CN100501720C - 供暖、通风与空调系统的故障模式 - Google Patents

Abstract

HVAC系统提供了集中控制装置，所述集中控制装置检测故障级，将故障级从控制器所用的分级序列中移去，并且稍后定期检查故障级以了解故障级是否已经起作用来使该非正常运行的级返回分级序列。集中控制装置通过直接与故障级和/或部件联络和/或通过监测受控区域的温度来确定任何特定的级是否正常运行，从而检测出故障级和/或部件。

Description

供暖、通风与空调系统的故障模式

本申请要求2004年1月20日提出的、序号为No.60/537694的临时专利申请的优先权。

技术领域

本申请涉及供暖、通风与空调(HVAC)系统，具体涉及旁通掉有故障的HVAC系统部件和/或级以确保至少部分系统容量。

背景技术

供暖、通风和空调(HVAC)系统包括以协作方式一起运行的多个部件。一般地，HVAC系统包括室内单元(如煤气炉或风机盘管)、室外单元(如空调或热泵)和恒温器。更复杂的系统可包括具有区域控制和区域风门的多区域控制容量。HVAC系统通常还包括子系统，如过滤器、加湿器和通风机。

典型的HVAC系统包括多级供暖和/或供冷容量。在最低需求时，第一(最低容量)级被起动。当需求增加超过最低级容量时，下一更高容量级被起动。如果更低容量级已经出现故障，则部件将“升级”超过故障级直至带来充足的容量以满足负荷。然而，这可能不是最优的，因为在传统部件经历故障级期间分级延迟和温度下降发生。此外，传统控制器未察觉远程HVAC系统内的故障级。如果最高容量级是非运行级，则在调节需求持续增加时，控制装置将使系统的运行维持在已经出现故障的最高级同时不提供调节。结果可能是调节的完全损失。

因此，最好是提供HVAC系统控制装置，所述的HVAC系统控制装置通过监测受控区域的温度而在全系统层次上识别并隔离故障的HVAC系统和/或级以确保至少部分系统容量同时使分级序列内的延迟最小化。对于HVAC系统来说，另外最好是获知部件和级容量以使特定的系统性能信息加入到系统控制算法以优化对各种系统容量的控制。

发明内容

本发明的HVAC系统提供了集中控制装置，所述集中控制装置检测故障级、从分级序列中移去故障级、并且稍后定期检查故障级以了解故障级是否已经起作用以使该非正常运行的级返回分级序列。

集中控制装置通过直接与故障级和/或部件连通来检测故障级和/或部件。另外，集中控制装置还通过监测受控区域的温度以确定任何特定的级是否在正常运行来检测故障级和/或部件。如果更高的级正常运行，与更低的级相比，具有更大容量的更高的级将产生更大的受控环境温度-时间曲线的正斜率。

控制器还允许系统自动确定包含在系统内的HVAC部件，以使容量信息加入到恒温器的控制算法以优化对各种系统容量的控制，将对于安装者进行增益调节的要求减为最少。

本发明因此提供了HVAC系统控制装置，所述的HVAC系统控制装置通过监测受控区域的温度而在全系统层次上识别并隔离故障的HVAC系统和/或级，以确保至少部分系统容量同时使分级序列内的延迟最小化。本发明还提供了获知部件和级容量的HVAC系统以使特定的系统性能信息加入到系统控制算法，从而优化对各种系统容量的控制。

附图说明

根据下面对当前优选实施例的详细描述，本发明的这些特征和优点对本领域技术人员来说将是显而易见的。下面简要说明详细描述中所参照的附图：

图1是与本发明一起使用的HVAC系统的概括示意图；

图2是集中控制装置的框图；

图3是说明本发明操作的流程图；

图4是运行的HVAC部件的受控环境温度-时间曲线；

图5是具有故障级的HVAC部件的受控环境温度-时间曲线。

具体实施方式

图1说明了HVAC系统10的概括视图。系统10通常包括与区域控制装置14、室内单元16和室外单元18连通的集中控制装置12。集中控制装置12通过数字通信总线20进行通信。总线20最好包括传递数据和功率的四条通信路径，如四条导线22或类似物。应当理解，其他通信系统将同样可得益于本发明。

如通常所理解的，区域控制装置14最好为若干区域的各区域提供恒温器控制并且为与各区域相关联的风门提供风门控制。区域控制装置14包括通过总线20与集中控制装置12通信的微处理器控制器24。

室内单元16包括通过总线20与集中控制装置12通信的室内单元微处理器控制器26。室内单元16通常包括暖气炉、风机盘管等。室内单元16包括多个室内级16A、16B。室内级16A、16B包括高级和低级，这里仅为举例。应当理解，任何数量的级均将得益于本发明。

室外单元18(如空调单元或热泵)包括通过总线20与集中控制装置12通信的室外单元微处理器控制器26。室外单元18包括多个室外级18A、18B。室外级18A、18B包括高级和低级，仅仅为了举例，。应当理解，任何数量的级均将得益于本发明。

