室內(nèi)熱環(huán)境智能控制系統(tǒng)研究

室內(nèi)熱環(huán)境智能控制系統(tǒng)研究 1概述隨著人們對舒適生活環(huán)境的追求和國家對節(jié)能減排的大力推行，構(gòu)建一個舒適又節(jié)能的居住環(huán)境成為當(dāng)下研究的熱門問題。由于室內(nèi)熱環(huán)境是一個繁雜的多變量系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各變量之間存在有非線性、強(qiáng)耦合以及各種無法確定的因素，所以很難控制。目前，在多輸出模糊控制器的設(shè)計中，大都通過輸出解耦，將多變量轉(zhuǎn)化為多個單輸出系統(tǒng)，降低了控制精準(zhǔn)度。為了解決多輸出系統(tǒng)的耦合的問題，針對熱環(huán)境模糊關(guān)系建立了一種基于左半張量積的新型模糊關(guān)系矩陣模型減少傳統(tǒng)模糊控制規(guī)則建立和推導(dǎo)的復(fù)雜性，使運(yùn)算簡便、精準(zhǔn)度提高，從而得到更可靠的輸出數(shù)據(jù)。同時，搭建了一套完整的智能控制系統(tǒng)，通過智能感知周圍環(huán)境溫濕度，自動控制風(fēng)量、智能切換通風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、按需送風(fēng)，提升智能家居的便利、舒適與節(jié)能性。2基于左半張量積的熱環(huán)境建模2.1矩陣左半張量積表示模糊集合為簡便下文熱舒適度控制模型的描述，需定義一些符號。2.2模糊關(guān)系矩陣的結(jié)構(gòu)體系如圖1模糊關(guān)系下的模糊結(jié)構(gòu)圖所示，利用矩陣的左半張量積運(yùn)算，通過建立起的輸入與輸出變量之間的模糊關(guān)系矩陣，從而得到一個完整的模糊結(jié)構(gòu)體系來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模糊控制。3室內(nèi)熱舒適度評價指標(biāo)PMV(PredictedMeanVote)是基于從人的感覺的物理考察從而而顯示溫?zé)崾孢m性的指標(biāo)，由丹麥理工大學(xué)的PovlOleFanger教授在1967年提出。該P(yáng)MV指標(biāo)3由溫度、相對濕度%、氣流速度m/s、平均熱輻射4個環(huán)境因素以及人體的當(dāng)時代謝量met、衣著量cio)所決定。根據(jù)夏季東營居民穿衣習(xí)慣和生活規(guī)律，做出假設(shè)4：人體所做機(jī)械功W=0；人在室內(nèi)靜坐休息時相應(yīng)的新陳代謝率為M=1met；在室內(nèi)身著夏裝，取熱阻I。=0.5clo；室內(nèi)風(fēng)速取0.2m/s；室內(nèi)平均輻射溫度等于室內(nèi)溫度，即tr=ta。在以上假設(shè)條件下，則只有空氣溫度、相對濕度兩個因素影響室內(nèi)人體熱舒適度。4室內(nèi)熱舒適度控制模型4.1室內(nèi)各變量關(guān)系模型一個室內(nèi)的熱環(huán)境中，想要調(diào)節(jié)環(huán)境中各個變量使其處于人體舒適區(qū)主要是通過調(diào)節(jié)環(huán)境中的溫濕度的來實(shí)現(xiàn)的，但是空調(diào)設(shè)備的設(shè)定值與室內(nèi)的實(shí)際溫度之間是存在差異的，需要找到兩者的關(guān)系。另外，處在室內(nèi)的不同位置的溫度以及溫度改變速度都不同，所以在空調(diào)設(shè)備中設(shè)置多個出風(fēng)口，以保證人在室內(nèi)的任何位置都能處在人體舒適區(qū)。為了得到室內(nèi)溫濕度與空調(diào)的設(shè)定值之間的關(guān)系，這里建立室內(nèi)熱環(huán)境的模糊關(guān)系矩陣模型5：（1）現(xiàn)場采樣獲得系統(tǒng)的n組輸入輸出數(shù)據(jù)對，包含有空調(diào)設(shè)定溫度、空調(diào)設(shè)定風(fēng)速、空調(diào)設(shè)定濕度、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度。（2）對以上每一個模糊變量模糊化，圖4中其隸屬度函數(shù)。4.2實(shí)驗(yàn)?zāi)M與仿真實(shí)驗(yàn)的兩間房間尺寸為長×寬×高=7.6m×7.2mx3.6m，對A房間裝置中錄入半張量積算法，B房間不做處理使用普通制冷系統(tǒng)，采用熱舒適度測試系統(tǒng)進(jìn)行測試。手動輸入各參數(shù)值，該系統(tǒng)便會自動計算得出PMV值。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，每間隔10分鐘，采樣一次，在2019年9月11-13日采樣。5智能控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)利用上文原理，構(gòu)造了一個空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)主要分為自動和手動兩種模式。51自動模式利用多個傳感器對室內(nèi)不同區(qū)域溫度濕度等實(shí)時檢測，通過開發(fā)的APP將檢測到的數(shù)據(jù)傳入后臺服務(wù)器進(jìn)行顯示，利用建立的室內(nèi)熱環(huán)境模糊關(guān)聯(lián)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（多變量解耦和等）得到需要給空調(diào)設(shè)置的溫度，將結(jié)果自動返回給空調(diào)，使空調(diào)的自動調(diào)節(jié)達(dá)到人體最舒適的溫度。52手動模式該模式主要針對同一房間不同位置的人們，不同的人對空調(diào)溫度的需求是不同的，針對這一問題空調(diào)設(shè)立了多個通風(fēng)口，使得同一房間不同位置的人們可以根據(jù)自己的需求調(diào)節(jié)的至使自己滿意的溫度，實(shí)現(xiàn)了同一室內(nèi)多個溫區(qū)。6結(jié)語良好的室內(nèi)熱舒適環(huán)境利于人類的身體健康、降低室內(nèi)的能源消耗、提高人們的生活質(zhì)量。該系統(tǒng)對多個舒適度指標(biāo)進(jìn)行控制，隨著人體舒適感的變化來改變舒適度的控制，達(dá)到實(shí)時控制的效果，改變了傳統(tǒng)非實(shí)時、僅對室內(nèi)溫度進(jìn)行控制的單一控制；該系統(tǒng)以使人體舒適為前提，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各個參數(shù)，使系統(tǒng)的功耗達(dá)到最小；提出的新模型成功應(yīng)用于室內(nèi)熱環(huán)境控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)多變量的模糊控制，避免了原有算法的繁雜過程，使得運(yùn)算更精簡。而且，該方法也可用在別的不能進(jìn)行多輸出解耦系統(tǒng)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。