基于房間結(jié)構(gòu)的空調(diào)送風(fēng)控制系統(tǒng)研究

北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院 劉夢琦 朱永林 楊志成

1.現(xiàn)有空調(diào)現(xiàn)送風(fēng)控制系統(tǒng)狀

傳統(tǒng)的空調(diào)送風(fēng)控制系統(tǒng)是通過調(diào)整風(fēng)力強弱、送風(fēng)角度來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和適度，通過遙控器設(shè)定風(fēng)力檔位、送風(fēng)模式分別調(diào)整風(fēng)力強弱和送風(fēng)角度，控制簡單，使用方便，只要遙控器設(shè)置好各項參數(shù)，空調(diào)輸出的風(fēng)力恒定，然而，在實際使用中，受房間空間結(jié)構(gòu)的影響，處于房間中不同位置的人將感受不同的風(fēng)力和舒適度，若設(shè)置強風(fēng)檔位，距離空調(diào)較遠(yuǎn)的人感覺較為舒適，而距離空調(diào)很近的人因吹風(fēng)感強而感覺不適，若設(shè)置弱風(fēng)檔位，距離空調(diào)較遠(yuǎn)的人無吹風(fēng)感而感覺不適，距離空調(diào)很近的人感覺較為舒適。另一方面，現(xiàn)有的房屋，其形狀結(jié)構(gòu)一般呈長方體或近似長方體，不同戶型的長、寬、高尺寸差異較大，空調(diào)的送風(fēng)量會受其安裝位置的影響，例如，對于較為狹長的房間，空調(diào)受制冷劑輸送管的長度限制，一般安裝在房間的一端，為了保證距離空調(diào)出風(fēng)口最遠(yuǎn)處的人也能享受空調(diào)帶來的舒適，需設(shè)置強風(fēng)檔位以增加空調(diào)的送風(fēng)量，造成空調(diào)機組的高負(fù)荷運轉(zhuǎn)，浪費能源。

圖1 房屋結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型圖

2.房屋結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型建立

房屋的結(jié)構(gòu)大同小異，基本上都是長方體，但具體的尺寸差異性較大，空調(diào)的安裝位置對送風(fēng)量也很有影響。如圖1所示。α為左右導(dǎo)風(fēng)板與安裝空調(diào)墻面之間的夾角，由角度傳感器T5測得，；β為上下導(dǎo)風(fēng)板與水平面之間的夾角，由角度傳感器T6測得，；a與b、c、h分別對應(yīng)房間的長、寬、高。

3.空調(diào)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

如圖2所示，空調(diào)送風(fēng)控制系統(tǒng)，設(shè)置于空調(diào)中，該空調(diào)安裝于長方體、正方體或近似長方體、正方體的房間中，系統(tǒng)包括控制器、遙控器、測距傳感器、角度傳感器、送風(fēng)電機等?？刂破靼ǖ谝豢刂菩酒?、第二控制芯片，四個測距傳感器T1、T2、T3、T4的信號輸出端分別與第一控制芯片的數(shù)據(jù)輸入端相連接，遙控器與第一控制芯片通過無線收發(fā)模塊信號連接，第一控制芯片的數(shù)據(jù)輸出端與第二控制芯片的數(shù)據(jù)輸入端相連接，四個測距傳感器T1、T2、T3、T4分別安裝于空調(diào)機殼的左、右、前、下端面上，左端的測距傳感器T1用于測量空調(diào)與左側(cè)墻面之間的距離a，右端的測距傳感器T2用于測量空調(diào)與右側(cè)墻面之間的距離b，前端的測距傳感器T3用于測量空調(diào)與對側(cè)墻面（與空調(diào)安裝墻面相對的墻面）之間的距離c，下端的測距傳感器T4用于測量空調(diào)與地面之間的距離h。

圖2 空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

空調(diào)安裝完成，初次使用（或重置）時，四個測距傳感器T1、T2、T3、T4采集空調(diào)與左、右、對側(cè)墻面及地面的距離數(shù)據(jù)，并經(jīng)第一控制芯片傳輸至第二控制芯片，由其存儲模塊保存；通過遙控器設(shè)置的風(fēng)力檔位、送風(fēng)模式（左右導(dǎo)風(fēng)板位置、上下導(dǎo)風(fēng)板位置）等參數(shù)數(shù)據(jù)，也傳輸至第二控制芯片，由其存儲模塊保存。

出風(fēng)口速度，由v表示。它的大小變化受權(quán)重系數(shù)ki、檔位Xj、基數(shù)Ck決定。具體如下：

v=kiXj+Cj (i = j =1，2，3，4，5）

4.實驗驗證

為了驗證根據(jù)房屋的室內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計的空調(diào)送風(fēng)控制系統(tǒng)，搭建了專門的實驗系統(tǒng)。包括MCS-51單片機控制系統(tǒng)，具有485接口高精度距離傳感器4個，3檔位調(diào)節(jié)功能的BH12—4P電機，調(diào)整風(fēng)向的步進馬達MP24J-A?？刂葡到y(tǒng)能夠根據(jù)房屋室內(nèi)結(jié)構(gòu)和送風(fēng)角度調(diào)整風(fēng)力強弱，保證室內(nèi)空氣溫度和適度，使人體得到舒適感的。

5.結(jié)束語

基于室內(nèi)結(jié)構(gòu)的空調(diào)送風(fēng)控制系統(tǒng)，可以使空調(diào)送風(fēng)時，控制系統(tǒng)根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)（長度、寬度、高度）進行控制，最大限度的保證室內(nèi)各個位置送風(fēng)量均勻、人體舒適度強；避免了空調(diào)機組全過程高負(fù)荷運轉(zhuǎn)，造成能源的浪費。這種空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)控制方式簡單，操作方便，能夠根據(jù)房間的結(jié)構(gòu)不同，改變送風(fēng)大小和送風(fēng)角度。同時達到節(jié)能的目的。