TWI557378B - 空調系統及其控制方法 - Google Patents

Description

空調系統及其控制方法

本揭露係關於一種空調系統及其控制方法，特別是一種具有非線性不靈敏區設置的空調系統及其控制方法。

隨著地球的氣候漸漸不同於往常，夏季不斷破記錄的高溫及冬季不斷下探的低溫，使得人們越來越倚賴空調系統。現有的空調系統為了避免水閥與風扇不斷的開關或加速減速，通常有「不靈敏區」的設置。舉例來說，當空調系統以冷房模式運作時，風扇及/或水閥要在室溫與設定溫度的溫度差達到一個門檻值後，才會改變(提高/降低)其運作輸出的狀態。

然而，一般而言，不論設定溫度的高低，前述的門檻值係一個常數。舉例來說，當設定溫度是攝氏27度時，風扇及/或水閥的運作輸出狀態是在當前溫度高於攝氏28度或低於攝氏26度時才會改變。而當設定溫度是攝氏17度時，風扇及/或水閥的運作輸出狀態是在當前溫度高於攝氏18度或低於攝氏16度時才會改變。

但這將導致一個問題，夏天時，一個使用者進入 一個房間時，為求最快速地降低室內溫度，往往會把設定溫度設置在極低溫，例如攝氏16度。然而使用者往往會等到感覺冷了才去將設定溫度調整回舒適的溫度，例如攝氏24度。因此空調系統會浪費額外的能量，不僅讓使用者的支出提高，也額外地破壞地球的環境。

有鑑於以上的問題，本揭露提出一種空調系統與其控制方法。此空調系統藉由設置非線性的不靈敏區，避免空調系統本身因為設定溫度過高或過低而浪費多餘的能源。

依據本揭露一個或多個實施例所揭示的一種空調系統控制方法，包含下列步驟：依據設定溫度、空調模式與多個設定參數產生不靈敏區(dead zone)。此不靈敏區具有對應於設定溫度的不靈敏區上限溫度與不靈敏區下限溫度。以及判斷當前溫度是否高於不靈敏區上限溫度或低於不靈敏區下限溫度，若是則控制水閥。

依據本揭露一個或多個實施例所揭示的一種空調系統，包含介面控制模組、感測模組、水閥與空調控制模組。其中介面控制模組用以依據設定溫度、空調模式與多個設定參數產生不靈敏區(dead zone)，此不靈敏區具有對應於設定溫度的不靈敏區上限溫度與不靈敏區下限溫度。感測模組用以感測當前溫度。水閥用以依據水閥控制訊號控制調整輸出水量。空調控制模組分別通訊連接至介面控制模組、感測 模組與水閥，用以判斷當前溫度是否高於不靈敏區上限溫度或低於不靈敏區下限溫度，若是則產生水閥控制訊號。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本揭露之精神與原理，並且提供本揭露之專利申請範圍更進一步之解釋。

1000‧‧‧空調系統

1001‧‧‧遙控裝置

1100‧‧‧介面控制模組

1200‧‧‧感測模組

1300‧‧‧空調控制模組

1400‧‧‧水閥

1500‧‧‧風扇

L₁~L₃‧‧‧斜直線

C₁~C₄‧‧‧曲線

Z_D0~Z_D2‧‧‧不靈敏區

T_u1‧‧‧舒適區溫度上限

T_b1‧‧‧舒適區溫度下限

第1圖係依據本揭露一實施例的空調系統架構示意圖。

第2圖係傳統的空調系統的不靈敏區與當前溫度、設定溫度的關係示意圖。

第3圖係依據本揭露一實施例的空調系統於冷房模式中的不靈敏區與當前溫度、設定溫度的關係示意圖。

第4圖係依據本揭露一實施例的空調系統於暖房模式中的不靈敏區與當前溫度、設定溫度的關係示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本揭露之詳細特徵，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本揭露相關之目的。以下之實施例係進一步詳細說明本揭露之觀點，但非以任何觀點限制本揭露之範疇。

