TW201727422A - 智能節能控制系統 - Google Patents

Abstract

一種智能節能控制系統，包括環境感測模組、控制主機與室內裝置，環境感測模組包括太陽位置感測器、光照度感測器、漫射光感測器與輸模組，控制主機包括接收模組、太陽軌跡追蹤模組、室內控制模組；藉此，太陽位置感測器、光照度感測器、漫射光感測器分別產生太陽照射時的日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數，由傳輸模組傳送到接收模組，並由太陽軌跡追蹤模組接收產生日照整合資料，則室內控制模組依據日照整合資料與室內環境資料產生控制訊號，令室內控制裝置依據控制訊號產生對應動作，藉此，達到即時依據太陽照射的狀態控制室內裝置產生對應的動作，如窗簾開關、部分開關、燈光明滅或照度調整、室內空調與溫室度調整等，自動調整室內環境的狀態，而具有環保、節能、減碳的目的。

Description

智能節能控制系統

本發明係有關於一種智能節能控制系統，特別是指一種整合太陽軌跡、日照位置、光照度、漫射光等日照整合資料，並依據日照整合資料與室內環境狀態，控制室內裝置進行對應的節能動作之日照智能節能控制系統。

室內環境控制，是近幾年來相當熱門的一個技術與市場發展，隨著環保與節能的意識高漲，許多透過感測室內、室外環境變化，來控制室內電器產品的技術，已漸漸增多。

如中華民國專利公報，公告號第M517249號「日照調整窗簾開閉系統」，包括一窗簾、一日照強度偵測單元、一微電腦單元及一窗簾自動啟閉單元。該日照強度偵測單元用以偵測日照強度大小，並將該日照強度大小轉換成數位資料；該微電腦單元與該日照強度偵測單元電性連接，用以依該數位資料計算該窗簾之開閉大小資料；該窗簾自動啟閉單元與該微電腦單元電性連接，並與該窗簾機械連接，用以依該開閉大小資料自動調整開閉該窗簾。因此，組成一可有效依日照強度大小自動調整窗簾開閉程度之日照調整窗簾開閉系統。

如中華民國專利公報，公告號第I453379號「照度感測系統、方法及其電腦程式產品」，本發明揭露一種照度感測系統、方法及其電腦程 式產品。系統包括配置於第一位置的第一照度感測單元，用以感測該第一位置之光線照度而產生第一光照度值；配置於一第二位置的第二照度感測單元，具有一位移單元，並用以感測該第二位置之光線照度而產生一第二光照度值；以及，電性連接該第一照度感測單元、該位移單元與該第二照度感測單元的計算單元，取得該第一光照度值與該第二光照度值，並利用該第一光照度值取得一照度範圍資訊，並判定該第二光照度值是否符合該照度範圍資訊，以決定是否控制該位移單元進行位移。

以及，如中華民國專利公報公告號第M410939號「光度感測訊號之無線傳送裝置」、中華民國專利公報公告號第I524293號「環境控制方法及其系統」等，然上數個篇專利雖然都有提到共通的技術，就是利用日照強度來控制室內的電器產品，但實際上的狀況是，一天之中，每一個時間點的太陽光照射角度並不相同，而且，隨著季節氣候的變化，則同一個地點，在相同的時間點，不同季節的狀態下，會有多種不同的溫度狀況，例如，正午時分，日照對於建築物的照射角度大多落在80~100度之間(相對於地平線而言)，在夏季，則室內溫度會增高許多，而在冬季，則室內溫度仍是偏低，若在秋冬等季節，這一類的變化更為複雜，因此，若只單純以日照的強度、室內外溫度等參數，是無法針對多變的氣候環境進行室內電器制的。

