基于用户舒适感的室内环境集成控制系统及方法

摘要

本发明提出一种基于用户舒适感的室内环境集成控制系统，包括：人机交互装置，用于接收用户对于室内环境的舒适感信息并生成对应的舒适感信息信号；检测装置，用于检测室内环境一个或多个当前环境参数，并生成对应的当前环境参数信号；控制装置，用于接收并分析舒适感信息信号和当前环境参数信号以得到室内环境的目标参数域，并生成对应于目标参数域的环境控制信号；调节装置，用于根据环境控制信号执行调节动作以将当前环境参数调整至对应的目标环境参数。本发明还提出了一种基于用户舒适感的室内环境集成控制方法。本发明基于用户舒适感的主观感受对室内环境调节设备进行调整，可以为用户提供舒适、满意的室内环境。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑环境控制技术领域，特别涉及一种基于用户舒适感的室内 环境集成控制系统及方法。

背景技术

在现有的建筑室内环境监测调节技术中，对温度、湿度、照度、空气品质 等环境参数的控制，是基于房间用户或者建筑管理人员设定的设定值来控制空 调、照明、遮阳等室内设备的运行。这种控制方法的缺点是由于大多数用户并 不知道舒适的房间温湿度等参数的数值为多少，因此目前的控制方法经常造成 房间过冷、过热等不舒适的使用环境，而且还引起建筑环境控制能耗的增加。 此外，目前的室内热环境、光环境、声环境等的控制方法都是各成独立系统、 互不通信的，这种控制方法无法实现各系统之间的集成与优化控制、无法通过 集成优化来降低室内环境控制能耗。

以下为现有技术中涉及建筑室内环境控制的方法的示例：

1）通过热成像传感器获取室内环境热成像数据，并对热成像数据进行辨 识和分析，从而计算出主观辐射温度，再根据主观辐射温度和人机交互界面装 置所设定的温度调节室内空调末端的制冷制热量，从而对室内环境进行优化控 制以达到室内人员舒适的温度。该技术仍然采用的基于温度设定值的控制方 法，并且没有考虑多维环境参数的集成控制。

2）利用无线传感器网络对公共场所中的环境参数进行采集，将获取的环 境参数送入控制器，控制器对获取的环境参数进行模糊建模和混沌建模；根据 建立的环境参数模型，建立模糊神经网络，利用模糊神经网络对工作设备进行 实时控制；再利用混沌微扰控制方法对公共场所中的工作设备进行长期控制。 该技术没有把人的感受引入到控制回路中，也没有考虑多维环境参数的集成控 制。

3）一种建筑综合节能控制系统，包括：太阳能集热器、水箱、吸附式冷 水机组、风冷冷热水机组、风机盘管、地暖、换热器、各种控制器、无线数据 发送模块和监控计算机有效的利用了太阳能资源为建筑内的设备供能，节约了 电能的消耗。该系统主要着眼于利用太阳能节约热环境控制能耗，没有考虑人 的舒适感及多维参数的集成控制。

4）一种建筑自动化控制系统和方法，该系统包括末端设备、交换服务器 和控制逻辑模块。该技术主要着眼于提高自动控制系统的信息交互效率，降低 成本，减少工作量，增加抗干扰能力。

5）一种室内光线控制方法，包括：预设目标控制点的室内光照强度目标 值，采集获取室外光照强度值和目标控制点的室内光照强度值，根据室内光照 强度值、室外光照强度值以及预设的室内光照强度目标值调整室内光线调整装 置和／或室内辅助照明装置，令室内光照强度值等于室内光照强度目标值。该 技术只考虑了光环境的控制，没有考虑多维环境参数的集成控制。

6）一种智能建筑集成系统，该系统为二级网络结构，第一级为管理层网 络，第二级为监控层网络。该集成系统还包括对建筑内所属的照明设备进行智 能控制的智能照明控制系统，空调和送排风系统，给排水和水处理系统。该技 术主要着眼于各子系统在顶层的集成，以方便管理为主要目的，没有实现底层 房间级别的多维环境参数的集成控制。

