CN116045459B - 一种空调节能运行方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种空调节能运行方法及设备，涉及空调节能领域。本发明根据空调区域用户情况、电网供电情况，对空调进行实时调控；夏季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一夏季空调节能运行策略，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二夏季空调节能运行策略；冬季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一冬季空调节能运行策略，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二冬季空调节能运行策略。本发明可减少室内长时间没有人员时的空调运行能量损耗，在保证空调区域一定舒适度的前提下，将空调作为一种可调柔性负荷的这种特性利用起来，达到调峰和节能运行的目的。
Description
技术领域
本发明涉及空调节能领域，特别是涉及一种空调节能运行方法及设备。
背景技术
中央空调由于其经济节能、环保、节约空间、便于管理等特点，广泛应用于酒店、公司和厂房等。以综合写字楼为例，常有办公室内没有人，但是空调温度却很低的情况发生，造成了巨大的能源消耗。因此，合理地控制中央空调各个空调分区具有重要意义。与此同时，随着经济的高速发展，人们生活质量快速提高，用电量的上升加大了电网的负荷。中央空调可以通过运行策略将其作为可调柔性负荷的特点利用起来，从而减少电网的负担。
经检索，关于中央空调的控制系统已有大量专利公开，但是并没有将其与控制策略有效的相结合。如厦门天翔园软件科技有限公司申请的专利-一种空调室内节能策略管理系统及空调控制方法，其专利申请号为201811615017.2，该专利方案细化了采集室内参数的装置，可以准确判断是否有人在室内，并根据检测情况开关空调。又如重庆大学申请的专利-一种集中空调节能控制系统及其控制策略，其申请号为201610017501.X，该专利从空调系统各个部件入手，如冷冻水系统、冷却塔控制模块等，实时调整系统运行状况，以实现空调节能控制的智能化。
综上所述，以上两个专利方案，虽然细化了室内参数的采集，并提供了维护系统智能运行的监控手段，但是没有根据空调区域的实际运行情况，提供具体运行策略。因此，如何设计一种空调的节能运行策略，是亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种空调节能运行方法及设备，可减少室内长时间没有人员时的空调运行能量损耗，在保证空调区域一定舒适度的前提下，将空调作为一种可调柔性负荷的这种特性利用起来，达到调峰和节能运行的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种空调节能运行方法，包括：
实时监测空调区域的环境数据，并获取空调区域内人员的衣着信息；
根据所述环境数据和所述衣着信息，确定第一夏季空调节能运行策略的舒适温度T0和节能温度T1、第二夏季空调节能运行策略的节能温度T2、第一冬季空调节能运行策略的舒适温度T3和节能温度T4，以及第二冬季空调节能运行策略的节能温度T5；其中，T1>T2>T0，T3>T5>T4；
夏季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一夏季空调节能运行策略，在空调区域有人时设置空调以舒适温度T0运行，在空调区域无人时设置空调以节能温度T1运行；
夏季时，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二夏季空调节能运行策略，设置空调以节能温度T2运行，直至电网调峰指令结束；
冬季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一冬季空调节能运行策略，在空调区域有人时设置空调以舒适温度T3运行，在空调区域无人时设置空调以节能温度T4运行；
冬季时，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二冬季空调节能运行策略，设置空调以节能温度T5运行，直至电网调峰指令结束。
可选地，所述第一夏季空调节能运行策略，具体包括：
空调开启后，以舒适温度T0运行；
自人员全部离开空调区域起计时，第一时间段后仍未有人员返回，则将空调温度沿g1(x)曲线逐步调高至节能温度T1；其中， τa1表示空调温度从舒适温度T0开始升高的时刻，t1表示空调温度调高至节能温度T1的时刻；
若有人员在空调温度调至节能温度T1前返回空调区域，则将空调温度逐步调回至舒适温度T0；
