用于集成照明、遮光和恒溫器控制的統(tǒng)一控制器的制造方法
【專利說(shuō)明】用于集成照明、遮光和恒溫器控制的統(tǒng)一控制器
[0001] 本發(fā)明一般地涉及照明、遮光和溫度的控制，并且更具體地涉及具有對(duì)其進(jìn)行控 制的靈活架構(gòu)的控制器。
[0002] 已認(rèn)識(shí)到建筑物元件是互相關(guān)的，例如電燈和遮光簾被同時(shí)用來(lái)創(chuàng)建舒適的照明 條件，但是同時(shí)，它們兩者都產(chǎn)生或發(fā)射熱量，該熱量影響制熱、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC)系統(tǒng)上 的負(fù)荷。為了以最為能量高效的方式輸送舒適的視覺和熱環(huán)境，使用集成且整體的方法來(lái) 計(jì)及（account for)建筑物的元件之間的相互關(guān)系是重要的。
[0003] 當(dāng)前，視覺舒適度和熱舒適度實(shí)際上被單獨(dú)地控制。此外，甚至單獨(dú)地控制電燈和 遮光物?？捎杀陂_關(guān)來(lái)控制電燈，或者在最佳情況情形中，電燈可響應(yīng)于日光和/或占用狀 態(tài)而自動(dòng)地調(diào)光或關(guān)斷。諸如遮簾百葉簾和滾式遮光物之類的遮光系統(tǒng)在很大程度上由占 用者、例如通過拉動(dòng)繩子來(lái)控制。即使是現(xiàn)代機(jī)動(dòng)化遮光系統(tǒng)仍是主要通過壁板來(lái)手動(dòng)地 控制。熱舒適度被占用者在壁裝式恒溫器上指定為溫度設(shè)定點(diǎn)，并且一些恒溫器能夠連接 到中央建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS)以用于監(jiān)控控制，諸如夜間逆轉(zhuǎn)（setback)。
[0004] 已經(jīng)嘗試促進(jìn)針對(duì)更佳的能量管理的統(tǒng)一的照明和HVAC控制，但是其焦點(diǎn)是在 BAS或能量管理和控制系統(tǒng)（EMCS)的整個(gè)建筑物級(jí)別集成上。此集成級(jí)別僅提供對(duì)多個(gè)系 統(tǒng)的集中式訪問以便使設(shè)施管理員實(shí)施高級(jí)監(jiān)控控制和自動(dòng)化能量效率措施。因此，除建 筑物級(jí)別監(jiān)控控制之外，較低級(jí)別(例如，區(qū)域級(jí)別）的集成是必要的，以實(shí)際上向占用者輸 送最佳的視覺和熱舒適度，將每個(gè)區(qū)域中的不同類型的使用、取向、位置等考慮在內(nèi)。
[0005] 已做出了考慮針對(duì)能量效率的視覺和熱舒適度的集成控制的幾次嘗試。例如， A. Guillemin和N. Morel, "集成在自適應(yīng)建筑物控制系統(tǒng)中的創(chuàng)新的照明控制器（An Innovative Lighting Controller Integrated in a Self-adaptive Building Control System)"，能量和建筑物（Energy and Buildings),卷 33 (5)，2001，第 477-487 頁(yè)（在 下文中"⑶ILEMIN"）以及 ?· Kristl、M. Ko§ir、M. Trobec-Lah 和 A. Krainer，"針對(duì) 建筑物中的熱和視覺舒適度的模糊控制系統(tǒng)（Fuzzy Control System for Thermal and Visual Comfort in Building)，'，可再生能源（Renewable Energy),卷33 (4)，2008，第 694-702頁(yè)(在下文中"KRISTL"）主要集中于智能算法的開發(fā)和實(shí)施，其系統(tǒng)是在非常定制 化的實(shí)驗(yàn)室背景中被集成。在處理建筑物照明與熱元件之間的相互依賴的時(shí)，大多數(shù)控制 器考慮三個(gè)系統(tǒng)中的子集，例如在KRISTL中，遮光物和制熱器，以及在J.V. Miller，公開 號(hào)為2009/0032604美國(guó)專利申請(qǐng)"節(jié)能集成照明和HVAC系統(tǒng)（Energy Saving Integrated Lighting and HVAC System)"（在下文中"Miller")中，燈和HVAC。此外，這些控制器可能 僅針對(duì)非常具體類型的系統(tǒng)工作，或者需要接進(jìn)較低級(jí)別的系統(tǒng)部件，諸如向上發(fā)熱的燈 具和Miller中的HVAC空氣管道阻尼器。另外，集成控制器可調(diào)整照明條件以保存能量，但 是這可能例如由于眩光而犧牲占用空間的人的視覺舒適度。