請參照第1圖，其係依據本揭露一實施例的空調 系統架構示意圖。如第1圖所示，依據本揭露一實施例的空調系統1000包含介面控制模組1100、感測模組1200、空調控制模組1300、水閥1400與風扇1500。其中介面控制模組1100、感測模組1200、水閥1400與風扇1500都分別有線或無線地通訊連接至空調控制模組1300。

於一實施例中，介面控制模組1100與感測模組1200都設置於空調系統1000的遙控裝置1001中。介面控制模組1100用來依據設定溫度T_set、空調模式與多個設定參數產生不靈敏區(dead zone)。關於不靈敏區的產生，請參照第2圖與第3圖，其中第2圖係傳統的空調系統的不靈敏區與當前溫度、設定溫度的關係示意圖，而第3圖係依據本揭露一實施例的空調系統於冷房模式中的不靈敏區與當前溫度、設定溫度的關係示意圖。

如第2圖所示，傳統的空調系統的不靈敏區Z_D0可以視為與設定溫度「完全正相關」的一條帶狀區間。更明確來說，第2圖中的橫軸為設定溫度T_set，而縱軸為當前溫度T_sampled，可以看出斜直線L₁可以視為以下列方程式(1)表示：T_sampled=T_set (1)而不靈敏區Z_D0可以視為由斜直線L₂與斜直線L₃所定義的，其中斜直線L₂與斜直線L₃可以分別由下列方程式(2)與方程式(3)表示：T_sampled=T_set+T_off (2)

T_sampled=T_set-T_off (3)其中T_off可以視為溫度誤差設定值，而這個誤差設定值舉例通常而言介於攝氏0.5度到攝氏1度之間，但不限定。

而根據本揭露一實施例，如第3圖所示，隨著設定溫度T_set的改變，不靈敏區Z_D1也隨之改變。更具體來說，不靈敏區Z_D1係由第一曲線C₁與第二曲線C₂所定義的，隨著設定溫度T_set而變的一個區域。其中第一曲線C₁可以視為一條當前溫度T_sampled與設定溫度T_set的關係的曲線，而第二曲線C₂可以視為另一條當前溫度T_sampled與設定溫度T_set的關係的曲線。

其中決定第一曲線C₁與第二曲線C₂的方法，茲敘述如下。以運作於冷房模式的空調系統為例，要決定第一曲線C₁與第二曲線C₂需要先定義出「舒適區」的範圍。舉例來說，根據研究通常在室溫介於攝氏22度(華氏72度)與攝氏26度(華氏79度)之間時，人會感覺最舒服。因此於一個實施例中可以將舒適區的溫度上限T_u1定為攝氏26度(華氏79度)，並將舒適區的溫度下限T_b1定為攝氏22度(華氏72度)。然而，舒適區溫度上線T_u1與舒適區溫度下限T_b1可以自由地設定，本揭露不加以限制。

當舒適區已經被決定好之後，於一個實施例中，當空調系統1000的設定溫度T_set大於等於舒適區溫度上限T_u1時，不靈敏區Z_D1與傳統的空調系統的不靈敏區Z_D0一致。而 當設定溫度T_set在舒適區內時，第一曲線C₁與第二曲線C₂可以由中心偏移參數K_diff與膨脹參數K_exp來決定。當設定溫度T_set小於等於舒適區溫度下限T_b1時，不靈敏區Z_D1的溫度上限與溫度下限基本上是常數。綜上，可以把第一曲線C₁與第二曲線C₂分別由下列方程式(4)與方程式(5)呈現： 也就是說，第一曲線C₁與第二曲線C₂都是片段線性(piece-wise linear)曲線。

於另一個實施例中，第一曲線C₁與第二曲線C₂ 也可以由舒適區溫度上限T_u1、舒適區溫度下限T_b1、溫度誤差設定值T_off、節能溫度上限T₁與節能溫度下限T₂決定。第一曲線C₁與第二曲線C₂可以分別如下列方程式(6)與方程式(7)：

