專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)優(yōu)化區(qū)域風(fēng)槽氣閘位置的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及用于調(diào)整多區(qū)供熱、通風(fēng)與空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的區(qū)域氣閘(damper)的位置以確保過(guò)高能級(jí)空氣不流入任一區(qū)域的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多區(qū)HVAC系統(tǒng)是已知的，包括用于改變空氣溫度和條件的部件(爐子、空氣調(diào)節(jié)器、熱泵等)，以及室內(nèi)空氣處理器(air handler)，用于通過(guò)進(jìn)氣風(fēng)槽將空氣從該部件驅(qū)趕到建筑物內(nèi)諸多區(qū)域。為了簡(jiǎn)化，這些部件將統(tǒng)稱(chēng)為溫度改變部件。每個(gè)進(jìn)氣風(fēng)槽通常包括氣閘，可控制該氣閘以限制或允許氣流流入每個(gè)區(qū)域以獲得預(yù)期的溫度。
空氣處理器在絕大多數(shù)工作條件下輸送固定數(shù)量的空氣，基于氣閘位置以及每個(gè)風(fēng)槽相對(duì)于其它風(fēng)槽的尺寸而在多個(gè)區(qū)域之間分配這些空氣。當(dāng)其中一個(gè)氣閘閉合時(shí)，附加的空氣將被驅(qū)動(dòng)穿過(guò)具有開(kāi)口氣閘的其它進(jìn)氣風(fēng)槽。有時(shí)這會(huì)導(dǎo)致流入任一區(qū)域的空氣數(shù)量高于所需要的水平。選擇氣閘的位置以獲得該區(qū)域內(nèi)的預(yù)期溫度，如果通過(guò)進(jìn)氣風(fēng)槽將附加的空氣驅(qū)趕到某一區(qū)域，通常該區(qū)域會(huì)被過(guò)度調(diào)節(jié)。
此外，隨著空氣數(shù)量增大，噪聲電平也增大。有時(shí)該噪聲電平超出預(yù)期電平。
通常，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)包括壓力響應(yīng)旁路，允許過(guò)量空氣返回到源或回風(fēng)槽并返回到溫度改變部件。
這需要購(gòu)買(mǎi)并安裝旁路閥門(mén)。另外，通過(guò)將已調(diào)節(jié)的空氣返回到回風(fēng)槽，到達(dá)溫度改變部件的空氣的溫度不同于氣氛空氣的溫度。因此會(huì)引發(fā)另外問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)公開(kāi)實(shí)施例中，控制器執(zhí)行評(píng)估每個(gè)區(qū)域最大氣流以及所有區(qū)域預(yù)期氣流的方法。比較這兩個(gè)氣流，如果任一區(qū)域預(yù)期氣流超過(guò)其最大理想氣流，則執(zhí)行特定的步驟以最小化流到該區(qū)域的實(shí)際氣流。
在一個(gè)實(shí)施例中，該控制器詢(xún)問(wèn)是否可以減小總的系統(tǒng)氣流，且如果可以的話則減小總的系統(tǒng)氣流。另外，該系統(tǒng)詢(xún)問(wèn)是否可以調(diào)整未占據(jù)區(qū)域的設(shè)定點(diǎn)以接受更多的空氣。與已占據(jù)區(qū)域相比，未占據(jù)區(qū)域可能對(duì)溫度或附加噪聲的變化更不敏感。如果可以改變未占據(jù)區(qū)域設(shè)定點(diǎn)，則改變?cè)撛O(shè)定點(diǎn)。如果仍需進(jìn)一步變化，則該系統(tǒng)對(duì)已占據(jù)區(qū)域詢(xún)問(wèn)相同的問(wèn)題。
最后，該系統(tǒng)詢(xún)問(wèn)是否可以將該溫度改變部件改變到其它階段，如果可以則將該溫度改變部件改變到其它階段。
為了計(jì)算每個(gè)區(qū)域的最大氣流和預(yù)期氣流，該系統(tǒng)依賴(lài)于一種獨(dú)特算法用于計(jì)算每個(gè)區(qū)域的相對(duì)區(qū)域風(fēng)槽尺寸。
通過(guò)下述說(shuō)明書(shū)和附圖，可以最佳地理解本發(fā)明的這些和其它特征，下述內(nèi)容為對(duì)本發(fā)明的簡(jiǎn)述。


圖1為建筑物HVAC系統(tǒng)的示意圖。
圖2為本發(fā)明方法的流程圖。
圖3為本發(fā)明一部分的流程圖。
圖4為圖3流程圖的后續(xù)步驟的流程圖。
圖5示出在控制器處的示例顯示。
