空调睡眠控制的专利技术综述

庄利

摘要：在空调器运行过程中，一般是用户根据自身对温湿度等环境参数的需求手动调节运行参数。当用户处于睡眠状态时，无法自行对空调器的运行参数进行调节，且空调器无法预测用户何时进入睡眠，因而空调器无法根据用户需求对自身的运行参数进行调节，从而导致用户的睡眠舒适度降低。因此，在对空调睡眠控制的诸多研究中，智能控制逐渐成为其主流发展方向。本文通过分析国内外有关空调睡眠控制的专利文献，为如何通过智能控制提高用户睡眠舒适度提供专利技术支撑。

关键词：空调； 睡眠；智能控制；专利

中图分类号：TH43 文献标识码：A 文章编号：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

人的一生大约有三分之一的时间是在睡眠中度过的，当人处于睡眠状态时，即使在深度睡眠的情况下，机体和周围环境也不是完全隔绝的，周围环境参数的变化会对机体产生影响，且生物睡眠研究结果显示环境温度是影响机体睡眠的重要因素。现代社会中，可以通过空调器对建筑物内的环境温度、湿度、洁净度等参数进行调节和控制，而当人体处于睡眠状态时，人体各项生理参数以及对外界环境的感知能力均会发生变化，如何通过空调器调节室内环境参数以使得用户具有较高的舒适度，成为空调控制中的一项重大课题[1-2]。

1 空调睡眠控制机理

空调的睡眠控制可以根据其时间因素分为以下两种：①用户并未设置空调器进入睡眠模式，当空调器中的检测控制装置判断用户处于睡眠状态时，自动调节空调器的运行参数，其着重点在于调节空调器运行参数之前如何判断用户的睡眠状态；②用户设置空调器进入睡眠模式，或空调器判断到用户已经进入睡眠状态时，按照预设的规则调节空调器的运行参数，其着重点在于如何根据用户的睡眠状态调节空调器的运行参数，从而提高舒适度。

1.1 判断用户的睡眠状态

当空调器运行在用户预设好的运行模式下时，其温度、风向及风量等参数均为相对固定的数值，而当用户处于睡眠状态时，若没有及时人为更改其运行模式，有可能会导致用户着凉，空调器的智能運行程度不高。因而该控制方法主要是在用户并未设置空调器运行在睡眠模式下时，空调器智能检测判断用户的状态，当其检测到用户处于睡眠状态时，则按照预设的规则调节空调器的运行参数，提高空调器的智能化。

1.2 空调器的睡眠控制方法

空调器的睡眠控制方法，主要是指当用户进入睡眠后，空调器根据用户的睡眠状态按照预设的规则或方式对空调器运行参数进行调节的方法。其具体的调节方法有空调器预设的睡眠模式、按照用户睡眠曲线运行、按照舒适性方程计算的舒适度、结合对用户具体的睡眠状态的判断（浅睡、深睡、过度睡眠等），分区域对空调器的运行参数进行调节。上述控制方法，均是在人体参数的基础上结合室内环境参数，通过对室内参数的智能调节，提高用户在睡眠状态下的舒适度。

2 空调睡眠控制的技术发展现状

2.1 专利申请情况

空调领域主要在日本、中国和韩国得到了大力发展，早期的空调器，用户所关注的是如何更高效地制冷或制热以提高机组的性能，而随着人民生活水平的不断提高，用户对于空调器的要求越来越高，不仅要求空调器具备高效的制冷、制热或除湿加湿性能，尤其注重空调器的智能控制。在空调智能控制领域，我国虽然较日、韩、美、德等国起步较晚，发展速度较快，但是空调睡眠控制的核心技术申请仍然以日本和韩国为主，空调在睡眠状态下的控制方法的发展也基本符合上述规律。