另一方面以運作於暖房模式的空調系統為例，產 生不靈敏區的方法，請參照第4圖，其係依據本揭露一實施例的空調系統於暖房模式中的不靈敏區與當前溫度、設定溫度的關係示意圖。如第4圖所示，要定義不靈敏區Z_D2要先決定第三曲線C₃與第四曲線C₄，因此需要先定義出「舒適區」的範圍。如前述，通常在室溫介於攝氏22度(華氏72度)與攝氏26度(華氏79度)之間時，人會感覺最舒服。因此於一個實施例中可以將舒適區的溫度上限T_u1定為攝氏26度(華氏79度)，並將舒適區的溫度下限T_b1定為攝氏22度(華氏72度)。

當舒適區已經被決定好之後，於一個實施例中， 當空調系統1000的設定溫度T_set小於等於舒適區溫度下限T_b1時，不靈敏區Z_D2與傳統的空調系統的不靈敏區Z_D0一致。而當設定溫度T_set在舒適區內時，第三曲線C₃與第四曲線C₄可以由中心偏移參數K_diff與膨脹參數K_exp來決定。當設定溫度T_set大於等於舒適區溫度上限T_u1時，不靈敏區Z_D2的溫度上限與溫度下限基本上是常數。綜上，可以把第三曲線C₃與第四曲線C₄分別由下列方程式(8)與方程式(9)呈現： 也就是說，第三曲線C₃與第四曲線C₄都是片段線性(piece-wise linear)曲線。

於另一個實施例中，第三曲線C₃與第四曲線C₄ 也可以由舒適區溫度上限T_u1、舒適區溫度下限T_b1、溫度誤差設定值T_off、節能溫度上限T₁與節能溫度下限T₂決定。第三曲線C₃與第四曲線C₄可以分別如下列方程式(10)與方程式(11)：

以冷房模式為例，當第一曲線C₁與第二曲線C₂ 都決定好了，空調系統1000的不靈敏區Z_D1也就被介面控制模組1100設定好了。因此，每一個設定溫度T_set都可以對應一個不靈敏區溫度上限T_du跟一個不靈敏區溫度下限T_db。接著設置於遙控裝置1001中的感測模組1200可以感測遙控裝置1001周圍的溫度。這個感測到的溫度就是當前溫度T_sampled，如果當前溫度T_sampled高於不靈敏區溫度上限T_du，則空調控制模組1300可以產生一個水閥控制訊號來使水閥1400放出更多冷水以使室溫(當前溫度)下降。如果當前溫度T_sampled低於不靈敏區溫度下限T_db，則空調控制模組1300可 以產生一個水閥控制訊號來使水閥1400減少所放出的冷水以使室溫(當前溫度)上升。

反之，以暖房模式為例，當第三曲線C₃與第四 曲線C₄都決定好了，空調系統1000的不靈敏區Z_D2也就被介面控制模組1100設定好了。因此，每一個設定溫度T_set都可以對應一個不靈敏區溫度上限T_du跟一個不靈敏區溫度下限T_db。接著設置於遙控裝置1001中的感測模組1200可以感測遙控裝置1001周圍的溫度。這個感測到的溫度就是當前溫度T_sampled，如果當前溫度T_sampled低於不靈敏區溫度下限T_db，則空調控制模組1300可以產生一個水閥控制訊號來使水閥1400放出更多熱水以使室溫(當前溫度)上升。如果當前溫度T_sampled高於不靈敏區溫度上限T_du，則空調控制模組1300可以產生一個水閥控制訊號來使水閥1400減少所放出的熱水以使室溫(當前溫度)下降。

