CN101111720A - 环境控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于来自居民的需求的、用于舒适的居住环境的环境设备控制系统。该系统包括方案设计器，该方案设计器依赖于第一参考(R1)和第二参考(R2)，以便基于需求来确定控制方案。所述每个参考由居民总数量中温度降低需求数目的第一比例，以及居民总数量中温度升高需求数目的第二比例来确定。获得居民总数量中第一需求数目的第一比例以及居民总数量中第二需求数目的第二比例，以便给出当前需求比，其与第一和第二参考比较来确定控制方案。所述第一和第二参考被分别定义为第一比例与第二比例的不同比率。

Description

环境控制系统

技术领域

本发明涉及用于控制环境设备如空调设备的环境设备控制系统。

背景技术

对于控制环境设备如安装在建筑物内的空调设备，由于全球升温导致对节能的越来越多的社会关注。现在，BEMS(建筑物和能量管理系统)被提出来优化建筑物内的能量管理。实际上，大多数建筑物管理员不总是考虑到节能和舒适性来适当地操作和管理环境设备。尤其是对于舒适性可能与节能相冲突的建筑物内的封闭居住空间的温度控制，通常的实践是仅仅依赖于惯常的温度设置以及根据居民的要求来调整温度设置。

由于在没有充分地考虑建筑物特性以及居民的偏好的情况下来进行温度控制，因此居住空间不总是被保持在居民感觉舒适的最优的状况下，以及用于空调设备的能量甚至可能被浪费。另外，居民可能抱怨他或她处于由建筑物管理员进行的温度控制下，而不能自己主动来控制环境。

为了应对上述问题，日本专利公开No.2004-205202提出一种系统，其用于在考虑到随时间变化的居民的偏好并结合建筑物特性来控制温度环境。该系统被配置为从通信设备，例如从各个居民拥有的个人计算机上实时地收集居民对于温度环境的需求，以便基于所收集的需求确定温度设置，并且根据居民的偏好以及建筑物特性来控制温度环境，所述建筑物特性代表建筑物内某一限制点处监测的一般温度和居住空间的实际温度之间的温度差。

该系统被配置为请求居民提交环境需求并比较两种相反的需求，即“升高温度”以及“降低温度”的数目，以便通过使用特定算法来获得需求中占主导地位的一个需求。然后，该系统以满足该主导需求为导向来确定控制空调设备的控制方案。上述系统中的算法利用居民总数量中的第一需求数目的第一比例(P1)，以及居民总数量中的第二需求数目的第二比例(P2)，第一需求即温度降低需求，第二需求即温度升高需求。然后，如图11所示，该算法依赖25％规则，并且当第一比例(P1)高于25％，同时第二比例(P2)低于25％时，即当第一比例和第二比例在图11中由“”所指示的温度降低区域内时，返回降低温度的结果。另一方面，当第二比例(P2)超过25％且第一比例(P1)低于25％时，即第一和第二比例在由“▲”所指示的温度升高区域内时，该算法返回升高温度的结果。当第一和第二比例(P1、P2)两者都低于25％或两者都高于25％时，即第一和第二比例在由“■”所指示的中立区域内时，所述算法返回保持温度的结果。

只要可以选择中立区域“■”，使用上述算法是令人满意的。即，当第一和第二需求相加的数目与响应总数量的响应比高于或低于50％时，该算法可以很好地确认大多数居民不想升高或降低温度。但是，例如当响应比为50％，且第一和第二比例两者都为25％时，该算法不能返回保持温度的结果。当响应比约为50％的情况下，第一和第二比例中轻微的变化将导致升高或降低温度，而没有提供考虑到未给出具体需求或暗示保持温度的居民的存在而保持温度的选择。因此，该系统不能决定保持温度，从而不能与居民需求一致地来控制空调设备。

