CN108317692B

CN108317692B - 基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法和空调器

Info

Publication number: CN108317692B
Application number: CN201810079269.1A
Authority: CN
Inventors: 马林; 刘聚科; 程永甫
Original assignee: Qingdao Haier Air Conditioner Gen Corp Ltd
Current assignee: Qingdao Haier Parts Co., Ltd; Qingdao Haier Air Conditioner Gen Corp Ltd; Haier Smart Home Co Ltd
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: WO2019144937A1; CN108317692A

Abstract

基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，实时检测空调房间内热源的主观温冷感，所述主观温冷感通过以下方法检测：采样热源体表温度，环境温度，穿衣指数I_clo，计算热源体表散热量X；计算穿衣补偿系数T_r；计算主观温冷感Y，Y=‑k₁X+Q₁+T_r；根据所述主观温冷感Y的数值判定主观温冷感等级。同时还公开了一种空调器。通过本发明所公开的基于穿衣补偿的温冷感空调器的控制方法，在检测过程中校正了穿衣指数对检测值的影响，提高了温冷感空调器的检测精度。

Description

基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法和空调器

技术领域

本发明涉及空气调节设备技术领域，尤其涉及基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法和空调器。

背景技术

空调器在夏季用于制冷或者除湿，在冬季用于制热，能够调节室内温度，使得空调房间能够达到冬暖夏凉的舒适环境。在空调器保证空调房间舒适性的同时，空调生产厂家一直在致力于研发新的技术方案，使得空调器的能耗降低，提高空调器的使用效率。

如申请人日前所公开的中国发明专利申请《基于距离实现空调制冷控制的方法和装置》，申请号201611087736.2中公开了一种技术方案：“空调器运行，获取实时室内环境温度和设定目标温度，计算实时室内环境温度与设定目标温度之间的温差作为实时温差，根据实时温差进行PID运算，获得第一频率；实时检测空调所在室内的热源并确定热源与空调之间的实时距离，根据已知的距离与风速的对应关系确定实时距离对应的风速并作为实时风速，根据已知的风速与频率的对应关系获取与实时风速对应的频率，作为第二频率；将实时室内环境温度与设定舒适温度作比较；若实时室内环境温度不小于设定舒适温度，则选择第一频率与第二频率中较小值控制空调器的压缩机运行。若实时室内环境温度小于设定舒适温度，则获取空调蒸发器的实时盘管温度和盘管目标温度，计算实时盘管温度与盘管目标温度之间的温差，作为实时盘管温差，根据实时盘管温差进行盘温PID运算，获得第三频率，选择第一频率、第二频率以及第三频率中的较小值控制压缩机运行；其中，盘管目标温度根据室内目标温度确定，且室内目标温度小时盘管目标温度小的关系。”

不难看出，在上述控制方法中，实时风速是根据热源和空调器之间的距离确定的，频率是根据实时温差、风速与频率的对应关系以及室内环境温度和设定舒适温度的其中一个确定的。无论是实时风速还是频率的调节均没有考虑到用户的主观舒适度，相对来说控制精度较低。

发明内容

本发明提供基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，根据精确检测的人的主观舒适度、人与空调之间的距离、环境温度和出风温度之间的关系，调节空调房间的空气参数，形成一种对于人舒适的空调房间环境。

基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，空调器工作在制冷模式，所述控制方法包括以下步骤：

实时检测空调房间内热源的主观温冷感，所述主观温冷感通过以下方法检测：

采样空调房间内热源的体表温度T，空调房间的环境温度T₀，空调房间内热源的穿衣指数I_clo，

将体表温度T、空调的环境温度T₀和空调房间内热源的穿衣指数I_clo带入以下公式，计算热源体表散热量X；X=（h /（1+0.18h*I_clo））（T- T₀），其中h=h_r+ h_c, h_r为放射热传导率，h_c为对流热传导率；

将体表温度T，空调的环境温度T₀和空调房间内热源的穿衣指数I_clo带入以下公式，计算穿衣补偿系数T_r，T_r=（ I_clo /（T- T₀））- T₀ / T；

