CN107076161A - 具有遮蔽控制的集成热舒适性控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于空间的环境控制系统，所述空间包括至少一个适配为允许光进入所述空间的窗口。该系统包括用于调节环境条件的环境控制器(例如风扇、灯、HVAC系统、窗口、窗口遮蔽物或上述的任意组合)，以及至少一个如辐射热通量传感器的第一传感器，用于感测与空间相关联的辐射能量大小并且生成输出。一控制器设置为用于基于传感器输出来控制环境控制器的操作。还公开了相关方法。

Description

具有遮蔽控制的集成热舒适性控制系统
相关申请
以下申请的公开内容通过引用并入本申请中：美国临时专利申请序列号61/720,679、61/755,627和61/807,903号以及国际专利申请PCT/US13/067828。
本申请要求美国临时专利申请序列号62/024,229的权益，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
长期以来，吊扇一直用于住宅，其作为提高居民在夏季的热舒适度和在冬季产生从地板到天花板的均匀的空气温度的能量高效的装置。通常，风扇由居民手动控制以实现可接受的舒适水平。用于家庭中的加热、通风和空调系统(“暖通空调”)的自动控制系统通常做出反应以保持恒定的室内空气干球温度。室内空气条件的变化主要由建筑物内部和室外之间的显热和潜热传递引起。手动和自动的遮蔽装置主要用于控制空间中的光强度。然而，没有考虑通过开窗进入建筑物的直接太阳能热增益的影响，也没有考虑有利的热增益的潜在用途。
因此，需要确定一种智能地协调吊扇、HVAC系统、开窗/窗口和遮蔽的系统，其可以极大地减少维持居民热舒适所需的化石燃料的量。
发明内容
一种用于由天花板限定的空间的集成环境控制系统，所述空间包括被适配为允许光进入到空间中的至少一个窗口，所述集成环境控制系统包括环境控制器和用于感测与空间相关的辐射能量大小并且生成输出的至少一个第一传感器。一控制器设置为用于基于传感器输出来控制环境控制器的操作。环境控制器可以选自由以下组成的组：风扇、灯、HVAC系统、窗口、窗口遮蔽物或前述的任何组合。
在一个实施例中，环境控制器包括自动化的窗口遮蔽物，自动化的窗口遮蔽物的位置(例如，完全或部分打开和关闭)可以由控制器基于传感器输出来调节。控制器被适配为在选择隐私设置时将自动化的窗口遮蔽物保持在至少部分关闭状态(例如通过在垂直的情况下仅从顶部打开)。在这个或其他实施例中，可以提供人造光(并且其可选地连接到包括风扇的吊扇)，并且也可以基于传感器输出来调节人造光。
传感器可以包括定位在邻近所述至少一个窗口的辐射热通量传感器。也可以包括第二传感器，其可以选自由以下组成的组：光传感器、温度传感器(干球、表面等)、风速或风向传感器、湿度传感器、占用传感器和前述传感器中的两个或多个任何组合。控制器可以基于第二传感器的第二输出来控制环境控制器的操作。
在一个实施例中，第二传感器包括温度传感器，并且进一步包括由用户提供的设定温度，并且其中控制器基于温度传感器的输出和设定温度的比较控制吊扇、HVAC单元、自动化的窗口遮蔽物和灯中的一个或多个。该系统也可以包括占用传感器，并且控制器基于占用传感器的输出可以控制吊扇、HVAC单元、自动化的窗口遮蔽物和灯中的一个或多个。
控制器可以被适配为接收关于预测的天气条件的信息，并且基于天气条件和对类似的天气条件的历史反应来控制环境控制装置。控制器也可以被适配为在HVAC系统开启之前调节窗口遮蔽物以进行关闭，包括当温度趋向于升高时。
在一个实施例中，环境控制器包括一自动化窗口。该系统进一步可以包括风速或风向传感器，用于与控制器通信以确定是否自动打开窗口。控制器也可以被适配为基于传感器的输出向用户发送警报，以指示打开或关闭与空间相关的窗口的需要。在任何实施例中，控制器也可被适配为与HVAC系统交互以在窗口打开时关闭。
本公开的另一方面涉及一种用于由天花板限定的空间的集成环境控制系统，所述空间其包括被适配为允许光进入所述空间中的至少一个窗口。该系统包括用于使空间内的空气循环的风扇，用于感测与空间相关的辐射能量大小并产生输出的辐射热通量传感器，以及用于基于传感器输出来控制风扇的操作的控制器。该系统进一步可以包括由控制器基于传感器输出控制的HVAC系统，以及控制器可以调节HVAC系统和风扇中的一个或两个。该系统进一步可以包括自动化的窗口遮蔽物，并且控制器可以基于传感器输出来调节自动化的窗口遮蔽物。该系统也可以包括自动化窗口遮蔽，并且控制器可以基于传感器输出来调节自动化窗口。
本公开的另一方面涉及一种用于空间的集成环境控制系统。该系统包括至少一个窗口，该窗口被适配为用于打开到至少一个位置以允许空气进入该空间。提供用于感测空间中的条件并生成输出的传感器。也提供基于传感器输出进行指定动作以调节窗口位置的控制器。
在一个实施例中，控制器发出用于调制与窗口相关联的电机的控制信号以使窗口打开(或者可能两个或两个以上窗口以促进对流)。在另一个实施例中，控制器向用户发出关于窗口的打开的警报。警报可以是以包括用户可感知指令的电子消息的形式。传感器可以选自由以下组成的组：温度传感器(干球、表面等)、湿度传感器、占用传感器、辐射通量传感器、风速传感器、太阳能强度传感器或者前述传感器中的任意两个或两个以上的组合。
本公开的另一方面涉及一种用于空间的集成环境控制系统，所述空间是由天花板限定以及包括被适配为用于允许光进入到所述空间中的至少一个窗口。该系统包括用于循环空间内的空气的风扇和用于选择性地控制窗口的状态的自动化的窗口装置(遮盖物或遮蔽物)。提供用于感测与空间相关的条件的传感器，以及用于基于传感器输出来控制风扇和窗口遮蔽物的操作的控制器。
在一个实施例中，自动化窗口装置包括自动化百叶窗，用于控制通过窗口进入空间的光的量，以作为窗口的状态。在该实施例或另一实施例中，自动化窗口装置包括自动化窗口，用于控制通过窗口开口进入空间的空气量，以作为窗口的状态。控制器也可以控制其他设备。
本公开的又一方面还涉及一种控制空间中的环境条件的方法。该方法包括基于与空间相关的感测到的辐射热通量来调节与空间相关的环境控制器。
本公开的另一方面还涉及一种控制空间中的环境条件的方法。该方法包括基于所感测的空间中的条件控制被适配于打开到至少一个位置的至少一个窗口以允许空气进入空间。
本公开的一部分也涉及控制空间中的环境条件的方法。该方法包括基于空间中检测的温度值来控制窗口、窗口遮蔽物和风扇中的一个或多个。当检测到的温度高于或低于预定值时，该方法包括激活用于调节空间中的温度的附加系统的步骤。附加系统可以包括HVAC系统。
本公开也涉及一种用于控制包括窗口的空间中的照明的方法。该方法包括提供一控制器以调节自动化的窗口遮蔽物来控制空间中的自然光的量以及调节人造光来控制空间中的人造光的量。控制器可以被适配于在遮蔽物闭合时增加人造光的量，以及当遮蔽物打开时减少人造光的量。
此外，本公开进一步涉及一种调节包括窗口的空间中的环境条件的方法。基于预定的有效温度设置、占用状态和辐射热通量值，所述方法包括调节：(i)风扇，用于使所述空间中的空气循环；(ii)HVAC系统，用于控制空间的干球温度；(iii)遮蔽物，用于至少部分地遮盖所述窗口；和(iv)灯，用于向所述空间提供人造光。
在一个实施例中，如果空间被占用并且需要加热，则HVAC单元被激活使得向该空间供应加热的空气以达到预定的有效温度设置，调节风扇以最小速度打开，以避免产生气流，如果辐射热通量值超过预定大小，则调节遮蔽物以打开窗口，以及调节光以提供预定量的光。如果空间未被占用并且需要加热，则HVAC系统被激活使得向该空间供应加热的空气，以达到预定的有效温度设置，调节风扇以最小速度打开，以及如果所述辐射热通量值超过预定大小时，则调节遮蔽物以打开所述窗口，并且调节灯以不提供光或提供最小量的光。如果空间被占用并且需要冷却，则HVAC系统被激活使得冷却的空气供应到空间，以达到预定的有效温度设置，调节风扇以大于最小速度的速度打开，如果辐射热通量值超过预定大小，则调节遮蔽物以遮盖窗口，并且调节灯以提供预定量的光。如果空间未被占用并且需要冷却，则HVAC系统被激活使得冷却的空气供应到空间，以达到预定的有效温度设置，调节风扇至关闭，以及如果辐射热通量值超过预定大小，则调节遮蔽物以遮盖窗口。
也与本公开相关的是一种使用控制器以基于可用于穿过第一窗口的预测或实际自然光的量来调节在第一窗口上的第一窗口遮蔽物的方法。该方法进一步可以包括使用控制器基于可用于穿过第二窗口的预测或实际自然光的量来调节在第二窗口上的第二窗口遮蔽物。调节步骤可以基于每个窗口面朝的方向和一天中的时间，或基于与第一窗口或第二窗口相关的感测到的辐射热通量来执行。
