CN107438742A - 用于自适应地应用中央hvac系统和独立hvac系统的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及传感器网络、机器类型通信(MTC)、机对机(M2M)通信和物联网(IoT)技术。本公开可以基于上述技术被应用于诸如智能家居、智能建筑、智能城市、智能汽车、联网汽车、健康医疗、数字教育、智能零售、安全性和安全服务等的智能化服务。提供了一种用于自适应地应用中央供热、通风与空气调节(HVAC)系统和独立HVAC系统的方法和设备。所述方法包括通过将建筑物中的核心区域和周边区域的温度与设定温度进行比较来分析核心区域和周边区域的舒适程度；如果作为分析的结果，核心区域和周边区域中仅有一个是舒适的，则将核心区域和周边区域的温度之间的差与环境参数进行比较；基于比较的结果来改变当前运行的HVAC系统。

Description

用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的设备和 方法
技术领域
本公开涉及一种用于自适应地应用中央供热、通风、与空气调节(HVAC)系统和独立HVAC系统的设备和方法。
背景技术
互联网正在从人类产生并消费信息的面向人的连接网络向在分布式元件(诸如物品)之间发送/接收并处理信息的物联网(IoT)演变。万物网(IoE)技术可以是通过与云服务器等的连接将IoT与大数据处理相结合的示例。
对于IoT的实现，需要诸如感测、有线/无线通信和网络基础设施、服务接口和安全性的技术。目前，已研究了包括用于物品之间的互连的传感器网络、机对机(M2M)通信和机器类型通信(MTC)的技术。
可以在IoT环境中提供通过收集和分析从互联的物品产生的数据为人类生活创造新价值的智能互联网技术(IT)服务。IoT可以通过现有IT技术与各行业之间的融合在广泛的领域(包括智能家居、智能建筑、智能城市、智能汽车或联网汽车、智能电网、健康医疗、智能家电和最先进的技术医疗服务)中获得应用。
随着建筑设施的现代化建设，用于控制建筑物内的用于空调、电力、照明、防灾的各种设施的建筑控制系统已变得流行。
除了独立的系统(用于空调、电力、照明、访问控制、停车等)的简单自动化之外，建筑控制系统最近已被开发为建立有机地整合系统的有效网络。独立系统的高效整合是以开放技术的实现为前提而不是以特定公司的技术的实现为前提。此外，演进趋势是多个系统在更低层控制网络中的有机互连，而不是多个系统在更高层中的非完全整合。
对于大型建筑物中的空调，通常采用中央供热、通风、与空气调节系统或独立HVAC系统。中央HVAC系统是指空气处理机(AHU)通过跨接在建筑物的内部空间中的空气管道来分配冷却/加热的空气的系统，而独立HVAC系统是指室外机引入室内冷却液并冷却/加热室内空气的系统。中央和独立HVAC系统各自具有它们自身的缺点。也就是说，由于中央HVAC系统不可能独立地在周边区域和核心区域中控制温度，所以中央HVAC系统可能遭受室内热负荷不平衡和能量泄漏。独立HVAC系统不能引进室外空气。因此，不可能满足室内空气质量(IAQ)建议，例如，室内允许的二氧化碳(CO2)水平和一氧化碳(CO)水平。
为了克服中央HVAC系统和独立HVAC系统的这些缺点，正在积极研究混合HVAC系统，以便同时具有中央HVAC系统和独立HVAC系统。然而，由于中央HVAC系统和独立HVAC系统两者同时运行，所以混合HVAC系统比中央HVAC系统或独立HVAC系统独立操作时消耗更多的能量。结果，由于累进税率被应用于基本费用和功率消耗费用中的每一个，所以电费变高。
因此，需要开发一种克服中央HVAC系统、独立HVAC系统和混合HVAC系统的缺点的最佳HVAC系统。
上述信息仅作为背景信息被呈现，以帮助理解本公开。关于上述中的任何内容是否可适用于针对本公开的现有技术，没有确定且没有断言。
发明内容
技术方案
本公开的各方面在于解决至少上述问题和/或缺点并用于提供至少下面描述的优点。因此，本公开的一方面在于提供一种用于自适应地应用中央供热、通风、与空气调节(HVAC)系统和独立HVAC系统的设备和方法。
本公开的另一方面在于提供一种用于根据基于周边区域和/或核心区域的舒适度检测的情况来自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的设备和方法。
本公开的另一方面在于提供一种用于预测中央HVAC系统和独立HVAC系统的能量消耗并且应用在中央HVAC系统和独立HVAC系统之中的具有更小的能量消耗的HVAC系统的装置和方法。
本公开的另一方面在于提供一种用于考虑当前运行的HVAC系统是否满足预定的约束来自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的设备和方法。
根据本公开的一方面，提供了一种用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法。所述方法包括：通过将建筑物中的核心区域和周边区域的温度与设定温度进行比较来分析核心区域和周边区域的舒适程度；如果作为分析的结果，仅核心区域和周边区域中的一个是舒适的，则将核心区域和周边区域的温度之间的差与环境参数进行比较；基于比较的结果来改变当前运行的HVAC系统。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法。所述方法包括：预测中央HVAC系统和独立HVAC系统的能量消耗；在中央HVAC系统和独立HVAC系统之中选择具有更小的预测的能量消耗的HVAC系统；确定当前运行的HVAC系统是否满足预定的约束；以及基于确定的结果来确定是否运行选择的HVAC系统。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的设备。所述设备包括：控制器，被配置为通过将建筑物中的核心区域和周边区域的温度与设定温度进行比较来分析核心区域和周边区域的舒适程度，将核心区域和周边区域的温度之间的差与环境参数进行比较，如果作为分析的结果,核心区域和周边区域中仅有一个是舒适的，基于比较的结果来改变当前运行的HVAC系统；收发器，被配置为发送和接收与控制器相关的信号。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的设备。所述设备包括：控制器，被配置为预测中央HVAC系统和独立HVAC系统的能量消耗，在中央HVAC系统和独立HVAC系统之中选择具有更小的预测的能量消耗的HVAC系统，确定当前运行的HVAC系统是否满足预定的约束，基于确定的结果来确定是否运行选择的HVAC系统；收发器，被配置为发送和接收与控制器相关的信号。
