一种顶板分布式多风口协同个性化送风方法及送风系统与流程

本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及一种顶板分布式多风口协同个性化送风方法及送风系统。

背景技术：

近年来，基于人体热舒适度的空调送风方式逐渐成为了一个空调系统新的发展方向。现有的空调系统大多追求普适性，多以普通大众的需求反馈的均值作为调控目标，而忽视了存在于个体间的较大热偏好差异。因此，为实现空调个性化调控的最终目的，对用户与热感受相关的生理参数进行有效监测，并准确判断出个体的热偏好程度显得至关重要。

另一方面，由于传统的空调系统通过调控整个室内环境来实现对人体周身环境的调控，不仅使得对于用户环境调节的相应较慢，同时导致与人体相距较远的区域同样吸收了多余的调控量，因而空调系统的耗能量常居高位，同时传统的送风方式也无法满足同一室内不同热偏好的个体的热舒适需求。为对有如上需求的室内空间做出改进，近年来已有研究开发出了不同形式的工位空调，以满足较大室内的微环境需要，但上述工位空调系统大多针对一个确定的空间位置，需与工作区域或设施绑定，难以根据室内布局和用户位置的改变作出相应的调控，具有一定的局限性。而若是对每一个潜在用户均配置一个工位系统，则容易导致制造成本过高以及系统闲置问题。

进一步地，目前已有一些专利将空调系统与定位系统相结合，期望通过几何位置检测和热舒适算法来实现对用户的个性化调控。公开号为cn108361926a的专利提出了一种基于温冷感的空调器控制方法和空调器，通过实时检测热源与空调器之间的距离计算实时风速，并实时检测回风温差，通过不断迭代获得稳态下的热舒适。但该设计基于单一的空调器送风口，对距离送风口较远处的热源需要较大功率进行送风，因此仅适用于单一用户存在于室内的情况。公开号为cn107525237a的专利提出了一种通过红外传感器判断所划分的室内区域是否有人，并通过雷达所测间距和由各温度参数所简化计算的人体舒适度的空调器控制方法。但是该系统所采用的红外传感器均布局在同一高度，其检测视角均在水平平面上，因此红外信息在有多人存在时容易受到处于近处的人遮盖，可能造成信息的遗漏。另一方面，公开号为cn206723110u和cn107120728a的两篇专利中均谈及了可以360°旋转的送风口，其中后者明确阐述了其实现方式，为室内空调的个性化定位送风做好了铺垫。但两者对于空调送风方式的具体规划设计还有待研究。

综上所述，现有空调系统缺乏对个体差异性的区分，并普遍需要通过大功率输出调控整个房间的热环境以作用于用户，而相应设计的工位空调系统存在调控区域不易变动的局限性。同时，上述现有专利均从整体系统运行方法出发，且水平送风的方式限制了定位送风的作用。因此，本发明提出一种顶板式个性化分区送风空调的送风方法，旨在通过对置于顶板上的送风口的合理布局和对智能化的送风方式的应用，达到对室内任何位置的用户均能进行个性化、区域化的快速送风的目的，并解决了工位空调系统不易变通的局限，为智能家居的发展提供了新的思路。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是分布式多风口协同个性化送风方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种顶板分布式多风口协同个性化送风方法及送风系统。

一种顶板分布式多风口协同个性化送风方法，包括以下步骤：

步骤s01，根据层高确定单一独立风口的极限作用半径rw和独立使用时的覆盖半径rs；

步骤s02，根据上述可作用半径rw，结合房间的尺寸、常见用户分布情况，设定风口布局和间距d，多个独立风口以特定排布规律置于房间顶板上，任意一个独立送风口m的所有相邻风口，均位于以m为中心，边长为d的正六边形顶点上；

步骤s03，应用房间的尺寸数据，通过cfd模拟的多个算例结果拟合当前室内独立风口的送风参数与室内环境温度、实际送风参数、用户与风口间距d及其热偏好tp之间的关系；

步骤s04，通过几何分割将室内分为三类区域；

步骤s05，通过定位传感器或雷达设备实施测定用户所处的位置，并通过对应坐标的判断确定其所处的分区类；

步骤s06，通过手动输入或自动计算的方式确定用户的热偏好tp；

步骤s07，根据步骤s04的结果判定各区域中是否存在多名用户；

步骤s08，若存在同一个区域内存在多名用户的情况，应优先选择热偏好tp的值较低，即热偏好较冷的用户作为对象；

步骤s09，通过定位系统的坐标计算或雷达测距，确定用户距离其所有作用风口的间距d；

步骤s10，通过步骤s03中所确定的关系式，应用所测参数，确定相应风口具体的送风流量和送风角度，由控制系统实施决策，对用户所在的目标区域进行满足其个性化热偏好需求的舒适性送风。