发明内容

考虑到上述不足，所完成的本发明提供一种环境设备控制系统，其能够基于来自居民的需求进行一致的温度控制来实现舒适的居住环境，即使是在需求与居民总数量的响应比较低的情况下。根据本发明的环境设备控制系统包括被配置为控制居住环境的设备，以及需求收集器，其被配置为定期地收集来自该居住环境中所存在的居民的改变居住环境的需求并且收集在该居住环境中存在的居民的总数量。所述需求包括彼此相反的第一需求和第二需求。所述系统还包括方案设计器和设备控制器。方案设计器被配置为基于需求来确定控制设备的控制方案。控制方案被划分成控制设备向一个方向改变居住环境的第一方案、控制设备向相反方向改变居住环境的第二方案，以及控制设备来维持居住环境的中立方案。设备控制器被配置为根据所述方案中的一个来控制设备。

方案设计器被配置为具有第一参考和第二参考，每个参考由居民总数量中的第一需求数目的第一比例以及居民总数量中的第二需求数目的第二比例来确定。第一参考和第二参考彼此不同。方案设计器还被配置为获得所述居民总数量中所收集的第一需求数目的当前第一比例，以及所述居民总数量中所收集的第二需求数目的当前第二比例，以给出当前第一比例与当前第二比例的当前需求比。当前需求比在方案设计器处与第一和第二参考进行比较，以根据比较结果选择第一、第二和中立方案中的一个。

本发明的特征在于，第一参考由第一比例与第二比例的预定第一比率来定义，而第二参考由预定的第二比率来定义。另外，方案设计器被配置为，在当前需求比高于第一参考时选择第一方案，在当前需求比低于第二参考时选择第二方案，并且在当前需求比处于第一参考和第二参考之间时选择中立方案。

因此，方案设计器被赋予了一种改进的算法，其在相加的第一和第二需求数目与居民总数量的宽范围的响应比情况下，尤其是在较低的响应比情况下能够提供选择中立方案的机会。由此，该系统可以提供很好地反映来自居民的活跃需求的数目以及没有需求的数目的控制方案。

优选地，方案设计器被配置为基于第一、第二以及中立方案中所选的一个来确定目标参数。设备控制器参考该目标参数来控制设备，以便与该目标参数相匹配地来调整居住环境，并且将该目标参数记录在控制历史表中。方案设计器被配置为，在当前目标参数高于先前的目标参数时，在下一步中朝减小选择第一方案机会的方向偏移第一参考以及第二参考中的至少一个；在当前目标参数低于先前的目标参数时，在下一步中则朝减小选择第二方案机会的方向偏移第一参考以及第二参考中的至少一个。这样，方案设计器可以从控制历史表确认改变环境的趋势，以抑制环境的过度变化在相同方向重复，从而实现适度的环境控制。

此外，方案设计器可以被配置为具有第三参考，该第三参考由第一比例的预定第一下限以及所述第二比例的预定第二下限定义。在当前第一比例低于第一限制且同时当前第二比例低于所述第二限制时，依赖于所述第三参考，使得在这种情况下方案设计器选择中立方案。因此，即使在较低的响应比时，中立方案也可以被选择，由此在很好的考虑到大多数居民不想改变环境的情况下确保舒适的环境控制。

可替选地，第三参考可以由第一比例的预定第一下限以及第二比例的预定第二下限中之一来定义。方案设计器依赖于第三参考，以便在当前第一比例低于所述第一限制时给出第二方案，或在当前第二比例低于所述第二限制时给出第一方案。因此，可以使第二方案或第一方案在较低的响应比时是占优势的，其通过定义占优势方案为低能耗方案而有利于满足节能需求。

此外，方案设计器可以被配置成，每次选择第一和第二方案中的一个时，提供由临时第一比例和临时第二比例构成的临时比例集。当选择第二方案时，使临时第一比例等于先前的第一比例，且使临时的第二比例等于先前的第一比例。同时另一方面，当选择第一方案时，使临时第一比例等于先前的第二比例，且使临时第二比例等于先前的第二比例。方案设计器将当前第一比例以及当前第二比例分别与对应的临时比例集的临时第一比例与临时第二比例相比较，并给出修改后的比例集，该集为当前第一比例和临时第一比例中较大的一个以及当前第二比例和所述临时第二比例中较大的一个的组合。依赖于所修改的比例集来选择第一、第二和中立方案中的一个。每次当方案设计器选择方案时，临时第一和第二比例趋向于0递减。在每次该方案倾向于所采用的需求被确定而所采用的需求数量被重置为0时，上述安排是尤其有利的。即，如果所采用的需求数量被重置，则未被采用的需求将占主导地位，由此方案设计器在下一步中将选择与先前方案相反的方案，从而不能继续一致的控制。然而，上述安排可以在允许系统重置所采用的需求数量的同时阻止这种事件发生，并确保进行一致的控制。