若有人员在空调温度调至节能温度T1后第二时间段内返回空调区域，则将空调温度沿h1(x)曲线逐步调回至舒适温度T0；其中， τa2表示空调温度从节能温度T1开始降低的时刻，t3表示空调温度降低至舒适温度T0的时刻；
若在空调温度调至节能温度T1后第二时间段内仍未有人员回到空调区域，则关闭空调。
可选地，所述第二夏季空调节能运行策略，具体包括：
空调开启后，以舒适温度T0运行；
电网向用户发出调峰指令，则将空调温度从舒适温度T0沿g2(x)曲线逐步调高至节能温度T2；其中，τb1表示空调温度从舒适温度T0开始升高的时刻，t11表示空调温度调高至节能温度T2的时刻；
电网调峰指令结束，将空调温度沿h2(x)曲线逐步调回舒适温度T0；其中，τb2表示空调温度从节能温度T2开始降低的时刻。
可选地，所述第一冬季空调节能运行策略，具体包括：
空调开启后，以舒适温度T3运行；
自人员全部离开空调区域起计时，第一时间段后仍未有人员返回，则将空调温度沿g3(x)曲线逐步调低至节能温度T4；其中，τc1表示空调温度从舒适温度T3开始降低的时刻，t21表示空调温度调低至节能温度T4的时刻；
若有人员在空调温度调至节能温度T4前返回空调区域，则将空调温度逐步调回至舒适温度T3；
若有人员在空调温度调至节能温度T4后第二时间段内返回空调区域，则将空调温度沿h3(x)曲线逐步调回至舒适温度T3；其中， τc2表示空调温度从节能温度T4开始升高的时刻，t23表示空调温度升高至舒适温度T3的时刻；
若在空调温度调至节能温度T4后第二时间段内仍未有人员回到空调区域，则关闭空调。
可选地，所述第二冬季空调节能运行策略，具体包括：
空调开启后，以舒适温度T3运行；
电网向用户发出调峰指令，则将空调温度从舒适温度T3沿g4(x)曲线逐步调高至节能温度T5；其中，τd1表示空调温度从舒适温度T3开始升高的时刻，t31表示空调温度调高至节能温度T5的时刻；
电网调峰指令结束，将空调温度沿h4(x)曲线逐步调回舒适温度T3；其中，τd2表示空调温度从节能温度T5开始降低的时刻。
可选地，根据所述环境数据和所述衣着信息，确定第一夏季空调节能运行策略的舒适温度T0、第二夏季空调节能运行策略的节能温度T2、第一冬季空调节能运行策略的舒适温度T3，以及第二冬季空调节能运行策略的节能温度T5，具体包括：
根据所述衣着信息，确定空调区域内人员的服装热阻以及皮肤裸露表面积占比；
根据所述环境数据、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，计算夏季的平均热感觉指数预测值PMV分别为-1与1时对应的最低温度Min0与最高温度Max0；
若最低温度Min0＞26，则设置舒适温度T0＝Min0；若Min0≤26＜Max0，则设置舒适温度T0＝26；若最高温度Max0＜26，则设置舒适温度T0＝Max0；
根据所述环境数据、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，计算冬季的平均热感觉指数预测值PMV分别为-1与1时对应的最低温度Min1与最高温度Max1；
若最低温度Min1＞18，则设置舒适温度T3＝Min1；若Min0＜18＜Max0，则设置舒适温度T3＝18；若最高温度Max1＜18，则设置舒适温度T3＝Max1；
根据所述环境数据、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，计算夏季的平均热感觉指数预测值PMV分别为-2与2时对应的最低温度Min2与最高温度Max2；
选取节能温度T2满足Min2＜T2＜Max2；
根据所述环境数据、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，计算冬季的平均热感觉指数预测值PMV分别为-2与2时对应的最低温度Min5与最高温度Max5；
选取节能温度T5满足Min5＜T5＜Max5。
可选地，所述平均热感觉指数预测值PMV的计算公式为
式中，N表示代谢率，W表示外部傲功消耗的热量，Pa表示水蒸气分压，ta表示空气温度，fcl表示皮肤裸露表面积占比，表示平均辐射温度，tcl表示服装表面温度， Icl表示服装热阻，hc表示对流换热系统， υar表示空气流速。
可选地，根据所述环境数据和所述衣着信息，确定第一夏季空调节能运行策略的节能温度T1、第一冬季空调节能运行策略的节能温度T4，具体包括：
计算各温度降回至舒适温度T0所需要的时间τ1，并将满足τ1＜30的温度的最小值，设定为节能温度T1；
计算各温度升回至舒适温度T3所需要的时间τ2，并将满足τ2＜30的温度的最大值，设定为节能温度T4。
一种空调节能运行设备，所述空调节能运行设备应用前述的空调节能运行方法；
所述空调节能运行设备包括：红外探测仪、环境参数测量装置、衣着信息采集系统、云端服务器和控制系统；