有鑑於習用有上述缺點，發明人乃針對前述缺點研究改進之道，終於有本發明產生。

本發明主要目的在於，提供一種整合太陽軌跡、日照位置、 光照度、漫射光等日照整合資料的智能節能控制系統。

本發明次要目的在於，提供一種依據日照整合資料進行節能動作的智能節能控制系統。

本發明再一目的在於，提供一種依據日照整合資料與室內環境狀態進行節能動作的智能節能控制系統。

本發明又一目的在於，提供一種能夠依據日照整合資料控制電動窗簾、室內照或空調的智能節能控制系統。

為達成上述目的及功效，本發明包括：一環境感測模組、一與環境感測模組電性連接的控制主機，以及一與控制主機電性連接的室內控制裝置；所述環境感測模組包括：一產生太陽照射時的一日照位置參數的太陽位置感測器，一產生太陽照射時的一光照度度參數的光照度感測器，一產生太陽照射時的一漫射光參數的漫射光感測器，以及一分別與前述太陽位置感測器、前述光照度感測器與漫射光感測器電性連接的傳輸模組，傳輸模組接收日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數對外傳輸。所述控制主機包括：一接收前述傳輸模組傳輸的日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數的接收模組；一與前述接收模組電性連接的太陽軌跡追蹤模組，其接收日照參數、光照度度參數與漫射光參數產生一日照整合資料；一與前述太陽軌跡追蹤模組電性連接的室內控制模組，其取得一室內環境資料，並依據前述日照整合資料與室內環境資料產生一控制訊號。以及，所述室內控制裝置接收控制訊號產生對應動作。藉此，太陽位置感測器、光照度感測器、漫射光感測器分別產生太陽照射時的日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數，由傳輸模組傳送到接收模組，並由太陽軌跡 追蹤模組接收產生日照整合資料，則室內控制模組依據日照整合資料與室內環境資料產生控制訊號，令室內控制裝置依據控制訊號產生對應動作，藉此，達到即時依據太陽照射的狀態控制室內裝置產生對應的動作，如窗簾開關、部分開關、燈光明滅或照度調整、室內空調與溫室度調整等，自動調整室內環境的狀態，而具有環保、節能、減碳的目的。

依上述結構，其中該傳輸模組與接收模組為有線傳輸或無線傳輸。

依上述結構，其中該控制主機進一步電性連機一室內監控模組，所述室內監控模組產生前述室內環境資料。

依上述結構，其中該室內監控模組產生的室內環境資料至少包括：室內溫度、室內溼度與室內光照度。

依上述結構，其中該室內監控模組至少包括溫度感測器、濕度感測器或光照度感測器。

依上述結構，其中該室內控制模組包含一窗簾控制模組，以及室內控制裝置包含一電動窗簾，窗簾控制模組產生前述控制訊號，電動窗簾依據控制訊號進行窗簾開啟、閉合、部份開啟或部份閉合。

依上述結構，其中該室內控制模組包含一照明控制模組，以及室內控制裝置包含一室內照明裝置，照明控制模組產生前述控制訊號，室內照明裝置依據控制訊號進行照明調節。

依上述結構，其中該室內控制裝置為室內空調裝置，其依據前述控制訊號進行溫度或濕度的調節。

依上述結構，其中該控制主機進一步包括一資料庫，資料 庫與室內控制模組電性連接，其儲存前述日照整合資料與室內環境資料，以及儲存室內控制裝置依據控制訊號產生對應動作的紀錄。

為使本發明的上述目的、功效及特徵可獲得更具體的瞭解，依各附圖說明如下：

1‧‧‧環境感測模組

11‧‧‧太陽位置感測器

12‧‧‧光照度感測器

13‧‧‧漫射光感測器

14‧‧‧傳輸模組

2‧‧‧控制主機

21‧‧‧接收模組

22‧‧‧太陽軌跡追蹤模組

23‧‧‧室內控制模組

231‧‧‧窗簾控制模組

232‧‧‧照明控制模組

24‧‧‧資料庫

3‧‧‧室內控制裝置

31‧‧‧電動窗簾

32‧‧‧室內照明裝置

33‧‧‧室內空調裝置

4‧‧‧室內監控模組

第1圖是本發明較佳實施例的方塊圖一。

第2圖是本發明較佳實施例的方塊圖二。

第3圖是本發明較佳實施例的方塊圖三。

請參閱第1圖所示，可知本發明要包括一環境感測模組1、一控制主機2、一室內控制裝置3與一室內監控模組4，其中：該環境感測模組1包括：一太陽位置感測器11，產生太陽照射時的一日照位置參數；一光照度感測器12，產生太陽照射時的一光照度度參數；一漫射光感測器13，產生太陽照射時的一漫射光參數；以及，一傳輸模組14，為分別與前述太陽位置感測器11、前述光照度感測器12與漫射光感測器13電性連接，其接收日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數對外傳輸，應注意的是，所述太陽位置感測器11、光照度感測器12、漫射光感測器13與傳輸模組14可以是各自獨立，並能獨立運作的感測器，則，可依據所需要的去求不同，各自設置在所需要的地方， 如太陽位置感測器11設置在建築物的頂部，光照度感測器12設在建築物向陽面的壁面上，漫射光感測器13設置在建築物接受日照角度較大的壁面，而能夠針對太陽光照射時的不同狀態，取得最佳化的感測數據；又所述太陽位置感測器11、光照度感測器12、漫射光感測器13與傳輸模組14可以是各自以電子電路元件或積體電路等組合方式，設置在一電路板中，並整合成單一個體結構的環境感測模組1，如可以用金屬、塑膠等材質的殼體包覆前述電路板，且殼體可以包括有腳架等連接座，令環境感測模組1可以快速設置在所需應用的場地。

