一种基于人体适应度的智能空调节能方法及其系统与流程

1.本发明涉及智能空调技术领域，尤其涉及一种基于人体适应度的智能空调节能方法及基于人体适应度的智能空调节能系统。


背景技术：

2.据调查统计表明：大多数人每天80％的时间都在室内，也就是每天至少20个小时在室内，有些互联网工作者甚至每天90％的时间都在室内，因此对良好的室内环境的研究变得尤其重要，不仅影响人类的身体健康和情绪，同时还影响着许多职场人的工作效率。专家曾经做过实验表明：人类在舒适的环境下工作效率比在过热或者过冷的环境中工作的效率要高出18％左右，因为在过冷或者过冷的环境，人类的注意力很难集中，长时间在这种不良环境下还影响身体健康。
3.随着我国经济的飞速发展，人均收入的不断增加，人们对居住环境的舒适度要求也在不断提高，其中空调已经成为当代社会人们办公，学习和日常生活的必需品，但由于其大量的使用，不仅会消耗大量的电力给环境带来污染，而且人们长期处于空调房间内，会得“空调病”，也就是会出现头疼、鼻塞、发热、免疫力差等病症。因为目前空调是通过人的主观意识对空调的温度进行设置，长时间后室内就会出现过冷或者过热的现象，人们再被动的去调整温度，人体舒适度体验感很差，也易感染“空调病”，严重的话会引起脑血管和呼吸道疾病。为此对空调舒适度的研究具有很重要的意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种基于人体适应度的智能空调节能方法及其系统，通过计算人体舒适度指数来动态调整空调温度，可以解决人为被动设定温度引起“空调病”或呼吸道疾病等问题。
5.作为本发明的第一个方面，提供一种基于人体适应度的智能空调节能方法，所述基于人体适应度的智能空调节能方法包括：
6.步骤s1：采集当前室内环境参数和当前空调运行状态参数；
7.步骤s2：输入用户信息，并调用人体舒适度模型，对所述当前室内环境参数和当前空调运行状态参数进行计算，得到用户的当前舒适度等级；
8.步骤s3：依据所述用户的当前舒适度等级，输出当前空调控制指令；
9.步骤s4：依据所述当前空调控制指令，对空调的当前运行状态进行调整。
10.进一步地，所述当前室内环境参数包括：室内环境温度tn、室内平均环境温度ta、室内平均风速v、室内相对湿度rh和室内最适相对湿度rhs。
11.进一步地，所述人体舒适度模型是利用黄金分割率模型计算某地的人体最佳舒适度值与理论最佳舒适度值的偏差，用来动态划分调整舒适度等级区域；舒适度等级区域划分为高温区、低温区和舒适区；若舒适度等级区域为高温区或低温区，则通过动态调整空调运行状态来改善室内环境，直到舒适度等级区域为舒适区为止。
12.进一步地，所述依据所述用户的当前舒适度等级，输出当前空调控制指令，还包括：
13.根据所述用户的舒适度等级与设定空调控制指令之间的对应关系，确定与用户当前舒适度等级相匹配的当前空调控制指令，并输出所述当前空调控制指令。
14.作为本发明的另一个方面，提供一种基于人体适应度的智能空调节能系统，所述基于人体适应度的智能空调节能系统包括空调控制终端线控器和云监控管理平台，其中，
15.所述空调控制终端线控器，用于采集当前室内环境参数和当前空调运行状态参数，并将所述当前室内环境参数和当前空调运行状态参数上传至所述云监控管理平台；
16.所述云监控管理平台，用于输入用户信息，并调用人体舒适度模型，对所述当前室内环境参数和当前空调运行状态参数进行计算，得到用户的当前舒适度等级；以及依据所述用户的当前舒适度等级，输出当前空调控制指令至所述空调控制终端线控器；
17.所述空调控制终端线控器，用于依据所述当前空调控制指令，对空调的当前运行状态进行调整。
18.进一步地，所述当前室内环境参数包括：室内环境温度tn、室内平均环境温度ta、室内平均风速v、室内相对湿度rh和室内最适相对湿度rhs。
19.进一步地，所述人体舒适度模型是利用黄金分割率模型计算某地的人体最佳舒适度值与理论最佳舒适度值的偏差，用来动态划分调整舒适度等级区域；舒适度等级区域划分为高温区、低温区和舒适区；若舒适度等级区域为高温区或低温区，则通过动态调整空调运行状态来改善室内环境，直到舒适度等级区域为舒适区为止。
20.进一步地，所述人体舒适度模型的计算方式如下：
