TWI524293B

TWI524293B - 環境控制方法及其系統

Info

Publication number: TWI524293B
Application number: TW103142999A
Authority: TW
Inventors: 吳孝原; 趙念慈; 胡志堅; 鄭忠志
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-03-01
Also published as: TW201621788A; CN105759629A

Description

環境控制方法及其系統

本揭露是有關於一種環境控制方法及其系統，且特別是有關於一種可使得室內環境品質符合標準，且使總設備能耗值為最低之環境控制方法及其系統。

近年來，隨著環保節能意識抬頭，維護建築環境品質以及減少建築設備能源消耗成為建築環境永續發展的兩個重要課題。一般而言，建築物在這兩方面的性能表現不但與硬體設備有關，同時也與設備運作方式有關。然而在建築空間中，各種設備運作的效果並非各自獨立，而是會互相影響的。例如照明設備產生的熱量會影響空調設備的負荷；窗簾的開閉會影響室內所需照明的功率，也會影響空調設備的負荷。雖然如此，傳統的控制方式通常是讓各種設備各自運作，不同設備之間缺乏協調整合的功能，故通常不易達到最佳的環境控制效果。

因此，如何提供一種環境控制方法及其系統以整合建築空間中操作設備之控制，乃業界目前所致力的課題之一。

本揭露係有關於一種環境控制方法及其系統，可整合建築空間中操作設備之控制，使得室內環境品質符合標準，且總設備能耗值為最低。

依據一實施例，提出一種環境控制方法，其包括以下步驟：依據一建築空間選擇一組建築性能變數，該組建築性能變數包括一組環境品質變數以及一總設備能耗；自該建築空間選擇一組操作設備，依該組操作設備定義一組設備變數，該組設備變數之任一組值分別表示該組操作設備之一操作狀態；依據該組建築性能變數對於該組設備變數之一組導數函數，選取一組情境變數與一組建築常數，其中該組情境變數中的每一情境變數與該組導數函數中的至少一導數函數相關，該組建築常數中的每一建築常數與該組導數函數中的該至少一導數函數相關，其中該組情境變數包括氣象狀況、該建築空間各邊界表面之溫度，以及該建築空間內之發熱量至少其中之一；透過至少一第一感測器量測該組情境變數的值；依據該建築空間之特徵決定該組建築常數的值；依據該組情境變數的值以及該組建築常數的值，針對該組設備變數的多組候選值逐一計算對應之該組建築性能變數的值；自該組設備變數的該些候選值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使該組環境品質變數的值符合一組預設標準且該總設備能耗的值為最低。

依據本揭露另一實施例，提出一種環境控制系統。該環境控制系統包括設定模組、控制模組、接收模組以及資料庫。設定模組接收一外部操作以選擇一組建築性能變數，並自一建築空間選擇一組操作設備，其中該組建築性能變數包括一組環境品質變數以及一總設備能耗，該組操作設備定義一組設備變數，該組設備變數之任一組值分別表示該組操作設備之一操作狀態。控制模組耦接該設定模組，依據該組建築性能變數對於該組設備變數之一組導數函數，選取一組情境變數與一組建築常數，其中該組情境變數中的每一情境變數與該組導數函數中的至少一導數函數相關，該組建築常數中的每一建築常數與該組導數函數中的該至少一導數函數相關，其中該組情境變數包括氣象狀況、該建築空間各邊界表面之溫度，以及該建築空間內之發熱量至少其中之一。接收模組，耦接該控制模組，自至少一第一感測器量測該組情境變數的值。資料庫耦接該控制模組，儲存該組建築常數，該組建築常數的值依據該建築空間之特徵決定。其中，該控制模組依據該組情境變數的值以及該組建築常數的值，針對該組設備變數的多組候選值逐一計算對應之該組建築性能變數的值，並自該組設備變數的該些候選值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使該組環境品質變數的值符合一組預設標準且該總設備能耗的值為最低。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉諸項實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧環境控制系統

102‧‧‧設定模組

104‧‧‧控制模組

106‧‧‧接收模組

108‧‧‧資料庫

110‧‧‧驅動模組

112‧‧‧顯示介面

202、204、206、208、210、212、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、402、404、406、408、502、 504、506、508、602、604、606‧‧‧步驟

