CN115183418B - 一种智能楼宇室内温度调控方法及系统 - Google Patents

一种智能楼宇室内温度调控方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能楼宇室内温度调控方法，包括：S1、根据室内的用户分布情况将室内空间划分成若干个调温区域；S2、获取每个调温区域内的室内温度数据和用户反馈数据，计算对应调温区域的设置温度；S3、考虑相邻调温区域间设置温度不同产生的热量传递因素，计算并控制每个调温区域内温控设备的调温功率；S4、每隔固定时间重复S2和S3的过程，使每个调温区域的室内温度都保持在设置温度，还公开了一种系统包括：温度采集模块、用户移动终端、温控设备控制模块和处理模块。本发明针对不同区域内的实际温度不同和不同区域内用户反馈的期望温度不同来对每个调温区域的温度进行控制，使得温度控制更加精细化，用户有更好的体验感。

Description

一种智能楼宇室内温度调控方法及系统
技术领域
本发明涉及楼宇温度控制领域，尤其是涉及一种智能楼宇室内温度调控方法及系统。
背景技术
楼宇中电力设备，如电梯、水泵、风机、空调等通常都是开放性的工作状态，也就是说没有形成一个闭环回路。只要接通电源，设备就在工作，至于工作状态、进程、能耗等，无法在线及时得到数据，更谈不上合理使用和节约能源。而楼宇自控技术是将上述的电器设备进行在线监控，通过设置相应的传感器、行程开关、光电控制等，对设备的工作状态进行检测，并通过线路返回控制机房的中心电脑，由电脑得出分析结果，再返回到设备终端进行调解。楼宇的建筑设备自动控制是以空调控制为中心的，空调系统的自动控制是属于一般热力学过程的自动调节。现有的空调自动控制系统主要是根据用户固定预设的某一室内温度值进行温度调节控制，不能根据每个人对舒适温度的需求不同自动调节室内最佳温度，使得现有的空调控制系统舒适性差。
在中国专利文献上公开的“一种楼宇自动化环境温度控制方法及其系统”，其公开号为CN111043717A，公开日期为2020.04.21，包括CPU处理器、通风设备和数据采集装置；CPU处理器的信号接收端与数据采集装置相连接，CPU处理器的信号输出端与通风设备相连接；数据采集装置包括温度传感器A、温度传感器B、风速传感器A、风速传感器B和温度设定控制器；通风设备包括智能门窗、通风风机和空调。该发明实现对楼宇环境温度的智能控制，同时通过空调、通风风机和智能窗户的组合式调节，不仅具备节约能源的特点，同时有利于对楼宇室内环境空气质量的提高。但是该技术是通过采集用户穿的衣服是否变动来判断是否为舒适温度的，但是在实际情况中只有当温度差异较大时用户才会穿脱衣服，因此实际的温度控制较为粗犷，无法实现精细化的温度调控；此外在一个楼层中不同区域位置的温度也存在差异，该技术无法针对性的对不同区域位置进行差异化的温度调控。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中对于楼宇温度都是进行统一调节控制，无法针对不同的区域进行差异化的温度调控的问题，提供了一种智能楼宇室内温度调控方法及系统，能够针对不同区域内的实际温度不同和不同区域内用户反馈的期望温度不同来对每个调温区域的温度进行控制，使得温度控制更加精细化，用户有更好的体验感。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种智能楼宇室内温度调控方法，包括：
S1、根据室内的用户分布情况将室内空间划分成若干个调温区域；
S2、获取每个调温区域内的室内温度数据和用户反馈数据，计算对应调温区域的设置温度；
S3、考虑相邻调温区域之间设置温度不同产生的热量传递因素，计算并控制每个调温区域内温控设备的调温功率；
S4、每隔固定时间重复S2和S3的过程，使每个调温区域的室内温度都保持在设置温度。