综上所述，现有技术中的建筑的室内环境控制系统考虑到的用户的舒适感 感觉、并且环境参数不够全面，或者未实现集成化控制。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有 用的商业选择。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于用户舒适感的室内环境集成 控制系统，可以基于用户的主观感受对室内环境调节设备进行调整，为用户提 供舒适、满意的室内环境，通过对各室内环境参数控制的集成与优化，实现建 筑室内环境调节设备的能耗最小化。本发明的第二个目的在于提出一种基于用 户舒适感的室内环境集成控制方法。

为达到上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种基于用户舒适感的 室内环境集成控制系统，包括：人机交互装置，用于接收用户对于室内环境的 舒适感受信息，并根据所述舒适感信息生成对应的舒适感信息信号；检测装置， 用于检测所述室内环境一个或多个当前环境参数，并根据所述一个或多个当前 环境参数生成对应的一路或多路当前环境参数信号；控制装置，所述控制装置 分别与所述交互装置和所述检测装置相连，用于接收所述舒适感信息信号和所 述一路或多路当前环境参数信号，以及对所述舒适感信息信号和所述一路或多 路当前环境参数信号进行分析以得到室内环境的目标参数域，并生成对应于所 述目标参数域的一路或多路环境控制信号，其中，所述目标参数域包括一个或 多个目标环境参数；调节装置，所述调节装置与所述控制装置相连，用于根据 所述一路或多路环境控制信号执行调节动作以将所述一个或多个当前环境参 数调整至对应的目标环境参数。

根据本发明实施例的基于用户舒适感的室内环境集成控制系统，基于用户 舒适感的主观感受对室内环境调节设备进行调整，可以为用户提供舒适、满意 的室内环境，通过对各室内环境参数控制的集成与优化，使各环境调节设备相 互配合，达到实现建筑室内环境调节设备能耗最小化的目的。

在本发明的一个实施例中，所述检测装置包括：一个或多个检测单元，每 个检测单元用于检测对应的当前环境参数。

在本发明的一个实施例中，所述一个或多个检测单元包括以下一种或多 种：温度传感器、湿度传感器、辐射温度传感器、照度传感器、二氧化碳浓度 传感器、声压级传感器和气流速度传感器。

在本发明的一个实施例中，所述控制装置包括：通信模块，所述通信模块 与所述交互装置相连，用于接收所述舒适感信息信号；模拟量输入通道，所述 模拟量输入通道与所述检测装置相连，用于接收所述一路或多路当前环境参数 信号；分析模块，所述分析模块分别与所述串口通信模块和所述模拟量输入通 道相连，用于将所述舒适感信息信号转换为对应的舒适感环境参数值，以及根 据所述一路或多路当前环境参数信号解析出对应的所述一个或多个当前环境 参数，并根据所述舒适感环境参数值和一个或多个当前环境参数设置所述目标 参数域，并生成对应于所述目标参数域的一路或多路环境控制信号；模拟量输 出通道，所述模拟量输出通道与所述分析模块相连，用于以模拟量的形式输出 所述一路或多路环境控制信号至所述调节装置；数字量输出通道，所述数字量 输出通道与所述分析模块相连，用于以数字量能的形式输出所述一路或多路环 境控制信号。

在本发明的一个实施例中，所述控制装置与所述室内装置的楼宇自控系统 通过以太网进行通信，以对所述室内装置及所述调节装置进行远程监测和控 制。

在本发明的一个实施例中，所述调节装置包括多个调节单元，其中每个所 述调节单元用于根据接收到的对应的环境控制信号执行调节动作以将对应的 当前环境参数调整至目标环境参数。

