空調(diào)睡眠控制的專利技術(shù)綜述

莊利

摘要：在空調(diào)器運(yùn)行過(guò)程中，一般是用戶根據(jù)自身對(duì)溫濕度等環(huán)境參數(shù)的需求手動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)用戶處于睡眠狀態(tài)時(shí)，無(wú)法自行對(duì)空調(diào)器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且空調(diào)器無(wú)法預(yù)測(cè)用戶何時(shí)進(jìn)入睡眠，因而空調(diào)器無(wú)法根據(jù)用戶需求對(duì)自身的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致用戶的睡眠舒適度降低。因此，在對(duì)空調(diào)睡眠控制的諸多研究中，智能控制逐漸成為其主流發(fā)展方向。本文通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)空調(diào)睡眠控制的專利文獻(xiàn)，為如何通過(guò)智能控制提高用戶睡眠舒適度提供專利技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：空調(diào)； 睡眠；智能控制；專利

中圖分類號(hào)：TH43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)間是在睡眠中度過(guò)的，當(dāng)人處于睡眠狀態(tài)時(shí)，即使在深度睡眠的情況下，機(jī)體和周圍環(huán)境也不是完全隔絕的，周圍環(huán)境參數(shù)的變化會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生影響，且生物睡眠研究結(jié)果顯示環(huán)境溫度是影響機(jī)體睡眠的重要因素。現(xiàn)代社會(huì)中，可以通過(guò)空調(diào)器對(duì)建筑物內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、潔凈度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，而當(dāng)人體處于睡眠狀態(tài)時(shí)，人體各項(xiàng)生理參數(shù)以及對(duì)外界環(huán)境的感知能力均會(huì)發(fā)生變化，如何通過(guò)空調(diào)器調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)以使得用戶具有較高的舒適度，成為空調(diào)控制中的一項(xiàng)重大課題[1-2]。

1 空調(diào)睡眠控制機(jī)理

空調(diào)的睡眠控制可以根據(jù)其時(shí)間因素分為以下兩種：①用戶并未設(shè)置空調(diào)器進(jìn)入睡眠模式，當(dāng)空調(diào)器中的檢測(cè)控制裝置判斷用戶處于睡眠狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)器的運(yùn)行參數(shù)，其著重點(diǎn)在于調(diào)節(jié)空調(diào)器運(yùn)行參數(shù)之前如何判斷用戶的睡眠狀態(tài)；②用戶設(shè)置空調(diào)器進(jìn)入睡眠模式，或空調(diào)器判斷到用戶已經(jīng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，按照預(yù)設(shè)的規(guī)則調(diào)節(jié)空調(diào)器的運(yùn)行參數(shù)，其著重點(diǎn)在于如何根據(jù)用戶的睡眠狀態(tài)調(diào)節(jié)空調(diào)器的運(yùn)行參數(shù)，從而提高舒適度。

1.1 判斷用戶的睡眠狀態(tài)

當(dāng)空調(diào)器運(yùn)行在用戶預(yù)設(shè)好的運(yùn)行模式下時(shí)，其溫度、風(fēng)向及風(fēng)量等參數(shù)均為相對(duì)固定的數(shù)值，而當(dāng)用戶處于睡眠狀態(tài)時(shí)，若沒(méi)有及時(shí)人為更改其運(yùn)行模式，有可能會(huì)導(dǎo)致用戶著涼，空調(diào)器的智能運(yùn)行程度不高。因而該控制方法主要是在用戶并未設(shè)置空調(diào)器運(yùn)行在睡眠模式下時(shí)，空調(diào)器智能檢測(cè)判斷用戶的狀態(tài)，當(dāng)其檢測(cè)到用戶處于睡眠狀態(tài)時(shí)，則按照預(yù)設(shè)的規(guī)則調(diào)節(jié)空調(diào)器的運(yùn)行參數(shù)，提高空調(diào)器的智能化。

