TWI580913B - Environmental sensing energy - saving control method - Google Patents

Description

環境感測節能控制方法

本發明係有關於一種環境感測節能控制系統，尤指涉及一種利用直接數位控制系統(Direct Digital Control,DDC)針對直膨式冷氣機建置環境感測節能控制裝置，特別係指可依空間負載不同情況採取不同控制模式，以在維持適當的室內環境舒適度與在保護原冷氣機具為前提下進行控制之節能控制系統。

為營造室內涼爽舒適環境，目前常設置有冷氣機，以藉由冷氣機作熱冷交換動作降低室內溫度，而安置冷氣機時，一般係配合室內空間選擇適當輸出功率之冷氣機，使得室內空間具有涼爽效果。

惟冷氣機必需利用壓縮機運轉將冷氣送出，且耗費電能頗高。而傳統冷氣機結構，主要具有壓縮機、冷凝器、蒸發器、風鼓、冷媒管路、感溫裝置、控制器、入風裝置、及出風裝置等組件。藉由內部壓縮機之運作(習知技術不予贅述)，將冷氣由出風裝置送出，並將熱空氣由入風裝置送出室外。

目前政府機關、學校、公司行號及社區居家皆普遍安裝冷氣機，而使用者操作冷氣機時，一般皆自行設定冷氣機之溫度，亦即傳統冷氣機都是利用溫度控制，依據調整設定之溫度，冷氣機即依照感應到之室內溫度是否高於設定溫度來決定壓縮機的啟動。當設定溫度低於室內溫度時，使壓縮機持續運作送出冷氣，並當冷氣機之感溫裝置感測室內溫度下降直至設定溫度時，冷氣機之控制器再控制壓縮機停止運作 並保持在送風狀態。而當壓縮機停止運作一段時間後，即只送風而不送出冷氣，此時室內溫度會慢慢上升，則當感溫裝置感測室內溫度到達或超過設定溫度時，冷氣機之控制器又再度控制壓縮機運作並送出冷氣，以控制室內維持設定溫度，如此重複循環運作。換言之，傳統冷氣完全係藉由溫度控制，因此不管室外溫度如何，還是以室內設定之溫度來控制壓縮機啟動。所以完全沒有節能之效果，不管外界天候如何，室內仍然無法感應，僅有依照設定溫度控制，非常耗能，根本無法達到環保節能之功效。

再者，一般政府機關、學校、公司行號及社區居家使用冷氣機時，使用者經常設定過低之冷氣溫度，並疏忽是否門窗都關妥再開啟冷氣機，且離開室內時又容易忘記關閉冷氣機，以致於無人狀態之下，仍然持續運轉，徒然消耗寶貴能源，並且浪費電力與金錢，違背環保潮流，更不符合經濟效益，因此有必要再加以改善。

為解決前述問題，已有依據環境溫度控制空調設備輸出效力之技術，然而，此類空調設備因溫度變化波段大幅震盪，得依據該溫度變化而驅使空調輸出效能全速運作，故此技術並無法有效達到節能之效果。鑑於使用者常將冷氣機之設定溫度直接調至最低溫，並且疏忽是否門窗都關妥再開啟冷氣機，上述兩項行為將大幅增加空調系統耗能；若有異常之使用條件，如開窗吹冷氣之行為時，傳統控制方法係直接切斷冷氣機總電源，惟此可能干擾原冷氣機之卸載保護程序，進而造成冷氣機之損壞。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種利用直接數位控制系統(Direct Digital Control,DDC)針對直膨式冷氣機建置環境感測節能控制系統，在維持適當的室內環境舒適度與在保護原冷氣機具為前提下進行控制之節能控制系統。

本發明之次要目的係在於，提供一種成功建立一以硬體製造假訊號，進行壓縮機啟停卸載之控制系統。

本發明之另一目的係在於，提供一種成功建立一以硬體製造短路訊號，進行冷氣機關機之控制系統。

本發明之再一目的係在於，提供一種成功建立一以硬體讀取壓縮機啟停之訊號，並將其訊號送至控制器加以運算之控制系統。

本發明之又一目的係在於，提供一種依據一般公共場所冷氣機耗能行為，以硬體配合軟體程式撰寫建立一共有五種控制模式，包含室內溫度門檻控制模式、外氣溫度門檻控制模式、冷氣不外洩控制模式、室內溫度區間控制模式(利用原冷氣機溫度到達之卸載保護程序進行卸載，將環境控制在26℃至27.5℃)、及時程關機控制模式之控制系統。本發明之又一目的係在於，提供一種當發現有異常使用情形，如開窗吹冷氣行為時，發出警訊提醒使用者關妥門窗後再繼續使用冷氣機之控制系統。

本發明之又一目的係在於，提供一種以單節課冷氣機連續運轉無卸載之耗能行為為基線時，依空間負載不同情況採取不同控制方法，單節課節能率在低負載時為66.80%、冷氣外洩時為37.20%及高負載時為46.90%之控制系統。