21.(1)根据用户所在地理位置和当前月份m，计算出用户所在地的人体最佳舒适度值ts，并计算出所述用户所在地的人体最佳舒适度值ts与所述理论最佳舒适度值之间的偏差值dt，所述偏差值dt的计算公式为：
22.dt＝22.7-ts
23.其中，22.7为通过人体平均体温36.75℃乘以黄金分割率0.618计算所得的所述理论最佳舒适度值；
24.其中，
25.(2)根据所述室内平均环境温度ta、室内平均风速v、室内相对湿度rh、室内最适相对湿度rhs以及人体最佳舒适度值ts，计算出用户的平均体感温度tg，所述用户的平均体感温度tg的计算公式为：
26.当ta≥ts时，tg＝ta+a{exp[0.05(ta-ts)(rh-rhs)]-1}-0.03(ta-ts)v；
[0027]
当ta《ts时，tg＝ta-a{exp[0.013(ts-ta)(rh-rhs)]-1}-0.01(ts-ta)v；
[0028]
其中，系数a＝36.5*(1-0.618)≈14；
[0029]
(3)根据所述用户的平均体感温度tg和偏差值dt，计算出偏差标准，并划分出人体舒适度等级；
[0030]
(4)根据所述用户的平均体感温度tg和划分出的人体舒适度等级之间的对应关系，确定与用户当前平均体感温度tg相匹配的人体舒适度等级，以得到用户的当前舒适度等级。
[0031]
进一步地，所述云监控管理平台，还用于根据所述用户的舒适度等级与设定空调
控制指令之间的对应关系，确定与用户当前舒适度等级相匹配的当前空调控制指令，并输出所述当前空调控制指令至所述空调控制终端线控器。
[0032]
进一步地，所述云监控管理平台还包括用户登录注册模块、用户信息更新模块、用户管理模块、空调设备管理模块、空调数据统计模块和报警提示模块；
[0033]
所述用户登录注册模块，用于验证用户登录账号和登录密码信息，利用数据库mysql进行用户信息的查询操作；
[0034]
所述用户信息更新模块，用于修改用户信息和用户登录密码信息，利用数据库mysql进行用户信息的更新操作；
[0035]
所述用户管理模块，用于用户对子用户的信息数据管理，能够添加或删除子用户信息记录，利用数据库mysql进行增删的操作；
[0036]
所述空调设备管理模块，用于对空调设备数据进行监测记录查询，实现批量空调设备管理，将空调设备分配绑定给子用户，利用数据库mysql对用户表与空调设备表进行关联操作；
[0037]
所述空调数据统计模块，用于对采集到的空调运行状态数据进行可视化展示、历史数据的存储以及调用人体舒适度模型计算舒适度指数；
[0038]
所述报警提示模块，用于实时采集空调设备的报警信息和存储历史报警信息。
[0039]
本发明提供的基于人体适应度的智能空调节能方法具有以下优点：通过空调控制终端采集空调参数和环境参数，接收空调指令，并将数据上传至云平台，云监控管理平台接收空调控制终端的数据，进行数据存储、处理、分析、可视化显示，即对用户信息和空调设备信息管理、空调数据统计、报警提示；与传统的人为被动设定温度相比，可以通过调用人体舒适度模型计算人体舒适度指数，来动态调节空调设定值来改善室内环境，节约电力能耗的同时，提高了人的工作效率，改善了身心健康。
附图说明
[0040]
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
[0041]
图1为本发明提供的基于人体适应度的智能空调节能方法的流程图。
[0042]
图2为本发明提供的基于人体适应度的智能空调节能方法的具体实施方式流程图。
[0043]
图3为本发明提供的基于人体适应度的智能空调节能系统的原理图。
[0044]
图4为本发明提供的云监控管理平台的工作流程图。
具体实施方式
[0045]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0046]
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0047]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0048]
在本实施例中提供了一种基于人体适应度的智能空调节能方法，图1为本发明提供的基于人体适应度的智能空调节能方法的流程图，如图1所示，所述基于人体适应度的智能空调节能方法，包括：
[0049]