从以下结合附图公开了本公开的各种实施例的详细描述中，本公开的其它方面、优点和显著特征对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
从下面结合附图的描述，本公开的特定实施例的上述和/或其它方面、特征和优点将变得更加明显，其中:
图1是示出根据本公开的实施例的用于通过控制单元自适应地应用中央供热、通风、空气调节(HVAC)系统和独立HVAC系统的方法的流程图；
图2是示出根据本公开的实施例的用于通过控制单元自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法的详细流程图；
图3是示出根据本公开的实施例的用于通过控制单元根据周边区域和核心区域的温度变化来自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的运行的曲线图；
图4是示出根据本公开的另一实施例的用于通过控制单元自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法的流程图；
图5是示出根据本公开的另一实施例的用于通过控制单元在预定间隔期间根据中央HVAC系统和独立HVAC系统的能量消耗以及预定约束来自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的操作的曲线图；
图6a和图6b示出了根据本公开的各种实施例的考虑能量消耗、与核心区域和/或周边区域中的温度变化相关的梯度以及HVAC系统的运行水平来设置温差参考的示例；
图7示出了根据本公开的实施例的考虑核心区域和周边区域之间的相互影响来设置温差参考的示例；
图8a至图8b示出了根据本公开的实施例的考虑预测平均评价(PMV)来设置温差参考的示例；
图9a至图9b示出了根据本公开的实施例的考虑室内空气质量(IAQ)指数来设置温差参考的示例；
图10示出了根据本公开的实施例的考虑设定时间表来设置温差参考的示例；
图11是示出根据本公开的实施例的用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的控制单元的内部结构的框图；
图12a、图12b和图12c示出了在季度功耗和电费的模拟结果方面，现有技术的混合HVAC方案和根据本公开的各种实施例的自适应HVAC方案之间的比较；
图13a、图13b和图13c示出了在季度功耗和电费的模拟结果方面，现有技术的混合HVAC方案和根据本公开的各种实施例的自适应HVAC方案之间的比较；
图14a和图14b是示出根据本公开的实施例的在中央HVAC系统和自适应HVAC系统中在核心区域和周边区域中一天的的温度变化的曲线图。
在整个附图中，相同的附图标号将被理解为代表相同的部件、组件和结构。
最优实施方式
提供了参照附图的以下描述以帮助全面了解由权利要求及其等同物限定的本公开的各种实施例。它包括各种具体的细节以帮助理解，但这些细节仅被认为是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以对本文描述的各种实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简明，可以省略对公知功能和结构的描述。
在以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于书面意义，而是仅被发明人使用以使得能够清楚和一致地理解本公开。因此，本领域技术人员应当清楚，本公开的各种实施例的以下描述仅用于说明的目的，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。
将被理解，除非另有明确规定，否则单数形式包括复数指示物。因此，例如，提及“组件表面”包括提及一个或更多个这样的表面中。
下面将详细地描述根据本公开的实施例的用于根据周边区域和核心区域的温度之间的差来自适应地应用中央供热、通风和空气调节(HVAC)系统和独立HVAC系统的方法。也就是说，将详细描述一种方法，所述方法考虑在建筑物的周边区域中测量的温度、在建筑物的核心区域中测量的温度、预定的设定温度和环境参数，确定是运行还是停止中央HVAC系统和独立HVAC系统中的每一个。
与本公开的实施例中描述的HVAC系统相关的装置可以包括例如吸收式制冷机、涡旋式制冷机、螺旋式制冷机、离心式制冷机、冷却塔、屋顶机、空气处理机(AHU)、风机盘管、可变风量(VAV)箱、锅炉(如燃烧器)、风冷/水冷室外机以及包括室内机和室外机的任何其它独立空气调节。
图1是示出根据本公开的实施例的用于通过控制单元自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法的流程图。
参照图1，在操作102，控制单元确定为选择HVAC系统所考虑的环境参数，例如α、β和γ。这里，α表示核心区域通过安装在周边区域中的独立HVAC系统的运行而获取的补偿温度，β和γ表示核心区域和周边区域之间的温差的参考。特别地，β是当在冷却系统的运行期间，核心区域的温度高于周边区域的温度时被考虑的温差参考，并且是当在加热系统的运行期间，周边区域的温度高于核心区域的温度时被考虑的温差参考。γ是当在冷却系统运行期间，周边区域的温度高于核心区域的温度时被考虑的温差参考，并且是当在加热系统的运行期间，核心区域的温度高于周边区域的温度时被考虑的温差参考。
在操作104，控制单元通过将在核心区域和周边区域中测量的温度与预定的设定温度进行比较来分析核心区域和周边区域的舒适程度。