所述環境感測模組1進一步可包括一個或一個以上的一大氣環境感測器，其產生一環境感測參數，而用感測大氣變化的狀態，其依據大氣環境的不同，可以取得如：風速、風向、環境溫度、相對濕度、氣壓、雨量、太陽輻射等環境變化的參數，應注意的是，大氣環境感測器依據上述不同的環境參數，可以是風速器、風向器、溫度計、溼度計、氣壓計、雨量計、輻射感測器等，而且，環境感測模組1可依所需感測的環境參數，選擇對應功能的大氣環境感測器。

該控制主機2包括：一接收模組21，為接收前述傳輸模組14傳輸的日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數，而接收模組21與傳輸模組14之間為有線傳輸或無線傳輸，有線傳輸是指傳輸模組14與接收模組21之間，透過實體線路連接，而可以是雙絞線、同軸電纜、乙太網路、光纖等等，或著是USB、IEE1394等，則傳輸模組14與接收模組21依據上述不同的有線傳輸型態，可以包含對應的有線傳輸連接器；無線傳輸是指傳輸模組14與接收模組21之 間，透過WiFi、WiMAX、ZigBee、2G、3G、4G、Blue Tooth等無線傳輸通訊協定，則傳輸模組14與接收模組21依據上述不同的無線傳輸型態，可以包含對應的天線、通訊控制IC等。

一太陽軌跡追蹤模組22，與前述接收模組21電性連接，其接收日照參數、光照度度參數與漫射光參數產生一日照整合資料；由於太陽會隨著時間季節不同，在天空的位置也會隨著改變，而為了取得建築物與太陽相對應的關係，必須計算太陽軌跡的變化，透過計算太陽軌跡的變化，取得太陽的光照環境，如照射角度，對建築物的影響，而令後續對室內的各種電器產品進控制時，能夠有最佳化的設計。

太陽路徑公式：日赤緯(Declinatiom，δ)，指的是地球中心與太陽連線，與赤道面之夾角，一年之中，此一角度每天都不同，以1月1日為第一天則第N天的日赤緯表示為：

太陽路徑公式：時角(Hour angle，ω)，是觀察者所在之子午線(meridian)與太陽直射子午線的夾角，當時角為0度時，指得是太陽在當地天空最高的位置，此時太陽時間為正午12：00，但當地時間並不一定是正午12：00，其表示公式為：

L_std：標準時區得經度，L_loc：當地時區的經度；T_std：標準時區的時間，T_loc：當地時區的時間，T_sol：太陽時間。

太陽時間的正午與地區時間正午，兩者之間的時差(Equation of time)Et為：E _t =9.87 * sin(2 * B _r )-7.53cos(B _r )-1.5sin(B _r )

其中：

太陽天頂角(Zenith angle of Sun)、太陽高度角(Atitude angle of Sun)與太陽方位角(Azimuth angle of Sun)，太陽高度角是太陽與地球中心連線與地平面之間的夾角，太陽天頂角是太陽高度角的餘角，而太陽方位角是以正北為0做基準，地平線順時量度的角度，其表示是如下：cos θ _s = cos λ cos δ cos ω+sin λ sin δ

需要注意的是，這裡是說明太陽軌跡追蹤模組22在取得前述日照整合資料時，會進行得運算公式，然取得有關太陽軌跡的計算方法繁多，且並非本案技術特徵，在此不再詳述有關太陽軌跡的計算方式。

一室內控制模組23，與前述太陽軌跡追蹤模組22電性連接，其取得一室內環境資料，並依據前述日照整合資料與室內環境資料產生一控制訊號。

一資料庫24，與室內控制模組23電性連接，其儲存前述日照整合資料與室內環境資料。

該室內控制裝置3與前述控制主機2的室內控制模組23電性連接，其接收控制訊號產生對應動作，同時，前述資料庫24儲存室內控制裝置3依據控制訊號產生對應動作的紀錄。

該室內監控模組4與控制主機電性連接，其產生前述室內環 境資料，所述室內環境資料至少包括：室內溫度、室內溼度與室內光照度，應注意的是，所述室內監控模組4，至少包括溫度、濕度、光照度的感測功能，而積體電路的整合技術，本發明的室內監控模組4可以將溫度、濕度、光照度等感測元件、運算電路等整合為單一個電路板；或著，為了實施上的便利，可以將其區分為溫度感測器、濕度感測器、光照度感測器，而分別設置在所需要裝設的地點。