此外，本公开的一方面涉及一种调节空间中的环境条件的方法。该方法涉及使用控制器来基于预测的天气条件来控制环境控制装置的操作，环境控制装置如允许空气进入空间的窗口或允许光进入空间的窗口遮蔽物。控制步骤可以基于预测的天气条件和作为类似历史天气条件的结果实现的控制的比较来执行，以及可以涉及控制空间中的风扇和用于供应空气至空间的HVAC系统中的一个或两个。
本公开的另一方面涉及一种调节空间中的环境条件的方法。该方法包括将预测的天气条件与历史天气条件进行比较，并且基于该比较调节与空间相关的环境控制装置。调节步骤可以包括根据与在历史天气条件期间的过去操作协议对应的当前协议来操作环境控制装置。
在这些方面中的任一个或者另外的一方面中，提供了使用热能来调节空间的系统或方法。这包括确定空间中的隔离物(地板、墙壁、天花板等)是否有用于向空间提供热量。在确定地板或其他隔离物对于向空间提供热量有用时，则系统或方法调节空间的环境条件(例如通过将相关的风扇关闭一预定长度的时间)。
该方面可以包括确定空间中的辐射能量大小，并且也确定隔离物或地板的储热潜力。确定过程可以包括确定经学习的热反应。也可以在确定之前进行预测空间的热需求，以及确定空间是否被占用和是否正在进行相应的调节。
附图说明
虽然本说明书以特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求书作为结束，但是相信通过结合附图对某些示例的以下描述将更好地理解本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，以及其中：
图1示出了具有电机组件、毂组件、支撑件、多个风扇叶片和与托梁连接的安装系统的示例性风扇的透视图；
图2示出了示例性风扇的另一透视图；
图3示出了利用循环风扇的示例性热舒适性控制系统的透视图；
图4示出了利用循环风扇的热舒适性控制系统的第二实施例的透视图；
图5示出了利用图3的气候控制系统的示例性热舒适性控制过程的流程图；
图6示出了图4的示例性热舒适性控制过程的详细流程图，其中主控制系统已经自动选择“占用加热”模式；
图7示出了图4的示例性热舒适性控制过程的详细流程图，其中主控制系统已经自动选择“未占用加热”模式；
图8示出了图4的示例性热舒适性控制过程的详细流程图，其中主控制系统已经自动选择“占用冷却”模式；
图9示出了图4的示例性热舒适性控制过程的详细流程图，其中主控制系统根据第二实施例使用“占用冷却”模式；
图10示出了图4的示例性热舒适性控制过程的详细流程图，其中主控制系统已经自动选择“未占用冷却”模式；
图11示出了“占用加热”模式中的示例性遮蔽控制的详细流程图；
图12示出了“未占用加热”模式中的示例性遮蔽控制的详细流程图，并且也示出了可选的使用与地板结合储热；
图13示出了“占用冷却”模式中的示例性遮蔽控制的详细流程图；以及
图14示出了用于描述“未占用冷却”模式中的示例性遮蔽控制的详细流程图；
附图不旨在以任何方式进行限制，并且可以想到，本发明的各种实施例可以以各种其他方式来执行，包括未必在附图中示出的那些方式。结合在说明书中并且形成说明书的一部分的附图示出了本发明的几个方面，并且与说明书一起用于解释本发明的原理；然而，应当理解，本发明不限于所示的精确布置。
具体实施方式
本发明的某些实施例的以下描述不用于限制要求保护的发明的范围。从以下描述中，本发明的其它示例、特征、方面、实施例和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见，通过说明的方式，以下描述包括预期用于实施本发明的一个或多个最佳模式。如将认识到的，本发明能够具有其他不同和显而易见的方面，所有这些方面都未脱离本发明的范围。因此，附图和描述应被视为本质上是说明性的而不是限制性的。
I.示例性风扇概述
如图1所示，本示例的风扇(110)包括电机组件(112)、支撑件(114)、毂组件(116)和多个风扇叶片(118)。在本示例中，风扇(110)(包括毂组件(116)和风扇叶片(118))具有约大于3英尺，更具体地约8英尺的直径。在其他变型中，风扇(110)具有在大约6英尺(含6英尺)和大约24英尺(含24英尺)之间的直径。可替换地，风扇(110)可以具有任何其它的合适的尺寸，如具有用于商业或住宅空间的装饰性设计和安装至天花的支撑件(114)的3-7英尺的高架风扇(见图2)。不认为所使用的特定类型的风扇(110)对于控制热舒适性是重要的，但是所公开的概念可以对用于循环在空间或房间内空气的风扇类型具有特别的适用性，例如悬挂于天花板的高架吊扇，其具有暴露的、旋转的叶片，如图所示。在此处公开的任何实施例可以被认为至少与这种高架吊扇相关地操作，但也可以应适用于便携式风扇、立式风扇、壁扇或其它类似风扇。
支撑件(114)配置成在第一端处连接至表面或其他结构，使得风扇(110)基本上附接至该表面或其它结构。如图1所示，一个这样的结构的示例可以是天花板托梁(400)。本实例的支撑件(114)包括将风扇(110)连接至天花板的细长金属管状结构，但是应当理解，支撑件(114)可以以各种其它合适的方式构造和/或配置，结合本申请的教导对本领域的技术人员来说，这将是显而易见的。仅作为示例，支撑件(114)不需要连接至天花板或其它高架结构，而是可以连接至墙壁或地面。例如，支撑件(114)可以定位在从地面向上延伸的柱的顶部上。可替换地，支撑件(114)可以任何其它合适的方式安装在任何其它合适的位置。这包括但不限于此处引用的专利、专利公布或专利申请的教导。
本实例的电机组件(112)包括具有驱动轴的AC感应电机，但是应当理解，电机组件(112)可以替代地包括任何其他合适类型的电机(例如，永磁无刷DC电机、有刷电机、内外电机等)。在本示例中，电机组件(112)固定地连接至支撑件(114)并且可旋转地连接至毂组件(100)。此外，电机组件(112)可操作以使毂组件(116)和多个风扇叶片(118)旋转。
本实例的风扇叶片(118)进一步可包括各种修改。仅作为示例，小翼(120)可以连接至风扇叶片(118)的第二端(122)。小翼(120)可以根据此处引用的任何专利、专利公布或专利申请的教导中的一些或全部来构造。也应当理解，小翼(120)仅仅是可选的。例如，风扇叶片(118)的其它替代变型可包括端盖、成角度的翼型延伸部、一体形成的封闭端或基本上敞开的端部。
II.示例性热舒适性控制系统
理想的是利用上述公开的示例性风扇(110)来提高典型的气候控制系统的效率，从而创建热舒适性控制系统(100)。上述的示例性风扇(110)通过循环空气来提高典型的气候控制系统的效率，从而防止在对居民不利的位置形成加热或冷却的气穴，或者其中穿过外墙和屋顶的室内外的增加的温差增加了通过表面的热传递的速率。示例性风扇(110)的另一附加益处是，当由风扇(110)产生的循环空气与人体皮肤接触时，离开身体的热传递速率增加，从而产生允许在冷却期间使用更有效的HVAC系统的冷却效果。仅作为示例，另外的标准气候控制系统进一步可以包括至少一个示例性风扇(110)、至少一个低位(low-elevation)传感器(130)、至少一个高位(high-elevation)传感器(140)、至少一个占用传感器(150)、至少一个主控制系统(160)、至少一个HVAC系统(170)和可选地至少一个外部传感器(180)，如图3所示。
虽然示出了包括如上所述的风扇(110)的示例性热舒适性控制系统(100)，但是应当理解，示例性热舒适性控制系统(100)中可以包括任何其他类型的风扇，包括不同类型风扇的组合。这样的其他风扇可以包括基座安装的风扇、壁装风扇或建筑物通风风扇等。也应当理解，如图3所示的传感器(130、140、150、180)的位置仅仅是示例性的。除了或代替图3所示的位置，传感器(130、140、150、180)可以位于任何其它合适的位置。仅作为示例，高位传感器(140)可以安装到托梁、风扇、墙壁的上部区域和/或任何其它合适的位置。基于本申请的教导，传感器(130、140、150、180)可以位于各种合适的位置，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。此外，应当理解，传感器(130、140、150、180)本身仅仅是示例。传感器(130、140、150、180)可以根据需要修改或省略。
