本發(fā)明是一種基于用戶舒適感的室內(nèi)環(huán)境溫度智能控制系統(tǒng)，屬于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)控制中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著時(shí)間的推移，人類通過(guò)不斷的創(chuàng)新和發(fā)展來(lái)推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步，其最終的目的是改善自身的生存環(huán)境?，F(xiàn)今社會(huì)，人們的生活水平大幅提高，對(duì)于自己的生存環(huán)境更是越來(lái)越重視。其中室內(nèi)環(huán)境是人們生存環(huán)境的重要組成部分，人們的工作、休息、娛樂等活動(dòng)，很多都是在室內(nèi)進(jìn)行的，室內(nèi)環(huán)境的好壞和舒適度如何直接關(guān)系到人們的生活質(zhì)量和身體健康，所以創(chuàng)造一個(gè)健康，舒適，清潔的室內(nèi)環(huán)境是非常必要的。人們基于建筑室內(nèi)熱環(huán)境，結(jié)合人的主觀感受，提出了熱舒適度的概念。

為了較好的解決室內(nèi)熱舒適問(wèn)題，越來(lái)越多的人采用空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，但隨著社會(huì)能源問(wèn)題的突出，空調(diào)系統(tǒng)的能耗問(wèn)題也受到了很高的重視。其中有個(gè)較為突出的問(wèn)題便是在空調(diào)系統(tǒng)開啟過(guò)程中，室內(nèi)環(huán)境將較長(zhǎng)時(shí)間處于不舒適的狀態(tài)下，不能滿足人們對(duì)室內(nèi)熱舒適環(huán)境的要求，而在室外環(huán)境達(dá)到舒適要求時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)不能快速關(guān)閉以滿足節(jié)能需求。傳統(tǒng)的空調(diào)啟停控制方法之所以不能滿足室內(nèi)熱舒適度及節(jié)能要求，最根本的原因在于大部分空調(diào)系統(tǒng)啟停控制需要人為，而其余的空調(diào)系統(tǒng)啟停控制雖是自動(dòng)但感應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)在于單一的室內(nèi)空氣溫度而并非整體的熱舒適環(huán)境。這種人為控制啟停方法的弊端在于，一方面當(dāng)人體感受室內(nèi)不舒適人為開啟空調(diào)時(shí)，室內(nèi)環(huán)境已經(jīng)變得惡劣，空調(diào)系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)快速的調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，便嚴(yán)重影響了人體熱舒適感覺。另一方面，在室外環(huán)境狀態(tài)滿足舒適的情況下，空調(diào)系統(tǒng)不能快速反應(yīng)地關(guān)閉，便會(huì)造成能源的浪費(fèi)。而對(duì)于現(xiàn)有的自動(dòng)控制啟?？照{(diào)系統(tǒng)，它的感應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)在于室內(nèi)空氣的溫度，缺乏對(duì)室內(nèi)熱舒適環(huán)境較為科學(xué)的判斷，也存在上述空調(diào)系統(tǒng)不舒適、不節(jié)能的弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)帶來(lái)的舒適型差、不節(jié)能的問(wèn)題，提供了樓宇內(nèi)部環(huán)境溫度智能控制系統(tǒng)及其方法。

樓宇內(nèi)部環(huán)境溫度智能控制系統(tǒng)包括：室外溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)器、室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)器、溫度數(shù)據(jù)采集模塊、溫度數(shù)據(jù)分析模塊、溫度數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊、信號(hào)處理模塊、風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度控制器、水閥開度調(diào)節(jié)器等功能模塊。其中室外溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)器、室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)器與溫度數(shù)據(jù)采集模塊相連接；溫度數(shù)據(jù)采集模塊、溫度數(shù)據(jù)分析模塊、溫度數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊、信號(hào)處理模塊順序相連接；信號(hào)處理模塊分別與風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度控制器和水閥開度調(diào)節(jié)器相連接。

所述的溫度數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)室外溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)器、室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)器，在設(shè)定時(shí)間間隔下，對(duì)室外、室內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

