CN104956280A - 用于商业楼宇的社交学习软温控器 - Google Patents

用于商业楼宇的社交学习软温控器 Download PDF

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Abstract

楼宇具有对不同的位置处的温度进行控制的气候控制装备。不同的位置可以在受不同的控制装置控制的不同的控制区域中。位置的占用者通过在计算装置上的用户接口向联网服务器提交期望的位置温度。对期望的温度的设定受节能政策并且受周围位置的条件约束。仲裁器装置基于约束来确定新的温度设定。该新的温度设定伴随有节能反馈。占用者确认该新的设定。气候控制装置被指令应用装置设定来实现新的温度。由占用者根据先前的温度设定来学习该占用者的气候配置文件。

Description

用于商业楼宇的社交学习软温控器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年9月13日提交的序列号为61/700,537的美国临时专利申请的优先权和权益。
技术领域
本发明涉及用于商业楼宇中的温度调节的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于协作管理容留多个占用者的楼宇中的气候系统的方法和系统。
背景技术
在典型的商业楼宇中，设施管理者经常对单独占用者的舒适度偏好没有全面的了解。因此，难以在同一时间确保舒适度和节能。由于一个设施管理者可能为数百至数千个占用者服务，所以尤其在占用者的偏好可能冲突或者由于硬件限制而不可行时，自组通信比如面对面谈话、电子邮件或电话不是有效的。
在一种情况下，实施积极的能源政策的设施管理者经常以对占用者舒适度的一些或显著牺牲来实现节能。在一些其他情况下，设施管理者经常必须放松其能源政策以避免占用者投诉，从而减少了节能的机会。而最糟糕的情况也是最常见的，其中设施管理者经常通过将制冷设定点设定为太低或将供热设定点提高到太高来对占用者投诉过度反应，这带来了能源浪费和占用者舒适度投诉二者。
允许下述气候控制的系统和方法当前不可用：该气候控制是协作处理能源浪费关注和来自楼宇占用者的舒适度关注的气候控制。
因此，需要用于协作确定气候控制设定的新颖和改进的方法和系统。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种基于优化准则针对影响第一位置和第二位置的温度的气候控制装置来仲裁楼宇中的第一位置和第二位置的偏好温度设定的系统和方法。所仲裁的设定通过社交网络来学习和/或应用。
根据本发明的一方面，提供了一种用于在具有第一位置和第二位置的第一楼宇中确定气候控制装置的第一温度设定的方法，所述气候控制装置使得能够影响所述第一位置和所述第二位置，所述方法包括：使得处理器能够从在第一计算装置上的第一用户接口接收针对所述第一位置的偏好温度的指令，并且使得所述处理器能够从在第二计算装置上的第二用户接口接收针对所述第二位置的偏好温度的指令；以及所述处理器基于对所述气候控制装置进行设定的约束来仲裁所接收的偏好温度设定以确定第一仲裁温度设定作为所述第一温度设定，其中，所述仲裁是基于优化准则。
根据本发明的再一方面，提供了一种方法，其中，所述优化准则使所述第一位置的所述偏好温度与所述第一仲裁温度设定之间的差以及所述第二位置的所述偏好温度与所述第一仲裁温度设定之间的差最小化。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，所述约束基于能源政策。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，所述约束基于由设施管理者提供的输入。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，所述第一位置的所述偏好温度被所述处理器应用来创建所述第一位置的占用者的温度配置文件。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，所述占用者的所述温度配置文件能够通过社交网络来访问。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，所述气候控制装置的第二温度设定基于所述占用者的所述温度配置文件。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，所述处理器基于所述楼宇中的至少五个不同的位置的偏好温度来确定所述第一仲裁温度设定。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，所述处理器为现有的楼宇自动化系统(BAS)的一部分。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，所述方法还包括：所述占用者占据所述第一楼宇中的第三位置；以及所述处理器访问所述占用者的所述温度配置文件来确定与所述第三位置有关的气候控制装置的温度设定。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中所述第一位置在所述第一楼宇中的第一区域内，并且所述约束基于所述第一楼宇中的所述第一位置与所述第二位置之间的温度差。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，使得所述占用者能够改变所述温度配置文件。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，所述方法还包括由用于第二楼宇中的气候控制的系统通过经由网络访问所述占用者的所述温度配置文件来设定温度。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，其中，所述占用者的所述温度配置文件能够从社交网络来访问。