本发明的这些以及其它的有利特征从以下结合附图对优选实施例的详细描述将变得更为明显。

附图说明

图1是图示根据本发明优选实施例的环境设备控制系统的框图；

图2是受上述系统控制的建筑物的环境空间的平面图；

图3是图示上述系统的配置的框图；

图4是图示在环境空间中的每个居民所拥有的个人终端上显示的输入窗口表单的视图；

图5是图示上述系统的操作的图表；

图6A和6B是在上述系统中所使用的用于处理来自居民的需求的各个表；

图7A和7B是图示通过分析需求选择控制方案的图表；

图8是图示上述系统的操作的流程图；

图9A至9C是分别图示根据不同温度设置而不同的、用于选择控制方案的准则的图表；

图10A至10C是分别图示修改需求数据来连续选择控制方案的方式的图表；

图11是图示在现有技术系统中所依赖的用来选择控制空调设备的控制方案的逻辑过程的图表。

具体实施方式

现在参考图1和2，其示出了根据本发明优选实施例的环境设备控制系统。在本实施例中，该系统被特别配置以控制空调设备200，以便考虑到来自建筑物中封闭的居住空间中的居民的需求，来管理该空间的温度，尽管本发明并不限于此。例如，该系统被引入来控制相对大的空间(S)的环境温度，该空间中存在许多居民或人，例如图2所示的建筑物内的办公室房间或区域。

该系统包括服务器100，其通过网络连接到多个个人终端300例如分别属于居住空间内的居民的个人计算机。如图3所示，服务器100被配置为提供功能单元，该功能单元被结合在一起，以便在考虑到通过个人终端300所收集的居民的需求的情况下，来确定用于控制空调设备200的控制方案。所述单元基本包括需求收集器10、环境信息收集器20、方案设计器30以及设备控制器40。需求控制器10被配置为以固定间隔，例如1分钟来收集分配给每个终端300的识别码或特定地址以及在每个终端300上提交的居民需求。为此，每个终端300被编程为在显示器上产生如图4所示的输入窗口表单310，提示居民通过选择单选按钮311、312和313并按下按钮314来提交需求，即“升高温度”、“保持温度”或“降低温度”。输入窗口表单310还包括指示终端300的地址的标签316。

此外，除用于接收居民的评论的文本框之外，输入窗口表单310还包括“舒适感觉”和“热感觉”项，每项七级。各个答案被发送到服务器100，在服务器上进行分析，来建立由建筑物管理员查阅的统计报表。

所述需求与终端地址一起被提交到需求收集器10，并且然后写入存储在服务器中的存储装置(未示出)中的需求表50内，以给出与相关联的终端地址有关的需求的时间序列数据。通过参考存储装置中的预定关系表，所述地址可以被用来标识居住空间、空间内的终端位置，以及相关联的空调设备200。环境信息收集器20被配置为从温度传感器22收集房间温度，以及从房间访问管理系统24收集空间中存在的居民数量。

方案设计器30被配置为通过参考存储在准则表60中的准则以及参考设备操作信息表70中的空调设备200的操作情况来分析从终端300收集来的需求，以确定控制方案，其细节将在后面描述。控制方案包括空调设备200要实现的目标温度、指示升温或降温的操作模式，以及标识空调设备的设备索引。控制方案存储在控制历史表80中，设备控制器50经常参考该表，使得设备控制器40获取更新后的控制方案，来产生当前的温度管理信号。该信号通过网络被发送到空调管理器120，该管理器将信号分发到用于由该控制方案所标识的空调设备的本地控制器210，如图1所示。接收到信号之后，本地控制器210提供控制信号给空调设备200，用来升高、降低或保持温度。

