專利名稱：控制采暖/換氣/空調(diào)(hvac)系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的領(lǐng)域，更具體地，涉及節(jié)能可編程 HVAC系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)消耗大量的能源。通常，利用一個或更多個恒溫器來自動地控制使用環(huán)境的加熱和制冷操作?？梢允挂粋€恒溫器位于中心，或者可以使多個恒溫器分散。通常，HVAC系統(tǒng)的操作遵從事先設(shè)定的溫度范圍。因?yàn)樵S多使用環(huán)境有時并未被人占據(jù)，這會浪費(fèi)能源?？梢岳眠\(yùn)動檢測器來確定占據(jù)情況。然而，將使用環(huán)境加熱或者制冷到期望的溫度所需的時間相當(dāng)多，可能比使用環(huán)境被人占據(jù)的時間更長?？梢允褂貌僮鲿r間表。然而，當(dāng)占據(jù)期間是不規(guī)則的、或者時間表頻繁地改變時， 這是不切實(shí)際的。時間表也不解決節(jié)日、假期、旅行、無計(jì)劃的請假以及對占據(jù)慣例的其它改變。從而，時間表僅是占據(jù)情況的最佳的推測。有一種系統(tǒng)使用基于從位置知曉移動電話(location-aware mobile phone)得到的目的地-家移動距離的及時制熱/制冷，來對手動及可編程的家用恒溫器進(jìn)行增強(qiáng)， Gupta 等人，"Adding GPS-Control to Traditional Thermostats :An Exploration of Potential Energy Savings and Design Challenges,"Book Pervasive Computing, Volume 5538/2009, pp. 95-114, May 2009。僅當(dāng)居住空間的占有者抵達(dá)該空間所需的時間少于使該空間達(dá)到舒適溫度所需的時間時，系統(tǒng)才開始居住空間的加熱或制冷。該系統(tǒng)使用具有GPS功能的設(shè)備(例如，電話)來確定用戶當(dāng)前的位置，并使用公開可用的地圖系統(tǒng)(MapQuest)來計(jì)算從用戶的當(dāng)前位置到待調(diào)節(jié)空間的時間。為了計(jì)算使空間達(dá)到舒適溫度所需的時間，該系統(tǒng)使用存儲在加熱/制冷查找表中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該表針對給定的室內(nèi)與室外溫度的組合，存儲有將空間加熱或制冷到舒適溫度所需的時間。各個表特定于特定位置處安裝的加熱/制冷系統(tǒng)的類型。該系統(tǒng)缺乏一般性，因?yàn)楸仨毟鶕?jù)測量結(jié)果來針對每個住宅單獨(dú)地構(gòu)建。此外，有限的時間期間的觀測數(shù)據(jù)通常不能涵蓋將來可能會遇到的室內(nèi)與室外溫度的所有可能的組合。該系統(tǒng)的另一缺點(diǎn)是總是要重新計(jì)算并且比較移動時間與調(diào)節(jié)時間。由于具有 GPS功能的移動設(shè)備通常由電池供電，設(shè)備與被調(diào)節(jié)空間之間的經(jīng)常的通信會很快耗盡移動設(shè)備的電池，并且數(shù)據(jù)通信量也可能導(dǎo)致昂貴的費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
一種控制采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的方法確定從移動點(diǎn)(site，也稱為場所)至固定點(diǎn)的移動時間，并且根據(jù)預(yù)先計(jì)算的樓宇熱模型來確定固定點(diǎn)處的HVAC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間，由此控制采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)。如果移動時間少于調(diào)節(jié)時間，則HVAC維持在開啟狀態(tài)，否則，將HVAC維持在關(guān)閉狀態(tài)，其中，利用樓宇熱模型來確定調(diào)節(jié)時間?？臻g占據(jù)者攜帶的移動設(shè)備與安裝在被調(diào)節(jié)空間處的樓宇HVAC系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)致最小數(shù)據(jù)流量的協(xié)議進(jìn)行通信。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制HVAC系統(tǒng)的系統(tǒng)的示意圖；圖2A是本發(fā)明實(shí)施方式的控制HVAC系統(tǒng)的流程圖；圖2B是本發(fā)明實(shí)施方式的控制HVAC系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施方式所使用的條件邏輯的表；圖4A至圖4B是作為移動時間的函數(shù)的環(huán)境條件的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方式提供操作采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的方法。該方法使用人抵達(dá)被控制環(huán)境的移動時間以及HVAC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間。