CN110296508A - 一种空调器温度舒适性控制方法、装置及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调器温度舒适性控制方法、装置及空调器，涉及空调器技术领域，包括周期性的采集数据，其中所述数据包括空调器设置温度、空调器内机盘管温度以及房间室内环境温度；分别求第一温差、第二温差和温差比值在第一时间间隔内的一阶导数，其中所述第一温差为所述房间室内环境温度与所述空调器设置温度的差值，所述第二温差为所述空调器设置温度与所述空调器内机盘管温度的差值，所述温差比值为所述第二温差与所述第一温差的比值；根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡；若未达到平衡则控制压缩机改变频率。本发明利用热平衡原理，根据关键参数的一阶导数的值精准调节房间温度，实现房间温度的舒适性控制。

Description

一种空调器温度舒适性控制方法、装置及空调器

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种空调器温度舒适性控制方法、装置及空调器。

背景技术

随着空调的普及和空调技术的发展，人们对空调调节室温的舒适性有着越来越高的要求，各种新概念的空调舒适运行模式层出不穷。通过控制温度以使人体感觉舒适，创造一个舒适的工作和生活环境。

现有空调器的温度控制多采用温差来调节房间温度，即按照设置温度与环境温度的温差来调节压缩机频率，进而实现房间温度的稳定性，以保证舒适的体感。但由于测量温差的存在，以及压缩机频率的变化，会产生房间温度的波浪形变化。同时基于环境温度的差异，造成室内的热负荷和空调器输出制冷/暖量差异大，达不到较高的舒适性。

由此可见，如何有效进行空调舒适性调节和控制显得尤为重要。

发明内容

本发明解决的问题是如何对空调温度进行精准调节以提高使用舒适性。

为解决上述问题，本发明提供一种空调器温度舒适性控制方法，其包括：

周期性的采集数据，其中所述数据包括空调器设置温度、空调器内机盘管温度以及房间室内环境温度；

分别求第一温差、第二温差和温差比值在第一时间间隔内的一阶导数，其中所述第一温差为所述房间室内环境温度与所述空调器设置温度的差值，所述第二温差为所述空调器设置温度与所述空调器内机盘管温度的差值，所述温差比值为所述第二温差与所述第一温差的比值；

根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡；

若未达到平衡则控制压缩机改变频率。

本发明利用热平衡原理，根据双向温差及温差比值的一阶导数反馈空调运行情况，实现房间热负荷与空调输出量的热平衡，调节压缩机频率以保持房间温度的稳定，提高舒适性。

进一步的，所述房间热负荷为空气定压比热容、房间空气质量以及所述第一温差的乘积。

本发明基于简化的房间热负荷模型进行研究，更为准确反应温度的变化情况。

进一步的，所述空调输出量为空气定压比热容、空调单位时间出风体积、时间周期以及所述第二温差的乘积。

本发明采用简化的空调输出模型进行研究，可更精确的反馈系统的运行情况。

进一步的，所述根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡包括：所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，有一个大于零、一个等于零以及一个小于零时，达到平衡。

本发明采用对三个关键参数求导运算进行判断，更准确的反应房间热平衡状态。

进一步的，所述根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡包括：所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值均等于零时，达到平衡。

本发明利用关键参数的一阶导数表明温度的变化情况，更准确的反映温度波动情况。

进一步的，所述根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡包括：所述温差比值的一阶导数的值等于零，所述第一温差和所述第二温差的一阶导数的值均小于零时，达到平衡。

本发明在参数变化不影响室温时也认为其达到平衡状态不进行调节，实现有效节能。

进一步的，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：在制冷工况下，所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，至少有两个一阶导数的值大于零时，提升所述压缩机的频率。

本发明根据不同温度变化趋势调节压缩机频率来进行温度控制，有效保证室温的稳定性。

进一步的，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：在制冷工况下，所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，至少有两个一阶导数的值小于零时，降低所述压缩机的频率。

本发明在空调能力过剩时进行降频操作，控制温度同时节省能耗。

进一步的，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：在制热工况下，所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，至少有两个一阶导数的值大于零时，降低所述压缩机的频率。