發(fā)明詳述圖1中在20示意性示出了多區(qū)HVAC系統(tǒng)。用于改變空氣條件的溫度改變部件22，例如室內(nèi)單元(爐子/加熱線圈)和/或室外單元(空氣調(diào)節(jié)裝置/熱泵)，與室內(nèi)空氣處理器24相關(guān)聯(lián)?？諝馓幚砥?4從回風(fēng)槽26獲得空氣，將該空氣驅(qū)趕到壓力通風(fēng)系統(tǒng)31以及與建筑物內(nèi)不同區(qū)域1、2、3相關(guān)聯(lián)的多個(gè)供風(fēng)槽28、30、32。如圖所示，在每個(gè)供風(fēng)槽28、30、32上提供氣閘34。諸如微處理器控制器36的控制器控制氣閘34、溫度改變部件22、室內(nèi)空氣處理器24，并且還和與每個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的控制器130進(jìn)行通信?？刂破?30基本上為恒溫器，允許用戶設(shè)定相互關(guān)聯(lián)的每個(gè)區(qū)域的理想溫度、噪聲電平等。另外，控制器130優(yōu)選地包括用于將實(shí)際溫度回饋到控制器36的溫度傳感器。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制器36安裝在某一恒溫控制器130內(nèi)，并作為系統(tǒng)控制器通過(guò)控制導(dǎo)線方案與所有其它元件進(jìn)行通信，該控制導(dǎo)線方案例如如2004年1月7日提交的標(biāo)題為“Serial Communicating HVACSystem”的未決美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)＿＿＿＿中所公開(kāi)的。如該專(zhuān)利申請(qǐng)所公開(kāi)的，控制器36能夠接收關(guān)于每個(gè)這些系統(tǒng)部件的配置信息，使得控制器36理解部件22、24、30、和34的每個(gè)特征。于2004年1月7日提交的標(biāo)題為“Self-Configuring Controls for Heating，Ventilating and Air Conditioning Systems”的未決美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)＿＿＿＿＿公開(kāi)了該特征的細(xì)節(jié)。所有這些申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容在此引用作為參考。
在現(xiàn)有技術(shù)中，被空氣處理器24驅(qū)趕到每個(gè)區(qū)域1、2、3中的空氣數(shù)量有時(shí)會(huì)過(guò)量?？砷]合或敞開(kāi)氣閘34以限制或允許附加氣流進(jìn)入該區(qū)域1、2、3。盡管存在被驅(qū)動(dòng)到全開(kāi)或全閉的氣閘，但所公開(kāi)的本發(fā)明采用的氣閘不僅具有全開(kāi)和全閉的位置，還具有多個(gè)遞增的閉合位置。在一個(gè)示例中，氣閘在全開(kāi)和全閉之間存在16個(gè)遞增位置。當(dāng)任何一個(gè)氣閘34被閉合以返回該區(qū)域內(nèi)的調(diào)節(jié)時(shí)，附加氣流被驅(qū)趕到更為開(kāi)敞的氣閘。這有時(shí)會(huì)導(dǎo)致太多的空氣被輸送到某一區(qū)域，從而會(huì)引起過(guò)度的溫度變化以及過(guò)分的噪聲。在現(xiàn)有技術(shù)中，壓力響應(yīng)旁路閥門(mén)可以與管道28、30、32或壓力通風(fēng)系統(tǒng)31上游相關(guān)聯(lián)。空氣旁路具有不理想的特征，因?yàn)檫@需要附加的閥門(mén)、管道等，因此使組件變得復(fù)雜。典型地，旁路空氣通過(guò)回風(fēng)槽26被返回到溫度改變部件22。因此，空氣進(jìn)入部件22已經(jīng)變得不同于氣氛，可能太冷或太熱而無(wú)法有效工作。
為此，理想地應(yīng)找到確保過(guò)量空氣不會(huì)通過(guò)任一風(fēng)槽28、30、32流入?yún)^(qū)域1、2、3的替代方法。當(dāng)然，在許多系統(tǒng)中可能存在多于或少于三個(gè)區(qū)域。然而，出于理解本發(fā)明的目的，三個(gè)區(qū)域已經(jīng)足夠。