步骤s1：采集当前室内环境参数和当前空调运行状态参数；其中，所述当前空调运行状态参数包括空调运行中的电流、电压、概率等参数；
[0050]
步骤s2：输入用户信息，并调用人体舒适度模型，对所述当前室内环境参数和当前空调运行状态参数进行计算，得到用户的当前舒适度等级；其中，所述用户信息包括个人基本信息、所在地理位置(纬度)和当前月份m；
[0051]
需要说明的是，人体舒适度模型选用：基于“黄金分割率”的人体舒适度计算模型。
[0052]
步骤s3：依据所述用户的当前舒适度等级，输出当前空调控制指令；
[0053]
步骤s4：依据所述当前空调控制指令，对空调的当前运行状态进行调整。
[0054]
优选地，所述当前室内环境参数包括：室内环境温度tn、室内平均环境温度ta、室内平均风速v、室内相对湿度rh和室内最适相对湿度rhs。有降水时，rhs＝61.8％，无降水时，rhs＝50％。
[0055]
优选地，所述人体舒适度模型是利用黄金分割率模型计算某地的人体最佳舒适度值与理论最佳舒适度值的偏差，用来动态划分调整舒适度等级区域；舒适度等级区域划分为高温区、低温区和舒适区；若舒适度等级区域为高温区或低温区，则通过动态调整空调运行状态来改善室内环境，直到舒适度等级区域为舒适区为止，即符合人体舒适度等级在舒适区变化。
[0056]
优选地，所述人体舒适度模型的计算方式如下：
[0057]
(1)根据用户所在地理位置和当前月份m，计算出用户所在地的人体最佳舒适度值ts，并计算出所述用户所在地的人体最佳舒适度值ts与所述理论最佳舒适度值之间的偏差值dt，所述偏差值dt的计算公式为：
[0058]
dt＝22.7-ts
[0059]
其中，22.7为通过人体平均体温36.75℃乘以黄金分割率0.618计算所得的所述理论最佳舒适度值；
[0060]
其中，由于不同地理位置和月份m所导致的人体最佳舒适度值有所差异，因此
[0061]
需要说明的是，为了减少地理位置对最佳舒适度值的影响，即维度越高，太阳辐射越少，人体最佳舒适度值降低，需要对其进行修正，即：[1-0.3sin(φ-23.5)]，回归线影响较小，因此不需要修正；
[0062]
需要说明的是，为了考虑不同的季节对人体最佳舒适度值的影响，即夏季人体最佳舒适度高于冬季人体最佳舒适度，需要对其进行修正，即：0.3cos[15
°
*(m-1)]；
[0063]
(2)根据所述室内平均环境温度ta、室内平均风速v、室内相对湿度rh、室内最适相对湿度rhs以及人体最佳舒适度值ts，计算出用户的平均体感温度tg，所述用户的平均体感温度tg的计算公式为：
[0064]
当ta≥ts时，tg＝ta+a{exp[0.05(ta-ts)(rh-rhs)]-1}-0.03(ta-ts)v；
[0065]
当ta《ts时，tg＝ta-a{exp[0.013(ts-ta)(rh-rhs)]-1}-0.01(ts-ta)v；
[0066]
其中，系数a＝36.5*(1-0.618)≈14；
[0067]
(3)根据所述用户的平均体感温度tg和偏差值dt，计算出偏差标准，并划分出人体舒适度等级；
[0068]
(4)根据所述用户的平均体感温度tg和划分出的人体舒适度等级之间的对应关系，确定与用户当前平均体感温度tg相匹配的人体舒适度等级，以得到所述用户的当前舒适度等级。
[0069]
具体人体舒适度等级区域划分，如表一所示：
[0070]
表一
[0071][0072]
优选地，如图2所示，获取所述当前室内环境参数，调用人体舒适度模型，根据所述当前室内环境参数和用户信息，计算得到用户的当前舒适度等级c；
[0073]
依据所述用户的当前舒适度等级c和已划分的三大等级区域，输出当前空调控制指令；参照上表一有以下几种情况：
[0074]
(1)当所述用户的当前舒适度等级c在低温区时，输出空调制热指令，控制空调进行制热，例如，当c＝-3时，控制空调制热温度升高1
°
，并将空调的风速调整为低速；当c＝-4时，控制空调制热温度升高1
°
，并将空调的风速调整为中速；当c＝-5时，控制空调制热温度升高2
°
，并将空调的风速调整为高速；当c＝-6时，控制空调制热温度升高2
°
，并将空调的风速调整为高速；
[0075]
(2)当所述用户的当前舒适度等级c在舒适区时，输出空调关闭指令，控制空调进行关闭，例如，当c＝0时，关闭空调；
[0076]