[0006] 因此，認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，克服控制器的缺陷將是有利的，其可以以切合實(shí)際 的集成方式實(shí)施燈、遮光物和溫度設(shè)定點(diǎn)的基于區(qū)域的自動(dòng)化控制。
[0007] 本文公開的某些實(shí)施例包括為照明、遮光物和恒溫器提供控制的控制器。該控制 器包括：至少一個(gè)舒適度調(diào)節(jié)器，用于提供用于至少一個(gè)規(guī)則的設(shè)置的指示；至少一個(gè)控 制器接口，用于控制恒溫器、照明和遮光物中的至少一個(gè)；至少一個(gè)傳感器接口，用于接收 相應(yīng)于制熱、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC)、照明以及占用中的至少一個(gè)的傳感信息，其中至少控制器 接口響應(yīng)于接收到傳感信息且基于至少一個(gè)規(guī)則而將恒溫器、照明和遮光物控制到最佳位 置。
[0008] 本文公開的某些實(shí)施例還包括針對(duì)照明、遮光物和恒溫器的控制的方法。該方法 包括：從控制器的舒適度調(diào)節(jié)器提供用于設(shè)置至少一個(gè)規(guī)則的指示，所述控制器用于照明、 遮光物和恒溫器的控制；接收相應(yīng)于制熱、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC)、占用、照明和遮光中的至少 一個(gè)的傳感信息；以及相應(yīng)于傳感信息和至少一個(gè)規(guī)則產(chǎn)生控制信號(hào)以控制照明、遮光物 以及恒溫器。
[0009] 本文公開的某些實(shí)施例還包括用于照明系統(tǒng)、遮光系統(tǒng)以及恒溫器的控制的控制 器。該控制器包括：用于確定至少水平照度設(shè)定點(diǎn)、垂直照度設(shè)定點(diǎn)以及恒溫器設(shè)定點(diǎn)的設(shè) 置的設(shè)定點(diǎn)決策引擎，其中根據(jù)基于規(guī)則的設(shè)置過程來(lái)執(zhí)行該確定；用于確定用于照明和 遮光的一組設(shè)置的照明負(fù)荷平衡引擎，其中該組設(shè)置至少滿足接收到的設(shè)定點(diǎn)，并且設(shè)定 點(diǎn)決策引擎至少滿足水平照度設(shè)定點(diǎn)和垂直照度設(shè)定點(diǎn)，其中確定該組設(shè)置以便使眩光和 照明系統(tǒng)的功耗最小化；以及驅(qū)動(dòng)器連接器，用于部分地基于恒溫器設(shè)定點(diǎn)來(lái)控制受控區(qū) 域中的恒溫器系統(tǒng)、照明和遮光系統(tǒng)，并且該組設(shè)置由照明負(fù)荷平衡引擎確定。
[0010] 在本說(shuō)明書結(jié)束時(shí)的權(quán)利要求中特別地指出并明確地要求保護(hù)被視為本發(fā)明的 主題。依據(jù)下面的結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易 見的。
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的集成控制器的示意圖； 圖2是用于集成控制器的照明負(fù)荷平衡的示意性框圖； 圖3是電燈輸出水平與電功率之間的關(guān)系的圖； 圖4是復(fù)合（complex)開窗系統(tǒng)的太陽(yáng)熱增益模型的圖； 圖5是僅使用電照明控制特征的集成控制器的示意性框圖； 圖6是使用電照明控制特征和遮光控制特征的集成控制器的示意性框圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的集成恒溫器的控制器的示意性框圖； 圖8是根據(jù)另一實(shí)施例的使用垂直光傳感器的集成控制器的示意性框圖；以及 圖9是在圖8的集成控制器中利用的設(shè)定點(diǎn)決策引擎的示意性框圖。