应当理解，尽管在所说明的实施例中公开了特定的部件布置和通信总线布局，其他布置也将得益于本发明。

集中控制装置12包括显示器30(如LCD或平板显示器)和输入装置32(如多个按钮、方向键盘，但是还包括鼠标、键盘、键区、远程装置或麦克风)。或者，显示器30可以是触摸屏。

各HVAC系统部件包括通过数据总线20与集中控制装置12通信的专用微处理器控制器24、26、28。通过总线20，调节部件向控制器12传递系统信息，如包括任何已出故障的级的部件的正常状况。

最好，集中控制装置12作为HVAC系统10的恒温器进行操作，并且还包括被连接到显示器30和输入装置32的计算机模块33。计算机模块32通常包括CPU34以及被连接到该CPU34的存储装置36(图2)。存储装置36可包括硬盘驱动器、CD ROM、DVD、RAM、ROM或其他光学可读存储器、磁存储器或集成电路。还可将控制HVAC系统10的、包括有恒温器控制算法以及用于显示器30和用户界面的指令的软件存入存储装置36，或者也可以存入ROM、RAM或闪存中。

参见图3，在由集中控制装置12开启系统10内的容量产生部件时，集中控制装置12确定该容量产生部件是否已经不能令人满意地运行。集中控制装置12作出该确定。在包括比如暖气炉和热泵的双燃料HVAC系统10内，如果暖气炉出故障，热泵被用来向系统提供某一容量，反之亦然。在双燃料系统中，最低级(或在双容量热泵情形中的两级)通常后面跟有两个暖气炉级，各级具有比热泵级更高的容量。如果热泵或暖气炉出故障，该信息被通知控制器12并且控制器12将故障级从其分级序列中移去，只留下工作级。

有时，可能存在将导致室内级16A、16B中的一个出故障而另一个保持运行的内部故障。当这种情形发生时，集中控制装置12识别故障、利用可运行的级来提供调节并将另一级从试图进行的运行中移去来将级定时器等旁通，以使与传统部件“升级”系统共通的扩展延迟被补偿。在传统部件中试图使用故障级时，会有分级延迟和一些温度下降(temperature droop)发生。本发明将故障级从可用级序列中移去，弥合差异并且只留下起作用的那些级。

通常，集中控制装置12检测故障级，将故障级从控制器所用的分级序列中移去，并且稍后定期检查故障级以了解故障级是否已经起作用，以使现在正常运行的级返回到分级序列。

集中控制装置12通过在数据总线20上进行微处理器控制器24、26、28和集中控制装置12之间的通信根据与故障级和/或部件直接联络或无联络来检测出故障级和/或部件。或者，集中控制装置12询问微处理器控制器24、26、28并且根据来自微处理器控制器24、26、28的故障答复推断那些级和/或部件为有了故障。

或者，集中控制装置12监测受控区域的温度以确定任何特定的级是否在正常运行来检测故障级和/或部件。与比它低的级相比，具有更大容量的较高的级将产生更大的受控环境温度-时间曲线的正斜率(图4)。如果这样的响应未被控制器12识别，则该级被归类为有故障。某个级一经确定为不能运行，控制器12就将其从分级序列中移去。在下次使用该被删除级的时机或者按照时间表，该级的“正常状况”被再次检查以了解其是否可用。如果发现该级是“正常的”，则使其返回分级序列。用这种方法，“自恢复”被检测，并且在该级为可用时将再次被利用。

应当理解，系统10的整个部件可能已经出故障(例如整个热泵)或者该设备的一个级可能已经出故障(例如双速热泵上的低速级)。在任一情形下，只将故障级由分级序列中移去。对于控制器12而言，此过程被用于所存在的任何连续输出状态之间，也就是，电热或多容量压缩机的级。这使得系统内若干容量产生部件的任何一个的故障将被发现并识别。任何应当产生附加容量但是却未实现的连续级可被认为已经出故障。

在级被开启之前或之后，集中控制装置12监测室温的变化率。如果室温变化率有改变，则可推断该部件正在运行。如果变化率没有改变，则可假定该部件未运行(图5)。变化率的测量最好被过滤并被定时，以不会由噪声和设备容量延迟提供假信息。

室温变化率的改变量通常与将由下一级和构筑物的热损失带来的附加容量的量值成正比。这个量值可通过在安装期间由技术人员将指定值作为固定值存进控制器12或者稍后将指定值编程到控制器12中来确定。

一个备选或另加的方式是，控制器12根据在多个循环中监测系统10对其输出的响应而获知变化率的改变量。也就是，控制器12在经过多个循环之后获知系统的各状态的容量。当系统对所获知的容量没有响应时，控制器12推断已经发生故障。为了避免可能产生(例如由在开启下一级的同时打开门时)的假指示值，最好要求在提供警报之前存在两个连续的故障。

