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TWI401401B - 熱流情境的控制裝置及方法 - Google Patents

熱流情境的控制裝置及方法 Download PDF

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TWI401401B
TWI401401B TW99123454A TW99123454A TWI401401B TW I401401 B TWI401401 B TW I401401B TW 99123454 A TW99123454 A TW 99123454A TW 99123454 A TW99123454 A TW 99123454A TW I401401 B TWI401401 B TW I401401B
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TW
Taiwan
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heat flow
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TW99123454A
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Inventor
Hsin Hung Lee
Pei Yu Peng
Chien Yuan Chen
Wei Ming Chen
Original Assignee
Ind Tech Res Inst
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Publication date
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Description

熱流情境的控制裝置及方法
本揭露是有關於一種熱流情境的控制裝置及方法。
為因應高科技資訊化時代的來臨，現今建築物已逐步採用智慧化與自動化的技術，而情境控制為當前智慧建築所強調的一部份。然而，當前的情境控制技術大都著重在燈光、聲音或影像的擬真度，而未考量熱流環境的控制。然而，現今市面上對於熱流環境的控制技術，著重於調節空氣流動速度及室內溫度以維持人們所感受的熱舒適度(亦即維持PMV值於0附近)。是故，現行熱流環境控制技術並不適用於智慧建築或情境擬真遊戲等智慧環境控制系統中各種擬真環境的熱流控制需求。
本揭露係有關於一種熱流情境的控制裝置及方法，藉由簡化的熱舒適度函數並搭配不同場景下的情境指令，可快速控制環境的溫度與氣流，達到即時且擬真的智慧環境控制效果。
根據本揭露之第一方面，提出一種熱流情境的控制裝置，包括一控制器、一冷氣源、一閥件、一加熱器以及一供氣裝置。控制器用以定義一簡化熱舒適度函數，簡化熱舒適度函數的可指派參數包括一熱舒適度、一空氣溫度及一風速。控制器依據一情境指令設定一預設熱舒適度及一預設風速，並依據簡化熱舒適度函數、預設熱舒適度及預設風速得到一期望空氣溫度。冷氣源用以提供一冷空氣。閥件用以受控於該控制器以控制冷空氣的流量。閥件與供氣裝置連動並受控於控制器用以供給冷空氣。加熱器用以受控於控制器將冷空氣加熱為達到期望空氣溫度的空氣。供氣裝置用以受控於控制器以預設風速從供氣裝置送出達到期望空氣溫度的空氣。
根據本揭露之第二方面，提出一種熱流情境的控制方法，包括下列步驟。定義一簡化熱舒適度函數，簡化熱舒適度函數的可指派參數包括一熱舒適度、一空氣溫度及一風速。依據一情境指令設定一預設熱舒適度及一預設風速。依據簡化熱舒適度函數、預設熱舒適度及預設風速得到一期望空氣溫度。控制一加熱器以將一冷空氣加熱為達到期望空氣溫度的空氣。
為讓本揭露之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本揭露提出一種熱流情境的控制裝置及方法，藉由簡化的熱舒適度函數並搭配不同場景下的情境指令，可快速得到期望空氣溫度及預設風速以控制環境的溫度與氣流，達到即時且擬真的智慧環境控制效果。
請參照第1圖，其繪示依照本揭露較佳實施例之熱流情況的控制方法之流程圖。要先了解的是，熱舒適度(Predicted Mean Vote，PMV)係為ISO 7730規格下，用以進行溫熱情境環境判定的指標。PMV介於-3~3之間。不同的PMV代表不同的冷熱環境，例如-3代表寒冷(cold)、-2代表涼快(cool)、-1代表微涼(slightly cool)、0代表中性(neutral)、1代表微暖(slightly warm)、2代表暖和(warm)及3代表炎熱(hot)等。
熱舒適度PMV的詳細公式如下：
