辐射供冷控制策略的流程图。
图3中，1-送风口，2-冷辐射盘管，3-回风口，4-地下换热器，5-地埋管环路循环水泵，6-风机，7-表冷器，8-空气处理机组，9-新风入口。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
关于地板辐射***与通风***负荷承担比例的研究局限于描述供冷过程中的负荷承担比例变化或提出改善***能效的特定负荷承担比例范围，缺乏根据PMV所处范围调节两种***的负荷承担比例这种控制方式，通过调整通风***与地板辐射***显热负荷承担比例，增加通风***/地板辐射***供冷量比重，为两种***供冷量的调整增设指向性要求，提高调控效率与准确性。
如图1所示，本发明实施例提供的一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法，包括以下步骤：
采集室内环境参数，设置衣服热阻与人员活动强度为定值并计算PMV值；所述室内环境参数包括地板表面温度、干球温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度；
采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值；
以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标函数，以室内舒适度指标PMV阈值范围为约束条件，为供冷***运行设置控制规则；
确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述PMV阈值范围为[-0.5, 0.5]。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述PMV值的计算为：
Figure 421872DEST_PATH_IMAGE001
Figure 459098DEST_PATH_IMAGE002
Figure 940895DEST_PATH_IMAGE003
/>
Figure 88979DEST_PATH_IMAGE004
Figure 723354DEST_PATH_IMAGE005
式中，t a 为干球温度，°C；RH为相对湿度，%；v a 为空气流速，m/s；t r 为平均辐射温度，°C；I cl 为衣服热阻，clo；M为人员活动强度，W；W为人体所做的机械功，在静坐时为零，J；P a 为人体周围空气的水蒸气分压力，Pa；f cl 为穿衣面积系数；t cl 为衣服外表面温度，°C；h c 为对流换热系数，W/(m2∙K)。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值，包括：
利用室内环境动态热湿模型预测干球温度t a 、相对湿度RH、平均辐射温度t r ，结合确定的空气流速v a ，衣服热阻I cl 与人员活动强度M，计算PMV值；
所述室内环境动态热湿模型为：
Figure 931481DEST_PATH_IMAGE006
式中，C i 为空气节点的热容量，J/K；T i 为空气节点温度，K；Q surf,i 为围护结构表面辐射和对流热增益，W；Q env,i 为通过墙体传递给空气节点的热量，W；Q inf,i 为渗透空气引起的热增益，W；Q int,i 为室内对流和辐射热增益(由人员、设备、照明等产生) ，W；Q solar,i 为通过窗户的太阳辐射热增益，W；Q r,i 为地板辐射***向空气节点提供的冷量，W；Q v,i 为通风***向空气节点提供的冷量，W；
Figure 900575DEST_PATH_IMAGE007
式中，M eff,i 为空气节点有效水分容量，g/g；ω i 为空气节点含湿量，g；W inf,i 为渗透空气引起的湿量增益，g；W int,i 为室内湿量增益，g；W env 为通过墙体传递给空气节点的湿量，g； W v,i 为通风***除去的湿量，g；
在人员工作开始时间前，室内热量与湿量增益近似为零，室外向室内传热传湿较少，因此仅考虑需要去除的余热余湿量，代入上述公式求解；在人员工作时间段内，室内热源时间表确定，由于室外天气相比室内热源对室内热环境的影响较小，且在采集间隔10分钟内，室外天气参数变化较小，近似认为恒定，所以采用当前采集的室外天气参数值，代入上述公式求解。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述目标优化函数为：
Figure 586771DEST_PATH_IMAGE008
Figure 590499DEST_PATH_IMAGE009
