1、基于 PMV-PPD 评价体系对舒适性空调系统的节能分析摘要：随着节能环保的意识的不断加强，空调系统是能耗损耗在建筑中占很大的一部分。在全年运行的舒适性空调系统中，如何在利用新风降温是空调系统，减少制冷机运行的时间，减少不必要的能耗。本文对于常规空调与热舒适性指标控制进行比较，指出 PMV 指标的热舒适性指标空调系统的节能降耗作用，供同行借鉴参考。 关键词： PMV-PPD 评价体系；空调系统；节能 中图分类号：TE08 文献标识码： A 文章编号： 前言 由于空调房间的热湿环境不断受到各种内部与外部干扰的影响，热湿环境的状态也会随之发生变化。对空调系统进行控制不仅仅是为了提供能够满足人体热舒
2、适性需求的空调房间热湿环境，也是为了能够更合理地使用与节约能源的需要。 空调系统主要通过控制室内空气的状态(空气温度、湿度等)来对室内热湿环境进行调控，提供令人感到舒适的空调房间热环境是空调系统的首要目的。舒适性空调系统着力于人本身而不是室内的空气。以人为本，以提高人体舒适性为目标，大大提高室内空气品质。 一、人体热舒适性指标PMV-PPD 指标 PPD 指标表明仍有 5% 的人感觉不满意，PMV 热舒适指标，要想让所有人都满意是不现实的。大多数的冷热感觉只有六个因素起主要影响作用，它们是四个环境影响因素:空气温度、空气流速、相对湿度和平均辐射温度；两个自身因素：人的活动量和衣着。人的活动量常
3、用人体的新陈代谢率和机械功来表示，而人的衣着保温程度则用服装热阻值和裸体人与着装人的表面积比作为衡量指标。通过适当选择这六个影响因子就可以通过公式得出相应的 PMV 指标。以 PMV 作为热舒适感的主观评价指标的判断标准为：冷（-3)，凉（-2)，稍凉（-l)，舒适(o)，稍暖(+l)，暖(+2)，热(+3)。PMv=0 时代表室内热环境处于最佳。 二、热舒适性指标控制策略讨论 （一）常规空调与热舒适性指标控制比较 常规空调系统的控制有定温度控制以及定温湿度控制，即保证室内温度或温、湿度在某一恒定值或某特定范围之内不变，是一种通过调节空调机组运行来控制空调系统运行的策略。而热舒适指标控制策略则
4、是以热舒适性指标为直接或间接控制参数，对空调系统进行控制，以保证室内以及人体的舒适性要求。 常规的空调系统控制方法并不能够满足对热舒适的要求，其最根本的原因在于传统控制方法着力于室内的空气而不是人体的热舒适感。在实际中所表现出来的弊端主要体现在以下几个方面刚：不直接、不迅速;不舒适;不节能。图 1、2 是常规空调与热舒适性指标控制方法。 图 1 常规空调控制方法 图 l 热舒适性指标控制方法 比较两种控制方法，可以看出常规控制仅仅是在空气状态上闭环控制，对人体的热舒适性并没有进行控制。一旦空气流速、辐射、人体新陈代谢量或者服装发生了变化而空气状态不变时，系统并不会因此而产生相应的动作来满足人体
5、的需要。PMV 值仅仅是受到控制的空气状态、空气流速、辐射、人体自身变量综合作用的效果。这样的系统显然是不可能提供一个满足人体热舒适要求的空调房间热环境。 而以 PMV 指标作为控制目标的空调系统，正是把人的热舒适感作为系统控制运行的目标，立足于人体的需求进行控制。因为人的热舒适感刁是系统的控制目标，在对空气的状态进行控制时就必然要考虑与热舒适指标相关的六大因素的影响，包括空气流速、平均辐射温度在内的四大环境因素以及人体新陈代谢量、服装热阻的两大人体自身因素，就大大提高了房间的热舒适性。一旦空气流速、辐射、人体新陈代谢量或者服装发生改变时，控制系统都能够很快地察觉并产生相应的动作，这样系统的实
6、时性也能得到提高。最重要的是能在保持人体热舒适的前提下，可以通过选择室内各环境参数的组合使得系统的能耗最小。因为对空调系统而言最大的负荷来自于通过建筑围护结构的传热，如果在降低室内外的温差同时采用其他手段一调节风速或辐射状况来补偿热舒适性，就可以在维持室内热舒适水平不变的基础上实现系统的节能。在加热工况下，室内温度每降低 1，就可实现节能 510%;在制冷工况下，每升高 1，则可以节能 10 一 20%。因此在空调系统中引入热舒适指标控制，根据不同空调形式及适用场合选用不同的控制策略，可以最大限度的发挥热舒适性指标控制的长处对于系统的节能具有重要意义。 常见的热舒适性指标控制可以分为直接控制以