其中，M為基礎代謝率，W為對外有效做功，Icl 為衣服熱阻隔，fcl 為衣服表面積，ta 為空氣溫度，為平均輻射溫度，Var 為風速，Pa 為濕度，hc 為對流熱傳係數，tcl 為衣服表面溫度。由於傳統ISO 7730規格之熱舒適度PMV的公式過於複雜且為非線性，不易實現應用且所需多個感測器的成本過高。是故本實施例為了簡化，於步驟S100中，定義一簡化熱舒適度函數，簡化熱舒適度函數的可指派參數(assignable parameter)包括一熱舒適度(PMV)、一空氣溫度(ta )及一風速(Var )。此外，簡化熱舒適度函數還更包括一濕度(Pa )。
傳統的熱舒適度PMV的公式主要受4個環境參數(空氣溫度、濕度、平均輻射溫度及風速)及2個人因參數(衣著量及活動量)所影響。假定平均輻射溫度相同於空氣溫度，並將人因參數之衣著量及活動量視為定值，而濕度係可由一濕度感測器量測得到。如此一來，則可以得到簡化熱舒適度函數PMV=f(ta ，var )。其中，熱舒適度PMV、空氣溫度ta 及風速var 為變數，亦即可指派參數。
請參照第2圖，其繪示依照本揭露較佳實施例之熱流情境的控制裝置之示意圖。熱流情境的控制裝置200包括一控制器210、一冷氣源220、一閥件230、一加熱器(heater)240、一供氣裝置250、一濕度感測器260以及一回饋感測器270。其中，控制器210例如為一微處理器。於步驟S100中，控制器210定義簡化熱舒適度函數PMV=f(ta ，var )。
之後，於步驟S110中，控制器210依據一情境指令設定一預設熱舒適度及一預設風速。其中，情境指令例如來自於一多媒體裝置或其他可提供影音聲光效果的裝置，然並不限制。較特別的是，不同於傳統空氣調節系統均欲將PMV維持於0附近，上述之預設熱舒適度的範圍係介於-3~3。舉例來說，若控制器210所接受的情境指令為關於沙漠的情境指令，則預設熱舒適度可被設定為3；同理，若控制器210所接受的情境指令為關於北極的情境指令，則預設熱舒適度可被設定為-3。同樣地，預設風速亦與情境指令相關。實際上，本實施例中之風速即為風力等級表示，而風力等級可參考國際慣用之蒲福風級表(The Beaufort Scale)。
於步驟S120中，控制器210依據簡化熱舒適度函數、預設熱舒適度及預設風速得到一期望空氣溫度。其中，簡化熱舒適度函數中的濕度係由濕度感測器260量測得到。步驟S120即代表，若當前的熱流環境為預設熱舒適度、預設風速及期望空氣溫度，即當前的熱流環境為情境指令所對應的熱流環境。更進一步地，可以經由多次的人因實驗以進行人體感受的量化控制，並將上述的多種參數整理得到一查閱表供控制器210參考，以提升控制器210的工作效率。請參照表1，其為本實施例之各種參數之對照表之一例。
此外，若假定預設熱舒適度包括-3~3中整數的7個級別，而預設風速為部份蒲福風級表中的13個級別，則本實施例所提供之熱流情境的控制裝置200可以處理至少91個情境指令。而隨著級別的進一步細分，更可對應至更多的情境指令，更適用於現行各種擬真環境的熱流控制需求。
於熱流情境的控制裝置200中，冷氣源220提供一冷空氣。閥件230控制冷空氣流量。於步驟S130中，控制器210控制加熱器240的功率，以將冷空氣加熱為達到期 望空氣溫度的空氣。於步驟S140中，供氣裝置250例如為一風扇(fan)，閥件230與供氣裝置250連動並受控於控制器210以預設風速從供氣裝置250送出達到期望空氣溫度的空氣。如此一來，熱流情境的控制裝置200即可提供控制器210接收之情境指令所對應的熱流環境。
此外，熱流情境的控制裝置200更可以利用回饋感測器270量測供氣裝置250的出風口255附近的空氣溫度，並將量測到的空氣溫度回饋至控制器210以判斷是否準確的達到預設熱舒適度。若有些許誤差值，則控制器210可以控制加熱器240或供氣裝置250以進行微調校正，使得當前的熱流環境能更符合情境指令所對應的熱流環境。
本揭露上述實施例所揭露之熱流情境的控制裝置及方法，具有多項優點，以下僅列舉部分優點說明如下：本揭露之熱流情境的控制裝置及方法，藉由簡化的熱舒適度函數並搭配不同場景下的情境指令，可設定預設熱舒適度及預設風速，並快速得到期望空氣溫度，如此一來即可快速控制環境的溫度與氣流，達到即時且擬真的智慧熱流環境控制效果。更進一步地，藉由回饋感測器量測出的結果作為回饋控制的依據，提高熱流環境擬真的效果
綜上所述，雖然本揭露已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧熱流情境的控制裝置
210‧‧‧控制器
220‧‧‧冷氣源
230‧‧‧閥件
240‧‧‧加熱器
250‧‧‧供氣裝置
255‧‧‧出風口
260‧‧‧濕度感測器
270‧‧‧回饋感測器
S100、S110、S120、S130、S140‧‧‧步驟
第1圖繪示依照本揭露較佳實施例之熱流情況的控制方法之流程圖。
第2圖繪示依照本揭露較佳實施例之熱流情境的控制裝置之示意圖。