在本发明的一个实施例中，所述多个调节单元包括:温湿度控制调节设备、 照度控制调节设备、声环境控制调节设备和空气品质控制调节设备。

在本发明的一个实施例中，所述人机交互装置包括：人机交互界面模块， 用于显示并接收用户输入的多个预设舒适感信息。

在本发明的一个实施例中，所述人机交互界面模块还还可以显示所述室内 环境的环境参数和能耗信息。

本发明第二方面的实施例提出了一种基于用户舒适感的室内环境集成控 制方法，包括如下步骤：接收用户的对于室内环境的舒适感信息，并检测所述 室内环境一个或多个当前环境参数，分别根据所述舒适感信息和所述一个或多 个当前环境参数生成对应的舒适感信息信号和一路或多路当前环境参数信号； 对所述舒适感信息信号和所述一路或多路当前环境参数信号进行分析以得到 室内环境的目标参数域，并生成对应于所述目标参数域的一路或多路环境控制 信号，其中，所述目标参数域包括一个或多个目标环境参数；根据所述一路或 多路环境控制信号控制所述室内环境中的调节装置执行调节动作以将所述一 个或多个当前环境参数调整至对应的目标环境参数。

根据本发明实施例的基于用户舒适感的室内环境集成控制方法，基于用户 舒适感的主观感受对室内环境调节设备进行调整，可以为用户提供舒适、满意 的室内环境，通过对各室内环境参数控制的集成与优化，使各环境调节设备相 互配合，达到实现建筑室内环境调节设备能耗最小化的目的。

在本发明的一个实施例中，所述一个或多个当前环境参数包括：温度、湿 度、照度、二氧化碳浓度、声压级和气流速度。

在本发明的一个实施例中，所述基于用户舒适感的室内环境集成控制方 法，还包括：向用户显示所述室内环境的当前环境参数和能耗信息。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描 述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中 将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的基于用户舒适感的室内环境集成控制系统的示意 图；

图2是本发明实施例的交互装置的示意图；

图3是本发明实施例的检测装置的示意图；

图4是本发明实施例的控制装置的示意图；

图5是本发明一个实施例的基于房间用户舒适感的室内环境集成控制系 统示意图；

图6是本发明另一个实施例的基于用户舒适感的室内环境集成控制系统 的布局示意图；以及

图7是本发明实施例的基于用户舒适感的室内环境集成控制方法的流程 图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元 件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不 能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、 “固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以 通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术 人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，根据本发明第一方面的实施例的基于用户舒适感的室内环境 集成控制系统，包括：人机交互装置110、检测装置120、控制装置130和调 节装置140。

具体地，人机交互装置110接收用户对于室内环境的舒适感信息，并根据 舒适感信息生成对应的舒适感信息信号。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，人机交互装置110包括：人机交 互界面模块，用于显示并接收用户输入的多个预设舒适感信息。在本发明的一 个实施例中，人机交互界面模块可以为触摸屏或机械按钮。

当人机交互界面模块为触摸屏时，进一步包括：显示屏111、检测单元112 和控制单元113。其中，显示屏111显示多个预设舒适感参考信息，以及实时 显示室内环境的环境参数和能耗信息。检测单元112与显示屏111相连，用于 检测用户在显示屏111上的触摸位置，并根据用户的触摸位置获取对应的用户 选择的舒适感参考信息，作为用户的舒适感信息。控制单元113分别与检测单 元112和控制装置130相连，用于根据用户的舒适感信息生成对应的舒适感信 息信号，并将该舒适感信息信号发送至控制装置130。

人家交互装置通过与用户进行交互，接收用户对房间室内环境的感受，并 向用户反馈当前环境状态、能耗状态和能耗费等信息，可以唤起、促进用户的 节能意识，诱导、规范用户形成良好的用能行为。

检测装置120检测室内环境的一个或多个当前环境参数，并根据一个或多 个当前环境参数生成对应的一路或多路当前环境参数信号。

在本发明的一个实施例中，检测装置120包括：一个或多个检测单元122， 其中，每个检测单元检测对应的当前环境参数。检测单元可包括以下一种或多 种检测设备：温度传感器、湿度传感器、辐射温度传感器、照度传感器、二氧 化碳浓度传感器、声压级传感器和气流速度传感器等，分别用于检测温度、湿 度、辐射温度、照度、二氧化碳浓度、声压级和气流速度等环境参数。

