[发明专利]热舒适性控制器

说明书

本发明背景

本发明一般涉及室内气候改善装置如空调装置的控制，用以保持封闭空间内使用者的热舒适性。更重要的应用是用于控制机械制冷装置如空调器和在制冷模式下工作的热泵等的运行，因此，下面的讨论和说明主要基于空调的情况。本发明的典型的实施方式为一个电子恒温器，它使用一个微控制器与一个温度传感器和一个相对湿度传感器，用以控制对进入空调控制模块中的工作电流进行控制的一个固态开关的开闭。

目前通常所使用的指导空调器工作的恒温器都用干球温度作为被控制变量。术语“干球温度”指用标准温度传感器测出的空气的实际温度，下述中，除非上下文中明确地另有所指，术语“温度”或“空气温度”即指干球温度。空气温度是容易测量的，而且在大多数恒温器中已经有这种测量。当温度升高超过某一设定值时，在空气调节模式下工作的典型的恒温器会使空调器开始工作。空调器向封闭空间内喷入冷空气直至封闭空间内的温度降低至该设定值以下为止。典型的恒温器使用一个超前元件，从而在达到实际的设定点以前就使空调器接通。在许多情况下，这种形式的控制可提供使封闭空间内的使用者感到舒适的空气。

众所周知，空调器从空气中除去水，并将空气制冷。除去水的机理是：将从封闭空间和/或从外界来的空气，通过空调器，使空气温度降低至基本上小于舒适范围的70～74°F。为了从空气中除去水，必须将至少一些空气的温度降到低于其露点温度，即水从空气中冷凝出来的温度。在此过程中，被调节的空气中的一些水分在空调器的制冷线圈(蒸发器)上冷凝，然后从线圈上低落到下面的一个盘中，再从盘中排出。因为空气在达到100％的相对湿度，即其露点温度之前不会释放出水分，所以，至少靠近换热器冷却表面的空气必须达到这一温度。然而，通过冷却线圈的总的空气流可能达不到100％的相对湿度，因为并非所有的空气都能冷却到其露点温度。当用恒温器很好地进行控制时，可使较冷和较干燥的调节过的空气(尽管空气的相对湿度接近100％，但仍较干燥)与封闭空间内的不舒服的暖而潮湿的空气混合，达到在较舒适的温度70～74°F内更能接受的40～60％的相对湿度。

正常情况下，这个过程可以使封闭空间内的空气的温度和湿度在热舒适的范围内。(注意，术语“湿度”用来表示了空气中的实际湿气含量，且下述中，除非在上下文中明确地另有所指，术语“湿度”即指空气中的实际湿气含量)。然而，有些情况下，当满足了温度要求时，空气的湿度仍太高。为了得到在温度和湿度二方面都比较舒适的空气，对于封闭空间提供的预期负荷，空调器的尺寸应做成使得当达到设定点温度时，湿度也是可接受的。但是，普通在高湿度的情况下，或者当达到该设定点温度时，相对于当前环境条件，该空调器的能力还不能产生足够的除湿作用时，该封闭空间中的空气湿度就可能过高。

通过简单地将一个相对湿度传感器放在恒温器中，然后控制空调器使相对湿度保持在所选择的设定点范围内以控制封闭空间内的相对湿度，似乎是一个简单的解决办法。这种方法的问题是，当在该封闭空间内使空气制冷和去湿时，其内的空气的相对湿度实际上会升高。这种可能性的存在是因为相对湿度是给定容积或空气质量内含的水蒸汽量和其干球温度二者的函数。任意容积的空气的相对湿度定义为空气水蒸汽的分压力与那个温度下的饱和蒸汽的蒸汽压力之比。由于饱和蒸汽的蒸汽压力随温度下降很快，因此，较低温度下的空气容积中的较少的水蒸汽量可能达到100％的相对湿度。这样，可能出现一种失控的情况，即恒温器中的相对湿度控制功能要求进一步除湿，并且随着封闭空间内的温度降低，相对湿度升高，并将空调器锁定住。

美国专利4,105,063(Bergt)涉及一种技术，它公布了一种可以与干球温度无关地独立控制封闭空气中露点温度的空调系统。Bergt提供了一个能对湿气的绝对含量作出响应的传感器，该传感器与正常的干球温度控制并行地工作。由于两个控制功能平行地起作用，因此，可能出现一些不希望的短循环。本发明解决了这个问题。Bergt的发明还可能要求再热，这会降低过程的效率。

美国专利4,889,280(Grald,MacArthur)涉及一种发出最大脉冲的控制器技术，其中，可以根据绝对湿度的误差信号改变预先确定的干球温度设定点。这样形成的封闭空间的温度可能并不总是舒适的，并存在着过份循环的潜在可能性。