在圖2中闡述了無(wú)需旁路的風(fēng)閘控制器的流程圖。在步驟50，設(shè)置每個(gè)區(qū)域1、2、3的區(qū)域氣流極限?？刂破?0配置有用于設(shè)定這些極限的輸入設(shè)置。例如，控制器30可配置有允許最大氣流極限為L(zhǎng)OW、NORMAL、HIGH或MAXIMUM的設(shè)置。這些設(shè)置增大了允許附加調(diào)節(jié)空氣進(jìn)入該區(qū)域的權(quán)重，其預(yù)計(jì)的代價(jià)為隨著氣流增大可能形成附加噪聲。因此，最關(guān)心減小噪聲的用戶可將控制器設(shè)為L(zhǎng)OW水平。此外還包括一些工廠設(shè)定默認(rèn)值。在更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中，完全可以只使用該默認(rèn)值，而不允許操作人員替換該默認(rèn)值。
本發(fā)明包括由控制器36協(xié)調(diào)的自動(dòng)風(fēng)槽尺寸評(píng)定步驟52，在屋內(nèi)安裝該系統(tǒng)之后很快執(zhí)行該步驟52，且之后周期性地重復(fù)該步驟。該尺寸風(fēng)槽評(píng)估過(guò)程包括測(cè)量過(guò)程和計(jì)算過(guò)程。
在初始測(cè)量過(guò)程中，控制器36臨時(shí)關(guān)閉溫度改變部件22。該過(guò)程通常如圖3所示?？刂破?6命令所有區(qū)域的氣閘34完全敞開(kāi)。控制器36隨后命令系統(tǒng)空氣處理器24將最大系統(tǒng)氣流的預(yù)定部分(測(cè)試氣流)輸送到壓力通風(fēng)系統(tǒng)31和風(fēng)槽28、30、32?？諝馓幚砥?4確定其鼓風(fēng)機(jī)馬達(dá)的速度并將該信息傳達(dá)到控制器36，該控制器將該信息儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器內(nèi)。接著，控制器36閉合除了第一區(qū)域的氣閘之外的所有氣閘34。仍然要求空氣處理器24和先前一樣輸送測(cè)試氣流，該空氣處理器將新的鼓風(fēng)機(jī)馬達(dá)速度報(bào)告給控制器36。這樣，依次敞開(kāi)該系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)區(qū)域的氣閘34，同時(shí)閉合所有其它區(qū)域氣閘34。在該序列的每個(gè)步驟中，由空氣處理器34輸送相同的氣流，并記錄最終的鼓風(fēng)機(jī)速度。最后，閉合所有區(qū)域氣閘34，迫使相同的測(cè)試氣流穿過(guò)氣閘34或其周?chē)娘L(fēng)槽28、30、32中的任何泄漏。再次記錄鼓風(fēng)機(jī)速度。因此，對(duì)于具有n個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)，獲得總共n+2個(gè)鼓風(fēng)機(jī)速度測(cè)量(SP)所有區(qū)域敞開(kāi)時(shí)，SPopen；所有區(qū)域閉合時(shí)，SPclosed；每個(gè)區(qū)域單獨(dú)敞開(kāi)時(shí)，SPi。
應(yīng)該指出，在上述測(cè)量過(guò)程中，除了完全敞開(kāi)和閉合氣閘之外，在兩個(gè)不同位置可部分敞開(kāi)氣閘。另外，在該序列的不同步驟中可使用不同的測(cè)試氣流水平。如果選擇這些變化，則通過(guò)調(diào)整如下所示的計(jì)算過(guò)程可容納這些變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解如何調(diào)整計(jì)算以獲得這些結(jié)果。
如下所示將速度測(cè)量轉(zhuǎn)換為風(fēng)槽靜壓測(cè)量。本實(shí)施例具有一些優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楸緦?shí)施例中不存在傳感器。一種可替換的方案為使用經(jīng)濟(jì)可靠的壓力傳感器直接進(jìn)行風(fēng)槽壓力測(cè)量，而非進(jìn)行速度測(cè)量。
在圖4中示出了確定風(fēng)槽尺寸的計(jì)算過(guò)程。最初，獲得一系列空氣處理器靜壓(ASP)。在2003年4月30日提交的標(biāo)題為“Method ofDetermining Static Pressure in a Ducted Air Delivery SystemUsing a Variable Speed Motor”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)10/426463中公開(kāi)了用于確定這些靜壓的算法。該專(zhuān)利申請(qǐng)的完整內(nèi)容，特別是用于確定系統(tǒng)中靜壓的算法，在此被引用作為參考。該算法將空氣處理器單元24上(從進(jìn)氣口到出氣口)發(fā)展的靜壓與下述方面關(guān)聯(lián)1)由該單元輸送的氣流、2)其鼓風(fēng)機(jī)馬達(dá)的速度、以及3)取決于空氣處理器的物理特征的預(yù)定常數(shù)。
