CN103676812A

CN103676812A - 一种室内环境的控制方法和装置

Info

Publication number: CN103676812A
Application number: CN201210361212.3A
Authority: CN
Inventors: 龙飞; 潘莉; 乔治·洛
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: CN103676812B

Abstract

本发明实施例公开了一种室内环境的控制方法和装置。其中室内环境的控制方法包括：将一个房间划分成两个以上的控制区域，对所述控制区域内的执行单元进行控制。本发明考虑室内局部小环境的不同需求，可以在满足用户需求的同时，有效地减少执行单元的能耗，节约能源。

Description

一种室内环境的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及建筑领域，具体涉及一种室内环境的控制方法和装置。

背景技术

目前，在当代住宅中，住宅电能消耗总量中的很大一部分被空气调节系统HVAC系统和人工照明系统消耗掉。因此，为了减少电能消耗，节约能源，主要需要降低HVAC系统和人工照明系统的耗电量。常用的方式包括：使用具有高热阻的建筑材料，使用具有低散热度的玻璃，以及使用节能灯代替传统照明灯等。另外，还可以通过不同的控制方式来降低能耗，如通过开窗，采用户外冷空气进行室内降温，增加百叶窗叶片的开度，更多地利用光照减少人工照明的需求等。

但是上述节能方式仍然不能将住宅能耗降低到理想的水平，仍然需要对现有的室内环境控制方式进行改进，使其能够满足用户的需求并避免能源的浪费。

发明内容

申请人发现，在现有的室内环境控制方式中，通常每个房间只采用一种控制方式，相同执行单元的动作都是相同的。但是，当房间的面积较大时，仅对其采用一种控制策略往往无法满足控制需求。例如，夏天当房间内的居住者所在的区域需要减低温度时，作为执行单元的多个冷风机都会向室内输出冷风，以降低整个房间的温度。但是，该房间内的其他区域，如储藏区域并不需要降温，因此多个冷风机同时工作造成了能源上的浪费。

基于该发现，本发明实施例提供了一种室内环境控制方法和装置，能够在满足用户需求的同时，有效地减少执行单元的电能消耗，节约能源。

本发明实施例提供如下技术方案。

本发明实施例提供的室内环境的控制方法包括：

将一个房间划分成两个以上的控制区域，对所述控制区域内的执行单元进行控制。

在本发明的一种实施方式中，将一个房间划分成两个以上的控制区域为：

根据所述房间内区域的不同功能或者执行单元所在的位置划分所述控制区域。

在本发明的一种实施方式中，根据实际需要，对所述控制区域内的执行单元进行控制包括：

获得作为一种执行单元的阳光遮挡设备在典型气候条件下在不同开度时房间的总能耗W_total；其中W_total=W_lighting+Q/COP，所述W_lighting为所述房间的照明能耗，所述Q为所述房间的总热负荷，所述房间的总热负荷包括阳光和照明设备在所述房间产生的热量，所述COP为房间空气调节系统的制冷系数；

确定W_total的最小值对应的所述阳光遮挡设备的开度；

控制所述阳光遮挡设备，使其开度为W_total最小值对应的所述阳光遮挡设备的开度。

在本发明的一种实施方式中，根据实际需要，对所述控制区域内的执行单元进行控制包括：自动地从能量提供方获取对需求侧的指令，并根据所述指令，调整对所述控制区域内的执行单元的控制。

通过安装在所述控制区域内的桌子上的照明传感器的反馈，获取所述控制区域内的照明度；

将所述控制区域内的照明度与预设值比较；

通过所述控制区域内的照明执行单元，当所述控制区域内的照明度大于所述预设值时，降低所述控制区域内的照明度；当所述控制区域内的照明度小于所述预设值时，提高所述控制区域内的照明度。

本发明实施例提供的室内环境的控制装置包括：

第一模块，用于将一个房间划分成两个以上的控制区域，其中每个所述控制区域分别配置有传感器，以及确定每个所述控制区域的控制方式；

第二模块，用于对所述控制区域内的执行单元进行控制。

在本发明的一种实施方式中，所述执行单元为阳光遮挡设备，第二模块用于获得所述阳光遮挡设备在典型气候条件下在不同开度时房间的总能耗W_total；其中W_total=W_lighting+Q/COP，所述W_lighting为所述房间的照明能耗，所述Q为所述房间的总热负荷，所述房间的总热负荷包括阳光和照明设备在所述房间产生的热量，所述COP为房间空气调节系统的制冷系数；