為達以上之目的，本發明係一種環境感測節能控制方法，係輸出訊號控制冷氣機之壓縮機或緊急開關，以控制冷氣機依空間負載不同情況採取不同控制動作，該方法至少包含下列步驟：(A)利用一室內感溫器及一外氣感溫器分別感測室內溫度及外氣溫度以分別產生一室內溫度感測值及一外氣溫度感測值，並利用一伺服器內建之計時單元，設定一關機時程；(B)擷取一微處理器送往該壓縮機之訊號至一控制器，該控制器根據該壓縮機是否處於運轉狀態之運轉狀態指示訊號，以該伺服器內建之計時單元開始計時該壓縮機運轉之時數；(C)該控制器內伺服器已撰寫妥程式，有數個分別對應不同控制動作之控制模式，包含一室內溫度門檻控制模式、一外氣溫度門檻控制模式、一冷氣不外洩控制模式、一室內溫度區間控制模式、及一時程關機控制模式，根據所接收之室內溫度感測值、外氣溫度感測值、關機時程及壓縮機運轉之時數選擇啟動之控制模式而輸出對應不同控制動作之控制訊號或短路訊號，其中該短路訊號係直接輸出至該緊急開關使該冷氣機定時關機；(D)利用一溫度檢知器，根據該控制器之控制訊號，以觸發一切換開關，進而輸出一假訊號或一原訊號，其中該溫度檢知器係包含一電壓源、一第一電阻、一第二電阻、一可變電阻、一負溫度係數電阻、一檢流計、該切換開關、及一假訊號電阻；以及(E)利用該微處理器接收該假訊號或該原訊號，以對應輸出一運轉訊號至該壓縮機，使該壓縮機接收該運轉訊號而對應進行啟動或卸載之運轉。

於本發明上述實施例中，該步驟(C)控制器係判斷該室內溫度感測值隨時間變化之趨勢，並於該溫度低於一室內溫度門檻時，產生對應 之室內溫度門檻控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機卸載。

於本發明上述實施例中，該室內溫度門檻係為26℃。

於本發明上述實施例中，該步驟(C)控制器係判斷該外氣溫度感測值在一預設時間變化之趨勢，並於該溫度低於一外氣溫度門檻時，產生對應之外氣溫度門檻控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機卸載。

於本發明上述實施例中，該預設時間係為10分鐘，而該外氣溫度門檻係為24℃。

於本發明上述實施例中，該步驟(C)控制器係判斷該室內溫度感測值隨該運轉狀態指示訊號在一預設時間變化之趨勢，並於該溫度高於一室內溫度門檻時，產生對應之冷氣不外洩控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機卸載並發出警訊。

於本發明上述實施例中，該預設時間係為30分鐘，而該室內溫度門檻係為26℃。

於本發明上述實施例中，該步驟(C)控制器係判斷該室內溫度感測值隨該運轉狀態指示訊號在一預設時間變化之趨勢，並當有一定負載時，產生對應之室內溫度區間控制模式，將室內溫度上下限門檻控制於一室內溫度門檻區間。

於本發明上述實施例中，該預設時間係大於8分鐘且小於30分鐘，而該室內溫度門檻區間係為26~27.5℃。

於本發明上述實施例中，該室內溫度感測值下降並低於該室內溫度門檻區間下限時，該控制器係輸出對應之控制訊號推動假訊號使該壓縮機卸載，直到該室內溫度感測值上升並高於該室內溫度門檻區間上限 時，該控制器係解除該假訊號並輸出對應之控制訊號推動該壓縮機重新啟動。

於本發明上述實施例中，該步驟(C)控制器係依據該關機時程，產生對應之時程關機控制模式，於特定時間輸出對應之短路訊號推動該緊急開關使該冷氣機定時關機。

於本發明上述實施例中，該關機時程係依據使用者需求所設定之關機時間。

於本發明上述實施例中，當該運轉狀態指示訊號表示該壓縮機係處於運轉狀態時，該控制器以該伺服器內建之計時單元開始計時該壓縮機運轉之時數而作為判斷應啟動之控制模式，經由該控制器輸出對應該控制模式之控制訊號以控制該壓縮機之啟停卸載。

於本發明上述實施例中，該伺服器內建之計時單元經設置而使該壓縮器自卸載狀態經過一預定之延時時間後進入啟動狀態。

於本發明上述實施例中，該控制器具有一警示單元，係以發聲警示或燈號警示作為冷氣外洩中警告，提醒使用者可在第一時間內做出反應，並即時加以排除系統當下之連續運轉無卸載之耗能行為。