在操作106，控制单元基于分析的结果来确定是否仅周边区域或核心区域是舒适的。也就是说，在冷却系统在建筑物中运行的情况下，如果核心区域的温度TCore高于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri低于设定温度TSP(TCore>TSP&&TPeri<TSP)，或者在加热系统在建筑物中运行的情况下，如果核心区域的温度TCore低于设定温度TSP，并且周边区域的温度TPeri高于设定温度TSP(TCore<TSP&&TPeri>TSP)，则控制单元确定只有周边区域是舒适的。此外，在冷却系统在建筑物中运行的情况下，如果核心区域的温度TCore低于设定温度TSP，并且周边区域的温度TPeri高于设定温度TSP(TCore<TSP&&TPeri>TSP)，或者在加热系统在建筑物中运行的情况下，如果核心区域的温度TCore高于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri低于设定温度TSP(TCore>TSP&&TPeri<TSP)，则控制单元确定只有核心区域是舒适的。
如果控制单元在操作106确定只有周边区域或核心区域是舒适的，则控制单元进行到操作108。另一方面，如果控制单元在操作106确定周边区域和核心区域均是舒适的或者均是不舒适的，则控制单元进行到操作104。
在操作108，控制单元确定周边区域和核心区域的温度之间的差是否等于或大于环境参数β或γ。如果在操作106确定只有周边区域是舒适的，则控制单元将周边区域和核心区域之间的温差与环境参数β进行比较。如果在操作106确定只有核心区域是舒适的，则控制单元将周边区域和核心区域之间的温差与环境参数γ进行比较。
如果在操作108，周边区域和核心区域之间的温差等于或大于环境参数β或γ，则在操作110，控制单元改变当前运行的HVAC系统。相反地，如果在操作108，周边区域和核心区域之间的温差小于环境参数β或γ，则控制单元110重复操作108，维持当前运行的HVAC系统。虽然已在图1中以示例方式描述了独立HVAC系统或中央HVAC系统当前正在运行，但是如果当前独立HVAC系统和中央HVAC系统均关闭，则控制单元保持当前状态，即关闭状态。
图2是示出根据本公开的实施例的用于通过控制单元自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法的详细流程图。
参照图2，在操作202，控制单元确定为选择HVAC系统所考虑的环境参数，例如α、β和γ。这里，α表示核心区域通过安装在周边区域中的独立HVAC系统的运行而获取的补偿温度，β和γ表示核心区域和周边区域之间的温差的参考。特别地，β是当在冷却系统的运行期间，核心区域的温度高于周边区域的温度时被考虑的温差参考，并且是当在加热系统的运行期间，周边区域的温度高于核心区域的温度时被考虑的温差参考。γ是当在冷却系统运行期间，周边区域的温度高于核心区域的温度时被考虑的温差参考，并且是当在加热系统的运行期间，核心区域的温度高于周边区域的温度时被考虑的温差参考。
在操作204，控制单元通过分析核心区域和周边区域的舒适程度来检测相关的情况。可以通过将在核心区域和周边区域中测量的温度与预定的设定温度进行比较来分析核心区域和周边区域的舒适程度。
相关的情况可以是核心区域和周边区域均不舒适的情况I、核心区域不舒适但周边区域舒适的情况II、核心区域舒适但周边区域不舒适的情况III或者核心区域和周边区域均舒适的情况IV。以下列方式来检测每种情况。
核心区域和周边区域均不舒适的情况I与如下情况相应：在冷却系统运行期间核心区域的温度TCore高于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri高于设定温度TSP(TCore>TSP&&TPeri>TSP)，或者在加热系统运行期间核心区域的温度TCore低于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri低于设定温度TSP(TCore<TSP&&TPeri<TSP)。
核心区域不舒适但周边区域舒适的情况II与如下情况相应：在冷却系统运行期间核心区域的温度TCore高于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri低于设定温度TSP(TCore>TSP&&TPeri<TSP)，或者在加热系统运行期间核心区域的温度TCore低于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri高于设定温度TSP(TCore<TSP&&TPeri>TSP)。
核心区域舒适但周边区域不舒适的情况III与如下情况相应：在冷却系统的运行期间核心区域的温度TCore低于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri高于设定温度TSP(TCore<TSP&&TPeri>TSP)，或者在加热系统运行期间核心区域的温度TCore高于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri低于设定温度TSP(TCore>TSP&&TPeri<TSP)。
核心区域和周边区域均舒适的情况IV与如下情况相应：在冷却系统运行期间核心区域的温度TCore低于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri低于设定温度TSP(TCore<TSP&&TPeri<TSP)，或者在加热系统的运行期间核心区域的温度TCore高于设定温度TSP并且周边区域的温度TPeri高于设定温度TSP(TCore>TSP&&TPeri>TSP)。
如果在操作204检测到的相关情况是核心区域和周边区域均不舒适的情况I，则在操作208，控制单元选择中央HVAC系统并且运行与中央HVAC系统相关的装置以进行整体冷却或加热。