圖1示出固定點(diǎn)(工作點(diǎn))101以及位置χ 211處的移動點(diǎn)102，例如，所述移動點(diǎn)正在向固定點(diǎn)移動。移動點(diǎn)包括去往固定點(diǎn)的人。移動點(diǎn)可以是汽車、公共交通工具、自行車、或者攜帶移動通信設(shè)備170的人。設(shè)備170包括移動收發(fā)器171、移動定位器172以及移動處理器173。固定點(diǎn)101包括HVAC系統(tǒng)150，其連接至固定處理器151以及與移動收發(fā)器171 相似的固定收發(fā)器152。在最簡單的形式下，HVAC系統(tǒng)包括鍋爐，或許還有空氣循環(huán)設(shè)備。固定點(diǎn)與移動點(diǎn)可以通過網(wǎng)絡(luò)160(例如，因特網(wǎng))利用收發(fā)器152與171彼此通
fn °可以根據(jù)移動點(diǎn)102的位置χ 211來估計(jì)移動點(diǎn)抵達(dá)固定點(diǎn)101的移動時間入221?？梢岳枚ㄎ黄?72(例如，全球定位系統(tǒng)(GPQ)或者移動通信設(shè)備(例如，車輛中的移動電話)來檢測位置，并且由移動電話服務(wù)提供商提供移動點(diǎn)的位置。定位器也可以是與固定位置藍(lán)牙信標(biāo)(BlueTooth beacon)通信的藍(lán)牙設(shè)備。關(guān)于移動時間，在可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)獲得的情況下，也可以考慮移動點(diǎn)與固定點(diǎn)之間的交通與天氣條件。如圖2A所示，固定點(diǎn)根據(jù)環(huán)境條件229以及樓宇熱模型2 來估計(jì)230調(diào)節(jié)時間 Θ231。環(huán)境條件可以包括固定點(diǎn)處的外部溫度以及直射陽光照度。假定這些是恒定的或者緩慢變化的，否則，對于每天的變化以及每年的變化，可以根據(jù)天氣預(yù)報(bào)對其進(jìn)行調(diào)整， 并且天氣預(yù)報(bào)也可以通過網(wǎng)絡(luò)容易地得到。樓宇熱模型2 表示樓宇針對環(huán)境條件(例如，外部溫度、陽光)以及HVAC系統(tǒng) 150主動地將熱量移入或移出樓宇的操作的熱響應(yīng)。樓宇熱模型的普通類型是灰箱模型， 在該灰箱模型中，將樓宇模型化為熱回路。樓宇熱模型可以包括許多因素，例如，通過窗戶的熱增益和傳熱、對流與傳導(dǎo)、遮光和隔熱。樓宇熱模型針對由HVAC系統(tǒng)150提供的任何量的熱，連續(xù)地追蹤樓宇的狀態(tài)，并且可以預(yù)測樓宇的內(nèi)部溫度的今后的演變。為了計(jì)算調(diào)節(jié)時間 231，使用樓宇熱模型來確定HVAC系統(tǒng)150滿功率地工作時的內(nèi)部溫度的今后演變。將內(nèi)部溫度達(dá)到舒適閾值(例如，70F)所需的時間確定為調(diào)節(jié)時間 231。將移動時間221與調(diào)節(jié)時間231之間的差240用于確定如何維持HVAC系統(tǒng)150的操作250。如圖2B所示，HVAC維持在關(guān)閉狀態(tài)沈1，直到滿足調(diào)節(jié)時間約束沈2。然后，HVAC 維持在開啟狀態(tài)沈3，直到滿足調(diào)節(jié)時間約束沈4。即，如果移動時間短于調(diào)節(jié)時間，則HVAC 維持在開啟狀態(tài)，否則，HVAC維持在關(guān)閉狀態(tài)。移動時間221基于從先前的移動模式得到的概率信息，并且考慮移動方式、時刻、日期以及星期。移動時間也可以基于公共交通的時間表?？梢栽诠潭ㄎ恢没蛞苿游恢么_定移動時間?？梢远ㄆ诘匕l(fā)送移動時間，或者固定點(diǎn)或移動點(diǎn)可以明示地發(fā)起移動時間的通信。圖2A示出本發(fā)明的方法。定期地檢測210移動點(diǎn)的位置χ 211。該位置可以用于估計(jì)220到固定點(diǎn)的移動時間λ 221?？梢允褂瞄撝禃r間ε 239來避免降低效率的開啟狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間的過快轉(zhuǎn)換。圖3示出本發(fā)明的實(shí)施方式所使用的用于調(diào)度固定點(diǎn)與移動點(diǎn)之間的通信的邏輯。在該實(shí)施方式中，無規(guī)律地進(jìn)行調(diào)度通信，固定點(diǎn)或者移動點(diǎn)可以發(fā)起通信。圖3示出 HVAC系統(tǒng)當(dāng)前維持的狀態(tài)301、場所302、以及基于移動時間λ、調(diào)節(jié)時間θ、以及閾值時間 ε的約束303。只要在場所之間有通信，移動點(diǎn)就向固定點(diǎn)傳送移動時間λ 221，并且固定點(diǎn)向移動點(diǎn)傳送調(diào)節(jié)時間 231以及HVAC系統(tǒng)當(dāng)前維持的狀態(tài)301。固定點(diǎn)存儲λ并且移動點(diǎn)存儲 。對于HVAC的各個當(dāng)前狀態(tài)301，當(dāng)約束303針對HVAC系統(tǒng)的相應(yīng)狀態(tài)變?yōu)檎鏁r， 場所302發(fā)起通信。如分別在圖4Α與圖4Β中所示的，應(yīng)注意的是，當(dāng)HVAC系統(tǒng)開啟時，系統(tǒng)可以工作在各種模式。