CN102679505B - 房间温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了房间温度控制方法，主要包括空房模式下的控制方法，进一步，还包括迎宾模式下的控制方式，以人员再次入住后，在设定的时间内获得舒适温度为控制目标，既能兼顾人员刚刚入住时的舒适度及满意度又能实现空房模式下的科学控制室温满足空调系统的节能要求，该发明无需室外安装传感器，仅需采集空房模式下的空气温度及平均辐射温度即可监测房间空气得的得热情况及预测开机后室温降至舒适温度的时间，该方法尤其适用于星级酒店客房空房模式下的室温控制，亦可应用于其他居住建筑提前开关机时的空调预测控制。

Description

房间温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种房间温度控制方法，具体涉及一种当人员长时间离开房间后能保障人员再次入住时，在设定的时间内获得舒适温度的室温控制方法。

背景技术

酒店房间很多时间处于空房状态，但是多数星级酒店为了保障人员入住后即刻享受到舒适的温度环境，以提高酒店的管理档次，空房状态下房间温度亦然设定在舒适温度附近，这无疑增加了无益的空调能耗。为了节约空调能耗，一些温控器设计了空房工作模式来根据房间的使用情况控制室温，其工作原理为空房模式下自动调高室温设定值（夏季）或自动降低室温设定值（冬季）以实现节能的目的，即人员离开房间后温控器进入空房模式，此时的室温设定值为预先设定的高于舒适温度的设定值，人员回来后温控器进入迎宾模式恢复原先的舒适温度设定值，但是这种控制产品只向用户提供了一个夏季室温设定范围（例如28～31℃），而在实际应用中用户很难根据当地气候条件及建筑的热工特性等来预先科学设定空房模式下室温值，管理人员亦无法根据使用要求及负荷情况合理设定室温且容易产生滞后，这限制了其节能特性的发挥。而目前基于预测控制技术生产的自适应型房间温度预测控制器（例如基于BP神经网络预测模型的温控器）不仅造价高而且预测模型需要大量的历史数据来训练，因此在实际应用中难以推广。有些技术产品建立了室内温度设定值随室外气候变化的函数，并通过监测室外温湿度、太阳辐射强度及其他天气状况等自动重设室温设定值，但是这种方法室外需安装昂贵的传感器，甚至需要气候站且对天气状况的监测亦不准确，因此在实际应用中亦难以推广。基于上述不足，本发明旨在提出一种在空房模式下能通过监测房间室内参数预测房间热扰情况，并以此为基础以人员入住后在设定的时间内获得舒适温度为控制目标的控制方法，该控制方法在兼顾了人员满意度的基础上实现了空房模式下室温的科学设定及空调系统的节能。本发明尤其适用于炎热时段空房率高的星级酒店房间空房模式下的室温控制，亦可用于不同居民住宅提前开关机的室温预测控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种房间温度控制方法，能够保证当人员长时间离开房间后能保障人员再次入住时，在设定的时间内获得舒适温度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该房间温度控制方法，包括人员离开系统启动后，在空房模式下的控制方法，空房模式下的控制方法包括以下步骤：

步骤1：温控器收到人员离开信号后，加载空房驱动程序；

步骤2：采集用户输入数据，包括房间尺寸、舒适温度设定值、换热系数、空调全功率制冷量和时间设定值；

步骤3：采集辐射温度和空气温度；

步骤4：中央控制CPU调用开机后室温降至舒适温度的时间计算公式；

步骤5：中央控制CPU调用修正系数设定值；

步骤6：中央控制CPU计算开机后室温降至舒适温度的时间；

步骤7：比较计算时间与时间设定值的偏差；

步骤8：中央控制CPU通过控制算法比较得出相关控制输出量，并通过控制输出电路输出空调对应的制冷量，继而控制风机等执行元件的运行，达到控制目的。

进一步，所述步骤4中，所述时间计算公式为：

${\mathrm{\τ}}_s=\frac{-\ln (1-\frac{T_0-T_s}{T_0-T_r+\frac{Q_{\mathrm{fcu}}}{F\·a}})}{\frac{F\·a}{\mathrm{\ρ}{c}_{p}v}}\·\mathrm{\β};$