另一方面，空調控制模組1300也可以依據當前溫度T_sampled、不靈敏區溫度上限T_du與不靈敏區溫度下限T_db來產生風扇控制訊號，藉以調整風扇1500的轉速(出風量)。舉例來說，假設風扇1500的轉速由慢至快可以分為第一段、第二段、第三段與第四段。則空調控制模組1300依據設定溫度T_set、當前溫度T_sampled、不靈敏區溫度上限T_du、不靈敏區溫度下限T_db與當前溫度變化率x來決定風扇1500的轉速。更明確來說，空調控制模組1300中可以具有一模糊邏輯單 元，計算當前溫度T_sampled與設定溫度T_set、不靈敏區溫度上限T_du及不靈敏區溫度下限T_db之間的相對關係(例如當前溫度T_sampled是否介於設定溫度T_set與不靈敏區溫度上限T_du之間或是當前溫度T_sampled大於不靈敏區溫度上限T_du等等的狀況)。模糊邏輯單元並計算當前溫度變化率x(例如當前溫度是上升還是下降、當前溫度變化率的絕對值大小)，而後參考當前的風扇轉速，以模糊運算或類神經網路運算來產生風扇控制訊號以提高、降低或維持風扇的轉速。前述模糊運算與類神經網路運算可以參照一般的模糊控制理論，於此不再贅述。於本揭露另一實施例中，也可以將前述模糊運算的結果直接以對照表的方式寫入空調控制模組1300中，因此空調控制模組1300可以直接根據設定溫度T_set、當前溫度T_sampled、不靈敏區溫度上限T_du、不靈敏區溫度下限T_db與當前溫度變化率x等資料來查表得到應產生的風扇控制訊號。

舉例來說，如果空調系統運作在冷房模式，當前 風扇1500的轉速是第三段，且當前溫度T_sampled高於不靈敏區溫度上限T_du，同時當前溫度變化率x指示當前溫度T_sampled沒有變化或是上升，則表示出風量不足，因此空調控制模組1300可以產生風扇控制訊號，以脈衝寬度調變控制方法(pulse-width modulation,PWM)來將風扇1500的轉速在第三段與第四段之間切換，或是直接將風扇1500的轉速切換到第四段，藉此試圖降低當前溫度T_sampled。

綜上所述，藉由本揭露的系統與其控制方法，即 使使用者為求快速降低室溫而將設定溫度設定到低溫，實際上介面控制模組仍然會將空調系統的不靈敏區重新設置。舉例來說，於一個實施例中，假設舒適區溫度上限T_u1是攝氏26度而舒適區溫度下限T_b1是攝氏22度，當使用者將設定溫度設定在攝氏27度時，不靈敏區可以是介於攝氏26.5度至攝氏27.5度之間。然而，當使用者將設定溫度設定在低於攝氏22度時，不靈敏區可以被介面控制模組設定在介於攝氏23度到攝氏25度之間。而當使用者將設定溫度設定在攝氏24度時，不靈敏區可被介面控制模組設定在介於攝氏24.25度到攝氏25.75度之間。如此，於先前技術中所述的會浪費額外能源的問題就可以被解決了。

雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

C₁‧‧‧曲線

C₂‧‧‧曲線

Z_D1‧‧‧不靈敏區

T_u1‧‧‧舒適區溫度上限

T_b1‧‧‧舒適區溫度下限

Claims (24)

