空調睡眠控制的專利技術綜述

莊利

摘要：在空調器運行過程中，一般是用戶根據自身對溫濕度等環境參數的需求手動調節運行參數。當用戶處于睡眠狀態時，無法自行對空調器的運行參數進行調節，且空調器無法預測用戶何時進入睡眠，因而空調器無法根據用戶需求對自身的運行參數進行調節，從而導致用戶的睡眠舒適度降低。因此，在對空調睡眠控制的諸多研究中，智能控制逐漸成為其主流發展方向。本文通過分析國內外有關空調睡眠控制的專利文獻，為如何通過智能控制提高用戶睡眠舒適度提供專利技術支撐。

關鍵詞：空調； 睡眠；智能控制；專利

中圖分類號：TH43 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）24-0057-04

Summary of Patent Technology for Sleep Control of Air-conditioning

ZHUANG Li

（Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office，State Intellectual Property Office，Chengdu Sichuan 610000）

Abstract： During the operation of the air conditioning， the user usually adjusts operating parameters of air conditioning according to environmental parameters such as temperature and humidity. When the user is in sleep state， the operating parameters of the air conditioning cannot be manually adjusted， and the air conditioning itself cannot predict when the user falls asleep. Therefore， the operating parameters of the air conditioning cannot be adjusted according to the user's requirements， resulting in a clear decline of the user's sleep comfort. Accordingly， in many researches about sleep control of air conditioning， intelligent control has gradually become the mainstream development direction. By analyzing the patent documents on air conditioning sleep control at home and abroad， this paper provided patent technology support for improving user's sleep comfort through intelligent control.

Key words： air conditioning； sleep； intelligent control； patent

人的一生大約有三分之一的時間是在睡眠中度過的，當人處于睡眠狀態時，即使在深度睡眠的情況下，機體和周圍環境也不是完全隔絕的，周圍環境參數的變化會對機體產生影響，且生物睡眠研究結果顯示環境溫度是影響機體睡眠的重要因素。現代社會中，可以通過空調器對建筑物內的環境溫度、濕度、潔凈度等參數進行調節和控制，而當人體處于睡眠狀態時，人體各項生理參數以及對外界環境的感知能力均會發生變化，如何通過空調器調節室內環境參數以使得用戶具有較高的舒適度，成為空調控制中的一項重大課題[1-2]。

1 空調睡眠控制機理

空調的睡眠控制可以根據其時間因素分為以下兩種：①用戶并未設置空調器進入睡眠模式，當空調器中的檢測控制裝置判斷用戶處于睡眠狀態時，自動調節空調器的運行參數，其著重點在于調節空調器運行參數之前如何判斷用戶的睡眠狀態；②用戶設置空調器進入睡眠模式，或空調器判斷到用戶已經進入睡眠狀態時，按照預設的規則調節空調器的運行參數，其著重點在于如何根據用戶的睡眠狀態調節空調器的運行參數，從而提高舒適度。

1.1 判斷用戶的睡眠狀態

當空調器運行在用戶預設好的運行模式下時，其溫度、風向及風量等參數均為相對固定的數值，而當用戶處于睡眠狀態時，若沒有及時人為更改其運行模式，有可能會導致用戶著涼，空調器的智能運行程度不高。因而該控制方法主要是在用戶并未設置空調器運行在睡眠模式下時，空調器智能檢測判斷用戶的狀態，當其檢測到用戶處于睡眠狀態時，則按照預設的規則調節空調器的運行參數，提高空調器的智能化。

1.2 空調器的睡眠控制方法

空調器的睡眠控制方法，主要是指當用戶進入睡眠后，空調器根據用戶的睡眠狀態按照預設的規則或方式對空調器運行參數進行調節的方法。其具體的調節方法有空調器預設的睡眠模式、按照用戶睡眠曲線運行、按照舒適性方程計算的舒適度、結合對用戶具體的睡眠狀態的判斷（淺睡、深睡、過度睡眠等），分區域對空調器的運行參數進行調節。上述控制方法，均是在人體參數的基礎上結合室內環境參數，通過對室內參數的智能調節，提高用戶在睡眠狀態下的舒適度。

