CN115143604A - 基于窗帘开度控制的空调调节方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于窗帘开度控制的空调调节方法、装置及存储介质，所述方法包括以下步骤：S1，根据房间位置信息得到太阳相对于向阳窗户的高度角和方位角；S2，根据室内防眩光需求得到窗帘的开度；S3，根据水平面总辐射强度GHI、窗帘和窗户得热系数SHGC计算所述窗户的太阳热辐射的热功率；S4，根据所述热功率和照明系统的制热功率反馈给制冷系统，动态调整制冷系统设置达到节能效果。本发明将室外的自然光和热和室内的照明暖通系统结合，使得照明或制冷制暖舒适，同时大大减少能源浪费。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，特别涉及基于窗帘开度控制的空调调节方法、装置及存储介质。
背景技术
随着全球变暖越来越多的人开始使用空调。美国能源部数据显示，美国生活用电的6%已经用于制冷制暖，带来了美国40%的二氧化碳排放，在进一步加强全球变暖的同时，房屋平均25-30%的制冷或制热会通过窗户流失。房屋节能变成了全世界破不容缓需要解决的问题。
日常生活中人们对卷帘和横拉窗帘的控制充满随机性和不准确性，用户通过拉窗帘遮蔽炫光，但手动拉很难一次性将窗帘调整到准确的位置。窗帘可以遮蔽太阳直射带来的额外得热，降低夏季制冷的能耗，但是过多的遮蔽窗帘会降低室内自然光采光，人手动控制更是无法平衡两者。可根据光照自动做出适应性调节的窗帘、窗户都能够降低室内空调使用，尤其是根据太阳的位置调整窗帘可以有效帮助房屋节能。
专利“综合房间管理的方法、系统及计算机可读介质”（专利号202010586853.3）陈述了计算建筑中安装了百叶窗的房间的太阳能得热系数（SHGC）的计算方法和房间温度的预测方法。
上述该方法适用于安装了百叶窗的房间，并不适用于卷帘或大多数人家使用的横向拉的窗帘。该方法提出了通过得热系数计算房屋得热的方法，但是在阴雨天气情况下，该方法并不适用。
发明内容
解决上述技术问题，本发明提供基于窗帘开度控制的空调调节方法、装置及存储介质，将室外的自然光和热和室内的照明暖通系统结合，使得照明或制冷制暖舒适，同时大大减少能源浪费。
本发明为基于窗帘开度控制的空调调节方法，所述方法包括以下步骤：
S1，根据房间位置信息得到太阳相对于向阳窗户的高度角和方位角；
S2，根据室内防眩光需求得到窗帘的开度；
S3，根据水平面总辐射强度GHI、窗帘和窗户得热系数SHGC计算所述窗户的太阳热辐射的热功率；
S4，根据所述热功率和照明系统的制热功率反馈给制冷系统，动态调整制冷系统设置达到节能效果。
进一步的，所述S1包括以下内容：
S11，根据房间所在的地理坐标、日期、时间信息，得到太阳在当地设定时刻的太阳高度角和太阳方位角；
S12，结合窗户朝向，计算太阳相对于所述窗户的朝向角：
其中，
为太阳方位角，
为窗户朝向角，
为太阳相对于窗户的朝向角，即窗面太
阳方位角；
S13，计算太阳相对于窗户的高度角：
其中，
为太阳方位角，
为窗户朝向角，
为太阳高度角；
进一步的，所述S2中，包括以下内容：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，根据所述活动区域边界的顶点计算得到窗帘的开度；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比c。
更进一步的，所述步骤S2包含：
情况1，所述窗帘在水平方向开合，所述步骤S2为：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域为用户移动区域的地面投影，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，设定所述活动区域边界的顶点与窗帘的垂直距离a1，橫拉窗帘拉出的长度d1，则d1= b1-a1 tan(ε) +c1为窗帘能够打开的最大位置，
其中， a1为活动区域到窗户的垂直距离，b1为横拉窗帘拉出的其实位置到允许出现炫光边界的距离，c1为遮光安全余量，ε为窗面太阳方位角；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比。
更进一步的，所述步骤S2包含：
情况2，所述窗帘在垂直方向开合，所述步骤S2为：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域为用户移动区域，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，根据所述活动区域与地面交界的顶点与太阳的连线与窗帘位置的焦点，计算得到卷帘拉出的长度d2，d2=b2-a2tan(δ) +c2，其中，a2为炫光允许最远距离，b2为窗户高，c2遮光安全余量，δ为窗面太阳高度角；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比。
进一步的，所述S3包括以下内容：