红外探测仪设置在门口处；
红外探测仪与控制系统连接，所述红外探测仪用于检测空调区域人员的进出数据，并将所述进出数据发送至控制系统；
环境参数测量装置与控制系统连接，所述环境参数测量装置用于采集空调区域的环境参数，并将所述环境参数发送至控制系统；
衣着信息采集系统与控制系统连接，所述衣着信息采集系统用于采集空调区域内人员的穿着信息，根据所述穿着信息计算服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，并将服装热阻以及皮肤裸露表面积占比发送至控制系统；
控制系统分别与云端服务器和空调连接，所述控制系统用于将所述进出数据、所述环境参数、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比发送至云端服务器；
所述云端服务器用于根据所述进出数据、所述环境参数、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，确定第一夏季空调节能运行策略的舒适温度T0和节能温度T1、第二夏季空调节能运行策略的节能温度T2、第一冬季空调节能运行策略的舒适温度T3和节能温度T4，以及第二冬季空调节能运行策略的节能温度T5，并确定空调节能运行策略，同时传输至控制系统；
所述控制系统还用于根据空调节能运行策略调控空调的运行。
可选地，所述空调节能运行设备还包括：移动端联网程序；
用户通过所述移动端联网程序控制空调。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种空调节能运行方法及设备，根据空调区域用户情况、电网供电情况，对空调进行实时调控，并提供了四种策略：第一夏季空调节能运行策略、第二夏季空调节能运行策略、第一冬季空调节能运行策略和第二冬季空调节能运行策略；夏季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一夏季空调节能运行策略，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二夏季空调节能运行策略；冬季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一冬季空调节能运行策略，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二冬季空调节能运行策略。本发明可减少室内长时间没有人员时的空调运行能量损耗，在保证空调区域一定舒适度的前提下，将空调作为一种可调柔性负荷的这种特性利用起来，达到调峰和节能运行的目的。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明实施例提供的一种空调节能运行方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的第一夏季空调节能运行策略的温度-时间示意图；
图3为本发明实施例提供的第二夏季空调节能运行策略的温度-时间示意图；
图4为本发明实施例提供的第一冬季空调节能运行策略的温度-时间示意图；
图5为本发明实施例提供的第二冬季空调节能运行策略的温度-时间示意图；
图6为本发明实施例提供的空调节能运行方法的原理示意图；
图7为本发明实施例提供的控制系统控制原理图。
具体实施方式
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，本领域普通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。
本发明的目的是提供一种空调节能运行方法及设备，可减少室内长时间没有人员时的空调运行能量损耗，在保证空调区域一定舒适度的前提下，将空调作为一种可调柔性负荷的这种特性利用起来，达到调峰和节能运行的目的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
为了减少不当使用空调时的能源损耗，本发明提出了一种空调节能运行方法。不仅能够有效地减少因用户使用不当导致的能源浪费，还可以将空调作为柔性负荷进行电网调峰。
本发明实施例提供的一种空调节能运行方法，如图1所示，包括：
步骤S1，实时监测空调区域的环境数据，并获取空调区域内人员的衣着信息。
在空调区域设置监测装置，如红外线装置、风速仪，采集空调区域的出风温度、出风速度、回风温度、回风速度、墙体温度、室外温度、用户进出等数据。
红外线传感器检测人员活动的原理如下：在空调区域出入口安装3束平行的对射式红外线传感器，间隔0.3m；规定靠近空调区域的信号为3，中间为2，最远为1，则可以根据红外线传感器发来的数字顺序判断人员活动情况；如信号为321时，表示有人离开空调区域；信号为123时，表示有人进入空调区域；当有人进入空调区域时，人数加一；离开时，人数减一；据此可以计算出空调区域当前人数。