Claims (9)

  1. 一種熱流情境的控制裝置，包括：一控制器，用以定義一簡化熱舒適度函數，該簡化熱舒適度函數的可指派參數包括一熱舒適度、一空氣溫度及一風速，其中該控制器依據一情境指令設定一預設熱舒適度及一預設風速，並依據該簡化熱舒適度函數、該預設熱舒適度及該預設風速得到一期望空氣溫度；一冷氣源，用以提供一冷空氣；一閥件，用以受控於該控制器以控制該冷空氣的流量；一加熱器，用以受控於該控制器以將該冷空氣加熱為達到該期望空氣溫度的空氣；以及一供氣裝置，用以受控於該控制器以該預設風速從該供氣裝置送出達到該期望空氣溫度的空氣；其中該情境指令係來自一多媒體裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之熱流情境的控制裝置，其中該預設熱舒適度的範圍介於-3~3。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之熱流情境的控制裝置，更包括：一回饋感測器，用以量測該供氣裝置出風口的空氣溫度，並回饋至該控制器以控制該加熱器或該供氣裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之熱流情境的控制裝置，其中該簡化熱舒適度函數更包括一濕度，該控制裝置更包括：一濕度感測器，用以量測該供氣裝置出風口的濕度。
  5. 一種熱流情境的控制方法，包括：定義一簡化熱舒適度函數，該簡化熱舒適度函數的可指派參數包括一熱舒適度、一空氣溫度及一風速；依據一情境指令設定一預設熱舒適度及一預設風速；依據該簡化熱舒適度函數、該預設熱舒適度及該預設風速得到一期望空氣溫度；以及控制一加熱器以將一冷空氣加熱為達到該期望空氣溫度的空氣；其中該情境指令係來自一多媒體裝置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之熱流情境的控制方法，其中該預設熱舒適度的範圍介於-3~3。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之熱流情境的控制方法，更包括：控制一閥件與一供氣裝置以該預設風速從該供氣裝置送出達到該期望空氣溫度的空氣。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之熱流情境的控制方法，更包括：量測該供氣裝置出風口的空氣溫度，以回饋控制該加熱器或該閥件或該供氣裝置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之熱流情境的控制方法，其中該簡化熱舒適度函數更包括一濕度，該控制方法更量測該供氣裝置出風口的濕度。
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