S31，获得房间所在的地理坐标实时水平面总辐射强度GHI，根据窗户朝向计算太阳到达窗户的窗面总辐射功率 PI：
S32，根据所述总辐射功率 PI，结合窗户得热系数SHGCwin、窗帘得热系数SHGCshade、窗帘遮挡百分比c和窗户面积A，计算透过窗户到达室内的总得热功率qRadiation：
进一步的，所述S4包括以下内容：
检测室内温度，根据室内温度与设定温度间的差值，加上总的热功率qRadiation计算空调降温所需要的热功率，调整空调的工作功率。
本申请还提供基于窗帘开度控制的空调调节装置，所述装置包括：
太阳角度模块，所述太阳角度模块根据房间位置信息得到太阳相对于向阳窗户的高度角和方位角；
窗帘位置控制模块，所述窗帘位置控制模块根据室内防眩光需求得到窗帘的开度；
热功率计算模块，所述热功率计算模块根据水平面总辐射强度GHI、窗帘和窗户得热系数SHGC计算所述窗户的太阳热辐射的热功率；
反馈调节模块，所述反馈调节模块根据所述热功率和照明系统的制热功率反馈给制冷系统，动态调整制冷系统设置达到节能效果。
本申请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包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述基于窗帘开度控制的空调调节方法。
本发明具备如下有益效果：
本发明提出卷帘和横拉窗帘控制方案，可以有效遮蔽炫光、降低太阳直射带来的额外得热，同时提供了可以量化的得热计算方式。本发明使窗帘控制有效、准确。接入照明系统可以更科学的为室内带来分布均匀的照明，减少照明能源使用。再接入空调暖通系统，则可以让空调暖通系统提前预知自热得热和照明系统得热，随之做出温度调整以应对即将发生的房间温度变化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例提供的基于窗帘开度控制的空调调节方法的步骤流程图；
图2为太阳高度角、方位角示意图；
图3为太阳相对于窗户的朝向角示意图；
图4为横拉窗帘遮蔽的百分比计算方法示意图；
图5为太阳相对于窗户的高度角-窗面太阳高度角示意图；
图6为卷帘遮蔽的百分比计算方法示意图；
图7为太阳到达窗户的窗面总辐射功率计算方法示意图；
图8为窗户到达室内的总得热功率计算方法是示意图；
图9为本发明实施例提供的基于窗帘开度控制的空调调节系统组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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，所描述的实施例仅仅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，本领域的技术人员在没有做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。
本发明将电动窗帘、照明和空调暖通系统结合，以智能的方式提高房屋舒适度，降低建筑能耗。
首先受到本发明系统控制的室内区域需要安装电动窗帘，空调和照明系统并联网。在云端或本地服务器端部署本控制代码，并与室内窗帘、空调和照明系统连接。在使用过程中，服务器端首先向窗帘电机发送控制指令。窗帘电机将窗帘拉到指定位置后返回确认信息给服务器。服务器再向照明系统发送指令调节亮度。照明系统返回确认指令给服务器。服务器最终向空调暖通系统发送指令调节温度。空调暖通系统返回确认指令后，控制结束。
实施例1：
如图1所示，基于窗帘开度控制的空调调节方法，所述方法包括以下步骤：
S1，根据房间位置信息得到太阳相对于向阳窗户的高度角和方位角；
S2，根据室内防眩光需求得到窗帘的开度；
S3，根据水平面总辐射强度GHI、窗帘和窗户得热系数SHGC计算所述窗户的太阳热辐射的热功率；
S4，根据所述热功率和照明系统的制热功率反馈给制冷系统，动态调整制冷系统设置达到节能效果。
进一步的，如图2所示，所述S1包括以下内容：
S11，根据房间所在的地理坐标、日期、时间信息，得到太阳在当地设定时刻的太阳高度角和太阳方位角；
S12，如图5所示，结合窗户朝向，计算太阳相对于所述窗户的朝向角：
其中，
为太阳方位角，
为窗户朝向角，
为太阳相对于窗户的朝向角，即窗面太
阳方位角；
S13，计算太阳相对于窗户的高度角：
其中，
为太阳方位角，
为窗户朝向角，
为太阳高度角；
进一步的，所述S2中，如图3所示，包括以下内容：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，根据所述活动区域边界的顶点计算得到窗帘的开度；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比c。
更进一步的，所述步骤S2包含：
如图4所示，情况1，所述窗帘在水平方向开合，所述步骤S2为：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域为用户移动区域的地面投影，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，设定所述活动区域边界的顶点与窗帘的垂直距离a1，橫拉窗帘拉出的长度d1，则d1= b1-a1 tan(ε) +c1为窗帘能够打开的最大位置，