在操作210，控制单元确定设定温度和核心区域的温度之间的差|TSP-TCore|是否等于或小于α。设定温度和核心区域的温度之间的差在加热系统运行期间是(TSP-TCore)并且在冷却系统运行期间是(TCore-TSP)。这里，α是核心区域通过安装在周边区域中的独立HVAC系统的运行而获取的补偿温度，并且将其默认设置为通过基于模拟的统计分析而获得的0.75℃。此外，α可以通过连续监测和数据收集被更新。
如果在操作210，设定温度和核心区域的温度之间的差的绝对值等于或小于α，则在操作212，控制单元运行独立HVAC系统。相反地，如果在操作210，设定温度和核心区域的温度之间的差的绝对值大于α，则在操作208，控制单元选择中央HVAC系统并操作与HVAC系统相关的装置。
如果在操作204检测到的相关情况是只有周边区域舒适的情况II，则在操作214，控制单元维持当前运行的HVAC系统。
在操作216，控制单元确定周边区域的温度与核心区域的温度之间的差的绝对值|TPeri-TCore|是否等于或大于β。这里，β是周边区域和核心区域的温度之间的差的限制。考虑到普通的HVAC系统在1℃下波动运行，β被默认设置为1℃。此外，β可以通过连续监测和数据收集被更新。
如果在操作216，周边区域的温度和核心区域的温度之间的差的绝对值|TPeri-TCore|等于或大于β，则在操作218，控制单元选择中央HVAC系统并运行与中央HVAC系统相关的装置。相反地，如果在操作216，周边区域的温度和核心区域的温度之间的差的绝对值|TPeri-TCore|小于β，则在操作214，控制单元维持当前运行的HVAC系统。
如果在操作204检测到的相关情况是只有核心区域舒适的情况III，则在操作220，控制单元维持当前运行的HVAC系统。
在操作222，控制单元确定周边区域的温度与核心区域的温度之间的差的绝对值|TPeri-TCore|是否等于或大于γ。这里，γ是周边区域和核心区域的温度之间的差的限制，并且被默认设置为1℃。此外，γ可以通过连续监测和数据收集被更新。
如果在操作222，周边区域的温度和核心区域的温度之间的差的绝对值|TPeri-TCore|等于或大于γ，则在操作224，控制单元选择独立HVAC系统并运行与独立HVAC系统相关的装置。相反地，如果在操作222，周边区域的温度和核心区域的温度之间的差的绝对值|TPeri-TCore|小于γ，则在操作220，控制单元维持当前运行的HVAC系统。
如果在操作204检测到的相关情况是核心区域和周边区域均舒适的情况IV，则由于周边区域和核心区域的温度满足预设的温度，所以在操作226，控制单元停止当前运行的HVAC系统。
虽然已在图2的操作214和220中以示例的方式描述了独立HVAC系统或中央HVAC系统当前正在运行。但如果独立HVAC系统和中央HVAC系统当前关闭，则控制单元保持当前状态，即关闭状态。
图3是示出根据本公开的实施例的用于通过控制单元根据周边区域和核心区域中的温度变化来自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的操作的曲线图。
参照图3，假设核心区域和周边区域的舒适程度的分析结果示出了核心区域和周边区域均不舒适的情况I。然后，控制单元运行中央HVAC系统(302)。在图3中也假设控制单元通过中央HVAC系统运行冷却系统。
当控制单元运行中央HVAC系统(302)时，控制单元确定设定温度TSP和核心区域的温度TCore (1)之间的差|TSP-TCore (1)|是否等于或小于α(304)。如果设定温度与核心区域的温度之间的差等于或小于α，则控制单元选择并运行独立HVAC系统(306)。核心区域可以通过独立HVAC系统的运行来获取与α一样多的补偿温度。结果，核心区域的温度TCore (1)下降了α，从而可以快速达到设定温度TSP。此外，在这种情况下，由于控制单元可以比现有技术的运行时间提前独立HVAC系统的运行时间，所以控制单元可以比现有技术更快地达到核心区域和周边区域之间的热平衡。
当控制单元运行独立HVAC系统(308)时，控制单元确定周边区域的温度与核心区域的温度之间的差是否等于或大于β(310)。如果周边区域的温度与核心区域的温度之间的差等于或大于β，则控制单元运行中央HVAC系统(312)。
如果在控制单元运行中央HVAC系统(314)时，核心区域和周边区域的温度均低于设定温度，则控制单元关闭当前运行的HVAC系统，即中央HVAC系统(318)。
如果独立HVAC系统和中央HVAC系统当前均处于关闭状态，则控制单元保持当前状态，即关闭状态(316)。
图4是示出根据本公开的另一实施例的用于通过控制单元自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法的流程图。
参照图4，在操作402，控制单元确定为选择HVAC系统所考虑的环境参数，例如α、β和γ。这里，α表示核心区域通过安装在周边区域中的独立HVAC系统的运行获取的补偿温度，β和γ表示核心区域和周边区域之间的温差的参考。特别地，β是当在冷却系统的运行期间，核心区域的温度高于周边区域的温度时被考虑的温差参考，并且是当在加热系统的运行期间，周边区域的温度高于核心区域的温度时被考虑的温差参考。γ是当在冷却系统运行期间，周边区域的温度高于核心区域的温度时被考虑的温差参考，并且是当在加热系统的运行期间，核心区域的温度高于周边区域的温度时被考虑的温差参考。
在操作404，控制单元收集环境数据。环境数据包括室外温度、平均室外温度、辐射温度、设定温度、核心区域温度、周边区域温度、一氧化碳(CO)水平和二氧化碳(CO2)水平。
在操作406，控制单元预测独立HVAC系统和中央HVAC系统之间的相对能量消耗ΔE。可以使用中央HVAC系统的能量消耗的预测值和独立HVAC系统的能量消耗的预测值计算相对能量消耗ΔE，如数学式1所示。
【数学式1】
ΔE＝Y1-Y2≤±σ
其中，Y1表示中央HVAC系统的能量消耗的预测值，Y2表示独立HVAC系统的能量消耗的预测值，σ表示预测值Y1和Y2的误差的均方偏差。基于在操作404中收集的环境数据对预测值Y1和Y2进行建模，表示为数学式2。
【数学式2】
Y1＝FENERGY(X1)＝f(TOutdoor，TRadiant，TSP，TIn，time，TSP-TIn，EPrevious，...)