(3)当所述用户的当前舒适度等级c在高温区时，输出空调制冷指令，控制空调进行制冷，例如，当c＝2时，控制空调制冷温度降低1
°
，并将空调的风速调整为低速；当c＝3
时，控制空调制冷温度降低2
°
，并将空调的风速调整为中速；当c＝4时，控制空调制冷温度降低2
°
，并将空调的风速调整为高速。
[0077]
优选地，所述依据所述用户的当前舒适度等级，输出当前空调控制指令，还包括：
[0078]
根据所述用户的舒适度等级与设定空调控制指令之间的对应关系，确定与用户当前舒适度等级相匹配的当前空调控制指令，并输出所述当前空调控制指令。
[0079]
作为本发明的另一实施例，提供一种基于人体适应度的智能空调节能系统，如图3所示，其中，所述基于人体适应度的智能空调节能系统包括空调控制终端线控器和云监控管理平台，其中，
[0080]
所述空调控制终端线控器，用于采集当前室内环境参数和当前空调运行状态参数，并将所述当前室内环境参数和当前空调运行状态参数上传至所述云监控管理平台；
[0081]
所述云监控管理平台，用于输入用户信息，并调用人体舒适度模型，对所述当前室内环境参数和当前空调运行状态参数进行计算，得到用户的当前舒适度等级；以及依据所述用户的当前舒适度等级，输出当前空调控制指令至所述空调控制终端线控器；
[0082]
所述空调控制终端线控器，用于依据所述当前空调控制指令，对空调的当前运行状态进行调整。
[0083]
具体地，空调与空调控制终端线控器之间采用485通讯，空调控制终端线控器与阿里云平台之间采用mqtt协议进行通讯，阿里云平台与云监控管理平台采用https协议进行接口调用。
[0084]
具体地，所述云监控管理平台负责存储、处理、分析、可视化显示数据，可以在web端输入用户信息，完成空调设备的绑定，存储室内环境参数和用户信息。
[0085]
优选地，所述当前室内环境参数包括：室内环境温度tn、室内平均环境温度ta、室内平均风速v、室内相对湿度rh和室内最适相对湿度rhs。
[0086]
优选地，所述人体舒适度模型是利用黄金分割率模型计算某地的人体最佳舒适度值与理论最佳舒适度值的偏差，用来动态划分调整舒适度等级区域；舒适度等级区域划分为高温区、低温区和舒适区；若舒适度等级区域为高温区或低温区，则通过动态调整空调运行状态来改善室内环境，直到舒适度等级区域为舒适区为止。
[0087]
优选地，所述云监控管理平台，还用于根据所述用户的舒适度等级与设定空调控制指令之间的对应关系，确定与用户当前舒适度等级相匹配的当前空调控制指令，并输出所述当前空调控制指令至所述空调控制终端线控器。
[0088]
优选地，如图4所示，所述云监控管理平台还包括用户登录注册模块、用户信息更新模块、用户管理模块、空调设备管理模块、空调数据统计模块和报警提示模块；
[0089]
所述用户登录注册模块，用于验证用户登录账号和登录密码信息，利用数据库mysql进行用户信息的查询操作；
[0090]
所述用户信息更新模块，用于修改用户信息和用户登录密码信息，利用数据库mysql进行用户信息的更新操作；
[0091]
所述用户管理模块，用于用户对子用户的信息数据管理，能够添加或删除子用户信息记录，利用数据库mysql进行增删的操作；
[0092]
所述空调设备管理模块，用于对空调设备数据进行监测记录查询，实现批量空调设备管理，将空调设备分配绑定给子用户，利用数据库mysql对用户表与空调设备表进行关
联操作；
[0093]
所述空调数据统计模块，用于对采集到的空调运行状态数据进行可视化展示、历史数据的存储以及调用人体舒适度模型计算舒适度指数；
[0094]
所述报警提示模块，用于实时采集空调设备的报警信息和存储历史报警信息。
[0095]
本发明提供的基于人体适应度的智能空调节能方法，通过空调控制终端采集空调参数和环境参数，接收空调指令，并将数据上传至云平台，云监控管理平台接收空调控制终端的数据，进行数据存储、处理、分析、可视化显示，即对用户信息和空调设备信息管理、空调数据统计、报警提示；与传统的人为被动设定温度相比，可以通过调用人体舒适度模型计算人体舒适度指数，来动态调节空调设定值来改善室内环境，节约电力能耗的同时，提高了人的工作效率，改善了身心健康。
[0096]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。