如前所述，控制器36接收關(guān)于系統(tǒng)20內(nèi)所有響應(yīng)部件的初始配置信息。在該自動(dòng)配置期間以及可能在系統(tǒng)安裝期間，空氣處理器單元24與控制器36通信并提供其特征常數(shù)。該系統(tǒng)控制器使用上述申請(qǐng)中的公式、空氣處理器單元24的單元特征常數(shù)、命令氣流和測(cè)量的鼓風(fēng)機(jī)速度計(jì)算空氣處理器單元上的靜壓。如圖4所示，將所有氣閘34敞開(kāi)和閉合隨后分別只敞開(kāi)一個(gè)氣閘而重復(fù)這些測(cè)量。由此得到n+2個(gè)ASP計(jì)算值，每次測(cè)量得到一個(gè)結(jié)果。這些計(jì)算值標(biāo)記為ASPopen、ASPclosed、ASP1、ASP2、...ASPn。在備用實(shí)施中，空氣處理器單元24本身的控制器可完成相同的計(jì)算并將計(jì)算的靜壓傳達(dá)給控制器36。
計(jì)算中使用的另一個(gè)原理為公知的“平方定律”，將任何風(fēng)槽部分或無(wú)源設(shè)備單元的靜壓與流過(guò)的氣流相關(guān)聯(lián)。該定律表明靜壓隨氣流的平方而變化。該定律對(duì)這些變量之間更加復(fù)雜的關(guān)系進(jìn)行了簡(jiǎn)化，已經(jīng)證實(shí)對(duì)于住宅系統(tǒng)中使用的空氣速度通常是有效的。
利用ASP值計(jì)算固定靜壓(FSP)值。從圖1可看出，空氣處理器單元24上形成的靜壓在氣流流經(jīng)的任何外部設(shè)備單元(例如過(guò)濾器和外部空氣調(diào)節(jié)線圈)上降低，并在整個(gè)風(fēng)槽系統(tǒng)上(供風(fēng)側(cè)28、30、31、32以及回風(fēng)側(cè)26)降低。每個(gè)區(qū)域的氣閘34控制將空氣輸送到該區(qū)域的供風(fēng)槽部分。在這里公開(kāi)的系統(tǒng)中，回風(fēng)槽26中沒(méi)有氣閘。因此，回風(fēng)槽、外部設(shè)備單元、以及在氣閘之前的供風(fēng)槽組成了系統(tǒng)的“固定”部分，全部的系統(tǒng)空氣總是流過(guò)該固定部分。這意味著，對(duì)于相同的系統(tǒng)氣流，這些元件上的組合壓降和固定靜壓(FSP)相同，而與氣閘位置無(wú)關(guān)。因此，對(duì)于所有n+2測(cè)量，F(xiàn)SP均相同。該FSP本身未知，由計(jì)算過(guò)程確定。
稱(chēng)為可變靜壓(VSP)的質(zhì)量是指供風(fēng)槽部分兩端的靜壓，氣閘34兩端及下游的靜壓。當(dāng)測(cè)量過(guò)程使相同的系統(tǒng)氣流流過(guò)每個(gè)區(qū)域的相對(duì)尺寸不同的風(fēng)槽部分時(shí)，該VSP值發(fā)生變化。由于需要在整個(gè)環(huán)路(空氣處理器、供風(fēng)側(cè)、室內(nèi)空間、回風(fēng)側(cè))上平衡壓力，因此對(duì)于每個(gè)測(cè)量步驟ASP＝FSP+VSP
任一測(cè)量步驟中的VSP表示敞開(kāi)的風(fēng)槽部分的尺寸。風(fēng)槽部分越受限制(尺寸越小)，相同系統(tǒng)氣流流過(guò)時(shí)的靜壓(VSP)越大。因此，風(fēng)槽部分尺寸與VSP成反比。根據(jù)氣流容量可以方便地計(jì)算風(fēng)槽部分尺寸，從而容易地確定整個(gè)系統(tǒng)氣流中該風(fēng)槽部分的合理份額。為此，利用上述氣流和壓力之間的平方定律關(guān)系，風(fēng)槽部分尺寸反比于VSP的平方根。由于本發(fā)明的主要焦點(diǎn)是確定風(fēng)槽部分的相對(duì)尺寸，將各區(qū)域的風(fēng)槽尺寸計(jì)算為整個(gè)供風(fēng)槽系統(tǒng)(所有區(qū)域)的分?jǐn)?shù)(或百分比)。因此，計(jì)算區(qū)域i的相對(duì)風(fēng)槽尺寸SLi為SLi＝SQRT(VSPopen/VSPi)為了提高精度，本發(fā)明系統(tǒng)認(rèn)識(shí)到了系統(tǒng)泄漏。即使當(dāng)所有氣閘34閉合時(shí)，空氣仍可流動(dòng)。這是因?yàn)闅忾l34并不是完美無(wú)缺，部分空氣可泄漏穿過(guò)氣閘。同樣，風(fēng)槽31、28、30、32也可能具有泄漏。在一些住宅內(nèi)，這種泄漏顯著。這就是將所有氣閘閉合進(jìn)行最后一個(gè)測(cè)量的原因?？