圖1、图2中给出了在空调睡眠控制领域专利申请量前10的国家排名，根据图1和图2可知，空调的睡眠控制方法主要在中国、日本和韩国发展较为迅速，专利申请量较高。其中中国在该领域中申请量最多，总量超过了600件，占到全球申请量的40.81%，日本次之，申请量为501件，占到32.55%，韩国申请量为242件，占到15.72%。

中国申请量虽然较高，但起步较晚，虽然在1994年开始在空调睡眠控制领域有所发展，但是前期申请量较少，到2004年后专利申请量才开始明显上升，申请人分布也较为分散。LG公司虽然在1991年就开始申请空调睡眠领域的专利，但其在后续每年的申请量都比较均匀，且每年的申请量基本不超过10件；格力公司在2005年之后才开始在空调睡眠控制领域申请相关专利，而美的公司则到2009年才开始申请，在2011年以后申请量开始大幅增长。这些现象与中国的经济发展状况相关，在2004年以前，国内对该技术的重视程度不够，发展状况不尽如人意，且在早期中国的企业和研究部门等对专利的认识不到位，没有及时认识到知识产权策略对企业发展的重要性，因而即使研究出较为先进的技术，也并不会及时申请相关专利；再者，近几年中国逐渐开始重视在各技术领域的创新、创造能力，政府的推进、企业的重视及人才的发展等均推动了中国在空调控制领域的专利申请量的发展与提升。因此，中国在该领域的发展虽然起步较晚，但是在近几年迅速发展，且中国的企业、研究部门等均重视专利在技术领域发展中的作用，所以中国在该领域的专利总申请量大幅增长。

2.2 技术发展现状

对于空调睡眠控制专利申请的技术内容主要包括3个方面：一是对判断用户进入睡眠状态的方法进行优化，如通过检测人体所在环境的温湿度、气流速度、亮度、压力变化、时间等参数结合人体生理参数的变化来判断用户是否进入睡眠；二是对检测室内环境参数和人体生理参数的装置进行优化，如采用红外传感器、电磁波传感器、智能穿戴设备等检测室内和用户各项参数；三是当用户处在睡眠状态下时，优化对室内各项参数进行调节的方法以提高用户舒适度，如利用睡眠曲线或人体舒适性方程或分区间对空调器参数进行调整等。

根据空调睡眠控制的重要专利来梳理该领域的发展路线，得到如图3所示的技术演进路线图。

从图3可以看出，空调睡眠控制技术在近30年得到快速发展，以时间轴为参考，可以得出在1990年以前属于该技术领域发展的起步阶段，对于空调睡眠控制在判断和控制方法以及相应的装置方面的研究均较为基础，准确度较低；1991—2010年为该技术领域的蓬勃发展时期，提高了判断用户睡眠状态的准确度和对各项参数调节方式的多样性；2010年以后，属于该技术领域的发展后期，仅是针对该技术领域涉及的相关参数进行细化研究。整体来看，对于空调睡眠控制的研究一直在进行，且取得了较好的进展。

在1990年以前，由于传感器领域的发展并不成熟，对于室内用户和室内环境的检测参数均为温度、湿度、气流速度及压力变化等较为直接的参数，且相对来说，通过检测用户睡眠空间内的环境参数较多，虽然结合了时间参数作为辅助条件，但是其对用户的睡眠状态的判断准确度比较低；且在该阶段着重点在用户进入睡眠状态后的参数调节，对于利用从检测的参数自行判断用户是否进入睡眠的技术方案较少。

在1991年至2000年期间，逐渐发展至着重检测室内用户的生理参数，主要是检测用户的血压、心率、呼吸频率、发汗率等参数与用户在睡眠状态下的参数范围进行比较，并结合室内的温湿度、亮度、二氧化碳浓度等参数判断用户是否进入睡眠，并在睡眠状态下根据预设的调整规则调节室内温湿度。在此阶段，由于用户在睡眠状态下时其生理参数会发生变化，不同于平时状态下，因而通过检测到的室内用户参数结合室内环境参数判断用户睡眠状态的准确度得以提升。