70‧‧‧建築空間

UE‧‧‧使用者

Ex‧‧‧外部操作

R1-R8‧‧‧隔間

WIN1-WIN5‧‧‧窗戶

SE(1)-SE(N)‧‧‧感測器

OE(1)-OE(M)‧‧‧操作設備

第1圖繪示依據本揭露之一實施例之環境控制系統之示意圖。

第2圖繪示依據本揭露之一實施例之環境控制方法之流程圖。

第3圖繪示依據本揭露之一實施例之步驟細部流程圖。

第4圖繪示依據本揭露之一實施例之環境控制方法之一例流程圖。

第5圖繪示依據本揭露之一實施例之步驟細部流程圖。

第6圖繪示依據本揭露之一實施例之環境控制方法之一例之流程圖。

第7圖繪示依據本揭露之一實施例之建築空間之示意圖。

第8圖繪示依據本揭露之一實施例之對待校正參數進行疊代的結果。

第9圖繪示依據本揭露之一實施例之校正前與校正後物理模型的比較。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本揭露欲保護之範圍。此外，實施例中之圖式係省略不必要之元件，以清楚顯示本揭露之技術特點。

請參考第1圖及第2圖。第1圖繪示依據本揭露之一實施例之環境控制系統之示意圖。第2圖繪示依據本揭露之一實施例之環境控制方法之流程圖。如第1圖所示，環境控制系統100包括設定模組102、控制模組104、接收模組106以及資料庫 108。設定模組102例如包括可回應使用者操作以產生電子訊號的電子電路。控制模組104耦接設定模組102，其例如包括處理器、微處理器或其它具有運算處理能力的電子電路。接收模組106耦接至控制模組104，其例如包括可自感測器SE(1)-SE(N)接收訊號之介面電路。資料庫108例如包括記憶體電路。

環境控制系統100可執行如第2圖所示之環境控制方法。此環境控制方法可應用於一建築空間。

在步驟202，設定模組102依據建築空間選擇一組建築性能變數。此組建築性能變數包括一組環境品質變數以及一總設備能耗。此組建築性能變數中的至少一建數性能變數分別對應至不同環境品質項目，例如包括溫溼度、溫熱舒適度、照明品質以及空氣品質至少其中之一。在一實施例中，設定模組102可接收外部操作Ex以選擇一組建築性能變數。舉例來說，針對一冷凍儲藏空間，使用者可透過設定模組102將溫溼度選作為需考慮的建築性能變數，而不考慮溫熱舒適度以及照明品質等項目。

在步驟204，設定模組102自建築空間選擇一組操作設備OE(1)-OE(M)。依此組操作設備OE(1)-OE(M)可定義出一組設備變數。此組設備變數之任一組值分別表示此組操作設備OE(1)-OE(M)之一操作狀態。操作設備OE(1)-OE(M)例如是該建築空間中的空調、通風、採光、遮陽、與照明等設備。操作設備OE(1)-OE(M)的操作狀態例如是設備開啟、設備關閉、溫度調整、風速變換、或遮光裝置切換等等。各操作狀態可對應一個設備變數的值。以兩組空調設備作為操作設備為例，當操作狀態為「開啟空調設備」，設備變數的值例如定義為「1」；當操作狀態為「關閉空調設備」，設備變數的值例如定義為「0」。此時，此組設備變數的候選值包括「11」、「10」、「01」、「00」等四組值，也就是4種不同的操作組合。

在一實施例中，使用者可透過設定模組102選擇環境控制時所需考量的操作設備。舉例來說，假設作為儲藏室的建築空間中同時包括多組空調設備與多組照明設備，且儲藏室中所儲藏的物品對光照不敏感但對溫度敏感，此時使用者可透過設定模組102只選擇部分或全部之空調設備作為操作設備以執行環境控制。換言之，使用者可只考量與此建築空間之環境要求相關的操作設備，而不需將建築空間中的所有操作設備納入考量，藉此簡化後續流程所需花費的運算量。

在步驟206，控制模組104依據該組建築性能變數對於該組設備變數之一組導數函數，選取一組情境變數與一組建築常數。導數函數例如是建築性能變數對設備變數的偏微分函數，或是可呈現建築性能變數隨設備變數之變化趨勢的函數。假如選定之一組建築性能變數包括Y₁及Y₂兩個變數，選定之一組設備變數包括X₁及X₂兩個變數，則此組建築性能變數對於此組設備變數之一組導數函數例如包括Y₁/X₁、Y₁/X₂、Y₂/X₁以及、Y₂/X₂等四個導數函數。

情境變數例如包括氣象狀況、建築空間各邊界表面的溫度以及室內人數至少其中之一。建築常數例如包括環境品質之預設標準，材料特性，建築幾何形狀，和設備規格至少其中之一。一般而言，若要完整模擬建築空間的環境條件，所需考慮的情境變數項目以及建築常數項目非常多。本實施例中，只有與建築性能變數對於設備變數之導數函數相關的情境變數以及建築常數才需被考慮，故可大幅減少執行後續步驟所需的運算量。

