CN109425080A - 空调系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种空调系统，适用于多个室内空间空气调度，包括：侦测模块，用以收集环境感测信息，并传送至信息处理服务器；室内空调装置，安装于室内空间通风口，根据空调控制信号控制进风与排风之转速；风机装置，根据换气信号控制开关，用于引入户外空气；以及信息处理服务器，用以接收感测信息，计算室内空间所需风量，并发送空调控制信号与换气信号，当感测信息过高时，发送空调控制信号至室内空调装置设为进风状态，当室内空调装置为进风状态比例过高时，发送换气信号至通风装置。

Description

空调系统及方法

技术领域

本发明系有关于一种空气交换控制领域，尤指一种智能控制空调设备及系统。

背景技术

空气中的二氧化碳浓度增加不仅影响人类的专注力及决断能力，根据研究证实当空气中的二氧化碳含量最高允许值为0.1％，当空气中的二氧化碳含量浓度到达1％时，人会感到窒息，严重的还会发生休克甚至死亡，因此对室内空气中的二氧化碳浓度进行调节十分必要。

现在很多用于空调或单独做空气换气的空气交换装置，换气控制方法都很简单，基本上都是二氧化碳浓度达到一上限值时启动风机模块，风机模块开启后，当二氧化碳浓度低于一下限值时关闭风机模块。这样的控制方法，当上下限设定范围较宽时，容易造成二氧化碳浓度过高时风机模块仍然处于关闭的情况；若上下限设定在较窄的范围时，会造成风机模块频繁启动和关闭，不仅实用性受到限制，亦会增加不少耗能。

发明内容

鉴于本发明的目的，本发明提供一种空调系统，适用于通过通风管连通的多个室内空间，包括：多个侦测模块，分别设置于室内空间与风机装置位置，用以侦测所在位置之感测信息，将感测信息传送至信息处理服务器；多个室内空调装置，安装于各室内空间的通风口，根据空调控制信号决定室内空调装置之风扇转速，用以控制室内空间之进风与排风；风机装置，可为一或多个与通风管相连，根据换气信号控制开关，用于引入户外空气进入通风管；以及信息处理服务器，用以接收感测信息，计算室内空间所需风量，根据感测信息发送空调控制信号与换气信号，其中当感测信息高于自定义门坎值时，发送空调控制信号至室内空调装置，并设为进风状态，其中在既定数量内，室内空调装置为进风状态高于既定比例时，发送换气信号至通风装置。

本发明提供一种空调方法，包括以下步骤：通过多个侦测模块，将感测信息传送至信息处理服务器；通过多个室内空调装置，根据空调控制信号控制室内空调装置之风扇转速，用以控制室内空间之进风与排风；根据换气信号控制风机装置开关，通过与通风管相连之风机装置引入户外空气；通过信息处理服务器接收感测信息，根据感测信息计算室内空间所需风量，根据感测信息发送空调控制信号与换气信号，其中当感测信息高于自定义门坎值时，发送空调控制信号至室内空调装置，并设为进风状态，其中在既定数量内，室内空调装置为进风状态高于既定比例时，发送换气信号至通风装置。

