TWI736420B

TWI736420B - 自適應環境控制系統、裝置及其方法

Info

Publication number: TWI736420B
Application number: TW109132083A
Authority: TW
Inventors: 余冠亨; 王啟川; 瑪諾何; 吳武杰; 廖國凱; 廖仁忠; 呂光欽; 張秦耀
Original assignee: 中華電信股份有限公司
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2021-08-11
Also published as: TW202212743A

Abstract

本發明揭露一種自適應環境控制系統、裝置及其方法，該系統係令空調設備控制與狀態偵測單元、送排風機子系統控制與狀態偵測單元、及照明子系統控制與狀態偵測單元，分別偵測空調設備之溫度設定值、送排風機子系統之風量設定值、及照明子系統之照度設定值。然後，令人數與人員分布分析單元分析室內環境之人數與人員分布狀況，以令熱舒適度與空氣品質分析單元依據人數與人員分布狀況分析熱舒適度、空氣品質與至少一設備之能源消耗平衡，以控制空調設備之溫度設定值與送排風機子系統之風量設定值，而令照明分析單元依據人數與人員分布狀況控制照明子系統之照度設定值。

Description

自適應環境控制系統、裝置及其方法

本發明係關於一種環境控制技術，特別是指一種自適應環境控制系統、裝置及其方法。

台灣地處亞熱帶氣候區，夏季高溫高濕導致室內環境悶熱，空調設備(如空調機或冷氣機)在維持熱舒適性上扮演一個很重要的角色，故空調設備成為建築主要能源消耗之一。

同時，在多人群聚的室內環境(如教室、會議室等)，通常在開啟空調設備時會一併將門窗緊閉，但如此會使室內環境之二氧化碳(CO₂)濃度過高，降低室內環境之空氣品質而導致人員嗜睡、頭痛和注意力不集中等現象，因此必須導入外氣以降低室內環境之二氧化碳濃度，然而導入高溫高濕之外氣將嚴重增加空調設備之負載與耗電量。

另外，燈具(如照明燈具)在多人群聚的室內環境也是建築主要能源消耗之一，且燈具一般不會依據室內環境之人數與人員分布狀況進行調控，常是燈具全部開啟，除無法達到照明節能之效果外，亦會增加空調設備之負載與耗電量。

因此，如何提供一種創新之自適應環境控制技術，以建立一套能結合熱舒適度、空氣品質、照度、及/或相關設備之能源消耗平衡的自適應環境控制系統、裝置及其方法，已成為本領域技術人員之一大研究課題。

本發明提供一種創新之自適應環境控制系統、裝置及其方法，例如能結合熱舒適度、空氣品質、照度、及/或相關設備(空調設備、送排風機子系統(如送風機/排風機)、照明子系統(如燈具))之能源消耗平衡，以具備自適應環境控制功能。

本發明之自適應環境控制系統包括：至少一空調設備、一送排風機子系統及一照明子系統，係設置於室內環境中；一控制與偵測模組，係具有一空調設備控制與狀態偵測單元、一送排風機子系統控制與狀態偵測單元、及一照明子系統控制與狀態偵測單元，用以分別偵測空調設備之溫度設定值/風速設定值/風向設定值其中至少一者、送排風機子系統之風量設定值、及照明子系統之照度設定值；以及一自適應性控制演算模組，係具有一人數與人員分布分析單元、一熱舒適度與空氣品質分析單元、及一照明分析單元，其中，人數與人員分布分析單元係分析室內環境之人數與人員分布狀況，以令熱舒適度與空氣品質分析單元依據室內環境之人數與人員分布狀況分析室內環境之熱舒適度、空氣品質與至少一設備之能源消耗平衡，以控制空調設備之溫度設定值與送排風機子系統之風量設定值，而令照明分析單元依據室內環境之人數與人員分布狀況控制照明子系統之照度設定值。