式中，ρ——空气的密度，kg/m³；

v——房间的体积，m³；

c_p——空气比热，W/kg·℃；

T_n——房间空气温度，℃；

τ——时间，s；

Q_kf(τ)——τ时刻房间空气得热量，W；

Q_fcu(τ)——τ时刻空调设备的供冷量，W；

β——修正系数；

α——平均对流换热系数，W/m²·℃

定义0时刻人员进入房间时的室温为T₀；舒适温度设定值为T_s；平均辐射温度为T_r，单位都为℃。

进一步，所述修正系数β是依现场情况而不同而事先设定的不同取值，该修正系数的设定在使用前完成，具体包括人工设定方法和自动设定方法，人工设定方法具体为使用前人工测试开机后室温降至舒适温度的时间，并据此设定修正系数使温控器的计算时间与设定时间相近；自动设定方法为使用前温控器自动采集开机后室温降至舒适温度的时间，并据此设定修正系数使温控器的计算时间与设定时间相近。

进一步，所述房间温度控制方法还包括迎宾模式，所述迎宾模式是在人员入住系统启动后，如果房间不是属于空房的情况下所采用的控制方式，空房模式切换至迎宾模式的方法可以通过人工自动实现，具体为人员入住后手动启动迎宾模式；亦可通过自动实现，具体可通过温控器与门卡的联动，红外感测人员入住等手段，对于酒店房间而言亦可通过工作人员在管理平台进行切换。

所述迎宾模式下的控制方法包括以下步骤：

步骤a：温控器收到人员入住信号，加载迎宾驱动程序；

步骤b：采集空气温度；

步骤c：中央控制CPU比较与舒适温度设定值的偏差，此处的温度设定值是指调用的上一次该房间的用户输入数据，当人员再次输入舒适温度设定值后再根据该数值进行控制；

步骤d：中央控制CPU通过控制算法比较得出相关控制输出量，并通过控制输出电路输出空调对应的制冷量，继而控制风机等执行元件的运行，达到控制目的。

进一步，在步骤3中，如果辐射温度传感器发生故障，导致空房模式下不能采集到辐射温度，则进入迎宾模式，以保障人员入住后的舒适度；如果空气温度传感器发生故障，导致不能采集到空气温度，则中央控制CPU控制空调制冷量输出最大，以保障人员入住后的舒适度；

进一步，在步骤3中，如果辐射温度传感器或空气温度传感器发生故障，系统应自动发出报警信号。

本发明的有益效果是：

本发明的主要特征在于以人员再次入住后能在设定的时间内获得舒适温度为控制目标，既能兼顾人员刚刚入住时的舒适度及满意度又能实现空房模式下的科学控制满足空调系统的节能要求，该发明尤其适用于星级酒店房间空房模式下的室温控制，亦可应用于其他居住建筑提前开关机时的空调预测控制，其有益之处主要体现在以下几个方面：

1.内嵌的理论公式简单，调试方便，无需大量的历史数据；

2.无需室外安装传感器，通过监测室内参数即可准确预测空房模式下房间空气的热情况，室内传感器造价低、安装简单且无腐蚀隐患；

3.前期调试后在空房模式下可根据房间得热情况自动控制室温，既节约了管理人员的人力损耗也避免了人为管理的滞后性，从而节约了空调能耗；

4.适用性强，应用面广，既可应用于新建建筑亦可应用于既有建筑的节能改造。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明的具体实施硬件连接示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的房间温度控制方法，包括人员离开系统启动后，在空房模式下的控制方法，空房模式下温控方法的实现步骤如下：