本发明根据制冷制热不同工况设置压缩机频率调节方法，实现有效调节温度变化。

进一步的，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：在制热工况下，所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，至少有两个一阶导数的值小于零时，提升所述压缩机的频率。

本发明设置不同判断条件进行相应改变压缩机频率的操作，保证了对房间温度调节的有效性和可靠性。

进一步的，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：

按f(S)×f(ΔT2/ΔT1)改变所述压缩机的频率，其中f(S)表示压缩机当前频率，f(ΔT2/ΔT1)表示所述温差比值的一阶导数。

本发明根据压缩机现有频率进行调节，保证压缩机频率不会突变增加能耗。

进一步的，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：根据所述空调器设置温度与所述房间室内环境温度的差值在第二时间间隔内的一阶导数的值来调节所述压缩机的频率。

本发明还可根据不同关键参数进行压缩机频率调节，实现更广泛的调节能力。

进一步的，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：根据所述空调器内机盘管温度与所述空调器设置温度的差值在第三时间间隔内的一阶导数的值来调节所述压缩机的频率。

本发明设置多种压缩机频率调节算法，可根据不同具体环境进行调节。

进一步的，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：根据所述空调器设置温度与所述房间室内环境温度的差值以及所述空调器内机盘管温度与所述空调器设置温度的差值的比值在第四时间间隔内的一阶导数的值来调节所述压缩机的频率。

本发明采用不同的参数作为调节压缩机频率的基础，可从更多角度进行温度控制。

本发明的另一目的在于提供一种空调器温度舒适性控制装置，以保证房间温度稳定，提高舒适性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种空调器温度舒适性控制装置，其包括：

获取单元，周期性的采集数据，其中所述数据包括空调器设置温度、空调器内机盘管温度以及房间室内环境温度；

计算单元，用于分别求第一温差、第二温差和温差比值在第一时间间隔内的一阶导数，其中所述第一温差为所述房间室内环境温度与所述空调器设置温度的差值，所述第二温差为所述空调器设置温度与所述空调器内机盘管温度的差值，所述温差比值为所述第二温差与所述第一温差的比值；

还用于根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡；

控制单元，用于在未达到平衡时控制压缩机改变频率。

本发明基于热平衡原理，利用三个关键参数的一阶导数的值来判断房间热平衡情况，并根据判断结果相应控制压缩机调节频率，实现对温度的精确控制和调节，保持房间温度恒定从而提高舒适性。

本发明的第三目的在于提供一种空调器，以实现精确温度控制，保证舒适性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种空调器，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的空调器温度舒适性控制方法。

所述空调器与上述空调器温度舒适性控制装置相对于现有技术所具有的有益效果相同，在此不再赘述。

本发明的第四目的在于提供一种计算机可读存储介质，以实现上述空调器温度舒适性控制方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的空调器温度舒适性控制方法。

附图说明

图1为本发明实施例建立的用于研究空调舒适性调节的物理模型的示意图；

图2为本发明实施例空调器温度舒适性控制方法的流程图；

图3为本发明实施例空调器温度舒适性控制装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

空调运行时，房间温度其实不是均匀分布的，例如制冷时，越靠近空调器的地方温度越低；制热时，越靠近空调器的地方温度越高。这就导致空调自身设置的传感器检测到的温度与实际环境温度存在一定差异。所以单纯依赖设置温度与环境温度的温差来进行调节会导致无法准确地控制和调节房间温度，从而影响舒适性。本发明引入室内热负荷的概念，通过调节空调器输出制冷/暖量与室内热负荷相匹配的方式来进行温度控制，提高空调使用的舒适性。

为便于描述，下文中均以Tp表示空调器内机盘管温度，以Th表示房间室内环境温度，以Ts表示空调器设置温度。在本发明实施例中，温度传感器每1s采集一次数据，周期性的采集10组数据并对其求平均值，作为一次有效数据。

