楼宇内部环境温度智能控制系统及其方法与流程

本发明是一种基于用户舒适感的室内环境温度智能控制系统，属于计算机控制技术在空调系统控制中的应用。

背景技术：

随着时间的推移，人类通过不断的创新和发展来推动着社会的进步，其最终的目的是改善自身的生存环境。现今社会，人们的生活水平大幅提高，对于自己的生存环境更是越来越重视。其中室内环境是人们生存环境的重要组成部分，人们的工作、休息、娱乐等活动，很多都是在室内进行的，室内环境的好坏和舒适度如何直接关系到人们的生活质量和身体健康，所以创造一个健康，舒适，清洁的室内环境是非常必要的。人们基于建筑室内热环境，结合人的主观感受，提出了热舒适度的概念。

为了较好的解决室内热舒适问题，越来越多的人采用空调系统调节室内环境，但随着社会能源问题的突出，空调系统的能耗问题也受到了很高的重视。其中有个较为突出的问题便是在空调系统开启过程中，室内环境将较长时间处于不舒适的状态下，不能满足人们对室内热舒适环境的要求，而在室外环境达到舒适要求时，空调系统不能快速关闭以满足节能需求。传统的空调启停控制方法之所以不能满足室内热舒适度及节能要求，最根本的原因在于大部分空调系统启停控制需要人为，而其余的空调系统启停控制虽是自动但感应检测点在于单一的室内空气温度而并非整体的热舒适环境。这种人为控制启停方法的弊端在于，一方面当人体感受室内不舒适人为开启空调时，室内环境已经变得恶劣，空调系统无法及时快速的调节室内环境，便严重影响了人体热舒适感觉。另一方面，在室外环境状态满足舒适的情况下，空调系统不能快速反应地关闭，便会造成能源的浪费。而对于现有的自动控制启停空调系统，它的感应检测点在于室内空气的温度，缺乏对室内热舒适环境较为科学的判断，也存在上述空调系统不舒适、不节能的弊端。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服现有空调系统的控制系统带来的舒适型差、不节能的问题，提供了楼宇内部环境温度智能控制系统及其方法。

楼宇内部环境温度智能控制系统包括：室外温度数据检测器、室内温度数据检测器、温度数据采集模块、温度数据分析模块、温度数据运算模块、信号处理模块、风机运行速度控制器、水阀开度调节器等功能模块。其中室外温度数据检测器、室内温度数据检测器与温度数据采集模块相连接；温度数据采集模块、温度数据分析模块、温度数据运算模块、信号处理模块顺序相连接；信号处理模块分别与风机运行速度控制器和水阀开度调节器相连接。

所述的温度数据采集模块通过室外温度数据检测器、室内温度数据检测器，在设定时间间隔下，对室外、室内温度进行实时采集。

所述的设定时间间隔为1秒。

所述的温度数据分析模块对温度数据采集模块所采集到的数据进行预处理，判断采集到的数据是否满足限定条件，如果满足限定条件，就保留数据，更新实时温度数据；如果不满足限定条件，则舍弃数据。

所述的限定条件日常夏季温度范围；所述的日常夏季温度范围为15℃‐55℃。所述的温度数据运算模块根据室内实际温度T1、室外实际温度T2，得出温度设定值T，T＝T1+(T2-T1)*C，其中C为室内温度控制补偿系数，C的取值范围为0.4‐0.6。由此得出温度偏差t，其中t＝T1‐T，温度偏差变化率dt，dt是温度偏差t每分钟的变化值，将温度偏差t和温度偏差变化率dt变成模糊数，作为模糊控制运算的模糊输入值，根据模糊化计算中获取的温度偏差t和温度偏差变化率dt的模糊数作为模糊输入值，采用模糊控制的最大最小合成算法，计算得出模糊控制输出。

所述最大最小合成算法是：首先对温度偏差t和温度偏差变化率dt的模糊数取最小，然后对相应的模糊控制输出取最大。模糊控制输出值是控制室内与室外温度的最佳温差值，该模糊控制输出值发送给信号处理模块，信号处理模块通过风机运行速度控制器和水阀开度调节器控制风机运行速度和水阀开度调节，使室内外温差值控制在该模糊控制输出值上。

所述的温度数据运算模块根据室内外温度的实际值，通过算法得到的温度目标值SP，同时，室内温度实际值PV与温度目标值SP进行比较，得到温度偏差t和温度偏差变化率dt，其中t＝PV‐SP，dt是温度偏差t每分钟的变化值，并将温度偏差t和温度偏差变化率dt变成模糊数，作为模糊控制运算的模糊输入值。模糊控制运算，根据模糊化计算中获取的温度偏差t和温度偏差变化率dt的模糊数作为模糊输入值，采用模糊控制的最大最小合成算法，计算得出模糊控制输出；所述最大最小合成算法是：首先对温度偏差t和温度偏差变化率dt的模糊数取最小，然后对相应的模糊控制输出取最大。计算模型算法的输出作为模糊控制的输入部分，该值与室内实际温参，经比较运算后，作为模糊控制的输入值，经模糊控制系统输出，并引入到可编程控制器，通过程序完成控制输出，从而来实现对室内温度的理想控制功能。其中，温度偏差t和温度偏差变化率dt，是系统模糊控制的基本元素，通过该元素来进行模糊化的运算，进而实现模糊化的控制。

