适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于被动式建筑的窗户智能联动控制技术领域，特别涉及一种适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置及控制方法，该装置包括监测模块、控制模块和驱动模块；监测模块包括窗口传感器监测子模块和室内传感器监测子模块，所述窗口传感器监测子模块安装在靠近窗户边框顶部的内侧墙壁上；所述室内传感器监测子模块安装在室内距离地面一定距离处；控制模块安装在窗户上方的内侧墙壁上，包括外壳以及设置于外壳内部的中央控制器、存储器和内部电源；所述驱动模块与窗户边框固定连接。本发明专利技术一方面根据室内热环境的舒适性要求对窗户的开度进行精细化控制，另一方面实现窗户和新风系统的智能化联动，以确保室内环境的舒适性。以确保室内环境的舒适性。以确保室内环境的舒适性。

【技术实现步骤摘要】
适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置及控制方法


[0001]本专利技术属于被动式建筑的窗户智能联动控制
，特别涉及一种适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置及控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着能源需求的不断增长和环境问题的日趋严重，建筑的节能降耗与可持续发展已成为全球关注的重要问题。基于此，具有高保温、高气密性的被动式超低能耗、近零能耗建筑获得了快速发展。由于其高气密性的建造特征及节能减排的严格要求，需要充分利用自然通风进行室内热环境的调节控制，同时保证窗户和新风系统等的联动控制。然而，现有被动式建筑的窗户开启还难以实现智能化的控制，同时和新风系统的智能联动不足，亟需新的技术方法支撑。
[0003]目前使用的技术存在以下两个缺陷：
[0004]1、目前窗户仍依赖手动人为来调节启闭及开窗面积，或者基于单一条件(室内外温差或焓差)进行自动控制，会导致调整不及时、设备启闭频繁等问题。
[0005]2、对于被动式建筑来说，其高气密性决定了必须进行有效的空气置换。然而，现有窗户的调节控制是独立的，往往和新风系统的联动不足，极大地影响其室内热环境调节和空气品质的提升。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的以上缺陷，本专利技术提出一种适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置及控制方法，一方面根据室内热环境的舒适性要求对窗户的开度进行精细化控制，另一方面实现窗户和新风系统的智能化联动，以确保室内环境的舒适性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置，包括：
[0009]监测模块，包括窗口传感器监测子模块和室内传感器监测子模块两个部分，所述窗口传感器监测子模块安装在靠近窗户边框顶部的内侧墙壁上，监测从窗口进入室内空气的温湿度、风速值和窗户开关距离；所述室内传感器监测子模块安装在室内距离地面一定距离处，监测室内空气的温湿度和风速值；
[0010]控制模块，安装在窗户上方的内侧墙壁上，包括外壳以及设置于外壳内部的中央控制器、存储器和内部电源，所述中央控制器分别与存储器、窗口传感器监测子模块、室内传感器监测子模块通信连接，所述内部电源为存储器和中央控制器供电；
[0011]以及驱动模块，所述驱动模块与窗户边框固定连接，且通过线缆与中央控制器通信连接，所述中央控制器控制驱动模块带动窗户边框进行开合动作。
[0012]进一步地，所述窗口传感器监测子模块包括湿度传感器一、温度传感器一、风速传感器一和测距传感器；所述室内传感器监测子模块包括湿度传感器二、温度传感器二和风速传感器二。
[0013]进一步地，所述湿度传感器一、温度传感器一、风速传感器一、湿度传感器二、温度传感器二和风速传感器二均为电偶式探头；所述测距传感器为激光测距传感器。
[0014]进一步地，所述湿度传感器一、温度传感器一、风速传感器一和测距传感器均采用有线传输传感器；所述湿度传感器二、温度传感器二和风速传感器二均采用无线传输传感器。
[0015]进一步地，所述驱动模块包括电机、齿条和齿轮，所述电机安装在靠近窗户边框底部的内侧墙壁上，所述齿条通过螺栓与窗户边框的底部固定连接，所述齿轮套固在电机的输出轴上，所述齿轮与齿条相啮合。
[0016]本专利技术还提供了一种基于上述的适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置的控制方法，包含以下步骤：
[0017]步骤1，通过窗口传感器监测子模块监测某一时间段内进入室内空气的温湿度以及风速的均值；
[0018]步骤2，将步骤1的监测数据上传到中央控制器，初步判断监测数据是否在窗户开启阈值范围内，若监测数据在窗户开启阈值范围内，则转步骤4，若监测数据不在窗户开启阈值范围内，则转步骤3；
[0019]步骤3，中央控制器对驱动模块发出关闭窗户信号并联动开启新风系统；
[0020]步骤4，结合监测数据得到初始窗户最小开度；
[0021]步骤5，通过室内传感器监测子模块监测此时间段内室内空气的温湿度以及风速的均值，将监测的室内空气指标上传到中央控制器进行数据处理，得到此时间段内的舒适性指标PMV，判断该舒适性指标PMV是否在舒适性范围内，若在舒适性范围内，则转步骤6，若不在舒适性范围内，则转步骤7；
[0022]步骤6，中央控制器对驱动模块发出保持窗户开度不变的信号以保持开窗面积不变；
[0023]步骤7，中央控制器反推得到应控制温度和所需的通风量；
[0024]步骤8，判断所需的通风量是否在窗户所能提供的通风量范围内，若在窗户所能提供的通风量范围内，则转步骤9，若不在窗户所能提供的通风量范围内，则转步骤3；