此外，除了或替换一个或多个传感器(130、140、150、180)之外，可以根据需要使用各种其它类型的传感器。例如，与用户相关联的生理传感器(190)可以用于感测用户的生理条件，如图4所示。感测的生理条件可以涉及用户的能量代谢当量(MET)、心率、脉搏、血压、身体(例如皮肤表面)温度、呼吸、体重、出汗、血氧水平、皮肤电反应或任何其他生理条件。作为示例，生理传感器(190)可以包括可穿戴传感器，诸如腕带、臂带、腰带、手表、眼镜、服装配件或者能够由用户佩戴或附接到用户身体的任何其它传感器。另外，生理传感器(190)可以包括内部传感器，诸如已经嵌入在用户体中或被用户摄取的传感器。
在任何实施例中，生理传感器(190)能够将关于用户的生理条件的数据直接传输到主控制系统(160)或经由中间设备间接传输到主控制器系统(160)。生理传感器(190)和主控制器(160)之间的通信可以是无线的，例如通过使用RF传输、蓝牙、WIFI或红外技术。在经由中间设备进行通信的情况下，所述设备可以包括计算机或便携式计算设备，诸如平板电脑、智能手机或任何其它能够从生理传感器(190)接收数据并将所述数据发送到主控制器(160)的设备。
此外，系统(100)可以从一个或多个其他源接收信息，包括但不限于在线源。例如，系统(100)可以通过有线或无线方式经由因特网接收一个或多个温度值、其他值、过程、固件更新、软件更新和/或其他种类的信息。系统(100)与因特网和/或其他网络进行通信可以使用的各种方式、以及可以传送的各种类型的信息，对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如图4所示，在这样的示例性热舒适性控制系统(100)中，主控制系统(160)可以基于多个条件来确定适当的舒适控制设置(450)，所述多个条件可以包括外部干球温度、房间占用率、和/或一天中的一段时间，以及可能存在的其它因素。仅作为这种舒适控制设置确定(450)的示例，主控制系统(160)可以基于内部和/或外部感测到的干球温度在“加热”或“冷却”之间进行选择，然后，主控制系统基于感测的使用率在“占用”或“未占用”之间进行选择。这些条件以及其它条件可以通过上述提到的传感器(130、140、150、180、190)并以下面描述的方式传送到主控制系统(160)。尽管由上述示例性热舒适性控制系统(100)中的主控制系统(160)确定适当的舒适控制设置，但是热舒适性控制系统(100)的其他配置可以允许居住者在多个舒适控制设置中进行选择。除其他设置外，舒适控制设置可以包括：“占用加热”模式(458)、“未占用加热”模式(456)、“占用冷却”模式(454)和“未占用冷却”模式(452)(参见图5)。每个设置可以具有与其相关联的可编程的有效温度设置范围，以及作为HVAC系统(170)的操作序列的一部分来操作风扇(110)的选项，这两者响应于在相关设定范围之外的有效温度，以及在适当时，响应于其它条件，例如下面描述的在特定房间中的高位温度和低位温度之间的差异。
高位传感器(140)和低位传感器(130)将感测整个房间中的各个位置处的温度。传感器可以感测空气干球温度或湿球温度，但是也不必一定感测。高位传感器(140)和低位传感器(130)也可以感测相对湿度、空气速度、光级度或可能存在的其它条件。当然，单独的专用传感器也可以用于感测可能存在的这种其它条件。
在一些版本中，检测到的光级度可以通过指示其外部阳光是否充足而被考虑至控制过程中。例如，光传感器(例如，光电池)可以在白天捕获房间内的环境光线。考虑到来自人造光源(L)的任意光，系统(100)可以对指示通过一个或多个窗口到达房间的有效的阳光的光级度做出反应，例如，假设阳光本身将至少向房间内的居住者提供感知的加热效果，通过在夏季增加冷却效果(例如通过调节风扇速度(例如，基于更多的被检测到的光来增加速度)和/或激活HVAC系统)，或者通过在冬季减少加热效应。
作为另一个仅仅是说明性的示例，光传感器可以指示房间是否在夜间被占用(例如，在与夜间相关的时间点亮的房间指示房间的当前占用或预期占用)。作为另一个仅仅是说明性的示例，检测到的光级度可以触发自动升高或降低房间窗口处的百叶窗，或者完全打开，或者打开特定程度或量。考虑到本文的教导，对于本领域的技术人员来说，其中光级度被考虑到系统(100)的控制过程中可以使用的其他合适方式将是显而易见的。当然，系统(100)的一些版本可能简单地缺乏光感测能力。
如图3所示，高位传感器(140)可以位于风扇(110)、天花板(200)或房间的其他地方。低位传感器(130)可以位于将被占用的房间的水平处或附近。可选地，示例性热舒适性控制系统可以包括将感测干球温度、相对湿度、大气压力或可能存在于建筑物外壳外部的其他条件的外部传感器(180)。最后，占用传感器(150)将感测房间内的居住者的存在。占用传感器(150)可以放置在整个房间中，但是在入口处尤其有效，如图3所示。传感器(130、140、150、180)可以放置在单个房间或区域中，或者可以放置在多个房间或区域中。来自高位传感器(140)、低位传感器(130)、外部传感器(180)和占用传感器(150)的测量可以被传送到主控制系统(160)。作为仅仅是说明性的示例，上述温度传感器(130、140)可以根据于2010年11月18日公开的题为“基于温差用于吊扇的自动控制系统(Automatic ControlSystem For Ceiling Fan Based on Teperature Differentials)”的美国专利公开号2010/0291858的教导进行配置，其公开内容通过引用并入本文。当然，上述和图3中所示的传感器(130、140、150、180)的位置仅仅是示例性的，并且可以利用任何其他合适的位置。
主控制系统(160)可以包括一处理器，其能够解释和处理从传感器(130、140、150、180、190)接收的信息以确定温度何时在相关设定范围之外并且也识别存在于整个房间的温差。处理器也可以包括用于执行某些控制过程的控制逻辑，以便基于从传感器(130、140、150、180、190)传送的信息(温度、空气速度、相对湿度等)和由主控制系统(160)自动选择或由居住者手动选择的设置来实现适当的控制响应。基于控制程序，可以通过从主控制系统(160)传送至风扇(110)和/或HVAC系统(170)的命令来执行适当的控制响应。仅作为示例，可通过一控制程序来驱动风扇(110)，所述控制程序依照感测的温度和湿度的函数来改变风扇速度。一些这样的版本可以提供一种如美国专利公开号2010/0291858教导的控制程序，其公开内容通过引用并入本文。在一些设置中，依照感测的干球或表面温度和湿度的函数来改变风扇速度可有助于避免在与风扇(110)相同的房间内的物体上的凝结；和/或可以提供其他效果。
仅作为说明性示例，控制逻辑的基础可以从ASHRAE(美国冷暖空调工程师协会)标准55-2013(通过引用并入本文)和/或其他相关的舒适相关理论或研究中的热舒适方程导出。如下所述，空气速度和有效温度可以从ASHRAE标准55-2013的SET方法和/或其它相关的舒适相关理论或研究中推导出。控制逻辑可以包括诸如干球温度、相对湿度、空气速度、光级度、用户的生理条件和/或可能存在的其他条件之类的因素；以确定如何最有效地实现居住者热舒适度的可接受水平。主控制系统(160)可以在初始“学习期”期间获取居住者的热偏好。然后，主控制系统(160)可以将控制逻辑应用于居住者的热偏好以减少HVAC系统(170)和风扇(110)的能量消耗。在主控制系统(160)利用测量的用户生理条件(例如MET)的情况下，根据SET方法和/或其他相关的舒适相关理论或研究的相关参数的推导可利用对空间中的用户的实时生理测量，而不是在初始设置时段期间选择的默认设置。因此，可以通过对环境和系统的更准确的评估来更快速和更准确地执行这些推导。
主控制系统(160)、HVAC系统(170)、风扇(110)和各种传感器(130、140、150、180、190)之间的通信可以通过有线或无线连接、RF传输、红外线、以太网或任何其它合适和适当的机制来实现。主控制系统(160)也可以经由局域网、因特网、蜂窝电话网络或其他合适的装置与附加设备(其可以包括计算机、便携式电话或其他类似设备)通信，以允许待远程执行的手动超驰控制或其他调整。热舒适性控制系统(100)可以由壁挂式控制面板和/或手持遥控器控制。在一些版本中，热舒适性控制系统(100)可以由智能开关、智能手机上的应用、其他移动计算设备或者由加利福尼亚州圣拉蒙的ZigBee联盟的控制器控制。这样的应用可以包括开/关、调光、增亮和休眠模式以及其他选项。