藉此，不論在一天中的任何時段，前述太陽軌跡追蹤模組22產生日照整合資料，前述室內監控模組4產生室內環境資料，室內控制模組23依據日照整合資料與室內環境資料產生控制訊號，而室內控制模組23能夠根據當下太陽的軌跡、照射角度、室內光照度、漫射光強度、室內溫度、濕度等，產生最適合目前室內環境的控制訊號，讓室內控制裝置3產生最適當的運作，如控制窗簾開啟或閉合到最適當的狀態，並配合照明燈具開啟的數量與照明的強度，讓室內的亮度可以在最低燈具得開啟下，達到適合人體活動的亮度，以及，如控制冷氣、除溼機、電暖器等裝置運轉的狀態，藉由本發明的智能節能控制系統，讓室內的溫度、濕度、光線、日照能夠隨時控制在最適合人體活動的狀態，而可避免多餘燈光、空調等設備的電力消耗，達到環保、節能、減碳的目的。

進一步說明的是，前述室內控制模組23除了能夠依據日照整合資料與室內環境資料產生控制訊號之外，室內控制模組23還進一步接收大氣環境感測器產生的環境參數，則結合環境參數、日照整合資料與室內環境資料後產生控制訊號，能夠提升室內控制裝置3產生更精確的動作，令本發明智能節能控制系統進一步提升控制的精確度，以及產生更適合人 類活動的室內環境，以及更能夠強化環保、節能、減碳的目的。

應說明的是，環境感測模組1感測建築物所在位置的天候狀況，如天候出現劇烈且快速變時(如晴時多雲偶陣雨)，則收集相關大氣資料傳輸至控制主機2，然後儲存至資料庫24，藉由紀錄此類非穩定的天候狀態，排除此特殊狀況可能引起錯誤控制，維持智能節能控制系統的穩定性。

請參閱第2圖所示，本實施例相較於前述第1圖實施例的特點在於：該室內控制模組23包含一窗簾控制模組231，以及室內控制裝置3包含一電動窗簾31，窗簾控制模組231產生前述控制訊號，電動窗簾31依據控制訊號進行窗簾開啟、閉合、部份開啟或部份閉合，即前述太陽軌跡追蹤模組22依據日照參數、光照度度參數與漫射光參數產生日照整合資料後，室內控制模組23依據日照整合資料與室內環境資料產生控制訊號，此時，控制模組23將控制訊號傳入窗簾控制模組231，窗簾控制模組231控制電動窗簾31產生對應的動作，例如：太陽在清晨或傍晚照射的角度偏低，而此時室外溫度若偏低、且室內亮度偏暗，則控制模組23經前述運算後，產生控制訊號至窗簾控制模組231，窗簾控制模組231控制電動窗簾31開啟，提高太陽光照射到室內的面積；或著，太陽照射的角度偏低，而此時室外溫度若偏高、且室內亮度偏暗，則窗簾控制模組231控制電動窗簾31半開啟，提高部分太陽光照入室內的面積，同時避免室內溫度上升過高，透過本實例，能夠依據太陽光照射到室內的角度、照度、室內的溫度、濕度等，及太陽運行的軌跡，控制電動窗簾31動作，達到最適當的開閉程度，而能夠有效的減少室內空調、燈光的使用量，達到環保、節能、減碳的目的。

請參閱第3圖所示，本實施例相較於前述第1圖與第2圖實施例的特點在於：該室內控制模組23包含窗簾控制模組231與一照明控制模組232；以及，該室內控制裝置3包含電動窗簾31、一室內照明裝置32與一室內空調裝置33；則前述太陽軌跡追蹤模組22依據日照參數、光照度度參數與漫射光參數產生日照整合資料後，室內控制模組23依據日照整合資料與室內環境資料產生控制訊號，此時，控制模組23將控制訊號傳入窗簾控制模組231與照明控制模組232，則窗簾控制模組231控制電動窗簾31產生對應的動作，且照明控制模組232控制室內照明裝置32產生對應的動作，以及，控制模組22同時將控制訊號傳輸到室內空調裝置33，令室內空調裝置33產生對應的動作。由本實施例可以得知，不論在一天中的任何時段，前述太陽軌跡追蹤模組22產生日照整合資料，前述室內監控模組4產生室內環境資料，室內控制模組23依據日照整合資料與室內環境資料產生控制訊號，而室內控制模組23能夠根據當下太陽的軌跡、照射角度、室內光照度、漫射光強度、室內溫度、濕度等，產生最適合目前室內環境的控制訊號，讓窗簾控制模組231控制電動窗簾31開啟或閉合到最適當的狀態，使照明控制模組232控制室內照明裝置32開啟的數量與照明的強度，以及控制室內空調裝置33運轉的狀態，如冷氣、暖氣、溫度、送風、除溼等，藉由本發明的智能節能控制系統，讓室內的溫度、濕度、光線、日照能夠隨時控制在最適合人體活動的狀態，而可避免多餘燈光、空調等設備的電力消耗，達到環保、節能、減碳的目的。