2 空調睡眠控制的技術發展現狀

2.1 專利申請情況

空調領域主要在日本、中國和韓國得到了大力發展，早期的空調器，用戶所關注的是如何更高效地制冷或制熱以提高機組的性能，而隨著人民生活水平的不斷提高，用戶對于空調器的要求越來越高，不僅要求空調器具備高效的制冷、制熱或除濕加濕性能，尤其注重空調器的智能控制。在空調智能控制領域，我國雖然較日、韓、美、德等國起步較晚，發展速度較快，但是空調睡眠控制的核心技術申請仍然以日本和韓國為主，空調在睡眠狀態下的控制方法的發展也基本符合上述規律。

圖1、圖2中給出了在空調睡眠控制領域專利申請量前10的國家排名，根據圖1和圖2可知，空調的睡眠控制方法主要在中國、日本和韓國發展較為迅速，專利申請量較高。其中中國在該領域中申請量最多，總量超過了600件，占到全球申請量的40.81%，日本次之，申請量為501件，占到32.55%，韓國申請量為242件，占到15.72%。

中國申請量雖然較高，但起步較晚，雖然在1994年開始在空調睡眠控制領域有所發展，但是前期申請量較少，到2004年后專利申請量才開始明顯上升，申請人分布也較為分散。LG公司雖然在1991年就開始申請空調睡眠領域的專利，但其在后續每年的申請量都比較均勻，且每年的申請量基本不超過10件；格力公司在2005年之后才開始在空調睡眠控制領域申請相關專利，而美的公司則到2009年才開始申請，在2011年以后申請量開始大幅增長。這些現象與中國的經濟發展狀況相關，在2004年以前，國內對該技術的重視程度不夠，發展狀況不盡如人意，且在早期中國的企業和研究部門等對專利的認識不到位，沒有及時認識到知識產權策略對企業發展的重要性，因而即使研究出較為先進的技術，也并不會及時申請相關專利；再者，近幾年中國逐漸開始重視在各技術領域的創新、創造能力，政府的推進、企業的重視及人才的發展等均推動了中國在空調控制領域的專利申請量的發展與提升。因此，中國在該領域的發展雖然起步較晚，但是在近幾年迅速發展，且中國的企業、研究部門等均重視專利在技術領域發展中的作用，所以中國在該領域的專利總申請量大幅增長。

2.2 技術發展現狀

對于空調睡眠控制專利申請的技術內容主要包括3個方面：一是對判斷用戶進入睡眠狀態的方法進行優化，如通過檢測人體所在環境的溫濕度、氣流速度、亮度、壓力變化、時間等參數結合人體生理參數的變化來判斷用戶是否進入睡眠；二是對檢測室內環境參數和人體生理參數的裝置進行優化，如采用紅外傳感器、電磁波傳感器、智能穿戴設備等檢測室內和用戶各項參數；三是當用戶處在睡眠狀態下時，優化對室內各項參數進行調節的方法以提高用戶舒適度，如利用睡眠曲線或人體舒適性方程或分區間對空調器參數進行調整等。

根據空調睡眠控制的重要專利來梳理該領域的發展路線，得到如圖3所示的技術演進路線圖。

從圖3可以看出，空調睡眠控制技術在近30年得到快速發展，以時間軸為參考，可以得出在1990年以前屬于該技術領域發展的起步階段，對于空調睡眠控制在判斷和控制方法以及相應的裝置方面的研究均較為基礎，準確度較低；1991—2010年為該技術領域的蓬勃發展時期，提高了判斷用戶睡眠狀態的準確度和對各項參數調節方式的多樣性；2010年以后，屬于該技術領域的發展后期，僅是針對該技術領域涉及的相關參數進行細化研究。整體來看，對于空調睡眠控制的研究一直在進行，且取得了較好的進展。

在1990年以前，由于傳感器領域的發展并不成熟，對于室內用戶和室內環境的檢測參數均為溫度、濕度、氣流速度及壓力變化等較為直接的參數，且相對來說，通過檢測用戶睡眠空間內的環境參數較多，雖然結合了時間參數作為輔助條件，但是其對用戶的睡眠狀態的判斷準確度比較低；且在該階段著重點在用戶進入睡眠狀態后的參數調節，對于利用從檢測的參數自行判斷用戶是否進入睡眠的技術方案較少。