计算主观温冷感Y，Y=-k₁X+Q₁+T_r，其中k₁，Q₁为常数；

根据所述主观温冷感Y的数值判定主观温冷感等级。

通过本发明所公开的基于穿衣补偿的温冷感空调器的控制方法，在检测过程中校正了穿衣指数对检测值的影响，提高了温冷感空调器的检测精度。

同时还公开了一种空调器，采用基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法。空调器工作在制冷模式，所述控制方法包括以下步骤：

计算主观温冷感Y，Y=-k₁X+Q₁+T_r，其中k₁，Q₁为常数；

根据所述主观温冷感Y的数值判定主观温冷感等级。

本发明所公开的空调器具有舒适程度高，智能化程度好的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的基于穿衣补偿的温冷感空调器中主观温冷感的检测方法流程图；

图2为利用如图1所示的方法检测的主观温冷感值控制空调器运行的第一种具体实施方式的流程图；

图3为如图2所示的控制方法中，距离属于第一距离设定区间的控制方法的流程图；

图4为如图2所示的控制方法中，距离属于第二距离设定区间的控制方法的流程图；

图5为如图2所示的控制方法中，距离属于第三距离设定区间的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。另外，以下描述的第一特征在第二特征之"上"的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以下参照附图，对本发明所公开的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法做具体的介绍。在本实施例所公开的控制方法针对空调器的夏季运行，如步骤S101,空调器工作在制冷模式。空调器开机后，优选执行如背景技术中所公开的控制算法。

在空调器上设置有可以采集热源绝对温度和热图像的红外传感器。通过红外传感器的检测值确定空调房间内热源的主观温冷感，具体来说，包括以下步骤：

步骤S102，采样空调房间内热源的体表温度T，空调房间的环境温度T₀，空调房间内热源的穿衣指数I_clo。

空调房间内的热源为空调房间中的人。在检测到热源至少两分钟后红外传感器开始采样热源的体表温度T，以克服室外环境对体表温度T造成的误差。空调器回风口上设置有回风温度传感器，通过回风温度传感器采样空调房间的环境温度。空调器房间内热源的穿衣指数I_clo可以通过对红外传感器生成的热图像利用现有技术中所公开的算法分析得到。但一种更为优选的，采样穿衣指数I_clo的方式为，空调器和服务器建立通信，服务器从气象局数据库中调取实时的推荐穿衣信息。在空调器中预先存储有穿衣信息和穿衣指数I_clo的一一对应关系，穿衣指数I_clo为一个无量纲常数。采用后一种方式，获得穿衣指数的速度更快，空调器整体具有更快的响应速度。

以下为一种可选择的穿衣信息和穿衣指数I_clo之间的列表关系，覆盖了夏季的常见着装。

穿衣信息	穿衣指数I<sub>clo</sub>
		短袖衬衫、裤子、短裤、鞋	0.5
长袜、短袖衬衫、裙	0.55
		衬衫、长裤、袜	0.6
衬衫、连衣裙、袜、鞋	0.7

步骤S103，将体表温度T、空调的环境温度T₀和空调房间内热源的穿衣指数I_clo带入以下公式，计算体表散热量X；X=（h /（1+0.18h*I_clo））（T- T₀），其中h=h_r+h_c, h_r为放射热传导率，h_c为对流热传导率，h优选取值8.35W/平方米。

步骤S104，将体表温度T，空调的环境温度T₀和空调房间内热源的穿衣指数I_clo带入以下公式，计算穿衣补偿系数T_r，T_r=（ I_clo /（T- T₀））- T₀ / T。通过穿衣补偿系数，根据当前室内环境温度、体表温度和穿衣指数之间的关系校正上述三个因素互相作用对用户主观温冷感的影响。穿衣补偿系数的公式是一个经验公式，是在本领域专家对至少60个测试对象在不同实验环境中的实验数据的分析和总结得出的。