本发明提供人员衣着信息采集系统，用户可以选择系统内已提前设定的衣着搭配。本发明主要应用于夏季、冬季，各种衣着搭配根据GB/T 33658-2017给出相应的服装热阻Icl(m2℃)/w与皮肤裸露表面积占比fcl。
夏季：①短袖短裤：0.05,0.61；②短袖长裤：0.095,0.27；③长袖长裤：0.110，0.14；
冬季：①卫衣卫裤：0.120,0.14；②棉衣棉裤：0.170,0.14；③羽绒服棉裤：0.230,0.14。
步骤S2，根据所述环境数据和所述衣着信息，确定第一夏季空调节能运行策略的舒适温度T0和节能温度T1、第二夏季空调节能运行策略的节能温度T2、第一冬季空调节能运行策略的舒适温度T3和节能温度T4，以及第二冬季空调节能运行策略的节能温度T5；其中，T1>T2>T0，T3>T5>T4。
温度Ti的取值：
①夏季舒适温度T0：云端服务器计算当前环境下，PMV值分别为-1与1时对应的设定温度(℃)，分别记为Min0与Max0。若Min0＞26，则规定T0＝Min0；若Min0＜26＜Max0，则规定T0＝26℃；若Max0＜26，则规定T0＝Max0；
用户也可以自行设定T0，但需要满足Min0＜T0＜Max0；
②冬季舒适温度T3：云端服务器计算当前环境下，PMV值分别为-1与1时对应的设定温度(℃)，分别记为Min0与Max0。若Min0＞18，则规定T3＝Min0；若Min0＜18＜Max0，则规定T3＝18℃；若Max0＜18，则规定T3＝Max0；
用户也可以自行设定T3，但需要满足Min0＜T3＜Max0；
③夏季节能温度T1：节能温度T1＞设定温度T0；云端服务器计算各温度降回至T0所需要的时间τ(min)，将满足τ＜30的温度的最小值，设定为节能温度T1；
④冬季节能温度T4：节能温度T4＜设定温度T3；云端服务器计算各温度升回至T3所需要的时间τ(min)，将满足τ＜30的温度的最大值，设定为节能温度T4；
⑤调峰温度T2、T5：云端服务器计算当前环境下，PMV值分别为-2与2时对应的设定温度(℃)，分别记为Min2、Max2与Min5、Max5，满足Min2＜T2＜Max2，Min5＜T5＜Max5即可；
当T2＝Max2，Min5＝T5时，调峰能力达到最大值。
其中，PMV的计算公式为：
PMV：预计平均热感觉指数；
M：代谢率，坐姿劳动取70w/m2，轻度劳动取93w/m2；
W：外部傲功消耗的热量，对于大多数活动可忽略不计；
Pa：水蒸气分压，Pa；
ta：空气温度，℃；
fcl：着装时人的体表面积与裸露时人的体表面积之比；
tcl：服装表面温度，℃；
平均辐射温度，℃；
hc：对流换热系统，w/(m2℃)；
Icl：服装热阻，(m2℃)/w；
υar：空气流速，m/s；
当确定室外温度和以上室内参数时，每一组参数都对应一个PMV值。尽管PMV相同时，对应的参数可能有多组，但是计算瞬时PMV值时选用的那一组参数是确定的、不可改变的，故在该种情况下，一定可以得出唯一的PMV值。此时若将PMV值设为定值，空调的设定温度则变为与PMV值相关的函数，即T0～ψ(PMV)。
时间节点ti的取值原则和所需时间τ的计算公式：
通过EnergyPlus软件，预输入数据，包括空调房间的几何尺寸、透明与非透明围护结构材料的材料及尺寸、室内设备种类及数量、长期人员数量的最大最小值，以及其他自定义构件，对空调区域简单建模并进行冷负荷计算，得到该区域的逐时冷负荷W。则有关于τ的函数关系式为：
v：出风速度，m/s；
回风速度，m/s；
t：出风温度，℃；
回风温度，℃；
a：出风口截面积，m2；
回风口截面积，m2；
ρ：空气密度，kg/m3；
c：空气比热容，J/(kg℃)；
q：每秒换热量，J；
τ：时间，min。
步骤S3，夏季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一夏季空调节能运行策略，在空调区域有人时设置空调以舒适温度T0运行，在空调区域无人时设置空调以节能温度T1运行。
如图2所示，第一夏季夏季空调节能运行策略(夏季空调节能运行策略Ⅰ)：
空调开启后，以温度T0运行；某一时刻，红外线传感器检测到用户全部离开空调区域，开始计时；用户离开空调区域20分钟后未返回，则判定空调区域无人，记为t0时刻，此时通过云端服务器提醒用户空调将转入节能模式，控制系统将空调温度沿g1(x)曲线逐步调高至T1，t1时刻空调温度达到T1；若红外线传感器检测到用户在空调温度调至T1前返回，则将空调温度逐步调回至T0；
t2时刻，红外线传感器检测到用户返回空调区域，或用户通过云端服务器提前控制空调，控制系统将空调温度沿h1(x)曲线逐步调回至T0；t3时刻空调温度达到T0；若用户60分钟仍未回到空调区域，通知其关闭空调；