於本發明上述實施例中，該步驟(D)溫度檢知器係為惠斯頓電橋式電阻溫度檢知計，該第一電阻、該第二電阻、該可變電阻及該負溫度係數電阻係對稱性連接於點a至點b之間，其中該第一電阻與該可變電阻串聯成第一電阻對，該第二電阻與該負溫度係數電阻串聯成第二電阻對，該電壓源、該第一電阻對及該第二電阻對彼此並聯，且該第一電阻對及該第二電阻對透過該檢流計彼此連結，該檢流計並連接於點a與點b之間，而該假訊號電阻係並聯至點b與點c之間，該切換開關包 含有二開關，在點b與該負溫度係數電阻之間設有點b1形成第一開關b-b1，在點b與該假訊號電阻之間設有點b2形成第二開關b-b2。

於本發明上述實施例中，該控制器係利用該切換開關之第一開關b-b1開路與第二開關b-b2短路，使該溫度檢知器b-c兩端讀取b2-c端之假訊號電阻，令該壓縮機卸載。

於本發明上述實施例中，該控制器係為直接數位控制系統(Direct Digital Control)。

1‧‧‧室內感溫器

2‧‧‧外氣感溫器

3‧‧‧控制器

31‧‧‧數位輸入模塊

32‧‧‧數位輸出模塊

33‧‧‧伺服器

34‧‧‧警示單元

35‧‧‧類比輸入模塊

4‧‧‧溫度檢知器

41‧‧‧第一電阻對

42‧‧‧第二電阻對

43‧‧‧切換開關

5‧‧‧微處理器

6‧‧‧壓縮機

7‧‧‧緊急開關

E‧‧‧電壓源

R₁‧‧‧第一電阻

R₂‧‧‧第二電阻

R_s‧‧‧可變電阻

R_x‧‧‧負溫度係數電阻

G‧‧‧檢流計

R_f‧‧‧假訊號電阻

s101~s110‧‧‧步驟

第1圖，係本發明環境感測節能控制裝置之架構示意圖。

第2圖，係本發明環境感測節能控制裝置通以假訊號之示意圖。

第3圖，係本發明控制DO(Digital Output,DO)開關點位使緊急開關短路一瞬間示意圖。

第4圖，係本發明搭配電力電驛將啟動壓縮機之訊號送至控制器之電路示意圖。

第5圖，係本發明之節能控制流程示意圖。

第6圖，係本發明實施例一之溫度趨勢示意圖。

第7圖，係本發明實施例一之壓縮機趨勢示意圖。

第8圖，係本發明實施例二之溫度趨勢示意圖。

第9圖，係本發明實施例二之壓縮機趨勢示意圖。

第10圖，係本發明實施例二之改善耗電趨勢示意圖。

第11圖，係本發明實施例三之溫度趨勢示意圖。

第12圖，係本發明實施例三之壓縮機趨勢示意圖。

第13圖，係本發明實施例三之改善耗電趨勢示意圖。

第14圖，係本發明實施例四之溫度趨勢示意圖。

第15圖，係本發明實施例四之壓縮機趨勢示意圖。

第16圖，係本發明實施例四之改善耗電趨勢示意圖。

請參閱『第1圖~第16圖』所示，係分別為本發明環境感測節能控制裝置之架構示意圖、本發明環境感測節能控制裝置通以假訊號之示意圖、本發明控制DO(Digital Output,DO)開關點位使緊急開關短路一瞬間示意圖、本發明搭配電力電驛將啟動壓縮機之訊號送至控制器之電路示意圖、本發明之節能控制流程示意圖、本發明實施例一之溫度趨勢示意圖、本發明實施例一之壓縮機趨勢示意圖、本發明實施例二之溫度趨勢示意圖、本發明實施例二之壓縮機趨勢示意圖、本發明實施例二之改善耗電趨勢示意圖、本發明實施例三之溫度趨勢示意圖、本發明實施例三之壓縮機趨勢示意圖、本發明實施例三之改善耗電趨勢示意圖、本發明實施例四之溫度趨勢示意圖、本發明實施例四之壓縮機趨勢示意圖、以及本發明實施例四之改善耗電趨勢示意圖。如圖所示：本發明係一種針對直膨式冷氣機利用假訊號使壓縮機啟停卸載之環境感測節能控制裝置，利用輸出訊號控制冷氣機之壓縮機或緊急開關，以控制冷氣機依空間負載不同情況採取不同控制動作。該環境感測節能控制裝置係包括一室內感溫器1、一外氣感溫器2、一控制器3、一溫度檢知器4、一微處理器5、一壓縮機6以及一緊急開關7所構成。