智能开关可以包括传感器(130、140、150、180)，其包括适配于放置在用于接收常规的“Decora”类型的灯开关的标准壁式安装盒中的传感器。这种智能开关可以在空间内改进以将信息从传感器(130、140、150、180)提供至主控制系统(160)。除了或代替传感器(130、140、150、180)，智能开关也可以包括主控制系统(160)。这种智能开关可以通过控制任何现有的HVAC系统(170)、风扇(110)和/或任何其他气候和环境控制产品，在一个空间内改进以作为示例性热舒适性控制系统(100)的主控制系统(160)。
仅作为说明性示例，假设主控制系统(160)已自动选择和/或居住者已手动选择“占用加热”模式(458)，并将有效温度设置为70℉。如图4所示，如果高位干球温度比低位温度高，则风扇速度可以增加至“冬季最大速度”(512)，以使更暖的空气在整个房间中循环。在本示例中，“冬季最大速度”是最大风扇速度(512)的30％，但是应当理解，可以使用任何其他合适的速度。然而，如果高位干球温度比低位干球温度更冷，则风扇速度可以在“冬季最低速度”(514)处保持恒定，以防止在整个房间中形成气穴。在本示例中，“冬季最低速度”是最大风扇速度(514)的15％，但是应当理解，可以使用任何其他合适的速度。如果在任何时候，低位温度传感器(130)将有效温度已降至69.5℉(520)的讯息传送至主控制系统(160)，则主控制系统(160)首先比较高位温度和低位干球温度(510)；以及如果高位温度比低位干球温度更暖，则可以增加风扇速度至“冬季最大速度”(512)，以在激活HVAC系统(170)之前循环在房间中较暖的空气。在允许暖空气在房间中循环适当时间之后，可以再次测量干球温度，或者可以作为连续反馈回路的一部分进行连续测量，然后主控制系统(160)可以采取合适的控制响应。如果在任何时候，低位温度传感器(130)将干球温度已经下降到69℉(530)的讯息传送至主控制系统(160)，则主控制系统(160)将激活HVAC系统(170)(532)。当然，在“占用加热”模式(458)中可以使用任何其他合适的温度值。
作为另一个仅仅是说明性的示例，假设主控制系统(160)已自动选择和/或居住者已手动选择“未占用加热”模式(456)，并且将有效温度设置为55℉。所图6所示，如果高位干球温度比低位干球温度更暖，则可以增加风扇速度至“冬季最大速度”(612)处，以在整个房间中循环较暖的空气。在本示例中，“冬季最大速度”是最大风扇速度(612)的30％，但是应当理解，可以使用任何其他合适的速度。然而，如果高位干球温度比低位温度更冷，则风扇速度可以在“冬季最低速度”(614)处保持恒定，以防止在整个房间中形成气穴。在本示例中，“冬季最低速度”是最大风扇速度(614)的15％，但是应当理解，可以使用任何其他合适的速度。如果在任何时候，低位温度传感器(130)将干球温度已下降到54.5℉(620)的讯息传送至主控制系统(160)，则主控制系统(160)可以首先比较高位干球温度和低位干球温度(610)；以及如果高位干球温度比低位干球温度更暖，则可以增加风扇速度至“冬天最大速度”(612)，以在激活HVAC系统(170)之前循环在房间中的较暖的空气。
在允许暖空气在房间中循环适当时间之后，可以再次测量温度，或者可以作为连续反馈回路的一部分进行连续测量，然后主控制系统(160)可以采取适当的控制响应。如果在任何时间，低位干球温度传感器(130)将温度已下降到54℉(630)的讯息传送至主控制系统(160)，则主控制系统(160)将激活HVAC系统(170)(632)。当然，在“未占用加热”模式(456)中可以使用任何其他合适的温度值。
作为另一个仅仅是说明性的示例，假设主控制系统(160)已自动选择和/或居住者已手动选择“占用冷却”模式(454)，并且将有效温度设置为80℉，并且主控制系统(160)确定最佳相对湿度为55％。如图7所示，如果低位传感器(130)将低位有效温度已经升高到设定温度(710)的5℉范围内的点的讯息传送至主控制系统(160)，则主控制系统可以激活风扇(110)。当低位有效温度接近设定的有效温度(712、714、716、718、720、722)时，主控制系统(160)可以增加风扇(110)的速度，直到风扇速度达到100％最大风扇速度(722)，如图6所示。由风扇(110)产生的空气运动通过增加来自身体的热传递速率而产生较低的有效温度。
主控制系统(160)可以将设定的干球温度调节至考虑感知的冷却效果(724)的更高的实际设定温度，同时将有效温度保持在初始设定温度80℉。主控制系统(160)用于确定感知温度的控制逻辑可以从ASHRAE标准55-2013的SET方法和/或其他相关的舒适相关理论或研究中推导出。有效温度可以基于干球温度、相对空气湿度和/或空气速度以及可能存在的其它条件。如果有效温度升高至初始设定有效温度(730)以上，则主控制系统(160)还可以激活HVAC系统(170)(732)。如果相对湿度水平上升至最佳相对湿度(740)以上，则主控制系统(160)也可以激活HVAC系统(170)(742)(即，不管实际或有效温度是多少)。当然，在“占用冷却”模式(454)中可以使用任何其他合适的温度和/或相对湿度水平值和/或风扇速度。
在如图8所示的类似说明性示例中，主控制系统(16)可以已自动选择和/或居住者可以已手动选择“占用冷却”模式(454)，并且将温度设置在80℉，并且主控制系统(160)确定最佳相对湿度为55％。在该实施例中，生理传感器(190)可以向主控制系统(160)传送用户的生理条件的值，例如MET。生理传感器(190)可以交替地测量心率、脉搏、血压、身体(例如皮肤表面)温度、呼吸、体重、出汗、血氧水平、皮肤电反应或加速度计或前述的组合中的一个或多个。传感器可以是可穿戴的，并且可以放置在腕带、臂带、腰带、手表、眼镜、衣服、服装配件(例如帽子、耳环、项链)或其中任何组合上。可替换地，传感器可以是嵌入的或摄取的。如果确定居住者是热的并且存在晴天条件，则传感器可以关闭相关的窗口装置，诸如遮阳件或遮蔽物。
当生理传感器(190)向主控制系统(160)传送用户的条件已经超过最小阈值，例如MET≥1.2(750)时，则主控制器系统可以激活风扇(110)。主控制系统(160)可以随着用户的测量MET增加(752、754、756、758、760、762)而增加风扇(110)的速度，直到风扇速度达到最大风扇速度(762)的100％，参见图9。由风扇(110)产生的空气运动通过增加来自身体的热传递速率而产生更低的有效温度。
主控制系统(160)可以将设定的干球温度调节至考虑感知的冷却效果(724)的更高的实际设定干球温度，同时将感知的温度保持在初始设定的有效温度80℉。主控制系统(160)用于确定感知温度的控制逻辑可以从ASHRAE标准55-2010的SET方法和/或其他相关的舒适相关理论或研究中推导出。有效温度可以基于温度、相对空气湿度和/或空气速度以及用户的生理条件等其它可能存在的条件。如果有效温度升高至高于初始设定有效温度(730)，则主控制系统(160)可以激活HVAC系统(170)(732)。如果相对湿度水平升高至最佳相对湿度(740)以上，则主控制系统(160)也可以激活HVAC系统(170)(742)(即，不管实际或有效温度是多少)。在调节风扇速度中，主控制系统(160)可以单独使用来自生理传感器(190)的数据或者结合使用来自任何其他传感器(130、140、150、180)的数据以考虑有效温度变化。
作为另一个仅仅是说明性的示例，假设主控制系统(160)已自动选择和/或居住者已经手动选择“未占用冷却”模式(452)，并且将温度设置为90℉。如图10所示，即使HVAC系统(170)已经被主控制系统(160)激活，风扇(110)也可以保持关闭，因为在未占用的房间中空气的冷却效果是无用的。如果温度升高到原始设定温度(810)以上，则主控制系统(160)可以激活HVAC系统(170)(812)。当然，在“未占用冷却”模式(452)中可以使用任何其他合适的温度和/或相对湿度水平值。
除了与HVAC系统(170)一起使用或替代HVAC系统(170)使用外，热舒适性控制系统(100)可以与辐射加热系统(例如，辐射热地板，蒸汽管道散热器系统等)组合使用。热舒适性控制系统(100)可以按上述的进行操作，以确定并将有效温度改变或维持在房间内的占用水平。风扇(110)可用于将来自辐射热源的热量均匀分布在整个空间中。这可以提高能量效率并减少空间内的加热和/或冷却所需时间。