步骤S105，将体表散热量X和穿衣补偿系数Tr带入以下公式，计算主观温冷感Y:Y=-k₁X+Q₁+T_r其中k₁和Q₁为常数，k₁≤0.2, 1.5≤Q₁≤7.5。

步骤S106，根据计算出的主观温冷感Y值确定温冷感等级。其中主观温冷感检测值为正时，代表用户的主观感受偏热，主观温冷感检测值为负时，代表用户的主观感受偏冷。主观温冷感的每一个等级为一个主观温冷感值的设定区间，并存储在空调器的主控制器中。对应最热一个等级的主观温冷感值的上限阈值小于Q₁，对应最冷一个等级的主观温冷感值的下限阈值的绝对值小于Q₁。

一组优选的主观温冷感值的区间值为，当主观温冷感Y∈（-4，-2.5]时，主观温冷感等级为很冷，主观温冷感Y∈（-2.5，-1.5]时，主观温冷感等级为冷；主观温冷感Y∈（-1.5，1.5]时，主观温冷感等级为舒适；主观温冷感Y∈（1.5，2.5]时，主观温冷感等级为热；主观温冷感Y∈（2.5，4]时，主观温冷感等级为很热。

通过本实施例所公开的基于穿衣补偿的温冷感空调器的控制方法，在检测过程中根据环境温度、热源体表温度和穿衣指数的约束关系校正了穿衣指数对检测值的影响，提高了温冷感空调器的检测精度。

如图2所示为采用图1所公开的方法计算的主观温冷感控制空调器运行的一种具体优选实施方式的流程图。

步骤S201，判定主观温冷感的等级。

步骤202, 如果主观温冷感的等级不低于热等级，则说明人觉得很热，执行以下的控制策略。

步骤S203，实时检测热源与空调器之间的距离。距离检测同样由红外传感器结合现有算法得到。

为了让用户可以每时每刻的体感温度都达到舒适，同时起到降温的作用，在本实施例所公开的控制方法中，还包括以下步骤：

步骤S204，根据距离与风速的对应关系确定距离对应的风速并作为实时风速。以避免出现在制冷运行过程中，过低温度的大量出风带来的刺激，使得用户的主观温冷感等级自“热”等级短时间内跃变至“冷”及以下等级的超调现象。在制冷环境中，一旦发生自热至冷的超调现象，很难自动调节恢复到舒适状态。

根据人在空调房间的常见活动区域，在本实施例中，优选根据空调房间的面积设定三个距离设定区间。

具体来说，如果热源，即用户与空调器之间的距离属于第一距离设定区间，则根据距离与风速的关系确定第一设定风速，并确定第一设定风速为实时风速，控制空调器室内机风扇运行。如果热源，即用户与空调器之间的距离属于第二距离设定区间，则根据距离与风速的关系确定第二设定风速，并确定第二设定风速为实时风速，控制空调器室内机风扇运行。如果热源，即用户与空调器之间的距离属于第三距离设定区间，则根据距离与风速的关系确定第三设定风速，并确定第三设定风速为实时风速，控制空调器室内机风扇运行。考虑到出风温度和体表温度之间的关系，第一距离区间、第二距离区间、第三距离区间的上限阈值依次递增，第一设定风速、第二设定风速和第三设定风速依次递增。常见空调房间的面积小于等于30平方米，因此，优选的，设定第一距离设定区间为(0，1m]，所述第二距离设定区间为(1，2m]，所述第三距离设定区间为(2，3m]，第一设定风速对应低风档位或微风档位，第二设定风速对应中风档位，第三设定风速对应高风档位，避免大量的冷风吹送到近距离的用户体表。

步骤S205，进一步考虑到出风温度对环境温度和人体体表温度的影响，兼顾制冷效果的需求，实时检测空调器回风口的回风温度与出风口的出风温度，计算回风温度与出风温度之间的温差，作为实时送风温差。

步骤S206，判断实时送风温差是否大于等于温差设定值。温差设定值是由研发人员在理论指导下，经过大量的空调运转模拟实验得到的一个温度点，同时计算出该温度点所对应的理想频率。空调器回风口的回风温度可以等同于室内环境温度。当实时送风温差大于等于温差设定值时，说明室内环境温度偏高或者送风温度偏低。

