一种基于物联网的空调能效监管方法
文献发布时间：2023-06-19 15:46:15
技术领域
本发明属于智能家居领域，尤其涉及一种基于物联网的空调能效监管方法。
背景技术
空调包括室内机和室外机，中间利用管道进行输送冷热风，有悬挂式、立柜式、吊顶式、嵌入式、落地式等几种类型，起到重要作用的压缩机以及轴流风扇安装在室外机里面，电气控制电路部件和换热器则安装在室内机组中。空调的原理最主要的是制冷剂，制冷剂联合压缩机一起进入空调器当中，对温度进行调节。当外界的低压气态制冷剂进入到空调器的压缩机内部时，就会被压缩成高温高压的气体，然后这个气体再进空调器的冷凝器进行散热，又被压缩成液体。经过空调器的节流装置，这个节流装置的作用就是把这个液体降温，变成气液混合物，气液混合物又进入到蒸发器后蒸发到室内，从而将室内的温度降低。
实际在应用中，空调的能效受多种条件因素影响，包括：1、温度设置不合理，导致温差过大；2、空调长期使用未保养，造成压缩机内部阀片老化，致使压缩机的传输功率下降；3、空调滤网未及时清洗，灰尘阻塞滤网，造成循环风量减少；4、开空调时开窗开门或进出风口放了太多障碍物导致效果下降；5、空调安装得不合理；6、房间保温效果不好；7、空调的出厂能效比（参考国家GB_T 7725-2004）等，多种复杂因素均会影响能效，导致空调能效的监管和评估较为困难。
现有空调的使用行为管理方式，存在如下问题：
1、监管采用人为监管，大大提高了人力成本，且人为监管无法实时监控，较为粗放，无法做到精细化管理；
2、人员使用不规范，开启分体空调的同时，打开门窗通风，大大降低的空调的热转化效率，造成能源浪费；
3、季节末或季节初室外温度未达到可开启空调的条件，定时开窗通风换气换热即可，但人员仍违规开启，造成能源浪费；
4、人员已离开区域，但未及时关闭空调，导致空调能源浪费；
5、空调使用时较长，售后人员未及时检修或维护保养，导致空调热转化效率降低，造成能源浪费。
发明内容
针对上述技术问题，本发明公开一种基于物联网的空调能效监管方法，通过物联网及大数据技术，更加智能的对空调使用行为及能效情况进行监管，进而实现节能和低碳化。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于物联网的空调能效监管方法，在使用空调的场所内，人员活动区域安装温度传感器及人体存在传感器，使用物联网技术将空调、人体存在传感器、温度传感器连接到服务端；
定时采集温度传感器上传到服务端的温度、空调设定的目标温度、空调开启时长、耗电量数据，并保存在数据库中作为数据分析的数据源；
基于不同的使用场所的人员舒适度和冷热温度需求，配置使用行为；
监测统计空调工作期间的数据，并剔除异常干扰数据；
服务端基于监测统计的数据，分析得出评估指标；基于各个评估指标的权重，计算出评估指标得分；评估指标包括：
空调热转化性能指标，包括：空调单位分钟内交换的温差T
空调所在区域的使用行为指标，包括：在合理时段内空调的累计开启时长占总开启时长的比值P
进一步的，使用行为配置包括：
A、配置空调允许打开的时间段，包括基于场所、通用日历表、周期性中一个或多个的配置；
B、配置空调允许打开的室内温度，以配置空调允许打开的室外温度作为辅助方式；
C、配置空调允许打开的目标设定温度，包括设置制冷、制热模式下的温度值；
D、配置在人员活动区域无人员活动时，空调关闭的延时机制，以及有人后是否开启空调的策略。
进一步的，空调关闭的延时机制为：基于人体存在传感器的微波和/或红外探测手段，探测人员活动情况，无人员活动时，于设定的延时后关闭空调，延时时间为15~30分钟。延时的设置目的是为了避免人员短时离开导致的误关闭率导致空调反复启停。探测到人员活动区域有人且室内温度满足开启条件后，开启空调。
进一步的，异常干扰数据包括：
干扰数据Date
干扰数据Date
干扰数据Date