本发明中每隔固定时间对设置温度进行调节，可以尽可能满足用户在不同时间段对于温度的要求，同时也可以使整个控制过程处在闭环状态中，根据用户对实际温度的反应来进行温度的调整。此外本发明中将楼宇的室内根据用户的分布情况分成若干个调温区域，每个调温区域都是相对独立的，只有相邻的调温区域之间会因为温度差异存在热量的流动，因此每个调温区域都可以根据各自区域内用户的反馈情况来进行温度调节，将楼宇室内的温度控制由现有的以楼层为单位进一步精细化到以较为密集的分布人群为单位，提升了用户的舒适度。
作为优选，所述S2中包括以下步骤：
S21、采集调温区域内所有室内温度传感器的测量数据，以室内温度传感器与温控设备出风口之间的距离作为权重影响因素进行加权计算得到实际室内温度；
S22、收集固定时间内用户反馈的期望温度数据，并以用户反馈的时间快慢作为权重影响因素进行加权计算得到平均期望温度；
S23、根据实际室内温度和平均期望温度计算得到设置温度。
本发明中划分后调温区域内随机分布有若干个室内温度传感器，在不同的位置进行温度测量，在整个调温区域内不同位置实际的温度也是不同的，因此需要进行加权计算得到实际室内温度作为调温区域的显示温度；同样的道理，不同的用户对实际温度的感受也有不同，因此反馈的期望温度各不相同，进行加权计算可以综合各个用户的反馈来得出符合大多数人要求的平均期望温度；设置温度是基于实际室内温度的基础上根据平均期望温度进行调整后得到的，进行反馈的用户人数有时小于处于区域内的总人数，此时可以根据反馈人数和总人数的比例来计算设置温度。
作为优选，所述S3中，调温区域内温控设备的调温功率满足以下公式：
其中Qpi为第p调温区域进行第i次调温后温控设备的调温功率，qpj为单位时间内从第p调温区域向第j调温区域传导的热量，M为与第p调温区域相邻的所有调温区域的集合，为第p调温区域进行第i+1次调温后区域内单位时间的空气热量改变量。
本发明中在第i次调温后整个调温区域内存在热量的动态平衡方程，其中的影响因素还包括区域内自身产生的热量、区域内与楼层隔板之间的热量交换等，在第i+1次调温后也存在热量的动态平衡方程，在设定上述的影响因素基本不变的情况下，将两者的动态平衡方程相减就可以得到本发明调温功率需要满足的公式。
作为优选，所述S21中计算调温区域内每个室内温度传感器到温控设备出风口的距离，对所有的距离数据求平方后进行归一化处理，以归一化处理后的结果作为对应测量数据的权重进行加权计算得到实际室内温度。
本发明中室内温度传感器离温控设备的出风口越远，其测量得到的温度数据受到温控设备的影响就越小，因此可以设置更高的权重使得最后加权得到的实际室内温度更真实符合实际情况，又由于从出风口出来的风是向四周扩散的，其系数与距离的平方正相关，因此选择距离的平方归一化后作为权重进行计算更符合要求。
作为优选，所述S22中收集固定时间内用户反馈的期望温度数据，并按照用户的反馈时间由快到慢进行编号由小到大的排序，对于编号逐渐增大的期望温度数据赋予的权重逐渐减小，所有的权重之和为一。
本发明中每个固定时间会重复进行调温区域的温度调整，因此收集在这个固定时间段内用户反馈的期望温度数据可以作为下一个时间段温度调节的依据；同时用户进行反馈的时间越快就说明用户对实际室内温度的忍受度越低，因此可以分配给该用户反馈的期望温度数据的权重就越大，从而可以使最后的平均期望温度尽可能符合大部分人的要求。
作为优选，所述S1中对整个楼宇建立三维模型，并以层为单位标明每个用户的坐标位置，根据用户的坐标位置进行聚类分析划分出若干个调温区域。
本发明中划分后的每个调温区域内需要存在至少一个温控设别出风口和至少一个室内温度传感器，从而可以对调温区域进行温度检测和控制；此外建立楼宇的三维模型并在其中标明每个用户的位置，更加直观；又由于每一层都是隔离的，所以以层为单位对该层中所用的用户坐标进行聚类分析，将距离较近的用户划分在同一个调温区域中，方便进行温度调控。