式中，E pump 为循环水泵能耗，kWh；ρ sw 为供水密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；H为循环水泵扬程，m；V sw 为供水体积流量，m3/h；η pump 为循环水泵效率；E fan 为风机能耗，kWh；DP为风机压降，Pa；ρ a 为送风密度，kg/m3；V sa 为送风体积流量，m3/s；η fan 为风机效率； T out 为室外空气温度，°C；T set 为设定点温度，°C；T out,dew 为室外空气露点温度，°C；Dh v 为蒸发焓，J/kg；ω out 为室外空气含湿量，g/kg；ω max 为最大含湿量设定值，g/kg；
所述约束条件为：经过地板辐射与通风复合供冷***开启预冷过程，在人员工作开始时间要求PMV值落在PMV阈值范围内；在人员工作时间段内要求每隔10分钟计算出的PMV值都落在PMV阈值范围内。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV，包括：
根据室内需要去除的湿量，以及通风***设计送风温度、设计送风量，计算得出通风***所需预除湿时间，确定通风***开启时间：
Figure 969528DEST_PATH_IMAGE010
式中，t为通风***所需预除湿时间，h；V sa 为送风体积流量，m3/h；W为室内需要去除的湿量，g；d in 为室内空气含湿量，g/kg；d sa 为送风含湿量，g/kg。
在地板表面温度高于露点温度时，地板辐射***开启；
在人员工作时间前，根据预测的人员工作开始时间对应的PMV值所处区间，调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例Sv/SR，确定满足PMV阈值要求且能耗最低的最佳供水流量、送风温度和送风量；
在人员工作时间段内，根据在当下时刻预测的10分钟后的PMV值所处区间，调整Sv/SR，确定最佳送风温度和送风量。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述人员工作时间段为9:00~17:00；所述地板辐射***和通风***关闭时间为17:00。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例Sv/SR表示为：
Figure 698622DEST_PATH_IMAGE011
式中，Q vent.为置换通风***承担的显热负荷，kW∙h；Q RFC 为地板辐射***承担的显热负荷，kW∙h；T in 为室内空气温度，°C；T sa 为送风温度，°C；A为地板表面面积，m2；h t 为总传热系数，W/(m2∙K)；T op 为操作温度,°C；T f 为地板表面温度，°C。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述确定最佳送风温度和送风量，包括：
在人员工作开始时刻，通风***的初始运行参数设置：设计送风温度和设计送风量，地板辐射***的初始运行参数设置；
如果地板表面温度未达到设计要求，地板辐射供冷***以允许的最大供水流量运行，维持不变；
如果地板表面温度达到设计要求，地板辐射供冷***以设计供水流量运行，维持不变。
如图2所示，本发明实施例提供的一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制装置，包括：
数据采集处理模块，用于采集室内环境参数，设置衣服热阻与人员活动强度为定值并计算PMV值；所述室内环境参数包括地板表面温度、干球温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度；
PMV值预测模块，用于采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值；
控制规则设置模块，用于以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标函数，以室内舒适度指标PMV阈值范围为约束条件，为供冷***运行设置控制规则；
供冷***控制模块，用于确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述PMV值预测模块，具体用于利用室内环境动态热湿模型预测干球温度t a 、相对湿度RH、平均辐射温度t r ，结合确定的空气流速v a ，衣服热阻I cl 与人员活动强度M，计算PMV值；
所述室内环境动态热湿模型包括室内环境动态热模型和室内环境动态湿模型；
所述室内环境动态热模型为：
Figure 188509DEST_PATH_IMAGE006