本發明之自適應環境控制裝置包括：一人數與人員分布分析單元、一熱舒適度與空氣品質分析單元、及一照明分析單元，其中，人數與人員分布分析單元係分析室內環境之人數與人員分布狀況，以令熱舒適度與空氣品質分析單元依據室內環境之人數與人員分布狀況分析室內環境之熱舒適度、空氣品質與至少一設備之能源消耗平衡，以控制一溫度設定值與一風量設定值，而令照明分析單元依據室內環境之人數與人員分布狀況控制一照度設定值。

本發明之自適應環境控制方法包括：將至少一空調設備、一送排風機子系統及一照明子系統設置於室內環境中，以令一空調設備控制與狀態偵測單元、一送排風機子系統控制與狀態偵測單元、及一照明子系統控制與狀態偵測單元分別偵測空調設備之溫度設定值/風速設定值/風向設定值其中至少一者、送排風機子系統之風量設定值、及照明子系統之照度設定值；以及令一自適應性控制演算模組之人數與人員分布分析單元分析室內環境之人數與人員分布狀況，以令自適應性控制演算模組之熱舒適度與空氣品質分析單元依據室內環境之人數與人員分布狀況分析室內環境之熱舒適度、空氣品質與至少一設備之能源消耗平衡，以控制空調設備之溫度設定值與送排風機子系統之風量設定值，而令自適應性控制演算模組之照明分析單元依據室內環境之人數與人員分布狀況控制照明子系統之照度設定值。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明。在以下描述內容中將部分闡述本發明之額外特徵及優點，且此等特徵及優點將部分自所述描述內容可得而知，或可藉由對本發明之實踐習得。應理解，前文一般描述與以下詳細描述二者均僅為例示性及解釋性的，且不欲約束本發明所欲主張之範圍。

1:自適應環境控制系統

10:環境因子感測模組

11:溫度感測器

12:溫濕度/二氧化碳感測器

13:照度感測器

14:攝影機

20:空調設備

21:開關控制

22:溫度設定值

23:風速設定值

24:風向設定值

30:送排風機子系統

31:送風機

32:排風機

33:風量控制

34:二氧化碳設定值

40:照明子系統

41:燈具

42:照度控制

43:照度設定值

50:控制與偵測模組

51:環境偵測單元

52:空調設備控制與狀態偵測單元

53:送排風機子系統控制與狀態偵測單元

54:照明子系統控制與狀態偵測單元

60:第一電腦

61:路由器

70:第二電腦

71:自適應性控制演算模組

72:人數與人員分布分析單元

73:熱舒適度與空氣品質分析單元

74:照明分析單元

80:人機介面

81:輸入單元

A:建築物理環境

A1:走廊

A2:室內環境

A3:室外環境

B:外氣

S1至S7:步驟

圖1為本發明之自適應環境控制系統之架構示意圖；

圖2為本發明之自適應環境控制系統在建築物理環境中之相關設備配置之實施例示意圖；

圖3為本發明之自適應環境控制方法之流程示意圖；

圖4A與圖4B分別為本發明之自適應性控制演算模組與空調設備之定溫25、26℃控制下之舒適度(PMV)、平均二氧化碳濃度與能源消耗之比較圖；以及

圖5為本發明中可結合熱舒適度、空氣品質、照明與能源消耗平衡之自適應環境控制系統及其方法之總體節能效果比較圖。

以下藉由特定的具體實施形態說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容了解本發明之其它優點與功效，亦可因而藉由其它不同的具體等同實施形態加以施行或運用。

圖1為本發明之自適應環境控制系統1之架構示意圖。如圖所示，自適應環境控制系統1可包括至少一或多個環境因子感測模組10、至少一或多個(如三個)空調設備20(如空調機或冷氣機等)、一送排風機子系統30(或稱排風扇子系統)、一照明子系統40(或稱環境照明子系統)、一控制與偵測模組50、一第一電腦60(如單板電腦)、一第二電腦70(如終端運算電腦)、一人機介面80等構件，且前述構件皆可設置於圖2所示之室內環境A2(或稱活動空間)中。