[0,t0]时间段，空调温度为T0保持不变；[t0,t1]时间段，空调区域没有人员，为减少能耗，t0时刻将空调温度沿g1(x)曲线逐步调高至T1，其中[t0,τa1]时间段，由于中央空调系统传热存在一定的滞后性，温度保持不变；[t1,t2]时间段，空调以温度T1运行；[t2,t3]时间段，用户返回空调区域，t2时刻将空调温度沿h1(x)曲线逐步调回至T0，其中[t2,τa2]时间段，由于中央空调系统传热存在一定的滞后性，温度保持不变；[t3,～]时间段，空调以温度T0运行。
算法函数：
g1(x)为区间[t0，t1]单调递增有上界的函数，上、下界分别为T1和T0，变化趋势为：开始时缓慢增加，中间快速增加，末尾缓慢增加；
h1(x)为区间[t2,t3]单调递减有下界的函数，上、下界分别为T1和T0，变化趋势为：开始时缓慢减少，中间快速减少，末尾缓慢减少。
步骤S4，夏季时，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二夏季空调节能运行策略，设置空调以节能温度T2运行，直至电网调峰指令结束。
如图3所示，第二夏季空调节能运行策略(夏季空调节能运行策略Ⅱ)：
本专利中，节能运行策略Ⅱ的优先级总是高于节能运行策略Ⅰ；也就是说，当电网向用户发出调峰指令后，不论当前空调处于策略Ⅰ中的哪一阶段，应立即启用节能运行策略Ⅱ；
空调开启后，以温度T0运行；电网向用户发出调峰指令，记为时刻，此时将空调温度逐步调高至T2；t1时刻空调温度达到T2；时刻电网调峰指令结束，将空调温度逐步调回T0；t3时刻空调温度达到T0；
时间段，空调温度为T0保持不变；时间段，调高空调温度以减少能耗，从而实现电网调峰，时刻将空调温度沿g2(x)曲线逐步调高至T2，其中时间段，由于中央空调系统传热存在一定的滞后性，温度保持不变；时间段，空调以温度T2运行；时间段，电网调峰结束，时刻将空调温度沿h2(x)曲线逐步调回至T0，其中时间段，由于中央空调系统传热存在一定的滞后性，温度保持不变；[t3，～]时间段，空调以温度T0运行；
算法函数：
g2(x)为区间单调递增有上界的函数，上、下界分别为T2和T0，变化趋势为：开始时缓慢增加，中间快速增加，末尾缓慢增加；
h2(x)为区间单调递减有下界的函数，上、下界分别为T2和T0，变化趋势为：开始时缓慢减少，中间快速减少，末尾缓慢减少。
步骤S5，冬季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一冬季空调节能运行策略，在空调区域有人时设置空调以舒适温度T3运行，在空调区域无人时设置空调以节能温度T4运行。
如图4所示，第一冬季空调节能运行策略(冬季空调节能运行策略Ⅰ)：
空调开启后，以温度T3运行；某一时刻，红外线传感器检测到用户全部离开空调区域，开始计时；用户离开空调区域20分钟后未返回，则判定空调区域无人，记为t0时刻，此时通过云端服务器提醒用户空调将转入节能模式，控制系统将空调温度逐步调低至T4，t1时刻空调温度达到T4；若红外线传感器检测到用户在空调温度调至T4前返回，则将空调温度逐步调回至T3；
t2时刻，红外线传感器检测到用户返回空调区域，或用户通过云端服务器提前控制空调，控制系统将空调温度沿h3(x)曲线逐步调回至T3；t3时刻空调温度达到T3；若用户60分钟仍未回到空调区域，通知其关闭空调；
[0,t0]时间段，空调温度为T3保持不变；[t0,t1]时间段，空调区域没有人员，为减少能耗，t0时刻将空调温度沿g3(x)曲线逐步调低至T4，其中[t0,τc1]时间段，由于中央空调系统传热存在一定的滞后性，温度保持不变；[t1,t2]时间段，空调以温度T4运行；[t2,t3]时间段，用户返回空调区域，t2时刻将空调温度沿h3(x)曲线逐步调回至T3，其中[t2,τc2]时间段，由于中央空调系统传热存在一定的滞后性，温度保持不变；[t3,～]时间段，空调以温度T3运行；
算法函数：
g3(x)为区间[t0，t1]单调递减有下界的函数，上、下界分别为T3和T4，变化趋势为：开始时缓慢减少，中间快速减少，末尾缓慢减少；
h3(x)为区间[t2，t3]单调递增有上界的函数，上、下界分别为T3和T4，变化趋势为：开始时缓慢增加，中间快速增加，末尾缓慢增加。
步骤S6，冬季时，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二冬季空调节能运行策略，设置空调以节能温度T5运行，直至电网调峰指令结束。
如图5所示，第二冬季空调节能运行策略(冬季空调节能运行策略Ⅱ)：
本专利中，节能运行策略Ⅱ的优先级总是高于节能运行策略Ⅰ；也就是说，当电网向用户发出调峰指令后，不论当前空调处于策略Ⅰ中的哪一阶段，应立即启用节能运行策略Ⅱ；