图1所示为本发明实施例建立的用于研究空调舒适性调节的物理模型，选取一个普通房间作为研究对象，其内设置有一空调器，且不论该空调器的安装位置如何，均认为其内温度分布是均匀的。当空调器制冷时，认为其输出制冷量与房间热负荷相等时达到供需平衡，可保持房间温度恒定。当空调制热时，可认为其输出制热量与房间热负荷的差值为0时达到供需平衡，可保持房间温度恒定。

为便于计算，将房间热负荷的数学模型简化为Q＝CMΔT1,其中C表示空气定压比热容，M表示房间空气质量，可根据房间体积进行计算得到，ΔT1为房间室内环境温度与空调器设置温度的差值，即ΔT1＝Th-Ts。

将空调器输出制冷量的数学模型简化为q＝CmΔT2，其中C表示空气定压比热容，m表示空调出风体积，其中m＝Nt，N表示单位时间的空调出风体积，周期时间t取10s，ΔT2为空调器设置温度与空调内机盘管温度的差值，即ΔT2＝Ts-Tp。

为保证房间温度舒适性，最好是保持室内温度恒定，即热负荷与空调输出制冷量供需平衡，即Q＝q，则q/Q＝1，相当于CmΔT2/CMΔT1＝1，即ΔT2/ΔT1＝M/m。在本发明实施例中，由于风量固定、单位时间内的空气质量固定、房间尺寸固定以及房间的热负荷固定，则得到ΔT2/ΔT1＝X，其中X表示一个常数。以房间设置温度Ts设作为0负荷的基准，即以此判断房间是否达到对热负荷的供需平衡，则ΔT2/ΔT1可反映房间的温差波动情况。

图2所示为本发明实施例空调器温度舒适性控制方法的流程示意图，包括步骤S1-S4。

在步骤S1中，各温度传感器每1s采集一次数据，周期性的采集10组数据并对其求平均值，作为一次有效数据，其中采集的数据包括空调器内机盘管温度Tp、房间室内环境温度Th以及空调器设置温度Ts。

在步骤S2中，在第一时间间隔内，分别对ΔT2/ΔT1、ΔT2以及ΔT1求一阶导数，分别记为f(ΔT2/ΔT1)、f(ΔT2)以及f(ΔT1)，将对其求一阶导数的值分别记为y1、y2以及y3。其中，ΔT2/ΔT1＝(Ts-Tp)/(Th-Ts)，ΔT2＝Ts-Tp，ΔT1＝Th-Ts。实际运行中，因为采样是离散的，在本发明实施例中用一阶差分来作为一阶导数的近似值使用。在本发明实施例中，第一时间间隔可为10min。

在步骤S3中，根据y1、y2以及y3的数值判断房间是否达到热平衡，即房间热负荷与空调输出量是否达到平衡。由于f(ΔT2/ΔT1)、f(ΔT2)以及f(ΔT1)均可较为准确的反应房间温差随时间的波动情况，因此可基于y1、y2以及y3的数值来判断房间的热平衡状态以及温度的波动情况。基于热平衡原理，当y1、y2以及y3中有一个大于0、一个等于0且一个小于0时，认为房间达到热平衡状态，此时不必对温度进行调节，保持运行即可。当y1＝y2＝y3＝0时，也认为房间达到热平衡状态，此时不必对温度进行调节，保持运行即可。

在本发明实施例中，当y1＝0且y2和y3均小于0时，表明此时温度的偏差还不足以影响房间温度波动，则认为此时房间也达到了热平衡状态。为了更节省能耗，此时也不必对温度进行调节，保持运行即可。

在制冷模式下，当y1、y2以及y3中有至少两个大于0时，表明空调制冷能力不足；当y1、y2以及y3中有至少两个小于0时，表明空调制冷能力过剩。此时均认为房间热负荷与空调输出制冷量未达到平衡状态。

在制热模式下，当y1、y2以及y3中有至少两个大于0时，表明空调制热能力过剩；当y1、y2以及y3中有至少两个小于0时，表明空调制热能力不足。此时也均认为房间热负荷与空调输出制热量未达到平衡状态。