进一步地，所述步骤s02的所述风口间距d由房间内常用用户数量及主要分布位置确定，同时应避免同一划分区域内长期有多人的情况，d最大不能大于两倍的rw，且随常用用户数量增多而减小。

进一步地，作为每两个相邻风口之间的距离在房间顶板上，以相等的正三角形共边均匀排列多个开口朝下的送风口，各个所述送风口构成所述正三角形的顶点，所述正三角形边长方向为第一方向，所述正三角形边的中垂线方向为第二方向。

进一步地，所述步骤s04的区域划分方法是，区域ⅰ为每个送风口的覆盖区域；区域ⅱ位于第一方向上相邻两个送风口的覆盖区域之外且第二方向上相邻两个送风口的极限区域之外；区域ⅲ为相邻三个送风口的极限区域之间重叠的部分，且位于各个覆盖区域之外。

进一步地，所述极限区域大于所述覆盖区域。

进一步地，各个送风口的覆盖区域相互分离；第一方向的两个相邻送风口之间的极限区域部分重叠；第二方向的两个相邻送风口之间的极限区域相互分离。

进一步地，所述步骤s10，根据人体位置所处的区域，对其采用不同的个性化送风策略，若定位装置检测到人体处于区域ⅰ中，则开启距离人体最近的单个独立风口，若定位装置检测到人体处于区域ⅱ中，则开启距离人体最近的两个独立风口协同作用，若定位装置检测到人体处于区域ⅲ中，则开启距离人体最近的三个独立风口协同作用。

进一步地，所述步骤s09，通过无线定位传感器检测用户位置距离风口的距离d和所处于的区域。

进一步地，所述步骤s10，做到舒适性送风还要监测采集当前室内的环境参数，包括室内温度、湿度、出风口风速和壁面平均温度。

进一步地，包括控制系统和送风口，所述控制系统通过检测数据，控制各送风口的流量和送风口角度。

进一步地，通过用户所携带的可穿戴式设备采集用户的生理参数，所述生理参数包括但不限于用户在当前环境条件下的局部皮肤表面温度、体表温度变化率、体表湿度、心率、血流速率等。

进一步地，通过室内的环境监测传感器采集当前室内的环境参数，所述环境参数包括但不限于室内温度、湿度、出风口风速、壁面平均温度等。

进一步地，根据上述生理参数及环境参数，计算出人体偏好处于的热环境中。尤其地，该热偏好的数值将以使用户感觉pmv数值的形式表达。当未存在能准确描述所述热偏好数值的公式时，亦可由用户根据自我认知手动输入其热偏好，定义为：偏好冷环境(-0.5)，偏好微冷环境(-0.3)，偏好中性环境(0)，偏好微热环境(0.3)，偏好热环境(0.5)。

进一步地，通过cfd对室内送风进行模拟，将结果进行拟合，得到送风参量的计算关系式，再将送风温度、室内平均温度、人体与相邻风口间距d及人体热偏好四个参量作为输入，即可得到相应的独立风口所需输出的送风风量及送风角度。

本发明的一个较佳实施例中，每个独立送风口均采用圆环式设计，从圆环部分送风，内圆以内不出风，可以开发作为照明led灯或其他装饰性需求。考虑不存在多人同时处于同一区域内的情况。

与现有技术相比，本发明至少包括以下优点：

针对现有技术中水平送风方式容易受用户相互干扰的情况，本发明采用了顶板式的分区定位送风方式，所述分区方式可以最大限度地利用平面，覆盖空调系统的可作用范围，进而通过检测用户的位置而调度其相邻的风口进行针对用户的协同送风。所述送风方式同时利用了室内空气由重力引起的自然对流作用，冷空气下沉形成冷气流柱，从而快速地将用户包裹进调节气体当中，使用户在极短时间内获得较高的热舒适度。同时，所述方法中对于热偏好的区分和预期计算有效帮助区分了个体对热舒适的需求差异，使室内不同区域的用户所处的局部环境均能得到个性化的调控。

本发明的送风方法和送风系统，在室内硬件设施不作改变的情况下，可以快速地为每位使用者个性化定制最舒适的周围小环境，并可以节约能源，为智能家居的未来发展提供了新的思路。

附图说明

图1是本发明的顶板分布式多风口协同个性化送风方法及送风系统的一个较佳实施例的流程图；

图2是本发明的送风口在地面投影覆盖区域三类区域示意图；

图3是本发明的顶板分布式多风口协同个性化送风方法实施例中单个独立风口送风效果示意图；

图4是本发明的顶板分布式多风口协同个性化送风方法实施例中整体送风效果示意图；

图5是本发明的一个实施例的模拟计算的用户周围热舒适值的结果图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明首先提供了一种顶板分布式多风口协同个性化送风方法及送风系统。