[0025]步骤9，中央控制器根据所需的通风量反推得到所需的窗户开度，进而对驱动模块发出调整窗户开度的信号，进而调整开窗面积。
[0026]进一步地，所述步骤4结合监测数据得到初始窗户最小开度包括：
[0027]首先，结合不同类型建筑的最小换气次数n和房间体积V，确定房间最小通风量Q
min
，计算公式如下：
[0028]Q
min
＝n
·
V
[0029]然后，以平推窗为例，结合监测数据中的风速和窗户高度H，由公式得到初始窗户最小开度L
min
。
[0030]进一步地，所述步骤5的舒适性指标PMV是评价室内热环境的指标，表达式如下：
[0031]PMV＝f(t
air
,RH,v,t
r
,M,I
cl
)
[0032]其中，空气温度t
air
、相对湿度RH、空气流速v的取值分别为温度传感器二测得的温度均值湿度传感器二测得的湿度均值风速传感器二测得的风速均值对于没有
大辐射面的居住及公共建筑，平均辐射温度t
r
取人体代谢率M和服装热阻I
cl
由用户自己设定给出。
[0033]进一步地，所述步骤7中央控制器反推得到应控制温度和所需的通风量包括：
[0034]首先，中央控制器以此时间段内室内空气的湿度均值、温度均值为定量，由PMV舒适性范围反推得到应控制温度T
k
，表达式如下：
[0035]T
K
＝f
‑1(PMV,RH,v,t
r
,M,I
cl
)
[0036]然后，由以下任一公式求得所需的通风量Q
k
：
[0037][0038]或者Q
k
＝G(h
R
‑
h
S
)
[0039]其中，Q
k
为房间通风量，c为空气比热，G为房间冷热负荷或由用户自行设定负荷参数范围，t
air
为室内空气的温度，为进入室内空气的温度，h
R...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置，其特征在于，包括：监测模块，包括窗口传感器监测子模块和室内传感器监测子模块两个部分，所述窗口传感器监测子模块安装在靠近窗户边框顶部的内侧墙壁上，监测从窗口进入室内空气的温湿度、风速值和窗户开关距离；所述室内传感器监测子模块安装在室内距离地面一定距离处，监测室内空气的温湿度和风速值；控制模块，安装在窗户上方的内侧墙壁上，包括外壳以及设置于外壳内部的中央控制器、存储器和内部电源，所述中央控制器分别与存储器、窗口传感器监测子模块、室内传感器监测子模块通信连接，所述内部电源为存储器和中央控制器供电；以及驱动模块，所述驱动模块与窗户边框固定连接，且通过线缆与中央控制器通信连接，所述中央控制器控制驱动模块带动窗户边框进行开合动作。2.根据权利要求1所述的适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置，其特征在于，所述窗口传感器监测子模块包括湿度传感器一、温度传感器一、风速传感器一和测距传感器；所述室内传感器监测子模块包括湿度传感器二、温度传感器二和风速传感器二。3.根据权利要求2所述的适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置，其特征在于，所述湿度传感器一、温度传感器一、风速传感器一、湿度传感器二、温度传感器二和风速传感器二均为电偶式探头；所述测距传感器为激光测距传感器。4.根据权利要求2所述的适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置，其特征在于，所述湿度传感器一、温度传感器一、风速传感器一和测距传感器均采用有线传输传感器；所述湿度传感器二、温度传感器二和风速传感器二均采用无线传输传感器。5.根据权利要求1所述的适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置，其特征在于，所述驱动模块包括电机、齿条和齿轮，所述电机安装在靠近窗户边框底部的内侧墙壁上，所述齿条通过螺栓与窗户边框的底部固定连接，所述齿轮套固在电机的输出轴上，所述齿轮与齿条相啮合。6.一种基于权利要求1至5任一项所述的适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，通过窗口传感器监测子模块监测某一时间段内进入室内空气的温湿度以及风速的均值；步骤2，将步骤1的监测数据上传到中央控制器，初步判断监测数据是否在窗户开启阈值范围内，若监测数据在窗户开启阈值范围内，则转步骤4，若监测数据不在窗户开启阈值范围内，则转步骤3；步骤3，中央控制器对驱动模块发出关闭窗户信号并联动开启新风系统；步骤4，结合监测数据得到初始窗户最小开度；步骤5，通过室内传感器监测子模块监测此时间段内室内空气的温湿度以及风速的均值，将监测的室内空气指标上传到中央控制器进行数据处理，得到此时间段内的舒适性指标PMV，判断该舒适性指标PMV是否在舒适性范围内，若在舒适性范围内，则转步骤6，若不在舒适性范围内，则转步骤7；步骤6，中央控制器对驱动模块发出保持窗户开度不变的信号以保持开窗面积不变；步骤7，中央控制器反推得到应控制温度和所需的通风量；步骤8，判断所需的通风量是否在窗户所能提供的通风量范围内，若在窗户所能提供的
通风量范围内，则转步骤9，若不在窗户所能提供的通风量范围内，则转步骤3；步骤9，中央控制器根据所需的通风量反推得到所需的窗户开度，进而对驱动模块发出调整窗户开度的信号，进而调整开窗面积。7.根据权利要求6所述的适用于被动式建筑的智能开窗联动控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤4结合监测数据得到初始窗户最小开度包括：首先，结合不同类型建筑的最小换气次数n和房间体积V，确定房间最小通风量Q
min
，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义波，杨建中，王亚松，张祥寅，梁二，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：