所述的設(shè)定時(shí)間間隔為1秒。

所述的溫度數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)溫度數(shù)據(jù)采集模塊所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，判斷采集到的數(shù)據(jù)是否滿足限定條件，如果滿足限定條件，就保留數(shù)據(jù)，更新實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)；如果不滿足限定條件，則舍棄數(shù)據(jù)。

所述的限定條件日常夏季溫度范圍；所述的日常夏季溫度范圍為15℃‐55℃。所述的溫度數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)室內(nèi)實(shí)際溫度T1、室外實(shí)際溫度T2，得出溫度設(shè)定值T，T＝T1+(T2-T1)*C，其中C為室內(nèi)溫度控制補(bǔ)償系數(shù)，C的取值范圍為0.4‐0.6。由此得出溫度偏差t，其中t＝T1‐T，溫度偏差變化率dt，dt是溫度偏差t每分鐘的變化值，將溫度偏差t和溫度偏差變化率dt變成模糊數(shù)，作為模糊控制運(yùn)算的模糊輸入值，根據(jù)模糊化計(jì)算中獲取的溫度偏差t和溫度偏差變化率dt的模糊數(shù)作為模糊輸入值，采用模糊控制的最大最小合成算法，計(jì)算得出模糊控制輸出。

所述最大最小合成算法是：首先對(duì)溫度偏差t和溫度偏差變化率dt的模糊數(shù)取最小，然后對(duì)相應(yīng)的模糊控制輸出取最大。模糊控制輸出值是控制室內(nèi)與室外溫度的最佳溫差值，該模糊控制輸出值發(fā)送給信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊通過(guò)風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度控制器和水閥開度調(diào)節(jié)器控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度和水閥開度調(diào)節(jié)，使室內(nèi)外溫差值控制在該模糊控制輸出值上。

所述的溫度數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)室內(nèi)外溫度的實(shí)際值，通過(guò)算法得到的溫度目標(biāo)值SP，同時(shí)，室內(nèi)溫度實(shí)際值PV與溫度目標(biāo)值SP進(jìn)行比較，得到溫度偏差t和溫度偏差變化率dt，其中t＝PV‐SP，dt是溫度偏差t每分鐘的變化值，并將溫度偏差t和溫度偏差變化率dt變成模糊數(shù)，作為模糊控制運(yùn)算的模糊輸入值。模糊控制運(yùn)算，根據(jù)模糊化計(jì)算中獲取的溫度偏差t和溫度偏差變化率dt的模糊數(shù)作為模糊輸入值，采用模糊控制的最大最小合成算法，計(jì)算得出模糊控制輸出；所述最大最小合成算法是：首先對(duì)溫度偏差t和溫度偏差變化率dt的模糊數(shù)取最小，然后對(duì)相應(yīng)的模糊控制輸出取最大。計(jì)算模型算法的輸出作為模糊控制的輸入部分，該值與室內(nèi)實(shí)際溫參，經(jīng)比較運(yùn)算后，作為模糊控制的輸入值，經(jīng)模糊控制系統(tǒng)輸出，并引入到可編程控制器，通過(guò)程序完成控制輸出，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的理想控制功能。其中，溫度偏差t和溫度偏差變化率dt，是系統(tǒng)模糊控制的基本元素，通過(guò)該元素來(lái)進(jìn)行模糊化的運(yùn)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模糊化的控制。