一种智能楼宇室内温度调控系统，包括：
温度采集模块，包括设置在楼宇各个位置的温度传感器，进行温度数据的采集；
用户移动终端，用于输入用户反馈数据并定位用户在楼宇内的位置；
温控设备控制模块，用于控制温控设备各个出风口的调温功率；
处理模块，接收来自温度采集模块和用户移动终端的所有数据，经过计算处理得到设置温度和温控设备的调温功率后输出到温控设备控制模块控制温控设备的工作。
本发明中温度传感器包括室内温度传感器和室外温度传感器，室内温度传感器均匀分布在楼宇的空间内，使得进行区域划分后每个区域中都存在室内温度传感器；用户移动终端可以用户手机，通过手机中的APP与处理模块无线连接并进行信息的交流，同时可以通过手机和处理模块的无线连接确定用户在楼宇中的具体位置；温控设备控制模块可以控制不同调温区域内的出风口工作在不同的调温功率上；处理模块则可以对所有数据进行处理并将控制信号和指令传输到温控设备控制模块中进行温度控制。
作为优选，还包括有图像采集模块，用于采集每个调温区域内的图像辅助识别用户人数；所述用户移动终端上能显示楼宇内各个位置的温度数据。
本发明中存在有些用户的移动终端并没有和处理模块无线连接，所以无法对这些用户进行定位，因此可以设置图像采集模块对每个调温区域的图像进行采集，并能识别在调温区域内的总用户人数，该图像采集模块可以利用楼宇原有的视频监控系统进行工作；处理模块还可以连接显示屏，在显示屏上显示整个楼宇的实时三维模型数据。
本发明具有如下有益效果：能够针对不同区域内的实际温度不同和不同区域内用户反馈的期望温度不同来对每个调温区域的温度进行控制，使得温度控制更加精细化，用户有更好的体验感；对每个调温区域内的测量温度进行考虑距离参数的加权计算，使得测量结果更符合实际情况，同时对每个用户反馈的期望温度数据进行考虑反馈时间的加权计算，可以使得得到的平均期望温度尽可能满足大部分用户的需求。
附图说明
图1是本发明室内温度调控方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示，一种智能楼宇室内温度调控方法，包括：
S1、根据室内的用户分布情况将室内空间划分成若干个调温区域；S1中对整个楼宇建立三维模型，并以层为单位标明每个用户的坐标位置，根据用户的坐标位置进行聚类分析划分出若干个调温区域。
S2、获取每个调温区域内的室内温度数据和用户反馈数据，计算对应调温区域的设置温度；S2中包括以下步骤：
S21、采集调温区域内所有室内温度传感器的测量数据，以室内温度传感器与温控设备出风口之间的距离作为权重影响因素进行加权计算得到实际室内温度；
S22、收集固定时间内用户反馈的期望温度数据，并以用户反馈的时间快慢作为权重影响因素进行加权计算得到平均期望温度；
S23、根据实际室内温度和平均期望温度计算得到设置温度。
S3、考虑相邻调温区域之间设置温度不同产生的热量传递因素，计算并控制每个调温区域内温控设备的调温功率；S3中，调温区域内温控设备的调温功率满足以下公式：
其中Qpi为第p调温区域进行第i次调温后温控设备的调温功率，qpj为单位时间内从第p调温区域向第j调温区域传导的热量，M为与第p调温区域相邻的所有调温区域的集合，为第p调温区域进行第i+1次调温后区域内单位时间的空气热量改变量。
S4、每隔固定时间重复S2和S3的过程，使每个调温区域的室内温度都保持在设置温度。
S21中计算调温区域内每个室内温度传感器到温控设备出风口的距离，对所有的距离数据求平方后进行归一化处理，以归一化处理后的结果作为对应测量数据的权重进行加权计算得到实际室内温度。S22中收集固定时间内用户反馈的期望温度数据，并按照用户的反馈时间由快到慢进行编号由小到大的排序，对于编号逐渐增大的期望温度数据赋予的权重逐渐减小，所有的权重之和为一。
