基于舒适性的热带植物玻璃盒子环境自动控制系统设计

李远达

上海星信曼置业有限公司 上海市嘉定区 201802

摘要：本文通过对一处热带植物景观建筑（玻璃盒子）内环境控制设备的梳理，对热带景观树木与人员的需求进行分析，进而在现有环境控制设备基础上，设计出满足热带绿植与顾客需求的环境自动控制系统，并明晰系统的温湿度控制方案。

关键词：热带景观树木、温湿度控制、环境自动控制系统

引言

本论文介绍的是一处热带植物景观建筑构筑物内环境控制系统。某商场项目中为吸引客流而特设此热带植物景观建筑构筑物。因为是商场顾客休闲游玩的重要景观场所，所以其要求在商场运营期间需保证环境的舒适性，以便为顾客提供良好的游玩体验。在设计初期，经景观设计师与各专业设计师沟通，此建筑构筑物为全玻璃幕墙封闭的圆筒状结构（以下简称玻璃盒子），设置主出入口两处，设置幕墙玻璃门。玻璃盒子四分之一侧背靠主体建筑，四分之三处为玻璃幕墙封闭。此整体与主体结构可做到空间上完全封闭，可看作单独的一处密闭空间予以考虑。众所周知，玻璃幕墙与外界环境有非常紧密的联系，玻璃幕墙的散热、吸热等与玻璃材质，整个玻璃盒子的形式都有重大关系。而一旦上述内容确定后，机电相关专业需根据目前的条件予以配置相应的冷热源系统、通风系统、植物光照系统、湿度控制系统以及建筑设备控制系统。本文主要是基于上述配置硬件系统已经基本确定条件下，为满足商场客户的舒适度要求而搭建的环境自控系统。

图1：玻璃盒子

系统控制需求分析

对温度需求分析

由于热带园艺树木与人对玻璃盒子内温度要求不同，因此先对两者需求温度进行分析如下：

表1：热带园艺树木对温度要求

表2：顾客对温度要求

在商场运营期间，玻璃盒子内温度需要控制在15℃-25℃，以便提供给顾客适宜温度。在商场非运营期间，热带植物对环境温度要求较为宽泛，但一般来说5℃-45℃是植物较为适宜的生长温度。

对湿度需求分析

热带植物最好的湿度应该是80%-90%，而对于顾客来说，湿度太大温度稍高将有非常热的体感，温度稍低将有非常冷的体感。从舒适性来说，冬天湿度为30%-80%；夏天湿度为30%-60%,在此范围内感到舒适的人占95%以上。人体在室内感觉最舒适的温度是15℃-18℃为宜。如果室内空气不流通或者相对湿度小于35%，且室内气温超过25℃以上时，人体开始从外界吸收热量，就会有热的感觉。综合考量，在商场运营期间，环境湿度控制在60%且温度在15℃-25℃时，顾客将有较为舒适的体感。同时，热带植物不至于长期湿度过低，影响植物生长。

环境控制系统设计

实际玻璃盒子内温度受多个因素的影响，包括光照、室外温度、通风状态、人员流动性、玻璃盒子外幕墙的遮光率等。玻璃盒子高度约24米，总占地面积590㎡。从单个体量来看，整个玻璃盒子的空间较大，整个系统热稳定状态较难维持。因此我们选择在6米以下的区域作为人员舒适性控制区域，在此区域距离地面1.5米处设置温湿度传感器5个，作为系统控制的温湿度检测点。各种影响因子共同作用下，将对玻璃盒子内部温度将随外界环境而变化，在此设置控制系统十五分钟进行一次室内温湿度检测，以判断当前环境是否在既定的范围内。