其中，t＝PV-SP是溫度的偏差值，dt是指溫度偏差的變化率，算法公式T＝T1+(T2-T1)*C，經(jīng)該算法公式計(jì)算，得到的T為溫度設(shè)定值(SP)，由此可見，室內(nèi)實(shí)際溫度T1(PV)與溫度設(shè)定值T(SP)之差即是t溫度偏差值，該值經(jīng)微分運(yùn)算即得到了溫度偏差的變化率dt，利用模糊最大最小合成算法，完成模糊分析控制的輸出，并由可編程控制器，實(shí)施溫度程序控制，從而達(dá)到了室內(nèi)溫度精細(xì)化控制的目的。具體控制過(guò)程分析：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到室外溫度為35℃(T2)，此時(shí)，室內(nèi)大廳溫度為27℃(T1)時(shí)，由此可見室內(nèi)外存在8℃(△T)較大的溫差，使人體感到了不適，為降低室內(nèi)外的溫差，控制系統(tǒng)作出判斷(△T>5℃)，并經(jīng)上述的算法運(yùn)算，得到理想的室內(nèi)大廳溫度設(shè)定值應(yīng)為31℃(T)，與實(shí)際室內(nèi)大廳溫度27℃(T1)通過(guò)比較，得到實(shí)際溫度偏差為4℃(t)，經(jīng)模糊分析控制，由可編程控制器相應(yīng)的程序控制輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備迅速調(diào)整水閥開度及風(fēng)盤風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，將室內(nèi)大廳溫度及時(shí)的調(diào)節(jié)到最佳值31℃(T)，從而實(shí)現(xiàn)了縮小室內(nèi)外溫差的控制目的。同理，走廊通道及辦公室內(nèi)的溫度控制也如此實(shí)施。最終，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樓宇內(nèi)各區(qū)域相應(yīng)的溫度控制。

所述的信號(hào)處理模塊，根據(jù)室內(nèi)控制溫度對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度控制器和水閥開度調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，將室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)到理想的溫度控制值。

樓宇內(nèi)部環(huán)境溫度智能控制方法，步驟如下：

步驟一：設(shè)定采樣時(shí)間，利用溫度的采集模塊對(duì)室內(nèi)、外溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；由于溫度變化滯后時(shí)間較長(zhǎng)，為此，采樣時(shí)間為1秒，即可滿足控制系統(tǒng)的要求。

步驟二：對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，判斷實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否滿足限定條件,即夏季溫度范圍在(15℃‐‐‐55℃)之內(nèi)為有效的溫度數(shù)據(jù)，如果滿足，則保留，更新實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)；如不滿足的則舍棄；

步驟三、根據(jù)室內(nèi)實(shí)際溫度T1、室外實(shí)際溫度T2，得出溫度設(shè)定值T，T＝T1+(T2-T1)*C，其中C為室內(nèi)溫度控制補(bǔ)償系數(shù)，C的取值范圍為0.4‐0.6。

步驟四、得出溫度偏差t，其中t＝T1‐T，溫度偏差變化率dt，dt是溫度偏差t每分鐘的變化值，將溫度偏差t和溫度偏差變化率dt變成模糊數(shù)，作為模糊控制運(yùn)算的模糊輸入值，根據(jù)模糊化計(jì)算中獲取的溫度偏差t和溫度偏差變化率dt的模糊數(shù)作為模糊輸入值，采用模糊控制的最大最小合成算法，計(jì)算得出模糊控制輸出值。

所述最大最小合成算法是：首先對(duì)溫度偏差t和溫度偏差變化率dt的模糊數(shù)取最小，然后對(duì)相應(yīng)的模糊控制輸出取最大。

步驟五、模糊控制輸出值是控制室內(nèi)與室外溫度的最佳溫差值，該模糊控制輸出值發(fā)送給信號(hào)處理模塊，通過(guò)信號(hào)處理模塊控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度和水閥開度調(diào)節(jié)，使室內(nèi)外溫差值控制在該模糊控制輸出值上。

本發(fā)明針對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、專家數(shù)據(jù)庫(kù)等高科技的綜合應(yīng)用下，該智能控制系統(tǒng)引入樓宇實(shí)際室外溫度作為室內(nèi)環(huán)境溫度控制的前饋，完成對(duì)室內(nèi)外溫度信號(hào)的采集，通過(guò)對(duì)室內(nèi)外溫度的對(duì)比，進(jìn)行分析運(yùn)算，并作出邏輯上的判斷。形成當(dāng)人體由室外進(jìn)入樓宇大廳，通過(guò)走廊通道，最終進(jìn)入辦公室內(nèi)，在此過(guò)程中，環(huán)境的溫度呈現(xiàn)出梯度控制，會(huì)使人感到很舒適。舉例說(shuō)明，例如：假設(shè)，當(dāng)室外溫度為32℃時(shí)，此時(shí)，樓宇內(nèi)大廳的溫度控制在28℃，走廊通道溫度控制在27℃，辦公室內(nèi)溫度控制在26℃。由此可見，樓宇內(nèi)部的環(huán)境溫度，是按人體進(jìn)入樓宇的行走區(qū)域線路，呈梯度逐步降低的，最終，降到人體最舒適的環(huán)境溫度。為此，使人體不會(huì)由于室內(nèi)外溫差過(guò)大，造成人體的不適感，影響到體弱的老人、婦女、兒童的身體健康，甚至出現(xiàn)疾病現(xiàn)象。這是本發(fā)明解決的實(shí)質(zhì)性問(wèn)題，即考慮到不同群體的實(shí)際情況，實(shí)施了人性化智能控制。