步骤1：温控器收到人员离开的信号后，加载空房驱动程序，离开信号包括门卡联动、手动切换等方式发出的信号；

步骤2：采集用户输入数据，包括房间尺寸、舒适温度设定值、换热系数、空调全功率制冷量和时间设定值；

步骤3：采集辐射温度和空气温度；

步骤4：中央控制CPU调用开机后室温降至舒适温度的时间计算公式；

步骤5：中央控制CPU调用修正系数设定值；

步骤6：中央控制CPU计算开机后室温降至舒适温度的时间；

步骤7：比较与时间设定值的偏差；

步骤8：中央控制CPU通过PID或PI等控制算法比较得出相关控制参数，并通过控制输出电路输出空调对应的送风量，继而控制风机等执行元件的运行，达到控制目的。

在系统正式投入使用前，可以根据需要进行调试，以便能够更为方便地实现系统控制，该调试过程可分为人工调试和自动调试，人工调试步骤包括：

步骤a1：人工测试开机后室温降至舒适温度的时间；

步骤a2：人工比较测试时间与温控器计算时间，人工手动重设修正系数；

步骤a3：重复上述步骤，直至测试时间与计算时间接近；

自动调试步骤包括：

步骤b1：温控器自动测试开机后室温降至舒适温度的时间；

步骤b2：温控器自动比较测试时间与温控器计算时间，自动重设修正系数；

步骤b3：温控器不断重复上述步骤，直至测试时间与计算时间接近；

需要说明的是，在使用中温控器亦可定期进行自动调试，以防止系统运行中设备老化等带来的偏差。

调试成功后，即可很方便地实现空房模式下的温控。

上述方法的设计思想来源于以下原理：即在空房模式下，人员、设备、照明散热、热风渗透近似为零，因此可以认为空房模式下影响房间空气温度的因素即为围护结构内表面与房间空气间的温差传热量、家具外表面与房间空气间的温差传热。因此可以定义空房模式下房间空气的热量为：

$Q_{\mathrm{kf}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\×a_i\×(T_i-T_n)$

Q_kf——空房模式下房间空气得热量，W；

A_i——均匀温度微表面（主要包括裸露的围护结构内表面和家具外表面）面积，m2；

a_i——各均匀温度微表面对流换热系数，W/m2·℃；

T_i——各均匀温度微表面温度，℃；

T_n——房间空气温度，℃；

因为空房模式下房间风速变化不大，且房间各微表面温度也仅在某一个较小范围内变化，因此可假设各均匀微表面对流换热系数a_i为一恒定值a。相关文献证明均匀温度微表面平均温度T_p可采用辐射温度传感器测量，并理论证明均匀温度微表面平均温度T_p与平均辐射温度T_r的误差在0.5℃范围内，空房模式下房间空气的热量计算公式：Q_kf＝a×F×(T_r-T_n)，式中F为均匀温度微表面总面积，该式表明对于固定的空调房间空房模式下可采用房间辐射温度、空气干球温度反映房间的热情况。

步骤4中，所述时间计算公式为：

${\mathrm{\τ}}_s=\frac{-\ln (1-\frac{T_0-T_s}{T_0-T_r+\frac{Q_{\mathrm{fcu}}}{F\·a}})}{\frac{F\·a}{\mathrm{\ρ}{c}_{p}v}}\·\mathrm{\β};$

式中，ρ——空气的密度，kg/m³；

v——房间的体积，m³；

c_p——空气比热，W/kg·℃；

T_n——房间空气温度，℃；

τ——时间，s；

Q_kf(τ)——τ时刻房间空气得热量，W；

Q_fcu(τ)——τ时刻空调设备的供冷量，W；

β——修正系数；所述修正系数β是依现场情况而不同而事先设定的不同取值。

上述公式的推导过程如下：根据房间空气的热平衡原理，房间空气的热平衡方程式为：

$\mathrm{\ρ}\×v\×c_p\×\frac{{\mathrm{dT}}_n}{\mathrm{d\τ}}=Q_{\mathrm{kf}}\left(\mathrm{\τ}\right)-Q_{\mathrm{fcu}}\left(\mathrm{\τ}\right)$

ρ——空气的密度，kg/m3；

v——房间的体积，m3；

c_p——空气比热，W/kg·℃；

T_n——房间空气温度，℃；

τ——时间，s；

Q_kf(τ)——τ时刻房间空气得热量，W；

Q_fcu(τ)——τ时刻空调设备的供冷量，W；

根据空房模式下房间空气的得热特点，将基于上述推导出的空房模式下房间空气得热量计算公式代入上式得：

$\frac{{\mathrm{dT}}_n}{\mathrm{d\τ}}=\frac{a\·F\·T_r-Q_{\mathrm{fcu}}\left(\mathrm{\τ}\right)}{\mathrm{\ρ}\×v\×c_p}-\frac{a\·F}{\mathrm{\ρ}\×v\×c_p}\×T_n$