1.2 空調(diào)器的睡眠控制方法

空調(diào)器的睡眠控制方法，主要是指當(dāng)用戶進(jìn)入睡眠后，空調(diào)器根據(jù)用戶的睡眠狀態(tài)按照預(yù)設(shè)的規(guī)則或方式對(duì)空調(diào)器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。其具體的調(diào)節(jié)方法有空調(diào)器預(yù)設(shè)的睡眠模式、按照用戶睡眠曲線運(yùn)行、按照舒適性方程計(jì)算的舒適度、結(jié)合對(duì)用戶具體的睡眠狀態(tài)的判斷（淺睡、深睡、過(guò)度睡眠等），分區(qū)域?qū)照{(diào)器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述控制方法，均是在人體參數(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，通過(guò)對(duì)室內(nèi)參數(shù)的智能調(diào)節(jié)，提高用戶在睡眠狀態(tài)下的舒適度。

2 空調(diào)睡眠控制的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 專利申請(qǐng)情況

空調(diào)領(lǐng)域主要在日本、中國(guó)和韓國(guó)得到了大力發(fā)展，早期的空調(diào)器，用戶所關(guān)注的是如何更高效地制冷或制熱以提高機(jī)組的性能，而隨著人民生活水平的不斷提高，用戶對(duì)于空調(diào)器的要求越來(lái)越高，不僅要求空調(diào)器具備高效的制冷、制熱或除濕加濕性能，尤其注重空調(diào)器的智能控制。在空調(diào)智能控制領(lǐng)域，我國(guó)雖然較日、韓、美、德等國(guó)起步較晚，發(fā)展速度較快，但是空調(diào)睡眠控制的核心技術(shù)申請(qǐng)仍然以日本和韓國(guó)為主，空調(diào)在睡眠狀態(tài)下的控制方法的發(fā)展也基本符合上述規(guī)律。

圖1、圖2中給出了在空調(diào)睡眠控制領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量前10的國(guó)家排名，根據(jù)圖1和圖2可知，空調(diào)的睡眠控制方法主要在中國(guó)、日本和韓國(guó)發(fā)展較為迅速，專利申請(qǐng)量較高。其中中國(guó)在該領(lǐng)域中申請(qǐng)量最多，總量超過(guò)了600件，占到全球申請(qǐng)量的40.81%，日本次之，申請(qǐng)量為501件，占到32.55%，韓國(guó)申請(qǐng)量為242件，占到15.72%。

中國(guó)申請(qǐng)量雖然較高，但起步較晚，雖然在1994年開(kāi)始在空調(diào)睡眠控制領(lǐng)域有所發(fā)展，但是前期申請(qǐng)量較少，到2004年后專利申請(qǐng)量才開(kāi)始明顯上升，申請(qǐng)人分布也較為分散。LG公司雖然在1991年就開(kāi)始申請(qǐng)空調(diào)睡眠領(lǐng)域的專利，但其在后續(xù)每年的申請(qǐng)量都比較均勻，且每年的申請(qǐng)量基本不超過(guò)10件；格力公司在2005年之后才開(kāi)始在空調(diào)睡眠控制領(lǐng)域申請(qǐng)相關(guān)專利，而美的公司則到2009年才開(kāi)始申請(qǐng)，在2011年以后申請(qǐng)量開(kāi)始大幅增長(zhǎng)。這些現(xiàn)象與中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r相關(guān)，在2004年以前，國(guó)內(nèi)對(duì)該技術(shù)的重視程度不夠，發(fā)展?fàn)顩r不盡如人意，且在早期中國(guó)的企業(yè)和研究部門等對(duì)專利的認(rèn)識(shí)不到位，沒(méi)有及時(shí)認(rèn)識(shí)到知識(shí)產(chǎn)權(quán)策略對(duì)企業(yè)發(fā)展的重要性，因而即使研究出較為先進(jìn)的技術(shù)，也并不會(huì)及時(shí)申請(qǐng)相關(guān)專利；再者，近幾年中國(guó)逐漸開(kāi)始重視在各技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力，政府的推進(jìn)、企業(yè)的重視及人才的發(fā)展等均推動(dòng)了中國(guó)在空調(diào)控制領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量的發(fā)展與提升。因此，中國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展雖然起步較晚，但是在近幾年迅速發(fā)展，且中國(guó)的企業(yè)、研究部門等均重視專利在技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展中的作用，所以中國(guó)在該領(lǐng)域的專利總申請(qǐng)量大幅增長(zhǎng)。