在步骤S4中，对上述判定未达到平衡状态的进行压缩机频率调节，以控制温度保持稳定。

在制冷模式下，若判断为空调制冷能力不足时，提升压缩机运行频率以调节温度；若判断为空调制冷能力过剩时，降低压缩机运行频率以调节温度。

在制热模式下，若判断为空调制热能力过剩时，降低压缩机运行频率以调节温度；若判断为空调制热能力不足时，提升压缩机运行频率以调节温度。

在本发明实施例中，按照如下公式对压缩机运行频率进行调节：

f(S)×f(ΔT2/ΔT1)，即f(S)×y1

其中，f(S)表示压缩机当前频率。以此计算出压缩机需要调整的频率参数，根据上述判断结果进行相应的升频或降频操作。

为便于理解，下表列出本发明实施例的制冷模式下判断条件及相应调节频率方法，其中不合逻辑的组合项未在表中示出。

下面给出一具体实施例：

当前周期获取Tp＝15℃，Th＝28℃，Ts＝25℃；

则ΔT1＝28-25＝3，ΔT2＝25-15＝10。

在下一周期，获取Tp＝15℃，Th＝27℃，Ts＝25℃；

则ΔT1＝27-25＝2，ΔT2＝25-15＝10。

此时，f(ΔT2/ΔT1)＝(10/2-10/3)/t＝0.17，同时f(ΔT2)＝(10-10)/t＝0，f(ΔT1)＝(2-3)/t＝-0.1，t取10min。属于(+，0，-)，此时空调制冷能力过剩，需降频操作。按照f(S)×|f(ΔT2/ΔT1)|计算频率调整参数，f(S)表示当前频率。若当前频率为50Hz，则降频9Hz，此时频率调整数值向上取整。

为便于理解，下表列出本发明实施例的制热模式下判断条件及相应调节频率方法，其中不合逻辑的组合项未在表中示出。

下面给出一具体实施例：

当前周期获取Tp＝39℃，Th＝16℃，Ts＝26℃；

则ΔT1＝26-16＝10，ΔT2＝39-26＝13。

在下一周期，获取Tp＝40℃，Th＝18℃，Ts＝26℃；

则ΔT1＝26-18＝8，ΔT2＝40-26＝14。

此时，f(ΔT2/ΔT1)＝(14/8-13/10)/t＝0.05，同时f(ΔT2)＝(14-13)/t＝0.1，f(ΔT1)＝(8-10)/t＝-0.2，t取10min。属于(+，+，-)，此时空调制热能力过剩，需降频操作。按照f(S)×|f(ΔT2/ΔT1)|计算频率调整参数，f(S)表示当前频率。若当前频率为50Hz，则降频3Hz，此时频率调整数值向上取整。

在本发明实施例中，对未达到热平衡状态进行频率调节的算法可采用相同，或根据y1、y2及y3数值的不同设置不同的调频算法，以实现更精准的频率调节。

在本发明另一实施例中，还可根据空调器设置温度Ts与房间室内环境温度Th的温差在第二时间间隔内的一阶导数的值进行压缩机频率调节。

在本发明又一实施例中，还可根据空调器内机盘管温度Tp与空调器设置温度Ts的温差在第三时间间隔内的一阶导数的值进行压缩机频率调节。

在本发明其他实施例中，还可根据空调器设置温度Ts与房间室内环境温度Th的温差，以及空调器内机盘管温度Tp与空调器设置温度Ts的温差的比值在第四时间间隔内的一阶导数的值进行压缩机频率调节。

上述各时间间隔可相同或不同，均可根据实验数据或经验进行设置。

本发明利用热平衡原理，根据双向温差及温差比值的一阶导数反馈空调运行情况，实现房间热负荷与空调输出量的热平衡，调节压缩机频率以保持房间温度的稳定，提高舒适性。

图3所示为本发明实施例空调器温度舒适性控制装置的示意图。包括获取单元、计算单元以及控制单元，其中，所述获取单元用于周期性的采集数据，其中所述数据包括空调器设置温度、空调器内机盘管温度以及房间室内环境温度；所述计算单元用于分别求第一温差、第二温差和温差比值在第一时间间隔内的一阶导数，其中所述第一温差为所述房间室内环境温度与所述空调器设置温度的差值，所述第二温差为所述空调器设置温度与所述空调器内机盘管温度的差值，所述温差比值为所述第二温差与所述第一温差的比值；还用于根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡；所述控制单元用于在未达到平衡时控制压缩机改变频率。