热舒适性控制系统(100)可以编程为学习居住者在一段时间内的偏好。作为这样的能力的示例，主控制系统(160)可以按居住者在一段时间的偏好的结果，确定居住者偏好与特定风扇速度和/或干球温度设置结合的某一相对湿度水平，或相反亦然。可以针对特定时间段建立这样的偏好，例如在一年的特定时间内，使得主控制系统(160)可以在一年中对不同时间建立不同的占用偏好；或者可以针对如上所述可能存在的特定外部条件建立这样的偏好，使得主控制系统(160)可以针对不同的外部条件建立不同的占用偏好。
示例性热舒适性控制系统(100)可以提供基于区域的热控制，而常规上跨越多个房间或区域控制HVAC系统(170)。传感器(130、140、150、180)可以放置在多个房间或区域中，并且居住者可以建立用于在所有房间或区域中使用的平均温度设置范围，或者居住者可以建立每个房间或区域特有的单独的温度设置范围。
主控制系统(160)可以基于平均或特定的有效温度设置范围以及可能存在于每个单独的房间或区域中的热和/或占用条件来确定适当的控制响应，其中传感器(130、140、150、180)位于每个单独的房间或区域中。根据感测到的热和/或占用情况，主控制系统(160)可以激活或关闭特定风扇(110)和/或可以激活或关闭特定区域或房间中的HVAC系统(170)。因此，虽然跨越区域的平均干球温度可能不超过激活HVAC系统(170)的设定范围，但是被占用的房间中的风扇(110)可以由主控制系统(160)激活以增加那些房间的舒适度，而风扇(110)在未占用房间中保持空闲以减少功耗。
HVAC系统(170)也可以包括自动阻尼器，通过自动地将空气转向至占用区域并远离未占用区域来重新平衡HVAC系统(170)。这种阻尼器将允许主控制系统(160)将原本会浪费在未占用区域的空气转向到被占用的那些区域。自动阻尼器可由与主控制系统(160)通信的电机、螺线管等来驱动。主控制系统(160)可以能够在未占用的那些房间中维持更低的干球温度(在冬天)或更高的干球温度(在夏天)，例如通过将干球温度限制改变2℉-3℉的方式，直到房间被占用。如下面更详细地描述的，主控制系统(160)可以与每个房间或区域中的其他热控制产品相集成，以便于更有效的气候控制。
主控制器(160)也可以包括诸如显示器的模块，以允许进行控制。控制器(160)可以允许用户超驰地独立控制空间中的风扇，或者要求风扇基于感测到的条件以一定的顺序随时间进行操作。控制器(160)也可以允许触发待控制的风扇调节的调整的感测条件，包括可能通过使区域中的风扇在感测到某一条件时打开，在感测到某个条件(时间、温度、光等)时关闭，或者基于感测到的条件以其他方式调节速度。
示例性热舒适性控制系统(100)的另一个好处是，其可以提供预定的热控制，而常规上HVAC系统(170)全天候运行。主控制系统(160)可以编程为仅在特定时间内操作风扇(110)和/或HVAC系统(170)。这样时间的示例通常地可以是在居住者工作时。主控制系统(160)也可以编程为在特定时间期间基于不同设置或有效温度设置范围来确定适当的控制响应。这样的时间的示例可以是在居住者正在睡觉时；在该时间期间热控制系统(160)可以编程为更低的有效温度设定范围(在冬季期间)或更高的有效温度设定范围(在夏季期间)，然后恰好在居住者通常醒来之前，可以开始升高(在冬季期间)或降低(在夏季期间)有效温度。如果在特定位置感测到高湿度，例如在浴室中淋浴，则系统(160)也可以调节窗口遮蔽物或开口。
主控制系统(160)也可以编程为仅在特定时间内基于“房间名”来操作风扇(110)和/或HVAC系统(170)，其中所述“房间名”编程在主控制系统(160)中，并且与特定房间和这样的房间的典型占用相关。作为这种操作的示例，房间可以作为“卧室”编程至主控制系统(160)中，以及主控制系统(160)可以自动确定仅在卧室的典型占用期间内操作风扇(110)和/或HVAC系统(170)，例如，通常在居住者睡眠的夜晚。主控制系统(160)也能够学习特定空间内的占用习惯。例如，主控制系统(160)可以确定的是，居住者通常在特定时间内仅使用特定空间，并且因此在该特定时间内仅操作风扇(110)和/或HVAC系统(170)以节省能量。最后，主控制系统(160)可以编程为仅在被占用区域内操作风扇(110)或HVAC系统(170)，而不管传感器(130、140)的任意位置，其可以是或不是与占用区相同的位置。
热舒适性控制系统(100)也可以用于帮助提高在特定空间内的人工照明的效率。光传感器可以包含在风扇(110)和/或传感器(130、140、150、180)上或其内部，以测量特定空间内的光级度。主控制系统(160)可以与特定空间内的人工照明集成，从而当特定空间的光级度超过预定或编程水平时，可以将人工照明变暗，直到光级度达到预定或编程的水平。如下所述，主控制系统(160)可以与特定空间内的自动百叶窗集成，从而当特定空间的光级度下降到预定或编程的水平以下时，主控制系统(160)可以打开自动百叶窗以利用自然照明，并且如果需要，主控制系统(160)可以增亮人工照明，直到光级度达到预定或编程的水平。自动百叶窗也可以自动打开，以在冬天白天时帮助加热；或者在夏天白天时自动关闭以减少冷却负荷。考虑到本文的教导，自动百叶窗可以与系统(100)集成的其它合适方式对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
热控制系统(100)也可以编程用于较不常规事件，如假期(“假期模式”)，此时如上所述热控制系统(100)可以关闭风扇(110)和/或HVAC系统(170)，或基于不同的设置或温度设置范围确定适当的控制响应。这种假期模式或其他较不常规的操作可由居住者手动触发和/或在感测到无占用达一段建立的阈值时间之后由热控制系统(100)自动触发。在假期模式期间，主控制系统(160)可通过不操作HVAC系统(170)和/或风扇(110)提高能源效率，或在更有效的能源水平下通过操作HVAC系统(170)和/或风扇(110)提高能源效率。如下所述，这种操作可以捆绑到其他任何数量的气候控制产品中。此外，系统(100)可以重置，或以其它方式通过热水器和/或能够进行这种控制的其他设备，降低在假期模式中的功率消耗。
热舒适性控制系统(100)可以与加利福尼亚的帕洛阿尔托公司的巢实验室(NestLabs,Inc.of Palo Alto,CA)的NESTTM恒温器系统集成。这种集成可以允许NESTTM恒温器系统从热舒适性控制系统(100)的部件接收信息和/或控制热舒适性控制系统(100)的部件；包括HVAC系统(170)、风扇(110)和/或传感器(130、140、150、180)等。风扇(110)和/或传感器(130、140、150、180)也可以用作进入其他设备的网关，并将所有这些点带回至NESTTM恒温器系统。仅作为其它设备的示例，用于高级能量监控的智能插头可以经由风扇(110)和/或传感器(130、140、150、180)与NESTTM恒温器系统耦合。集成也可以允许将上述的编程的或学习的占用时间段包含在NESTTM恒温器系统中。主控制系统(160)可以将能量使用传送至NESTTM恒温器系统。除了或代替NESTTM恒温器控制器外，主控制系统(160)也可以编程为作为NESTTM恒温器控制器来工作。如上所述，风扇(110)能量使用可以传送至NESTTM恒温器系统。最后，由上述的编程或学习的占用时间段来确定的风扇(110)的操作时间可以包含在NESTTM恒温器系统的数据记录中。作为又一个仅仅是说明性的示例，热舒适性控制系统(100)可以与北卡罗莱纳州的穆尔斯维尔公司的劳氏公司(Lowe's Companies,Inc.ofMooresville,North Carolina)的IRISTM系统集成。考虑到本文的教导，对于本领域的技术人员来说，可以与系统(100)组合的其他合适的系统和/或组件将是显而易见的。另一个示例是Ecobee智能恒温器。
如图3所示，上述示例性热舒适性控制系统(100)可以与任何数量的气候和环境控制产品组合，以及上述能力和操作可以配置为包括任何数量的气候和环境控制产品。这种附加产品的示例将是自动百叶窗(920)，其可以根据在任何特定时刻被引入到空间中的光级度打开或关闭(完全地或调制至特定量)。百叶窗(920)也可以设置在“隐私”模式，以防止它们在特意关闭时打开(或者在垂直百叶窗的情况下，使它们仅部分打开，例如从顶部向下)。
这种产品的另一个例子是空气净化器(922)，其可以用于基于由上述传感器(130、140)测量的空气质量测量来改善房间内的空气质量。这种产品的再一个实例是空气加湿器或除湿器(924)，以基于由传感器(130、140)测量的相对湿度测量来控制房间内的相对湿度。这种产品的另一个示例还是热水器(926)。这种产品的再一个实例是气味发生器(928)，其可以包括空气清新剂以将芳香剂分布在整个空间或仅分布在特定空间。主控制系统(160)也可以与允许控制诸如照明和音乐等附加特征的其他网络系统集成。