玻璃盒子经设计师对相关建筑数据的计算与机电一次设计，硬件方面配置如下：独立配置风冷热泵模块机（30RQ065/130）两台，冷热水循环泵两台，FCU地送风盘30台，AHU400mm喷口送风20处，高位电动百叶窗12个，24个低位电动百叶窗，喷雾系统（用于湿度调节）1套。其中风冷热泵模块机与冷热水循环泵为AHU与FCU提供冷热源，FCU可通过现场控制面板直接设定预期控制温度，AHU通过现场的喷口将冷热风送入玻璃盒子中，已提供相关的系统输出。而高位12个、地位24个电动百叶窗可通过控制器开启与否控制玻璃盒子是否进行相关进排风操作。

从温度控制角度来看，根据业务需要可将整个玻璃盒子控制系统设计四种工作模式，分别为自然通风模式、空调模式（制热）、空调模式（制冷）、状态保持模式。自然通风模式为风冷热泵机组、AHU、FCU均暂停，电动百叶窗处于开启状态。空调模式（制冷\制热）为风冷热泵机组，协同AHU\FCU，为玻璃盒子内提供冷风\热风，电动百叶窗处于关闭状态。从湿度控制角度来看，控制系统仅需要控制喷雾系统进行相关加湿工作，相关除湿则通过空调系统予以完成。

环境控制系统温度控制策略

因玻璃盒子属于商场运营的一部分，商场运营时间一般为9:30-21:00，则先将整个系统控制策略按照商场运营方式和商场非运营方式予以区分。此外，室外环境温度对室内温度来说是极为重要的一个指标，但从室外环境温度对玻璃盒子内室内温度的影响来看，室内温度在自然状态下受室外环境温度影响的区间在±5℃。所以，在系统控制判断中，按照控制区间±5℃的点作为系统控制判断点，以尽量消除室外温度在短时间内对室内温度的影响。同时，以期来消除系统调节的滞后性，尽量将室内环境温度控制在期望的环境区间内。

商场非运营方式系统控制策略

当商场处于非运营时段，则首先判断室外温度情况。若室外温度＜15℃，则再判断室内温度，若室内温度＜10℃，则将系统设置为空调模式（制热），若10℃≤室内温度＜20℃，则保持系统当前状态。若15℃≤室外温度＜40℃，则再判断室内温度，若10℃≤室内温度＜45℃，则保持系统当前状态，若室内温度≥45℃，则将系统设置为空调模式（制冷）。若室外温度≥40℃，则再判断室内温度，若35℃≤室内温度＜45℃，则保持系统当前状态，若室内温度≥45℃，则将系统设置为空调模式（制冷）。

商场非运营方式系统控制策略

同理，分析当商场处于运营时段时，则首先判断室外温度情况。若室外温度＜15℃，则再判断室内温度，若室内温度＜15℃，则将系统设置为空调模式（制热），若15℃≤室内温度＜20℃，则保持系统当前状态。若15℃≤室外温度＜40℃，则再判断室内温度，若室内温度＜15℃，则将系统设置为空调模式（制热），若15℃≤室内温度＜25℃，则将系统设置为通风状态，若室内温度≥25℃，则将系统设置为空调模式（制冷）。若室外温度≥40℃，则将系统设置为空调模式（制冷）。

系统在初始阶段将各设备状态复位，然后控制程序自动进入循环控制状态，每15分钟检测一次温度，进而判断系统当前的状况，以便发送系统控制指令至各个控制端。以下为系统控制策略的整体流程图：

图2：环境控制系统温度控制策略流程图

环境控制系统温度控制策略

本文通过玻璃盒子中园林景观树木与人的环境温湿度需求分析，对玻璃盒子环境控制系统进行了方案设计，并结合商场的运营情况，在尽量满足顾客舒适度情况下，合理设置环境控制策略。在保证顾客舒适度前提情况下，为热带园林景观树木生长提供适宜的温度。后续将再次控制系统方案基础上，对局部控制系统进行优化调整，以期达到更好的控制效果。

参考文献

[1] 雷蕊等.建筑室内边界对流换热量的反向计算模型[J].计算机应用研究,2019.10。

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