綜合以上所述，本發明的智能節能控制系統實為一具新穎性及進步性的發明，爰依法提出申請發明專利；惟上述說明的內容，僅為 本發明的較佳實施例說明，舉凡依本發明的技術手段與範疇所延伸的變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本發明的專利申請範圍內。

1‧‧‧環境感測模組

11‧‧‧太陽位置感測器

12‧‧‧光照度感測器

13‧‧‧漫射光感測器

14‧‧‧傳輸模組

2‧‧‧控制主機

21‧‧‧接收模組

22‧‧‧太陽軌跡追蹤模組

23‧‧‧室內控制模組

24‧‧‧資料庫

3‧‧‧室內控制裝置

4‧‧‧室內監控模組

Claims (10)

1. 一種智能節能控制系統，其至少包括：一環境感測模組，其包括：一太陽位置感測器，產生太陽照射時的一日照位置參數；一光照度感測器，產生太陽照射時的一光照度度參數；一漫射光感測器，產生太陽照射時的一漫射光參數；一傳輸模組，為分別與前述太陽位置感測器、前述光照度感測器與漫射光感測器電性連接，其接收日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數對外傳輸；一控制主機，其包括：一接收模組，為接收前述傳輸模組傳輸的日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數；一太陽軌跡追蹤模組，與前述接收模組電性連接，其接收日照參數、光照度度參數與漫射光參數產生一日照整合資料；一室內控制模組，與前述太陽軌跡追蹤模組電性連接，其取得一室內環境資料，並依據前述日照整合資料與室內環境資料產生一控制訊號；以及，一室內控制裝置，與前述控制主機的室內控制模組電性連接，其接收控制訊號產生對應動作；藉此，前述環境感測模組產生的日照位置參數、光照度度參數與漫射光參數，經太陽軌跡追蹤模組產生日照整合資料與室，並結合室內環境資料，由室內控制模組產生控制訊號控制室內控制裝置，達到即時依據太陽 照射的狀態控制室內裝置產生對應的動作，使其達成自動節能的目的。
2. 如申請專利範圍第1項所述之智能節能控制系統，其中該傳輸模組與接收模組為有線傳輸或無線傳輸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智能節能控制系統，其中該控制主機進一步電性連機一室內監控模組，所述室內監控模組產生前述室內環境資料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之智能節能控制系統，其中該室內監控模組產生的室內環境資料至少包括：室內溫度、室內溼度與室內光照度。
5. 如申請專利範圍第3項所述之智能節能控制系統，其中該室內監控模組至少包括溫度感測器、濕度感測器或光照度感測器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之智能節能控制系統，其中該室內控制模組包含一窗簾控制模組，以及室內控制裝置包含一電動窗簾，窗簾控制模組產生前述控制訊號，電動窗簾依據控制訊號進行窗簾開啟、閉合、部份開啟或部份閉合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之智能節能控制系統，其中該室內控制模組包含一照明控制模組，以及室內控制裝置包含一室內照明裝置，照明控制模組產生前述控制訊號，室內照明裝置依據控制訊號進行照明調節。
8. 如申請專利範圍第1項所述之智能節能控制系統，其中該室內控制裝置為室內空調裝置，其依據前述控制訊號進行溫度或濕度的調節。
9. 如申請專利範圍第1項所述之智能節能控制系統，其中該控制主機進一步包括一資料庫，資料庫與室內控制模組電性連接，其儲存前述日照整合資料與室內環境資料，以及儲存室內控制裝置依據控制訊號產生對應動作的紀錄。
10. 如申請專利範圍第1項所述之智能節能控制系統，其中該環境感測模組進一步包括大氣環境感測器，並產生一環境感測參數。