基于人体舒适度的空调器控制方法及空调器

摘要

本发明提供一种基于人体舒适度的空调器控制方法，包括以下步骤：采集空调房间内人体的实时着衣体表温度Ts；采集空调房间内的实时建筑物内表面温度Tq；采集空调房间内的实时环境温度Th；计算实时人体舒适度C’，C’=hr*(Ts‑Tq)+hc*(Ts‑Th),其中hr和hc为常数，其中hr为放射热传导率，hc为对流热传导率；控制空调系统动作使得实时人体舒适度C’等于空调房间内人体感到舒适的标准人体舒适度C。还公开了一种空调器。本发明可以排除湿度在人体舒适度检测时的干扰，提供一种空调控制系统可以使用的人体舒适度参数，控制空调器运行以保持人体舒适度始终维持在标准人体舒适度，空调效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及一种基于人体舒适度的空调器控制方法，以及一种应用该种控制方法的空调器。

背景技术

人体舒适度与人体的热平衡机能、体温调节、内分泌系统、消化器官等人体生理功能有关，并受多种气象要素的综合影响。例如大气温度、湿度、气压、光照、风速等等。现有技术中通常根据SSD公式计算人体舒适度，SSD=(1.818t+18.18)(0.88 + 0.002f)+(t-32) /(45-t)- 3.2v+18.2。其中SSD为人体舒适度指数,t为平均气温,f为相对湿度,v为风速。现有技术中，公开了以SSD公式为基础数据模型基于人体舒适度的空调控制系统,如中国专利申请（申请号201310206996.7）中所公开的技术方案。“在该空调系统中设置有室内环境参数采集模块、人体舒适度SSD控制模块、室内主控模块、参数设置模块和显示模块，室内环境参数采集模块采集室内温度、湿度和气流速度，参数设置模块设定温度和湿度，地域代码。人体舒适度SSD控制模块根据地域代码修正人体舒适度SSD公式系数，计算并调整室内的人体舒适度SSD，发送至显示模块显示，尤其将气象领域的人体舒适度SSD应用到空调系统上，综合考虑温度、湿度和空气流速对人体舒适度的影响，解决人体舒适度SSD公式因不同地域而有所差异的问题。”

实验表明，气温适中时，湿度对人体的影响并不显著。尤其是在空调房间中，空调器制冷时，由于热交换器表面的温度低于空气的露点温度，热交换器的表面形成冷凝水，空调房间中的湿度肯定会随着温度的下降而下降，因此使用空调器制冷时，湿度因素影响人体舒适度的比重会随着空调使用时间的增长而持续下降，影响空调舒适度的主要因素还是空调房间内的温度。而制热时，空调器对湿度的调节并不明显。所以，在设置有空调器且空调器处于工作状态时，SSD公式并不能准确的反映出一个变化的条件下人体舒适度的变化，而基于SSD公式生成的控制方法也存在明显的偏差，并不能准确反映并维持最佳的人体舒适度。

发明内容

本发明提供一种准确并维持最佳人体舒适度的空调器控制方法。

基于人体舒适度的空调器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集空调房间内人体的实时着衣体表温度T_s；

采集空调房间内的实时建筑物内表面温度T_q；

采集空调房间内的实时环境温度T_h；

计算实时人体舒适度C’，

C’=h_r*(T_s-T_q)+h_c*(T_s-T_h),>r和h_c为常数，其中h_r为放射热传导率，h_c为对流热传导率；

控制空调系统动作使得实时人体舒适度C’等于空调房间内人体感到舒适的标准人体舒适度C。

进一步的，空调器控制器中存储有人体舒适度偏差程度和人体状态的关联关系，对应每一种人体状态分配一种运行控制模式；

空调器控制器计算实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的差值, 并根据所述差值确定实时人体舒适度偏差程度，根据所述关联关系判定人体状态，并调用对应的运行控制模式，控制空调系统按照所述运行控制模式运行，使得实时人体舒适度C’等于标准人体舒适度C。

进一步的，若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的差值处于第一区间，则实时人体舒适度偏差高，人体状态为不舒适，对应分配第一运行控制模式；