在步驟208，依據所決定的一組情境變數設置對應的感測器SE(1)-SE(N)。如此，接收模組106可自至少一感測器SE(1)-SE(N)接收該組情境變數的每一個情境變數的值。感測器SE(1)-SE(N)例如包括溫度感測器、濕度感測器、照度感測器、風速感測器、牆面溫度計，或其它對應情境變數測量項目之感測器。在一實施例中，感測器SE(1)-SE(N)的佈建可依據步驟206中的導數函數來決定。也就是說，可只針對與該導數函數相關的情境變數設置對應的感測器來取得其值。其餘無關於該導數函數的情境變數項目可設定為合理範圍內之任意常數值。

在步驟210，依據建築空間之特徵決定該組建築常數的值。建築空間之特徵例如是建築空間的體積、形狀、建築材料等。資料庫108可儲存該組建築常數的值，亦可儲存建築性能變數的量測值、情境變數的值與設備變數的候選值以供控制模組104運算。在一實施例中，只有與步驟206中導數函數相關的建築常數需要確定其值，其餘項目的建築常數可設定為合理範圍內之任意常數值。

在步驟212，控制模組104進行環境控制：自所選之該組設備變數的值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使對應之該組環境品質變數的值符合一組預設標準且總設備能耗的值為最低。

在本實施例中，被選定之該組建築性能變數、該組設備變數、該組情境變數以及該組建築常數之間具有一組函數關係。控制模組104可依據所選取的該組情境變數的值以及該組建築常數的值，針對該組設備變數的多組候選值逐一計算對應之該組建築性能變數的值，並且自該組設備變數的該些候選值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使該組環境品質變數的值符合一組預設標準且該總設備能耗的值為最低。由於一組設備變數的值係對應一組建築性能變數的值，故可由建築性能變數的值來判斷最適合作為環境控制的設備變數的值。舉例來說，假設被選定的該組設備變數具有1024組可能的值，經過計算，即可對應得出被選定的該組建築性能變數的1024組值。在此1024組設備變數的值當中，可選擇其中一組使得對應之建築性能變數的值符合預設標準且總設備能耗的值為最低。

在一實施例中，控制模組104可先判斷所選之一組環境品質變數的值是否符合一組預設標準，再針對該組環境品質變數中符合該組預設標準的值，判斷所對應之總設備能耗的值是否為最低，以決定一組最佳化設備變數值。

在決定最佳化設備變數值之後，環境控制系統100 可使用此組最佳化設備變數值驅動操作設備OE(1)-OE(M)，或是轉換成操作資訊以供使用者參考如何最佳化調控操作設備OE(1)-OE(M)。

在一實施例中，環境控制系統100更包括驅動模組110，其耦接至控制模組104，並透過該組最佳化設備變數值控制操作設備OE(1)-OE(M)之操作狀態。舉例來說，驅動模組110可依據該組最佳化設備變數值產生至少一控制訊號，並透過無線及/或有線的方式驅動操作設備OE(1)-OE(M)。

在另一實施例中，環境控制系統100更包括顯示介面112，其耦接至該控制模組104，並顯示該組最佳化設備變數值所對應之操作設備OE(1)-OE(M)之操作狀態以供操作。舉例來說，顯示介面112可顯示操作資訊讓使用者UE瞭解如何調整操作設備OE(1)-OE(M)以達到環境品質符合預設標準且具有最低總設備能耗值的要求。使用者UE可例如根據顯示介面112的資訊進行開啟設備、關閉設備、調整溫度、風速、切換遮光裝置等操作。

請參考第3圖，其繪示依據本揭露之一實施例之第2圖之步驟212之細部流程圖。如第3圖所示，環境控制系統100在確認場地使用後(步驟302)，可等待一指定時刻(步驟304)，接著自感測器SE(1)-SE(N)讀取測得之情境變數的值(步驟306)。之後，控制模組104可根據情境變數的值(例如氣象狀況、建築空間各邊界表面的溫度、以及室內人數)，針對設備變數所有可能的值逐一計算出相應的建築性能變數的值(步驟310)，並判斷其環境品質變數的值是否符合一組預設標準(步驟312)，若是，則接著判斷其總設備能耗的值是否為最低(步驟314)，若是，則決定該設備變數的值為最佳化設備變數值(步驟318)。若步驟312或步驟314的判斷結果為否，則接著判斷設備變數的所有候選值是否都已評估(步驟316)。若是，控制模組104將最佳化設備變數值傳送至給顯示介面112或驅動模組110以控制操作設備OE(1)-OE(M)(步驟322)。若否，則採用下一組設備變數值來計算建築性能變數值(步驟320)。第3圖所示之環境控制方法在場地使用中可定時重複(例如以5至10分鐘的間隔，但不以此為限)，以更新最佳化設備變數。承前所述，本揭露實施例之建築性能變數、設備變數、情境變數以及建築常數之間具有一組函數關係。此組函數關係相當一物理模型。在一實施例中，環境控制系統100可執行環境控制方法以修正該物理模型中的參數值。