确定W_total的最小值对应的所述阳光遮挡设备的开度；控制所述阳光遮挡设备，使其开度为W_total最小值对应的所述阳光遮挡设备的开度。

在本发明的一种实施方式中，第二模块用于：自动地从能量提供方获取对需求侧的指令，并根据所述指令，调整对所述控制区域内的执行单元的控制。

在本发明的一种实施方式中，第二模块用于：通过安装在所述区域内的桌子上的照明传感器的反馈，获取所述区域内的照明度；将所述区域内的照明度与预设值比较；通过所述区域内的照明执行单元，当所述区域内的照明度大于所述预设值时，降低所述区域内的照明度；当所述区域内的照明度小于所述预设值时，提高所述区域内的照明度。

可以看出，本发明实施例提供的室内环境控制方法和装置具有如下优点：

首先，在本发明实施例中，将一个房间划分成两个以上控制区域，根据实际需要，可以对每个区域内的执行单元分别进行控制，从而提高了室内环境控制的精度，针对不同区域使用不同的控制方式，在满足用户不同需求的同时，有效地较少了执行单元的能耗（尤其是电能消耗），节约能源。

另外，在本发明实施例中，在对每个区域中的执行单元进行控制时，还考虑了阳光遮挡设备和照明设备与房间空气调节系统之间的能量耦合，从而使室内环境控制更准确，能够进一步减少不必要的能量损耗。

另外，本发明的实施例还可以根据能量提供方，比如电厂或者供电局的要求调整能耗。从而能够使能量供求容易平衡，减少用户的能耗支出。

附图说明

图1是本发明实施例中室内环境控制方法的流程图。

图2是本发明实施例中室内环境控制装置的结构的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举例对本发明实施例进行进一步的详细说明。

图1是本发明实施例中室内环境控制方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的室内环境控制方法包括如下步骤。

步骤11：将一个房间划分成两个以上的控制区域。

在本发明实施例中，在房间的面积较大时，将房间划分为多个控制区域，每个控制区域都可认为是一个相对独立的局部环境，能够独立地对每个控制区域进行控制。

在本步骤中，可以根据该房间内区域的不同功能或者执行单元所在的位置，进行控制区域的划分，从而确定不同的控制区域。例如，可以将房间中工作人员经常使用的工作区确定为一个控制区域，将偶尔使用的会议讨论区确定为另一个控制区域。又例如，可以将房间内有窗户的位置确定为一个控制区域，将房间内没有窗户的位置确定为另一个控制区域。在实际应用中，可以根据房间的实际情况，划分房间内的控制区域。当有多种划分方式时，还可以通过控制区域的建模和仿真（例如可以利用本领域广泛采用的建筑全能耗分析软件EnergyPlus），确定控制效果最佳的划分方式。

步骤12：对每个控制区域内的执行单元进行控制。

在本发明实施例中，可以根据实际需要，结合每个控制区域的不同的特点，对该控制区域内的执行单元进行控制。实际需要可以是人们的任何需要，例如人们的舒适度要求或者节能要求或者减少能耗支出的要求等。例如，当房间中的工作区和会议讨论区分别被确定为第一控制区域和第二控制区域时，为了满足第一控制区域和第二控制区域内的工作人员对舒适度要求，对第一控制区域内执行单元的控制方式可以为：根据工作人员的舒适度，调整该第一控制区域内的温度，湿度或照明；为第二控制区域确定的控制方式可以包括：根据该第二控制区域内有无工作人员来控制执行单元的开关动作，例如，当该第二控制区域内无工作人员时，关闭照明设备，关闭冷风等等，从而提高对房间的控制精度，在满足工作人员的需求的同时，减少了照明设备等的电能消耗，节约了能源。在本发明实施例中，执行单元包括但不限于：通风设备（如窗户等）；照明设备（如灯等）；阳光遮挡设备（如百叶窗/窗帘和遮阳伞等）；空气调节系统（包括空调，暖通和风机盘管等）。

可见，根据本发明实施例，将一个房间划分成两个以上的控制区域，根据实际需要，可以对每个区域内的执行单元分别进行控制，从而提高了室内环境控制的精度，针对不同区域使用不同的控制方式，在满足用户需求的同时，有效地较少了执行单元的能耗，节约能源。