2.2 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)于空調(diào)睡眠控制專利申請(qǐng)的技術(shù)內(nèi)容主要包括3個(gè)方面：一是對(duì)判斷用戶進(jìn)入睡眠狀態(tài)的方法進(jìn)行優(yōu)化，如通過(guò)檢測(cè)人體所在環(huán)境的溫濕度、氣流速度、亮度、壓力變化、時(shí)間等參數(shù)結(jié)合人體生理參數(shù)的變化來(lái)判斷用戶是否進(jìn)入睡眠；二是對(duì)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和人體生理參數(shù)的裝置進(jìn)行優(yōu)化，如采用紅外傳感器、電磁波傳感器、智能穿戴設(shè)備等檢測(cè)室內(nèi)和用戶各項(xiàng)參數(shù)；三是當(dāng)用戶處在睡眠狀態(tài)下時(shí)，優(yōu)化對(duì)室內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)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(qū)間對(duì)空調(diào)器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整等。

根據(jù)空調(diào)睡眠控制的重要專利來(lái)梳理該領(lǐng)域的發(fā)展路線，得到如圖3所示的技術(shù)演進(jìn)路線圖。

從圖3可以看出，空調(diào)睡眠控制技術(shù)在近30年得到快速發(fā)展，以時(shí)間軸為參考，可以得出在1990年以前屬于該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的起步階段，對(duì)于空調(diào)睡眠控制在判斷和控制方法以及相應(yīng)的裝置方面的研究均較為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確度較低；1991—2010年為該技術(shù)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展時(shí)期，提高了判斷用戶睡眠狀態(tài)的準(zhǔn)確度和對(duì)各項(xiàng)參數(shù)調(diào)節(jié)方式的多樣性；2010年以后，屬于該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展后期，僅是針對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域涉及的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行細(xì)化研究。整體來(lái)看，對(duì)于空調(diào)睡眠控制的研究一直在進(jìn)行，且取得了較好的進(jìn)展。

在1990年以前，由于傳感器領(lǐng)域的發(fā)展并不成熟，對(duì)于室內(nèi)用戶和室內(nèi)環(huán)境的檢測(cè)參數(shù)均為溫度、濕度、氣流速度及壓力變化等較為直接的參數(shù)，且相對(duì)來(lái)說(shuō)，通過(guò)檢測(cè)用戶睡眠空間內(nèi)的環(huán)境參數(shù)較多，雖然結(jié)合了時(shí)間參數(shù)作為輔助條件，但是其對(duì)用戶的睡眠狀態(tài)的判斷準(zhǔn)確度比較低；且在該階段著重點(diǎn)在用戶進(jìn)入睡眠狀態(tài)后的參數(shù)調(diào)節(jié)，對(duì)于利用從檢測(cè)的參數(shù)自行判斷用戶是否進(jìn)入睡眠的技術(shù)方案較少。

在1991年至2000年期間，逐漸發(fā)展至著重檢測(cè)室內(nèi)用戶的生理參數(shù)，主要是檢測(cè)用戶的血壓、心率、呼吸頻率、發(fā)汗率等參數(shù)與用戶在睡眠狀態(tài)下的參數(shù)范圍進(jìn)行比較，并結(jié)合室內(nèi)的溫濕度、亮度、二氧化碳濃度等參數(shù)判斷用戶是否進(jìn)入睡眠，并在睡眠狀態(tài)下根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)整規(guī)則調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度。在此階段，由于用戶在睡眠狀態(tài)下時(shí)其生理參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，不同于平時(shí)狀態(tài)下，因而通過(guò)檢測(cè)到的室內(nèi)用戶參數(shù)結(jié)合室內(nèi)環(huán)境參數(shù)判斷用戶睡眠狀態(tài)的準(zhǔn)確度得以提升。