式中，C i 为空气节点的热容量，J/K；T i 为空气节点温度，K；Q surf,i 为围护结构表面辐射和对流热增益，W；Q env,i 为通过墙体传递给空气节点的热量，W；Q inf,i 为渗透空气引起的热增益，W；Q int,i 为室内对流和辐射热增益(由人员、设备、照明等产生) ，W；Q solar,i 为通过窗户的太阳辐射热增益，W；Q r,i 为地板辐射***向空气节点提供的冷量，W；Q v,i 为通风***向空气节点提供的冷量，W。
所述室内环境动态湿模型为：
Figure 781164DEST_PATH_IMAGE007
式中，M eff,i 为空气节点有效水分容量，g/g；ω i 为空气节点含湿量，g；W inf,i 为渗透空气引起的湿量增益，g；W int,i 为室内湿量增益，g；W env 为通过墙体传递给空气节点的湿量，g； W v,i 为通风***除去的湿量，g。
在人员工作开始时间前，室内热量与湿量增益近似为零，室外向室内传热传湿较少，因此仅考虑需要去除的余热余湿量，代入上述公式求解；在人员工作时间段内，室内热源时间表确定，由于室外天气相比室内热源对室内热环境的影响较小，且在采集间隔10分钟内，室外天气参数变化较小，近似认为恒定，所以采用当前采集的室外天气参数值，代入上述公式求解。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述目标优化函数为：
Figure 331094DEST_PATH_IMAGE008
Figure 274780DEST_PATH_IMAGE009
式中，E pump 为循环水泵能耗，kWh；ρ sw 为供水密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；H为循环水泵扬程，m；V sw 为供水体积流量，m3/h；η pump 为循环水泵效率；E fan 为风机能耗，kWh；DP为风机压降，Pa；ρ a 为送风密度，kg/m3；V sa 为送风体积流量，m3/s；η fan 为风机效率； T out 为室外空气温度，°C；T set 为设定点温度，°C；T out,dew 为室外空气露点温度，°C；Dh v 为蒸发焓，J/kg；ω out 为室外空气含湿量，g/kg；ω max 为最大含湿量设定值，g/kg。
所述约束条件为：经过地板辐射与通风复合供冷***开启预冷过程，在人员工作开始时间要求PMV值落在PMV阈值范围内；在人员工作时间段内要求每隔10分钟计算出的PMV值都落在PMV阈值范围内。
如图3和图4所示，结合具体案例，下面介绍本发明基于PMV指标的地埋管直供地板辐射供冷控制的具体过程。
（1）采集室内环境参数，设置衣服热阻与人员活动强度为定值并计算PMV值；所述室内环境参数包括地板表面温度、干球温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度。
步骤（1）的具体过程包括：
定时采集室内环境参数，包括地板表面温度、干球温度t a 、相对湿度RH、空气流速v a 、平均辐射温度t r ，一般情况下空气流速v a 变化较小，被近似认为是恒定值，设置衣服热阻I cl 与人员活动强度M分别为0.5clo（夏季）与134 W/人，然后自动计算PMV值:
Figure 319090DEST_PATH_IMAGE001
式中，t a 为干球温度，°C；RH为相对湿度，%；v a 为空气流速，m/s；t r 为平均辐射温度，°C；I cl 为衣服热阻，clo；M为人员活动强度，W；W为人体所做的机械功，在静坐时为零，J；P a 为人体周围空气的水蒸气分压力，Pa；f cl 为穿衣面积系数；t cl 为衣服外表面温度，°C；h c 为对流换热系数，W/(m2∙K)。
Figure 31831DEST_PATH_IMAGE002
Figure 487083DEST_PATH_IMAGE003
Figure 918065DEST_PATH_IMAGE004
Figure 15334DEST_PATH_IMAGE005
（2）采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值；
步骤（2）的具体过程包括：
根据采集的实时室内环境参数，利用室内环境动态热湿模型预测干球温度t a 、相对湿度RH、平均辐射温度t r ，结合确定的空气流速v a ，衣服热阻I cl 与人员活动强度M，计算PMV值；
所述室内环境动态热湿模型为：
Figure 97428DEST_PATH_IMAGE012
式中，C i 为空气节点的热容量，J/K；T i 为空气节点温度，K；Q surf,i 为围护结构表面辐射和对流热增益，W；Q env,i 为通过墙体传递给空气节点的热量，W；Q inf,i 为渗透空气引起的热增益，W；Q int,i 为室内对流和辐射热增益(由人员、设备、照明等产生) ，W；Q solar,i 为通过窗户的太阳辐射热增益，W；Q r,i 为地板辐射***向空气节点提供的冷量，W；Q v,i 为通风***向空气节点提供的冷量，W。