本發(fā)明依據(jù)人體體感的最佳舒適溫度及國(guó)家相關(guān)室內(nèi)環(huán)境溫度的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，最終優(yōu)化出科學(xué)的室內(nèi)溫度控制算法，實(shí)現(xiàn)了全智能控制。同時(shí)，本發(fā)明還解決了，由于人為的操作不及時(shí)、不合理，造成的能源浪費(fèi)，即實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。(注明：國(guó)家室內(nèi)環(huán)境溫度的標(biāo)準(zhǔn)，夏季：22℃‐‐‐28℃；冬季：16℃‐‐‐24℃)。本發(fā)明具有智能控制、應(yīng)用方便、反應(yīng)靈敏、及時(shí)調(diào)節(jié)室內(nèi)熱舒適狀態(tài)、節(jié)約能源等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1、控制模型。

圖2、控制系統(tǒng)功能圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施建立了溫度專家數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)施對(duì)整年的樓宇室外溫度及室內(nèi)溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、管理、查詢等功能，提供不同季節(jié)的溫度歷史數(shù)據(jù)，作為溫度控制分析判斷的主要依據(jù)，更有效的解決了溫度的預(yù)測(cè)功能，為溫度模糊控制的實(shí)施，搭建了信息系統(tǒng)平臺(tái)，從而，不斷的完善自診斷功能，實(shí)現(xiàn)了智能控制的精細(xì)化以及歷史延續(xù)性。

本發(fā)明是基于數(shù)據(jù)的室內(nèi)環(huán)境舒適個(gè)性化控制方法，實(shí)施包括以下步驟：

步驟一：設(shè)定采樣時(shí)間，利用溫度的采集模塊對(duì)室內(nèi)、外溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；由于溫度變化滯后時(shí)間較長(zhǎng)，為此，采樣時(shí)間為1秒，即可滿足控制系統(tǒng)的要求。

步驟二：對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，判斷實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否滿足限定條件,即夏季溫度范圍在(15℃‐‐‐55℃)之內(nèi)為有效的溫度數(shù)據(jù)，如果滿足，則保留，不滿足的則舍棄，更新實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)；循環(huán)執(zhí)行步驟二；

步驟三：利用步驟二中所產(chǎn)生的滿足限定條件的數(shù)據(jù)，構(gòu)建溫度舒適性模型；控制模型如圖1所示：

模糊運(yùn)算分析，根據(jù)室內(nèi)外溫度的實(shí)際值PV和算法得到的溫度目標(biāo)值SP，計(jì)算出溫度偏差t和溫度偏差變化率dt，其中t＝PV‐SP，dt是溫度偏差t每分鐘的變化值，并將溫度偏差t和溫度偏差變化率dt變成模糊數(shù)，作為模糊控制運(yùn)算的模糊輸入值。模糊控制運(yùn)算，根據(jù)模糊化計(jì)算中獲取的溫度偏差t和溫度偏差變化率dt的模糊數(shù)作為模糊輸入值，采用模糊控制的最大最小合成算法，計(jì)算得出模糊控制輸出；所述最大最小合成算法是：首先對(duì)溫度偏差t和溫度偏差變化率dt的模糊數(shù)取最小，然后對(duì)相應(yīng)的模糊控制輸出取最大。后續(xù)，通過(guò)對(duì)可編程控制器，進(jìn)行邏輯編程，由執(zhí)行系統(tǒng)來(lái)實(shí)施對(duì)室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)控制。