定义0时刻人员进入房间时的室温为T₀，对将上式积分可得人员进入房间并将空调调节至最大制冷量后房间的温度规律为：

$T_n=\frac{T_r\·F\·a-Q_{\mathrm{fcu}}}{F\×a}-(\frac{T_r\·F\·a-Q_{\mathrm{fcu}}}{F\×a}-T_0)\·e^{\frac{-F\·a}{{\mathrm{\ρvc}}_p}\·\mathrm{\τ}}$

基于上式，定于舒适温度设定值为T_s，可推导出开机后房间温度过渡至舒适温度T_s的时间的计算公式如下：

${\mathrm{\τ}}_s=\frac{-\ln (1-\frac{T_0-T_s}{T_0-T_r+\frac{Q_{\mathrm{fcu}}}{F\·a}})}{\frac{F\·a}{\mathrm{\ρ}{c}_{p}v}}\·\mathrm{\β}$

上式表明，对于固定的空调房间，当已知房间固有参数（包括房间内表面积、空调全功率制冷量、房间体积、房间空气密度热容等），即可根据上式得出计算时间，考虑到空调执行器的动作延迟及热电偶等的延迟作用对计算结果准确性的影响，上式应根据应用现场实际情况进行修正，修正后的计算公式为：

${\mathrm{\τ}}_s=\frac{-\ln (1-\frac{T_0-T_s}{T_0-T_r+\frac{Q_{\mathrm{fcu}}}{F\·a}})}{\frac{F\·a}{\mathrm{\ρ}{c}_{p}v}}\·\mathrm{\β}$

β依现场情况而不同，因此在实际应用中应根据现场情况对该修正系数进行调整。本发明中，修正系数β采用下述的方式一或方式二得到：

方式一：修正系数β的使用可以预设一些取值，然后用户事先通过现场调试来选择β值，但是该方法倘若当使用现场情况有变时则β不能自动调整；

方式二：为了满足一些要求高的场合温控器应该具备自适应、自记忆的功能，这样温控器可以在采集每一次的运行数据后自动重设β，第一种造价低、构造简单、调试费时，第二种结构复杂（温控器为可编程控制器）、造价高、调试简单，因此这两种方法的选择要依用户的需求而定。

上述推导过程也即本发明实现计算空房模式下开机后室温降至舒适温度的时间的原理。

作为进一步的改进，本发明的控制方法还包括迎宾模式，所述迎宾模式是在人员入住系统启动后，如果房间不是属于空房的情况下所采用的控制方式，空房模式切换至迎宾模式的方法可以通过人工自动实现，具体为人员入住后手动启动迎宾模式；亦可通过自动实现，具体可通过温控器与门卡的联动，红外感测人员入住等手段，对于酒店房间而言亦可通过工作人员在管理平台进行切换。所述迎宾模式下的控制方法包括以下步骤：

步骤a：温控器接收到人员入住的信号后，自动加载迎宾驱动程序；

步骤b：采集空气温度；

步骤c：中央控制CPU比较与温度设定值的偏差，此处的温度设定值是指调用的上一次该房间的用户输入数据；

步骤d：中央控制CPU通过PID或PI运算比较得出相关控制参数，并通过控制输出电路输出空调对应的送风量，继而控制风机等执行元件的运行，达到控制目的。

其中，在步骤3中，如果辐射温度传感器发生故障，导致不能采集到辐射温度，则进入迎宾模式；如果空气温度传感器发生故障，导致不能采集到空气温度，则中央控制CPU控制空调制冷量输出最大；如果辐射温度传感器或空气温度传感器发生故障，系统发出报警信号。