Y2＝FENERGY(X2)＝f(TOutdoor，TRadiant，TSP，TIn，time，TSP-TIn，EPrerious，...)
其中，X1表示中央HVAC系统，X2表示独立HVAC系统，TOutdoor表示室外温度，TRadiant表示辐射温度，TSP表示设定温度，TIn表示室内温度，time表示当前时间，EPrevious表示先前时间的能量。
在操作408，控制单元考虑中央HVAC系统的能量消耗的预测值和独立HVAC系统的能量消耗的预测值，在中央HVAC系统和独立HVAC系统之中选择具有较小能量消耗的HVAC系统。
在操作410，控制单元确定当前运行的系统是否满足预定的约束。CO2水平、CO水平、核心区域和周边区域之间的温差、接收或不接收响应信号的请求、核心区域和周边区域之间的预测平均评价(PMV)差异、核心区域和周边区域之间的能量消耗差以及室内热量可以被考虑作为预定约束的标准。响应信号的请求可以包括例如电源过载的通知。可以将CO2水平范围确定为小于或等于标准中规定的x ppm或周围CO2水平+700ppm。核心区域和周边区域之间的温差范围可以被确定为等于或低于标准中规定的n℃。对于预定约束的上述标准和范围纯粹是示例性的。因此，可以考虑其他标准，相关的范围可以在环境下变化。
如果在操作410，当前运行的HVAC系统满足预定的约束，则在操作412，控制单元运行在操作408中选择的HVAC系统。控制单元运行与选择的HVAC系统相关的所有装置。
另一方面，如果在操作410，当前运行的HVAC系统不满足预定的约束，则在操作414，控制单元运行另一个未被选择的HVAC系统。控制单元运行与未被选择的HVAC系统相关的所有装置。
图5是示出根据本发明的另一实施例的用于通过控制单元在预定间隔期间根据中央HVAC系统和独立HVAC系统的能量消耗以及预定约束来自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的操作的曲线图。
参照图5，在第一间隔502期间，独立HVAC系统的预测能量消耗值低于中央HVAC系统的预测能量消耗值。因此，控制单元在第一间隔502内选择具有较小能量消耗的独立HVAC系统。控制单元确定当前运行的HVAC系统是否满足预定的约束。假设当前运行的HVAC系统满足预定的约束。因此，控制单元运行选择的独立HVAC系统，确认当前运行的HVAC系统满足预定的约束。
由于在第二间隔504期间，中央HVAC系统的预测能量消耗值低于独立HVAC系统预测能量消耗值，所以控制单元在第二间隔504内选择具有较小能量消耗的中央HVAC系统。控制单元确定当前运行的独立HVAC系统是否满足预定的约束。假设当前运行的独立HVAC系统满足预定的约束。因此，控制单元运行选择的中央HVAC系统，确认当前运行的独立HVAC系统满足预定的约束。
在第三间隔506期间，独立HVAC系统的预测能量消耗值低于中央HVAC系统的预测能量消耗值。因此，控制单元在第三间隔506内选择具有较小能量消耗的独立HVAC系统。控制单元确定当前运行的中央HVAC系统是否满足预定的约束。这里假设当前运行的中央HVAC系统的CO2水平超过预定的参考。因此，控制单元运行中央HVAC系统而不是选择的独立HVAC系统，确认当前运行的中央HVAC系统不满足预定的约束。
由于在第四间隔508期间，中央HVAC系统的预测能量消耗值低于独立HVAC系统的预测能量消耗值，所以控制单元在第四间隔508内选择具有较小能量消耗的中央HVAC系统。控制单元确定当前运行的中央HVAC系统是否满足预定的约束。这里假设当前运行的中央HVAC系统受到核心区域和周边区域之间的温度失衡的影响。因此，控制单元运行独立HVAC系统而不是选择的中央HVAC系统，确认当前运行的中央HVAC系统不满足预定的约束。
由于在第五间隔510期间，中央HVAC系统的预测能量消耗值低于独立HVAC系统的预测能量消耗值，所以控制单元在第五间隔510内选择具有较小能量消耗的中央HVAC系统。控制单元确定当前运行的HVAC系统是否满足预定的约束。这里假设使用当前运行的独立HVAC系统，在核心区域和周边区域之间实现温度平衡。因此，控制单元运行选择的中央HVAC系统，确认当前运行的独立HVAC系统满足预定的约束。
在第六间隔512期间，控制单元在中央HVAC系统和独立HVAC系统的能量消耗被改变的时间点，即在ΔE＝Y1-Y2≤±σ的时间点，改变运行的HVAC系统。因此，控制单元在能量消耗被改变的时间点将当前运行的中央HVAC系统切换到独立HVAC系统。
在接收到响应信号的请求(例如，在第七间隔514期间电源过载的通知)时，控制单元增加核心区域和周边区域之间的热平衡参考，并且运行具有相对小的能量消耗的HVAC系统。
图6a和图6b示出了根据本公开的各种实施例的考虑与核心区域和/或周边区域中的温度变化相关的梯度以及HVAC系统的切换周期来设置温差参考的示例。
参照图6a和图6b，基于多个因素来调整表示针对核心区域和周边区域之间的温差的参考的参数，例如β或γ，并且该参数被考虑用于切换HVAC系统。多个因素彼此影响，并且可以包括例如能量消耗、与核心区域和/或周边区域中的温度变化相关的梯度、HVAC系统的运行水平以及运行的HVAC系统的切换周期。
在图6a中，示出了基于与核心区域和/或周边区域中的温度变化相关的梯度来调整β的示例。也就是说，如果与核心区域和/或周边区域中的温度变化相关的梯度大于参考梯度，则控制单元可以将β调整为β'。