本发明中每隔固定时间对设置温度进行调节，可以尽可能满足用户在不同时间段对于温度的要求，同时也可以使整个控制过程处在闭环状态中，根据用户对实际温度的反应来进行温度的调整。此外本发明中将楼宇的室内根据用户的分布情况分成若干个调温区域，每个调温区域都是相对独立的，只有相邻的调温区域之间会因为温度差异存在热量的流动，因此每个调温区域都可以根据各自区域内用户的反馈情况来进行温度调节，将楼宇室内的温度控制由现有的以楼层为单位进一步精细化到以较为密集的分布人群为单位，提升了用户的舒适度。
本发明中划分后调温区域内随机分布有若干个室内温度传感器，在不同的位置进行温度测量，在整个调温区域内不同位置实际的温度也是不同的，因此需要进行加权计算得到实际室内温度作为调温区域的显示温度；同样的道理，不同的用户对实际温度的感受也有不同，因此反馈的期望温度各不相同，进行加权计算可以综合各个用户的反馈来得出符合大多数人要求的平均期望温度；设置温度是基于实际室内温度的基础上根据平均期望温度进行调整后得到的，进行反馈的用户人数有时小于处于区域内的总人数，此时可以根据反馈人数和总人数的比例来计算设置温度。
本发明中在第i次调温后整个调温区域内存在热量的动态平衡方程，其中的影响因素还包括区域内自身产生的热量、区域内与楼层隔板之间的热量交换等，在第i+1次调温后也存在热量的动态平衡方程，在设定上述的影响因素基本不变的情况下，将两者的动态平衡方程相减就可以得到本发明调温功率需要满足的公式。
本发明中室内温度传感器离温控设备的出风口越远，其测量得到的温度数据受到温控设备的影响就越小，因此可以设置更高的权重使得最后加权得到的实际室内温度更真实符合实际情况，又由于从出风口出来的风是向四周扩散的，其系数与距离的平方正相关，因此选择距离的平方归一化后作为权重进行计算更符合要求。
本发明中每个固定时间会重复进行调温区域的温度调整，因此收集在这个固定时间段内用户反馈的期望温度数据可以作为下一个时间段温度调节的依据；同时用户进行反馈的时间越快就说明用户对实际室内温度的忍受度越低，因此可以分配给该用户反馈的期望温度数据的权重就越大，从而可以使最后的平均期望温度尽可能符合大部分人的要求。
本发明中划分后的每个调温区域内需要存在至少一个温控设别出风口和至少一个室内温度传感器，从而可以对调温区域进行温度检测和控制；此外建立楼宇的三维模型并在其中标明每个用户的位置，更加直观；又由于每一层都是隔离的，所以以层为单位对该层中所用的用户坐标进行聚类分析，将距离较近的用户划分在同一个调温区域中，方便进行温度调控。
一种智能楼宇室内温度调控系统，包括：温度采集模块，包括设置在楼宇各个位置的温度传感器，进行温度数据的采集；用户移动终端，用于输入用户反馈数据并定位用户在楼宇内的位置；温控设备控制模块，用于控制温控设备各个出风口的调温功率；处理模块，接收来自温度采集模块和用户移动终端的所有数据，经过计算处理得到设置温度和温控设备的调温功率后输出到温控设备控制模块控制温控设备的工作。还包括有图像采集模块，用于采集每个调温区域内的图像辅助识别用户人数；所述用户移动终端上能显示楼宇内各个位置的温度数据。
本发明中温度传感器包括室内温度传感器和室外温度传感器，室内温度传感器均匀分布在楼宇的空间内，使得进行区域划分后每个区域中都存在室内温度传感器；用户移动终端可以用户手机，通过手机中的APP与处理模块无线连接并进行信息的交流，同时可以通过手机和处理模块的无线连接确定用户在楼宇中的具体位置；温控设备控制模块可以控制不同调温区域内的出风口工作在不同的调温功率上；处理模块则可以对所有数据进行处理并将控制信号和指令传输到温控设备控制模块中进行温度控制。