根据本发明的另一方面，提供了一种在具有第一位置和第二位置的第一楼宇中确定气候控制装置的第一温度设定的系统，所述气候控制装置使得能够影响所述第一位置和所述第二位置，所述系统包括：存储器，所述存储器使得能够存储数据，数据包括指令；处理器，所述处理器使得能够执行从所述存储器检索的指令以进行以下步骤：从在第一计算装置上的第一用户接口接收针对所述第一位置的偏好温度的指令；并且使得所述处理器能够从在第二计算装置上的第二用户接口接收针对所述第二位置的偏好温度的指令；以及基于对所述气候控制装置进行设定的约束来仲裁所接收的偏好温度设定以确定第一仲裁温度设定作为所述第一温度设定，其中，所述仲裁基于优化准则。
根据本发明的又一方面，提供了一种系统，其中，所述优化准则使得所述第一位置的所述偏好温度与所述第一仲裁温度设定之间的差以及所述第二位置的所述偏好温度与所述第一仲裁温度设定之间的差最小化。
根据本发明的又一方面，提供了一种系统，其中，所述第一位置的所述偏好温度被所述处理器应用来创建所述第一位置的占用者的温度配置文件。
根据本发明的又一方面，提供了一种系统，其中，所述占用者的所述温度配置文件能够通过社交网络来访问。
根据本发明的又一方面，提供了一种系统，其中，所述气候控制装置的第二温度设定基于所述占用者的所述温度配置文件。
根据本发明的又一方面，提供了一种系统，其中，所述处理器为现有的楼宇自动化系统(BAS)的一部分。
附图说明
图1图示了根据本发明的一个或更多个方面的软件架构；
图2示出了根据本发明的一个或更多个方面的基于网络的系统；
图3示出了根据本发明的各个方面的用户接口；
图4示出了根据本发明的各个方面的能源仪表板；
图5示出了根据本发明的各个方面的学习处理；
图6示出了根据本发明的各个方面的协作能源和舒适度控制系统(CECC)；
图7示出了根据本发明的各个方面的基于处理器的系统；
图8示出了根据本发明的一个或更多个方面的个人代理；
图9示出了根据本发明的一个或更多个方面的温度配置文件合并；
图10和图11示出了根据本发明的一个或更多个方面的区域温度仲裁；以及
图12和图13示出了根据本发明的一个或更多个方面的用户接口。
具体实施方式
根据本发明的一方面，提供了用于商业楼宇节能和舒适度提高的被识别为软温控器(softThermostat)的社交学习温控器。将在本文中通过名称SOLO来表示的此软温控器为在协作能源和舒适度控制(CECC)平台上托管的软件应用，该协作能源和舒适度控制(CECC)平台通过仲裁占用者之间的冲突需求而使设施或楼宇的占用者参与制定能源政策并且便利商业楼宇的利益相关者之间的通信。
根据本发明的一方面，设施管理者为占用者分配可以经由桌面或移动装置上的web浏览器进行访问的个人SOLO。在本发明的一个实施例中，每个占用者被授权来启动SOLO作为web APP(网络应用)供其使用。如果占用者更喜欢使用SOLO而不是其他软件温控器，则该占用者可以设定SOLO作为其默认的温控器。
根据本发明的一方面，个人SOLO与楼宇或设施中的位置相关联。每次占用者调整温度偏好时或者如果占用者改变相关联的位置的占用状态，则SOLO从输入学习并且更新用户配置文件。
用关于占用者的计划表和偏好配置文件的详细信息，可以在不牺牲舒适度的情况下实现显著的节能。基于现代web技术比如HTML5和Javascript用后端学习算法和温度仲裁算法来建立SOLO的用户接口。
如在"[1]Optimize Energy Use，by the Whole Building Design Guide(WBDG)Sustainable Committee Available:http://www.wbdg.org/design/minimize_consumption.php."中描述的，在美国，楼宇占39％的能源用量并且占68％的电力消耗。由于大的基线，节约能源用量的每个百分比是非常有价值的。如在"[5]L.Kramer,"Comprehensive energy management and CC at DFW airport,"inInternational Conference for Enhanced Building Operations(ICEBO),New York City,2011"中描述的，一种方法是提高系统能源效率并且经由重新调试处理检测存在的漏洞，比如检测软件和硬件故障并且优化系统内部的设定点，例如，冷却线圈温度设定点等。
对于典型的商业楼宇，高效的装置和正确的控制逻辑是必要的，但还不够，这是因为占用者的行为对能源消耗有巨大的影响。如"[6]Heller,J.,Morgan Heater，and Mark Frankel，2011.Sensitivity Analysis:Comparing the Impact of Design，Operation,and Tenant Behavior onBuilding Energy Performance.NBI，New Buildings Institute."中描述的，响应的占用者行为可以带来最高达80％的节能。当前的楼宇自动化系统(BAS)在“自顶向下”的模型中操作，其中设施管理者或楼宇操作者是BAS仅有的指挥者并且占用者被从政策制定中排除。例如，不存在专门的软件系统来取得占用者的输入比如其个人日历和温度偏好。控制逻辑通常以楼宇控制语言中的一种楼宇控制语言比如西门子PPCL来实现。由于软件漏洞可以导致对昂贵的装备甚至人的安全的损害，所以修改逻辑(改变政策)需要专业的程序员和巨大的努力。作为结果，不管占用者的行为改变，楼宇控制逻辑通常不随着时间改。