Figure 723581DEST_PATH_IMAGE007
式中，M eff,i 为空气节点有效水分容量，g/g；ω i 为空气节点含湿量，g；W inf,i 为渗透空气引起的湿量增益，g；W int,i 为室内湿量增益，g；W env 为通过墙体传递给空气节点的湿量，g； W v,i 为通风***除去的湿量，g。
在人员工作开始时间前，室内热量与湿量增益近似为零，室外向室内传热传湿较少，因此仅考虑需要去除的余热余湿量，代入上述公式求解；在人员工作时间段内，室内热源时间表确定，由于室外天气相比室内热源对室内热环境的影响较小，且在采集间隔10分钟内，室外天气参数变化较小，近似认为恒定，所以采用当前采集的室外天气参数值，代入上述公式求解。
（3）以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标函数，以室内舒适度指标PMV阈值范围[-0.5, 0.5]为约束条件。
步骤（3）的具体过程包括：
（3-1）建立目标优化函数为：
Figure 376280DEST_PATH_IMAGE013
Figure 277240DEST_PATH_IMAGE014
式中，E pump 为循环水泵能耗，kWh；ρ sw 为供水密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；H为循环水泵扬程，m；V sw 为供水体积流量，m3/h；η pump 为循环水泵效率；E fan 为风机能耗，kWh；DP为风机压降，Pa；ρ a 为送风密度，kg/m3；V sa 为送风体积流量，m3/s；η fan 为风机效率； T out 为室外空气温度，°C；T set 为设定点温度，°C；T out,dew 为室外空气露点温度，°C；Dh v 为蒸发焓，J/kg；ω out 为室外空气含湿量，g/kg；ω max 为最大含湿量设定值，g/kg。
（3-2）设置约束条件为：经过地板辐射与通风复合供冷***开启预冷过程，在人员工作开始时间要求-0.5 ≤ PMV ≤ 0.5；在人员工作时间段内要求每隔10分钟计算出的PMV值落在[-0.5, 0.5]。
所述人员工作时间段为9:00~17:00。地板辐射***和通风***关闭时间固定为17:00。
（4）根据室内需要去除的湿量以及地板表面温度与露点温度间的大小关系，确定通风***与地板辐射***的开启时间，根据PMV值所处区间，调整通风***与地板辐射***显热负荷承担比例Sv/SR，控制室内热舒适指标PMV。
步骤（4）的具体过程包括：
（4-1）根据室内需要去除的湿量，以及通风***设计送风温度、设计送风量，计算得出通风***所需预除湿时间，确定通风***开启时间：
Figure 433414DEST_PATH_IMAGE010
/>
式中，t为通风***所需预除湿时间，h；V sa 为送风体积流量，m3/h；W为室内需要去除的湿量，g；d in 为室内空气含湿量，g/kg；d sa 为送风含湿量，g/kg。
（4-2）在地板表面温度高于露点温度时，地板辐射***开启。
（4-3）在人员工作时间前，根据预测的人员工作开始时间对应的PMV值所处区间，调整Sv/SR，确定满足PMV阈值要求且能耗最低的最佳供水流量、送风温度和送风量。间隔10分钟后，采集室内参数并预测人员工作开始时间对应的室内参数，根据计算得出的PMV值所处区间，调整Sv/SR，确定最佳运行参数。若人员工作开始时间PMV ≤ 0.5，地板辐射***供水流量调整为设计值，通风***送风量与送风温度都调整为设计值；若人员工作开始时间PMV > 0.5，增大Sv/SR，基于目标函数与约束条件，地板辐射***供水流量调整为最大值，通风***基于最小调整幅度调节送风量和送风温度，确定最优值。
Sv/SR可以表示为：
Figure 512360DEST_PATH_IMAGE011
式中，Q vent.为置换通风***承担的显热负荷，kW∙h；Q RFC 为地板辐射***承担的显热负荷，kW∙h；T in 为室内空气温度，°C；T sa 为送风温度，°C；A为地板表面面积，m2；h t 为总传热系数，W/(m2∙K)；T op 为操作温度,°C；T f 为地板表面温度，°C。
（4-4）在人员工作时间段内，根据在当下时刻预测的10分钟后的PMV值所处区间，调整Sv/SR，确定满足PMV阈值要求且能耗最低的最佳送风温度和送风量。间隔10分钟后，采集室内参数并预测10分钟之后的干球温度t a 、相对湿度RH、平均辐射温度t r ，结合确定的空气流速v a ，衣服热阻I cl 与人员活动强度M，根据计算得出的PMV值所处区间，调整Sv/SR，确定最佳运行参数。若10分钟后的PMV ≤ 0.5，通风***送风量调整为最小新风量，送风温度调整为设计值；若10分钟后的PMV > 0.5，增大Sv/SR，基于目标函数与约束条件，通风***基于最小调整幅度调节送风量和送风温度，确定最优值。