1. 一種空調系統控制方法，包含：依據一設定溫度、一空調模式與多個設定參數產生一不靈敏區(dead zone)，該不靈敏區具有對應於該設定溫度的一不靈敏區上限溫度與一不靈敏區下限溫度；以及判斷一當前溫度是否高於該不靈敏區上限溫度，或低於該不靈敏區下限溫度，若是則控制至少一水閥。
2. 如請求項1所述的方法，其中該些設定參數包含一舒適區上限溫度與一舒適區下限溫度，當該空調模式係一冷房模式，且該設定溫度小於等於該舒適區下限溫度時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度均設為常數。
3. 如請求項2所述的方法，其中當該設定溫度大於等於該舒適區上限溫度時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度均由該設定溫度與一溫度誤差設定值所決定。
4. 如請求項2所述的方法，其中該些設定參設更包含一中心偏移參數與一膨脹參數，當該設定溫度介於該舒適區上限溫度與該舒適區下限溫度之間時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度係由該設定溫度、該中心偏移參數與該膨脹參數所決定。
5. 如請求項2所述的方法，當該當前溫度小於該不靈敏區下限溫度時，降低該至少一水閥的輸出。
6. 如請求項2所述的方法，當該當前溫度大於於該不靈敏區上限溫度時，提高該至少一水閥的輸出。
7. 如請求項1所述的方法，其中該些設定參數包含一舒適區上限溫度與一舒適區下限溫度，當該空調模式係一暖房模式，且該設定溫度大於等於該舒適區上限溫度時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度均設為常數。
8. 如請求項7所述的方法，其中當該設定溫度小於等於該舒適區上限溫度時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度均由該設定溫度與一溫度誤差設定值所決定。
9. 如請求項7所述的方法，其中該些設定參設更包含一中心偏移參數與一膨脹參數，當該設定溫度介於該舒適區上限溫度與該舒適區下限溫度之間時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度係由該設定溫度、該中心偏移參數與該膨脹參數所決定。
10. 如請求項7所述的方法，當該當前溫度小於該不靈敏區下限溫度時，提高該至少一水閥的輸出。
11. 如請求項7所述的方法，當該當前溫度大於該不靈敏區上限溫度時，降低該至少一水閥的輸出。
12. 如請求項1所述的方法，更依據該當前溫度與該不靈敏區，以控制至少一風扇。
13. 一種空調系統，包含： 一介面控制模組，用以依據一設定溫度、一空調模式與多個設定參數產生一不靈敏區(dead zone)，該不靈敏區具有對應於該設定溫度的一不靈敏區上限溫度與一不靈敏區下限溫度；一感測模組，用以感測一當前溫度；至少一水閥，用以依據一水閥控制訊號控制調整輸出水量；以及一空調控制模組，分別通訊連接至該介面控制模組、該感測模組與該至少一水閥，用以判斷該當前溫度是否高於該不靈敏區上限溫度或低於該不靈敏區下限溫度，若是則產生該水閥控制訊號。
14. 如請求項13所述的空調系統，其中該些設定參數包含一舒適區上限溫度與一舒適區下限溫度，當該空調模式係一冷房模式，且該設定溫度小於等於該舒適區下限溫度時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度均設為常數。
15. 如請求項14所述的空調系統，其中當該設定溫度大於等於該舒適區上限溫度時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度均由該設定溫度與一溫度誤差設定值所決定。
16. 如請求項14所述的空調系統，其中該些設定參設更包含一中心偏移參數與一膨脹參數，當該設定溫度介於該舒適區上限溫度與該舒適區下限溫度之間時，該不靈敏區上限 溫度與該不靈敏區下限溫度係由該設定溫度、該中心偏移參數與該膨脹參數所決定。
17. 如請求項14所述的空調系統，當該當前溫度小於該不靈敏區下限溫度時，降低該至少一水閥的輸出。
18. 如請求項14所述的空調系統，當該當前溫度大於該不靈敏區上限溫度時，提高該至少一水閥的輸出。
19. 如請求項13所述的空調系統，其中該些設定參數包含一舒適區上限溫度與一舒適區下限溫度，當該空調模式係一暖房模式，且該設定溫度大於等於該舒適區上限溫度時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度均為常數。
20. 如請求項19所述的空調系統，其中當該設定溫度小於等於該舒適區上限溫度時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度均由該設定溫度與一溫度誤差設定值所決定。
21. 如請求項19所述的空調系統，其中該些設定參設更包含一中心偏移參數與一膨脹參數，當該設定溫度介於該舒適區上限溫度與該舒適區下限溫度之間時，該不靈敏區上限溫度與該不靈敏區下限溫度係由該設定溫度、該中心偏移參數與該膨脹參數所決定。
22. 如請求項19所述的空調系統，當該當前溫度小於該不靈敏區下限溫度時，提高該至少一水閥的輸出。
23. 如請求項19所述的空調系統，當該當前溫度大於該不靈敏區上限溫度時，降低該至少一水閥的輸出。
24. 如請求項13所述的空調系統，更包含至少一風扇，通訊連接至該空調控制模組，用以依據一風扇控制訊號調整一輸出風量，並且該空調控制模組更依據該不靈敏區與該當前溫度，產生該風扇控制訊號。