至少存在用于占用者参与的控制以实现监控级的节能的如下两个主要源：个人计划表和个人偏好。在当今的商业楼宇中，能源有关的控制政策比如HVAC设定点和照明计划表经常被定义并且实现远长于每天8小时，以便例如从上午05点至夜晚10点覆盖在办公室中的最早和最晚的雇员二者以提供针对所设计的最大占用率的热、通风和照明的舒适度。另外，装备经常在周末和节假日运行。存在有限的手段来测量楼宇中的占用者的真实数目，并且不存在实时收集占用者偏好的技术方法。
在典型的商业楼宇中，设施管理者对单独占用者的舒适度偏好没有全面的了解。因此，难以在同一时间确保舒适度和节能。由于一个设施管理者可能为数百至数千个占用者服务，所以尤其在占用者的偏好可能冲突或者由于硬件限制而不可行时，自组通信比如面对面谈话、电子邮件或电话不是有效的。在一种情况下，实施积极的能源政策的设施管理者经常以对占用者舒适度的一些或显著牺牲来实现节能。在一些其他情况下，设施管理者经常必须放松其能源政策以避免占用者投诉，从而减少了节能的机会。而最糟糕的情况也是最常见的，其中设施管理者经常通过将制冷设定点设定为太低或将供热设定点提高到太高来对占用者投诉过度反应，这带来了能源浪费和占用者舒适度投诉二者。
系统概述
软件架构
根据本发明的一方面，协作能源和舒适度控制(CECC)软件平台被设置在传统的楼宇自动化系统(BAS)层的顶部。因此，不需要更换现有的硬件。而现有的学习温控器都是基于硬件的，这需要硬件更换、线缆布线，并且现有的温控器不会产生占用者的冲突的需求。图1示出了软件架构。该平台包括若干个部件：占用者用户接口(UI)和协作规则引擎，其中SOLO(软温控器)和软件仲裁器为子部件。温度仲裁器在评估所有SOLO之后向BAS提供控制指令。
在本发明的一个实施例中，CECC平台为基于网络的系统，如图2所示。可以为计算机、平板电脑、蜂窝电话或使得能够无线地或以有线方式连接至网络201的任何计算装置的用户装置202使得能够为CECC提供收集数据的占用者UI。通常，这样的接口为具有数据输入能力比如基于按键或光标或者触摸屏的数据输入能力的显示器或屏幕。然而，占用者用户接口还可以为提供音频信号并且接受音频信号比如语音的音频接口。网络201使得能够连接多个计算装置并且可以为因特网。尽管不一定同时，但是具有占用者UI(202和203)的至少两个装置被连接至网络201。然而，202和203中的每个装置可以提供可能是不同的并且冲突的占用者偏好。
在本发明的一个实施例中，服务器205连接至网络。此服务器可以例如在装置比如202或203已登录到服务器205之后生成占用者UI。服务器205可以托管社交网络。该服务器205还可以为专门提供CECC服务的服务器。在本发明的一个实施例中，可以为A/C系统控制面板或任何其它相关的气候控制器的装置204也连接至网络201并且可以接收来自服务器比如205的控制信号。
在本发明的一个实施例中，楼宇自动化系统(BAS)207连接至网络并且直接从202或203或者经由205接收输入。在本发明的一个实施例中，网络201为独立的网络比如局域网。在本发明的一个实施例中，包括有气候控制装置的BAS为服务器206的一部分或者经由与网络201连接的服务器206来连接。设施管理者终端208具有系统控制能力，可以设定温度的允许范围或超驰任何设定。其他配置是可能的并且是完全预期的。至公共网络的单个访问点允许针对可能的安全问题更好地监视服务器和BAS。
通过CECC，占用者可以经由占用者UI提交它们的温度偏好。协作规则引擎从UI取得占用者的偏好输入并且从XML文件中取得规则(政策)输入。每个UI在引擎中具有对应的SOLO以表示占用者。仲裁器检测并且解决来自不同占用者的冲突并且生成用于BAS的一致设定点。
图3示出了软温控器SOLO的一个可能接口。占用者可以例如经由左边的表盘来调节其温度偏好。调节温度的另一个方式是使用滑块，或者通过将温度输入到输入窗口中。如果温度偏好是高效节能，则表盘、滑块或输入窗口为绿色。如果偏好需要过多的能源消耗，则表盘、滑块或输入窗口为红色。
根据ASHRAE标准55-2010，夏季建议温度在74℉至78℉之间并且冬季推荐温度在70℉至74℉之间。如果用户的输入设定点在该范围内，则温控器示出绿色。如果设定点在该范围以外，则温控器示出红色。这种设计意在向占用者给出视觉反馈并且鼓励节能意识。对所请求的温度设定的效果的反馈可以以不同的方式来提供。
在本发明的一个实施例中，系统还提供了数字(例如设定的估计代价)、图标(例如针对节能温度表示赞许)或向用户指示请求的温度的能源消耗后果为什么的任何其他视觉或音频节能反馈。确认按钮使得占用者能够确认温度选择。处理器然后将指示一个或更多个气候控制装置应用与所计算出的温度设定有关的设定，该所计算出的温度设定是基于较早和较晚在本文所讨论的约束。
占用者经常占据位置比如作为气候区域的一部分的隔室或者甚至办公室。在不影响其他部分的情况下基本上改变针对区域中一个位置的设定是不可能的。或者一个区域中的设定可以影响相邻区域。这就是为什么必须协调区域和相邻区域中的不同占用者的偏好的原因。
区域温度设定点在表盘的底部处被示出为文本。由于综合考虑当前占用者偏好、相邻占用者偏好以及来自设施管理者的规则而计算设定点。计算还包括实际外部条件比如室外温度、一天的时间等。计算可以基于设施的物理模型。
图4所示的仪表板上示出了历史温度设定点和室外温度。
计划表和设定点学习
输入每天的计划表和偏好对占用者来说会是乏味的任务。根据本发明的一方面，软温控器比如SOLO通过无论何时占用者使用该系统都学习占用者的偏好和日历提高了可用性。SOLO的业务逻辑用嵌入的脚本比如Python实现在XML文件中，然而SOLO的业务逻辑可以以其他的计算机语言来实现。