空调开启后，以温度T3运行；电网向用户发出调峰指令，记为时刻，此时将空调温度逐步调低至T5；t1时刻空调温度达到T5；时刻电网调峰指令结束，将空调温度逐步调回T3；t3时刻空调温度达到T3；
时间段，空调温度为T3保持不变；时间段，调低空调温度以减少能耗，从而实现电网调峰，时刻将空调温度沿g4(x)曲线逐步调低至T5,其中时间段，由于中央空调系统传热存在一定的滞后性，温度保持不变；时间段，空调以温度T5运行；时间段，电网调峰结束，时刻将空调温度沿T4(x)曲线逐步调回至T3,其中时间段，由于中央空调系统传热存在一定的滞后性，温度保持不变；[t3，～]时间段，空调以温度T3运行；
算法函数：
g4(x)为区间[t0，t1]单调递减有下界的函数，上、下界分别为T3和T5，变化趋势为：开始时缓慢减少，中间快速减少，末尾缓慢减少；
h4(x)为区间[t2，t3]单调递增有上界的函数，上、下界分别为T3和T5，变化趋势为：开始时缓慢增加，中间快速增加，末尾缓慢增加。
由于空调系统实际运行时，其温度会在设定值的死区内上下波动，为了使本发明的调节效果更加直观的表现出来，调节曲线gi(x)、hi(x)为温度变化的整体趋势，而非实际值；gi(x)、hi(x)为各自区间上单调递增/减的有界函数，其变化趋势为两端平稳、中间较为迅速。
本发明根据空调区域用户情况、电网供电情况，对空调进行实时调控，以减少空调能耗，包括四个策略：夏季空调节能运行策略Ⅰ、夏季空调节能运行策略Ⅱ、冬季空调节能运行策略Ⅰ和冬季空调节能运行策略Ⅱ，整体工作流程如图6所示。
本发明还提供了一种空调节能运行设备，所述空调节能运行设备应用前述的空调节能运行方法；
所述空调节能运行设备包括：红外探测仪、环境参数测量装置、衣着信息采集系统、云端服务器和控制系统。
红外探测仪设置在门口处。红外探测仪与控制系统连接，所述红外探测仪用于检测空调区域人员的进出数据，并将所述进出数据发送至控制系统。
环境参数测量装置与控制系统连接，所述环境参数测量装置用于采集空调区域的环境参数，并将所述环境参数发送至控制系统。
衣着信息采集系统与控制系统连接，所述衣着信息采集系统用于采集空调区域内人员的穿着信息，根据所述穿着信息计算服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，并将服装热阻以及皮肤裸露表面积占比发送至控制系统。
控制系统分别与云端服务器和空调连接，所述控制系统用于将所述进出数据、所述环境参数、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比发送至云端服务器。
所述云端服务器用于根据所述进出数据、所述环境参数、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，确定第一夏季空调节能运行策略的舒适温度T0和节能温度T1、第二夏季空调节能运行策略的节能温度T2、第一冬季空调节能运行策略的舒适温度T3和节能温度T4，以及第二冬季空调节能运行策略的节能温度T5，并确定空调节能运行策略，同时传输至控制系统。
所述控制系统还用于根据空调节能运行策略调控空调的运行。
如图7所示，控制系统可以通过收集预输入数据、室内监测数据(出风温度、出风速度、回风温度、回风速度、墙体温度、室外温度、用户进出等)，发送至云端服务器进行其进行数值计算；云端服务器得出运行数据后，将数据反馈至控制系统，控制系统调整空调运行策略。云端服务器通过预输入数据与室内检测数据，计算当前工况下空调房间不同设定温度对应的PMV值，对比后，得到空调的运行策略，将其发送给控制系统。
空调节能运行设备还包括：移动端联网小程序，用户可以通过此程序控制空调，如开启、关闭空调，调整温度、风速等操作。
用户可以通过程序选择运行模式，分为节能模式与手动模式。节能模式下，系统根据上述权利要求中的运行策略对空调进行实时调控。手动模式下，空调仅受用户手动操作，不会自行调整。
实施例1
办公室区域夏季运行策略Ⅰ
步骤一：设置采集装置；在可开门处设置红外探测仪采集用户出入数据；工位设置红外测温点，采集人体温度与服装温度；墙体设置测温点，采集墙体平均温度；室内设置测点，采集空气温度、流速；用户填写人员衣着信息采集系统；
步骤二：控制系统接收采集装置发送的信息，实时计算温度T0、T1，开启空调，温度设置为T0；
步骤三：某一时刻，用户全部离开办公室，控制系统开始计时，20分钟后，用户没有返回，系统自动将空调温度沿g1(x)曲线逐步调高至T1；
步骤四：用户离开60分钟后，控制系统提醒用户是否关闭空调，若用户60分钟以内回来，则系统将空调温度沿h1(x)曲线逐步调回至T0，完成一次循环。
上述运行步骤可根据季节进行更改，方便适用于办公室区域的各个季节以及运行状况。
实施例2
酒店客房区域冬季运行策略Ⅱ
步骤一：设置采集装置；在可开门处设置红外探测仪采集用户出入数据；床头、书桌设置红外测温点，采集人体温度与服装温度；墙体设置测温点，采集墙体平均温度；室内设置测点，采集空气温度、流速；用户填写人员衣着信息采集系统；