例如，如果行程較長，則HVAC可以在較長的期間中緩慢地調(diào)節(jié)環(huán)境。即，HVAC 系統(tǒng)的輸出緩慢地“升高”。這將能源消耗減到最小。如果移動時間改變，調(diào)節(jié)時間可以相應(yīng)地改變。如果移動時間較短，HVAC可能需要全力工作，以達(dá)到期望的內(nèi)部環(huán)境條件。艮口， 調(diào)節(jié)時間與移動時間大致成比例。從而，在一個實(shí)施方式中，確定從移動點(diǎn)到固定點(diǎn)的移動時間，根據(jù)移動時間設(shè)置HVAC系統(tǒng)的操作。在另一個實(shí)施方式中，該方法的多個實(shí)例可以協(xié)調(diào)，以使移動點(diǎn)的通信量最少。例如，與移動點(diǎn)關(guān)聯(lián)的人可以是在固定的工作場所以及固定的住處。在該情況下，可以針對各個場所，根據(jù)人是去上班還是回家來確定移動時間以及調(diào)節(jié)時間。HVAC系統(tǒng)可以用于能被多人占據(jù)的使用環(huán)境。在這種情況下，針對每個人確定移動時間、調(diào)節(jié)時間以及條件邏輯，并且當(dāng)任何一個條件表示應(yīng)該時，HVAC維持在開啟狀態(tài)， 并且當(dāng)所有的條件表示不應(yīng)該時，HVAC維持在關(guān)閉狀態(tài)。在N個人共享同一環(huán)境、但是對于環(huán)境條件有不同的偏好的情況下，固定點(diǎn)可以針對每個占據(jù)者計(jì)算單獨(dú)的 (ΘρΘνΘ”. ΘΝ)，并且各個移動點(diǎn)可以發(fā)送單獨(dú)的入， 即(X1, λ2，λ3，... λΝ)。此外，HVAC系統(tǒng)可以針對各個占據(jù)者(ε” ε2, ε 3. . . ε Ν)使用單獨(dú)的閾值時間ε。當(dāng)任一調(diào)節(jié)時間(θ1; Θ2, Θ 3... Θν)大于其對應(yīng)的移動時間(入1; λ2，λ 3，... λ Ν)時，HVAC轉(zhuǎn)換至開啟狀態(tài)。當(dāng)θΝ加上閾值時間ε Ν小于所有對應(yīng)Ns的移動時間λ Ν時，HVAC轉(zhuǎn)換至關(guān)閉狀態(tài)。應(yīng)注意的是，該方法也可以用于其它設(shè)備，例如照明設(shè)備(其中Θ = 0)、熱水器、 咖啡壺以及冷水機(jī)。對于臺式計(jì)算機(jī)，調(diào)節(jié)時間是激活計(jì)算機(jī)所需的時間，并且Θ是常數(shù)。從而，在一般情況下，該系統(tǒng)是下述使用環(huán)境中的、或用于下述使用環(huán)境的任何設(shè)備當(dāng)人在該使用環(huán)境中時，需要維持開啟狀態(tài)，并且當(dāng)該使用環(huán)境沒有被占據(jù)時，需要維持在關(guān)閉狀態(tài)。在下述情況時該系統(tǒng)在節(jié)能方面是最有效的調(diào)節(jié)時間顯著大于零，從而可以通過在占據(jù)者到達(dá)之前開始空間調(diào)節(jié)來確保占據(jù)者的舒適，同時，調(diào)節(jié)時間少于較長期間的占據(jù)者的移動時間，從而可以在較長期間中安全地保存能量。 盡管通過優(yōu)選實(shí)施方式的示例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)做出各種其它調(diào)整與變更。因此，所附權(quán)利要求旨在涵蓋所有落入本發(fā)明真正的精神與范圍內(nèi)的所有這種變形與變更。
權(quán)利要求
1.一種控制采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟確定從移動點(diǎn)到固定點(diǎn)的移動時間；確定所述固定點(diǎn)處的HVAC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間；以及如果所述移動時間少于所述調(diào)節(jié)時間，則將所述HVAC維持在開啟狀態(tài)，否則，將所述 HVAC維持在關(guān)閉狀態(tài)，其中，利用樓宇熱模型來確定所述調(diào)節(jié)時間，其中，在處理器中執(zhí)行上述各步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)時間包括閾值時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述移動點(diǎn)包括移動收發(fā)器以及移動定位器；所述固定點(diǎn)包括固定收發(fā)器；所述處理器包括所述固定點(diǎn)處的固定處理器以及所述移動點(diǎn)處的移動處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固定點(diǎn)與所述移動點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述移動定位器是全球定位系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述移動定位器是與固定位置藍(lán)牙信標(biāo)通信的藍(lán)牙設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述移動定位器是移動電話，并且由移動電話服務(wù)提供商提供所述移動點(diǎn)的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述移動點(diǎn)的位置來確定所述移動時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述移動時間取決于交通以及天氣條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述移動時間基于從先前的移動模式得到的概率信息，并且考慮移動方式、時刻、日期以及星期。