如图1和图2所示，一种顶板分布式多风口协同个性化送风方法包括以下步骤：

步骤s01，根据层高确定单一独立风口的极限作用半径rw和独立使用时的覆盖半径rs。由于本发明所采用的送风口设置于顶板处，由高向低进行冷气流送风，而人体在室内通常以站姿或坐姿停留在某一位置，因此朝向人体的冷气流的路径呈抛物线型，其具体的作用远近与房间层高、风口尺寸相关。可以理解的是，上述影响参数均可以根据用户实际需要进行设置。优选地，在本实施例中均被设置为较为常见的数值：层高为3m，独立风口均设置为内径0.2m、外径0.4m的圆环形入风口。需要说明的是，入风温度与环境温度的差值也会对送风距离有较小影响，但该数值将在确定具体送风参数时考虑，在初始分区中可以忽略不计。通过构建cfd模型进行模拟计算，实施例中设置独立风口可单独作用半径rs为1.0m，其可作用极限半径rw为1.2m。

步骤s02，根据上述可作用半径rw，结合房间的尺寸、常见用户分布情况，设定风口排布间距d。从几何特征出发，间距最大时应有：

实施例中考虑人群较为分散的工作场景，即风口排布间距尽量大以减少所需的独立送风单元数量，因而计算所得风口排布间距设置为1.9m。

步骤s03，应用房间的尺寸数据，通过cfd模拟的多个算例结果拟合当前室内独立风口的送风参数与室内环境温度、实际送风参数、用户与风口间距d及其热偏好tp之间的关系。在本实施例中，对应的关系式为：

q＝-1491.295+119.916×d-150.257×pmv+8.513×tin+50.722×ta

alpha＝312.173+40.983×d+28.131×pmv-3.325×tin-8.407×ta

其中q表示入风流量，d为所测间距，pmv为用户的热偏好以pmv数值的方式的表达，tin表示入风温度，ta表示房间平均温度。

需要说明的是，本实施例中所采用的cfd模拟方法只是实现本送风方法中控制策略建立的一种有效途径，展示其的目的并不在于限制本发明，本领域技术人员应当理解。

步骤s04，通过几何分割将室内分为三类区域。具体的划分情况如图2所示，是本发明所公开的一种顶板分布式多风口协同个性化送风方法实施例中送风口布局示意图。所述图中，si(i＝1,2,...)表示各个独立风口的位置，通过对上述d，rw，rs三个参数的确定，可以绘制出房间的区域划分图，半径为rw的实线圆表示风口最大有效作用范围。以各风口位置为圆心，rs为半径的虚线圆内的区域，即为区域ⅰ；介于两个相邻风口间虚线圆外，同时处于另一个相邻风口可作用范围外的竖线区域(如图中s1与s4之间)为区域ⅱ；处于所有虚线圆外，并同时在三个相邻风口的有效作用区域内的区域记为区域ⅲ。

步骤s05，通过定位传感器或雷达设备实施测定用户所处的位置，并通过对应坐标的判断确定其所处的分区类别。

若所述定位装置检测到用户处于区域ⅰ中，则判定对其作用的风口为与该位置最相近的独立风口(如图2中s1)；

若所述定位装置检测到用户处于区域ⅱ中，则判定对其作用的风口为与该位置最相近的两个风口(如图2中s1，s4)；

若所述定位装置检测到用户处于区域ⅲ中，则判定对其作用的风口为与该位置最相近的三个风口(如图2中s1，s3和s4)。

步骤s06，通过手动输入或自动计算的方式确定用户的热偏好tp。用户可以根据自己的习惯为自己的设定一个基准热偏好，其分类定义为：偏好冷环境(-0.5)，偏好微冷环境(-0.3)，偏好中性环境(0)，偏好微热环境(0.3)，偏好热环境(0.5)。可以预期的是，通过机器学习等现有的智能分类、预测算法或是其他更为简洁的关系式，便可以根据由可穿戴式设备采集到的人体生理参数结合环境参数，自动获取人体相应的预测热偏好，并结合本发明所提出的送风方法加以应用。需要说明的是，相关算法的具体原理是现有技术中所公开且为本领域技术人员所公知的，并已成熟地应用在体感设备上，不是本发明的保护重点，在此不做具体介绍。需要说明的是，如果采用了上述热偏好的智能识别方法，若用户亲身体验不符合其实际预期，则优先遵循并允许用户对此进行手动设定与调节。优选地，在本发明所提供的实施例中，人为设定用户偏好中性环境(pmv＝0)。