上述室內感溫器1用以感測室內溫度以產生一室內溫度感測值。

該外氣感溫器2用以感測外氣溫度以產生一外氣溫度感測值。

該控制器3係電連接該室內感溫器1及該外氣感溫器2且接收該室內溫度感測值及該外氣溫度感測值。該控制器3中伺服器33已撰寫 妥程式，有數個分別對應不同控制動作之控制模式，伺服器33同時具有一計時單元，可供設定一關機時程，亦可計算該壓縮機6運轉之時數，該控制器3根據該室內溫度感測值、該外氣溫度感測值、該關機時程及該壓縮機運轉之時數選擇啟動之控制模式而輸出對應不同控制動作之控制訊號或短路訊號，俾利用假訊號進行該壓縮機6啟停卸載之控制，或利用該短路訊號進行該緊急開關7關閉冷氣機之控制該溫度檢知器4係電連接該控制器3，其係一般窗型及分離式冷氣所採用之惠斯頓電橋式電阻溫度檢知計，包含一電壓源E；兩個一般電阻，如第一電阻R1、第二電阻R2；一可隨設定溫度而變之可變電阻Rs；一為冷氣機讀取室內(回風)溫度之負溫度係數電阻Rx；一檢流計G；一切換開關43；及一假訊號電阻Rf。該溫度檢知器4係根據該控制器3之控制訊號，以觸發該切換開關43，進而輸出一假訊號或一原訊號。

該微處理器5係電連接該溫度檢知器4，其接收該假訊號或該原訊號，以對應輸出一運轉訊號至該壓縮機6，且該微處理器5係具有運算處理該溫度檢知器4、該壓縮機6、及該緊急開關7之間資料訊號之轉換、讀取、輸出及記憶，並將該壓縮機6是否處於運轉狀態之運轉狀態指示訊號並聯至該控制器3。

該壓縮機6係電連接該微處理器5，其接收該運轉訊號而對應進行啟動或卸載之運轉。

該緊急開關7係電連接該控制器3與該微處理器5，其接收該控制器3之短路訊號而對應進行冷氣機之定時關機。如是，藉由上述揭露之裝置構成一全新之環境感測節能控制裝置。

上述控制器3係為直接數位控制系統(Direct Digital Control)，具有一數位輸入(Digital Input,DI)模塊31及一數位輸(Digital Output,DO)模塊32及一類比輸入模塊(Universal Input，UI)35，且該控制器3內伺服器33已撰寫妥程式，其控制模式包含有：一室內溫度門檻控制模式，係依據該室內感溫器1所取得之室內溫度感測值，以判斷該室內溫度感測值隨時間變化之趨勢，並於該溫度低於一室內溫度門檻時，產生對應之室內溫度門檻控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機6卸載。

一外氣溫度門檻控制模式，係依據該外氣感溫器2所取得之外氣溫度感測值，以判斷該外氣溫度感測值在一預設時間變化之趨勢，並於該溫度低於一外氣溫度門檻時，產生對應之外氣溫度門檻控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機6卸載。

一冷氣不外洩控制模式，係分別依據該室內感溫器1所取得之室內溫度感測值與該微處理器5所取得之運轉狀態指示訊號，以判斷該室內溫度感測值隨該運轉狀態指示訊號在一預設時間變化之趨勢，並於該溫度高於一室內溫度門檻時，產生對應之冷氣不外洩控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機6卸載並發出警訊一室內溫度區間控制模式，係分別依據該室內感溫器1所取得之室內溫度感測值與該微處理器5所取得之運轉狀態指示訊號，以判斷該室內溫度感測值隨該運轉狀態指示訊號在一預設時間變化之趨勢，並當有一定負載時，產生對應之室內溫度區間控制模式，將室內溫度上下限門檻控制於一室內溫度門檻區間，當該室內溫度感測值下降並低於該室內溫度門檻區間下限時，該控制器3係輸出對應之控制訊號推動假訊號使該壓縮機6卸載，直到該室內溫度感測值上升並高於該室內 溫度門檻區間上限時，該控制器3係解除該假訊號並輸出對應之控制訊號推動該壓縮機6重新啟動。

一時程關機控制模式，係依據該關機時程，產生對應之時程關機控制模式，於特定時間輸出對應之短路訊號推動該緊急開關7使該冷氣機定時關機，其中該關機時程係依據使用者需求所設定之關機時間。

當上述運轉狀態指示訊號表示該壓縮機6係處於運轉狀態時，該控制器3以該伺服器33內建之計時單元開始計時該壓縮機6運轉之時數而作為判斷應啟動之控制模式，經由該控制器3輸出對應該控制模式之控制訊號以控制該壓縮機6之啟停卸載；其中，該伺服器33內建之計時單元可經設置而使該壓縮器自卸載狀態經過一預定之延時時間後進入啟動狀態。

上述控制器3更具有一警示單元34，係以發聲警示或燈號警示作為冷氣外洩中警告，提醒使用者可在第一時間內做出反應，並即時加以排除系統當下之連續運轉無卸載之耗能行為。

上述溫度檢知器4之第一電阻R1、第二電阻R2、可變電阻Rs及負溫度係數電阻Rx係對稱性連接於點a至點b之間，其中該第一電阻R1與該可變電阻Rs串聯成第一電阻對41，該第二電阻R2與該負溫度係數電阻Rx串聯成第二電阻對42，該電壓源E、該第一電阻對41及該第二電阻對42彼此並聯，且該第一電阻對41及該第二電阻對42透過該檢流計G彼此連結，該檢流計G並連接於點a與點b之間，而該假訊號電阻Rf係並聯至點b與點c之間，該切換開關43包含有二開關，在點b與該負溫度係數電阻Rx之間設有點b1形成第一開關b-b1，在點b與該假訊號電阻Rf之間設有點b2形成第二開關b-b2。