環境因子感測模組10可偵測室內環境A2中之環境因子之資訊，並具有至少一或多個溫度感測器11(如黑球溫度感測器等)、至少一或多個溫濕度/二氧化碳感測器12、至少一或多個照度感測器13、至少一或多個攝影機14(如魚眼攝影機或監視器等)等。溫度感測器11可感測室內環境A2中之溫度，溫濕度/二氧化碳感測器12可感測室內環境A2中之溫濕度/二氧化碳濃度，照度感測器13可感測室內環境A2中之燈具41之照度，且攝影機14可感測室內環境A2中之人數與人員分布。

空調設備20可具有開關控制21、溫度設定值22、風速設定值23、風向設定值24等，以供空調設備控制與狀態偵測單元52加以設定。送排風機子系統30可由至少一或多個送風機31(亦稱送風扇或進氣風機)、至少一或多個排風機32(亦稱排風扇或排氣風機)所構成，且送風機31或排風機32具有風量控制33或二氧化碳設定值34等，以供送排風機子系統控制與狀態偵測單元53加以設定。照明子系統40可由至少一或多個燈具41(如照明燈具等)所構成，且該燈具41具有照度控制42或照度設定值43等，以供照明子系統控制與狀態偵測單元54加以設定。

控制與偵測模組50可具有一環境偵測單元51(如環境偵測器或程式等)、一空調設備控制與狀態偵測單元52(如空調設備控制與狀態偵測程式等)、一送排風機子系統控制與狀態偵測單元53(如排風機子系統控制與狀態偵測程式)、及一照明子系統控制與狀態偵測單元54(如照明子系統控制與狀態偵測程式等)等至少四個構件，以將此四個構件分別(依序)連接或通訊環境因子感測模組10、空調設備20、送排風機子系統30與照明子系統40。環境偵測單元51可讀取來自環境因子感測模組10之環境因子之資訊，且環境因子包括室內環境A2中之溫度(如環境溫度或平均輻射溫度)、溫濕度(如相對濕度)、二氧化碳濃度、照度、人數與人員分布。空調設備控制與狀態偵測單元52可偵測空調設備20之溫度設定值、風速設定值與風向設定值之至少一者，送排風機子系統控制與狀態偵測單元53可偵測送排風機子系統30之風量設定值(風量控制33)，且照明子系統控制與狀態偵測單元54可偵測照明子系統40之燈具41之照度設定值43。

第一電腦60與第二電腦70兩者皆可連接或通訊控制與偵測模組50，且兩者可分別為例如單板電腦與終端運算電腦等不同電腦，且自適應性控制演算模組71可建構於第二電腦70(亦可稱為自適應性控制裝置)中；但在其它實施例中，第一電腦60與第二電腦70可為同一電腦或整合成一個電腦，且第一電腦60或第二電腦70可為筆記型電腦、桌上型電腦、平板電腦、伺服器(如雲端伺服器、網路伺服器、遠端伺服器)等，而自適應性控制演算模組71可建構於第一電腦60(亦可稱為自適應性控制裝置)中。人機介面80可具有輸入單元81(如鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、觸控板、觸控筆等)，且人機介面80可結合於第一電腦60或第二電腦70上。自適應性控制演算模組71可透過人機介面80之輸入單元81輸入室內環境A2之控制參數，例如控制參數包括預測平均票選值((Predicted Mean Vote,PMV，或稱預測平均表決)，如新陳代謝率、衣著率、平均輻射溫度等)、溫濕度、二氧化碳濃度、照度範圍(如位置或座位之照度範圍)之初始設定值。

自適應性控制演算模組71可具有一人數與人員分布分析單元72(或稱環境人數與人員分布分析單元)、一熱舒適度與空氣品質分析單元73(或稱環境熱舒適度與空氣品質分析單元)、及一照明分析單元74(或稱環境照明分析單元)，以藉由自適應性控制演算模組71使自適應環境控制系統1具有可結合熱舒適度、空氣品質、照度、及/或至少一相關設備(如空調設備20、送風機31、排風機32、燈具41等)之能源消耗平衡的自適應環境控制功能。