請參考第4圖，其繪示依據本揭露之一實施例之環境控制方法之一例流程圖。在步驟402，接收模組106紀錄至少一感測器所量測之所選擇之該組環境品質變數中的至少一環境品質變數在至少一時刻的值，以得到一組量測值。在一實施例中，此處所使用的感測器可以與第2圖步驟208中所使用的感測器不同。

在步驟404，控制模組104基於該組函數關係計算對應於該組量測值之一組計算值。此計算值可視為依據該物理模型所得出的預測值。

在步驟406，控制模組104自該組建築常數中選擇其中一個建築常數作為一待校正參數。換言之，控制模組104可指定欲校正的物理模型參數。一般而言，可指定較不易量測或易有誤差的建築常數(例如室內空間各邊界表面與空氣間的平均熱傳係數與總傳熱面積)作為待校正參數，但本發明並不限於此。

在步驟408，控制模組104依據該組量測值與該組計算值之間的一組差值調整該待校正參數的值。

第5圖繪示依據本揭露之一實施例關於修正物理模型之細部流程圖。如第5圖所示，在計算出物理模型計算值與量測資料的一組差值後(步驟502)，控制模組104可判斷該組差值是否大於一閥值(步驟504)。當控制模組104判斷該組差值大於該閥值，控制模組104計算該組差值隨待校正參數變化的趨勢(步驟506)，並根據該趨勢修正待校正參數(步驟508)。如此一來，透過多次的疊代，即可使待校正參數趨近實際值。

請參考第6圖，其繪示依據本揭露之一實施例之環境控制方法之一例之流程圖。在此實施例中，環境控制系統100可特別針對建築空間中的個人空間進行環境品質控制。在步驟602，使用者可透過設定模組102將建築空間區分為背景環境以及個人環境。以辦公室為例，可設定整體辦公室環境為背景環境，並設定使用者座位為個人環境。在步驟604，使用者可透過設定模組102針對背景環境設定背景環境品質預設標準，並針對個人環境設定個人環境品質預設標準。舉例來說，假設辦公室有5個隔間，背景環境品質預設標準之熱舒適度可設定在較低的要求，而針對被使用的隔間，可設定在較高的熱舒適度要求。在步驟606，控制模組104控制建築空間中的第一組操作設備以使背景環境符合背景環境品質預設標準，並控制建築空間中的第二組操作設備以使個人環境符合個人環境品質預設標準。控制模組104可例如透過第2、3圖所示之環境控制流程來達成步驟606之要求。以上述例子作說明，第一組操作設備例如包括中央空調設備，第二組操作設備例如包括被使用之辦公室隔間(個人環境)中的電風扇。控制模組104可將中央空調設備設定在較高的溫度，並透過驅動電風扇來達到針對個人環境的較高熱舒適度要求。如此不僅可符合環境品質要求，更可減少建築物能源的消耗。

為幫助理解本揭露，以下以一開放式辦公室之建築空間為例，例示性地說明本揭露實施例之環境控制方法及其系統之運作。

第7圖繪示依據本揭露之一實施例之建築空間70之示意圖。該建築空間70為一開放式辦公室。假設此建築空間70寬9.5米，深8.5米，高3.0米，位於北緯24.8度，且具有8個隔間R1-R8，並使用中央空調系統，冷氣設定溫度被固定在25℃，風機具有自動調節風量的功能，因此空調手動控制的部分只有開或關兩種操作狀態。此建築空間70有五個窗戶WIN1-WIN5面向北偏東10度，皆為內倒式窗戶，並配有百葉簾。此建築空間70並具有16具吸頂燈(未繪示)，每具都可以獨立控制。設備變數(X)可用來描述這些設備的狀態。舉例來說，16具吸頂燈係對應16個設備變數，且此16個設備變數有2的16次方個離散的可能值。

建築性能變數(Y)包括總設備能耗和環境品質變數。在一實施例中，可定義一代價函數來量化建築性能，以衡量建築空間的整體性能。舉例來說，控制模組104可先針對所選之該組環境品質變數中的至少一環境品質變數，分別建立一懲罰函數。舉例來說，假設該組環境品質變數包括環境品質變數Y₆以及Y₇，控制模組104可針對當中的環境品質變數Y₆建立一個懲罰函數Y₉，並針對當中的環境品質變數Y₇建立一個懲罰函數Y₈。