本發明係將相對應負溫度係數電阻Rx之假訊號電阻Rf並聯至b-c兩端，再利用該切換開關43控制第一開關b-b1與第二開關b-b2導通與否，如第1圖。當欲使該壓縮機6卸載時，該第一開關b-b1開路而該第二開關b-b2短路，使該溫度檢知器4b-c兩端讀取b2-c端之假訊號電阻Rf，令該壓縮機6卸載，如第2圖所示。

本發明針對冷氣機室內機A、窗型冷氣機B、冷氣機電路板C之溫度檢知器進行測試，找出此負溫度係數電阻Rx之溫度檢知器在不同溫度下所對應之電阻值，如表一至表三。

上述緊急開關7係將冷氣機既有之緊急開關加以利用，並搭配時程控制定時關機，如凌晨1點統一關機，藉以防止使用者離開時忘記關閉冷氣機。鑑於一般使用者利用手指動作按一下緊急開關，讓手指停留 在緊急開關上僅一剎那便可使按鈕開關短路一瞬間，而達到開啟或關閉冷氣機。故本發明模仿上述一般使用者按按鈕之方式，利用該控制器3之DO模塊32DO點位與緊急開關模組並聯，搭配時程控制在特定時間，控制DO點位製造一短路訊號使緊急開關短路一瞬間，而達到關閉冷氣機之動作，如第3圖所示。

本發明需讀取該壓縮機6之運轉狀態，作為該控制器3運算使用，故於一實施例中，必須搭配一電力電驛(Power Relay)將啟動壓縮機之繼電器背面線圈點位(即端電壓)並聯焊出，再接至電力電驛之線圈接點。當壓縮機或繼電器啟動時，線圈激磁，將電力電驛內部之a(常開)接點接通為b(常閉)接點，再將此組接點接至該控制器3之DI模塊31DI點位，將該壓縮機6運轉狀態送至該控制器3，即可讀取該壓縮機6開關機之訊號，如第4圖所示。

當運用時，本發明之環境感測節能控制裝置，其節能控制流程如第5圖所示：

步驟s101，本控制裝置可由管理者進入程式編輯頁面自行設定關機時程、室內溫度上下限門檻及外氣溫度門檻，同時以伺服器33內建之計時單元針對壓縮機運轉時間t1從0開始計時。設定完畢後，於步驟s102判斷是否到達關機時程，若是進入步驟s110，否則進入步驟s103判斷目前室溫是否大於26℃，若是則進入步驟s105，否則代表此環境已舒適，進入步驟s104執行室內溫度門檻控制模式，以假訊號方式將壓縮機卸載停機，此時冷氣機僅能送風，最後再重回步驟s101對變動後之環境溫度進行再次感測。

在步驟s105中判斷外氣溫度是否連續10分鐘低於24℃，若否則進入步驟s107，是則進入步驟s106，執行外氣溫度門檻控制模式，以假訊號 方式將壓縮機卸載停機，此時冷氣機僅能送風，最後再重回步驟s101對變動後之環境溫度進行再次感測。

在步驟s107中代表室內溫度高於26℃且外氣溫度高於24℃，壓縮機已啟動並計時，此步驟中將判斷壓縮機是否連續運轉8分鐘，若否則重回步驟s101，是則代表空間有一定負載，將分別進入步驟s108或步驟s109，其中步驟s108為壓縮機運轉時間t1介於8分鐘至30分鐘之間，即壓縮機已連續運轉8分鐘後未達26℃，此時控制器將執行室內溫度區間控制模式，將室內溫度上下限門檻設定為27.5℃及26℃，使室內溫度維持在此溫度區間；當室內溫度下降並低於26℃時，以假訊號將壓縮機卸載，令冷氣機改為送風，直到室內溫度上升至27.5℃，將假訊號解除並推動壓縮機重新啟動，最後回步驟s101。

若壓縮機連續運轉30分鐘後室內溫度仍無法下降至26℃則進入步驟s109，判定為冷氣外洩中，並執行冷氣不外洩控制模式，以假訊號將壓縮機卸載，令冷氣機改為送風10分鐘，同時發出警訊(例如以LED燈閃爍)，提醒使用者關妥門窗後再使用冷氣機，最後再重回步驟s101對變動後之環境溫度進行再次感測。

在步驟s110中，當控制器發現目前時間符合使用者所設定之關機時間時，將執行時程關機控制模式，以短路訊號方式將緊急開關短路一瞬間而關閉冷氣機。若使用者仍需使用冷氣機，可再自行開啟。