优选的，通过门窗磁传感器判断是否是因开窗开门行为导致的室内温度在5分钟骤降3℃或5分钟内温度骤升3℃；检测方法为：在使用空调的场所的门窗位置，安装门窗磁传感器，通过物联网通信，探测门窗磁传感器的开关状态并记录时间，当检测到室内温度在5分钟骤降3℃或5分钟内温度骤升3℃，对比门窗磁传感器上报打开状态的时间点，如时间点在室内温度骤降或骤升的前10分钟内，则温度变化属于开窗开门行为导致；否则不属于开窗开门行为导致。
进一步的，评估指标技术方法如下：
空调单位分钟内交换的温差T
T
其中：
T
T
iT
iT
空调单位温度的所需电量Q
Q
其中：
Q
Q
评估指标还包括空调所在区域的使用行为指标，包括
（1）在合理时段内空调的累计开启时长占总开启时长的比值P
（2）在合理室温内空调的累计开启时长占总开启时长的比值P
（3）在合理的目标设定温度区间内空调的累计开启时长占总开启时长的比值P
其中：
O，指空调累计开启时长；
O
O
O
进一步的，T
计算T
计算Q
计算P
计算P
计算P
进一步的，对温差评分、用电评分、合理时段评分、合理室温评分、合理目标温度评分进行加权评估计算，得出空调能效运行健康度H：
H=∑ST
进一步的，在实际运行中，权重值采用阶段性修正优化的策略，即按夏季和冬季整个季节使用空调的评估结果，不断修正权重。
本发明具有以下有益效果：
1、使用物联网技术，实现远程监管，随时随地可查看各空调的状态和使用情况，大大降低人工巡查和管理的成本，在没有人员活动的区域，即可远程自动关闭空调，节约人力的同时又精准降耗；
2、使用物联网技术手段，可监控人员的不规范使用情况，通过短信、APP推送的形式进行提醒，以免能耗浪费，对于同样的空调类型，不同区域的各时段能耗对比，可对重点耗能区域进行精细化管理；
3、通过对空调健康度的评估，可及时提醒对空调进行维护保养，管理使用不规范的区域和行为，进而提高空调热转化效率，延长空调的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例的基于物联网的空调能效监管方法空调关闭、开启的流程图。
图2为本发明实施例的基于物联网的空调能效监管方法空调室温达到目标温度的数据采集图。
图3为本发明实施例的基于物联网的空调能效监管方法异常干扰数据处理流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。
空调的换热效率会受到室外温度、室内温度、设定温度、户内面积、建筑保温性能、使用时长、空调出厂能效比和使用年限影响，因此，不仅各个区域的空调能效数值各不相同，在空调使用的整个季节中也在不断变化。
而在特定的空调使用场所中，户内面积、建筑保温性能基本不会发生变化，空调的出厂能效比为固定值，实际换热情况以现场条件变化。因此，在评估空调在实际使用场所的使用能效时，我们主要关注室内温度、室外温度、设定温度、使用时长及使用年限等因素对最终能效评估的影响。
本实施例的基于物联网的空调（空调可以为分体式空调、氟机空调、水机空调等，包括空调主设备、与空调主设备连接的空调控制器，由空调控制器实现对空调主设备的控制）能效监管方法：
S1，在使用空调的场所内，人员活动区域安装温度传感器及人体存在传感器、空调，物联网技术将空调、人体存在传感器、温度传感器连接到服务端。
S2，定时采集区域所在位置的实时室外温度、温度传感器上传到服务端的室内温度、空调设定的目标温度、空调开启时长、耗电量等数据，并保存在数据库中作为数据分析的数据源；
S3，基于不同的使用场所的人员舒适度和冷热温度需求，可自定义进行多种使用行为的配置；
A、配置空调允许打开的时间段，支持按通用日历表、每周或冬季、夏季分季节配置；
常用配置场景：
1、学校：学校的管理和学生课程表作息习惯较为固定，可按每周设置，每周一到周五，7:40-16:00；
2、办公：办公的上下班时间较为规律和固定，可按每周设置，每周一到周五9:00-18:00；
3、园区：园区内的业态较为复杂，可按通用日历表配置不同场所的设置，如商业可根据日历表设置工作日、节假日、休息日等不同的时段。
B、配置空调允许打开的室内温度，如部分场所条件不允安装室内温度传感器，可配置空调允许打开的室外温度作为辅助方式，当然，由于第一需求是满足人员舒适度需求，配置室内温度是最优的；