透過人數與人員分布分析單元72可分析出室內環境A2之人數與人員分布狀況。又，透過熱舒適度與空氣品質分析單元73可依據室內環境A2之人數與人員分布狀況分析室內環境A2之熱舒適度、空氣品質與能源消耗平衡，以提供或控制空調設備20之溫度設定值22、及送排風機子系統30(如送風機31與排風機32)之風量設定值(風量控制33)；或者，透過熱舒適度與空氣品質分析單元73可依據室內環境A2之人員分布狀況控制空調設備20之風速設定值23或風向設定值24，以維持室內環境A2之熱舒適度或調高空調設備20之溫度設定值22；抑或者，透過熱舒適度與空氣品質分析單元73可依據室內環境A2之人員群聚程度或二氧化碳濃度提供送排風機子系統30(如送風機31與排風機32)之風量設定值(風量控制33)，以控制二氧化碳設定值34、降低外氣B之進風量或降低空調設備20之負載。再者，透過照明分析單元74可依據室內環境A2之人數與人員分布狀況，提供燈具41之照度控制42或控制燈具41之照度設定值43，以提供室內環境A2中每個人員合適或合適以上(如最合適)之照度，並降低全部燈具41(如照明燈具)之耗電量。

圖2為本發明圖1所示之自適應環境控制系統1在建築物理環境A中之相關設備配置之實施例示意圖。如圖2所示，建築物理環境A(場域或場所)可包括例如走廊A1、室內環境A2(如教室、會議室、辦公室、密閉環境)及室外環境A3等，但不以此為限。

在建築物理環境A之室內環境A2中，自適應環境控制系統1可設置有至少一或多個溫度感測器11、至少一或多個(如六個)溫濕度/二氧化碳感測器12、至少一或多個照度感測器13、至少一或多個攝影機14、至少一或多個(如三個)空調設備20、至少一或多個(如二個)送風機31、至少一或多個(如二個) 排風機32、至少一或多個(如八個)燈具41、第一電腦60、路由器61(如無線路由器、Wifi路由器或分享器)等構件，以符合室內環境A2之熱舒適度、空氣品質、照度控制之需求，且前述構件可透過路由器61進行連接或通訊。

溫度感測器11可感測室內環境A2之溫度，溫濕度/二氧化碳感測器12可感測室內環境A2之溫濕度/二氧化碳濃度，照度感測器13可感測燈具41之照度，攝影機14可偵測室內環境A2之人數及人員分布(如位置或座位)。送風機31可將來自走廊A1之外氣B送入或排入至室內環境A2，排風機32可將來自室內環境A2之外氣B送出或排出至室外環境A3。

自適應環境控制系統1可結合熱舒適度、空氣品質、照度、及/或至少一相關設備(如空調設備20、送風機31、排風機32、燈具41等)之能源消耗平衡以具備自適應環境控制功能，除能維持室內環境A2之舒適度、空氣品質、照度外，亦能與能源消耗之間取得平衡，進而達到節能減碳之效果。同時，自適應環境控制系統1可應用於例如學校建築、辦公大樓、智慧建築、展覽會場、飯店等各種不同的場域或場所(建築物理環境A)，以有效提升空調舒適度、空氣品質、照明與節能等領域之應用。

自適應環境控制系統1可透過偵測與分析室內環境A2之人數與人員分布，以自適應控制空調設備20、送風機31、排風機32、燈具41等設備之設定值，俾提供每個人員合適或合適以上(如最合適)的室內環境A2之熱舒適度(如溫濕度、風速)、空氣品質(如二氧化碳濃度)與照明(如照度)。而且，自適應環境控制系統1能進行空調設備20、送風機31、排風機32、燈具41等設備之能源消耗平衡演算，以降低室內環境A2之空調設備20、送風機31、排風機32、燈具41等設備之整體耗電量。同時，經實驗之驗證結果，本發明能維持室內環境A2之熱舒適度與空氣品質，亦能使室內環境A2之照度平均節能20.8%及平均二氧化碳濃度減少18.7%。

圖3為本發明之自適應環境控制方法之流程示意圖，並參閱圖1至圖2予以說明。同時，此自適應環境控制方法之主要內容如下，其餘內容相同於上述圖1至圖2之說明，於此不再重覆記載。