若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的差值处于第二区间，则实时人体舒适度偏差较高，人体状态为较为不适，对应分配第二运行控制模式；

若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的差值处于第三区间，则实时人体舒适度偏差较低，人体状态为较为舒适，对应分配第三运行控制模式；

其中第一区间、第二区间和第三区间的阈值依次递减，第一运行控制模式、第二运行控制模式和第三运行控制模式中的压缩机目标运行频率依次递减。

进一步的，若控制空调系统按照所述第三运行控制模式运行，则在达到所述第三运行控制模式的目标运行频率后的第一检测周期后再次采样实时人体舒适度C；若控制空调系统按照所述第二运行控制模式运行，则在达到所述第二运行控制模式的目标运行频率后的第二检测周期后再次采样实时人体舒适度C，若控制空调系统按照所述第一运行控制模式运行，则在达到所述第一运行控制模式的目标运行频率后的第三检测周期后再次采样实时人体舒适度C，其中第一检测周期、第二检测周期和第三检测周期的时长逐渐递减。

进一步的，空调器控制器中存储有人体舒适度偏差程度和人体状态的关联关系，对应每一种人体状态分配一种运行控制模式；

空调器按照用户设定的工作模式运行；空调器控制器计算连续两个判断周期内实时人体舒适度C'的变化趋势，如果连续两个判断周期内，实时人体舒适度C'的变化趋势相同，则空调器控制器计算最后一个判断周期结束时实时人体舒适度C’相对于标准人体舒适度C的变化率，并根据所述变化率确定实时人体舒适度偏差程度，根据所述关联关系判定人体状态，并调用对应的运行控制模式，控制空调系统按照所述运行控制模式运行，使得实时人体舒适度C’等于标准人体舒适度C。

进一步的，若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的变化率处于第一区间，则实时人体舒适度偏差高，人体状态为不舒适，对应分配第一运行控制模式；

若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的变化率处于第二区间，则实时人体舒适度偏差较高，人体状态为较为不适，对应分配第二运行控制模式；

若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的变化率处于第三区间，则实时人体舒适度偏差较低，人体状态为较为舒适，对应分配第三运行控制模式；

其中第一区间、第二区间和第三区间的阈值依次递减，第一运行控制模式、第二运行控制模式和第三运行控制模式中的压缩机目标运行频率上限依次递减。

进一步的，若控制空调系统按照所述第三运行控制模式运行，则在达到所述第三运行控制模式的目标运行频率后的第一检测周期后再次采样实时人体舒适度C；若控制空调系统按照所述第二运行控制模式运行，则在达到所述第二运行控制模式的目标运行频率后的第二检测周期后再次采样实时人体舒适度C，若控制空调系统按照所述第一运行控制模式运行，则在达到所述第一运行控制模式的目标运行频率后的第三检测周期后再次采样实时人体舒适度C，其中第一检测周期、第二检测周期和第三检测周期的时长逐渐递减。

优选的，所述建筑物内表面温度为与空调器出风口面对的墙体的表面温度。

优选的，所述建筑物内表面温度为空调房间所有内壁的内表面温度的平均值。

本发明公开的控制方法，可以排除湿度在人体舒适度检测时的干扰，提供一种空调控制系统可以使用的人体舒适度参数，控制空调器运行以保持人体舒适度始终维持在标准人体舒适度，空调效果好。

一种空调器，采用基于人体舒适度的空调器控制方法，控制方法包括以下步骤：

采集空调房间内人体的实时着衣体表温度T_s；

采集空调房间内的实时建筑物内表面温度T_q；

采集空调房间内的实时环境温度T_h；

计算实时人体舒适度C’，

C’=h_r*(T_s-T_q)+h_c*(T_s-T_h),>r和h_c为常数，其中h_r为放射热传导率，h_c为对流热传导率；

控制空调系统动作使得实时人体舒适度C’等于空调房间内人体感到舒适的标准人体舒适度C。

本发明具有空调效果好的优点。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明所公开的基于人体舒适度的空调器控制方法第一种实施例的流程图；