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)公共交通的時間表來確定所述移動時間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述固定點(diǎn)或者所述移動點(diǎn)處確定所述移動時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，定期地將所述移動時間發(fā)送至所述固定點(diǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，應(yīng)所述固定點(diǎn)或者所述移動點(diǎn)的請求發(fā)送所述移動時間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)時間是固定的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于每天的變化以及每年的變化，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)來調(diào)整所述調(diào)節(jié)時間。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，針對所述固定點(diǎn)處的內(nèi)部環(huán)境條件調(diào)整所述調(diào)節(jié)時間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)時間使所述HVAC系統(tǒng)的性能最佳化。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，僅當(dāng)以下任一約束為真時，所述移動點(diǎn)以及所述固定點(diǎn)傳送所述移動時間以及所述調(diào)節(jié)時間HVAC是關(guān)閉狀態(tài)，場所是固定的，并且θ > λ ；HVAC是關(guān)閉狀態(tài)，場所是移動的，并且λ < θ ；HVAC是開啟狀態(tài)，場所是固定的，并且θ < λ-ε ；HVAC是開啟狀態(tài)，場所是移動的，并且λ > θ+ε ；其中，λ是所述移動時間，θ是所述調(diào)節(jié)時間，并且ε是閾值時間。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)時間與所述移動時間大致成比例。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，存在N個的多個移動點(diǎn)，其各自向所述固定點(diǎn)傳送移動時間λ，并且當(dāng)任一所述移動時間λ Ν小于所述調(diào)節(jié)時間θ時，所述HVAC系統(tǒng)開啟，并且當(dāng)所有的所述移動時間λΝ大于所述調(diào)節(jié)時間θ加上閾值時間ε時，所述HVAC系統(tǒng)關(guān)閉。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述固定點(diǎn)針對N個的多個移動點(diǎn)中的每一個估計(jì)單獨(dú)的調(diào)節(jié)時間θν。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)時間緩慢地變化。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述模型考慮通過窗戶的熱增益及傳熱、對流及傳導(dǎo)、遮光和隔熱。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)時間滿足熱性質(zhì)約束。
26.—種控制采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟確定從移動點(diǎn)到包括HVAC系統(tǒng)的固定點(diǎn)的移動時間；以及根據(jù)所述移動時間設(shè)置所述HVAC系統(tǒng)的工作。
全文摘要
控制采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的方法，通過確定從移動點(diǎn)到固定點(diǎn)的移動時間、并確定所述固定點(diǎn)處的HVAC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間，來控制采暖/換氣/空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)。如果所述移動時間小于所述調(diào)節(jié)時間，則將所述HVAC維持在開啟狀態(tài)，否則，將所述HVAC維持在關(guān)閉狀態(tài)，其中，利用樓宇熱模型來確定所述調(diào)節(jié)時間。
文檔編號F24D19/10GK102252363SQ201110070568
公開日2011年11月23日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者丹尼爾·尼科夫斯基, 克里斯多佛·朗夫曼 申請人:三菱電機(jī)株式會社