[0012] 重要的是注意到公開的實(shí)施例僅僅是本文中的創(chuàng)新技術(shù)的許多有利用途的示例。 一般地，在本申請(qǐng)的說(shuō)明書中做出的陳述不一定限制各種要求保護(hù)的發(fā)明中的任何發(fā)明。 此外，一些陳述可適用于一些發(fā)明特征但不適用于其他的。一般地，除非另外指明，在不失 一般性的情況下，單數(shù)元件可以是復(fù)數(shù)的，并且反之亦然。在圖中，相同的附圖標(biāo)記遍及多 個(gè)圖指示相同的部分。
[0013] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的集成控制器100的示例性且非限制性框圖。集 成控制器100包括部件（1)至（10)和感測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施（18)、以及諸如外部信息之類的監(jiān)控信 號(hào)的傳感器（15)至（17)以及連接（19)至（21)，其是到控制器100的輸入以用于做出最佳 控制決策?？刂破?00通過驅(qū)動(dòng)器連接器（10)致動(dòng)區(qū)域（14)的連接系統(tǒng)硬件，包括恒溫器 (11)、遮光系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器（12)和照明系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器（13)。在下文中更詳細(xì)地討論了每個(gè)部件的 詳細(xì)實(shí)施方式和替代。
[0014] 舒適度調(diào)節(jié)器（I)接收來(lái)自占用傳感器（16)的信息和監(jiān)控信號(hào)（19)，例如需求響 應(yīng)（DR)信號(hào)、用戶超馳（override)等，以確定用戶偏好和舒適度的重要性，即偏好/舒適 度與能量之間的權(quán)衡。例如，在正常操作下，舒適度調(diào)節(jié)器可確定舒適度具有最高優(yōu)先級(jí)。 然而，在如占用傳感器所報(bào)告的不存在占用者的情況下，舒適度調(diào)節(jié)器可將舒適度視為與 產(chǎn)生更多的能量節(jié)省的嘗試相比遠(yuǎn)不那么重要的參數(shù)。當(dāng)接收到指示DR事件的監(jiān)控信號(hào) 時(shí)，舒適度調(diào)節(jié)器對(duì)舒適度施加略少的強(qiáng)調(diào)以便切斷（shed) -定量的負(fù)荷。作為示例性實(shí) 施方式，舒適度調(diào)節(jié)器可簡(jiǎn)單地是一組用戶偏好，其具有例如表示舒適度水平的相對(duì)重要 性的10點(diǎn)"重要性標(biāo)度"。每個(gè)輸入，即占用狀態(tài)、DR信號(hào)、用戶超馳等對(duì)應(yīng)于10點(diǎn)重要性 標(biāo)度上的不同量的增加或縮減。然后，所得到的標(biāo)度上的舒適度重要性值連同用戶指定的 偏好一起被饋送到熱舒適度規(guī)則（2)和視覺舒適度規(guī)則（5)中。
[0015] 熱舒適度規(guī)則（2)基本上是用于計(jì)算多個(gè)可能的溫度設(shè)定點(diǎn)的模塊，溫度設(shè)定點(diǎn) 由舒適度的重要性、即（1)的輸出以及實(shí)時(shí)的傳感器測(cè)量（17)確定?？梢砸愿鞣N方式來(lái)實(shí) 施熱舒適度規(guī)則（2)。一個(gè)示例性實(shí)施方式是一組"如果-則（IF-THEN)"規(guī)則。例如，規(guī)則 可以是"如果舒適度調(diào)節(jié)器指數(shù)大于9,則空氣溫度在21-24°C范圍內(nèi)"。熱舒適度規(guī)則（2) 還可以結(jié)合尖端的熱舒適度模型，例如Fanger的預(yù)測(cè)平均投票（PMV)模型。利用實(shí)時(shí)HVAC 傳感器測(cè)量，例如平均輻射溫度和相對(duì)濕度，計(jì)算導(dǎo)致對(duì)應(yīng)于85%滿意度的PMV < ±