在本发明的一个实施例中，一个或多个检测单元122可以散布在房间各处 合适的地方。

在本发明的另一个实施例中，一个或多个检测单元122也可以放置在检测 箱121内。

控制装置130分别与人机交互装置110和检测装置120相连，用于接收舒 适感信息信号和一路或多路当前环境参数信号，以及对舒适感信息信号和一路 或多路当前环境参数信号进行分析以得到室内环境的目标参数域，并生成对应 于该目标参数域的一路或多路环境控制信号，其中，所述目标参数域可以包括 一个或多个目标环境参数。

在本发明的一个实施例中，控制装置130包括：通信模块131、模拟量输 入通道132、分析模块133、模拟量输出通道134和数字量输出通道135。其 中，通信模块131与人机交互装置110相连，用于接收舒适感信息信号。在本 发明的一个实施例中，通信模块131可以为串口或以太网口。

模拟量输入通道132与检测装置120相连，用于接收一路或多路当前环境 参数信号。分析模块133分别与串口通信模块131和模拟量输入通道132相连， 用于将舒适感信息信号转换为对应的舒适感参数值，以及根据一路或多路当前 环境参数信号解析出对应的一个或多个当前环境参数，并根据舒适感参数值和 一个或多个当前环境参数，解析出可以使用户达到舒适的多维室内环境目标参 数域，并生成对应于该目标参数域的一路或多路环境控制信号。模拟量输出通 道134与分析模块133相连，用于以模拟量的形式输出一路或多路环境控制信 号至调节装置140。数字量输出通道135与分析模块133相连，用于以数字量 的形式输出一路或多路环境控制信号至调节装置140。

调节装置140与控制装置130相连，用于根据接收到的一路或多路环境控 制信号执行调节动作以将一个或多个当前环境参数调整至对应的目标环境参 数。

在本发明的一个实施例中，调节装置140包括多个调节单元，其中每个调 节单元根据接收到的对应的环境控制信号执行调节动作以将对应的当前环境 参数调整至目标环境参数。调节单元包括：温湿度控制调节设备（例如空调设 备）、照度控制调节设备（例如遮阳设备、照明灯具）、声环境控制调节设备（例 如风机等噪声源设备）和空气品质控制调节设备（例如通风换气设备、可开启 外窗）等。各调节单元根据接收到的环境控制信号调节室内的热湿环境、光环 境、声环境、空气品质等，使室内环境达到可以使用户感觉满意的状态。

根据本发明实施例的基于用户舒适感的室内环境集成控制系统，基于 用户的主观感受对室内环境调节设备进行调整，可以为用户提供舒适、满 意的室内环境，通过对各室内环境参数控制的集成与优化，使各环境调节 设备相互配合，达到实现建筑室内环境调节设备能耗最小化的目的。

在本发明的一个实施例中，基于房间用户舒适感的室内环境集成控制 系统如图5所示，其中各数字代表的设备/装置如下：

人机交互界面1，用于接收房间用户对室内环境的感受，并向用户反馈 环境及能耗信息。

多维室内环境参数传感器2，测量多维室内环境参数，包括温度、湿度、 辐射温度、照度、二氧化碳浓度、声压级、气流速度。

用户舒适感解释器及多维环境参数集成控制器3，将接收到的房间用户 的感受，解释出可以使用户达到舒适的多维室内环境参数域，再通过多维 环境参数集成控制器，找到最优的环境调节设备的动作，使室内环境达到 可以使用户感觉满意的状态，同时实现各环境调节设备相互配合、多维参 数集成优化、室内环境调控能耗最小化。

室内环境控制调节设备4，包括温度、湿度控制调节设备（空调设备）、 照度控制调节设备（遮阳设备、照明灯具）、声环境控制调节设备（风机 等噪声源设备）、空气品质控制调节设备（通风换气设备、可开启外窗）。