如步骤S207至步骤S211所示，当空调器以理想频率作为运行频率运行后，设定采样周期。采样周期开始，压缩机按照理想频率运行。根据室内温度的变化趋势，生成风速校正值或/频率校正值。在采样周期结束时，判断主观温冷感等级是否为“舒适”等级。

如步骤S212和步骤S214所示，如果判定结果依旧为“热”或“很热”等级，则采样周期再次开始，压缩机以实时风速和上一个采样周期生成的风速校正值之和/或运行频率和频率校正值之和控制压缩机和室内风机运行。如果是“舒适”等级，则如步骤S213，退出上述控制过程，压缩机按照低频运行。

如步骤S215至217所示, 在采样周期中，同样根据距离生成对应的风速校正值和/或频率校正值。并执行循环程序，直至采样周期结束时，判定结果为“舒适”等级，退出上述控制过程，压缩机按照低频运行。

通过上述实施例所公开的控制方法，当空调房间内的用户的主观温冷感等级为“热”或“很热”时，首先根据用户和空调器之间的距离，将风速限定在合理的区间，避免大量冷风吹送到用户身上，使得用户的温冷感自“热”等级跃变为“冷”等级，造成超调，其次，当空调房间内环境温度较高，或者出风温度较低时，将压缩机的运行频率调整为理想频率，并在采样周期或者多个连续采样周期中，对风速或者压缩机频率进行校正，在控制的过程中提前抑制，使得空调房间中的温度下降的过程中，用户的主观温冷感能以渐近稳定的趋势变化并保持在“舒适”等级，让用户每时每刻都感受到舒适。

当用户距离空调器的距离较远时，通常发生超调情况的可能性较小。而距离空调器较近时，发生超调的可能性较高。进一步的，根据用户距离空调器的距离，优选生成与之对应的温差设定值，当距离和实时送风温差均满足条件时，执行更为精确的控制策略。

具体来说，如图3中步骤S301至S304所示，如果所述距离属于第一距离设定区间，则判断实时送风温差是否大于等于第一温差设定值。如果实时送风温差大于等于第一温差设定值，则在每一个采样周期中生成对应的频率校正值，并在下一个采样周期中开始以运行频率和频率校正值之和控制压缩机运行。

如图4中步骤S401至S404所示，如果所述距离属于第二距离设定区间，则判断实时送风温差是否大于等于第二温差设定值，如果实时送风温差大于等于第二温差设定值，则在每一个采样周期中生成对应的风速校正值，并在下一个采样周期中开始以第二设定风速和风速校正值之和控制室内风机运行。

如图5中步骤S501至S504所示，如果所述距离属于第三距离设定区间，则判断实时送风温差是否大于等于第三温差设定值。如果实时送风温差大于等于第三温差设定值，则在每一个采样周期中生成对应的频率校正值和风速校正值，并在下一个采样周期中开始以运行频率和频率校正值之和控制压缩机运行，并以第三设定风速和风速校正值之和控制室内风机运行。

其中，第一温差设定值、第二温差设定值和第三温差设定值依次递增。距离相对较远时，风速和频率允许调整的范围更广。

每一个采样周期中的风速校正值优选通过以下方式生成，在生成采样周期时同时生成采样周期的编码序数，每一个采样周期中的风速校正值为风速校正因数和对应采样周期的编码序数的乘积。其中，风速校正值为负数。

每一个采样周期中的频率校正值优选通过以下方式生成，在生成采样周期的同时生成采样周期的编码序数，每一个采样周期中的频率校正值为频率校正因数和对应采样周期的编码序数的乘积。其中，频率校正值为负数。

采样周期优选以秒为单位。

通过上述实施例所公开的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，在制冷模式下且人感觉热时，根据热源与空调之间的距离，对压缩机频率和风速进行精确调节，避免出现超调的现象。