在2000年以后，在基本參數(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合檢測(cè)室內(nèi)人員的熱源圖像、聲音及活動(dòng)量等判斷用戶的具體睡眠狀態(tài)（淺睡、熟睡、過(guò)渡階段等），根據(jù)符合人體生理變化的睡眠曲線或人體舒適性方程調(diào)節(jié)室內(nèi)參數(shù)，并將多種參數(shù)傳感器集成在可穿戴設(shè)備中以便于檢測(cè)，在后續(xù)的發(fā)展中不斷提高參數(shù)檢測(cè)的準(zhǔn)確度，以最終提高用戶在睡眠狀態(tài)下的舒適度。2000年以后從判斷用戶是否入睡逐漸提升至準(zhǔn)確判斷用戶的具體睡眠狀態(tài)，從對(duì)室內(nèi)環(huán)境中基礎(chǔ)的溫濕度的調(diào)節(jié)增加了對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量和對(duì)其他家電系統(tǒng)等設(shè)備的控制，可以自動(dòng)判斷用戶的狀態(tài)，提升了室內(nèi)控制裝置的智能控制。同時(shí)，對(duì)空調(diào)睡眠的控制不僅在方法思路上進(jìn)行擴(kuò)展進(jìn)步，而且也逐步發(fā)展其檢測(cè)裝置的集成度和準(zhǔn)確度，尤其在2010年以后，在可穿戴設(shè)備中集成脈搏、血壓、心率、加速度、溫度等多種傳感器，從多個(gè)方面檢測(cè)用戶的生理參數(shù)以提升檢測(cè)的準(zhǔn)確度。近幾年，隨著智能手環(huán)的發(fā)展和應(yīng)用，通過(guò)智能手環(huán)或手表作為集成的傳感器檢測(cè)參數(shù)已成為現(xiàn)階段的重要技術(shù)，其進(jìn)一步的發(fā)展方向主要是結(jié)合室內(nèi)環(huán)境、移動(dòng)設(shè)備或時(shí)間參數(shù)等進(jìn)一步提高判斷的準(zhǔn)確度，并在對(duì)室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制時(shí)，不僅僅局限于對(duì)空調(diào)器的運(yùn)行參數(shù)，還擴(kuò)展至對(duì)室內(nèi)家電、照明器具的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)控制裝置的智能控制。

2.3 重要申請(qǐng)人

通過(guò)對(duì)1986年以來(lái)全球在空調(diào)睡眠控制領(lǐng)域中的專利申請(qǐng)人的分析可以得出，主要申請(qǐng)人包括韓國(guó)的LG、三星電子，中國(guó)的美的、格力、海爾，日本的松下、大金、三菱等企業(yè)，上述企業(yè)在空調(diào)領(lǐng)域中均具有較好的發(fā)展，在空調(diào)控制領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和專利申請(qǐng)也位居世界前列。

其中，根據(jù)圖4可知，中國(guó)的美的集團(tuán)公司在本領(lǐng)域中的專利申請(qǐng)量最高，中國(guó)的美的制冷公司和韓國(guó)的LG公司緊隨其后，且三者之間的專利申請(qǐng)數(shù)量相差不大，中國(guó)的格力公司位于第四位，專利申請(qǐng)數(shù)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(guó)的三星以及日本的三菱電機(jī)，這幾家企業(yè)在空調(diào)睡眠控制領(lǐng)域的申請(qǐng)量相差不大。

仔細(xì)分析圖4中的主要申請(qǐng)人在各年代的申請(qǐng)量可以看出，在空調(diào)睡眠控制領(lǐng)域中仍是日本和韓國(guó)的企業(yè)在該領(lǐng)域中起步較早，中國(guó)企業(yè)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(duì)該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，但各企業(yè)的年均申請(qǐng)量較少；1992年以后，韓國(guó)的LG和三星電子公司開(kāi)始在該領(lǐng)域有所研究發(fā)展，且每年的專利申請(qǐng)量也不多，發(fā)展較為平穩(wěn)；該技術(shù)在中國(guó)則起步較晚，國(guó)內(nèi)空調(diào)行業(yè)的主要廠家格力和美的公司在該技術(shù)的應(yīng)用也都比較晚，其中格力公司在2005年之后才開(kāi)始應(yīng)用發(fā)展，并在2010年以后在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量逐年增加，在2012年申請(qǐng)量最高，而美的公司則到2009年之后才開(kāi)始應(yīng)用該技術(shù)，但前期申請(qǐng)量很少，在2011年以后專利申請(qǐng)量逐漸增加，在2015年達(dá)到最高，超過(guò)50件。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)空調(diào)睡眠控制技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)梳理，分析該技術(shù)的專利技術(shù)文獻(xiàn)，可以看出，國(guó)內(nèi)對(duì)于空調(diào)睡眠控制技術(shù)的研究發(fā)展相對(duì)于日、韓、歐、美等國(guó)家和地區(qū)較遲，發(fā)展速度較快，但從技術(shù)的領(lǐng)先度和創(chuàng)新度來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)對(duì)于空調(diào)睡眠控制技術(shù)的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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