步骤s07，根据步骤s04的结果判定各区域中是否存在多名用户。特别地，如果按照上述方法，存在同一个送风口被不同等级的区域中不同用户使用的情况，应优先满足使用更少风口数量的用户需求。举例而言，当同一个风口si同时被区域ⅰ和区域ⅱ的两个用户所需求，则优先满足区域ⅰ中的用户，而通过增大送风流量的方式尽量满足区域ⅱ中的用户的制冷需求。

进一步地，若存在同一个送风口被同等级的区域中不同用户使用的情况，应优先选择热偏好tp的值较低，即热偏好较冷的用户作为对象。

步骤s08，进一步地，若存在同一个区域内存在多名用户的情况，应优先选择热偏好tp的值较低，即热偏好较冷的用户作为对象。

优选的，本实施例中考虑风口未有使用冲突的情况。

步骤s09，确定各用户所对应的独立风口后，应通过定位系统的坐标计算或雷达测距，确定用户距离其所有作用风口的间距d。

步骤s10，通过步骤s03中所确定的关系式，应用所测参数，确定相应风口具体的送风流量和送风角度，由控制系统实施决策，对用户所在的目标区域进行满足其个性化热偏好需求的舒适性送风。

通过cfd模拟房间顶板中央单一送风口运行时的室内气流场与温度场，确定独立风口的极限作用半径rw和能依靠单一风口使用户热舒适度达到需求的覆盖半径rs。根据研究表明，当pmv处于-0.5与0.5之间时，超过90％的用户将表示满意，因此考虑个体间热需求的差异，风口的覆盖的确定依据为单一风口即能独立使范围内目标位置的pmv冷却至-0.5以下；

将多个独立风口以特定排布规律置于房间顶板上；

特定排布规律包括：任意一个独立送风口m的所有相邻风口，均位于以m为中心，边长为d的正六边形顶点上；

根据所述相邻送风口间距、开启半径及覆盖半径对室内进行区域划分，区域ⅰ是以每个风口为圆心且半径不大于rs的区域，区域ⅱ是与第一、第二相邻的两个风口距离均大于rs且与第三相邻风口距离大于rw的区域，区域ⅲ是与最相邻的三个独立风口距离均大于rs且不大于rw的区域；

通过无线定位传感器检测用户位置距离风口的距离d和所处于的区域；

若所述定位装置检测到人体处于区域ⅰ中，则开启距离人体最近的单个独立风口；

若所述定位装置检测到人体处于区域ⅱ中，则开启距离人体最近的两个独立风口协同作用；

若所述定位装置检测到人体处于区域ⅲ中，则开启距离人体最近的三个独立风口协同作用；

通过用户所携带的可穿戴式设备采集用户的生理参数，所述生理参数包括但不限于用户在当前环境条件下的局部皮肤表面温度、体表温度变化率、体表湿度、心率、血流速率等。

通过室内的环境监测传感器采集当前室内的环境参数，所述环境参数包括但不限于室内温度、湿度、出风口风速、壁面平均温度等。

根据上述生理参数及环境参数，计算出人体偏好处于的热环境中。尤其地，该热偏好的数值将以使用户感觉pmv数值的形式表达。当未存在能准确描述所述热偏好数值的公式时，亦可由用户根据自我认知手动输入其热偏好，定义为：偏好冷环境(-0.5)，偏好微冷环境(-0.3)，偏好中性环境(0)，偏好微热环境(0.3)，偏好热环境(0.5)。

通过cfd对室内送风进行模拟，将结果进行拟合，得到送风参量的计算关系式，再将送风温度、室内平均温度、人体与相邻风口间距d及人体热偏好四个参量作为输入，即可得到相应的独立风口所需输出的送风风量及送风角度。

需要说明的是，当检测到所述某一分区内同时存在多人情况时，将优先选择热偏好较冷的用户作用。

如图3和图4所示，本实施例中单个独立送风口及整体的送风效果图，可以看出，通过所述方法的作用，处于室内各个位置的用户的身体主体均能浸入在冷气流当中，从而在仅使用少量送风冷气流而不直接作用于整体房间的情况下，准确地让用户周围的微环境得到调控。

如图5所示，为本发明所公开的一种顶板分布式多风口协同个性化送风方法实施例中模拟计算的用户周围热舒适值的结果图。通过模拟计算结果可以看出，在本发明所述的送风方法作用下，用户周围的热环境得以在半分钟内即快速得到降温，并且快速稳定在用户所需求的热中性环境当中。随着时间的推移，输入于室内的冷气流将逐渐降低整个室内平均温度，而通过上述综合性关系式所得到的送风参数也将随之调整，并持续使用户处于符合自身热需求的稳定的舒适环境中。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。