在人员工作开始时刻，通风***的初始运行参数设置：设计送风温度和设计送风量，地板辐射***的初始运行参数设置：若地板表面温度未达到设计要求，地板辐射供冷***以允许的最大供水流量运行，维持不变；若地板表面温度达到设计要求，地板辐射供冷***以设计供水流量运行，维持不变。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集室内环境参数，设置衣服热阻与人员活动强度为定值并计算PMV值；所述室内环境参数包括地板表面温度、干球温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度；
采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值；
以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标函数，以室内舒适度指标PMV阈值范围为约束条件，为供冷***运行设置控制规则；
确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV；
所述采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值，包括：
利用室内环境动态热湿模型预测干球温度t a、相对湿度RH、平均辐射温度t r，结合确定的空气流速v a，衣服热阻I cl与人员活动强度M，计算PMV值；
所述室内环境动态热湿模型为：
Figure QLYQS_1
式中，C i为空气节点的热容量；T i为空气节点温度；Q surf,i为围护结构表面辐射和对流热增益；Q env,i为通过墙体传递给空气节点的热量；Q inf,i为渗透空气引起的热增益；Q int,i为室内对流和辐射热增益；Q solar,i为通过窗户的太阳辐射热增益；Q r,i为地板辐射***向空气节点提供的冷量；Q v,i为通风***向空气节点提供的冷量；
Figure QLYQS_2
式中，M eff,i为空气节点有效水分容量；ω i为空气节点含湿量；W inf,i为渗透空气引起的湿量增益；W int,i为室内湿量增益；W env为通过墙体传递给空气节点的湿量；W v,i为通风***除去的湿量；
在人员工作开始时间前，室内热量与湿量增益近似为零，室外向室内传热传湿较少，因此仅考虑需要去除的余热余湿量，代入上述公式求解；在人员工作时间段内，室内热源时间表确定，由于室外天气相比室内热源对室内热环境的影响较小，且在采集间隔10分钟内，室外天气参数变化较小，近似认为恒定，所以采用当前采集的室外天气参数值，代入上述公式求解；
所述目标优化函数为：
Figure QLYQS_3
Figure QLYQS_4
式中，E pump为循环水泵能耗；ρ sw为供水密度；g为重力加速度；H为循环水泵扬程；V sw为供水体积流量；η pump为循环水泵效率；E fan为风机能耗；DP为风机压降；ρ a为送风密度；V sa为送风体积流量；η fan为风机效率；T out为室外空气温度；T set为设定点温度；T out,dew为室外空气露点温度；Dh v为蒸发焓，J/kg；ω out为室外空气含湿量；ω max为最大含湿量设定值；
所述约束条件为：经过地板辐射与通风复合供冷***开启预冷过程，在人员工作开始时间要求PMV值落在PMV阈值范围内；在人员工作时间段内要求每隔10分钟计算出的PMV值都落在PMV阈值范围内。
2.根据权利要求1所述的基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法，其特征在于，所述确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV，包括：
根据室内需要去除的湿量，以及通风***设计送风温度、设计送风量，计算得出通风***所需预除湿时间，确定通风***开启时间：
Figure QLYQS_5
式中，t为通风***所需预除湿时间；V sa为送风体积流量；W为室内需要去除的湿量；d in为室内空气含湿量；d sa为送风含湿量；
在地板表面温度高于露点温度时，地板辐射***开启；
在人员工作时间前，根据预测的人员工作开始时间对应的PMV值所处区间，调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例Sv/SR，确定满足PMV阈值要求且能耗最低的最佳供水流量、送风温度和送风量；