1、如按室外温度配置，推荐的配置温度范围为：
夏季：室外温度≤28，禁止开启；室外温度28＜A≤30℃，不建议开启；其他允许开启；
冬季：室外温度＞18℃，禁止开启；室外温度8＜A≤18℃，不建议开启，其他允许开启。
2、如按室内温度配置，推荐的配置温度范围为：
夏季：室内温度≤26，禁止开启；室内温度26＜A≤28℃，不建议开启；其他允许开启；
冬季：室内温度＞20℃，禁止开启；室内温度10＜A≤20℃，不建议开启，其他允许开启。
C、配置空调允许打开的目标设定温度，支持设置制冷、制热不同模式下的温度值；
推荐的节能温度设置：夏季，制冷≥26℃，冬季，制热≤20℃。
D、配置在无人员活动时，空调自动关闭的延时机制，以及有人后是否开启空调的策略。
配置完成后，将自动基于人体存在传感器的微波和红外双探测手段，探测人员活动情况，无人活动区域，将于设定的延时后自动关空调，其中延时的设置目的是为了避免人员短时离开导致的误关闭率导致空调反复启停；探测到有人且室内温度满足开启条件（有人的持续时间大于X2分钟，且延时Y2分钟）后，将自动开启空调。
推荐的无人关闭空调的延时时间Y1为20分钟。具体的运行规则参考附图1。
S4，完成S3中ABC的配置后，对每一台空调进行工作期间的长时间数据观察和监测统计，并剔除异常干扰数据。
数据采集规则参考附图2。
干扰数据Date
干扰数据Date
注：此干扰数据Date
干扰数据Date
S5，结合S3中 ABC的配置以及上述异常干扰数据的剔除，由服务端基于大数据采集到的数据，分析得出核心的评估指标：
A、空调单位分钟内（制冷/制热）交换的温差T
参数解释：
T
T
iT
iT
B、空调单位温度（制冷/制热）的所需电量Q
参数解释：
Q
Q
C、空调所在区域的违规使用情况记录和分析，包括：
（1）在合理时段内空调的累计开启时长占总开启时长的比值P
（2）在合理室温内空调的累计开启时长占总开启时长的比值P
注：如配置温度传感器，则取温度传感器检测到的室内温度设定值，如未配置温度传感器，则取空调所在地址的室外温度设定值，二者只可取其一。
（3）在合理的目标设定温度区间内空调的累计开启时长占总开启时长的比值P
参数解释：
O，指空调累计开启时长；
O
O
O
S6，对上述评估指标，参考如下评估指标范围对应的评分表，计算出各项得分。
表1：评估指标范围对应的评分表
评分权重说明：
根据GB_T 7725-2004中对空调的检验要求，空调的热转化性能是影响空调能效的最大因素，故而在分配各项评分指标的权重上，赋予的权重值有所偏差，其中时段的评分影响度最低，赋予的权重值也最小。在实际运行中，该权重值采用阶段性修正优化的策略，即按夏季和冬季整个季节使用空调的评估结果，不断修正权重。
参数解释：
ST
SQ
SP
SP
SP
S7，分体能效运行健康度H评估，采用加权评估，对上述各指标进行加权评估计算，得出健康度：H=∑ST
S8，基于上述的数据统计分析和能耗评估结果，从以下几个方面帮助能效监管决策。
（1）提供每台空调的日、周、月、年的数据分析数据报表
可查看整体的能耗使用情况，和不同场所的能耗使用情况，可形成图表化的展示，并支持表格导出，用于出具管理的能效分析报告和监管的数据凭证。
（2）提供每台空调的能效健康度评分，并基于健康度得分值，判断和分析能耗使用的合理度，指导管理决策。
健康度H得分90以上，监管建议：空调的工作状态和效果较好，请继续保持正确的使用规范；
健康度H得分80-90，监管建议：空调的工作状态和效果良好，但须注意日常使用规范，定期安排空调的清洗保养；
健康度H得分60-70，监管建议：空调的工作状态和效果一般，请关注违规使用的情况，定期安排空调的清洗保养；
健康度H得分50-60，监管建议：空调的工作状态和节能效果较差，请关注违规使用的情况，建议联系售后人员进行检测；
健康度H得分50以下，监管建议：空调的工作状态和节能效果较差，能效利用低，请联系售后专业人员进行检测。
以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。