自適應環境控制方法可包括：將至少一空調設備20、一送排風機子系統30及一照明子系統40設置於室內環境A2中，以令一空調設備控制與狀態偵測單元52、一送排風機子系統控制與狀態偵測單元53、及一照明子系統控制與狀態偵測單元54分別偵測空調設備20之溫度設定值22/風速設定值23/風向設定值24至少一者、送排風機子系統30之風量設定值(風量控制33)及照明子系統40之照度設定值43(照度控制42)。接著，令一自適應性控制演算模組71之人數與人員分布分析單元72分析室內環境A2之人數與人員分布狀況，以令自適應性控制演算模組71之熱舒適度與空氣品質分析單元73依據室內環境A2之人數與人員分布狀況分析室內環境A2之熱舒適度、空氣品質與至少一相關設備之能源消耗平衡，以控制空調設備A2之溫度設定值22與送排風機子系統30之風量設定值(風量控制33)，而令自適應性控制演算模組71之照明分析單元74依據室內環境A2之人數與人員分布狀況控制照明子系統40之照度設定值43。

詳言之，如圖3之步驟S1至步驟S2所示，當啟用室內環境A2(如教室、會議室、辦公室等)時，由環境因子感測模組10偵測環境因子之資訊，且由控制與偵測模組50之空調設備控制與狀態偵測單元52、送排風機子系統控制與狀態偵測單元53、照明子系統控制與狀態偵測單元54分別偵測空調設備20、送排風機子系統30、照明子系統40三者之狀態資訊。

如圖3之步驟S3所示，透過攝影機14偵測室內環境A2之人員，以令自適應性控制演算模組71之人數與人員分布分析單元72依據攝影機14之偵測結果分析室內環境A2之人數與人員分布，再將室內環境A2之人數與人員分布狀況提供予熱舒適度與空氣品質分析單元73與照明分析單元74，進而令熱舒適度與空氣品質分析單元73與照明分析單元74依據室內環境A2之人數與人員分布狀況分別對室內環境A2之熱舒適度、空氣品質與照明進行自適應性控制演算。

如圖3之步驟S4所示，自適應性控制演算模組71可透過人機介面80之輸入單元81輸入室內環境A2之控制參數，例如控制參數包括預測平均票選值(PMV或稱預測平均表決，如新陳代謝率、衣著率、平均輻射溫度等)、溫濕度、二氧化碳濃度、照度範圍(如位置或座位之照度範圍)之初始設定值。

如圖3之步驟S3、步驟S5與步驟S6所示，熱舒適度與空氣品質分析單元73可利用自適應性控制演算法分析出(得出)空調設備20與送排風機子系統30之較佳或最佳設定調控值，並透過空調設備控制與狀態偵測單元52控制空調設備20之溫度設定值22、風速設定值23、風向設定值24三者與調控三者之更新值，且透過送排風機子系統控制與狀態偵測單元53控制送排風機子系統30(如送風機31或排風機32)之風量設定值(風量控制33)與調控風量設定值之更新值。

如圖3之步驟S3與步驟S7所示，照明分析單元74可利用照明演算法分析出照明子系統40之燈具41之照度的較佳或最佳設定調控值，並透過照明子系統控制與狀態偵測單元54控制照明子系統40之燈具41之照度設定值43與調控照度設定值43之更新值。

在完成上述步驟S5至步驟S7後，可將前述控制結果(設定或調控結果)回饋至圖3之步驟S2，以令環境因子感測模組10持續偵測環境因子之資訊，且令控制與偵測模組偵測空調設備20、送排風機子系統30、照明子系統40之狀態資訊。

申言之，本發明為建立一套結合室內環境A2之空氣品質(如溫濕度/二氧化碳感測器12所感測之溫濕度/二氧化碳濃度)、溫度(如空調設備20之溫度設定值22)、光(如燈具41之光)、與能源消耗(如各個設備之能源消耗)之自適應環境控制系統1(優化調控系統)、裝置及其方法，可透過物聯網技術進行各個設備間之資料擷取、通訊及控制，並將環境因子感測模組10(攝影機14)之視覺影像偵測技術(Video Image Detection；VID)結合自適應性控制演算模組71之深度強化學習(Deep Q-Learning；簡稱DQN)演算法，以處理室內環境A2之節能優化、人數及人員分布之問題。