系统10通过控制器的“获知”还允许系统10自动确定包含在系统10内的HVAC部件。例如(仅为举例)，根据监测室温的变化率以及包含其中的断点，系统10将“获知”其是否具有单速或双速压缩机、单个或多个电热的级乃至其是热泵还是空调器。这使得经销商能够库存较少的控制器并使工厂或安装现场的选择跳线减为最少，从而简化了技术人员的业务通话，因为系统将基本上自行配置。

一旦控制器12已经获知了设备容量，该容量信息就会被结合到恒温器的控制算法中，以优化对各种系统容量的控制，这将对安装者进行增益调节的要求减为最少。另外，通过在合适的时间带来正确的容量系统设备容量被用来优化系统对恢复的响应，比如从夜间后退(night setback)的恢复，以提供优化的舒适度和效率。也就是，控制器12可利用经过获知的设备来修改系统部件和/或级的恢复时间，这起到了次最优的作用或减少了有效部件的恢复时间，以在期望的时间达到指定的温度。例如(仅为举例)，在控制器12“获知”系统的各状态的容量时，故障级将被“获知”，以使恢复时间相应增加来应对故障级，从而在期望的时间达到指定的温度。其他时间段可以是用户输入，如在设备应当开始恢复的后退恢复时间之前的最长时间。

尽管以上说明、描述了特定的步骤顺序并对其提出了权利要求，但是应当理解，除非另有说明，可以用任何顺序、单独地或组合地实施这些步骤，并且将仍然得益于本发明。

前面的描述是示范性的，而非限制性的。按照上述教导，对本发明的许多修改和变更是可能的。已经公开了本发明的优选实施例，然而，本领域普通技术人员将会意识到，某些修改将在本发明的范围内。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，可以用特定的描述之外的方式来实施本发明。出于这个原因，应当研读下面的权利要求来确定本发明的范围和内容。

Claims (19)

1.一种控制HVAC系统的方法，包含下列步骤：

(1)通过下列步骤来确定某个HVAC部件的级是否为故障级：

(a)监测受控区域的温度；

(b)根据所述受控区域的温度和时间段之间的关系来推断所述级是否已经出现故障；以及

(2)将在所述步骤(1)中检测到的所述故障级从分级序列中移去。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)还包含下列步骤：

将所述HVAC部件的正常状况通知控制器。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)还包含下列步骤：

确定所述HVAC部件和控制器之间是否存在通信链路。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)还包含下列步骤：

将受控区域的温度通知控制器。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)包含的步骤(b)还包含下列步骤：

监测所述受控区域的温度和所述时间段之间关系的斜率。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)包含的步骤(b)还包含下列步骤：

监测所述受控区域的温度和所述时间段之间关系的变化率。

7.如权利要求1所述的方法，还包含所述步骤(2)之后的下列步骤：

(3)周期性地与所述故障级联络；

(4)识别所述故障级是否已起作用；以及

(5)根据所述步骤(4)将所述故障级返回所述分级序列。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述步骤(4)还包含下列步骤：

识别与所述故障级的肯定联络。

9.一种控制HVAC系统的方法，包含下列步骤：

(1)监测受控区域的温度和HVAC部件的第一级的时间段之间关系的变化率；

(2)根据所述步骤(1)，确定所述第一级是否为故障级；以及

(3)将在所述步骤(2)中确定的所述故障级从分级序列中移去。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述步骤(1)还包含下列步骤：

确定所述变化率是否大于所述HVAC部件的前级的前变化率。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述步骤(1)还包含下列步骤：

将所述变化率与所述第一级的所存储变化率进行比较。

12.如权利要求11所述的方法，还包含随后的步骤：

将所存储的变化率输入与所述HVAC部件通信的控制器。

13.如权利要求11所述的方法，还包含随后的步骤：

在所述第一级的多个循环中获知所存储的变化率。

14.如权利要求13所述的方法，还包含随后的步骤：

根据获知的包含所述第一级的多个级的所存储的变化率来确定所述HVAC部件的配置。

15.如权利要求13所述的方法，还包含随后的步骤：

根据所存储的变化率将增益加入用于所述第一级的控制算法来获得所期望的变化率。

16.如权利要求13所述的方法，还包含随后的步骤：

将一个恢复时间段与所存储的变化率相关联，以在期望的时间达到指定值。

17.一种控制HVAC系统的方法，包含下列步骤：

(1)监测受控区域的温度和HVAC部件的第一级的第一时间段之间第一关系的第一变化率；

(2)监测所述受控区域的温度和HVAC部件的第二级的第二时间段之间第二关系的第二变化率；

(3)根据所述步骤(1)和(2)，确定所述第二级是否为故障级；以及

(4)将在所述步骤(3)中确定的所述故障级从分级序列中移去。

18.如权利要求17所述的方法，还包含后面的步骤：

根据所述步骤(1)和(2)，确定所述HVAC部件的配置。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述步骤(3)还包含下列步骤：

确定所述第二变化率是否小于所述第一变化率；以及

确定所述第二级为故障级。

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