在本发明实施例中，可以在每个区域分别配置传感器，根据本控制区域内传感器的反馈并综合考虑环境因素，针对每个控制区域提供更为精确的综合控制方式。

根据本发明实施例，在对每个区域内的执行单元进行控制时，综合考虑与执行单元相关的环境因素（例如日照和通风），从而使执行单元的动作更准确，并避免不必要的能源浪费。

在本发明实施例中，当执行单元为阳光遮挡设备，如百叶窗时，为了满足节能的需求，对控制区域内的百叶窗进行控制时可以采用如下方式。通过控制百叶窗的开度，可以控制通过百叶窗进入房间的阳光量。当百叶窗叶片的开度过大时，在提高室内光照的同时，也会提高室内的温度，也就是说，在降低了照明需求的同时，增加了室内所需的制冷量（夏天）或减少室内所需的热量（冬天）。由于夜间没有日照，所以在夏季的夜间打开百叶窗的叶片，冬季夜间闭合百叶窗的叶片即可。在本发明实施例中，在选择百叶窗的开度时，考虑建筑的阳光和照明设备和HVAC之间的热力耦合情况，这样会进一步减少房间的能耗。为了降低房间的总能耗，在本发明的实施例中，首先通过仿真，获得百叶窗的叶片在不同开度时房间的总能耗W_total；其中W_total=W_lighting+Q/COP，W_lighting为房间的照明能耗，单位为千瓦（kw），Q为房间的总热负荷（即HVAC的制冷量或制热量），该房间的总热负荷包括阳光和照明设备在该房间产生的热量，单位为kw，COP为HVAC的制冷系数，COP=HVAC的制冷量/耗电量。可以借助DeST软件来模拟百叶窗在不同开度时房间的总能耗W_total。DeST软件是清华大学开发的建筑环境及HVAC系统模拟的软件平台，它是建筑设计及HVAC系统的相关研究和系统的模拟预测和性能优化的软件工具。另外，还可以借助本领域广泛采用的建筑全能耗分析软件EnergyPlus来仿真百叶窗在不同开度时房间的总能耗W_total。在仿真时，通过输入房间的信息模型和典型的气候条件，从而可得到该房间的总能耗W_total。具体地，房间的信息模型可以包括：房间的面积，墙的厚度，通风量，日照时间等；典型的气候条件可以包括：日照时间，室外温度，室外湿度等。根据仿真结果，确定W_total的最小值对应的百叶窗的叶片的开度；并将百叶窗的开度控制至此开度，从而获得最低的总能耗。

在上述描述中，以百叶窗为例对阳光遮挡设备的采光开度进行了说明，在实际应用中，其他类型的阳光遮挡设备，如遮阳伞、窗帘等也可以应用上述控制方式，这不影响本发明实施例的实施。

从上述本发明实施例中提供的控制方式可见看出，在本发明实施例中，在对每个区域内的执行单元进行控制时，综合考虑了与执行单元相关的环境因素，从而使室内环境控制更准确，减少不必要的能量损耗。

利用本发明实施例提供的方法，还能够自动根据能量提供方的对需求的侧指令，调整对控制区域内执行单元的控制，即提供需求侧管理（DSM）功能。具体地，本发明提供的方法可以通过各种现有的通信方式（例如网络），自动地从电力公司获取需求侧的指令。例如，该需求侧指令可以是要求在某一特定的时段减少用电量50%。然后，根据该需求侧指令，自动调整控制区域内的执行单元，从而减少能耗，达到需求侧指令的要求。例如，本发明实施例提供的DSM功能应用在家庭中时，可以在用电高峰期断开笔记本电脑的供电开关，使电脑利用电池，或者在夏季提高制冷设备的目标温度，降低其用电量。本发明实施例提供的DSM功能应用在商业用户，例如工厂时，可以在用电高峰期断开或者限制工厂办公楼的供电等。

可见，利用本发明实施例提供的方法，能够实现DSM功能，协调能量提供方和能量需求方，从而减少能源消耗。另外，能量提供方可以根据不同的需求侧指令为能源需求方设置不同的费用标准，例如，如果能量需求方能够在某一特定的时段减少用电量50%，则针对该能力需求方设置电费九折的优惠，从而减少能源需求方的费用支出，并提高供电可靠性。

在本发明实施例中，对控制区域内的照明设备进行控制时可以采用如下方式。通过安装在控制区域内桌子上的照明传感器的反馈，获取控制区域内的照明度。较佳的，桌子可以位于控制区域内的中心位置。将获取的控制区域内的照明度与预设值比较；当控制区域内的照明度大于该预设值时，降低控制区域内的照明度；当控制区域内的照明度小于该预设值时，提高控制区域内的照明度。在现有技术中，照明传感器通常是设置在房间的墙壁上的，但是用户在桌子上工作时，才会对照明度有较高的需求。因此在本发明实施例中，将照明传感器设置在桌子上，从而使照明执行器的提供更准确的照明度，从而满足用户的需求，并避免不必要的浪费。