在图6b中，示出了基于HAVC系统之间的切换周期来调整γ的示例。也就是说，控制单元可以通过将γ调整为γ’将HAVC系统之间的切换周期调整为短于参考周期。
如果HVAC系统的运行水平高于参考水平，则与核心区域和/或周边区域的温度变化相关的梯度变得比参考梯度更大，并且运行的HVAC系统的切换周期变得比参考周期更短，从而影响能量消耗。
另一方面，如果HVAC系统的运行水平低于参考水平，则与核心区域和/或周边区域的温度变化相关的梯度变得比参考梯度更小并且运行的HVAC系统的切换周期变得比参考周期更长，从而也影响能量消耗。
例如，如果HVAC系统的运行水平高于参考水平，从而HVAC系统快速达到设定温度，则将β或γ调整为现有值导致HVAC系统的切换周期太短，从而能量消耗明显增加。因此，在这种情况下，如果将β或γ调整为比现有值更大的值，则HVAC系统的切换周期被延长，从而HVAC系统可以快速达到舒适的状态。
在考虑HVAC系统之间的切换周期来调整β或γ的情况下，如果HVAC系统之间的切换周期被设定为短于参考周期，则核心区域和周边区域快速达到热平衡。然而，如果HVAC系统之间的切换周期被设定为短于用于确定运行HVAC系统的时间段，那么冷却系统或加热系统即使满足设定温度也会持续运行。相反地，如果HVAC系统之间的切换周期被设定为短于参考周期，则核心区域和周边区域之间的热失衡增加，从而降低效率。
图7示出了根据本公开的实施例的考虑核心区域和周边区域之间的相互影响来调整温差参考的示例。
参照图7，可以考虑由一个HVAC系统(即独立HVAC系统或中央HVAC系统)的运行引起的核心区域和周边区域之间的相互影响来调整β或γ。也就是说，可以考虑核心区域通过安装在周边区域中的独立HVAC系统的运行而获取的补偿温度ΔT来控制β或γ。补偿温度ΔT可以通过基于模拟的统计分析被获取，并通过连续监测和数据收集被更新。核心区域和周边区域之间的相互影响包括周边区域对核心区域的影响以及核心区域对周边区域的影响。
假设在核心区域和周边区域之间允许的温度失衡为β，并且核心区域通过仅在周边区域中安装的独立HVAC系统的运行获取的补偿温度为ΔT，如果核心区域和周边区域之间的温差等于或大于β，则控制单元切换运行的HVAC系统。然而，由于补偿温度ΔT，核心区域可以更快地达到设定温度。因此，如果通过从先前设定的β减去ΔT将β调整为β'，则可以稍微更快地克服核心区域与周边区之间的温度失衡。此外，温度失衡也被缓解。
图8a至图8b示出了根据本公开的实施例的考虑舒适指数来调整温差参考的示例。
参照图8a和图8b，可以基于室内舒适指数(例如，温度或PMV)，考虑核心区域和周边区域的舒适程度之间的差异来调整β。
在图8a中，示出了核心区域和周边区域的温度变化的曲线图。在图8b中，示出了当调整β使得核心区域或周边区域的温度可以等于或小于参考舒适指数时，核心区域和周边区域的温度变化曲线图。
如果冷却系统正在运行，由于核心区域的温度超过参考舒适指数，可以通过将β调整为β'来缓解温度失衡。然而，将β调整为β'导致能量消耗的增加，因此进一步考虑能量消耗来调整β。
图9a至图9b示出了根据本公开的实施例的调节温差参考以满足室内空气质量(IAQ)建议的示例。
参照图9a和图9b，β或γ可以被调整以满足IAQ建议。IAQ由例如CO2和CO水平或细粉尘量被确定。
图9a是基于如下假设的情况：如果在独立HVAC系统(902)的运行期间核心区域和周边区域的温差等于或大于β(908)，则控制单元运行中央HVAC系统(904)，并且如果在中央HVAC系统(904)的运行期间核心区域和周边区域之间的温差等于或大于γ(910)，则控制单元运行独立HVAC系统(906)。
例如，在图9a的情况下，如果由于恶劣的室外环境将减少通风的空气量，在满足IAQ建议方面，运行中央HVAC系统比运行独立HVAC系统更好。为此，控制单元可以将γ值910调整为图9b中的γ'值912，以在确定是否运行独立HVAC系统中使用。也就是说，控制单元可以通过将γ调整为小于γ的γ'将独立HVAC系统的运行时间提前。
此外，控制单元可以将β值908调整为β'值914，以用于确定是否运行中央HVAC系统。也就是说，控制单元可以通过将β调整为大于β的β'将中央HVAC系统的运行时间延迟。
以这种方式，控制单元可以通过将γ调整为小于γ的γ'并将β调整为大于β的β'来缩短中央HVAC系统的运行持续时间并延长独立HVAC系统的运行持续时间。由于控制单元仅选择并运行独立HVAC系统和中央HVAC系统中的一个，所以温度失衡可以被克服，并且也可相比于同时运行两个HVAC系统减少能量消耗。
图10示出了根据本公开的实施例的考虑设定时间表来调整温差参考的示例。
参照图10，可以根据用户设定的时间或模式切换来调整β或γ。
例如，如果在设定的时间之后为VIP尽可能地保持核心区域和周边区域之间的热平衡，或者如果在设定的时间之后电费相对较低，则控制单元可以将β值1002调整为β'值1004，以用于确定是否运行中央HVAC系统。也就是说，控制单元可以将β调整为大于β的β'。
由于通过调整β或γ所取得的效果包括能量使用的减少、核心区域与周边区域之间的热平衡以及通风，β或γ可以根据基于各种相关情况设定的时间表进行调整。
图11是示出根据本公开的实施例的用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的控制单元的内部结构的框图。