步骤二：控制系统接收采集装置发送的信息，实时计算温度T3、T5，开启空调，温度设置为T3；
步骤三：某一时刻，电网发出调峰指令，控制系统将空调温度沿g4(x)曲线逐步调低至T5；
步骤四：某一时刻，电网调峰结束，系统将空调温度沿h4(x)曲线逐步调回至T3，完成一次循环。
上述运行步骤可根据季节进行更改，方便适用于酒店的各个季节以及运行状况。
本发明与现有的技术相比，具有如下有益效果：
①本发明通过对室内用户流动状况以及空气参数的分析，提供中央空调系统的运行策略，减少室内无用户或用户较少时，空调温度仍然较低造成的能源损耗。实现了空调对于室内情况变化时的自动控制，有利于建筑空调领域的节能。
②本发明将室内温度分为两个档次，T1(舒适)与T2(较为舒适)。当供电情况良好时，室内温度采用舒适度较高的温度T1；当供电情况不良时，室内温度采用较为舒适的温度T2，以缓解供电压力，从而实现电网调峰。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种空调节能运行方法，其特征在于，包括：
实时监测空调区域的环境数据，并获取空调区域内人员的衣着信息；
根据所述环境数据和所述衣着信息，确定第一夏季空调节能运行策略的舒适温度T0和节能温度T1、第二夏季空调节能运行策略的节能温度T2、第一冬季空调节能运行策略的舒适温度T3和节能温度T4，以及第二冬季空调节能运行策略的节能温度T5；其中，T1>T2>T0，T3>T5>T4；
夏季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一夏季空调节能运行策略，在空调区域有人时设置空调以舒适温度T0运行，在空调区域无人时设置空调以节能温度T1运行；
夏季时，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二夏季空调节能运行策略，设置空调以节能温度T2运行，直至电网调峰指令结束；
冬季时，若未收到电网发出的调峰指令，则执行第一冬季空调节能运行策略，在空调区域有人时设置空调以舒适温度T3运行，在空调区域无人时设置空调以节能温度T4运行；
冬季时，若收到电网发出的调峰指令，则执行第二冬季空调节能运行策略，设置空调以节能温度T5运行，直至电网调峰指令结束。
2.根据权利要求1所述的空调节能运行方法，其特征在于，所述第一夏季空调节能运行策略，具体包括：
空调开启后，以舒适温度T0运行；
自人员全部离开空调区域起计时，第一时间段后仍未有人员返回，则将空调温度沿g1(x)曲线逐步调高至节能温度T1；其中， 表示空调温度从舒适温度T0开始升高的时刻，t1表示空调温度调高至节能温度T1的时刻；
若有人员在空调温度调至节能温度T1前返回空调区域，则将空调温度逐步调回至舒适温度T0；
若有人员在空调温度调至节能温度T1后第二时间段内返回空调区域，则将空调温度沿h1(x)曲线逐步调回至舒适温度T0；其中， 表示空调温度从节能温度T1开始降低的时刻，t3表示空调温度降低至舒适温度T0的时刻；
若在空调温度调至节能温度T1后第二时间段内仍未有人员回到空调区域，则关闭空调。
3.根据权利要求1所述的空调节能运行方法，其特征在于，所述第二夏季空调节能运行策略，具体包括：
空调开启后，以舒适温度T0运行；
电网向用户发出调峰指令，则将空调温度从舒适温度T0沿g2(x)曲线逐步调高至节能温度T2；其中， 表示空调温度从舒适温度T0开始升高的时刻，t11表示空调温度调高至节能温度T2的时刻；
电网调峰指令结束，将空调温度沿h2(x)曲线逐步调回舒适温度T0；其中， 表示空调温度从节能温度T2开始降低的时刻。
4.根据权利要求1所述的空调节能运行方法，其特征在于，所述第一冬季空调节能运行策略，具体包括：
空调开启后，以舒适温度T3运行；
自人员全部离开空调区域起计时，第一时间段后仍未有人员返回，则将空调温度沿g3(x)曲线逐步调低至节能温度T4；其中， 表示空调温度从舒适温度T3开始降低的时刻，t21表示空调温度调低至节能温度T4的时刻；
若有人员在空调温度调至节能温度T4前返回空调区域，则将空调温度逐步调回至舒适温度T3；
若有人员在空调温度调至节能温度T4后第二时间段内返回空调区域，则将空调温度沿h3(x)曲线逐步调回至舒适温度T3；其中， 表示空调温度从节能温度T4开始升高的时刻，t23表示空调温度升高至舒适温度T3的时刻；
若在空调温度调至节能温度T4后第二时间段内仍未有人员回到空调区域，则关闭空调。
5.根据权利要求1所述的空调节能运行方法，其特征在于，所述第二冬季空调节能运行策略，具体包括：
空调开启后，以舒适温度T3运行；
