CN109642752B - 具有非线性室外重置方法的锅炉集成控制件 - Google Patents
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Abstract
一种锅炉组件包括：用户接口，其接收对应于最小室外温度的用户限定的水温设定点；以及集成控制器，其在所述用户限定的设定点与对应于针对其需要加热的最大室外温度的第二设定点之间生成非线性室外重置曲线，并且沿着所述非线性输出重置曲线并且基于检测到的室外温度来调节所述锅炉以将水加热到对应于设定点的温度。所述非线性室外重置曲线可以基于各种类型的热散发器的聚合热输出函数生成。线性室外重置曲线可以生成在最大水温设定点与所述用户限定的设定点之间，具有等于所述非线性室外重置曲线在所述用户限定的设定点处的瞬时斜率的斜率。
Description
技术领域
本发明总体涉及用于优化易用性、舒适性和能量效率的水循环加热系统和方法。更特定来说，本发明涉及一种具有用于生成由各种类型的热散发器（heat emitter）的热输出曲线的数值分析得到的非线性室外重置曲线的直接并入的方法的集成锅炉控制件。
背景技术
水加热系统的重要特征是基于室外温度的锅炉供应温度重置，特别是对于冷凝式加热锅炉。首先参考如图1中所示的各种锅炉系统的示例性操作范围，当回水温度降到烟气露点温度以下时，实现锅炉的燃烧效率的显著改善。基于室外温度的锅炉供水温度重置用于通过将满足加热负载所需的最低水温作为目标来最大化锅炉效率。即使在使用高温热散发器时，此类室外重置方法也可以在加热季节的大部分时间允许冷凝操作。除能量效率益处以外，监管要求还要求锅炉必须能够在加热需求降低时降低供应温度设定点。
一种常规室外重置方法涉及使用线性重置曲线来基于室外温度按比例调整供应温度设定点。此类系统通常并入到锅炉集成控制件中以满足监管要求。现在参考如图2中示出的此方法的示例性应用，针对-10 ºF的室外温度提供220ºF的供水温度。在此示例中，可以进一步确定，针对70 ºF的室外温度提供70 ºF的所期望的供水温度。因此，可以沿着根据这些初始设定点应用或者以其它方式在这些初始设定点之间的线性重置曲线201找到供应温度设定点阵列。
然而，此方法的一个突出缺点在于，因热传递的混合对流、传导和辐射模式，许多常见液体循环热散发器并不相对于水温按线性比例向居住空间输出热量。在液体循环的沿踢脚板铺设的散热器中，例如，由于在增加热输出的较高温度下建立自然对流，因此与水温的增加相比，在较高水温下，热输出通常增加得更快。换句话说，满足给定室外温度的负载所需的供水温度阵列在端点之间呈现非线性配置202。为此原因，具有线性重置曲线实施方案的锅炉控制系统必须在温暖日子将水温设置得比确保整个室外温度范围的舒适性所必需的温度更高以补偿对流热传递的减少，如通过线性重置曲线203示出。因此，此类系统无法以最佳效率运行。
此类系统的另一挑战是补偿热散发器输出的非线性性质以在供应最低可能水温的同时维持舒适性的复杂性。由于设置不再反映“真实”物理限制，因此可能非常难以有信心地知道实现此所需的设置。
市场上可获得将提供非线性室外重置控制曲线的独立装置。然而，由于这些系统通常在锅炉外部的事实，因此必须考虑额外硬件的增加的成本，以及对独立锅炉控制装置和锅炉集成控制件两者进行编程以便使其能够一起工作的复杂性，以及将独立装置的输出接线到锅炉上的适当输入的额外工作。还认为，许多（如果不是全部）这些装置需要不直接是“真实”物理限制或者需要针对热散发器类型的编程的编程参数。
因此，将期望提供一种具有并入非线性重置曲线方法的锅炉集成控制件。
将进一步期望，锅炉集成控制器能够生成关于相关联热散发器的类型不可知的非线性重置曲线。
仍将进一步期望提供具有降低的编程复杂性的锅炉集成控制器，使得实际上任何用户（例如房主）可以通过例如仅单个输入参数的调整来微调加热输出。
发明内容