XML捕获离散事件比如进入和离开时间。占用者可以输入其偏好和事件(到达/离开办公室)。计划表学习和偏好学习可以通过设施管理者来配置，其中今天的事件时间可以是前几天的移动平均值。
今天的温度偏好曲线为基于以前的温度偏好设定点的拟合曲线。对于每个占用者，一个SOLO每分钟生成温度偏好，好像如图5所示的针对占用者的个人代理一样。学习机制为社交活动，这是因为邻居的偏好在学习处理中被考虑。例如，如果最大区域温度差为2℉，则仲裁器将尽可能小地改变占用者偏好，使得被发送至BAS的区域温度设定点之间的差在2℉的差之内。
注意，2℉的差为本发明的说明性实施例。区域间和区域内的温度差可以大于2℉，区域间和区域内的温度差也可以更小。在本发明的一个实施例中，区域间的温度差能够通过设施管理者来配置。在本发明的一个实施例中，区域间的温度差不大于5℉。
在本发明的一个实施例中，占用者的配置文件被存储在存储器中。配置文件指示楼宇中的占用者的通常的出现。例如占用者周一到周五从上午9时15分至下午5时30分出现于楼宇中的位置处。占用者通常从下午12时30至下午1时15分休息并且远离该位置。占用者由于旅行每月可能离开几次。如果离开，则占用者通常在整天期间离开。占用者在外部温度高于75℉时将72℉的位置温度作为偏好并且在外部温度低于65℉时将73℉的位置温度作为偏好。对于在65℉和75℉之间的外部温度，占用者更喜欢该位置被占据的前一天的设定。在午休之后，占用者更喜欢低于早晨2℉的温度达约1小时，然后返回到偏好温度。所有这些数据包含在存储的可以被CECC访问并且使用的占用者配置文件中。
该配置文件在占用者出现于位置处时由系统激活。在本发明一个实施例中，系统可以自动地确定占用者是否出现于设施中。这样的确定可以依据来自安全系统的数据来作出。例如，占用者在进入楼宇时携带激活传感器的安全标签并且这激活了CECC中的占用者配置文件。激活还可以通过个人或分配的计算机装置上的应用来发生。例如，许多设施具有需要登录的网络。只要占用者登录到网络，有关的配置文件就被激活。其他自动检测方法是可能的和预期的。在本发明的再一实施例中，占用者通过登录到CECC系统来激活配置文件。
如今，许多公司或组织具有多个设施并且为访客提供具有网络连接的旅馆式的或未分配的办公空间的机会，该访客拜访来自其他设施的雇员或通常在家里或其他位置工作的雇员。根据本发明的一方面，雇员具有气候配置文件，或者可以从预设的气候配置文件中选择气候配置文件。为了避免花时间训练温控器，访客可以选择现有的配置文件或合并由系统提供的现有配置文件。例如，图9示出了用户将配置文件1用30％的权重因子和配置文件2用70％的权重因子合并成配置文件3，其处于配置文件1与配置文件2之间，但是更靠近配置文件2，这是因为配置文件2具有更大的权重因子。合并两个配置文件为配置文件合并特征的一个实施例。用户可以将N个配置文件用N个权重因子进行合并，其中N为等于或大于1的任何整数。图12示出了用于配置文件合并的用户接口。
根据本发明的一个方面，刚从公司开始的雇员或移入新的楼宇的雇员可以从初始配置文件开始，该初始配置文件可以为例如从网站或者从社交网站下载的标准配置文件。被授权的用户可以例如通过将温度点移动得更高或更低来编辑配置文件。在本发明的一个实施例中，用户不可以将温度移动至由能源政策或者由任何其他预设的温度来确定的任何条件以外。例如，在可以被称为慷慨的能源政策的能源政策下，在冬季最高允许设定点为76℉，而在夏季最低允许设定点为67℉。在更严格的能源政策下在冬季最高允许设定点为74℉，而在夏季最低允许设定点为69℉。在更加严格的能源政策下，在冬季最高允许设定点为73℉，而在夏季最低允许设定点为70℉。图13示出了用于配置文件编辑的用户接口。
虽然能源政策允许位置的占用者输入一定的偏好温度，但是一定的区域约束仍可能需要待由通过自动仲裁器或者通过网站上两个占用者之间的协作交换而解决的所偏好的占用者配置文件来解决冲突偏好。
在一定的情况下，占用者的位置是封闭的或者为可封闭的房间或办公室。在这种情况下，占用者的符合预设约束的偏好或配置文件是针对该占用者的被BAS接受以针对该占用者调节房间或办公室的温度的实际设定。占用者可以从第一房间移动到第二房间，其中该房间处于相同的设施或楼宇中或者处于不同的楼宇中。每个楼宇可以具有其自己的约束。然而，如果在预定的约束内需要，则通过BAS应用占用者的配置文件来调节占用者占用的房间的温度。
注意，在私人或单独的占用者办公室中工作的许多人遵守“打开门”政策以便利与其他雇员交互。在这种情况下，允许占用者应用仅限于BAS约束的偏好配置文件设定不是有利的。因为热量容易通过打开门来交换，所以在房间和该房间外部的通过打开的门连接的区域之间存在多个区域状况并且存在冲突情况。仲裁器在这种情况下将以本文中描述的方式来解决任何冲突情况。
一旦占用者配置文件已被确定，则在占用者占据位置、房间或办公室时或者在合理的时间内当占用者将要进入该位置时，可以应用该配置文件。当占用者已离开位置时，不需要另外的供热或制冷，并且执行使该位置处于预设温度的中性配置文件。例如在夜间，在周末或在标准的非工作时间期间，可以由BAS执行偏好的中性配置文件。
根据本发明的一方面，基于占用者的已知的或偏好的计划表来执行占用者配置文件。占用者输入由BAS系统应用来运行配置文件的另外的假期或个人缺勤日。许多楼宇具有管理雇员存在的安全系统。根据本发明的一方面，在例如通过安全系统确认占用者存在时由BAS自动地执行占用者的配置文件。占用者在许多情况下通过个人登录被连接至网络。至服务器的这样的登录(通常用用户名和密码)可以由BAS来使用以执行占用者配置文件。另一种方法是具有存储在计算装置比如移动计算装置上或服务器上的配置文件。用户可以通过由与BAS连接的服务器识别的激活命令来激活配置文件。