现在，参考图5至8来讨论确定控制方案的细节。当环境信息收集器20收集到居民数量(图8中的步骤1)之后，方案设计器30每一(1)分钟从需求表50读出数据，以获得来自每个终端的有效需求，从而计算分别需要升高温度、降低温度以及保持温度的居民数目。有效需求被定义为在紧邻的前一需求获取周期DAP期间来自每个终端300的最近的需求，如图5所示，为了易于理解，其中示出了分别来自4个终端或居民“A”、“B”、“C”和“D”的需求，并且升高温度的需求以及降低温度的需求分别被指示为“▲”和“”。为了获得有效需求，方案设计器30将如图6A的表所示的所收集需求的时间序列数据处理成如图6B的表所示的对应的时间序列数据，以便决定每1分钟来自每个终端的需求种类。在这些表中，“1”、“0”和“-1”分别指示升高温度、保持温度和降低温度的需求，而空白单元指示在紧邻的前一需求获取周期DAP内，从对应的终端没有给出需求或响应。注意，方案设计器30被配置为给出需求拒绝周期DRP，该需求拒绝周期对应于其中温度根据控制方案变化的周期，在该需求拒绝周期期间，方案设计器30被禁止产生控制方案，即拒绝需求。所述需求拒绝周期预期近似为30分钟。例如，当在t1时刻(11:00)温度稳定时，方案设计器30从图6B的表中读出11:00时的有效需求，并获得升高温度和降低温度需求的各自的数量，以参考存储在准则表60中的准则来确定控制方案。注意，就此，设备控制器40被配置为以长于确定控制方案的周期(该实例中为1分钟)的间隔读出控制历史表80。换句话说，在需求获取周期DAP期间，控制方案以每一分钟产生，即，直到设备控制器4 0读出控制历史表40来启动对空调设备200的对应控制。

在本发明中，该系统被配置为提供两个类型的准则，一个用于舒适控制，如图7A的图表所示，以及另一个用于面向节能的控制，如图7B的图表所示。由建筑物管理员来选择两个准则之一。每个准则具有第一参考R1和第二参考R2，每个参考是空间中存在的居民总数量中温度降低需求数目的第一比例(P1)以及居民总数量中温度升高需求数目的第二比例(P2)的函数。第一和第二参考R1和R2被设置为具有不同系数或梯度角，使得由第一和第二比例(P1和P2)的直角坐标所限定的直角等腰三角形区域被分成三个单独的区域，即温度下降区域“”、中立区域“■”以及温度升高区域“▲”。图7A的舒适控制准则另外包括由第三参考线R3划界的方形中立区域“■”，第三参考线分别对应于第一下限L1(＝10％P1)和第二下限L2(＝10％P2)。而另一方面，图7B的面向节能的控制准则具有两个另外的第三参考R3，分别从第一和第二参考R1和R2中的每个延续。这两个另外的第三参考R3分别由第一下限L1(＝10％P1)以及L2(＝20％P1)来限定。图7B的准则被准备用于降温操作情况下，且当温度下降区域“”被限制到高于第一比例的20％，而中立区域“■”被限制到高于第一比例(P1)的10％时，对于节能是有利的。在用于升温的情况下，第一和第二参考R1和R2的低端分别由第二比例(P2)的20％以及第二比例(P2)的10％的第三参考R3来限定。

第一和第二参考R1和R2的梯度角根据参数而变化，该参数包括从控制历史表80读出的当前目标温度、从设备操作信息表70中读出的空调设备的操作情况，以及由温度传感器所监测的当前的周围温度。如下表所示，准则表60具有这样的格式，该格式指定涉及当前目标温度、周围温度以及设备的操作情况(升温或降温)的不同组合的第一和第二参考R1和R2的角度。

目标温度	周围温度	升温/降温	R1	R2
					27	25-40	降温	75°	45°
26	25-40	降温	60°	30°
					25	25-40	降温	45°	25°
…	…	…	…	…

在接收到这些参数之后，方案设计器30从准则表60中取得第一和第二参考，以建立或选择特定准则(图8中的步骤2)，该准则用于基于从终端300所收集的信息来确定控制方案，即升高、降低或保持温度。基于来自需求表50的有效需求，方案设计器30获得空间中存在的居民总数量中的温度升高需求数目的当前第一比例，以及空间中存在的居民总数量中的温度降低需求数目的当前第二比例，来给出当前第一比例与当前第二比例的当前需求比(图8中的步骤3)。参考所选择的准则来分析当前需求比，从而确定温度变化(ΔT)，该变化被加到当前目标温度上(图8中的步骤4)。例如，当当前需求在图7A或7B的图表中的温度降低区域“ ”内时，即，当前需求处于第二参考R2以下时，温度变化(ΔT)被设置为“-1”。当在图7A中当前需求比在中立区域“■”中时，即在第一和第二参考R1和R2之间，或低于第三参考R3时，ΔT＝0。当当前需求比处于温度升高区域“▲”时，即高于第一参考R1时，ΔT＝1。

