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中央空调提高舒适度与节约能源的研究

目前有大量学者在中央空调系统的温度单变量控制方面进行研究,而关于温湿度的多变量控制的研究则比较欠缺。事实上,室内空气的相对湿度作为衡量房间舒适度的重要指标,始终直接或间接地影响着人体舒适性和人体健康。
 
相对湿度的变化会影响到人体皮肤和粘膜的水分蒸发量,从而对人体热舒适感产生作用。在温度一定的条件下,如果相对湿度降低,则会使得人们感觉更加清爽、干燥。国外学者Novins经过长时间的研究发现,室内温度提高0.3℃与室内相对湿度提高10%,对于空调区域舒适性的影响程度几乎是等效的。房间内空气相对湿度对于舒适度的影响还体现在空气品质上。对于许多水溶性较高的污染物,含湿量的高低会直接影响其在室内空气中的含量,诸如挥发性有机物(VOC)、甲醛(HCHO)、氨气(NH3)、苯(C6H6)、甲苯、二甲苯、氡等。另外,人体的健康状况通常也会受到室内空气相对湿度高低的直接影响。相关研究表明,当空气过于干燥(相对湿度低于40%)时,老人儿童容易受到细菌、病毒的侵害,女性容易因干燥导致水分过度流失而加速衰老,人们易患支气管炎、过敏性皮炎等疾病,人体免疫力降低。相反,当空气过于潮湿(相对湿度达到80%以上)时,人会感到无精打采、萎靡不振、胸部受压、憋闷、甚至中暑。室内空气相对湿度对于人体的影响早已超出单纯的热舒适性的范畴,直接影响到了人体的健康。
 
为满足舒适度,保证用户的身体健康,空调区域的温、湿度需要控制在一定范围内。但当室内相对湿度发生变化时,由于温湿度之间存在着很大程度的耦合,会引起加湿(或减湿)动作,这一过程将会导致室内温度出现波动;而当室内温度发生变化时,在空调区域内绝对含湿量不变的情况下,室内空气中水蒸气的饱和压力会发生变化,这会直接导致房间内相对湿度的大小发生改变(温度增高,相对湿度减少;温度降低,相对湿度增加)。由于在中央空调系统最初的设计过程中,通常是参考单个回路的控制效果来对整个系统进行设计的,并没有充分考虑到各个控制回路之间的相互耦合作用,再加上系统的时滞性、非线性等特点,更加大了系统设计的难度。通过这种方法设计出的控制系统,在实际运行过程中,往往单个回路控制效果良好,但是多个回路同时工作时,整个系统就会出现不稳定的问题。就中央空调系统的以上特点而言,利用传统的控制方法,是难以满足空调房间对于室内温度、相对湿度控制要求的。
 
综上所述,探索中央空调的温、湿度解耦方法及控制策略,对于提高系统的舒适度、节约能源乃至创造更大的经济价值都有很重要的意义。相关研究还处在起步阶段,拥有较高研究空间和研究价值。

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