根据本发明的一方面，配置文件为优化的温度配置文件。也就是说，配置文件相对于具有其BAS的楼宇和楼宇中的位置以及来自其他用户、能源政策和物理约束的冲突需求而被仲裁并且被优化。在本发明的一个实施例中的用户或占用者的温度配置文件还包含针对占用者的偏好温度设定。该仲裁设定可以高于或低于基于仲裁和位置的偏好设定。在楼宇中的不同位置或在不同的楼宇中，仲裁可以不同。例如，当占用者移入单独房间或办公室时，实际设定可以遵循偏好温度。在这种情况下，一个约束可能是额外的能源代价，如果占用者同意这可能会向占用者收费。
在本发明的一个实施例中，占用者将该配置文件编辑或扩展成夜晚或“在家”配置文件，因此建立了24小时温度配置文件。温度约束还可以存在于家中，但是温度约束具有不同的权重并且是基于家中的不同位置以及基于该房子的不同占用者。例如，如果仅一个人是在家庭办公室，则不需要对房子的每个房间供热。显然，不同的约束在第二人在具有第一偏好温度客厅中并且第二人在具有第二偏好温度的家庭办公室中时开始发挥作用。在房子中不同位置具有选择性控制温度的该房子因此可以应用如本文所提供的仲裁的方法。
配置文件可以存储在社交网络服务器上，并且可以与要由配置文件的拥有者拜访的设施的BAS系统共享。例如，配置文件的拥有者可以预定酒店的房间。与预定单独地或作为预定的一部分，配置文件被使得能够被酒店的BAS使用。配置文件的拥有者达到或接近签入酒店中时，该拥有者的配置文件被酒店的BAS激活。这可以是该配置文件具有比酒店允许的标准能源更耗能的需求。可以允许配置文件的拥有者通过授权酒店向超出能源限度收取另外费用来购买另外的舒适度，因此允许配置文件完全激活。如果拥有者没有授权另外费用，则配置文件将在由酒店设定的约束的限度内执行。
在本发明的一个实施例中，设施具有可以被单独控制的至少三个气候区域。BAS或其它物理限制约束相邻区域之间的温度差不超过2℉。这可以允许在两个非相邻区域之间4℉的温度差。例如，设施的一部分处于阳光下并且可以被认为是热区域。该设施的另一部分处于楼宇的背阴面并且可以被认为是冷区域。CECC可以基于占用者或旅馆式客人的配置文件或偏好来分配占用者或旅馆式客人而不是对热区域制冷或对冷区域供热。每个区域的约束将被设定成使得不允许过度制冷或供热。
根据本发明的一方面，提供了一种数学优化方法来将还满足受硬件和设施管理者制约的约束的不舒适度最小化。以下温度仲裁算法捕获发明的“社交”观点。
如图10所示，区域温度仲裁的解决方案不是唯一的。给定初始化占用者的不在可接受的温度范围Aa内的温度偏好T0，则存在无限数目的可能的方法来将占用者的偏好映射到仲裁温度设定点Ta，使得Ta在Aa内。因此，获得下述优化方法是有价值的：该优化方法基于由用户定义的一定的准则发现来发现最佳解决方案。提出了一个优化方法f，其用最小的变化v将给定的T0映射到在Aa内的Ta，该变化v被定义为v：＝Ta-T0。
换言之，函数Ta＝f(T0)，比如Ta∈Aa被实现并且||v||被最小化。为了更节能，引入参数Tr，来自设施管理者的参考温度，其中Tr为f的参数，即，Ta＝f(T0；Tr)。为了说明该概念，图10中绘制了简单的两个相邻区域场景，其中每个区域具有一个占用者。占用者的温度参考为矢量T0，由T0＝[T0[1]T0[2]]T来定义，其中，T0[1]和T0[2]分别为来自占用者1和2的偏好。仲裁之后的区域温度设定点为Ta＝[Ta[1]Ta[2]]T，Ta[1]和Ta[2]为仲裁之后的区域设定点。
线L1为Ta[1]的上限，比如78℉(25.6℃)。可接受的区域为在此线以下的范围，即Ta[1]≤lu，其中lu在这种情况下为上限并且lu＝78。线L2为下限，比如68℉(20℃)。可接受的区域为在此线以上，即Ta[1]≥ll，其中ll在这种情况下为下限并且ll＝68。线L3和线L4为Ta[2]的下限和上限，并且它们可以作为相同的不等式形式的约束被提出。最大温度差Td规定两个不等式条件，即Ta[1]-Ta[2]≤Td(即线L6)以及Ta[2]-Ta[1]≤Td(即线L5)。在图10中，满足所有固定温度约束的范围为Aa。
为了向设施管理者给出在进一步节能与舒适度之间进行平衡的调谐扭，允许设施管理者基于计划表来改变Tr。在夏季，另外约束为Ta[1]≥Tr并且Ta[2]≥Tr，这是凸的上范围Ab。在冬季，约束为Ta[1]≤Tr并且Ta[2]≤Tr，其中处于Aa的底部的凸的范围Ab为针对Ta的有效范围。设施管理者可以挑选Sr范围内的任何Tr。
由于以线性代数书写符号，所以该问题可以在任意数目的区域和占用者中概括，并且可以将该问题公式化为数学优化问题，具体为凸二次规划问题([7]Interior-point methods for large-scale cone programming by M.S.Andersen,J.Dahl,Z.Liu,L.Vandenberghe；in:S.Sra,S.Nowozin,S.J.Wright(Editors)Optimization for Machine Learning,MIT Press,2011)，该问题被公式化为以下：
最小化||v||2
受Gv≤h制约
其中v：＝Ta–T0；n为区域的数目；Ta∈Au；T0为仲裁单个区域温度设定点1。矩阵G和矢量h被构造成捕获应用于在图10中的Au或Ab的约束。以下公式是直接的：
sI I - I Z 1 Z 2 . . . Z n - 1 T a ≤ sT r · 1 l u · 1 - l l · 1 T d · 1 T d · 1 . . . T d · 1 , 使得 sI I - I Z 1 Z 2 . . . Z n - 1 v ≤ - sI I - I Z 1 Z 2 . . . Z n - 1 T o + sT r · 1 l u · 1 - l l · 1 T d · 1 T d · 1 . . . T d · 1 , 其中s在冬天为1并且在夏天为-1；1为全1列向量；区域置换矩阵Zi被定义为