附图说明

图1显示本发明一实施例所述之空调系统功能方块图。

图2显示本发明一实施例所述之空调系统应用情境示意图。

图3显示本发明一实施例所述之空调系统之室内空气调度流程图。

图4显示本发明一实施例所述之空调系统之室内二氧化碳变化范例图。

图5显示本发明一实施例所述之空调系统之风机装置启动流程图。

图6显示本发明一实施例所述之空调系统之风机装置启动时机范例。

图7显示本发明一实施例所述之空调系统之风机装置启动选择范例。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1系显示根据本发明一实施例所述之空调系统功能方块图。如图1所示，根据本发明一实施例所述之空调系统适用于多个室内空间，各室内空间通过通风管(如图2所示，通风管230)连通，包括：室内空调装置110，包括通讯单元(图未显示)，藉由通讯单元与信息处理服务器100进行通讯，用以接收之空调控制信号以及回传室内空调装置状态，根据空调控制信号决定室内空调装置110之风扇转速，用以控制室内空间之进风与排风，根据理想状况的风扇物理原理，风量约与风扇转速的一次方成正比，风压约与风扇转速的二次方成正比，而风扇消耗功率正比于风量与风压的乘积，故消耗功率正比于风扇转速的三次方，本提案技术有别于现有技术只单纯引入室外风,而无优先考虑室内可利用之空气，根据以下公式动态调整各室内空间风扇转速以达到整体最低总能耗。首先计算房间预估的二氧化碳浓度(Cp)，房间预估的二氧化碳浓度等于房间的初始二氧化碳浓度(Cf)加上二氧化碳浓度变化的斜率(m)乘上从第一临界值到预估值所花的时间(Tf-p)，Cp＝Cf+Tf-p*m；其中二氧化碳浓度从第一临界值到预估值所花的时间可由风扇间距离(d)除以抽风风扇的风速(Sw)得知，Tf-p＝d/Sw；抽风风扇的风速可由常数(K)乘以抽风风扇的转速(Sr)除以风扇直径(R)的三次方，Sw＝K*Sr/R3；也就是说Cp＝Cf+d/Sw*m＝Cf+(d*R3/K*Sr)*m。接着计算所需风量(Vw)，由于第二临界值的二氧化碳浓度(Cs)等于所需风量(VN)减吸入风量(Vw)乘上预估的二氧化碳浓度(Cp)加上吸入风量(Vw)乘上抽出的二氧化碳浓度(Cw)，除上所需风量(VN)，Cs＝((VN-VW)*Cp+Vw*Cw)/VN，因此所需风量Vw＝((Cs-Cp)/(Cw-Cp))*VN；最后计算所需转速(Sr)，因为抽风风扇风速为吸入风量除以二氧化碳浓度值从预估值到第二临界值所花时间(Sw＝Vw/Tp-s)，又Sw＝K*Sr/R3，因此可得知风扇转速Sr＝(Vw*R3)/(K*Tp-s)。

风机装置120与通风管230相连，包括通讯单元(图未显示)，藉由通讯单元与信息处理服务器100进行通讯，用以接收信息处理服务器100发出之换气信号，根据换气信号控制风机装置120之开关，引入户外空气进入通风管230；如图1所示之风机装置120数量以一台表示，仅为范例，本提案所述之发明亦可应用于多台风机装置之应用情境，当应用环境包含多个风机装置时，多个室外风机的选择及启动时机详见图6与图7之说明。

多个室内侦测装置130，室内侦测装置130包含通讯模块131与侦测模块132，分别设置于各室内空间，侦测模块132用以侦测所在位置之感测信息，通过通讯模块131将侦测到的感测信息传送至信息处理服务器100；室外侦测装置140包含通讯模块141与侦测模块142，设置于风机装置120所在位置，侦测模块142用以侦测所在位置之感测信息，通过通讯模块141将侦测到的感测信息传送至信息处理服务器100；其中环境感测信息为温度、二氧化碳浓度，但不以此为限。

信息处理服务器100，将预先设定的室内空间大小信息、各室内空间对应之室内空调装置110的风扇叶片大小信息、室内空调装置110之位置信息、风机装置120之位置信息，并接收各室内空间回传之感测信息；其中当感测信息高于自定义门坎值时，信息处理服务器100产生空调控制信号，根据空调控制信号控制室内空调装置110，并将室内空调装置110状态设定为进风，并回报室内空调装置110状态至信息处理服务器100，其中使用者可自行设定既定数量之室内空调装置110，当室内空调装置110之状态设定为进风的数量高于既定比例时，信息处理服务器100发送换气信号至风机装置120。

此外，信息处理服务器100亦可自行订定风机装置120之换气时机，当信息处理服务器100订定换气时机时，将参考室外侦测装置140之侦测模块142所回传的感测信息历史数据或是参考气象预报，作为选择换气时间之参考依据，以降低引入室外空气时所需的能耗。