7、及间接控制两种方式。（二）热舒适性指标的直接控制 热舒适指标的直接方法就是用 PMV 指标作为直接的被控参数，当然在实际实现时也是要通过对室内温度和空气流速的控制来实现。PMV 指标作为整个系统的输入之一，通过 PMV 指标与室内温度和空气流速之间的关系，当 PMV 指标发生变化时，调节相应的执行机构，使 PMV 值满足舒适性要求。如果直接采用 PMV 作为被控参数控制的非线性问题，一般最好由高级控制策略来实现。 该种方法下的 PMV 控制是实时在线的，一旦人体的热舒适感发生变化，就相应调节各执行机构，这种控制方法对于人体热舒适性的控制更为直接。例如，所建立的直接 PMV 模糊控制模型，见图
8、3。当 PMV 指标传感器测得的 PMV 值超过上限值时，如果空气流速的设定值升高则室内温度的设定值降低，而且空气流速设定值的增加程度要远大于室内温度设定值降低的程度，这样可以通过发挥气流的作用进而降低能耗。反之，当 PMV 指标传感器测得的 PMV 低于下限值时，相对空气流速设定值降低而室内温度的设定值升高。此时空气流速设定值的降低程度要小于室内温度设定值的增加程度，同样这也是为了利用气流这一廉价的空调方式。图 3 直接 PMV 模糊控制系统 在运用直接控制方法是，对于 PMV 控制器的要求是很高的，PMV 控制器虽然有商业产品，但如果想在应用于实际的公用建筑空调中，则其成本比较高，利用价值
9、不大。 （三）热舒适性指标的间接控制 热舒适性指标的间接控制方式就是根据 PMV 指标适时地确定各环境变量的设定值。PMV 指标不作为直接被控参数，而是选择其他的环境参数作为作为直接受到控制的参数。为了简化问题，可以通过四个环境因素中的三个来确定另一个参数。此时，PMV 指标仅仅是一个评判标准，通过PMV 神经网络传感器通过三个己测得的参数适时测量出 PMV 值，判断是否在舒适范围内，如不是，则调节相应的执行机构使 PMv 值处于舒适的范围之内。 理论上说，4 个环境参数都可以作为被控参数一般认为空气温度与空气流速的组合对热舒适性指标控制更为合适。常见的热舒适性指标间接控制方式有两种：根据相对
10、湿度、平均辐射温度和空气流速确定室内空气温度的设定值；根据室内空气温度、平均辐射温度和相对湿度确定空气流速的设定值。这两种间接控制方法的原理图见图 4 和图 5。 图 4 以温度为直接被控参数的间接控制方法 图 4 是以温度作为直接控制参数的控制方法。与常规空调的控制方法相比，这种间接控制方法的温度设定值是由 PMV 传感器实时控制并预测的。室内环境中其他影响热舒适性指标的因素也与温度设定值的确定息息相关。 图 5 空气温度单独控制，以空气流速为直接被控参数的间接控制方法 图 5 是以空气流速作为直接被控参数的控制方法。模型中的空气流速设定值有 PMV 传感器预测。其中对于空气温度这一参数是通
11、过温度控制环节进行单独控制，并且结合了其他几个参数，影响 PMV 传感器对空气流速的预测。为实现系统的节能，温度的设定值可以提高到 28，同时可以采取增加风速以及紊流度的办法来补偿因温度升高而引起的 PMv值的增加。气流本身就是一种廉价的空调方式，在空调制冷情况，每升高 I0C 就可节能 10 一 20%，因此适当的提高室内空气温度的设定值可以大幅度的减少空调系统的能耗。其中空气流速传感器并不是必要的，因为可以认为风机的转速与空气流速之间存在着对应的关系。 三、结束语 总而言之，热舒适指标控制可以简单地认为就是以热舒适指标为控制目标的空调系统控制方式。以人为本，利用室内温度及新风的作用，保持热舒适指标值处于一定范围之内，使得空调系统的能耗最小，真正实现空调节能运行。