下面將以具體實施例詳述本控制裝置之施用情形及效用。

[實施例一]

具體實施情境為外氣溫度均低於24℃時，5/4下午3點01分至4點10分(以一節課時間再加上上課前及下課後10分鐘做計算，共70分鐘)，其溫度趨勢如第6圖所示，下午3點01分外氣溫度為23.2℃，室內溫 度為25.34℃，此時同時受外氣溫度控制(外氣溫度連續10分鐘低於24℃輸出假訊號，冷氣機僅能送風)及室內溫度控制(室內溫度低26℃輸出假訊號，冷氣機僅能送風)。下午3點37分時室內溫度快速上升，研判為此節課延後上課，人員進入教室後室內溫度快速上升。下午3點40分時室內溫度上升至26.03℃，高於室內溫度控制門檻，但此時外氣溫度僅23.29℃，受外氣溫度控制，應打開門窗通風，室內即舒適，不必開冷氣，故冷氣機還是僅維持送風，室內溫度一度上升至27.62℃。5/4下午3點01分至4點10分壓縮機趨勢如第7圖所示。

[實施例二]

具體實施情境為室內低負載時，在5/13上午10點01分，外氣溫度為29.56℃，室內溫度為26.21℃，如第8圖所示，2分鐘後10點03分室內溫度下降至25.98℃，輸出假訊號壓縮機停機，冷氣機僅送風，此時冷氣機蒸發器殘餘冷媒持續蒸發，室內溫度稍降，待殘餘冷媒蒸發完畢室內溫度上升，在10點13分室內溫度為26.06℃，高於室內溫度控制門檻，但受假訊號延遲關閉(DelayOff)5分鐘(避免室溫低於26℃卸載後，室內溫度快速回升高於26℃壓縮機又立即啟動，造成壓縮機在26℃左右起停頻繁)，在10點18分壓縮機重新啟動。10點30分後已上課20分鐘，室內負載變動不大，壓縮機保持在運轉3分鐘、卸載7分鐘循環動作，室內溫度維持在25.83℃至26.87間。壓縮機趨勢如第9圖所示，70分鐘期間，壓縮機運轉21分鐘，卸載49分鐘。

當沒有本發明之控制裝置時，一般使用者一進教室常將冷氣機設定溫度調至最低溫，一節課中壓縮機連續運轉，冷氣機沒有卸載機會，室內溫度最低下降並維持在24.4℃左右。故估算單節課節能率時，基線 均採用此耗能行為，改善前後耗電趨勢如第10圖所示，節能率為66.80%，如表四。

[實施例三]

具體實施情境為冷氣外洩中，在5/14下午1點01分，外氣溫度為31.34℃，室內溫度為26.25℃，如第11圖所示，3分鐘後下午1點04分壓縮機啟動(因下午1點01分前假訊號DelayOff動作)，室內溫度開始下降，3分鐘後下午1點07分室內溫度為25.99℃，輸出假訊號壓縮機卸載停機，下午1點10分室內溫度為26.04℃，高於室內溫度26℃控制門檻，假訊號DelayOff 5分鐘，5分鐘後壓縮機重新啟動。下午1點15分26.83℃室內溫度為壓縮機重新啟動，兩台壓縮機皆運轉30分鐘後下午1點45分，室內溫度僅下降至26.28℃，判定為冷氣外洩，發出警訊並輸出假訊號10分鐘，10分鐘後下午1點55分室內溫度為27.06℃，壓縮機重新啟動。下午2點04分室內溫度已下降至25.93℃，輸出假訊號壓縮機卸載，判斷此時已下課室內人員負載下降，室內溫度迅速下降並低於26℃。壓縮機趨勢如第12圖所示，70分鐘期間，壓縮機運轉42分鐘，卸載28分鐘。

估算單節課節能率，基線同樣採用一節課中冷氣機沒有卸載機會之耗能行為，改善前後耗電趨勢如第13圖所示，節能率為37.20%，如表五。

[實施例四]

具體實施情境為室內高負載時，在5/19下午4點01分，外氣溫度為31.75℃，室內溫度為26.89℃，如第14圖所示。5分鐘後下午4點05分室內溫度為25.99℃，輸出假訊號壓縮機卸載，室內溫度因蒸發器殘餘冷媒持續蒸發稍降後再回升，下午4點07分室內溫度高於26℃為26.04℃，假訊號開始DelayOff計時5分鐘，下午4點12分壓縮機重新啟動。在下午4點26分壓縮機啟動，12分鐘後卸載，此時動作不再是室內溫度高於26℃後，假訊號DelayOff 5分鐘，此時動作為持續輸出假訊號至室內溫度高於27.5℃，在輸出假訊號使壓縮機卸載12分鐘後室內溫度為27.61℃高於27.5℃時，壓縮機重新啟動。下午4點50分壓縮機重新啟動後，壓縮機僅運轉6分鐘即卸載，在下午4點56分室內溫度下降並低於26℃，由壓縮機運轉時數判斷此節課提早下課，室內負載下降，因此跳出室內溫度控制在26℃至27.5℃，回到室內溫度26℃門檻控制，下午4點58分室內溫度回升高於26℃，持續輸出假訊號5分鐘以避免壓縮機啟停頻繁，下午5點03分壓縮機重新啟動。