在一种方法中，包含主控制系统(160)的系统(100)适配于感测或估计外部辐射对在相关空间的居住者的热舒适性的影响，以及由此控制一个或多个风扇(110)或HVAC系统(170)。在一个示例中，这可以通过提供用于感测辐射能大小的传感器来实现，例如辐射热通量传感器(1000)，该辐射热通量传感器(1000)可以放置在或邻近与空间相关的窗口、或放置在或邻近表示与空间(例如，太阳能管、入口等)相关的辐射通量大小的典型结构。辐射热通量传感器的示例可以在http：//www.captecentreprise.com/prod02.htm(通过引用并入本文)中找到，但是这并不意味着将本公开限制为任何特定形式，包括基于用于感测辐射热通量的之后出现的科技。
确定辐射热通量可以用来自动控制环境条件。例如，感测到的热通量可以用来调节如自动百味窗(920)的自动化窗口或窗口遮蔽物(可能包括开启或关闭的程度)，以控制太阳能辐射对空间及其居住者(如果存在的话)的影响。例如，如果已确定到，辐射热通量是低于特定值，则从外部进入空间的光的量可由控制打开(部分地或全部)百叶窗(920)来控制。同样地，如果辐射热通量确定为高于特定值，则可以调节进入空间的光来改善产生的热效应，比如通过控制百叶窗(920)来关闭(以及接着进一步地控制风扇(110)和/或HVAC系统(170))。对来自外部的透光的调节也可以结合主控制系统(160)来完成，主控制系统(160)感测空间中的室内光强度，如利用光传感器(1010)，其也可以用来调节由电灯(L)(其与风扇(110)相关联或设置为给空间提供照明)供应的人工照明的量，以保持在一特定值，如由用户指定的设定点。代替或除了辐射热通量传感器之外，开窗表面温度传感器(1020)也可以用来确定邻近窗口的表面温度，以及太阳能强度传感器(1030)可以用来确定太阳光强度的量。
在窗口位于空间不同侧的情况下，系统(160)可以使用来自多个辐射通量传感器的输入以调节供给空间的光的量。例如，如果与朝向东方的窗口相关的辐射通量传感器在上午正在接收直接太阳光，则它可以关闭相关遮蔽物，同时打开另一朝向西方的窗口以允许间接太阳光(并结合人工照明的可能调节以满足任何设定值)。当太阳光投射至西面的窗口时，可以进行相反的晚间操作。策略定位的人造光也可以用来补偿穿过不同窗口所允许的不同量的光。
系统(160)逻辑也可以基于预测的条件进行操作，如天气预报(其可以通过无线接收，如通过互联网)。例如，如果预测的是晴天，则系统(160)可以与如果预测的是凉爽、多云天气时不同地调节窗口遮蔽物(如自动百叶窗920)。同样地，系统(160)也可以相应地调节控制风扇(110)或HAVA系统(170)。预测可以基于在类似过去天气事件(例如，当干球温度、湿度和/或太阳光的量是与预测相似的或相同的时，在一天中风扇、HVAC系统或窗口遮蔽物的变化)中系统已知的反应。预测也可以基于时间的，使得系统(160)在上午尝试利用风扇(110)来调节有效温度，与干球温度正常上升的晚些时候相比，上午的条件是更凉爽。
如以上提到的，系统(160)也可以用来控制可选择的打开和关闭(以及打开或关闭的程度)诸如窗口或通风口等自然通风源。这个打开和关闭可以基于一个或多个室内干球温度、占用条件、热通量，或也可以基于估计的或实际风速来完成，以及可以使用控制窗口位置(例如，在打开和关闭之间，或在多个打开位置中，这取决于所需的通风程度)的相关电机来完成。风速可以基于接收到的报告或在邻近窗口的位置诸如通过风速传感器(1040)实际感测的风速来确定。因此，感测到的风速可以用来确定窗口是否应该调节以打开至一特定程度(因此，产生间隔的和潜在加强的舒适的通风)或关闭至一特定程度，也可以基于用户选定的设定点来完成。如果窗口是打开的以帮助控制加热或冷却，风速也可以用来控制空间中任一风扇(110)的速度。如果窗口是打开的或被控制处于打开的状态，则也可以通过系统(160)关闭或禁用HVAC系统(170)，以避免浪费能量。系统(160)也可以设定至防止窗口被打开的安全模式或以其它方式由预设定设置来调节。可替换地，代替自动化的窗口，系统(160)可以指示用户需要手动打开或关闭窗口以实现想得到的设定温度，如通过提供报警或发送电子邮件、文本消息或类似的通讯至计算设备，如移动电话。
仅作为说明性示例，假设主控制系统(160)已自动选择和/或居住者已手动选择“占用加热”模式，并将干球温度设置为70℉，详见图6。如果空间中感测的干球温度低于设定温度，则HVAC系统应该激活以使干球温度保持在设定点。主控制系统(160)也将控制吊扇(110)以一给定速度开启，该速度可以基于已知的用户偏好来预设定或自适应(或，例如，如上述经测量的风速)。进一步地，如图11所示，主控制系统(160)可以操作以控制房间的光的量，如通过控制人工或自然照明。例如，如果感测的辐射热通量超过一特定的量，如200W/m2(其可由用户预编程和/或调节或设定)，则系统(160)应该控制百叶窗(920)全部打开，除非设定为隐私模式(如上所述，其可以包括一定程度的部分打开，同时在某些情况下保持隐私)。此外，在这种情况下系统(160)可以控制空间的照明以保持所需的照量明，其中所需的照明量由用户设定。如果温度是处在设定点与预设定上限值(如75℉)之间，则将调节百叶窗(920)的开口以使温度变化最小化，并且不引起周围光线的可察觉的变化(如由光传感器(1010)所确定)。当温度低于设定点时，则将完全打开百叶窗(920)；当温度高于上限值时，则应该关闭百叶窗(920)。否则，关闭百叶窗(920)。
仅作为另一说明性示例，假设主控制系统(160)已自动选择和/或居住者已手动选择“非占用加热”模式，并将干球温度设置为55℉，详见图7。如果所感测的干球温度低于设定温度，则HVAC系统(170)应该激活以使干球温度保持在设定点。主控制系统(160)也应该控制吊扇(110)以最小工作速度开启以提供最低水平的空气循环。如图12所示，如果感测到的辐射热通量超过预设值，则应该打开百叶窗(920)(除非设定为隐私模式)，以及应该关闭灯(L)。否则，应该关闭百叶窗(920)。
仅作为另一说明性示例，假设主控制系统(160)已自动选择和/或居住者已手动选择“占用冷却”模式，并将干球温度设置为80℉，详见图8。如果所感测的干球温度超过设定的干球温度，则HVAC系统(170)应该激活以使干球温度保持在设定点。主控制系统(160)也应该控制吊扇(110)以一特定速度开启。如图13所示，如果感测的辐射热通量超过预设值，应该关闭百叶窗(920)，以及应该打开灯(L)以保持所需的照明量。否则，应该打开百叶窗(920)和调暗灯(除非设定为隐私模式)。
仅作为另一说明性示例，假设主控制系统(160)已自动选择和/或居住者已手动选择“非占用冷却”模式，并将干球温度设置为90℉。如果所感测的干球温度超过设定的干球温度，则HVAC系统(170)应该激活以使温度保持在设定点。主控制系统(160)也应该控制吊扇(110)进行关闭。如果感测的辐射热通量超过预设值，则应该关闭百叶窗(920)，以及应该关闭灯(L)，详见图14。如果感测的室外干球温度低于室内干球温度，室内干球温度大于特定大小(如75℉)，以及辐射热通量是小于预设量，则应该打开百叶窗(920)(除非设定为隐私模式)。否则，应该关闭百叶窗(920)。
也提供基于一个或多个天气条件的预测算法的一示例。在此示例中，在早上给系统(160)提供关于当天预测天气的信息，例如，该预测天气为85℉的预测室外干球温度和晴天条件。系统(160)接着寻找任一先前相似的时期，并且基于定位匹配，确定HVAC系统(170)很有可能将在冷却模式中大量使用以保持空间的舒适，这是在先前的条件中发生的。利用其作为以前的协议，形成了当前的协议，其包括将百叶窗保持关闭整个上午，以最小化进入到空间的太阳能热增益，即使系统(160)可以正常地打开它们。通过在早上最小化太阳能热增益，空间干球温度更慢地增加和HVAC系统(170)将要比在其它的情况下更晚地开始工作。同时，风扇(110)可以用来提供冷却，直至超过设定的干球温度。如果包括窗口控制，则在白天气温上升以前，系统(160)也可以在晚上打开窗口以预冷却空间，因此，进一步地延迟HVAC系统(170)的使用。风向也可以用来控制，如通过打开和关闭某些窗口以增加通风或确保对流。