图2为本发明所公开的基于人体舒适度的空调器控制方法第二种实施例的流程图；

图3为本发明所公开的基于人体舒适度的空调器控制方法第三种实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

参见图1所示为本发明所公开的基于人体舒适度的空调器控制方法第一种实施例的流程图。如图所示，本发明的控制方法中对于人体舒适度的控制不依赖于SSD数据模型。具体来说，包括以下步骤：

首先，采集空调房间内用户的人体实时着衣体表温度T_s。人体实时着衣体表温度T_s可以通过设置在空调器上的红外传感器检测。采集空调房间内的实时建筑物内表面温度T_q，建筑物内表面温度T_q可以采用与墙面、顶面、地面直接接触的温度传感器检测，也可以采用红外传感器或热成像仪进行检测。内表面温度T_q可以是空调器安装接触的墙面表面温度，也可以是空调器出风口面对的墙面的表面温度，还可以是顶壁的温度或者地面的温度。对于家庭用户来说，上下左右邻里的房间温度、建筑物朝向所引起的日照时间变化等其它因素也会对空调房间的内表面温度造成影响。因此，实时建筑物内表面温度T_q优选为空调房间所有内壁内表面温度的平均值。进一步采集空调房间内的实时环境温度T_h，实时环境温度T_h优选为空调回风口的进风温度。人体实时着衣体表温度T_s，实时建筑物内表面温度T_q，空调房间内的实时环境温度T_h的采样频率一致。采样频率优选为1/分钟。采样频率可以适度增大或减小。

利用人体实时着衣体表温度T_s，实时环境温度T_h和实时建筑物内表面温度T_q，计算实时人体舒适度C’，C’=h_r*(T_s-T_q)+h_c*(T_s-T_h),>r和h_c为常数，h_r为放射热传导率，h_c为对流热传导率。通常来说，hr的取值在4W/m²℃至5W/>2℃之间，h_c的取值在3W/m²℃至4W/m²℃之间。放射热传导率和对流热传导率通常取定值，且存储在空调器的控制器中供随时调取。正常情况下，人体实时着衣体表温度T_s，实时环境温度T_h和实时建筑物内表面温度T_q不超过1℃。

在得到实时人体舒适度之后，控制空调系统动作，使得实时人体舒适度C’等于空调房间内人体感到舒适的标准人体舒适度C。标准人体舒适度C的数值区间一般为（-0.5，0.5），也可以进一步缩小这个范围，提高空调器的控制精度。控制的基本原则是通过控制压缩机的运行频率和进入室内换热器的制冷剂流量，适时地满足消除实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C之间偏差的要求。

具体来说，参见图2所示，空调器控制器中存储有人体舒适度偏差程度和人体状态的关联关系。以标准人体舒适度为0举例，当偏差在（2.5，3）的范围内时，实时人体舒适度偏差高，人体状态为不舒适。当偏差在（1.5，2.5）的范围内时，实时人体舒适度偏差较高，人体状态为较为不适。当偏差在（0.5，1.5）的范围内时，实时人体舒适度偏差较低，人体状态为较为舒适。对应人体状态不舒适、较为不适和较为舒适的偏差数值区间，即一一对应的第一区间、第二区间和第三区间，第一区间、第二区间和第三区间的阈值依次递减且互不重叠，避免后续控制出现混乱。第一区间、第二区间和第三区间的偏差数值可以根据空调房间内用户类型进行调整，例如，对于幼儿园、学校或者敬老院等普遍用户体质较敏感的用户来说，可以将每一个区间范围的长度缩小，降低第一区间的上限阈值，以提高用户舒适度。当偏差在（0，0.5）的范围内时，空调器不动作。

为了有效地消除实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C之间的偏差，空调器控制器中对应每一种人体状态分配一种运行控制模式。如果人体状态为不舒适时，对应分配第一运行控制模式。如果人体状态为较为不适，对应分配第二运行控制模式。如果人体状态较为舒适，对应分配第三运行控制模式。第一运行控制模式、第二运行控制模式和第三运行控制模式中的压缩机目标运行频率依次递减。