此控制動作將室內溫度控制在26℃至27.5℃，控制邏輯為計時兩台壓縮機同時運轉之時數，當兩台壓縮機同時運轉8分鐘(由實驗得知，壓縮機啟動約10分鐘室內溫度可由27.5℃下降至26℃)以上卸載(判定為冷氣外洩控制壓縮機卸載則不限於此)，表示有一定負載，故可進入此控制，控制室內溫度維持在26℃至27.5℃循環(達26℃卸載後，兩台壓縮機運轉時數則歸0，每次重新計時)。若無一定負載，室內溫度遲遲無法上升至27.5℃，就進入此控制迴圈將室內溫度維持在26℃至27.5℃循環，則長時間無法達27.5℃壓縮機啟動門檻，壓縮機無法動作，故利用壓縮機運轉時數作為是否進入該控制(室內溫度維持在26℃至27.5℃循環)之判斷條件，為良好之方法。壓縮機趨勢如第15圖所示，70分鐘期間，壓縮機運轉35分鐘，卸載35分鐘。

估算單節課節能率，基線同樣採用一節課中冷氣機沒有卸載機會之耗能行為，改善前後耗電趨勢如第16圖所示，節能率為46.90%，如表六。

本發明利用DDC系統針對直膨式冷氣機建置環境感測節能控制裝置，在維持適當之室內環境舒適度與在保護原冷氣機具為前提進行控制。本發明主要優勢包含：

1.成功建立一以硬體製造假訊號，進行壓縮機啟停卸載之控制技術。

2.成功建立一以硬體製造短路訊號，進行冷氣機關機之控制技術。

3.成功建立一以硬體讀取壓縮機啟停之訊號，並將其訊號送至控制器加以運算。

4.本發明依據一般公共場所冷氣機耗能行為，以硬體配合軟體程式撰寫建立環境感測節能控制裝置，一共有五種控制模式，包含室內溫度門檻控制模式、外氣溫度門檻控制模式、冷氣不外洩控制模式、室內溫度區間控制模式(利用原冷氣機溫度到達之卸載保護程序進行卸載，將環境控制在26℃至27.5℃)、及時程關機控制模式。

5.當發現有異常使用情形，如發現開窗吹冷氣行為時，發出警訊提醒使用者關妥門窗後再繼續使用冷氣機，具教育意義。

6.本發明環境感測節能控制裝置，若以單節課冷氣機連續運轉無卸載之耗能行為為基線時，依空間負載不同情況採取不同控制方法，單節課節能率在上述實施例二低負載時為66.80%、實施例三冷氣外洩時為37.20%及實施例四高負載時在46.90%。

綜上所述，本發明係一種環境感測節能控制系統，在維持適當之室內環境人員舒適度與保護原冷氣機壓縮機之要求下進行節能控制，可有效改善習用之種種缺點，利用原冷氣機溫度到達之卸載保護程序進行卸載，將環境控制在26℃至27.5℃以維持適當的室內環境舒適度，若有異常使用情形，如開窗吹冷氣行為時，本控制裝置將使壓縮機卸載，並發出警訊提醒使用者關妥門窗後再繼續使用冷氣機，將可降低開窗使用冷氣之耗能行為，使冷氣系統得以節約能源，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

s101~s110‧‧‧步驟

Claims (18)