删_地如上所述計(jì)算“相對(duì)尺寸”泄漏LEAK＝SQRT(VSPopen/VSPclosed)由于該泄漏有效地添加了每個(gè)區(qū)域的風(fēng)槽部分的表觀尺寸，因此需要扣除該泄漏。因此，校正后的區(qū)域風(fēng)槽尺寸為Si＝SLi-LEAK上述假設(shè)使用了ASP值。然而，為了計(jì)算相應(yīng)的VSP值，必須確定FSP值并隨后使用方程ASP＝FSP+VSP模擬完整風(fēng)槽系統(tǒng)以及應(yīng)用平方定律和其它關(guān)系導(dǎo)致非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型并需要求解多個(gè)非線性代數(shù)方程。相反，本發(fā)明的一個(gè)方面開(kāi)始于對(duì)FSP值的“初始猜測(cè)”。隨后根據(jù)已經(jīng)計(jì)算的ASP值，可以計(jì)算出相應(yīng)的VSP值。接著，使用上述方程，可以計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的相對(duì)尺寸和泄漏尺寸。由于所有這些尺寸為完全敞開(kāi)風(fēng)槽系統(tǒng)的百分比，這些百分比總和應(yīng)該為100％。使用如圖4所示的計(jì)算機(jī)迭代程序，可以重復(fù)調(diào)整FSP值，直到所有區(qū)域尺寸加上泄漏尺寸的總和為100％。此時(shí)，確定了FSP以及所有區(qū)域相對(duì)尺寸的正確值。圖5示出了在風(fēng)槽尺寸評(píng)估過(guò)程期間控制器36上的顯示屏幕以及在該過(guò)程結(jié)束時(shí)顯示的結(jié)果。
此時(shí)，步驟52結(jié)束，控制器36已經(jīng)計(jì)算出區(qū)域風(fēng)槽28、30、32的相對(duì)區(qū)域風(fēng)槽尺寸。一旦完成該相對(duì)區(qū)域風(fēng)槽尺寸的計(jì)算，則應(yīng)該可以相對(duì)可靠地獲得該系統(tǒng)的壽命。即使如此，可以周期性地重復(fù)該計(jì)算。
此外，除了上述參考的確定空氣處理器靜壓的發(fā)明方法(即，在上述參考的未決專(zhuān)利申請(qǐng)中所公開(kāi)的算法)之外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以采用其它已知方法確定該靜壓，例如使用壓力計(jì)手動(dòng)進(jìn)行壓力測(cè)量。
在步驟54，這些尺寸數(shù)量、關(guān)于部件22的尺寸和容量的信息、以及設(shè)置(步驟50)被用于計(jì)算每個(gè)區(qū)域(1、2、3)的最大氣流值。
通過(guò)下述分析完成每個(gè)區(qū)域的最大氣流的計(jì)算。假設(shè)整個(gè)房間的風(fēng)槽系統(tǒng)(所有區(qū)域氣閘完全敞開(kāi))設(shè)計(jì)成容納使安裝在住宅內(nèi)的溫度改變部件22工作所需的最高系統(tǒng)氣流，從而確定最高系統(tǒng)氣流值?？刂破?6通過(guò)自動(dòng)配置過(guò)程了解溫度改變部件22(所安裝的爐子、空氣調(diào)節(jié)器、或熱泵)的容量和氣流要求。控制器36由此計(jì)算最高系統(tǒng)氣流(HAS)。在一個(gè)實(shí)施例中HAS＝(xCFM/TON，y*高爐氣流)中數(shù)值較大者“CFM”或立方英尺每分鐘是指氣流的單位度量。通常以TON度量空氣調(diào)節(jié)器和熱泵的容量。在一個(gè)實(shí)施例中，x＝450，y＝1.12。當(dāng)然，在該計(jì)算中x和y可以使用不同的數(shù)值因子。
隨后確定最高區(qū)域氣流。所有氣閘完全敞開(kāi)，每個(gè)區(qū)域所獲得的總系統(tǒng)氣流的份額取決于將空氣輸送到該區(qū)域的風(fēng)槽部分的“相對(duì)尺寸”。風(fēng)槽部分的“相對(duì)尺寸”是對(duì)在特定系統(tǒng)壓力下允許或多或少空氣流過(guò)風(fēng)槽部分的能力的度量。因此，具有更大風(fēng)槽尺寸的區(qū)域所獲得的系統(tǒng)氣流的份額將高于風(fēng)槽尺寸小的區(qū)域所獲得的份額?？刂破?6已經(jīng)確定系統(tǒng)中所有區(qū)域的相對(duì)風(fēng)槽尺寸。這些相對(duì)尺寸可表達(dá)為總風(fēng)槽系統(tǒng)的百分比并標(biāo)記為S1、S2、S3...Sn，其中n為系統(tǒng)中區(qū)域的數(shù)目。于是，對(duì)于每個(gè)區(qū)域來(lái)講，最高區(qū)域氣流(HZAi)可計(jì)算成HZAi＝Si*HAS，i＝1 to n.