本发明基于热平衡原理，利用三个关键参数的一阶导数的值来判断房间热平衡情况，并根据判断结果相应控制压缩机调节频率，实现对温度的精确控制和调节，保持房间温度恒定从而提高舒适性。

本发明实施例还提供一种空调器，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的空调器温度舒适性控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的空调器温度舒适性控制方法。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (17)

1.一种空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，包括：

周期性的采集数据，其中所述数据包括空调器设置温度、空调器内机盘管温度以及房间室内环境温度；

分别求第一温差、第二温差和温差比值在第一时间间隔内的一阶导数，其中所述第一温差为所述房间室内环境温度与所述空调器设置温度的差值，所述第二温差为所述空调器设置温度与所述空调器内机盘管温度的差值，所述温差比值为所述第二温差与所述第一温差的比值；

根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡；

若未达到平衡则控制压缩机改变频率。

2.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述房间热负荷为空气定压比热容、房间空气质量以及所述第一温差的乘积。

3.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述空调输出量为空气定压比热容、空调单位时间出风体积、时间周期以及所述第二温差的乘积。

4.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡包括：所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，有一个大于零、一个等于零以及一个小于零时，达到平衡。

5.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡包括：所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值均等于零时，达到平衡。

6.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡包括：所述温差比值的一阶导数的值等于零，所述第一温差和所述第二温差的一阶导数的值均小于零时，达到平衡。

7.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：在制冷工况下，所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，至少有两个一阶导数的值大于零时，提升所述压缩机的频率。

8.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：在制冷工况下，所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，至少有两个一阶导数的值小于零时，降低所述压缩机的频率。

9.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：在制热工况下，所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，至少有两个一阶导数的值大于零时，降低所述压缩机的频率。

10.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：在制热工况下，所述第一温差、所述第二温差和所述温差比值的一阶导数的值中，至少有两个一阶导数的值小于零时，提升所述压缩机的频率。

11.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：按f(S)×f(ΔT2/ΔT1)改变所述压缩机的频率，其中f(S)表示压缩机当前频率，f(ΔT2/ΔT1)表示所述温差比值的一阶导数。

12.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：根据所述空调器设置温度与所述房间室内环境温度的差值在第二时间间隔内的一阶导数的值来调节所述压缩机的频率。

13.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：根据所述空调器内机盘管温度与所述空调器设置温度的差值在第三时间间隔内的一阶导数的值来调节所述压缩机的频率。

14.如权利要求1所述的空调器温度舒适性控制方法，其特征在于，所述若未达到平衡则控制压缩机改变频率包括：根据所述空调器设置温度与所述房间室内环境温度的差值以及所述空调器内机盘管温度与所述空调器设置温度的差值的比值在第四时间间隔内的一阶导数的值来调节所述压缩机的频率。

15.一种空调器温度舒适性控制装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于周期性的采集数据，其中所述数据包括空调器设置温度、空调器内机盘管温度以及房间室内环境温度；

计算单元，用于分别求第一温差、第二温差和温差比值在第一时间间隔内的一阶导数，其中所述第一温差为所述房间室内环境温度与所述空调器设置温度的差值，所述第二温差为所述空调器设置温度与所述空调器内机盘管温度的差值，所述温差比值为所述第二温差与所述第一温差的比值；

还用于根据所述各一阶导数的值判断房间热负荷与空调输出量是否达到平衡；

控制单元，用于在未达到平衡时控制压缩机改变频率。

16.一种空调器，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1-14中任一项所述的空调器温度舒适性控制方法。

17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如权利要求1-14中任一项所述的空调器温度舒适性控制方法。