然后，方案设计器30确定下一目标温度(Tn)为当前目标温度(Tc)+ΔT(图8中的步骤5和6)，并检查该下一目标温度(Tn)是否处于预定范围之内(Tmin＝Tn＝Tmax)(图8中的步骤7)。如果否，则该下一目标温度被重置为当前目标温度(Tn＝Tc)(图8中的步骤8)。否则，该下一目标温度(Tn)被证实，并写入控制历史表80以更新该控制历史表。同时，该下一目标温度(Tn)被包括进控制方案中，且控制方案被写入控制历史表80(图8中的步骤9和11)，用于根据控制方案来控制空调设备200，从而在空间中实现该下一目标温度。

图9A至9C示出依赖于其来确定上面所讨论的下一目标温度的不同的准则或第一和第二参考R1和R2。如从图中看出的，参考R1和R2随着当前目标温度的不同而不同，使得所述参考的梯度角随着当前目标温度的降低而减小。即，当当前目标温度，即当前室温被降低时，温度降低区域“”变小，从而减小进一步降低温度的可能性，并由此阻止过度地降温。对于升温情况也同样正确，其中温度升高区域“▲”随着当前室温升高而变小。因此，该系统可以确认改变环境的趋势，并实现舒适和节能的环境控制。

回到图5，方案设计器30被配置为，在每次控制方案被更新之后确定下一目标温度时，忽略已采用的需求(图示情况中的温度降低需求)。已采用的需求的忽略被设置成持续相对长时间段，例如2小时，以避免过响应并确保适度的温度控制。但是，简单的忽略将导致未被采用的需求在下一步确定控制方案中占主导地位，从而导致朝相反方向控制温度的变化。为了在进行适度的温度控制同时避免这种不期望的情况发生，方案设计器30被赋予以图10A至10C中所述的方式来改变需求比的功能。

详细地，每次控制方案被确定时，目标设计器30给出临时比例集，其由临时第一比例和临时第二比例构成。当控制方案指示降低温度时，临时第一比例和第二比例两者都被设置成先前的第二比例。另一方面，当控制方案指示升高温度时，临时第一比例和临时第二比例两者都被设置成先前的第一比例。在图10A所示的实例中，其中基于先前的第一比例20％以及先前的第二比例(55％)来确定升高温度的控制方案，临时第一和第二比例两者都被设置成20％(未被采用的需求的先前的第一比例)，从而给出临时比例集(20；20)，如图10B所示。随后，方案设计器30将当前第一比例和当前第二比例分别与其对应的临时比例集(20，20)中的临时第一比例和临时第二比例相比较，并且给出修改的比例集，其为当前第一比例和所述临时第一比例中较大的一个，以及当前第二比例和临时第二比例中较大的一个的组合。例如，当当前第一和第二比例被分别确定为30％和5％时，如图10C所示，所修改的比例集由当前第一比例30％和当前第二比例20％所构成。所修改的比例集(30，20)存储在图3还有图8所示的修改比例表90中(步骤10)，并且依赖该修改的比例集来确定下一控制方案，即升高、降低或保持温度。

在图5的需求获取周期DAP期间，每次控制方案在每一分钟被确定时，临时第一和第二比例(20，20)趋向于0递减。因此，在这种情况下，20分钟之后，临时第一和第二比例被重置为0。

在本实施例中，该系统被解释为每次产生控制方案时，仅重置所采用的需求为0，该系统可以被配置为，每次产生控制方案时，将所有的需求重置为0。此外，在系统最初启动时，初始目标温度可以通过用于本领域中可用的任何其它热舒适预测的方法来确定。

Claims (5)