在1991年至2000年期間，逐漸發展至著重檢測室內用戶的生理參數，主要是檢測用戶的血壓、心率、呼吸頻率、發汗率等參數與用戶在睡眠狀態下的參數范圍進行比較，并結合室內的溫濕度、亮度、二氧化碳濃度等參數判斷用戶是否進入睡眠，并在睡眠狀態下根據預設的調整規則調節室內溫濕度。在此階段，由于用戶在睡眠狀態下時其生理參數會發生變化，不同于平時狀態下，因而通過檢測到的室內用戶參數結合室內環境參數判斷用戶睡眠狀態的準確度得以提升。

在2000年以后，在基本參數的基礎上結合檢測室內人員的熱源圖像、聲音及活動量等判斷用戶的具體睡眠狀態（淺睡、熟睡、過渡階段等），根據符合人體生理變化的睡眠曲線或人體舒適性方程調節室內參數，并將多種參數傳感器集成在可穿戴設備中以便于檢測，在后續的發展中不斷提高參數檢測的準確度，以最終提高用戶在睡眠狀態下的舒適度。2000年以后從判斷用戶是否入睡逐漸提升至準確判斷用戶的具體睡眠狀態，從對室內環境中基礎的溫濕度的調節增加了對室內空氣質量和對其他家電系統等設備的控制，可以自動判斷用戶的狀態，提升了室內控制裝置的智能控制。同時，對空調睡眠的控制不僅在方法思路上進行擴展進步，而且也逐步發展其檢測裝置的集成度和準確度，尤其在2010年以后，在可穿戴設備中集成脈搏、血壓、心率、加速度、溫度等多種傳感器，從多個方面檢測用戶的生理參數以提升檢測的準確度。近幾年，隨著智能手環的發展和應用，通過智能手環或手表作為集成的傳感器檢測參數已成為現階段的重要技術，其進一步的發展方向主要是結合室內環境、移動設備或時間參數等進一步提高判斷的準確度，并在對室內的環境參數進行調節控制時，不僅僅局限于對空調器的運行參數，還擴展至對室內家電、照明器具的控制，實現對室內控制裝置的智能控制。

2.3 重要申請人

通過對1986年以來全球在空調睡眠控制領域中的專利申請人的分析可以得出，主要申請人包括韓國的LG、三星電子，中國的美的、格力、海爾，日本的松下、大金、三菱等企業，上述企業在空調領域中均具有較好的發展，在空調控制領域的技術發展和專利申請也位居世界前列。

其中，根據圖4可知，中國的美的集團公司在本領域中的專利申請量最高，中國的美的制冷公司和韓國的LG公司緊隨其后，且三者之間的專利申請數量相差不大，中國的格力公司位于第四位，專利申請數量與前三位的公司相比較少，后面則為日本的松下公司、大金公司、韓國的三星以及日本的三菱電機，這幾家企業在空調睡眠控制領域的申請量相差不大。

仔細分析圖4中的主要申請人在各年代的申請量可以看出，在空調睡眠控制領域中仍是日本和韓國的企業在該領域中起步較早，中國企業起步較晚。其中在1992年以前，其主要是日本的松下、大金和三菱對該技術的應用和發展，但各企業的年均申請量較少；1992年以后，韓國的LG和三星電子公司開始在該領域有所研究發展，且每年的專利申請量也不多，發展較為平穩；該技術在中國則起步較晚，國內空調行業的主要廠家格力和美的公司在該技術的應用也都比較晚，其中格力公司在2005年之后才開始應用發展，并在2010年以后在該領域的專利申請量逐年增加，在2012年申請量最高，而美的公司則到2009年之后才開始應用該技術，但前期申請量很少，在2011年以后專利申請量逐漸增加，在2015年達到最高，超過50件。

3 結語

通過對空調睡眠控制技術的發展演進梳理，分析該技術的專利技術文獻，可以看出，國內對于空調睡眠控制技術的研究發展相對于日、韓、歐、美等國家和地區較遲，發展速度較快，但從技術的領先度和創新度來說，國內對于空調睡眠控制技術的研究有待進一步加強。

參考文獻：

[1] 蘭麗.夜間睡眠時空調舒適溫度實驗研究[C]//上海市制冷學會.上海市制冷學會2011年學術年會論文集.上海市制冷學會：5.

[2] 侯少波.人在空調臥室睡眠時的熱舒適研究[C]//Intelligent Information Technology Application Association.Proceedings of 2011 International Conference on Energy and Environment（ICEE 2011 V4）.Intelligent Information Technology Application Association：4.