根据本公开的另一方面，一种热控制的系统和方法可以利用空间中隔离物的热质，以储存白天获取的用于晚上的太阳热能，所述隔离物如墙壁、天花板、地板或地板系统(以下称为“地板”)。作为背景，大的热质物体(如建筑基础)将在一长时期内慢慢地存储和释放热。如果太阳光刚好照射在热质上，则该热质可以使温度增加至远高于周围空气条件，以及太阳停止照射后将长时间保持该升高的温度。常规上，利用热质的太阳能加热仅是被动科技。这个功能旨在提高对太阳能热质加热的利用。然而，本公开建议通过遮盖物控制和对流抽吸(利用吊扇)来调节热可用性。
可以评估一些参数以确定是否在储热模式(TSM)下进行操作。允许储热模式(TSM)的参数可以包括一给定空间可得到的太阳光通量大小(例如，假设太阳光通量是大于特定阈值，如上述的200W/m2值)。此外，标准可以包括检查隔离物(如地板)的储热潜力是否足以保持预定的温度差(例如，在室温之上大于5℉的增量温度差的50％以上在典型的太阳能通量下超过2小时)。该标准可以通过热计算(参见下面的示例)或通过建筑材料的经学习的热反应(例如通过在遮蔽物关闭之后测量地板的温度变化并且记录到温度降的50％的时间)来确定。如果在如几天的特定时间段内，该记录时间大于预定量(例如，2小时)，则地板是足以用于储热。
然后可以使用以下用户输入和基于这些输入的热属性查找表来进行热计算：(1)地板结构类型；(2)地板遮蔽物；和(3)占用预测。地板的构造决定了能够存储多少能量以及将需要多长时间使能量移入和移出地板，并且可以利用用户输入来确定(地板类型的选择；地面水泥板(slab on grade)、架空层(crawl space)、第二地板等)。地板的绝缘值也将影响能够多快地从地板存储或提取太阳能。这可以使用用户输入(地板遮蔽物的选择；瓦、厚地毯、办公室地毯、裸板等)来确定。
占用预测可以使用如恒温器离开设置(例如，如果用户指定他们会在一天中的某个时段期间“离开”，则该未占用时间段可以用于储热功能)来完成。可替换地，系统可以使用多天的运动传感器数据来预测居住者在一周的给定天数何时会离开家。
提供了用于确定特定地板是否适合于储热的计算的示例。假设地板是没有地毯的0.1米厚(Th)的抛光混凝土板，并且保持温差的时间为2小时(dt)，在这种情况下：
假设存在地板和空气存在5℉的温差，则能量存储可以计算如下：
由于板的对流引起的热损失可以确定如下：
其中静止空气中的水平面的对流系数为：
由于从地板到墙壁的辐射的热损失可以估计如下：
其中：
ε混凝土＝0.63
ε墙壁＝0.92
σ＝斯特藩-玻尔兹曼参数
相应地，地板的储热潜力可以估算如下：
因为这小于50％，所以确定地板足够用于储热。
如图12所示，储热操作模式可以结合前述描述中概述的热舒适性控制来实现。首先，确定是否发现特定的地板足以用于储热。如果是，则确定在下一个晚上的大部分时间是否预测热需求(诸如基于历史观察、预测的预报或用户输入)。此外，通过诸如主控制器(160)的控制器的方式，确定在一天中是否激活未占用加热模式，以及也确定太阳光通量是否高于阈值。
如果满足这些条件，则相应地控制用于调节环境条件的一个或多个控制器。例如，用于循环空间中的空气的风扇将被关闭或被控制以保持关闭达预定时间，诸如预测的未占用时间段的前半段，以及百叶窗(或其它窗口遮蔽物)将保持打开的状态。如果超过预定时间，则空气循环设备将运行，优选地以最大可能速度运行，以及百叶窗将保持打开的状态。如果在任何时间重新建立占用，则如上所述，再次在百叶窗打开的情况下，装置的速度将降低至满足居住者舒适性的最大速度。如果热储存器耗尽(其可以使用非接触温度传感器感测到)，则可以中断热运行模式。
如本文所使用的，术语“窗口”被认为包括构造在墙壁、门或屋顶中的任何开口，其用于允许光或空气进入空间。因此，术语窗口可以包括天窗或类似结构。如本文所使用的，术语“窗口”与“开窗”同义，该术语用于ASHRAE标准90.1-2013中，其通过引用并入本文。
已经示出和描述了本发明的各种实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员通过适当的修改可以实现本文所述的方法和系统的进一步修改。已经提到了几种这样的潜在修改，并且其它修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，上面讨论的示例、实施例、几何形状、材料、尺寸、比率、步骤等是说明性的而不是必需的。因此，本发明的范围应当根据可以呈现的权利要求来考虑，并且被理解为不限于在说明书和附图中示出和描述的结构和操作的细节。

Claims (60)

1.一种用于空间的环境控制系统，所述空间包括至少一个被适配为允许光进入所述空间的窗口，所述环境控制系统包括：
用于调节环境条件的环境控制器；
至少一个第一传感器，用于感测与所述空间相关联的辐射能量大小并生成输出；以及
控制器，用于基于所述输出来控制所述环境控制器的操作。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述环境控制器选自由以下组成的组：风扇、灯、HVAC系统、窗口、窗口遮蔽物或前述的任意组合。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述环境控制器包括用于由所述控制器打开和关闭的自动化的窗口遮蔽物，所述控制器被适配为用于在选择隐私设置时将所述自动化的窗口遮蔽物保持在关闭状态。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述灯附接至包括风扇的吊扇上，并且基于所述传感器输出进行调节。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括第二传感器，所述第二传感器选自由以下组成的组：光传感器、温度传感器、湿度传感器、占用传感器、风速传感器以及前述传感器中的两个或两个以上的任意组合，以及其中所述控制器基于一个或多个第二传感器的第二输出控制环境控制器的操作。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二传感器包括温度传感器，以及进一步包括由用户提供的设定温度，以及其中所述控制器基于温度传感器的输出和设定温度的比较来控制吊扇、HVAC单元、自动化的窗口遮蔽物和灯中的一个或多个。
7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括占用传感器，以及其中所述控制器基于所述占用传感器的输出来控制吊扇、HVAC单元、自动化的窗口遮蔽物和灯中的一个或多个。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述控制器被适配为用于接收预测的天气条件并且基于所预测的天气条件控制环境控制器。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述环境控制器包括自动化窗口，并且进一步包括风速传感器，其用于与控制器通信以确定是否自动打开窗口。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述环境控制器包括自动化窗口，并且进一步包括风向传感器，其用于与控制器通信以确定是否自动打开窗口。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被适配为用于基于传感器的输出向用户发送警报以指示打开或关闭与空间相关的窗口的需要。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括辐射热通量传感器。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被适配为用于基于所感测的辐射能量大小来确定空间中的隔离物是否有用于向所述空间提供热量，以及其中，当确定所述隔离物有用于向所述空间提供热量后，所述控制器根据预定设置调节环境控制器进行操作。
14.一种用于空间的环境控制系统，包括：
风扇，用于在所述空间内使空气循环；
传感器，用于感测与所述空间相关的辐射能量大小并且生成输出；以及
控制器，用于基于所述传感器输出来控制所述风扇的操作。
15.根据权利要求14所述的系统，进一步包括由所述控制器基于所述传感器输出来控制的HVAC系统。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器基于所述传感器输出来调节风扇或HVAC系统中的一个或两个以进行操作。
17.根据权利要求14所述的系统，进一步包括自动化的窗口遮蔽物，以及其中所述控制器基于所述传感器输出调节自动化的窗口遮蔽物。