如图2所示，本发明具体实施方式为：温控器通过采集电路9采集房间空气温度及平均辐射温度信号，同时通过键盘输入电路11的用户设定参数包括：房间尺寸、舒适温度设定值、换热系数、空调全功率制冷量、时间设定值，并将采集信号传输各主CPU7，并经过储存芯片8中的运算程序计算出空调全功率运行后室温降至舒适温度的时间，然后根据PID运算比较并通过控制输出电路10输出空调对应的送风量，继而控制风机等执行元件的运行，以达到控制目的；储存芯片8中内嵌了空调全功率运行后室温降至舒适温度的时间的计算公式，用户根据现场实际情况通过键盘输入电路11提前设定房间尺寸、空调最大制冷量、舒适温度设定值、换热系数等参数，并预先设定修正系数β(τ)初始值如1.5；主CPU7应具有自学习、自动运算记忆的功能，可根据设定参数及采集的数据实时调整修正系数，以满足不同使用现场的实际情况并得到准确的预测结果。键盘输入电路11亦可根据用户需要设置远程通信接口，以便实现管理人员或者用户根据个人需求远程设置入住后室温降至舒适温度的设定时间以及舒适温度值，以满足不同人员的个性化需求。用户设定参数、室温监测结果、此刻入住后室温降至舒适温度的时间等可在显示电路12上显示，显示电路12亦可设置远程通信接口，方便管理人员及入住人员远程了解温控器工作情况及房间温度情况。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.房间温度控制方法，其特征在于：包括系统启动后，在空房模式下的控制方法，该空房模式下的控制方法包括以下步骤：

步骤1：温控器接收到人员离开的信号后，加载空房驱动程序；

步骤2：采集用户输入数据，包括房间尺寸、舒适温度设定值、换热系数、空调全功率制冷量和时间设定值；

步骤3：采集辐射温度和空气温度；

步骤4：中央控制CPU调用开机后室温降至舒适温度的时间计算公式；

步骤5：中央控制CPU调用修正系数设定值；

步骤6：中央控制CPU计算开机后室温降至舒适温度的时间；

步骤7：比较与时间设定值的偏差；

步骤8：中央控制CPU通过PID或PI或模糊控制算法运算比较得出相关控制参数，并通过控制输出电路输出空调对应的送风量，继而控制风机执行元件的运行，达到控制目的；

所述步骤4中，所述时间计算公式为：

${\mathrm{\τ}}_s=\frac{-\ln (1-\frac{T_0-T_s}{T_0-T_r+\frac{Q_{\mathrm{fcu}}}{F\·a}})}{\frac{F\·a}{\mathrm{\ρ}{c}_{p}v}}\·\mathrm{\β};$

式中，ρ——空气的密度，kg/m³；

v——房间的体积，m³；

c_p——空气比热，W/kg·℃；

τ——时间，s；

Q_fcu(τ)——τ时刻空调设备的供冷量，W；

β——修正系数；

α——平均对流换热系数，W/m²·℃

F为均匀温度微表面总面积；

定义0时刻人员进入房间时的室温为T₀；舒适温度设定值为T_s；平均辐射温度为T_r，单位都为℃。

2.根据权利要求1所述的房间温度控制方法，其特征在于：所述修正系数β采用下述的方式一或方式二得到：

方式一：依现场情况不同而事先设定的不同取值，然后用户事先通过现场调试来选择β值；

方式二：温控器应具有自适应的功能，可以在定期采集每一次的运行数据后自动重设β。

3.根据权利要求1所述的房间温度控制方法，其特征在于：所述房间温度控制方法还包括迎宾模式，所述迎宾模式是在系统启动后，如果房间不是属于空房的情况下所采用的控制方式，所述迎宾模式下的控制方法包括以下步骤：

步骤a：加载迎宾驱动程序；

步骤b：采集空气温度；

步骤c：中央控制CPU比较与温度设定值的偏差，此处的温度设定值是指调用的上一次该房间的用户输入数据；

步骤d：中央控制CPU通过PID或PI运算比较得出相关控制参数，并通过控制输出电路输出空调对应的送风量，继而控制风机执行元件的运行，达到控制目的。

4.根据权利要求3所述的房间温度控制方法，其特征在于：在步骤3中，如果辐射温度传感器发生故障，导致不能采集到辐射温度，则进入迎宾模式；如果空气温度传感器发生故障，导致不能采集到空气温度，则中央控制CPU控制空调制冷量输出最大。

5.根据权利要求4所述的房间温度控制方法，其特征在于：在步骤3中，如果辐射温度传感器或空气温度传感器发生故障，系统发出报警信号。

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