其中， a1为活动区域到窗户的垂直距离，b1为横拉窗帘拉出的其实位置到允许出现炫光边界的距离，c1为遮光安全余量，ε为窗面太阳方位角；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比。
更进一步的，所述步骤S2包含：
如图6所示，情况2，所述窗帘在垂直方向开合，所述步骤S2为：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域为用户移动区域，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，根据所述活动区域与地面交界的顶点与太阳的连线与窗帘位置的焦点，计算得到卷帘拉出的长度d2，d2=b2-a2tan(δ) +c2，其中，a2为炫光允许最远距离，b2为窗户高，c2遮光安全余量，δ为窗面太阳高度角；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比。
进一步的，如图7所示，所述S3包括以下内容：
S31，获得房间所在的地理坐标实时水平面总辐射强度GHI，根据窗户朝向计算太阳到达窗户的窗面总辐射功率 PI：
S32，如图8所示，根据所述总辐射功率 PI，结合窗户得热系数SHGCwin、窗帘得热系数SHGCshade、窗帘遮挡百分比c和窗户面积A，计算透过窗户到达室内的总得热功率qRadiation：
进一步的，所述S4包括以下内容：
检测室内温度，根据室内温度与设定温度间的差值，计算空调降温所需要的热功率，调整空调的工作功率。当室内温度已经达到设定温度，所述窗户得热功率和照明系统的制热功率之和即为空调需要除热的功率，空调系统调整到该功率除热。
案例：
时间：2021年2月1日下午2点整
地点：北京
首先，根据时间和地点，可以得到北京此时太阳高度角为29.11°，太阳方位角为25.18°窗户朝向：正西方（90°）。
根据公式，窗面太阳高度角为：
设计用于的需求为眩光允许距离为1米，窗户高2.25米，卷帘最多下拉距离为1.8米。计算得出此时卷帘应当下拉遮蔽55.3%窗户面积（c）。
此时GHI为518W/m2；
计算可以得出
窗户和SHGC为0.58；
窗帘的SHGC为0.25；
根据实地测量，窗帘面积为5平方米
计算可以得出
再进一步根据上述窗户得热功率，结合照明系统的制热功率，根据室内温度与设定温度间的差值，计算空调降温所需要的热功率；这里的降温指，不仅要修正自然温度，还需要克服照明系统的制热功率和窗户的热功率，进而调整空调的工作功率。
本发明根据房屋的地理坐标、房间窗户所面向的方向、日期和时间计算太阳在该窗户上的高度角和水平角，再根据房屋内防眩光要求计算卷帘或横拉窗帘需要拉到的位置。太阳窗户位置和窗帘遮蔽比例数据可以帮助照明优化采光舒适度，并且降低采光能耗。最后根据实时水平面总辐射强度（GHI）、窗帘和窗户玻璃的得热系数（SHGC）等可以计算窗户的太阳热辐射得热功率。计算出的热辐射得热功率和照明系统的制热功率可以进一步反馈给制冷系统，帮助动态调整制冷系统设置达到节能效果。
基于本实施例的进一步改进，在房间内没有光线直射时，窗帘全部打开。
实施例2
本申请还提供基于窗帘开度控制的空调调节装置，所述装置包括：
太阳角度模块，所述太阳角度模块根据房间位置信息得到太阳相对于向阳窗户的高度角和方位角；
窗帘位置控制模块，所述窗帘位置控制模块根据室内防眩光需求得到窗帘的开度；
热功率计算模块，所述热功率计算模块根据水平面总辐射强度GHI、窗帘和窗户得热系数SHGC计算所述窗户的太阳热辐射的热功率；
反馈调节模块，所述反馈调节模块根据所述热功率和照明系统的制热功率反馈给制冷系统，动态调整制冷系统设置达到节能效果。
如图9所示，为采用上述调节装置的空调调节系统示意图。本发明将电动窗帘、照明和空调暖通系统结合，以智能的方式提高房屋舒适度，降低建筑能耗。
首先受到本发明系统控制的室内区域需要安装电动窗帘，空调和照明系统并联网。在云端或本地服务器端部署本控制代码，并与室内窗帘、空调和照明系统连接。在使用过程中，服务器端首先向窗帘电机发送控制指令。窗帘电机将窗帘拉到指定位置后返回确认信息给服务器。服务器再向照明系统发送指令调节亮度。照明系统返回确认指令给服务器。服务器最终向空调暖通系统发送指令调节温度。空调暖通系统返回确认指令后，控制结束。
实施例3
本申请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包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述基于窗帘开度控制的空调调节方法。