當該至少一環境品質變數的值符合該組預設標準時，該懲罰函數之值為第一值(例如為零)；當該至少一環境品質變數的值不符合該組預設標準時，該懲罰函數之值大於該第一值(例如大於零的數)。該懲罰函數之值與該至少一環境品質變數的值違反該組預設標準之程度呈正相關。

接著，控制模組104可建立一代價函數為該總設備能耗與該至少一環境品質變數之該懲罰函數之加權總合，並針對所選之該組設備變數的該些候選值逐一計算對應之該代價函數的值，以及自該組設備變數的該些候選值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使對應之該代價函數的值為最小值。換言之，在此實施例中，當代價函數值越低，代表整體性能越好。然本揭露並不以此為限，控制模組104亦可透過其它最佳化演算法來決定最佳化設備變數值。

在第7圖的例子中，可定義代價函數Y₁₀為空調能耗Y₁，照明能耗Y₂，溫熱環境之懲罰函數Y₈，以及照明環境懲罰函數Y₉的總和。其中當溫熱環境品質在舒適範圍內，溫熱環境懲罰函數值為零，否則其值為正，且正比於溫熱環境偏離舒適範圍的程度。同理，可定義照明環境之懲罰函數。在所有可能的設備變數值中，若某一設備變數值X*所對應的代價函數值為最小值，很可能其對應的懲罰函數值為零，且總設備能耗值為最小值。換句話說，該設備變數值X*能夠以最少的設備能耗維持符合環境品質預設標準的室內環境，X*就是最佳化設備變數值。環境品質之預設標準可例如定義如下：對於溫熱舒適度而言，舒適範圍為「-0.8≦PMV(Predicted Mean Vote)≦0.8」；對於照明品質而言，舒適範圍是「照度≧300lux」，但本揭露並不以此為限。

在一實施例中，建築性能變數Y、設備變數X、情境變數W以及建築常數C之間的物理模型之函數關係可描述為Y=Y(C,W,X,t)，其中t表示時間。為得到各變數間的函數關係，在一實施例中，控制模組104可採用有限差分法進行運算，即根據某一時刻t的實測資料W和Y，對所有可能的設備變數的值X來預測下一時刻(t+△t)的建築性能變數的值Y(t+△t)。其中△t對於環境各物理量而言是一個很短暫的時間，以至於在這段時間內各物理量的變化可視為線性變化，且變化量遠小於變數值本身。但本揭露並不限於使用有限差分法，控制模組104亦可透過其它數值演算法來估計建築性能變數的值Y。在本揭露實施例中，物理模型可依據質量守恆、能量守恆等原理來建構，茲列舉數個範例如下：假設建築空間70沒有水分蒸發或凝結，根據能量守恆原理可得：C_MA．C_CP．(Y3(t+△t)-Y3)/△t=Y_5O．C_CP．(W₁-Y₃)+Y_5H．C_CP．(W₇-Y₃)+X_1Q．C_CP．(C_TAC-Y₃)+W_ER+W_EW+W_EP+W_EM (1)

其中W_ER=C_SG．C_AW．(W₃+W₄)表示太陽輻射傳入室內的能量；W_EW=C_UW．C_AW．(W₁-Y₃)表示室外空氣經由窗戶傳導進入室內的熱量；W_EP=C_HP．W₉+C_LP．(X_4A+X_4B+...+X_4P)表示室內人員與設備所產生的熱量；W_EM=C_UAM．(W_TM-Y₃)表示室內空間各邊界表面傳入室內空氣的熱量；W_TM表示室內各邊界表面的平均溫度，由W_6C,W_6F,W_6R,W_6D的加權平均來估計，權重為各結構體之面積。各參數的定義如下表一所示。

另一方面，根據水蒸汽的質量守恆原理可得：C_MA．(Y₄(t+△t)-Y₄)/△t=Y_5O．(W₂-Y₄)+Y_5H(W₈-Y₄)+X_1Q(C_HAC-Y₄) (2)

在方程式(1)與(2)中除了Y₃(t+△t)與Y₄(t+△t)是需要被預測的值外，其他的數值都是時刻t的量測值，所以Y₃(t+△t)與Y₄(t+△t)可由(1)與(2)二式求出。

至於空調系統之設備能耗量可由下式計算：Y₁(t+△t)=-[X_1Q．C_CP．(C_TAC-Y₃(t+△t))+X_1Q．(C_HAC-Y₄(t+△t))．C_CDS]/C_COP

其中X_1Q代表空調風量，其為室內氣溫Y₃的函數，可例如由空調系統內部控制軟體決定，C_CDS是水蒸汽的凝結熱；C_COP是空調系統的能源效率。而照明設備總能耗量Y₂可直接透過計算開燈數量而獲得：Y₂(t+△t)=C_LP．(X_4A+X_4B+...+X_4P)。