在本发明的另一个实施例中，基于用户舒适感的室内环境集成控制系 统布局如图6所示，其中各数字代表的设备/装置如下：

通过触摸屏输入及显示的人机界面设备1，房间用户输入对室内环境的 感受，即太热、太冷、太干、太湿、炫目、太暗、太闷、太吹、太吵，同 时向房间用户反馈室内环境参数及能耗信息。测量室内环境参数的传感器 箱2，包括温度、湿度、辐射温度、照度、二氧化碳浓度、声压级、气流 速度传感器等。直接数字控制器（DDC）3，通过串口通信线路与人机界面 设备1相连，并将模拟量输入（AI）通道连接到传感器，测量传感器的输 出，并将其转换为环境参数的数值。DDC3的模拟量输出通道（AO）及 数字量输出通道（DO）连接到各环境调控设备，调节这些设备的开启/停止 及开度。DDC还通过一条以太网线，连接到楼宇自控系统的网络，可以 实现对本房间室内环境及设备的远程监测与控制。DDC3中存储有基于房 间用户舒适感的集成控制程序，用于将用户对环境的感受解释为舒适的环 境参数域，并具有多维环境参数集成优化的功能，给出能耗最小的最优设 备动作。可调光灯具4根据DDC3给出的信号，调节照明输出，营造使用 户感觉舒适的光环境。风机盘管5根据DDC3给出的信号，开启或关断空 调水阀以及改变风机档位，调节空调供冷供热量的输出，使房间的温湿度 环境能够使用户感觉舒适。电动百叶6根据DDC3给出的信号，调节百叶 角度及位置，调节进入室内的自然照明照度及进入室内的太阳辐射热量， 使得照明和空调的综合能耗最小。

如图7所示，本发明第二方面实施例的基于用户舒适感的室内环境集 成控制方法，包括如下步骤：

S701：接收用户的对于室内环境的舒适感信息，并检测室内环境的一 个或多个当前环境参数，分别根据舒适感信息和一个或多个当前环境参数 生成对应的舒适感信息信号和一路或多路当前环境参数信号。其中，一个 或多个当前环境参数包括：温度、湿度、辐射温度、照度、二氧化碳浓度、 声压级和气流速度等。

本发明通过交互模块接收用户输入舒适度信息，基于房间用户对所处 的室内环境的主观感受进行控制，取代常规的设置温度、湿度、照度等环 境参数设定值的方式。

S702：对舒适感信息信号和一路或多路当前环境参数信号进行分析以 得到室内环境的目标参数域，并生成对应于目标参数域的一路或多路环境 控制信号，其中，目标参数域包括一个或多个目标环境参数，环境控制信 号可以是模拟信号，或数字信号。

将接收到的房间用户的主观感受，以舒适感信息信号传送给控制系统。 控制系统结合当前环境参数信号解析出可以使用户达到舒适的多维室内环 境参数域，找到最优的环境调节设备的动作，向各环境调节设备发送环境 控制信号，通过多维环境参数的集成优化，确定最优的环境调控设备的动 作，实现各环境调节设备相互配合、室内环境调控能耗最小化。

S703：根据一路或多路环境控制信号控制室内环境中的调节装置执行 调节动作以将一个或多个当前环境参数调整至对应的目标环境参数。

空调设备、照明设备、遮阳设备、外窗等相应的室内环境调节设备根 据接收到的环境控制信号调节室内的热湿环境、光环境、声环境、空气品 质等，使室内环境达到可以使用户感觉满意的状态。

根据本发明实施例的基于用户舒适感的室内环境集成控制方法，基于 用户的主观感受对室内环境调节设备进行调整，可以为用户提供舒适、满 意的室内环境，通过对各室内环境参数控制的集成与优化，使各环境调节 设备相互配合，达到实现建筑室内环境调节设备能耗最小化的目的。

本发明的一个实施例的基于用户舒适感的室内环境集成控制方法还包 括：

S704：实时向用户显示室内环境的当前环境参数和能耗信息。

通过人机交互界面实时向用户反馈环境状态、能耗状态和能耗费等信 息，可以唤起、促进用户的节能意识，诱导、规范用户形成良好的用能行 为。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解 为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行 指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括 另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能 按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例 所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被 认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算 机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括 处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系 统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言， "计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指 令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。 计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个 布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器 （RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速 存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机 可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以 例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他 合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器 中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。 在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执 行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方 式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有 用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合 逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA） 等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或 部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种 计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组 合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块 中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的 形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品 销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体 特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说 明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且， 描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例 中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例 是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本 发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修 改、替换和变型。