環境因子感測模組10之視覺影像偵測技術(VID)係利用攝影機14代替人眼獲取物體之圖像，以利用信號轉換將獲得之圖像信息轉變為數字圖像，且利用電腦模擬大腦，再用電腦程式與演算法來模擬人對事物之認知和思考，進而理解與識別圖像等替代人類完成為其設定之工作。環境因子感測模組10之視覺影像偵測技術與電腦科學、人工智慧、心理物理學及神經生物學等領域也有密切的關係，且視覺影像偵測技術可由多個相關的圖像處理系統組成，主要包括光源提供系統、圖像提取系統、電腦資料運算系統等。同時，環境因子感測模組10之視覺影像偵測技術之功能可包括圖像取得、預處理、特徵提取、檢測/分割、進階處理等，且視覺影像偵測技術之應用領域可包括影像位移偵測技術、人像臉部辨識技術、交通車輛偵測技術、火災煙霧偵測技術等。

自適應性控制演算模組71(人數與人員分布分析單元72)可使用影像偵測演算法如YOLO或YOLOv3(即You only look once；你只看一次；v3表示版本或改良版)，以計算室內環境A2之人數及人員分布。當使用影像偵測演算法如YOLO或YOLOv3偵測室內環境A2之圖像(照片)時，YOLOv3可偵測出室內環境A2中為人之邊界框(bounding box)之數量，人員分布則是在圖像(照片)中畫好每個座位之偵測框，而當偵測出人之邊界框之中心座標落於偵測框內，則可判別此座位有坐人。

在室內環境A2之燈具41之照度中，照度之定義為被照體之單位面積所接收到之總光通量，且總光通之單位為勒克斯(lux)。隨著不同環境或不同場所(場域)，對室內環境A2之燈具41之照度設定值43要求各有不同，太高之照度設定值43會明亮刺眼且形成不必要之電力浪費，而太低之照度設定值43會使眼睛疲勞造成近視，因此符合規定之照度標準是相當重要的。又，依據例如CNS(Chinese National Standards；國家標準)12112照度標準之規定，一般辦公室之照明照度規範(照度設定值43)為約300至500勒克斯(lux)，教室之照明照度規範(照度設定值43)為約500至750勒克斯(lux)，因本發明之實驗場域為某一大學之教室，故照度範圍(照度設定值43)可訂為小於500勒克斯(lux)為太暗，500至750勒克斯(lux)為合適，且超過750勒克斯(lux)為過亮。

自適應性控制演算模組71可使用照明與能源消耗優化演算法以建立場域照度模型，例如在室內環境A2(如教室等場域)建立為照明分布數學模型之場域照度模型，且照明分布數學模型可包括座位編號之照度設定值43、燈具編號在100%級別下對座位編號之照度設定值43、修正係數方程式等。

自適應性控制演算模組71可使用照明與能源消耗優化演算法以設定場域狀態值(state value)及進行調控動作，同時考量所有燈具41之總能源消耗與場域照度，且場域狀態值可由燈具41之總能源消耗狀態值與所有座位之照度狀態值兩個部分所構成。燈具41之總能源消耗為當下所有燈具41之能源消耗的加總，而為限縮燈具41之總能源消耗之數值在一定範圍內，可對燈具41之總能源消耗進行正規化。所有座位之照度為座位在有無坐人之情況下是否符合例如CNS(國家標準)12112標準規範，而為權衡照度與節能且有坐人之座位之照度不低於標準規範，可在條件式之條件中做些許設計，座位在無人情況下之臨界值(如200)為自行設定。另外，考量有坐人之座位之照度不得低於標準規範，故總能源消耗與所有座位之照度的比重可為2：1。