在人员工作时间段内，根据在当下时刻预测的10分钟后的PMV值所处区间，调整Sv/SR，确定最佳送风温度和送风量。
3.根据权利要求1所述的基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法，其特征在于，所述人员工作时间段为9:00~17:00；所述地板辐射***和通风***关闭时间为17:00。
4.根据权利要求1所述的基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法，其特征在于，所述调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例Sv/SR表示为：
Figure QLYQS_6
式中，Q vent.为置换通风***承担的显热负荷；Q RFC为地板辐射***承担的显热负荷；T in为室内空气温度；T sa为送风温度；A为地板表面面积；h t为总传热系数；T op为操作温度；T f为地板表面温度。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制方法，其特征在于，所述确定最佳送风温度和送风量，包括：
在人员工作开始时刻，通风***的初始运行参数设置：设计送风温度和设计送风量，地板辐射***的初始运行参数设置；
如果地板表面温度未达到设计要求，地板辐射供冷***以允许的最大供水流量运行，维持不变；
如果地板表面温度达到设计要求，地板辐射供冷***以设计供水流量运行，维持不变。
6.一种基于PMV的地埋管直供地板辐射供冷控制装置，其特征在于，包括：
数据采集处理模块，用于采集室内环境参数，设置衣服热阻与人员活动强度为定值并计算PMV值；所述室内环境参数包括地板表面温度、干球温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度；
PMV值预测模块，用于采用室内环境动态热湿模型进行预测PMV值；
控制规则设置模块，用于以地板辐射与通风复合供冷***能耗最低为目标函数，以室内舒适度指标PMV阈值范围为约束条件，为供冷***运行设置控制规则；
供冷***控制模块，用于确定通风***与地板辐射***的开启时间，并根据PMV值所处区间，通过调整通风***与地板辐射***的显热负荷承担比例来控制室内热舒适指标PMV；
所述PMV值预测模块，具体用于利用室内环境动态热湿模型预测干球温度t a、相对湿度RH、平均辐射温度t r，结合确定的空气流速v a，衣服热阻I cl与人员活动强度M，计算PMV值；
所述室内环境动态热湿模型包括室内环境动态热模型和室内环境动态湿模型；
所述室内环境动态热模型为：
Figure QLYQS_7
式中，C i为空气节点的热容量；T i为空气节点温度；Q surf,i为围护结构表面辐射和对流热增益；Q env,i为通过墙体传递给空气节点的热量；Q inf,i为渗透空气引起的热增益，W；Q int,i为室内对流和辐射热增益；Q solar,i为通过窗户的太阳辐射热增益；Q r,i为地板辐射***向空气节点提供的冷量；Q v,i为通风***向空气节点提供的冷量；
所述室内环境动态湿模型为：
Figure QLYQS_8
式中，M eff,i为空气节点有效水分容量；ω i为空气节点含湿量；W inf,i为渗透空气引起的湿量增益；W int,i为室内湿量增益；W env为通过墙体传递给空气节点的湿量；W v,i为通风***除去的湿量；
在人员工作开始时间前，室内热量与湿量增益近似为零，室外向室内传热传湿较少，因此仅考虑需要去除的余热余湿量，代入上述公式求解；在人员工作时间段内，室内热源时间表确定，由于室外天气相比室内热源对室内热环境的影响较小，且在采集间隔10分钟内，室外天气参数变化较小，近似认为恒定，所以采用当前采集的室外天气参数值，代入上述公式求解；
所述目标优化函数为：
Figure QLYQS_9
Figure QLYQS_10
式中，E pump为循环水泵能耗；ρ sw为供水密度；g为重力加速度；H为循环水泵扬程；V sw为供水体积流量；η pump为循环水泵效率；E fan为风机能耗；DP为风机压降；ρ a为送风密度；V sa为送风体积流量；η fan为风机效率；T out为室外空气温度；T set为设定点温度；T out,dew为室外空气露点温度；Dh v为蒸发焓；ω out为室外空气含湿量；ω max为最大含湿量设定值；
所述约束条件为：经过地板辐射与通风复合供冷***开启预冷过程，在人员工作开始时间要求PMV值落在PMV阈值范围内；在人员工作时间段内要求每隔10分钟计算出的PMV值都落在PMV阈值范围内。
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