本发明还公开了一种空调器，采用如上述任意一个实施例所公开的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法。空调器控制方法的具体实施方式参见如上述任意一个实施例和说明书附图的详细描述，在此不再赘述。采用上述空调器控制方法的空调器可以实现同样的技术效果。

需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA) ，现场可编程门阵列(FPGA) 等。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于，空调器工作在制冷模式，所述控制方法包括以下步骤：

采样空调房间内热源的体表温度T，空调房间的环境温度T₀，空调房间内热源的穿衣指数I_clo；

计算主观温冷感Y，Y=-k₁X+Q₁+T_r，其中k₁，Q₁为常数；

根据所述主观温冷感Y的数值判定主观温冷感等级。

2.根据权利要求1所述的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于，根据穿衣信息和穿衣指数I_clo的对应关系确定所述穿衣指数I_clo，空调器接收来自服务器的穿衣信息。

3.根据权利要求2所述的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于，

若主观温冷感的等级不低于热等级，执行以下控制策略:

实时检测所述热源与空调器之间的距离，根据所述距离与风速的对应关系确定与所述距离对应的风速并作为实时风速；

实时检测空调器回风口的回风温度与出风口的出风温度，计算所述回风温度与所述出风温度之间的温差，作为实时送风温差；当所述实时送风温差大于等于温差设定值时，根据所述温差设定值与频率的关系确定运行频率；

设定采样周期，在每一个采样周期中根据所述距离生成对应的风速校正值和/或频率校正值；在下一个采样周期中开始以所述实时风速和上一个采样周期生成的风速校正值之和和/或运行频率和频率校正值之和控制压缩机和室内风机运行，直至所述主观温冷感等级为舒适等级，压缩机低频运行。

4.根据权利要求3所述的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于：

如果所述距离属于第一距离设定区间，则根据所述距离与风速的对应关系确定第一设定风速，所述第一设定风速为实时风速；

如果所述距离属于第二距离设定区间，则根据所述距离与风速的对应关系确定第二设定风速，所述第二设定风速为实时风速；

如果所述距离属于第三距离设定区间，则根据所述距离与风速的对应关系确定第三设定风速，所述第三设定风速为实时风速；

其中，所述第一距离设定区间、所述第二距离设定区间、所述第三距离设定区间的上限阈值依次递增，所述第一设定风速、第二设定风速和第三设定风速依次递增。

5.根据权利要求4所述的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于：

如果所述距离属于第一距离设定区间，则判断所述实时送风温差是否大于等于第一温差设定值，如果所述实时送风温差大于等于第一温差设定值，则在每一个采样周期中生成对应的频率校正值，在下一个采样周期中开始以目标频率和频率校正值之和控制压缩机运行。

6.根据权利要求5所述的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于：

如果所述距离属于第二距离设定区间，则判断所述实时送风温差是否大于等于第二温差设定值，如果所述实时送风温差大于等于第二温差设定值，则在每一个采样周期中生成对应的风速校正值，在下一个采样周期中开始以所述第二设定风速和风速校正值之和控制室内风机运行。

7.根据权利要求6所述的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于:

如果所述距离属于第三距离设定区间，则判断所述实时送风温差是否大于等于第三温差设定值，如果所述实时送风温差大于等于第三温差设定值，则在每一个采样周期中生成对应的频率校正值和风速校正值，在下一个采样周期中开始以目标频率和频率校正值之和控制压缩机运行，并以第三设定风速和风速校正值之和控制室内风机运行。

8.根据权利要求7所述的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于，所述第一温差设定值、第二温差设定值和第三温差设定值依次递增。

9.根据权利要求8所述的基于穿衣补偿的温冷感空调器控制方法，其特征在于，设定所述采样周期的编码序数，每一个采样周期中的风速校正值为风速校正因数和对应采样周期的编码序数的乘积，每一个采样周期中的频率校正值为频率校正因数和对应采样周期的编码序数的乘积，其中首个所述采样周期的编码序数为0。

10.一种空调器，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的空调器控制方法。