在2000年以后，在基本参数的基础上结合检测室内人员的热源图像、声音及活动量等判断用户的具体睡眠状态（浅睡、熟睡、过渡阶段等），根据符合人体生理变化的睡眠曲线或人体舒适性方程调节室内参数，并将多种参数传感器集成在可穿戴设备中以便于检测，在后续的发展中不断提高参数检测的准确度，以最终提高用户在睡眠状态下的舒适度。2000年以后从判断用户是否入睡逐渐提升至准确判断用户的具体睡眠状态，从对室内环境中基础的温湿度的调节增加了对室内空气质量和对其他家电系统等设备的控制，可以自动判断用户的状态，提升了室内控制装置的智能控制。同时，对空调睡眠的控制不仅在方法思路上进行扩展进步，而且也逐步发展其检测装置的集成度和准确度，尤其在2010年以后，在可穿戴设备中集成脉搏、血压、心率、加速度、温度等多种传感器，从多个方面检测用户的生理参数以提升检测的准确度。近几年，随着智能手环的发展和应用，通过智能手环或手表作为集成的传感器检测参数已成为现阶段的重要技术，其进一步的发展方向主要是结合室内环境、移动设备或时间参数等进一步提高判断的准确度，并在对室内的环境参数进行调节控制时，不仅仅局限于对空调器的运行参数，还扩展至对室内家电、照明器具的控制，实现对室内控制装置的智能控制。

2.3 重要申请人

通过对1986年以来全球在空调睡眠控制领域中的专利申请人的分析可以得出，主要申请人包括韩国的LG、三星电子，中国的美的、格力、海尔，日本的松下、大金、三菱等企业，上述企业在空调领域中均具有较好的发展，在空调控制领域的技术发展和专利申请也位居世界前列。

其中，根据图4可知，中国的美的集团公司在本领域中的专利申请量最高，中国的美的制冷公司和韩国的LG公司紧随其后，且三者之间的专利申请数量相差不大，中国的格力公司位于第四位，专利申请数量与前三位的公司相比较少，后面则为日本的松下公司、大金公司、韩国的三星以及日本的三菱电机，这几家企业在空调睡眠控制领域的申请量相差不大。

仔细分析图4中的主要申请人在各年代的申请量可以看出，在空调睡眠控制领域中仍是日本和韩国的企业在该领域中起步较早，中国企业起步较晚。其中在1992年以前，其主要是日本的松下、大金和三菱对该技术的应用和发展，但各企业的年均申请量较少；1992年以后，韩国的LG和三星电子公司开始在该领域有所研究发展，且每年的专利申请量也不多，发展较为平稳；该技术在中国则起步较晚，国内空调行业的主要厂家格力和美的公司在该技术的应用也都比较晚，其中格力公司在2005年之后才开始应用发展，并在2010年以后在该领域的专利申请量逐年增加，在2012年申请量最高，而美的公司则到2009年之后才开始应用该技术，但前期申请量很少，在2011年以后专利申请量逐渐增加，在2015年达到最高，超过50件。

3 结语

通过对空调睡眠控制技术的发展演进梳理，分析该技术的专利技术文献，可以看出，国内对于空调睡眠控制技术的研究发展相对于日、韩、欧、美等国家和地区较迟，发展速度较快，但从技术的领先度和创新度来说，国内对于空调睡眠控制技术的研究有待进一步加强。

参考文献：

[1] 兰丽.夜间睡眠时空调舒适温度实验研究[C]//上海市制冷学会.上海市制冷学会2011年学术年会论文集.上海市制冷学会：5.

[2] 侯少波.人在空调卧室睡眠时的热舒适研究[C]//Intelligent Information Technology Application Association.Proceedings of 2011 International Conference on Energy and Environment（ICEE 2011 V4）.Intelligent Information Technology Application Association：4.