其中，t＝PV-SP是温度的偏差值，dt是指温度偏差的变化率，算法公式T＝T1+(T2-T1)*C，经该算法公式计算，得到的T为温度设定值(SP)，由此可见，室内实际温度T1(PV)与温度设定值T(SP)之差即是t温度偏差值，该值经微分运算即得到了温度偏差的变化率dt，利用模糊最大最小合成算法，完成模糊分析控制的输出，并由可编程控制器，实施温度程序控制，从而达到了室内温度精细化控制的目的。具体控制过程分析：当系统检测到室外温度为35℃(T2)，此时，室内大厅温度为27℃(T1)时，由此可见室内外存在8℃(△T)较大的温差，使人体感到了不适，为降低室内外的温差，控制系统作出判断(△T>5℃)，并经上述的算法运算，得到理想的室内大厅温度设定值应为31℃(T)，与实际室内大厅温度27℃(T1)通过比较，得到实际温度偏差为4℃(t)，经模糊分析控制，由可编程控制器相应的程序控制输出信号，驱动现场设备迅速调整水阀开度及风盘风机的转速，将室内大厅温度及时的调节到最佳值31℃(T)，从而实现了缩小室内外温差的控制目的。同理，走廊通道及办公室内的温度控制也如此实施。最终，实现了对楼宇内各区域相应的温度控制。

所述的信号处理模块，根据室内控制温度对风机运行速度控制器和水阀开度调节器进行控制，将室内温度调节到理想的温度控制值。

楼宇内部环境温度智能控制方法，步骤如下：

步骤一：设定采样时间，利用温度的采集模块对室内、外温度进行实时采集；由于温度变化滞后时间较长，为此，采样时间为1秒，即可满足控制系统的要求。

步骤二：对采集到的实时数据进行预处理，判断实时数据是否满足限定条件,即夏季温度范围在(15℃‐‐‐55℃)之内为有效的温度数据，如果满足，则保留，更新实时温度数据；如不满足的则舍弃；

步骤三、根据室内实际温度T1、室外实际温度T2，得出温度设定值T，T＝T1+(T2-T1)*C，其中C为室内温度控制补偿系数，C的取值范围为0.4‐0.6。

步骤四、得出温度偏差t，其中t＝T1‐T，温度偏差变化率dt，dt是温度偏差t每分钟的变化值，将温度偏差t和温度偏差变化率dt变成模糊数，作为模糊控制运算的模糊输入值，根据模糊化计算中获取的温度偏差t和温度偏差变化率dt的模糊数作为模糊输入值，采用模糊控制的最大最小合成算法，计算得出模糊控制输出值。

所述最大最小合成算法是：首先对温度偏差t和温度偏差变化率dt的模糊数取最小，然后对相应的模糊控制输出取最大。

步骤五、模糊控制输出值是控制室内与室外温度的最佳温差值，该模糊控制输出值发送给信号处理模块，通过信号处理模块控制风机运行速度和水阀开度调节，使室内外温差值控制在该模糊控制输出值上。

本发明针对计算机技术、系统集成技术、专家数据库等高科技的综合应用下，该智能控制系统引入楼宇实际室外温度作为室内环境温度控制的前馈，完成对室内外温度信号的采集，通过对室内外温度的对比，进行分析运算，并作出逻辑上的判断。形成当人体由室外进入楼宇大厅，通过走廊通道，最终进入办公室内，在此过程中，环境的温度呈现出梯度控制，会使人感到很舒适。举例说明，例如：假设，当室外温度为32℃时，此时，楼宇内大厅的温度控制在28℃，走廊通道温度控制在27℃，办公室内温度控制在26℃。由此可见，楼宇内部的环境温度，是按人体进入楼宇的行走区域线路，呈梯度逐步降低的，最终，降到人体最舒适的环境温度。为此，使人体不会由于室内外温差过大，造成人体的不适感，影响到体弱的老人、妇女、儿童的身体健康，甚至出现疾病现象。这是本发明解决的实质性问题，即考虑到不同群体的实际情况，实施了人性化智能控制。

本发明依据人体体感的最佳舒适温度及国家相关室内环境温度的标准，通过反复的实验总结，最终优化出科学的室内温度控制算法，实现了全智能控制。同时，本发明还解决了，由于人为的操作不及时、不合理，造成的能源浪费，即实现了节能的目的。(注明：国家室内环境温度的标准，夏季：22℃‐‐‐28℃；冬季：16℃‐‐‐24℃)。本发明具有智能控制、应用方便、反应灵敏、及时调节室内热舒适状态、节约能源等特点。