步驟四：對(duì)步驟三中構(gòu)建的溫度舒適性模型，進(jìn)行舒適協(xié)調(diào)優(yōu)化得到最佳的溫度值，由可編程控制器發(fā)出控制指令給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的溫控執(zhí)行器來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。如附圖1所示，計(jì)算模型算法：T＝T1+(T2‐T1)*C其中，T-室內(nèi)的溫度控制值；T2-室外的實(shí)際溫度值；T1-室內(nèi)的實(shí)際溫度值；C-室內(nèi)溫度控制補(bǔ)償系數(shù)(0.4‐0.6)；

根據(jù)所述模型算法，通過(guò)實(shí)施語(yǔ)言編程，建立數(shù)學(xué)計(jì)算模型，形成輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此實(shí)現(xiàn)溫度控制的核心功能，再經(jīng)過(guò)控制模塊實(shí)施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)控制操作，最終，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的智能控制。

本樓宇內(nèi)部智能控制系統(tǒng)，主要是結(jié)合室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管控制器，根據(jù)實(shí)際溫度，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)實(shí)施軟件編程，經(jīng)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及算法運(yùn)算，實(shí)施對(duì)盤管風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，以達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，從而控制室內(nèi)溫度循環(huán)的效果。同時(shí)該系統(tǒng)，還對(duì)冷凍水控制閥的開度進(jìn)行控制，以調(diào)節(jié)進(jìn)入盤管冷凍水量的大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制室內(nèi)溫度的目的，即通過(guò)智能控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及冷凍水閥的開度，兩者有效的結(jié)合，構(gòu)建了整體的室內(nèi)溫控系統(tǒng)，其具有實(shí)施控制精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。

本發(fā)明通過(guò)溫度數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)施對(duì)室內(nèi)外溫度參數(shù)的采集，將采集的溫度信息傳送到系統(tǒng)控制模塊，經(jīng)過(guò)控制模塊的分析判斷運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，完成對(duì)盤管風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及冷凍水閥的控制，從而，實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇內(nèi)部溫度的控制。與此同時(shí)，通過(guò)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)交換機(jī)聯(lián)接到計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面的應(yīng)用。

如附圖2所示，本發(fā)明實(shí)施的控制系統(tǒng)，主要包括，室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)、溫度數(shù)據(jù)采集模塊、溫度數(shù)據(jù)分析模塊、溫度數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊、信號(hào)處理模塊等功能模塊。由于，室內(nèi)環(huán)境溫度系統(tǒng)是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、強(qiáng)干擾的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其輸入和輸出總處于時(shí)變狀態(tài)，基于熱平衡進(jìn)行推導(dǎo)分析得到的數(shù)學(xué)模型，難以確定模型參數(shù)，很難應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境控制的要求。本發(fā)明通過(guò)實(shí)驗(yàn)建模，依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)，結(jié)合專家數(shù)據(jù)庫(kù)將其進(jìn)行分析處理得到反映系統(tǒng)模型靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性，用一些線性化方法推導(dǎo)模型的結(jié)構(gòu)，然后用一個(gè)模型來(lái)進(jìn)行擬合，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。室內(nèi)環(huán)境熱舒適度主要決定于室外氣候條件，人體與環(huán)境的熱交換。由于很難精確測(cè)量人體與環(huán)境熱交換的能量，本發(fā)明針對(duì)室內(nèi)環(huán)境因子的特點(diǎn)，以溫度為環(huán)境因子，建立空調(diào)系統(tǒng)作用的室內(nèi)主要環(huán)境因子的模型。為此，本系統(tǒng)在信號(hào)處理環(huán)節(jié)，加入了比例微積分作用。通過(guò)，實(shí)施調(diào)試控制參數(shù)優(yōu)化，最終，實(shí)現(xiàn)了樓宇內(nèi)部溫度的智能控制，確保了室內(nèi)溫度的舒適性，同時(shí)，還達(dá)到了節(jié)能降耗的效果。