Z i = 0 . . . 1 - 1 0 . . . 0 0 . . . - 1 1 0 . . . 0 0 . . . 1 0 - 1 . . . 0 0 . . . - 1 0 1 . . . 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . . . - 1 0 0 . . . 1 , 其中，非零项从第i列开始。
↑第i列
这提供了
G＝[I I -I Z1 Z2 … Zn-1]T并且
h＝G·T0+[Tr·1 lu·1 -ll·1 Td·1 Td·1 … Td·1]T。
为了解决凸优化问题，在本发明的一个实施例中，应用称为CVXOPT(安德森2012)的开放源码Python库。能源消耗和占用者的反应正被监视。办公室有大约50个占用者并且配备了10个接线盒。接线盒具有VAV风机和双级电再供热，其中功率的范围为约11千瓦至13千瓦。每个接线盒连接有在壁上的一个温控器。在CECC安装之前，占用者被允许在约1℉至2℉范围内改变温度设定点。在CECC安装之后，每个占用者可以从68至78℉(20℃至25℃)输入其偏好。在仲裁之后的最大温度差为约5℉(2.8℃)。
在图11中，估计基于仿真的温度仲裁的影响。如果占用者的偏好温度受期望为72℉的一定的分布制约，Tr为71℉，那么仲裁的区域温度设定点以圆圈示出在图11中。温度变化量的范数、最大值和平均数为以下||v||2＝2.6、max(|v|)＝1.8、mean(|v|)＝0.45。在这种情况下，以占用者的温度偏好具有相对小的偏移，所有的温度在由设施管理者定义的范围内即图10中的Aa内被提出。
根据本发明的一方面，系统比如楼宇自动化系统(BAS)基于用户输入来优化并且仲裁多位置气候控制系统，每个用户与自己的位置和偏好温度相关联，(a)在本发明的一个实施例中，针对设施中的2个或更多个不同的位置；(b)在本发明的再一实施例中，针对设施中的5个或更多个不同的位置；(c)在本发明的又一个实施例中，针对设施中的10个或更多个不同的位置；以及(d)在本发明的又一个实施例中，针对设施中的50个或更多个不同的位置。
对于大量的用户和大量的气候控制装置，优化可能会变得更加费时。然而，合理的是预期用户的偏好将相当一致和固定并且在季节期间以相当可预测的方式变化。基于在若干个月或季节或年收集的数据，系统可能有相当稳定的偏好集合和计算的温度仲裁。偏好设定可以随外部温度变化而改变。根据本发明的一方面，针对工作地点的多个仲裁设定被存储在计算装置上，并且能够基于外部温度被检索。因此，当外部是热和潮湿的时，BAS自动地检索并且实现覆盖具有偏好温度的多个位置的已经仲裁的设施配置文件，而不是请求来自用户的偏好温度并且优化和仲裁所请求的偏好设定。
如果需要的话，则用户仍然可以提交他们的偏好设定。这可以是先前的用户离开了组织、新用户加入了或偏好已经改变。然而，假设许多个人配置文件保持不变。这允许BAS实现多个位置的总温度配置文件，该多个位置的总温度配置文件将在系统和能源政策的约束内向大多数用户提供充分的舒适度，同时如果需要的话则允许系统实时地或离线地重新计算新的仲裁和优化的设施配置文件。基于设施政策，用户可以提交新的偏好温度，该新的偏好温度将在本发明的一个实施例中例如在夜晚期间被离线地仲裁并且在稍后阶段例如第二天被实现。
在本发明中通过处理器的温度确定的一个方面是处理器通常必须考虑到通过源于(a)其他占用者(b)能源政策(c)定价约束(d)物理约束或者来自这些约束的组合的冲突需求提出的约束。因此，在本文中针对温度确定的另一术语是仲裁，这是因为处理器必须在冲突需求之间进行仲裁。将成为设定点的在处理器仲裁之后的确定温度在本文中被称为仲裁温度。这与仅从占用者学习温度偏好不同。
根据本发明的一方面的方法可以处理任意数目的占用者、任意数目的区域以及任何占用者与区域关联关系。输出为区域温度设定点的集合，该区域温度设定点与占用者的原始的或偏好的设定点具有最小的差。因此，占用者的不舒适度被最小化。因为使用凸优化工具在数学上解决了此问题，最优解决方案总是能够实现的，即，问题总是能够解决的。
另外细节
所有现有的气候控制系统设计在控制规则被硬编码方面是静态封闭系统。只有厂商可以修改控制逻辑。如果端用户不满意控制逻辑，则端用户需要让厂商定制产品或从一开始就实现逻辑。
根据本发明的一方面在本文中提供的系统提出了一种新颖动态开放的占用者参与的控制平台，其中用户、占用者或设施管理者可以书写控制规则并且在运行时加载该控制规则。
在本发明的一个实施例中，系统为现有楼宇自动化系统(BAS)的一部分。通常，BAS系统已经具有处理器。作为本发明的一方面，处理器设置有程序，该程序除了应用现有的控制装置以外还提供如本文所述的仲裁。在本发明的一个实施例中，安装了另外的装备比如另外的可控空气管道以提供更多的控制选项。
协作控制平台
如图6所示，CECC平台具有至少两个部件：前端用户接口(UI)或人机接口(HMI)和后端规则引擎。基于Web的平台协作HMI被用来便利设施管理者与占用者之间以及占用者本身之间的通信。占用者与设施管理者之间的社交联网被采用来加强通信以及来提示能源响应行为。后端的核心为支持控制逻辑的变化和运行时的冲突检测以及解决的规则引擎。因此，需要和控制规则通过HMI捕获，然后被加载，并且通过规则引擎来直接执行。在以前的系统中，设施管理者将必须聘请专业的软件工程师来用软件代码实现新的需要或者联系厂商来定制硬编码的逻辑。