图2系显示根据本发明一实施例所述之空调系统应用情境示意图。如图2所示，根据本发明一实施例所述之空调系统包括风机装置200、第一室内空调装置210以及第二室内空调装置220，于第一室内空间211、第二室内空间221以及风机装置200所在位置皆设置有侦测装置(图未显示)，用于侦测所在位置之感测信息，本实施例中显示温度及二氧化碳浓度。当第一室内空间211之二氧化碳浓度过高时，有别于传统空调系统直接启动风机装置200引入室外新鲜空气，信息处理服务器会先搜寻连通于第一室内空间211之其他室内空间，从二氧化碳浓度较低的其他室内空间调度新鲜空气。信息处理服务器发出空调控制信号，将第一室内空调装置210设定为进风，第二室内空调装置220设定为排风，抽出第二室内空间221之空气通过通风管230，将空气导入第一室内空间211。利用动态调度邻近室内空间空气已降低该区的二氧化碳浓度，减少风机装置200启动次数，进而节省空调运转能耗。

图3显示本发明一实施例所述之空调系统之室内空气调度流程图。如图3所示，根据本发明一实施例所述之室内空气调度流程包括以下步骤。首先，步骤S301，由信息处理服务器接收室内侦测装置回传之二氧化碳浓度。步骤S302，判断接收到的二氧化碳浓度是否大于第一临界值，若二氧化碳浓度未大于第一临界值，回到步骤S301持续监测二氧化碳浓度。若二氧化碳浓度大于第一临界值，进入步骤S303，寻找与当前室内空间相连通的其他室内空间，并取得其他连通的室内空间感测信息以及室内空调装置运作状态。步骤S304，根据当前室内空间所需风量及换气时间，控制其他室内空间之室内空调装置之风扇转速，导引室内空间之间的空气流向，将新鲜空气导入当前室内空间。步骤S305，判断二氧化碳浓度是否达到第二临界值，通过导入其他室内空间之新鲜空气，降低当前室内空间之二氧化碳浓度，当二氧化碳浓度尚未降至第二临界值，持续步骤S304，继续引入其他室内空间空气。当二氧化碳浓度达到第二临界值，即可降低该室内空间之风扇转速，使二氧化碳浓度维持在第二临界值，故信息处理伺服器重新调整各室内空调装置转速(步骤306)。持续监测室内空间二氧化碳浓度，当人员离开，风扇依照既有的运转配置会导致室内空间二氧化碳浓度值下降，判断二氧化碳浓度是否小于第二临界值(步骤307)，当二氧化碳浓度小于第二临界值，关闭各室内空调装置(步骤308)。

图4显示本发明一实施例所述之空调系统之室内二氧化碳变化范例图。如图4所示，根据本发明一实施例所述之持续侦测室内空间二氧化碳浓度以及室内空调装置状态，在第一时间之前，二氧化碳浓度小于第一临界值，相对应之室内空调装置状态为可排风，也就是说室内空间之空气质量尚可支持其他室内空间；当二氧化碳浓度超越第一临界值，信息处理服务器开始调度其他室内空间空气，室内空调装置状态将设定为需进风；在第二时间，室内空调装置状态设为进风中，来自于其他室内空间空气开始引入，因此二氧化碳浓度值开始下降；于第三时间二氧化碳浓度降至第二临界值，室内空间之空气质量已达到安全的水平，因此信息处理伺服器重新调整室内空调装置转速，使二氧化碳浓度维持于第二临界值附近，室内空调装置状态仍维持进风中；当第四时间，也许室内空间的人群已离开，二氧化碳浓度开始小于第二临界值，信息处理服务器再次调整室内空调装置，并将其状态设定为可排风；于第五时间后，室内空间之二氧化碳浓度趋于一稳定值，持续侦测该室内空间之环境感测信息。