空调器控制器按照设定的采样频率采样空调房间内人体的实时着衣体表温度T_s,实时建筑物内表面温度T_q以及实时环境温度T_h并计算实时人体舒适度C’,>

为了达到节能的目的，若开机之后的首次检测和控制过程中，控制空调系统根据实时人体舒适度C’按照第三运行控制模式运行，则在该运行控制模式下，压缩机的目标频率上限较低，偏差较小，耗能较小即可以消除偏差控制空调器稳定运行, 整个空调房间的负荷较为稳定。在稳定的条件下，在达到第三运行控制模式的目标运行频率后的第一检测周期后再次采样实时人体舒适度C’。若开机之后的首次检测和控制过程中，控制空调系统根据实时人体舒适度C’按照第二运行控制模式运行，则在该运行控制模式下，压缩机的目标频率上限较高，偏差较大，中等耗能即可以消除偏差控制空调器稳定运行，整个空调房间的负荷存在波动但波动不大。在这种条件下，在达到第二运行控制模式的目标运行频率后的第二检测周期后再次采样人体舒适度C’。若开机之后的首次检测和控制过程中，控制空调系统根据实时人体舒适度C’按照第一运行控制模式运行，则在该运行控制模式下，压缩机的目标频率上限高，偏差大，需要较大的耗能才可以消除偏差控制空调器稳定运行，整个空调房间负荷的波动大。在波动较大的条件下，在达到第一运行控制模式的目标运行频率后的第三检测周期后再次采样实时人体舒适度C’。第一检测周期，第二检测周期和第三检测周期的时长逐渐递减，从而实现当空调房间的条件稳定时，降低检测和控制的频次，保持较低水平控制，当空调房间的负荷存在波动但波动不大时，保证一定程度检测动作频率和控制动作频率，保持中度水平控制，当空调房间的负荷波动大时，保持高频率的检测动作和控制动作，保持高水平控制。当需要说明的是，上述的压缩机目标频率的“较低”，“较高”和“高”并不是指目标频率的绝对值较低，较高或者高，而是比较三种运行模式中首次升频目标频率的结果。 压缩机停机之后，再次启动时也同样执行上述控制过程。

需要进一步说明的是，在计算偏差时，可以保留数据的符号，并在空调器的控制器中预留独立的存储单元存储符号位。通过符号代表用户的冷热，并直接控制四通换向阀，控制空调器处于制冷或者制冷工况下运行模式。以标准人体舒适度为0举例，当偏差在（-3，-2.5）的范围内时，人体状态为很冷。当偏差在（-2.5，-1.5）的范围内时，人体状态为冷。当偏差在（-1.5，-0.5）的范围内时，人体状态为微冷，上述三个数值区间对应的为制热工况下的第一运行控制模式、第二运行控制模式和第三运行控制模式。对应的，当偏差在（2.5，3）的范围内时，人体状态为很热。当偏差在（1.5，2.5）的范围内时，人体状态为热。当偏差在（0.5，1.5）的范围内时，人体状态为微热，上述三个数值区间对应的为制冷工况下的第一运行控制模式、第二运行控制模式和第三运行控制模式。

参见图3所示为本发明所公开的控制方法第二种具体的实施例。在本实施例中，基于人体舒适度的空调控制方法可以作为变频空调器的一种子模式，用户可以通过遥控器操作进入该种控制模式。控制模式的算法以模块的形式存储在空调器的控制器中。也可以自动的进入该种控制模式。

自动进入该种控制模式可以通过以下条件触发。空调器按照用户设定的工作模式运行，比如制冷或者制热工况下的节能模式、睡眠模式、低风模式等等，空调器控制器计算连续两个判断周期内实时人体舒适度C’相对于标准人体舒适度C的变化趋势。举例来说，判断周期为1分钟，则空调器控制器在两个判断周期内判定实时人体舒适度C’的变化趋势,如果人体舒适度C’的值不断上升，则说明舒适度存在明显的恶化趋势，则空调器控制器自动进入基于人体舒适度的控制模式。空调器控制器计算最后一个判断周期结束时实时人体舒适度C’相对于标准人体舒适度的变化率，并根据变化率确定实时人体舒适度偏差程度。根据关联关系判定人体状态，并调用对应的运行控制模式，控制空调系统按照运行控制模式运行，使得实时人体舒适度C’等于标准人体舒适度C。