通風量Y_5O(室外進入室內的空氣流量)和Y_5H(走廊進入室內的空氣流量)可由窗面風壓W_5P和開窗面積C_VW．(X_2A+X_2B+...X_2E)加以預估，其中W_5P例如是取前5分鐘的平均量測值，並假設在時刻t與t+△t之間風況大致不變。控制模組104可例如以下列之物理模型來預測通風量：當窗面為迎風面，也就是W_5P 0時，可得Y_5O(t+△t)=C_5PO．sqrt(W_5P)．(X_2A+X_2B+...X_2E)；Y_5H(t+△t)=0；反之，當窗面為背風面，也就是W_5P<0時，可得Y_5H(t+△t)=C_5VO．sqrt(-W_5P)．(X_2A+X_2B+...X_2E)；Y_5O(t+△t)=0；其中常數C_5PO與C_5VO的值可經由量測來決定。

在光環境方面，可假設某一點的照度Y₆是由不同光源(包括自然光和人工光)所貢獻的照度之和。每個貢獻值可由測量來確定：Y_6A(t+△t)=C_ALA．X_4A+......+C_ALP．X_4P+C_AWA．W₃．X_3A+...+C_AWE．W₃．X_3E

同理，可得Y_6B(t+△t)，...，Y_6H(t+△t)等照度值。其餘在時刻(t+△t)的建築性能變數值可由上述求得的Y值來計算，在此不加以詳述。

承前所述，控制模組104可藉由比對過去累積的預測與實測資料，以評估物理模型預測的準確性。舉例來說，方程式(1)所描述之物理模型可以改寫成下式：Y_5O．C_CP．(W₁-Y₃)+Y_5H．C_CP．(W₇-Y₃)+X_1Q．C_CP．(C_TAC-Y₃)+W_ER+W_EW+ W_EP+W_EM-C_MA．C_CP．(Y3(t+△t)-Y3)/△t=0

假設上述物理模型足夠準確，那麼把過去任一時段(t,t+△t)的量測資料代入，上式都會成立。反之，假設該物理模型存在明顯誤差，則上式不會成立，而會有一誤差量R_E：Y_5O．C_CP．(W₁-Y₃)+Y_5H．C_CP．(W₇-Y₃)+X_1Q．C_CP．(C_TAC-Y₃)+W_ER+W_EW+W_EP+W_EM-C_MA．C_CP．(Y₃(t+△t)-Y₃)/△t=R_E (3)

同樣地，對於方程式(2)也可能存在一誤差量R_M：Y_5O．(W₂-Y₄)+Y_5H(W₈-Y₄)+X_1Q(C_HAC-Y₄)-C_MA．(Y₄(t+△t)-Y₄)/△t=R_M (4)

誤差量R_E和R_M分別代表方程式(3)和(4)的殘值(Residuals)，用以衡量該物理模型與實際量測之間的誤差量。在此例子中，殘值的絕對值越大，表示誤差量越大。

在一實施例中，為了增進物理模型的準確性，並使其可隨實際環境的變化進行修正，可藉由調整待校正參數，使得殘值|R_E|與|R_M|的值盡可能減小，其校正流程可如第4、5圖所示。以下以建築常數C_UAM作為待校正參數為例，說明該校正流程的運作，但本揭露並不以此為限。

首先，設定待校正參數C_UAM之初始值為2500(W/℃)。接著，選取某一時間區段(例如某日下午3：00到5：00)的量測資料，當中包括情境變數W、設備變數X以及建築性能變數Y的數值，每15分鐘一筆資料，共9筆資料，分為8個時段。控制模組104對於每個時段計算對應的殘值R_E，再求其絕對值的總和S_RE。之後，控制模組104改變C_UAM的數值，使其成為C_UAM+△C_UAM，並重新計算殘值絕對值的總和，得到S’_RE。然後定義梯度G_UAM為：G_UAM=(S’_RE-S_RE)/△C_UAM

梯度G_UAM代表S_RE隨C_UAM變動的趨勢。若此趨勢為正值，則待校正參數C_UAM應減小；若此趨勢為負值，則待校正參數C_UAM應增大，以使得殘值絕對值的總和S_RE能夠減小。因此將待校正參數C_UAM的數值修正為C_UAM-a．G_UAM，當中a為正實數。如此便完成一個調整參數的循環。重複以上的循環，直到殘值絕對值的總和S_RE足夠微小，或者不再減小，即完成對待校正參數C_UAM之校正。

第8圖繪示依據本揭露之一實施例之對待校正參數C_UAM進行疊代的結果。由第8圖可看出，在100個循環後，殘值絕對值的總和S_RE的值減小約74%左右，且不再降低，此時待校正參數C_UAM的值可被修正為1700(W/℃)。