图5显示本发明一实施例所述之空调系统之风机装置启动流程图。如图5所示，根据本发明一实施例所述之风机装置启动流程包括以下步骤。首先，信息处理服务器监测各室内空调装置状态(步骤S501)，判断室内空调装置状态是否为进风(步骤S502)，若室内空调装置状态不为进风，持续监测其他室内空调装置状态；当监测到有室内空调装置状态为进风，便向外探访邻近室内空调装置状态(步骤S503)；探访邻近室内空调装置状态前会先判断该室内空调装置是否曾探访过(步骤S504)；判断已探访的邻近室内空调装置数量(步骤S505)，当已探访的室内空调装置数量小于既定的第三临界值，持续探访邻近室内空调装置；当已探访的室内空调装置数量大于第三临界值，则开始计算室内空调装置状态为进风所占的比例(步骤S506)；判断室内空调装置状态为进风的比例是否大于既定的第四临界值(步骤S507)，当状态为进风的比例大于第四临界值时，启动距离该区域最近的风机装置(步骤S508)；若进风的比例未大于第四临界值时，该流程结束(步骤S509)。

图6显示本发明一实施例所述之空调系统之风机装置启动时机范例。如图6所示，根据本发明一实施例所述监测各室内空调装置之状态，在用户自定义的数量(第三临界值)内，室内空调装置为进风状态的比例高于使用者自定的第四临界值时，信息处理服务器将发送换气信号至距离上述区域最近的风机装置。例如，使用者将第三临界值设定为9，第四临界值设定为50％，也就是需探访的室内空调装置数量为9，当室内空调装置为进风状态的比例超过50％时启动风机装置，以图6的实线框框为例，箭头向下代表室内空调装置为进风状态，箭头向上代表排风状态，总共探访了9台室内空调装置，有5个为进风状态，比例为5/9高于50％，因此触发了启动风机装置的条件，由信息处理服务器发送换气信号至距离上述所在区域最近的第四风机装置640。图6虚线框框的范例是，用户将第三临界值设定为20，第四临界值设定为50％，也就是说需探访的室内空调装置数量为20，当室内空调装置为进风状态的比例超过50％时启动风机装置，看到虚线框框中，共20探访了台室内空调装置，仅有6个为进风状态，比例为6/20低于50％，因此还不需要启动风机装置。

图7显示本发明一实施例所述之空调系统之风机装置启动选择范例。如图7所示，根据本发明一实施例所述之多个风机装置，依据设置位置环境差异，如安装于树荫旁或具遮蔽处，太阳直晒或是背光处等因素，能导入的室外空气温度(或是二氧化碳浓度)也会有所差异，根据室外侦测装置所回传的感测信息，信息处理服务器发送换气信号至气温(二氧化碳浓度)最低的第三风机装置730。

本系统及方法藉由动态调度内部区域空气，减少启动风机装置以降低能耗。当夏季引入新风时，常伴随温度上升增加空调能耗，藉由本提案系统及方法可于最适当之时间、地点引入室外新鲜空气，有效减少能耗，属于智慧建筑之节能应用，本提案方法适用于所有室内空间，如办公室、工厂、照护中心、月子中心、一般居家等，亦易与现有设备如空调系统、全热交换机等结合运用。

综上所述，本发明符合发明专利要件，爰依法提出专利申请。惟，以上该者仅为本发明之较佳实施方式，本发明之范围并不以所述实施方式为限，举凡熟悉本案技艺之人士爰依本发明之精神所作之等效修饰或变化，皆应涵盖于以下申请专利范围内。

Claims (15)

1.一种空调系统，适用于多个室内空间，上述室内空间通过通风管连通，其特征在于，包括：

多个室内侦测装置，分别设置于上述室内空间，用以侦测上述室内空间之感测信息；

多个室内空调装置，安装于各上述室内空间的通风口，用以控制上述室内空间之进风与排风，根据空调控制信号决定上述室内空调装置之风扇转速；

风机装置，与上述通风管相连，根据换气信号控制开关，用于引入户外空气进入上述通风管；以及

信息处理服务器，用以接收上述感测信息，计算上述室内空间所需风量，根据上述感测信息发送空调控制信号与换气信号，其中当上述感测信息高于自定义门坎值时，发送空调控制信号至上述室内空调装置，并设为进风状态，当既定数量之上述室内空调装置为进风状态高于既定比例时，发送换气信号至上述风机装置。