18.根据权利要求14所述的系统，进一步包括自动化窗口，以及其中所述控制器基于所述传感器输出调节自动化窗口。
19.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器被适配为用于基于所感测的辐射能量大小来确定所述空间中的隔离物是否有用于向所述空间提供热量。
20.根据权利要求14所述的系统，其中，在确定所述隔离物是有用于向所述空间提供热量时，所述控制器根据预定设置调节所述风扇进行操作。
21.根据权利要求14-20中任一项所述的系统，其中所述传感器包括辐射热通量传感器。
22.一种用于空间的环境控制系统，包括：
至少一个窗口，被适配为用于打开到至少一个位置，以允许空气进入所述空间；
传感器，用于感测所述空间中的条件并生成输出；以及
控制器，用于基于所述传感器输出来调节所述窗口位置。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述控制器发出用于调制与窗口相关的电机的控制信号，以使所述窗口打开。
24.根据权利要求22所述的系统，其中所述控制器向用户发出关于窗口打开的警报。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述警报是包括用户可感知信息的电子消息的形式。
26.根据权利要求22所述的系统，其中所述传感器选自由以下组成的组：温度传感器、湿度传感器、占用传感器、辐射通量传感器、风速或风向传感器、太阳能强度传感器、或前述传感器中的两个或两个以上的任意组合。
27.根据权利要求22所述的系统，其中所述控制器被适配为用于基于所感测的辐射能量大小来确定所述空间中的隔离物是否有用于向所述空间提供热量。
28.一种用于空间的环境控制系统，所述空间与至少一个窗口相关，所述窗口被适配为用于允许光或空气进入所述空间，所述环境控制系统包括：
风扇，用于使所述空间内的空气循环；
传感器，用于感测与所述空间相关的条件；以及
控制器，用于基于所述传感器输出来控制风扇的操作和窗口的状态。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述窗口包括自动化百叶窗，以及所述控制器被适配为用于控制通过窗口进入空间的光的量，以作为所述窗口的状态。
30.根据权利要求28所述的系统，其中所述窗口包括自动化窗口，以及所述控制器被适配为用于控制通过窗口开口进入空间的空气量，以作为所述窗口的状态。
31.一种用于空间的环境控制系统，所述空间包括至少一个窗口以及一隔离物，所述至少一个窗口被适配为用于允许光进入所述空间，所述环境控制系统包括：
风扇，用于使所述空间内的空气循环；
至少一个第一传感器，用于感测与所述空间相关的辐射能量大小并生成输出；以及
控制器，用于基于所述传感器输出来控制所述风扇。
32.根据权利要求31所述的系统，其中所述控制器被适配为用于基于所感测的辐射能量大小来确定空间中的隔离物是否有用于向所述空间提供热量，以及其中，当确定所述隔离物有用于向所述空间提供热量后，所述控制器根据预定设置控制风扇进行操作。
33.一种控制空间中的环境条件的方法，包括：
基于感测到的与所述空间相关的辐射热通量来调节所述空间的环境条件。
34.一种控制空间中的环境条件的方法，包括：
基于所述空间中感测到的条件，控制至少一个窗口，所述至少一个窗口被适配为用于打开到至少一个位置，以允许空气进入所述空间。
35.一种控制空间中的环境条件的方法，包括：
基于所述空间中的温度的检测值控制窗口、窗口遮蔽物和风扇中的一个或多个；以及
当检测到的温度高于或低于预定值时，激活用于调节空间中的温度的附加系统。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述附加系统包括HVAC系统。
37.一种调节包括窗口的空间中的环境条件的方法，包括：
基于预定温度设置、占用状态和辐射热通量值，调节以下中的一个或多个：
(i)风扇，用于使所述空间内的空气循环；
(ii)HVAC系统，用于控制空间的温度；
(iii)遮蔽物，用于至少部分地遮盖所述窗口；以及
(iv)灯，用于向所述空间提供人造光。
38.根据权利要求37所述的方法，其中如果所述空间被占用并且需要加热，则所述HVAC单元被激活以向所述空间提供加热的空气，以达到所述预定温度设置，调节所述风扇以最小速度打开，如果辐射热通量值超过预定大小，则调节遮蔽物以露出窗口，并且调节灯以提供预定量的光。
39.根据权利要求37所述的方法，其中如果所述空间未被占用并且需要加热，则所述HVAC系统被激活以向所述空间提供加热的空气，以达到所述预定温度设置，调节所述风扇以最小速度打开，以及如果辐射热通量值超过预定大小，调节遮蔽物以露出窗口，并且调节灯以提供最小量的光。
40.根据权利要求39所述的方法，进一步包括以下步骤：基于辐射热通量值确定所述空间中的隔离物是否有用于向所述空间提供热量，以及根据预定设置调节所述风扇。
41.根据权利要求37所述的方法，其中如果所述空间被占用并且需要冷却，则所述HVAC系统被激活以向所述空间提供冷却的空气，以达到所述预定温度设置，调节所述风扇以大于最小速度的速度打开，如果辐射热通量值超过预定大小，则调节遮蔽物以遮盖窗口，并且调节灯以提供预定量的光。
42.根据权利要求37所述的方法，其中如果所述空间未被占用并且需要冷却，则所述HVAC系统被激活以向所述空间提供冷却的空气，以达到所述预定温度设置，调节所述风扇至关闭状态，以及如果辐射热通量值超过预定大小，则调节遮蔽物以遮盖窗口。
43.一种调节通过多个窗口进入房间的自然光的方法，包括：
使用控制器，基于可用于穿过第一窗口的预测或实际自然光的量来调节在第一窗口上的第一窗口遮蔽物；以及
使用所述控制器，基于可用于穿过第二窗口的预测或实际自然光的量来调节在第二窗口上的第二窗口遮蔽物。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，基于所述第一窗口和第二窗口所朝的方向和一天中的时间来执行所述调节步骤。
45.根据权利要求43所述的方法，其中基于与所述第一窗口或第二窗口相关的所感测的辐射热通量来执行所述调节步骤。
46.一种调节空间中的环境条件的方法，包括：
基于预测的天气条件，使用控制器来控制环境控制器的操作，所述环境控制器如允许空气进入空间的窗口或者允许光进入空间的窗口遮蔽物。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，基于所预测的天气条件和作为类似历史天气条件的结果实现的控制的比较来执行所述控制步骤。
48.根据权利要求46所述的方法，其中，所述控制步骤包括控制所述空间中的风扇和用于向所述空间提供空气的HVAC系统中的一个或两个。
49.根据权利要求46所述的方法，其中所述控制步骤包括在所述预测的天气条件发生之前的时间控制所述窗口或窗口遮蔽物。
50.一种调节空间中的环境条件的方法，包括：
将预测的天气条件与历史天气条件进行比较；
基于所述比较，控制用于调节所述空间的环境条件的环境控制器。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述调节步骤包括根据与在历史天气条件期间的过去操作协议对应的当前协议来操作所述环境控制器。
52.一种使用热能调节空间的方法，包括：
确定所述空间中的隔离物是否有用于向所述空间提供热量；
在确定所述隔离物有用于向所述空间提供热量时，调节空间的环境条件。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述确定步骤包括确定在空间中的辐射能量大小。
54.根据权利要求52或53所述的方法，其中所述确定步骤包括确定所述隔离物的储热潜力。
55.根据权利要求52或53所述的方法，其中所述确定步骤包括确定经学习的热反应。
56.根据权利要求52所述的方法，其中所述调节步骤包括控制与所述空间相关的风扇不操作。
57.根据权利要求53所述的方法，进一步包括以下步骤：一旦所述隔离物不再有用于向所述空间提供热量时，根据预定设置来操作所述风扇。
58.根据权利要求52所述的方法，进一步包括以下步骤：在所述确定步骤之前预测所述空间的热需求。
59.根据权利要求52所述的方法，进一步包括以下步骤：确定所述空间是否被占用。
60.根据权利要求59所述的方法，其中，如果所述空间被占用，则所述方法包括将风扇调节至与存在人相对应的设置。
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