第9圖繪示依據本揭露之一實施例之校正前與校正後物理模型的比較。由第9圖可看出，校正後預測值的溫度方均根誤差為0.2℃，校正前則為1.2℃。校正後的室溫預測值明顯較接近於實測值。同樣的方法也可用於調整其它的物理模型參數，使建築物理模型更準確。

綜合以上，本揭露實施例之環境控制方法及其系統運用於一建築空間，可整合空調、通風、採光、遮陽、與照明設備之控制，使得室內環境品質符合標準，且設備總能耗為最低。本揭露實施例之環境控制方法及其系統藉由建築性能變數對於設備變數之導數函數以篩選運算時所需考慮的情境變數以及建築常數，故可大幅減少系統的運算量，並大幅簡化建模的過程，易於複製利用。又，本揭露實施例之環境控制方法及其系統可針對物理模型中指定的參數進行校正，以提升物理模型的預測的準確度，進而改善最佳化控制的效果。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，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。

202、204、206、208、210、212‧‧‧步驟

Claims

一種環境控制方法，包括：依據一建築空間選擇一組建築性能變數，該組建築性能變數包括一組環境品質變數以及一總設備能耗；自該建築空間選擇一組操作設備，依該組操作設備定義一組設備變數，該組設備變數之任一組值分別表示該組操作設備之一操作狀態；依據該組建築性能變數對於該組設備變數之一組導數函數，選取一組情境變數與一組建築常數，其中該組情境變數中的每一情境變數與該組導數函數中的至少一導數函數相關，該組建築常數中的每一建築常數與該組導數函數中的該至少一導數函數相關，其中該組情境變數包括氣象狀況、該建築空間各邊界表面之溫度，以及該建築空間內之發熱量至少其中之一；透過至少一第一感測器量測該組情境變數的值；依據該建築空間之特徵決定該組建築常數的值；依據該組情境變數的值以及該組建築常數的值，針對該組設備變數的多組候選值逐一計算對應之該組建築性能變數的值；自該組設備變數的該些候選值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使該組環境品質變數的值符合一組預設標準且該總設備能耗的值為最低。
如申請專利範圍第1項所述之環境控制方法，其中更包括：判斷該組環境品質變數的值是否符合該組預設標準；以及針對該組環境品質變數中符合該組預設標準的值，判斷所對應之該總設備能耗的值是否為最低，以決定該組最佳化設備變數值。
如申請專利範圍第1項所述之環境控制方法，更包括：針對該組環境品質變數中的至少一環境品質變數，分別建立一懲罰函數；當該至少一環境品質變數的值符合該組預設標準時，該懲罰函數之值為一第一值，當該至少一環境品質變數的值不符合該組預設標準時，該懲罰函數之值大於該第一值，且該懲罰函數之值與該至少一環境品質變數的值違反該組預設標準之程度呈正相關；以及建立一代價函數為該總設備能耗與該至少一環境品質變數之該懲罰函數之加權總合；以及針對該組設備變數的該些候選值逐一計算對應之該代價函數的值；自該組設備變數的該些候選值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使對應之該代價函數的值為最小值。
如申請專利範圍第1項所述之環境控制方法，其中該組建築性能變數、該組設備變數、該組情境變數以及該組建築常數之間具有一組函數關係，該環境控制方法更包括：紀錄至少一第二感測器所量測之該組環境品質變數中的至少一環境品質變數在至少一時刻的值，以得到一組量測值；基於該組函數關係計算對應於該組量測值之一組計算值；自該組建築常數中選擇其中一個建築常數作為一待校正參數；依據該組量測值與該組計算值之間的一組差值調整該待校正參數的值。
如申請專利範圍第4項所述之環境控制方法，更包括：判斷該組差值是否大於一閥值；以及當該組差值大於一閥值，計算該組差值隨該待校正參數變化的趨勢，並根據該趨勢修正該待校正參數。
如申請專利範圍第1項所述之環境控制方法，更包括：將該建築空間區分為一背景環境以及一個人環境；針對該背景環境設定一背景環境品質預設標準，並針對該個人環境設定一個人環境品質預設標準；以及控制該建築空間中的一第一組操作設備以使該背景環境符合該背景環境品質預設標準，並控制該建築空間中的一第二組操作設備以使該個人環境符合該個人環境品質預設標準。
如申請專利範圍第1項所述之環境控制方法，更包括：透過該最佳化設備變數值控制該組操作設備之操作狀態。