應(yīng)該指出，HZAi為所有區(qū)域氣閘完全敞開(kāi)時(shí)(就像該系統(tǒng)未被劃分成多個(gè)區(qū)域一樣)每個(gè)區(qū)域的最高預(yù)期氣流。
隨后確定最大區(qū)域(MAX Zone)氣流極限。在分區(qū)系統(tǒng)中，當(dāng)氣閘34敞開(kāi)和閉合從而在不同區(qū)域之間重新分配空氣以匹配其改變供暖或制冷的需求時(shí)，任何特定區(qū)域有時(shí)獲得的氣流高于系統(tǒng)氣流的“正當(dāng)份額”。這使得該區(qū)域系統(tǒng)為該區(qū)域的居住者提供了更高水平的舒適度。然而，隨著氣流增大，在某些位置，區(qū)域內(nèi)的空氣噪聲變得無(wú)法接收。因此對(duì)每個(gè)區(qū)域需要有最大(MAX)氣流極限。在一定程度上，舒適度和噪聲之間的平衡是取決于居住者的偏愛(ài)的主觀決定。然而，為了最小化對(duì)安裝者或屋主調(diào)整的需求并使系統(tǒng)安裝變得容易和一致，控制器36將最大(MAX)區(qū)域氣流(MZA)極限“縮放”到上面計(jì)算的最高區(qū)域氣流。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(居住者或安裝者)可為每個(gè)區(qū)域選擇四個(gè)氣流極限中的一個(gè)LOW、NORMAL、HIGH、以及MAXIMUM。在控制器130和/或36處提供該選項(xiàng)。最大區(qū)域氣流極限可計(jì)算成選擇MZAiLOW HZAiNORMAL 1.5*HZAi(可為工廠默認(rèn)值)HIGH2*HZAiMAXIMUM 2*HZAiMAXIMUM選擇與HIGH具有相同的氣流極限，如下所述，該選擇用于減小系統(tǒng)氣流且如果可能的話用于調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)。然而，如果無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)，則采用MAXIMUM設(shè)置時(shí)，供暖或制冷階段(步驟56，在下文得到解釋)永遠(yuǎn)不會(huì)減小。即使噪聲變得無(wú)法接受，使用MAXIMUM氣流極限仍可在區(qū)域內(nèi)獲得舒適度。
如前所述，每個(gè)區(qū)域(1、2、3)允許操作人員在控制器130設(shè)定預(yù)期溫度設(shè)定點(diǎn)。另外，控制器130提供了每個(gè)區(qū)域的實(shí)際溫度和實(shí)際濕度，以及濕度設(shè)定點(diǎn)(如果該系統(tǒng)足夠先進(jìn))。在步驟58，控制器36計(jì)算供暖/制冷的預(yù)期階段。在于＿＿＿＿＿＿＿提交的標(biāo)題為“Controlof Multi-Zone and Multi-Stage HVAC System”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)No.＿＿＿＿＿＿中公開(kāi)了計(jì)算供暖或制冷的預(yù)期階段的一種方法?；谠O(shè)備尺寸和該供暖/制冷階段，一些總系統(tǒng)氣流將隨后已知或可由控制器36計(jì)算。控制器36還能夠計(jì)算每個(gè)區(qū)域的預(yù)期氣閘位置以滿足該區(qū)域內(nèi)需要的溫度設(shè)定點(diǎn)，并考慮此時(shí)每個(gè)區(qū)域內(nèi)的實(shí)際溫度。執(zhí)行這些計(jì)算的算法在本領(lǐng)域中是已知的。
隨后在步驟60，控制器36通過(guò)考慮總系統(tǒng)氣流、每個(gè)區(qū)域內(nèi)氣閘位置、以及相對(duì)的區(qū)域風(fēng)槽尺寸，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的預(yù)期氣流。氣閘34調(diào)節(jié)成其轉(zhuǎn)動(dòng)葉片可被控制到敞開(kāi)和閉合之間的任意角度位置。如前所述，在一個(gè)實(shí)施例中，將氣閘控制到16個(gè)位置，標(biāo)記為0至15，其中0為完全閉合，15為完全敞開(kāi)；通過(guò)相等的角運(yùn)動(dòng)步驟可獲得其間的每個(gè)位置。該實(shí)施例還假設(shè)氣閘角度位置與其允許氣流的“敞開(kāi)度”或相對(duì)能力之間為線性關(guān)系。
利用線性關(guān)系，每個(gè)氣閘位置的相對(duì)氣流能力D計(jì)算為對(duì)于j來(lái)講，D＝j(luò)/15；j＝0 to 15.