具体来说，若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的变化率处于第一区间，则实时人体舒适度偏差高，人体状态为不舒适，对应分配第一运行控制模式，第一区间可以设定为（500%，600%）；

若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的变化率处于第二区间，则实时人体舒适度偏差较高，人体状态为较为不适，对应分配第二运行控制模式，第二区间可以设定为（300%，500%）；

若实时人体舒适度C’和标准人体舒适度C的变化率处于第三区间，则实时人体舒适度偏差较低，人体状态为较为舒适，对应分配第三运行控制模式，第三区间可以设定为（100%，300%）；

其中第一区间、第二区间和第三区间的阈值依次递减，第一运行控制模式、第二运行控制模式和第三运行控制模式中的压缩机目标运行频率依次递减。

举例来说，在设定的标准人体舒适度数值区间中取标准值C为0.5，如第一判定周期内的实时人体舒适度C’为0.7，而第二判定周期内的实时人体舒适度C’为1.2，则进入基于人体舒适度的控制模式。变化率=（1.2-0.5）/0.5=140%, 人体状态为较为舒适，对应分配第三运行控制模式，控制空调系统运行直至实时人体舒适度C’等于标准人体舒适度C。在这种控制方式下，标准人体舒适度C的取值不为零。

为了达到节能的目的，若开机之后的首次检测和控制过程中，控制空调系统根据实时人体舒适度C’按照第三运行控制模式运行，则在该运行控制模式下，压缩机的目标频率较低，偏差较小，耗能较小即可以消除偏差控制空调器稳定运行, 整个空调房间的负荷较为稳定。在稳定的条件下，在达到第三运行控制模式的目标运行频率后的第一检测周期后再次采样实时人体舒适度C’。若开机之后的首次检测和控制过程中，控制空调系统根据实时人体舒适度C’按照第二运行控制模式运行，则在该运行控制模式下，压缩机的目标频率较高，偏差较大，中等耗能即可以消除偏差控制空调器稳定运行，整个空调房间的负荷存在波动但波动不大。在这种条件下，在达到第二运行控制模式的目标运行频率后的第二检测周期后再次采样人体舒适度C’。若开机之后的首次检测和控制过程中，控制空调系统根据实时人体舒适度C’按照第一运行控制模式运行，则在该运行控制模式下，压缩机的目标频率高，偏差大，需要较大的耗能才可以消除偏差控制空调器稳定运行，整个空调房间负荷的波动大。在波动较大的条件下，在达到第一运行控制模式的目标运行频率后的第三检测周期后再次采样实时人体舒适度C’。第一检测周期，第二检测周期和第三检测周期的时长逐渐递减，从而实现当空调房间的条件稳定时，降低检测和控制的频率，保持较低水平控制，当空调房间的负荷存在波动但波动不大时，保证一定程度检测动作频率和控制动作频率，保持中度水平控制，当空调房间的负荷波动大时，保持高频率的检测动作和控制动作，保持高水平控制。当需要说明的是，上述的压缩机目标频率的“较低”，“较高”和“高”并不是指目标频率的绝对值较低，较高或者高，而是比较三种运行模式中首次升频目标频率的结果。 压缩机停机之后，再次启动时也同样执行上述控制过程。

采用本发明上述实施方式所公开的控制方法，可以排除湿度在人体舒适度检测时的干扰，提供一种空调控制系统可以使用的人体舒适度参数，控制空调器运行以保持人体舒适度始终维持在标准人体舒适度，空调效果好。

本发明同时公开了一种空调器，采用上述实施方式所公开的基于人体舒适度的空调器控制方法。控制方法的具体步骤参见上述实施例的详细描述，在此不再赘述，采用上述基于人体舒适度的空调器控制方法的空调器具有同样的技术效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。