2.如权利要求1所述之空调系统，其特征在于，上述感测信息为二氧化碳浓度、温度。

3.如权利要求1所述之空调系统，其特征在于，上述空调控制信号根据上述室内空间所需风量、上述室内空调装置之风扇半径、预计花费时间决定各上述室内空调装置之转速。

4.一种空调系统，适用于多个室内空间，上述室内空间通过通风管连通，其特征在于，包括：

多个室内侦测模块，分别设置于上述室内空间，用以侦测上述室内空间之感测信息；

多个室外侦测模块，用以侦测风机装置所在位置之感测信息；

多个室内空调装置，安装于各上述室内空间的通风口，用以控制上述室内空间之进风与排风，根据空调控制信号决定上述室内空调装置之风扇转速；

多个风机装置，与上述通风管相连，根据换气信号控制开关，用于引入户外空气进入上述通风管；以及

信息处理服务器，用以接收上述感测信息，计算上述室内空间所需风量，根据上述感测信息发送空调控制信号与换气信号，其中当上述感测信息高于自定义门坎值时，发送空调控制信号至上述室内空调装置，并设为进风状态，当既定数量之上述室内空调装置为进风状态高于既定比例时，发送换气信号至上述风机装置。

5.如权利要求4所述之空调系统，其特征在于，上述感测信息为二氧化碳浓度、温度。

6.如权利要求4所述之空调系统，其特征在于，上述空调控制信号根据上述室内空间所需风量、上述室内空调装置之风扇半径、预计花费时间决定各室内空调装置之转速。

7.如权利要求4所述之空调系统，其特征在于，上述信息处理服务器根据上述感测信息，发送上述换气信号至气温最低的上述风机装置。

8.如权利要求4所述之空调系统，其特征在于，上述信息处理服务器根据上述感测信息，发送上述换气信号至二氧化碳浓度最低的上述风机装置。

9.如权利要求4所述之空调系统，其特征在于，上述信息处理服务器根据上述室内空调装置设定为进风比例过高的所在区域，发送上述换气信号至距离上述所在区域最近的上述风机装置。

10.一种空调方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过多个侦测模块侦测感测信息；

通过多个室内空调装置控制上述室内空间之进风与排风；

根据空调控制信号控制上述室内空调装置之转速；

通过与上述通风管相连之风机装置引入户外空气；

根据换气信号控制上述风机装置开关，以引入户外空气进入上述通风管；

通过信息处理服务器接收上述感测信息，根据上述感测信息计算室内空间所需风量，根据上述感测信息发送空调控制信号与换气信号，其中当上述感测信息高于自定义门坎值时，发送空调控制信号至上述室内空调装置，并设为进风状态，当既定数量之上述室内空调装置为进风状态高于既定比例时，发送换气信号至上述风机装置。

11.如权利要求10所述之空调方法，其特征在于，上述感测信息为二氧化碳浓度、温度。

12.如权利要求10所述之空调方法，其特征在于，上述空调控制信号根据上述室内空间所需风量、各上述室内空调装置之风扇半径、预计花费时间决定各上述室内空调装置之转速。

13.如权利要求10所述之空调方法，其特征在于，上述信息处理服务器根据上述感测信息，发送上述换气信号至气温最低的上述风机装置。

14.如权利要求10所述之空调方法，其特征在于，上述信息处理服务器根据上述感测信息，发送上述换气信号至二氧化碳浓度最低的上述风机装置。

15.如权利要求10所述之空调方法，其特征在于，上述信息处理服务器根据上述室内空调装置设定为进风比例过高的所在区域，发送上述换气信号至距离上述所在区域最近的上述风机装置。