如申請專利範圍第1項所述之環境控制方法，更包括：顯示該組最佳化設備變數值所對應之該組操作設備之操作狀態於一使用者操作介面以供操作。
如申請專利範圍第1項所述之環境控制方法，其中該組建築常數包括該預設標準、材料特性、建築幾何形狀和設備規格至少其中之一。
如申請專利範圍第1項所述之環境控制方法，其中該組環境品質變數包括：溫溼度、溫熱舒適度、照明品質以及空氣品質至少其中之一。
一種環境控制系統，包括：一設定模組，接收一外部操作以選擇一組建築性能變數，並自一建築空間選擇一組操作設備，其中該組建築性能變數包括一組環境品質變數以及一總設備能耗，該組操作設備定義一組設備變數，該組設備變數之任一組值分別表示該組操作設備之一操作狀態；一控制模組，耦接該設定模組，依據該組建築性能變數對於該組設備變數之一組導數函數，選取一組情境變數與一組建築常數，其中該組情境變數中的每一情境變數與該組導數函數中的至少一導數函數相關，該組建築常數中的每一建築常數與該組導數函數中的該至少一導數函數相關，其中該組情境變數包括氣象狀況、該建築空間各邊界表面之溫度，以及該建築空間內之發熱量至少其中之一；一接收模組，耦接該控制模組，自至少一第一感測器量測該組情境變數的值；以及一資料庫，耦接該控制模組，儲存該組建築常數，該組建築常數的值依據該建築空間之特徵決定；其中，該控制模組依據該組情境變數的值以及該組建築常數的值，針對該組設備變數的多組候選值逐一計算對應之該組建築性能變數的值，並自該組設備變數的該些候選值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使該組環境品質變數的值符合一組預設標準且該總設備能耗的值為最低。
如申請專利範圍第11項所述之環境控制系統，其中該控制模組判斷該組環境品質變數的值是否符合該組預設標準，以及針對該組環境品質變數中符合該組預設標準的值，判斷所對應之該總設備能耗的值是否為最低，以決定該組最佳化設備變數值。
如申請專利範圍第11項所述之環境控制系統，其中該控制模組針對該組環境品質變數中的至少一環境品質變數，分別建立一懲罰函數，當該至少一環境品質變數的值符合該組預設標準時，該懲罰函數之值為一第一值，當該至少一環境品質變數的值不符合該組預設標準時，該懲罰函數之值大於該第一值，且該懲罰函數的值與該至少一環境品質變數的值違反該組預設標準之程度呈正相關；該控制模組並建立一代價函數為該總設備能耗與該至少一環境品質變數之該懲罰函數之加權總合，以及針對該組設備變數的該些候選值逐一計算對應之該代價函數的值；該控制模組更自該組設備變數的該些候選值中決定一組最佳化設備變數值以供控制該組操作設備，使對應之該代價函數的值為最小值。
如申請專利範圍第11項所述之環境控制系統，其中該組建築性能變數、該組設備變數、該組情境變數以及該組建築常數之間具有一組函數關係，該資料庫紀錄至少一第二感測器所量測之該組環境品質變數中的至少一環境品質變數在至少一時刻的值，以得到一組量測值；該控制模組基於該組函數關係計算對應於該組量測值之一組計算值，並自該組建築常數中選擇其中一個建築常數作為一待校正參數，以及依據該組量測值與該組計算值之間的一組差值調整該待校正參數的值。
如申請專利範圍第14項所述之環境控制系統，其中當該控制模組判斷該組差值大於一閥值，該控制模組計算該組差值隨該待校正參數變化的趨勢，並根據該趨勢修正該待校正參數。
如申請專利範圍第11項所述之環境控制系統，其中該設定模組將該建築空間區分為一背景環境以及一個人環境，並針對該背景環境設定一背景環境品質預設標準，以及針對該個人環境設定一個人環境品質預設標準；其中，該控制模組控制該建築空間中的一第一組操作設備以使該背景環境符合該背景環境品質預設標準，並控制該建築空間中的一第二組操作設備以使該個人環境符合該個人環境品質預設標準。
如申請專利範圍第11項所述之環境控制系統，更包括：一驅動模組，耦接至該控制模組，該驅動模組透過該組最佳化設備變數值控制該組操作設備之操作狀態。
如申請專利範圍第11項所述之環境控制系統，更包括：一顯示介面，耦接至該控制模組，用以供顯示該組最佳化設備變數值所對應之該組操作設備之操作狀態以供操作。
如申請專利範圍第11項所述之環境控制系統，其中該組建築常數包括該預設標準、材料特性、建築幾何形狀和設備規格至少其中之一。
如申請專利範圍第11項所述之環境控制系統，其中該組環境品質變數包括：溫溼度、溫熱舒適度、照明品質以及空氣品質至少其中之一。