因此，對(duì)于位置15(完全敞開(kāi))，相對(duì)氣流能力為100％，而對(duì)于位置0(完全閉合)，相對(duì)氣流能力為0。
該關(guān)系也可能是非線性的，可使用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試確定特定類(lèi)型的氣閘的關(guān)系，該關(guān)系隨后可用于下述計(jì)算。
控制器36使用系統(tǒng)中每個(gè)區(qū)域的相對(duì)風(fēng)槽尺寸，對(duì)于仍具有n個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)標(biāo)記為S1至Sn。控制器36調(diào)制區(qū)域氣閘34，從而響應(yīng)于各區(qū)域的舒適度要求將或多或少的空氣輸送到每個(gè)區(qū)域?？刂破?6確定每個(gè)區(qū)域的預(yù)期氣閘位置以及相應(yīng)的氣閘氣流能力。這些氣閘氣流能力標(biāo)記為D1至Dn。控制器36還已知需要流過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的總系統(tǒng)氣流As。根據(jù)這些數(shù)值，控制器36計(jì)算被輸送到每個(gè)區(qū)域的氣流的分?jǐn)?shù)AiAi＝As*(Di*Si)/(SUM(Di*Si)，i＝1 to n)在步驟62，控制器36將每個(gè)區(qū)域的預(yù)期氣流與其最大極限比較。如果所有計(jì)算得到的預(yù)期區(qū)域氣流都小于相應(yīng)區(qū)域的最大氣流，則控制器36轉(zhuǎn)到步驟64，簡(jiǎn)單地操作該HVAC系統(tǒng)。
然而，如果預(yù)期的區(qū)域氣流超過(guò)其最大氣流，則控制器36詢(xún)問(wèn)是否可以減小總系統(tǒng)氣流。這通常為溫度改變部件和空氣處理器的設(shè)計(jì)的函數(shù)。如果可以減小總系統(tǒng)氣流，則在步驟64將該氣流減小到更低的極限，控制器返回步驟60以重新計(jì)算每個(gè)區(qū)域的實(shí)際氣流并返回到步驟62。
然而，如果無(wú)法減小總系統(tǒng)氣流，則控制器36轉(zhuǎn)到步驟66，在該步驟考慮對(duì)未占據(jù)區(qū)域的調(diào)整的可用性?？刂破?0允許操作人員設(shè)定某一區(qū)域是否未被占據(jù)。例如，可將只在每年的特定時(shí)間段才使用的房間保持在調(diào)節(jié)程度稍低的溫度，從而減小HVAC系統(tǒng)20的運(yùn)行成本。如果將這種房間設(shè)定成系統(tǒng)20內(nèi)的未占據(jù)區(qū)域，則作為步驟66的一部分，控制器36考慮在該區(qū)域提供附加的調(diào)節(jié)。
通常，未占據(jù)區(qū)域的設(shè)定點(diǎn)被設(shè)置成供暖的最低溫度(例如60度)或制冷的最高溫度(例如85度)。采用這些設(shè)定點(diǎn)，這些區(qū)域極少需要任何制冷或供暖，其氣閘保持閉合。這不僅節(jié)約能量，還允許更多的氣流(容量)被輸送到已占據(jù)區(qū)域，從而獲得該已占據(jù)區(qū)域的舒適度設(shè)定點(diǎn)。然而，如果被輸送到已占據(jù)區(qū)域的預(yù)期氣流超過(guò)其最大氣流極限，控制器36敞開(kāi)任何未占據(jù)區(qū)域的氣閘以使其可吸收部分氣流。這使得可以舒適地調(diào)節(jié)已占據(jù)區(qū)域，同時(shí)保持在其預(yù)期噪聲最大氣流極限內(nèi)?？刂破?6通過(guò)提高未占據(jù)區(qū)域供暖設(shè)定點(diǎn)或降低制冷設(shè)定點(diǎn)直到未占據(jù)區(qū)域內(nèi)的命令導(dǎo)致其氣閘敞開(kāi)為止，由此實(shí)現(xiàn)上述這一點(diǎn)。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，將極限應(yīng)用于該設(shè)定點(diǎn)調(diào)整。供暖設(shè)定點(diǎn)未被調(diào)整成高于任一(已占據(jù))區(qū)域內(nèi)的最高供暖設(shè)定點(diǎn)，而制冷設(shè)定點(diǎn)未被調(diào)整成低于任一區(qū)域內(nèi)的最低制冷設(shè)定點(diǎn)。通常，也可以簡(jiǎn)單地直接敞開(kāi)未占據(jù)區(qū)域內(nèi)的氣閘34而不調(diào)整其設(shè)定點(diǎn)，并允許將其溫度調(diào)節(jié)成任何預(yù)定極限。
同樣，如果可以調(diào)整未占據(jù)區(qū)域設(shè)定點(diǎn)，則完成該調(diào)整，且該系統(tǒng)返回到步驟68(可以重新計(jì)算區(qū)域氣閘位置)，隨后返回到步驟60和62。如果無(wú)法調(diào)整未占據(jù)區(qū)域設(shè)定點(diǎn)(最初，或再也無(wú)法進(jìn)行該調(diào)整)，則系統(tǒng)隨后轉(zhuǎn)到步驟70，在該步驟考慮調(diào)整已占據(jù)區(qū)域的設(shè)定點(diǎn)。
在所公開(kāi)的實(shí)施例中，如果需要供暖或制冷的區(qū)域大于其最大氣流極限且所有未占據(jù)區(qū)域已敞開(kāi)到其極限，控制器以與未占據(jù)區(qū)域相似的方式調(diào)整其它已占據(jù)區(qū)域的設(shè)定點(diǎn)，從而將更多氣流導(dǎo)向這些區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例，已占據(jù)供暖設(shè)定點(diǎn)的調(diào)整極限設(shè)成比任何區(qū)域內(nèi)最高供暖設(shè)定點(diǎn)低得不超過(guò)3度。類(lèi)似地，將已占據(jù)制冷設(shè)定點(diǎn)的調(diào)整極限設(shè)成比最低制冷設(shè)定點(diǎn)高不小于3度。同樣，可以選擇不同的極限。