1. 一種環境感測節能控制方法，係輸出訊號控制冷氣機之壓縮機或緊急開關，以控制冷氣機依空間負載不同情況採取不同控制動作，該方法至少包含下列步驟：(A)利用一室內感溫器及一外氣感溫器分別感測室內溫度及外氣溫度以分別產生一室內溫度感測值及一外氣溫度感測值，並利用一伺服器內建之計時單元，設定一關機時程；(B)擷取一微處理器送往該壓縮機之訊號至一控制器，該控制器根據該壓縮機是否處於運轉狀態之運轉狀態指示訊號，以該伺服器內建之計時單元開始計時該壓縮機運轉之時數；(C)該控制器內伺服器已撰寫妥程式，有數個分別對應不同控制動作之控制模式，包含一室內溫度門檻控制模式、一外氣溫度門檻控制模式、一冷氣不外洩控制模式、一室內溫度區間控制模式、及一時程關機控制模式，根據所接收之室內溫度感測值、外氣溫度感測值、關機時程及壓縮機運轉之時數選擇啟動之控制模式而輸出對應不同控制動作之控制訊號或短路訊號，其中該短路訊號係直接輸出至該緊急開關使該冷氣機定時關機；(D)利用一溫度檢知器，根據該控制器之控制訊號，以觸發一切換開關，進而輸出一假訊號或一原訊號，其中該溫度檢知器係包含一電壓源、一第一電阻、一第二電阻、一可變電阻、一負溫度係數電阻、一檢流計、該切換開關、及一假訊號電阻；以及 (E)利用該微處理器接收該假訊號或該原訊號，以對應輸出一運轉訊號至該壓縮機，使該壓縮機接收該運轉訊號而對應進行啟動或卸載之運轉。
2. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，該步驟(C)控制器係判斷該室內溫度感測值隨時間變化之趨勢，並於該溫度低於一室內溫度門檻時，產生對應之室內溫度門檻控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機卸載。
3. 依申請專利範圍第2項所述之環境感測節能控制方法，其中，該室內溫度門檻係為26℃。
4. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，該步驟(C)控制器係判斷該外氣溫度感測值在一預設時間變化之趨勢，並於該溫度低於一外氣溫度門檻時，產生對應之外氣溫度門檻控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機卸載。
5. 依申請專利範圍第4項所述之環境感測節能控制方法，其中，該預設時間係為10分鐘，而該外氣溫度門檻係為24℃。
6. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，該步驟(C)控制器係判斷該室內溫度感測值隨該運轉狀態指示訊號在一預設時間變化之趨勢，並於該溫度高於一室內溫度門檻時，產生對應之冷氣不外洩控制模式，以輸出對應之控制訊號推動該假訊號使該壓縮機卸載並發出警訊。
7. 依申請專利範圍第6項所述之環境感測節能控制方法，其中，該預設時間係為30分鐘，而該室內溫度門檻係為26℃。
8. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，該 步驟(C)控制器係判斷該室內溫度感測值隨該運轉狀態指示訊號在一預設時間變化之趨勢，並當有一定負載時，產生對應之室內溫度區間控制模式，將室內溫度上下限門檻控制於一室內溫度門檻區間。
9. 依申請專利範圍第8項所述之環境感測節能控制方法，其中，該預設時間係大於8分鐘且小於30分鐘，而該室內溫度門檻區間係為26~27.5℃。
10. 依申請專利範圍第8項所述之環境感測節能控制方法，其中，該室內溫度感測值下降並低於該室內溫度門檻區間下限時，該控制器係輸出對應之控制訊號推動假訊號使該壓縮機卸載，直到該室內溫度感測值上升並高於該室內溫度門檻區間上限時，該控制器係解除該假訊號並輸出對應之控制訊號推動該壓縮機重新啟動。
11. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，該步驟(C)控制器係依據該關機時程，產生對應之時程關機控制模式，於特定時間輸出對應之短路訊號推動該緊急開關使該冷氣機定時關機。
12. 依申請專利範圍第11項所述之環境感測節能控制方法，其中，該關機時程係依據使用者需求所設定之關機時間。
13. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，當該運轉狀態指示訊號表示該壓縮機係處於運轉狀態時，該控制器以該伺服器內建之計時單元開始計時該壓縮機運轉之時數而作為判斷應啟動之控制模式，經由該控制器輸出對應該控制模式之控制訊號以控制該壓縮機之啟停卸載。
14. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，該 伺服器內建之計時單元經設置而使該壓縮器自卸載狀態經過一預定之延時時間後進入啟動狀態。
15. 依申請專利範圍第1或6項所述之環境感測節能控制方法，其中，該控制器具有一警示單元，係以發聲警示或燈號警示作為冷氣外洩中警告，提醒使用者可在第一時間內做出反應，並即時加以排除系統當下之連續運轉無卸載之耗能行為。
16. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，該步驟(D)溫度檢知器係為惠斯頓電橋式電阻溫度檢知計，該第一電阻、該第二電阻、該可變電阻及該負溫度係數電阻係對稱性連接於點a至點b之間a，且在該可變電阻及該負溫度係數電阻串聯之兩端部之間係連接有點c，其中該第一電阻與該可變電阻串聯成第一電阻對，該第二電阻與該負溫度係數電阻串聯成第二電阻對，該電壓源、該第一電阻對及該第二電阻對彼此並聯，且該第一電阻對及該第二電阻對透過該檢流計彼此連結，該檢流計並連接於點a與點b之間，而該假訊號電阻係並聯至點b與點c之間，該切換開關包含有二開關，在點b與該負溫度係數電阻之間設有點b₁形成第一開關b-b₁，在點b與該假訊號電阻之間設有點b₂形成第二開關b-b₂。
17. 依申請專利範圍第1或16項所述之環境感測節能控制方法，其中，該控制器係利用該切換開關之第一開關b-b₁開路與第二開關b-b₂短路，使該溫度檢知器b-c兩端讀取b₂-c端之假訊號電阻，令該壓縮機卸載。
18. 依申請專利範圍第1項所述之環境感測節能控制方法，其中，該控制器係為直接數位控制系統(Direct Digital Control)。