本发明中存在有些用户的移动终端并没有和处理模块无线连接，所以无法对这些用户进行定位，因此可以设置图像采集模块对每个调温区域的图像进行采集，并能识别在调温区域内的总用户人数，该图像采集模块可以利用楼宇原有的视频监控系统进行工作；处理模块还可以连接显示屏，在显示屏上显示整个楼宇的实时三维模型数据。
在本发明的实施例中，用户在楼宇内通过移动终端与处理模块无线连接，每个用户由各自独有的账号登录移动终端的APP中，通过APP可以向楼宇的温度调控系统中的处理模块传输反馈数据，同时可以通过无线信号对用户在楼宇内的位置进行定位。将整个楼宇内部空间建立三维模型并根据用户的具体定位显示在三维模型中；同时温度传感器也和处理模块进行连接传输温度数据并且能定位温度传感器的位置显示在三维模型中，还能够显示温控设备各个出风口的位置。在完成整个系统的连接后可以开始进行温度调控。
以楼宇内的一个楼层为例对本发明进行详细的说明，在楼宇的三维模型中提取某一楼层的模型数据，对该楼层内的所有用户的坐标位置进行聚类分析，将距离较近的位置坐标划分成一组，该组位置坐标所处区域就是一个调温区域；从而将整个楼层分成m个调温区域。选取m个调温区域中的第p个调温区域作为研究对象，在第p个调温区域中包括了a个室内温度传感器和b个温控设备出风口。在进行第i次调温时，第k个室内温度传感器检测到的室内温度为Tpik，其到其中一个温控设备出风口的距离为Lpik，则第k个室内温度传感器检测到的室内温度对应的权重为因此可以计算得到第i次调温时相对于一个温控设备出风口的实际室内温度/>当共存在b个温控设备出风口时，分别求出室内温度传感器相对于每个出风口的实际室内温度，共得到b个实际室内温度，对这b个数据求平均得到最终的实际室内温度Tpi。
同样的在第i次调温时，第p个调温区域内可以通过联网的移动终端数量和图像采集模块得到处于该调温区域内的总用户数Y，而在固定的两次调温时间间隔内共有Z个用户反馈了期望温度数据，按照用户反馈时间由快到慢对所有的期望温度数据进行排序得到tpi1,tpi2,…,tpik,…,tpiZ，并设置权重则可以得到第i次调温时的平均期望温度/>由于有Y-Z个用户没有反馈期望温度数据，因此默认这些用户的期望温度数据就是实际室内温度Tpi，由此可以得到第i次调温的设置温度以同样的方式对每个调温区域的设置温度进行计算。
当需要开始控制温控设备进行调温时，第p个调温区域内第i+1次调温后温控设备的调温功率满足以下公式：
其中Qpi为第p调温区域进行第i次调温后温控设备的调温功率，qpj为单位时间内从第p调温区域向第j调温区域传导的热量，M为与第p调温区域相邻的所有调温区域的集合，为第p调温区域进行第i+1次调温后区域内单位时间的空气热量改变量。其中qpj和/>的具体计算公式如下所示：
K为空气的热传导系数；A为第p调温区域和第j调温区域相邻部分的面积，Lpj为第p调温区域中心位置和第j调温区域中心位置的距离，可以从楼宇的三维模型中提取得到对应的面积数据和距离数据；c为空气的比热容，m为第p调温区域内的空气质量，可以通过已知参数计算得到；Δt为间隔的固定时间，在本实施例中可以选择等于或小于相邻两次调温的间隔时间；为第p调温区域第i+1次调温时的设置温度，/>为第j调温区域第i+1次调温时的设置温度，Tp(i+1)为第p调温区域第i+1次调温时的实际室内温度。
进行第i+1次调温的前提是已经进行了第i次调温，因此第i次调温后第p调温区域内的温控设备的调温功率Qpi是已知的，在第i次调温后使得第p调温区域内的室内温度逐渐趋向于设置温度但是在实际情况下实际室内温度只是不断接近设置温度，因此在进行第i+1次调温时需要测量实际室内温度Tp(i+1)作为计算空气热量变化的初始温度。在Qpi是已知的情况下可以计算得到第p个调温区域内第i+1次调温后温控设备的调温功率Qp(i+1)。