1.一种环境设备控制系统，包括：

设备，其被配置为控制居住环境；

需求收集器，其被配置为定期收集来自所述居住环境中存在的居民的改变所述居住环境的需求并且收集在所述居住环境中存在的居民的总数量，所述需求包括彼此相反的第一需求和第二需求；

方案设计器，其被配置为基于所述需求确定控制所述设备的控制方案；所述控制方案包括控制所述设备以向一个方向改变所述居住环境的第一方案；控制所述设备以向相反方向改变所述居住环境的第二方案；以及控制所述设备以维持所述居住环境的中立方案；以及

设备控制器，其被配置为根据所述控制方案来控制所述设备；

其中，所述方案设计器被配置为：

具有第一参考和第二参考，每个参考由所述居民的总数量中所述第一需求数目的第一比例以及所述居民的总数量中所述第二需求数目的第二比例来确定，所述第一参考和所述第二参考彼此不同；

获得所述居民的所述总数量中所收集的所述第一需求数目的当前第一比例，以及在所述居民的所述总数量中所收集的所述第二需求数目的当前第二比例，以便给出所述当前第一比例与所述当前第二比例的当前需求比，以及

将所述当前需求比与所述第一和第二参考比较，以便根据比较结果选择所述第一、第二和中立方案中的一个；

其中，所述第一参考由所述第一比例与所述第二比例的预定第一比率来定义，而所述第二参考由所述第一比例与所述第二比例的预定第二比率来定义，以及

所述方案设计器被配置为，当所述当前需求比高于所述第一参考时，选择所述第一方案；当所述当前需求比低于所述第二参考时，选择所述第二方案，以及当所述当前需求比在所述第一参考和所述第二参考之间时，选择所述中立方案。

2.如权利要求1所述的系统，其中

所述方案设计器被配置为，基于所述第一、第二以及中立方案中所选择的一个来确定目标参数，所述目标参数被所述设备控制器参考，用来控制所述设备以与所述目标参数匹配地调整所述居住环境，所述目标参数被记录在控制历史表中；

所述方案设计器被配置为，当所述当前目标参数高于先前的目标参数时，在下一步中向减小选择所述第一方案的机会的方向来偏移所述第一参考和所述第二参考中的至少一个；以及当所述当前目标参数低于先前的目标参数时，在所述下一步中向减小选择所述第二方案的机会的方向来偏移所述第一参考和所述第二参考中的至少一个。

3.如权利要求1所述的系统，其中

所述方案设计器被配置为，具有第三参考(R3)，其由所述第一比例(P1)的预定第一下限(L1)以及所述第二比例(P2)的预定第二下限(L2)来定义，所述方案设计器被配置为，依赖所述第三参考(R3)，以在所述当前第一比例(P1)低于所述第一限制(L1)且同时所述当前第二比例(P2)低于所述第二限制(L2)时，选择所述中立方案(S0)。

4.如权利要求1所述的系统，其中

所述方案设计器被配置为，具有第三参考，其由所述第一比例的预定第一下限以及所述第二比例的预定第二下限中的一个来定义，

所述方案设计器被配置为，依赖于所述第三参考，以在所述当前第一比例低于所述第一限制时选择所述第二方案，或者当所述当前第二比例低于所述第二限制时选择所述第一方案。

5.如权利要求1所述的系统，其中

所述方案设计器被配置为，每次所述第一和第二方案中的一个被选择时，提供临时比例集，其由临时第一比例以及临时第二比例组成；

当选择所述第二方案时，所述临时第一比例被定义为等于所述先前的第一比例，且所述临时第二比例被定义为等于所述先前的第一比例；

当选择所述第一方案时，所述临时第一比例被定义为等于所述先前的第二比例，且所述临时第二比例被定义为等于所述先前的第二比例；

所述方案设计器被配置为将所述当前第一比例和所述当前第二比例分别与其对应的临时比例集的临时第一比例和临时第二比例比较，并且给出修改的比例集，其为所述当前第一比例和所述临时第一比例中较大的一个以及所述当前第二比例和所述临时第二比例中较大的一个的组合，依赖所述修改的比例集来选择所述第一、第二和中立方案中的一个；

所述方案设计器被配置为，每次所述方案设计器选择所述方案时，趋向0来递减所述临时比例集中的所述临时第一和第二比例。

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