该处理在时间和劳动力方面是高代价的。接着描述一个简化的情况。假设两个占用者V和S处于相邻的热区域，其中由于硬件限制和能源考虑而这些区域温度设定点的差不可以超过2℉。S和V可以通过滑动用户接口上的“热”条来将其温度设定点输入至软件仲裁器。所描绘的仲裁器的输出分别为74℉和76℉，并且这些输出为BAS接收的值。因此，满足了2℉的温度约束。一旦占用者改变设定点，则所估计的能源消耗因此改变。在后端引擎中通过能源分析器计算新的设定点下的能源使用的估计。为了更深入的参与，后端引擎还跟踪单独占用者的能源消耗，即使该单独占用者正与其他占用者共享一个热区域，后端引擎也可以估计他们的能源用量。此估计的能源消耗可以从规则文件进行访问，使得设施管理者可以针对在被分割的隔室或分离的办公室中的占用者书写基于信用的能源政策。例如，点可以被授予达一段时间使得输入的设定点符合期望的能源政策。
根据本发明的一方面提供的能源分析器的一个新颖之处在于其跟踪单独占用者的空气调节能源消耗。在当前的商业楼宇中，对具有数百个占用者或者更多个占用者的整个楼宇存在一个A/C能源帐单。如果能源消耗上升，则不清楚谁应当采取措施来减少能源消耗。根据本发明的一方面，以两个步骤来计算单独占用者AC节能。注意，节能被定义为相对于由设施管理者定义的基线的相对能源消耗。1)在每个接线盒中使用传感器来计算可以由若干个占用者共享的注入到每个区域的能源。2)基于占用者日历，该区域AC能源帐单在每个采样时间实例例如每15分钟被分割给占用者。
如下为计算能源消耗的一个公式：由于温度设定点增量(在夏季时间)而产生的节能可以用以下公式来估计。假设所有的热量被转化为可感知的热量，则可以估计由于温度设定点增量ΔT而产生的以BTU/小时为单位的节能
其中V为通过cfm测量的体积流速。
装置管理者可以预设允许可接受的设定点与期望的设定点偏离多少的限度。此外，占用者之间的冲突情况可以通过设定确定提供最节能的设定的规则来自动地解决。此外，为了防止不期望的情况，限度可以被设定为在其下或其上没有设定被允许。
因为来自占用者的输入反映了长期行为，所以可以确定用户的统计量，并且创造暖和区域和凉爽区域以适应占用者的“暖和”和“凉爽”偏好。
如果位置没有被占据，则不存在需要偏好设定的占用者。因此，将对系统有益的是知道位置是否被占据。存在不同的方法来管理位置。一种简单的方法是占用者必须激活他或她的占用者用户接口。如果UI未被激活，则认定占用者不存在，并且认定先前提供的数据这时都不是有效的，直到占用者签入为止。仲裁器因此在占用者不存在的具体时间或时间段不必考虑与该占用者有关的任何数据。
根据本发明的一方面，每个占用者具有他或她自己的占用者用户接口，该用户接口必须例如通过用用户名和密码登录来激活。因此，每个占用者用户接口对具体占用者是唯一的。通常，每个占用者被分配有设施中的位置。根据本发明的一方面，设施中的每个占用者与具体位置相关联，除非另有指示或修改。例如，占用者可以永久地或暂时地移动到设施中的新的位置。可以假设至少在最初占用者在新位置的温度偏好与占用者在先前位置的温度偏好相同，因此允许像BAS一样的系统应用具有占用者的与先前位置有关的温度偏好的配置文件。
注意，在偏好温度与仲裁温度之间存在区别。占用者的配置文件可以包含偏好温度、仲裁温度或二者。
软件架构
前端中的独特特征需要新颖的编程范式和开放的软件架构。
从高级的角度来看，该信息流具备有闭环系统、从人到机器的前馈通道以及从机器到人的反馈信息的特征。协作规则引擎被托管在中间件中，该中间件提供装置、HMI和外部数据源，比如天气预报，其可以在控制规则中用于基于规则的预测控制。天气预报可以被置于HMI中。
在规则引擎中执行的规则被捕获在基于XML的文本文件中并且在运行时被加载，即在CECC软件启动之后从硬盘驱动器“规则”文件夹中读取。该规则可以被归类到“App”和“仲裁器”层。App层中的个人代理将设定点馈送至区域代理，如同每个占用者具有私人助理以在运行时调节不同的设定一样。图8示出了一个示例性个人代理。该个人代理使得能够实现用于节能的预供热和预离开策略。例如，该规则请求在V来到他办公室之前30分钟开始供热并且在他当天离开之前30分钟停止供热。精确的持续时间被写入文本规则文件中，因此甚至能够由不具有编程技能的用户进行配置。系统通过分析个人日历自动地计算合适的时间来开始和停止楼宇供热和制冷系统。
每个区域的资源被配置在区域代理规则文件中。一旦加载规则文件，则区域代理知道本地资源的限制和相关联的个人代理的接口。例如，区域代理理解：仅一个区域温度设定点是可接受的，并且该设定点应当在取决于季节的一定的范围内，以便于避免能源浪费。
尽管规则编辑器不是规则引擎的一部分，但是规则编辑器与该引擎紧密耦合，这是因为编辑器必须遵循规则引擎接受的XML架构。用户只将规则文件复制到“规则”文件夹并且启动CECC平台。此新颖的“复制和运行”特征使得能够实现与在移动装置上安装App一样容易的规则配置。在当前的BAS中，这样的控制逻辑部署可能需要几天的手动工作。
在本发明的一个实施例中，如本文中提供的方法在系统或计算机装置上实现。因此，本文中所描述的步骤在系统中的处理器上实现，如图7所示。图7所示并且在本文所提供的系统被使得能够用于接收、处理以及生成数据。该系统提供有可以存储在存储器701中的数据。数据可以从输入装置获得。可以在输入706上提供数据。这样的数据可以为由用户经由用户接口提供的数据、由楼宇中的传感器提供的数据或者从将有助于确定用户配置文件或温度设定点的数据库或任何其他的源提供的数据。处理器还提供有或编程有存储在存储器702中的执行本发明的方法的指令集合或程序，并且被提供至处理器703，该处理器703执行702的指令以处理来自701的数据。由处理器提供的数据可以在输出装置704上输出，该输出装置704可以为显示图像或数据的显示器或数据存储装置。处理器还具有通信通道707以接收来自通信装置的外部数据并且将数据传输至外部装置，例如至BAS装置或气候控制装置。在本发明一个实施例中，系统具有输入装置705，该输入装置705可以包括键盘、鼠标、定点装置或者可以生成要被提供给处理器703的数据的任何其他装置。