如本文中公开的发明可以通过在容易使用简单且熟悉的参数编程的锅炉集成控制件中并入非线性室外重置解决方案来解决上述问题。所提出锅炉控制系统的各种实施例并入一种仅通过输入三个简单且熟悉的参数来生成紧密匹配大多数常见散发器的热输出的曲线的方法。前两个参数可以包括对应于最冷预期室外温度的第一室外设计温度（例如，可以是基于相关联地理位置的标准参考值），以及满足最冷室外设计温度下的热需求所需的设计供水温度（例如，通过常见热量损失评估确定的值）。在此实施例中，第三参数可以是所期望的室内温度（例如，通过个人室内气候偏好确定的值）。
在许多情况下，为了增加简单性，可以将最冷日子室外设计温度的合理假设和所期望的室内温度的合理假设设置为默认值，以便允许通过仅输入单个参数来生成令人满意的曲线。
另外，与需要更广泛地理解室外重置以及需要调整哪些参数以作出所期望改变的线性室外重置方法相比，此方法允许甚至由房主或用户的容易得多的微调。根据如本文中公开的加热控制系统的各种实施例，用户可以根据需要简单地增加或减少设计供水温度设置以跨越整个曲线增加或减少热输出。
由于所提出发明包含一种用于基于多种不同热散发器生成重置曲线的方法，并且由于曲线的动态性质，基本上无需在使用的类型的加热散发器中进行编程，如当前市场上的许多系统所需要的。
在根据本公开的水循环加热系统的一个示例性实施例中，控制器集成在具有水输入部和水输出部的锅炉组件内。用户接口被配置成接收对应于参考室外温度的用户限定的水温设定点。控制器被配置成调节将来自水输入部的水沿着非线性输出重置曲线加热到对应于设定点的温度。输出重置曲线部分基于用户限定的水温设定点生成并且包括对应于关于所限定区域的最小室外温度的第一水温设定点，对应于针对其在所限定区域中需要加热的最大室外温度的第二水温设定点，以及在所述第一与第二设定点之间并且对应于在关于所限定区域的最小与最大室外温度之间的室外温度的多个水温设定点。
在此实施例的一个示例性方面中，控制器可以被配置成进一步部分基于对应于多种类型的热散发器的热输出函数的聚合数据生成室外重置曲线，其中具有所述室外重置曲线的锅炉组件被配置成提供水输出部以供与多种类型的热散发器中的任何一种一起使用。
在另一示例性方面中，控制器可以被配置成生成室外重置曲线作为对应于最小与最大室外温度之间的多个室外温度中的每一者的所期望室内温度的输出水温的多阶多项式函数。
在另一示例性方面中，控制器可以被配置成使用与第一和第二水温设定点有关的固定多阶系数生成室外重置曲线。所述多个水温设定点中的每一者可以被确定为以下中的较大值：用户限定的水温设定点或对应于沿着根据固定多阶系数生成的曲线的实际外部温度的水温设定点。
可替代地，在另一示例性方面中，控制器可以被配置成在连接第一和第二设定点以及包括在第一与第二设定点之间偏移固定百分比因子的中点的第三水温设定点时生成室外重置曲线。
在仍另一示例性方面中，第一水温设定点和所期望的室内温度可以被预先确定并且与控制器相关联地存储，其中仅需要经由用户接口将对应于参考室外温度的用户限定的水温设定点作为用户输入来生成室外重置曲线。预先确定的第一水温设定点可以基于对应于锅炉组件的当前位置的位置数据自动确定并且经由通信网络从远程服务器获得。
在仍另一示例性方面中，所期望的室内温度反馈输入可以从用户接口提供到控制器，其中控制器针对所期望的室内温度的变化动态生成新的室外重置曲线。
在仍另一示例性方面中，室外温度反馈回路可以被配置成提供关于所限定区域的实际室外温度测量值。室外温度反馈回路可以包括与遮蔽室外区域相关联的至少一个室外温度传感器和与照射室外区域相关联的至少一个室外温度传感器。控制器可以被配置成基于来自室外温度传感器的实际室外温度测量值动态调整至少第二水温设定点和对应的输出重置曲线。
控制器可以被配置成确定低于对应于第一水温设定点的最小室外温度的实际室外温度测量值的个数，并且基于超过阈值的所确定个数动态调整最小室外温度、第一水温设定点和室外重置曲线。
在仍另一示例性方面中，控制器可以被配置成在最大水温设定点与第一水温设定点之间生成线性室外重置曲线，其中所述线性室外重置曲线的斜率等于非线性室外重置曲线在第一水温设定点处的瞬时斜率。
在另一示例性方面中，可以提供恒温器循环反馈回路，其中控制器被进一步配置成基于恒温器循环输入动态调整至少第一水温设定点和对应的输出重置曲线。