自適應性控制演算模組71之照明與能源消耗優化演算法可先抓取場域(室內環境A2)之所有燈具41的級別當作輸入狀態，再做所有調控動作以得到所有狀態可能，進而把所有狀態可能各自重覆前述動作，以得到下一時刻之所有狀態可能。在計算所有狀態可能時，可一併計算場域狀態值，若計算出最大值之場域狀態值是採取0之調控動作時，則終止計算。又，考量計算量及減低硬體設備之負擔，可以採取二階層做計算，而為避免搜尋之狀態可能太少，可以不單採一階層做計算。

自適應性控制演算模組71可透過深度強化學習(DQN)演算法以優化室內環境A2之熱舒適度、空氣品質與能源消耗，且深度強化學習(DQN)演算法中之系統狀態(s_t)是一個多維向量且由多個物理量組成，透過此多維向量可描述室內環境A2(如教室)之當下時刻的狀態。本發明考慮室內環境A2之性質可包括室內溫度(T_indoor)、室外溫度(T_outdoor)、熱舒適度PMV值(PMV_t)、CO₂濃度((CO₂)_t)、相對濕度(RH_t)、平均輻射溫度(MRT_t)、室內人數(num.of people_t)。本發明亦額外描述室內環境A2之狀態隨時間的變化，包括室內溫度變化(△T_indoor)、室外溫度變化(△T_outdoor)、PMV值變化(△PMV)、CO₂濃度變化(△(CO₂))。

自適應性控制演算模組71可透過深度強化學習(DQN)演算法以設計獎勵函數，且獎勵函數之設計可考慮以下項目：室內環境A2(如教室)之PMV值(預測平均票選值或稱預測平均表決)、二氧化碳濃度、空調設備20(如冷氣機)之消耗功率、送風機31/排風機32(如風扇)之耗能。又，為確保深度強化學習(DQN)演算法中獎勵函數之每個項目同等重要，故深度強化學習(DQN)演算法可對全部項目均做標準化處理，且每個項目之資料之值落在0至1之間。為了達到節省能源消耗同時維持熱舒適度及空氣品質規範，空調設備20(如冷氣機)與送風機31/排風機32(如風扇)之消耗功率越少越好，二氧化碳濃度盡可能低於750ppm(百萬分點濃度)，PMV值接近零。本發明之獎勵函數可分為五個部分，例如f(PMV)、g(CO₂)、h(wattAC)、k(wattFan)及PMV/3，除了PMV/3外，深度強化學習(DQN)演算法可對每個部分加上負號讓獎勵函數起懲罰作用，當系統狀態越偏離可接受之範圍值時得到之懲罰越重，PMV/3之用意為讓深度強化學習(DQN)演算法理解到「正的PMV值會比負的PMV值要好」，故能同樣在舒適範圍內，但不需要花費額外之能源消耗讓PMV值處於冷側狀況。

為了驗證本發明圖1至圖3所示之自適應環境控制系統1、裝置及其方法之效果，在某一大學之室內環境A2(如教室)建立實驗場域，透過實驗分析比較空調設備20(如空調機或冷氣機)之定溫控制與自適應環境控制系統1、裝置及其方法所控制之環境空氣品質(二氧化碳濃度)與整體設備(空調設備20、送風機31、排風機32、燈具41)之能源消耗之差異。

本發明之實驗場域(如教室)在有使用者使用的情況下，以一節課50分鐘為單位來分析。實驗變因分為不可控制變因與可控制變因兩大類，不可控制變因包括使用人數、人員分布、天氣、課堂順序(如第一節課或非第一節課)、室外溫度(即室外環境A3之溫度)、課堂類型(如考試或上課)、(場域)初始之二氧化碳濃度，且可控制變因包括空調設備20(如空調機或冷氣機)之溫度控制(如22-28℃)、送風機31與排風機32之開關控制(on/off)、燈具41之段位級別控制(如20-100%)、自適應性控制演算法(包括熱舒適度、空氣品質、能源消耗)或照明演算法之間隔控制時間。