该处理器可以为专用或特定应用的硬件或电路。然而，该处理器还可以为一般的CPU或可以执行702的指令的任何其他计算装置。因此，根据本发明的一个或更多个方面，如图7所示的系统提供了一种用于处理数据的系统，并且使得能够执行本文中所提供的方法的步骤。
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虽然已经示出、描述并且指出了本发明的基本新颖特征应用于其优选实施例，但是将理解的是，所示出的方法和系统的形式和细节以及其操作的各种省略和替换以及改变可以由本领域内技术人员在不脱离本发明的精神的情况下进行。因此，意在仅由权利要求书所指示的进行限定。

Claims (20)

1.一种用于在具有第一位置和第二位置的第一楼宇中确定气候控制装置的第一温度设定的方法，所述气候控制装置使得能够影响所述第一位置和所述第二位置，所述方法包括：
使得处理器能够从在第一计算装置上的第一用户接口接收针对所述第一位置的偏好温度的指令，并且使得所述处理器能够从在第二计算装置上的第二用户接口接收针对所述第二位置的偏好温度的指令；以及
所述处理器基于对所述气候控制装置进行设定的约束来仲裁所接收的偏好温度设定以确定第一仲裁温度设定作为所述第一温度设定，其中，所述仲裁是基于优化准则。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述优化准则使所述第一位置的所述偏好温度与所述第一仲裁温度设定之间的差以及所述第二位置的所述偏好温度与所述第一仲裁温度设定之间的差最小化。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述约束基于能源政策。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述约束基于由设施管理者提供的输入。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一位置的所述偏好温度被所述处理器应用来创建所述第一位置的占用者的温度配置文件。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述占用者的所述温度配置文件能够通过社交网络来访问。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述气候控制装置的第二温度设定基于所述占用者的所述温度配置文件。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理器基于所述楼宇中的至少五个不同的位置的偏好温度来确定所述第一仲裁温度设定。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理器为现有的楼宇自动化系统(BAS)的一部分。
10.根据权利要求5所述的方法，还包括：
所述占用者占据所述第一楼宇中的第三位置；以及
所述处理器访问所述占用者的所述温度配置文件来确定与所述第三位置有关的气候控制装置的温度设定。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一位置在所述第一楼宇中的第一区域内，并且所述约束基于所述第一楼宇中的所述第一位置与所述第二位置之间的温度差。
12.根据权利要求5所述的方法，其中，使得所述占用者能够改变所述温度配置文件。
13.根据权利要求5所述的方法，还包括：
由用于第二楼宇中的气候控制的系统通过经由网络访问所述占用者的所述温度配置文件来设定温度。
14.根据权利要求5所述的方法，其中，所述占用者的所述温度配置文件能够从社交网络来访问。
15.一种在具有第一位置和第二位置的第一楼宇中确定气候控制装置的第一温度设定的系统，所述气候控制装置使得能够影响所述第一位置和所述第二位置，所述系统包括：
存储器，所述存储器使得能够存储数据，数据包括指令；
处理器，所述处理器使得能够执行从所述存储器检索的指令以进行以下步骤：
从在第一计算装置上的第一用户接口接收针对所述第一位置的偏好温度的指令；并且使得所述处理器能够从在第二计算装置上的第二用户接口接收针对所述第二位置的偏好温度的指令；以及
基于对所述气候控制装置进行设定的约束来仲裁所接收的偏好温度设定以确定第一仲裁温度设定作为所述第一温度设定，其中，所述仲裁基于优化准则。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述优化准则使得所述第一位置的所述偏好温度与所述第一仲裁温度设定之间的差以及所述第二位置的所述偏好温度与所述第一仲裁温度设定之间的差最小化。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一位置的所述偏好温度被所述处理器应用来创建所述第一位置的占用者的温度配置文件。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述占用者的所述温度配置文件能够通过社交网络来访问。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述气候控制装置的第二温度设定基于所述占用者的所述温度配置文件。
20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器为现有的楼宇自动化系统(BAS)的一部分。
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