参照图11，控制单元1100可以被合并到中央HVAC系统或独立HVAC系统中，或者可以被配置为与中央HVAC系统和独立HVAC系统分离。
控制单元1100包括收发器1102和控制器1104。控制器1104向控制单元1100提供整体控制。特别地，根据本公开的实施例，控制器1104控制与用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的配置相关的整体操作。之前已经参照图1至图5描述了与用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的配置相关的整体操作，因此这里不再给出对其的详细描述。
收发器1102在控制器1104的控制下发送并接收各种消息。特别地，收发器1102执行诸如收集环境参数的操作。之前已经参考图1至图5描述了从收发器1102接收各种消息和向收发器1102发送各种消息，因此这里不再给出对其的详细描述。
图12a、图12b和图12c示出了在季度功耗和电费的模拟结果方面，现有技术的混合HVAC方案和根据本公开的各种实施例的自适应HVAC方案之间的比较。
参照图12a，与现有技术的混合HVAC方案相比，示出了列出的自适应HVAC方案中预测的季度功耗和电费的表。从图12a中可以看出，与现有技术的混合HVAC方案相比，在根据本公开的实施例的自适应HVAC方案中，功耗减少，从而电费减少。此外，在根据本公开的实施例的自适应HVAC方案中，年功耗减少约39.8％，年电费减少约29.9％。
参照图12b，与现有技术的混合HVAC方案相比，示出了在自适应HVAC方案中预测的季度功耗的条形图。
参照图12c，与现有技术的混合HVAC方案相比，示出了在自适应HVAC方案中预测的季度电费的条形图。
图13a、图13b和图13c示出了与现有技术的混合HVAC方案相比，根据本公开的另一实施例的自适应HVAC方案中的模拟的季度功耗和电费。
参照图13a，与现有技术的混合HVAC方案相比，示出了列出的在自适应HVAC方案中预测的季度功耗和电费的表。从图13a中可以看出，与现有技术的混合HVAC方案相比，在根据本公开的另一实施例的自适应HVAC方案中，功耗减小，从而减少电费。此外，在根据本公开的另一实施例的自适应HVAC方案中，年功耗减少约45.9％，年电费减少约49.1％。
参照图13b，与现有技术的混合HVAC方案相比，示出了在自适应HVAC方案中预测的季度功率消耗的条形图。
参考图13c，与现有技术的混合HVAC方案相比，示出了在自适应HVAC方案中预测的季度电费的条形图。
图14a和图14b是示出根据本公开的实施例的在中央HVAC系统和自适应HVAC系统中的核心区域和周边区域的日温度变化的曲线图。
参照图14a，示出了在中央HVAC系统中的核心区域和周边区域的日温度变化的曲线图。
参照图14b，示出了在自适应HVAC系统中的核心区域和周边区域的日温度变化的曲线图。
从图14a和图14b可以看出，在核心区域和周边区域之间的热平衡方面，根据本公开的实施例的自适应HVAC系统比中央HVAC系统更有效。
从前面的描述显而易见是，与现有技术的混合HVAC系统相比，本公开可以减少功率使用或功耗，从而减少电费。此外，由于核心区域和周边区域被独立地控制，所以本公开能够容易地保持核心区域和周边区域之间的热平衡。本公开通过引入室外空气来实现通风，从而保持IAQ。
根据本公开的实施例的用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法和设备可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。软件可以被存储在，例如，不管是可擦除或可重写的，诸如如只读存储器(ROM)的存储装置、诸如随机存取存储器(RAM)的存储器、存储芯片或集成电路(IC)的易失性或非易失性存储装置中，或者诸如光盘(CD)、数字通用盘(DVD)或磁带的光学或磁性可写入和机器可读(例如，计算机可读)存储介质中。根据本公开的实施例的用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法可以由包括控制器和存储器的计算机或便携式终端来实现。存储器是适用于存储包括实现本公开的实施例的指令的程序或多个程序的机器可读存储介质的示例。
因此，本公开包括包括用于实现在权利要求中公开的设备或方法的代码的程序和存储该程序的机器可读存储介质。此外，该程序可以通过诸如由有线或无线连接发送的通信信号的介质被电子地发送，并且本公开适应性地包括其等同物。
根据本公开的实施例的用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的设备可以从有线或无线连接的程序提供装置接收程序并存储该程序。程序提供装置可以包括具有用于实现用于自适应地应用中央HVAC系统和独立HVAC系统的方法的指令的程序、用于存储该方法所需的信息的存储器、用于进行有线或无线通信的通信单元以及用于根据程序提供装置的请求发送该程序或者自动地发送该程序的控制器。
虽然已经参考本公开的各种实施例显示和描述了本公开，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物定义的本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (15)