在另一示例性方面中，室内温度反馈回路被配置成提供关于所限定区域的实际室内温度测量值，其中控制器可以被配置成针对相应室外温度和水温将实际室内温度测量值与预期室内温度测量值进行比较，并且基于室内温度的检测到的变化动态调整至少第二水温设定点和对应的室外重置曲线。
在用于所限定区域中的如本文中公开的水循环加热系统的另一实施例中，用户接口被配置成接收对应于关于所限定区域的最小室外温度的用户限定的水温设定点。控制器集成在锅炉组件内并且被配置成在用户限定的水温设定点与对应于针对其在所限定区域中需要加热的最大室外温度的第二水温设定点之间生成非线性室外重置曲线。基于来自室外温度反馈回路的输入检测室外温度，并且控制器沿着非线性输出重置曲线并且基于检测到的室外温度调节将来自水输入部的水加热成对应于设定点的温度。
附图说明
图1是示出常规锅炉的燃烧效率相对于回水温度的图形化图示。
图2是示出供应温度相对于室外温度的各种线性和非线性重置曲线的图形化图示。
图3是表示根据本公开的实施例的示例性加热系统的框图。
图4是表示根据本公开的实施例的示例性加热过程的流程图。
图5是表示根据本公开的实施例的示例性供应温度限制的图形化图示。
图6是表示用于产生根据本公开的非线性重置曲线的替代实施例的图形化图示。
图7是表示应用于作为热散发器的沿踢脚板铺设的散热器的所需负载的本公开的示例性非线性重置曲线的图形化图示。
图8是表示应用于更线性低温应用的所需负载的本公开的示例性非线性重置曲线的图形化图示。
图9是表示针对低于最小设定点的室外温度向非线性重置输出曲线提供线性延伸的本公开的实施例的图形化图示。
图10是表示针对低于最小设定点的室外温度对非线性重置输出曲线的线性延伸的另一示例的图形化图示。
图11是表示根据本公开的实施例的示例性室外重置曲线与在0度室外温度下生成的设计供水温度的比较的图形化图示。
图12是表示根据本公开的实施例的示例性室外重置曲线与在160度设计供水温度下生成的室外设计温度的比较的图形化图示。
图13是表示根据本公开的实施例的另一示例性重置曲线的图形化图示。
图14是表示根据本公开的实施例的各种示例性反馈和前馈控制调整的图形化图示。
具体实施方式
通常参考图3- 14，现在可以详细描述本发明的各种示例性实施例。在各种图可以描述与其它实施例共享各种共同的元件和特征的实施例的情况下，类似的元件和特征给予相同的附图标记，并且下文可以省略其冗余描述。
简而言之，如本文中公开的集成锅炉加热控制件的各种实施例可以直接并入用于生成由各种热散发器的热输出曲线的数值分析得到的非线性（例如，二阶多项式）室外重置曲线的方法，主要目的是在住宅液体循环加热应用中优化易用性、舒适性和能量效率。此方法可以允许安装人员或等同用户通过仅设置三个参数（诸如例如：最冷设计日室外温度、最冷设计日所需的水温和防止对加热系统的损坏的最大可允许设定点）来配置室外重置曲线。
现在参考图3，示例性液体循环加热系统300可以包括锅炉组件301，锅炉组件301被配置成从水源接收水并且经由受控加热元件将经加热的水输出部提供到所限定区域305（诸如例如建筑物或其中的密闭房间）中的热散发器。集成锅炉控制器303被配置成基于各种输入参数（包括根据如本文中所述的非线性重置曲线确定的供水温度设定点）调节加热元件。如本文中所述的“集成锅炉控制器”可以通常被认为是并入到锅炉中实现温度控制和舒适性控制特征两者以及点火控制的控制器。
在如本文中公开的液体循环加热系统的某些实施例中，锅炉组件可以包括罐、主燃烧热交换器等等。在本公开的范围内并且更特定来说本质上是闭合回路的其它实施例中，锅炉组件包括主热交换器，其中水经由水输出部循环到热散发器，并且然后经由水返回部或水输入部回到主热交换器。在本公开的范围内的仍其它实施例中，可以实现燃烧热交换器，其包括燃烧喷燃器和水气热交换器来传递热量。控制器303可以联接到或者以其它方式被配置成从用户接口或外部输入源接收输入，此类输入包括（例如但不限于）锅炉组件的地理或物理位置、所期望的室内温度(Tin_desired)、所述位置的最小预期室外温度(Tout_min)、针对其锅炉系统需要加热的最大预期室外温度(Tout_max)等等。如本文中讨论的用户接口可以包括（例如但不限于）例如液晶显示器(LCD)的显示单元，其具有相关联的按钮、字段（fields）、选项卡（tabs）、指针等等，并且功能性地链接到控制器用于经由所述接口以电子方式传送用户输入。在各种实施例中，如本文中讨论的用户接口可以进一步包括或包含远程接口，诸如例如可以经由通信网络或者仍进一步经由远程服务器以无线方式链接到控制器。