电网向用户发出调峰指令，则将空调温度从舒适温度T3沿g4(x)曲线逐步调高至节能温度T5；其中， 表示空调温度从舒适温度T3开始升高的时刻，t31表示空调温度调高至节能温度T5的时刻；
电网调峰指令结束，将空调温度沿h4(x)曲线逐步调回舒适温度T3；其中， 表示空调温度从节能温度T5开始降低的时刻。
6.根据权利要求1所述的空调节能运行方法，其特征在于，根据所述环境数据和所述衣着信息，确定第一夏季空调节能运行策略的舒适温度T0、第二夏季空调节能运行策略的节能温度T2、第一冬季空调节能运行策略的舒适温度T3，以及第二冬季空调节能运行策略的节能温度T5，具体包括：
根据所述衣着信息，确定空调区域内人员的服装热阻以及皮肤裸露表面积占比；
根据所述环境数据、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，计算夏季的平均热感觉指数预测值PMV分别为-1与1时对应的最低温度Min0与最高温度Max0；
若最低温度Min0＞26，则设置舒适温度T0＝Min0；若Min0≤26＜Max0，则设置舒适温度T0＝26；若最高温度Max0＜26，则设置舒适温度T0＝Max0；
根据所述环境数据、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，计算冬季的平均热感觉指数预测值PMV分别为-1与1时对应的最低温度Min1与最高温度Max1；
若最低温度Min1＞18，则设置舒适温度T3＝Min1；若Min0＜18＜Max0，则设置舒适温度T3＝18；若最高温度Max1＜18，则设置舒适温度T3＝Max1；
根据所述环境数据、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，计算夏季的平均热感觉指数预测值PMV分别为-2与2时对应的最低温度Min2与最高温度Max2；
选取节能温度T2满足Min2＜T2＜Max2；
根据所述环境数据、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，计算冬季的平均热感觉指数预测值PMV分别为-2与2时对应的最低温度Min5与最高温度Max5；
选取节能温度T5满足Min5＜T5＜Max5。
7.根据权利要求6所述的空调节能运行方法，其特征在于，所述平均热感觉指数预测值PMV的计算公式为
式中，M表示代谢率，W表示外部傲功消耗的热量，Pa表示水蒸气分压，ta表示空气温度，fcl表示皮肤裸露表面积占比，表示平均辐射温度，tcl表示服装表面温度， Icl表示服装热阻，hc表示对流换热系统， υar表示空气流速。
8.根据权利要求6所述的空调节能运行方法，其特征在于，根据所述环境数据和所述衣着信息，确定第一夏季空调节能运行策略的节能温度T1、第一冬季空调节能运行策略的节能温度T4，具体包括：
计算各温度降回至舒适温度T0所需要的时间τ1，并将满足τ1＜30的温度的最小值，设定为节能温度T1；
计算各温度升回至舒适温度T3所需要的时间τ2，并将满足τ2＜30的温度的最大值，设定为节能温度T4。
9.一种空调节能运行设备，其特征在于，所述空调节能运行设备应用权利要求1-8任一项所述的空调节能运行方法；
所述空调节能运行设备包括：红外探测仪、环境参数测量装置、衣着信息采集系统、云端服务器和控制系统；
红外探测仪设置在门口处；
红外探测仪与控制系统连接，所述红外探测仪用于检测空调区域人员的进出数据，并将所述进出数据发送至控制系统；
环境参数测量装置与控制系统连接，所述环境参数测量装置用于采集空调区域的环境参数，并将所述环境参数发送至控制系统；
衣着信息采集系统与控制系统连接，所述衣着信息采集系统用于采集空调区域内人员的穿着信息，根据所述穿着信息计算服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，并将服装热阻以及皮肤裸露表面积占比发送至控制系统；
控制系统分别与云端服务器和空调连接，所述控制系统用于将所述进出数据、所述环境参数、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比发送至云端服务器；
所述云端服务器用于根据所述进出数据、所述环境参数、服装热阻以及皮肤裸露表面积占比，确定第一夏季空调节能运行策略的舒适温度T0和节能温度T1、第二夏季空调节能运行策略的节能温度T2、第一冬季空调节能运行策略的舒适温度T3和节能温度T4，以及第二冬季空调节能运行策略的节能温度T5，并确定空调节能运行策略，同时传输至控制系统；
所述控制系统还用于根据空调节能运行策略调控空调的运行。
10.根据权利要求9所述的空调节能运行设备，其特征在于，所述空调节能运行设备还包括：移动端联网程序；
用户通过所述移动端联网程序控制空调。
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