图2是本发明实施例中室内环境的控制装置的结构的示意图。如图2所示，本发明实施例提供的室内环境的控制装置包括第一模块21，第二模块22。

第一模块21用于将一个房间划分成的两个以上的控制区域。

第二模块22用于对控制区域内的执行单元进行控制。

在本发明实施例中，第一模块21和第二模块22可以位于同一控制器中，由该控制器对房间内的多个控制区域进行控制。另外，每个区域可以有独立的控制器，此时，第二模块22位于每个区域对应的控制器，第一模块21可以位于统一调度每个区域内的控制器的管理控制器中。

在本发明实施例中，第二模块22可以用于根据阳光遮挡设备的开度与房间的总能耗之间关系，对控制区域内的阳光遮挡设备进行控制，具体的控制方式可以参考上述方法实施例，在此不再详述。

在本发明实施例中，第二模块22可以用于自动地从能量提供方获取对需求侧的指令，并根据所述指令，调整对所述控制区域内的执行单元的控制。具体的根据对需求侧的指令调整对执行单元的控制可以参考上述方法实施例，在此不再详述。

在本发明实施例中，第二模块22可以根据位于桌子上的照明传感器的反馈，对区域内的照明执行器进行控制，具体的控制方式可以参考上述方法实施例，在此不再详述。

可见，在本发明实施例中，将一个房间划分成两个以上控制区域，可以对每个区域内的执行单元分别进行控制，从而提高了室内环境控制的精度，针对不同区域使用不同的控制方式，在满足用户需求的同时，有效地较少了执行单元的电能消耗，节约了能源。

另外，在本发明实施例中，在对每个区域内的执行单元进行控制时，综合考虑与执行单元相关的环境因素，从而使室内环境控制更准确，减少不必要的能量损耗。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。在具体的实施过程中可对根据本发明的优选实施例进行适当的改进，以适应具体情况的具体需要。因此可以理解，本文所述的本发明的具体实施方式只是起示范作用，并不用以限制本发明的保护范围。

Claims

1.一种室内环境的控制方法，包括：

将一个房间划分成两个以上的控制区域（11），

对所述控制区域内的执行单元进行控制（12）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将一个房间划分成两个以上的控制区域为：

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制区域内被控的执行单元为阳光遮挡设备；

对所述控制区域内的执行单元进行控制包括：

获得所述控制区域内的阳光遮挡设备在典型气候条件下在不同开度时房间的总能耗W_total；其中W_total=W_lighting+Q/COP，所述W_lighting为所述房间的照明能耗，所述Q为所述房间的总热负荷，该房间的总热负荷包括阳光和照明设备在所述房间产生的热量，所述COP为所述房间空气调节系统HVAC的制冷系数；

确定W_total的最小值对应的所述阳光遮挡设备的开度；

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述阳光遮挡设备为百叶窗。

5.根据权利要求1所述的方法，根据实际需要，对所述控制区域内的执行单元进行控制包括：自动地从能量提供方获取对需求侧的指令，并根据所述指令，调整对所述控制区域内的执行单元的控制。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据实际需要，对所述控制区域内的执行单元进行控制包括：

通过安装在控制区域内的桌子上的照明传感器的反馈，获取所述控制区域内的照明度；

将所述控制区域内的照明度与预设值比较；

7.一种室内环境的控制装置，包括：

第一模块（21），用于将一个房间划分成两个以上的控制区域，

第二模块（22），用于对所述控制区域内的执行单元进行控制。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述执行单元包括阳光遮挡设备，所述第二模块用于：

获得所述阳光遮挡设备在典型气候条件下在不同开度时房间的总能耗W_total；其中W_total=W_lighting+Q/COP，所述W_lighting为所述房间的照明能耗，所述Q为所述房间的总热负荷，其包括阳光和照明设备在所述房间产生的热量，所述COP为房间空气调节系统的制冷系数；

确定W_total的最小值对应的所述阳光遮挡设备的开度；

9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二模块用于：

自动地从能量提供方获取对需求侧的指令，并根据所述指令，调整对所述控制区域内的执行单元的控制。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二模块用于：

通过安装在所述区域内的桌子上的照明传感器的反馈，获取所述区域内的照明度；

将所述区域内的照明度与预设值比较；

通过所述区域内的照明执行单元，当所述区域内的照明度大于所述预设值时，降低所述区域内的照明度；当所述区域内的照明度小于所述预设值时，提高所述区域内的照明度。