如本文中所使用的术语“控制器”、“控制电路”和“控制电路系统”可以指代机器、由机器实施或者以其它方式包括在机器内，例如通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或者其被设计和编程为实施或导致本文中描述的功能的实施的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，所述处理器可以是微控制器或状态机、其组合等等。处理器还可以实现为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或更多个微处理器，或任何其它此配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法、过程或算法的步骤可以直接实施在硬件中、由处理器执行的软件模块中，或两者的组合中。软件模块可以驻存在RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除磁盘、CD-ROM或在本技术中已知的任何其它形式的计算机可读介质中。示例性计算机可读介质可以联接到处理器，使得所述处理器可以从存储器/存储介质读取信息并且将信息写入到存储器/存储介质。在替代方案中，所述介质可以与处理器构成整体。
参考图3并且进一步参考图4，可以详细描述用于锅炉系统的示例性方法。例如因某些热散发器（例如沿踢脚板铺设的散热器）的高度非线性性质，一个准备步骤401可以包括获得并可选地聚合由多个此类热散发器的公开数据生成的热输出函数。在此信息被先前获得或者以其它方式与控制器相关联地存储的情况下，所产生的热输出函数可以以前馈方式实现，以便得到对散发器类型基本上不可知的非线性重置曲线。然而，可以可选地省略或修改此步骤，其中对应于特定热散发器的实际热输出函数的信息在反馈回路中被提供到控制器，并且动态集成到所述热散发器的随后非线性重置曲线中。
所述方法进一步需要控制器来确定或者以其它方式识别相关设定点作为非线性重置曲线的界限。为了更好地示出如本文中公开的锅炉控制件的此类确定的某些相关背景条件，考虑一种液体循环加热系统，其中建筑物从室内环境损失热量到室外，而室内环境也从供应到所述液体循环加热系统的经加热的水获得热量。
一般来说，来自所限定区域或相关联建筑物的热量损失由室外与室内环境之间的温度梯度驱动。虽然如稍后所讨论的其它因素（例如太阳能增加）可能是一个因素，但是为简单起见，此处不考虑这些因素。于是，来自建筑物的热量损失可以被认为是室内温度(Tin)与室外温度(Tout)之间的差的函数，并且可以假设成具有以下形式：
f(Tin – Tout) = k(Tin – Tout) （方程1）。
一般来说，来自液体循环加热系统中的经加热的水的热量增加主要由水与室内环境之间的温度梯度驱动。其它因素影响来自液体循环加热系统的热量增加，例如水流动速率，但是在本讨论中可以忽略这些因素，因为其对于给定系统来说将被认为是恒定的。例如，在流动速率的情况下，此假设对于并不使用变速泵的设施来说是合理的。因此，来自液体循环加热系统的热量增加可以被认为是供水温度(Twater)与室内温度之间的差的函数：
g(Twater– Tin) （方程2）。
液体循环加热系统的主要目标是维持恒定室内温度，而不管当前室外温度如何。为了维持恒定室内温度，室内环境必须无净热量增加或热量损失。忽略次要热量增加源和其它因素的影响，来自建筑物的热量损失和根据维持恒定室内温度所需的液体循环加热系统条件的热量增加必须满足以下表达式：
f(Tin – Tout) = g(Twater – Tin) （方程3）。