需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，上述终端设备仅仅是示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.基于窗帘开度控制的空调调节方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，根据房间位置信息得到太阳相对于向阳窗户的高度角和方位角；
S2，根据室内防眩光需求得到窗帘的开度；
S3，根据水平面总辐射强度GHI、窗帘和窗户得热系数SHGC计算所述窗户的太阳热辐射的热功率；
S4，根据所述热功率和照明系统的制热功率反馈给制冷系统，动态调整制冷系统设置达到节能效果。
2.根据权利要求1所述的基于窗帘开度控制的空调调节方法，其特征在于，所述S1包括以下内容：
S11，根据房间所在的地理坐标、日期、时间信息，得到太阳在当地设定时刻的太阳高度角和太阳方位角；
S12，结合窗户朝向，计算太阳相对于所述窗户的朝向角：
其中，
为太阳方位角，
为窗户朝向角，
为太阳相对于窗户的朝向角，即窗面太阳方
位角；
S13，计算太阳相对于窗户的高度角：
其中，
为太阳方位角，
为窗户朝向角，
为太阳高度角；
3.根据权利要求1所述的基于窗帘开度控制的空调调节方法，其特征在于，所述S2中，包括以下内容：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，根据所述活动区域边界的顶点计算得到窗帘的开度；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比c。
4.根据权利要求3所述的基于窗帘开度控制的空调调节方法，其特征在于，所述步骤S2包含：
情况1，所述窗帘在水平方向开合，所述步骤S2为：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域为用户移动区域的地面投影，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，设定所述活动区域边界的顶点与窗帘的垂直距离a1，橫拉窗帘拉出的长度d1，则d1= b1-a1 tan(ε) +c1为窗帘能够打开的最大位置，
其中， a1为活动区域到窗户的垂直距离，b1为横拉窗帘拉出的其实位置到允许出现炫光边界的距离，c1为遮光安全余量，ε为窗面太阳方位角；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比。
5.根据权利要求3所述的基于窗帘开度控制的空调调节方法，其特征在于，所述步骤S2包含：
情况2，所述窗帘在垂直方向开合，所述步骤S2为：
S21，划分出室内活动区域，所述活动区域为用户移动区域，所述活动区域的边界为阳光眩光允许出现的边界；
S22，根据所述活动区域与地面交界的顶点与太阳的连线与窗帘位置的焦点，计算得到卷帘拉出的长度d2，d2=b2-a2tan(δ) +c2，其中，a2为炫光允许最远距离，b2为窗户高，c2遮光安全余量，δ为窗面太阳高度角；
S23，根据窗帘能够打开的最大位置得到窗帘遮挡百分比。
6.根据权利要求1所述的基于窗帘开度控制的空调调节方法，其特征在于，所述S3包括以下内容：
S31，获得房间所在的地理坐标实时水平面总辐射强度GHI，根据窗户朝向计算太阳到达窗户的窗面总辐射功率 PI：
S32，根据所述总辐射功率 PI，结合窗户得热系数SHGCwin、窗帘得热系数SHGCshade、窗帘遮挡百分比c和窗户面积A，计算透过窗户到达室内的总的热功率qRadiation：
7.根据权利要求1所述的基于窗帘开度控制的空调调节方法，其特征在于，所述S4包括以下内容：
检测室内温度，根据室内温度与设定温度间的差值，加上总的热功率qRadiation计算空调降温所需要的热功率，调整空调的工作功率。
8.根据权利要求1所述的基于窗帘开度控制的空调调节装置，其特征在于，所述装置包括：
太阳角度模块，所述太阳角度模块根据房间位置信息得到太阳相对于向阳窗户的高度角和方位角；
窗帘位置控制模块，所述窗帘位置控制模块根据室内防眩光需求得到窗帘的开度；
热功率计算模块，所述热功率计算模块根据水平面总辐射强度GHI、窗帘和窗户得热系数SHGC计算所述窗户的太阳热辐射的热功率；
反馈调节模块，所述反馈调节模块根据所述热功率和照明系统的制热功率反馈给制冷系统，动态调整制冷系统设置达到节能效果。
9.一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包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1-7中任一项基于窗帘开度控制的空调调节方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2022
- 2022-06-02 CN CN202210624677.7A patent/CN115143604A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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