1.一种用于自适应地应用中央供热、通风与空气调节HVAC系统和独立HVAC系统的方法，所述方法包括：
通过将建筑物中的核心区域和周边区域的温度与设定温度进行比较来分析核心区域和周边区域的舒适程度；
如果作为分析的结果,核心区域或周边区域是舒适的，则将核心区域的温度和周边区域的温度之间的差与环境参数进行比较；
基于比较的结果来改变当前运行的HVAC系统。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述环境参数包括以下参数中的至少一个：指示核心区域能够通过周边区域获取的补偿温度的第一参数、指示在周边区域是舒适的情况下被考虑的针对核心区域的温度和周边区域的温度之间的差的限制的第二参数、以及指示在核心区域是舒适的情况下被考虑的针对核心区域的温度和周边区域的温度之间的差的限制的第三参数，并且所述环境参数基于连续监测和数据收集被更新。
3.如权利要求2所述的方法，其中，改变当前运行的HVAC系统的步骤包括：
如果作为分析的结果，周边区域是舒适的，则确定核心区域的温度和周边区域的温度之间的差是否等于或大于第二参数；
如果核心区域的温度和周边区域的温度之间的差等于或大于第二参数，则将当前运行的HVAC系统切换到中央HVAC系统；
如果核心区域的温度和周边区域的温度之间的差小于第二参数，则维持当前运行的HVAC系统。
4.如权利要求2所述的方法，其中，改变当前运行的HVAC系统的步骤包括：
如果作为分析的结果，核心区域是舒适的，则确定核心区域的温度和周边区域的温度之间的差是否等于或大于第三参数；
如果核心区域的温度和周边区域的温度之间的差等于或大于第三参数，则将当前运行的HVAC系统切换到独立HVAC系统；
如果核心区域的温度和周边区域的温度之间的差小于第三参数，则维持当前运行的HVAC系统。
5.如权利要求2所述的方法，还包括：
如果核心区域和周边区域均是不舒适的，则运行中央HVAC系统；
确定核心区域的温度与所述设定温度之间的差是否等于或小于第一参数；
如果核心区域的温度与所述设定温度之间的差等于或小于第一参数，则运行独立HVAC系统；
如果核心区域的温度与所述设定温度的差大于第一参数，则运行中央HVAC系统。
6.如权利要求2所述的方法，还包括：如果核心区域和周边区域均是舒适的，则停止运行当前运行的HVAC系统。
7.如权利要求2所述的方法，其中，基于能量使用量、核心区域或周边区域的温度变化梯度、相关的HVAC系统的运行水平、补偿温度、预测平均评价PMV、室内空气质量IAQ指数和用户设置持续时间中的至少一个，来控制第二参数和第三参数。
8.一种用于自适应地应用中央供热、通风与空气调节HVAC系统和独立HVAC系统的方法，所述方法包括：
预测中央HVAC系统和独立HVAC系统中的每一个的能量消耗；
在中央HVAC系统和独立HVAC系统之中选择具有更小的预测的能量消耗的HVAC系统；
识别当前运行的HVAC系统是否满足预定的约束；
基于识别的结果来确定是否运行选择的HVAC系统。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述预定的约束包括预定的二氧化碳CO2水平、预定的一氧化碳CO水平、核心区域和周边区域之间的预定温差、接收或不接收响应信号的请求、核心区域和周边区域之间的预定的预测平均评价PMV差、核心区域和周边区域之间的预定的能量消耗差、和预定的热量中的至少一个。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述预测的能量消耗是基于环境数据被建模的，并且所述环境数据包括室外温度、平均室外温度、辐射温度、设定温度、核心区域温度、周边区域温度、一氧化碳CO水平和二氧化碳CO2水平中的至少一个。
11.如权利要求8所述的方法，其中，确定是否运行选择的HVAC系统的步骤包括：
如果当前运行的HVAC系统满足所述预定的约束，则运行选择的HVAC系统；
如果当前运行的HVAC系统不满足所述预定的约束，则运行另一个未被选择的HVAC系统。
12.一种用于自适应地应用中央供热、通风与空气调节HVAC系统和独立HVAC系统的设备，所述设备包括：
控制器，被配置为：
通过将建筑物中的核心区域和周边区域的温度与设定温度进行比较来分析核心区域和周边区域的舒适程度，
将核心区域的温度和周边区域的温度之间的差与环境参数进行比较，
如果作为分析的结果，核心区域或周边区域是舒适的，则基于比较的结果来改变当前运行的HVAC系统；
收发器，被配置为发送和接收与控制器相关的信号。
13.一种适用于执行权利要求2-7中的一个的方法的设备。
14.一种用于自适应地应用中央供热、通风与空气调节HVAC系统和独立HVAC系统的设备，所述设备包括：
控制器，被配置为：
预测中央HVAC系统和独立HVAC系统中的每一个的能量消耗，
在中央HVAC系统和独立HVAC系统之中选择具有更小的预测的能量消耗的HVAC系统，
识别当前运行的HVAC系统是否满足预定的约束，
基于识别的结果来确定是否运行选择的HVAC系统；
收发器，被配置为发送和接收与控制器相关的信号。
15.一种适用于执行权利要求9-11中的一个的方法的设备。
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