圖4A與圖4B分別為本發明之自適應性控制演算模組71與空調設備20(如空調機或冷氣機)之定溫25℃、定溫26℃控制下之舒適度(預測平均票選值PMV)、平均二氧化碳濃度與能源消耗之比較圖。同時，因不可控制變因會對自適應性控制演算模組71與空調設備20(如空調機或冷氣機)之定溫控制的結果有所影響，故以下皆建立在相似條件下做比較。

在維持預測平均票選值(PMV)為舒適且二氧化碳濃度在許可範圍之情況下，如圖4A所示，自適應性控制演算模組71與定溫25℃比較，平均節省能源消耗約19%(從-1%至43%)，且平均二氧化碳濃度減少約21.3%；又如圖4B所示，自適應性控制演算模組71與定溫26℃比較，平均節省能源消耗約15%(從8.3%至21%)，且平均二氧化碳濃度減少約12.9%。

下列表1為本發明之照度節能比較表，並參閱圖1與圖2予以說明。照明分析單元74之照明演算法可依據人員分布、照度、能源消耗之權衡計算出室內環境A2之最佳化照明分布並做調控，在節能方面跟場域一般使用情形與所有位置(如座位)維持最低照度規範做比較，一般使用情形為全部燈具41皆在100%級別下運作；所有位置(如座位)維持最低照度規範為全部燈具41皆在90%級別下運作。由於照明分析單元74之照明演算法係依據當下人員分布作調控，沒人坐的區塊其周圍之燈具41會設定在低段位級別，讓此區塊維持在低照度值，與場域一般使用情形比較平均節能36.49%，且與所有位置(如座位)維持最低照度規範比較平均節能32.02%。

表1：

圖5為本發明中可結合熱舒適度、空氣品質、照明與能源消耗平衡之自適應環境控制系統1、裝置及其方法之總體節能效果比較圖，並參閱圖1與圖2予以說明。

如圖5所示，斜線長條為空調設備20(如空調機或冷氣機)之定溫控制且搭配全部燈具41在100%級別(即場域一般使用情形)，白色長條為空調設備20(如空調機或冷氣機)之定溫控制且搭配全部燈具在90%級別(即所有位置或座位維持最低照度規範)，網點長條為使用自適應性控制演算模組71(自適應性控制演算法與照明演算法)作調控，左側縱軸為總能源消耗(單位可為kWh(千瓦小時))，下方橫軸為相關案例。

經總體節能效果比較之結果，透過具有熱舒適度、空氣品質、照明與能源消耗平衡之自適應環境控制系統1及其方法，能在維持良好的熱舒適度條件下，總體效果可平均節能為20%，且平均二氧化碳濃度減少18.7%。

綜上，本發明之自適應環境控制系統、裝置及其方法至少具有下列特色、優點或技術功效。

一、本發明能結合熱舒適度、空氣品質、照度、及/或相關設備(空調設備、送排風機子系統(如送風機/排風機)、照明子系統(如燈具))之能源消耗平衡，以利具備自適應環境控制功能。

二、本發明之人數與人員分布分析單元有利於分析出或得出室內環境之人數與人員分布狀況。

三、本發明之熱舒適度與空氣品質分析單元能依據室內環境之人數與人員分布狀況分析室內環境之熱舒適度、空氣品質與能源消耗平衡，以利控制空調設備之溫度設定值、送風機與排風機之風量設定值。

四、本發明之熱舒適度與空氣品質分析單元能依據室內環境之人員分布狀況進行空調設備之風速與風向控制，以利在維持室內環境之熱舒適度下，可調高空調設備之溫度設定值。

五、本發明之熱舒適度與空氣品質分析單元能依室內環境之人員群聚程度或二氧化碳濃度控制送風機與排風機之風量設定值，以利降低外氣之進風量或降低空調設備之負載。

六、本發明之照明分析單元能依據室內環境之人數與人員分布狀況提供燈具(照明燈具)之照度控制，以利提供每個人員合適或合適以上(如最合適)之照度，並降低全部燈具之耗電量。

上述實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均能在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何使用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為申請專利範圍所涵蓋。因此，本發明之權利保護範圍應如申請專利範圍所列。