处理模块将计算得到的第p个调温区域内第i+1次调温后温控设备的调温功率Qp(i+1)输入到温控设备控制模块中，温控设备控制模块根据调温功率Qp(i+1)控制第p调温区域中所有温控设备出风口的总的调温功率为Qp(i+1)，当第p调温区域存在多个出风口时可以将总的调温功率平均分配到每个出风口中，从而实现对第p调温区域内的温度控制，将第p调温区域内的温度从Tp(i+1)向逐渐趋近。其余的调温区域采用相同控制方法进行温度调控，从而完成整个楼宇的第i+1次温度调控。更进一步的，每个调温区域的温度调控时间间隔可以各不相同，根据实际需要减小某些区域的调控时间间隔或增加调控时间间隔。在完成第i+1次温度调控后，间隔固定时间重新进行第i+2次温度调控，以此循环直到楼宇内检测不到用户存在或者人为在处理模块处停止温度调控操作。
上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能楼宇室内温度调控方法，其特征在于，包括：
S1、根据室内的用户分布情况将室内空间划分成若干个调温区域；
S2、获取每个调温区域内的室内温度数据和用户反馈数据，计算对应调温区域的设置温度；
收集固定时间内用户反馈的期望温度数据，并以用户反馈的时间快慢作为权重影响因素进行加权计算得到平均期望温度；
根据实际室内温度和平均期望温度计算得到设置温度；
S3、考虑相邻调温区域之间设置温度不同产生的热量传递因素，计算并控制每个调温区域内温控设备的调温功率；
S4、每隔固定时间重复S2和S3的过程，使每个调温区域的室内温度都保持在设置温度。
2.根据权利要求1所述的一种智能楼宇室内温度调控方法，其特征在于，所述S2中还包括以下步骤：
采集调温区域内所有室内温度传感器的测量数据，以室内温度传感器与温控设备出风口之间的距离作为权重影响因素进行加权计算得到实际室内温度。
3.根据权利要求1或2所述的一种智能楼宇室内温度调控方法，其特征在于，所述S3中，调温区域内温控设备的调温功率满足以下公式：
其中为第p调温区域进行第i次调温后温控设备的调温功率，/>为单位时间内从第p调温区域向第j调温区域传导的热量，M为与第p调温区域相邻的所有调温区域的集合，/>为第p调温区域进行第i+1次调温后区域内单位时间的空气热量改变量。
4.根据权利要求2所述的一种智能楼宇室内温度调控方法，其特征在于，所述S2中计算调温区域内每个室内温度传感器到温控设备出风口的距离，对所有的距离数据求平方后进行归一化处理，以归一化处理后的结果作为对应测量数据的权重进行加权计算得到实际室内温度。
5.根据权利要求2所述的一种智能楼宇室内温度调控方法，其特征在于，所述S2中收集固定时间内用户反馈的期望温度数据，并按照用户的反馈时间由快到慢进行编号由小到大的排序，对于编号逐渐增大的期望温度数据赋予的权重逐渐减小，所有的权重之和为一。
6.根据权利要求1或2或4或5所述的一种智能楼宇室内温度调控方法，其特征在于，所述S1中对整个楼宇建立三维模型，并以层为单位标明每个用户的坐标位置，根据用户的坐标位置进行聚类分析划分出若干个调温区域。
7.一种智能楼宇室内温度调控系统，适用于如权利要求1所述的一种智能楼宇室内温度调控方法，其特征在于，包括：
温度采集模块，包括设置在楼宇各个位置的温度传感器，进行温度数据的采集；
用户移动终端，用于输入用户反馈数据并定位用户在楼宇内的位置；
温控设备控制模块，用于控制温控设备各个出风口的调温功率；
处理模块，接收来自温度采集模块和用户移动终端的所有数据，经过计算处理得到设置温度和温控设备的调温功率后输出到温控设备控制模块控制温控设备的工作。
8.根据权利要求7所述的一种智能楼宇室内温度调控系统，其特征在于，还包括有图像采集模块，用于采集每个调温区域内的图像辅助识别用户人数；所述用户移动终端上能显示楼宇内各个位置的温度数据。
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