如果控制器36可調(diào)整已占據(jù)區(qū)域設(shè)定點(diǎn)，則進(jìn)行該調(diào)整。控制器36隨后返回到步驟68，然后返回到步驟60和62。然而，如果無(wú)法調(diào)整已占據(jù)區(qū)域設(shè)定點(diǎn)，則該系統(tǒng)轉(zhuǎn)到步驟56，并考慮是否可以獲得更低的供暖或制冷階段。如果可獲得某一更低的供暖或制冷階段，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)到更低的階段，并返回到步驟72以重新計(jì)算總系統(tǒng)氣流，隨后返回到步驟68、60、62等。如前所述，如果某一區(qū)域已被設(shè)為MAXIMUM設(shè)置，正是這個(gè)區(qū)域所接收的氣流超過(guò)其最大氣流，則不執(zhí)行步驟56。
如果無(wú)法獲得更低的階段，則停止供暖和制冷直到下一個(gè)計(jì)算周期為止。定期地執(zhí)行上述計(jì)算。
已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)了解到，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行特定的調(diào)整。為此，下述權(quán)利要求書(shū)用于確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種HVAC系統(tǒng)控制器，包括控制器，接收風(fēng)槽的風(fēng)槽尺寸相關(guān)信息，所述風(fēng)槽通向與所述控制器相關(guān)聯(lián)的多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域；以及所述控制器基于所述信息計(jì)算每個(gè)區(qū)域的最大氣流。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中設(shè)定氣流極限，并與風(fēng)槽尺寸一起考慮以計(jì)算所述最大氣流。
3.如權(quán)利要求2所述的控制器，其中可由操作人員設(shè)定所述氣流極限。
4.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述控制器還計(jì)算每個(gè)區(qū)域的預(yù)期氣流，并將所述預(yù)期氣流與每個(gè)所述區(qū)域的所述最大氣流比較。
5.如權(quán)利要求4所述的控制器，其中所述控制器評(píng)估可獲得的選項(xiàng)以減小流到任意所述預(yù)期氣流超過(guò)所述最大氣流的區(qū)域的氣流。
6.如權(quán)利要求5所述的控制器，其中，作為一個(gè)選項(xiàng)，所述控制器考慮是否可以減小流過(guò)該系統(tǒng)的總氣流以實(shí)現(xiàn)所述減小。
7.如權(quán)利要求5所述的控制器，其中，作為一個(gè)選項(xiàng)，所述控制器評(píng)估是否可以增大流到任意區(qū)域的氣流以實(shí)現(xiàn)所述減小。
8.如權(quán)利要求7所述的控制器，其中所述控制器首先考慮是否可以調(diào)整任何未占據(jù)區(qū)域設(shè)定點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)所述氣流增大。
9.如權(quán)利要求8所述的控制器，其中所述控制器隨后考慮是否可以調(diào)整任何已占據(jù)區(qū)域設(shè)定點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)所述氣流增大。
10.一種HVAC系統(tǒng)，包括用于改變空氣溫度的溫度改變部件；將空氣供給到多個(gè)區(qū)域的風(fēng)槽，以及與通向每個(gè)所述區(qū)域的所述風(fēng)槽相關(guān)聯(lián)的氣閘；控制器，用于提供所述多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中的溫度設(shè)定點(diǎn)和實(shí)際溫度；系統(tǒng)控制器，確定通向所述多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域的所述風(fēng)槽的風(fēng)槽尺寸相關(guān)信息；以及所述控制器基于所述信息計(jì)算每個(gè)區(qū)域的預(yù)期氣流。
11.一種HVAC系統(tǒng)，包括用于改變空氣溫度的溫度改變部件；將空氣供給到多個(gè)區(qū)域的風(fēng)槽，以及與通向每個(gè)所述區(qū)域的所述風(fēng)槽相關(guān)聯(lián)的氣閘；區(qū)域控制器，將所述多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中的溫度設(shè)定點(diǎn)和實(shí)際溫度提供給系統(tǒng)控制器；以及所述系統(tǒng)控制器控制與每個(gè)所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的所述氣閘的移動(dòng)，從而可以確定流過(guò)每個(gè)所述區(qū)域的相對(duì)于所述多個(gè)區(qū)域的其它區(qū)域的氣流有關(guān)的靜壓信息，且所述靜壓信息被用于計(jì)算每個(gè)所述區(qū)域的所述風(fēng)槽相對(duì)于所述多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域的其它所述風(fēng)槽的尺寸。
全文摘要
一種控制器，可執(zhí)行確定多區(qū)HVAC系統(tǒng)中多個(gè)區(qū)域中每個(gè)區(qū)域的最大理想氣流以及流到這些區(qū)域的預(yù)期氣流的方法。部分地，這些確定是基于計(jì)算通向每個(gè)區(qū)域的風(fēng)槽的相對(duì)尺寸的算法。比較每個(gè)區(qū)域的預(yù)期氣流和最大氣流，如果任何區(qū)域的預(yù)期氣流超過(guò)其最大氣流，則采取特定步驟以減小流到該區(qū)域的氣流。
文檔編號(hào)F24F3/00GK1910405SQ200580002842
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者R·K·夏, W·F·奧斯特蘭, L·維爾波夫斯基 申請(qǐng)人:開(kāi)利公司