附图说明

图1、控制模型。

图2、控制系统功能图。

具体实施方式

本发明实施建立了温度专家数据库系统，该数据库系统实施对整年的楼宇室外温度及室内温度进行数据统计、存储、管理、查询等功能，提供不同季节的温度历史数据，作为温度控制分析判断的主要依据，更有效的解决了温度的预测功能，为温度模糊控制的实施，搭建了信息系统平台，从而，不断的完善自诊断功能，实现了智能控制的精细化以及历史延续性。

本发明是基于数据的室内环境舒适个性化控制方法，实施包括以下步骤：

步骤一：设定采样时间，利用温度的采集模块对室内、外温度进行实时采集；由于温度变化滞后时间较长，为此，采样时间为1秒，即可满足控制系统的要求。

步骤二：对采集到的实时数据进行预处理，判断实时数据是否满足限定条件,即夏季温度范围在(15℃‐‐‐55℃)之内为有效的温度数据，如果满足，则保留，不满足的则舍弃，更新实时温度数据；循环执行步骤二；

步骤三：利用步骤二中所产生的满足限定条件的数据，构建温度舒适性模型；控制模型如图1所示：

模糊运算分析，根据室内外温度的实际值PV和算法得到的温度目标值SP，计算出温度偏差t和温度偏差变化率dt，其中t＝PV‐SP，dt是温度偏差t每分钟的变化值，并将温度偏差t和温度偏差变化率dt变成模糊数，作为模糊控制运算的模糊输入值。模糊控制运算，根据模糊化计算中获取的温度偏差t和温度偏差变化率dt的模糊数作为模糊输入值，采用模糊控制的最大最小合成算法，计算得出模糊控制输出；所述最大最小合成算法是：首先对温度偏差t和温度偏差变化率dt的模糊数取最小，然后对相应的模糊控制输出取最大。后续，通过对可编程控制器，进行逻辑编程，由执行系统来实施对室内温度的调节控制。

步骤四：对步骤三中构建的温度舒适性模型，进行舒适协调优化得到最佳的温度值，由可编程控制器发出控制指令给现场设备的温控执行器来调节室内温度。如附图1所示，计算模型算法：T＝T1+(T2‐T1)*C其中，T-室内的温度控制值；T2-室外的实际温度值；T1-室内的实际温度值；C-室内温度控制补偿系数(0.4‐0.6)；

根据所述模型算法，通过实施语言编程，建立数学计算模型，形成输入数据与输出数据的对应关系，以此实现温度控制的核心功能，再经过控制模块实施对现场设备的自动控制操作，最终，实现对室内温度的智能控制。

本楼宇内部智能控制系统，主要是结合室内风机盘管控制器，根据实际温度，通过利用计算机实施软件编程，经通讯协议转换模块，实现系统的通讯，进行数据分析及算法运算，实施对盘管风机的转速控制，以达到调节风量的目的，从而控制室内温度循环的效果。同时该系统，还对冷冻水控制阀的开度进行控制，以调节进入盘管冷冻水量的大小，来实现控制室内温度的目的，即通过智能控制风机的转速及冷冻水阀的开度，两者有效的结合，构建了整体的室内温控系统，其具有实施控制精度高，响应速度快的特点。

本发明通过温度数据采集模块，实施对室内外温度参数的采集，将采集的温度信息传送到系统控制模块，经过控制模块的分析判断运算，输出控制信号，完成对盘管风机转速及冷冻水阀的控制，从而，实现对楼宇内部温度的控制。与此同时，通过通讯协议转换模块，经交换机联接到计算机，实现了人机交互界面的应用。

如附图2所示，本发明实施的控制系统，主要包括，室内外温度数据检测、温度数据采集模块、温度数据分析模块、温度数据运算模块、信号处理模块等功能模块。由于，室内环境温度系统是一个非线性、强耦合、强干扰的动态系统，其输入和输出总处于时变状态，基于热平衡进行推导分析得到的数学模型，难以确定模型参数，很难应用于室内环境控制的要求。本发明通过实验建模，依据实验测量的系统输入输出数据，结合专家数据库将其进行分析处理得到反映系统模型静态与动态特性，用一些线性化方法推导模型的结构，然后用一个模型来进行拟合，对模型参数进行辨识。室内环境热舒适度主要决定于室外气候条件，人体与环境的热交换。由于很难精确测量人体与环境热交换的能量，本发明针对室内环境因子的特点，以温度为环境因子，建立空调系统作用的室内主要环境因子的模型。为此，本系统在信号处理环节，加入了比例微积分作用。通过，实施调试控制参数优化，最终，实现了楼宇内部温度的智能控制，确保了室内温度的舒适性，同时，还达到了节能降耗的效果。