因此：
f(Tin – Tout) - g(Twater – Tin) = 0 （方程4）。
由于目标是维持固定室内温度，因此以上表达式中的室内温度可以被认为是数学常数。为此原因，可以简化以上表达式以描述维持任何特定恒定室内温度所需的条件，如下所示：
f(Tout) - g(Twater) = 0 （方程5）。
满足以上表达式的呈形式(Tout、Twater)的那组点被认为是能够维持给定恒定室内温度的操作点。
由于可以比较、而不是独立考虑热量损失和热量增加，因此实际热传递速率变成任意的，并且通常可以表征所述系统。因此，在本文中，将满足方程5中的表达式的室外温度Tout与对应供水温度Twater之间的一般关系可以被认为是理想或最佳室外重置曲线。
为此原因，控制器303可以通过确定等于给定室外温度所需的供水温度的函数来生成最佳室外重置曲线。为实现此，考虑在其内评估此室外重置函数的有用边界是有帮助的。可以选择通用边界来限制所述函数的室外温度的范围。
在图4的所示方法的步骤402中，通过首先考虑最小预期室外温度来确定此范围，所述最小预期室外温度通常可以在不同地理区域的公开数据中获得。当针对建筑物实施热量损失负载计算时，也可方便地使用此点，因此通常也可容易获得对应于此点的所需水温数据。因此，待使用的第一边界条件可以表征为以下点：
(Tout_design、Twater_design) （方程6）。
第二边界条件可以在步骤403中由控制器确定为高于其不再需要加热的最大预期室外温度。此点被有效地确定为无来自建筑物的热量损失的点，因此不需要来自液体循环加热系统的热量增加。换句话说，在第二边界条件下，在室内与室外环境之间无温度梯度，并且在供水与室内环境之间无温度梯度：
f(0) = 0 → Tout = Tin （方程7）
g(0) = 0 → Twater = Tin （方程8）。
因此，待使用的第二边界条件是以下点：
(Tin、Tin) （方程9）。
所述方法可以然后在步骤404中进行，其中控制器生成非线性重置曲线，或者接收包含这两个点的远程生成的非线性重置曲线。在各种实施例中，室外重置曲线可以例如基于来自热散发器（例如沿踢脚板铺设的散热器）的上述数据呈多阶多项式的形式。尽管在如本文中进一步描述的示例中，多阶多项式可以称为二阶多项式，但是可以理解的是，多项式可以是三阶、四阶等等，而不会不同于本公开的范围。本文中提供两种示例性途径来生成所述曲线，每一途径已经经由数值分析获得，以找到通用方法。
第一途径涉及选择固定多阶系数，从而固定重置曲线的瞬时斜率的变化率。尽管在如本文中进一步描述的示例中，多阶系数可以称为二阶系数，但是可以理解，系数可以是三阶、四阶等等，而不会不同于本公开的范围。通过考虑固定的二阶系数以及给定组的边界条件，可以生成独特曲线，其针对各种各样的热散发器并且在各种各样的条件下紧密匹配所需室外重置曲线。在一个特定示例中，特定二阶系数被识别为-0.005（以°F作为温度单位），已经发现其针对给定室外温度导致合理但安全保守的供水温度。
在固定室外重置函数的瞬时斜率的变化率时，可能需要额外的注意以防止所计算供水温度随着室外温度的降低而开始降低。为实现此，控制器可以使用所确定的二阶多项式曲线来计算是设计水温或所计算供应温度中的较大者的供水温度。虽然本领域技术人员可以将此视为对最佳曲线生成的限制，但是此限制将仅在具有低设计温度的情况下适用。实际上，这将通常最适用于低温辐射地板（墙壁或天花板）加热系统。因此，此特征可以被有效地认为是有益的，因为设计供应温度通常由最佳表面温度确定，并且因此超过此温度可能不是优选的。虽然可以说通过在比理论上需要的室外温度更暖的室外温度下达到设计供水温度关于燃烧效率（与理论最佳曲线相比）造成微小缺点，但是此效率降低是最小的，其中燃烧产物仍足够低以致在设计供水温度下达到其露点，这被认为是冷凝热水锅炉的有效操作的要求。
参考图5，展示此途径的一个示例，其中所确定的二阶多项式曲线501一端在针对其需要加热的最大室外温度502处终止，并且另一端进一步由90 ºF的设计供应温度（例如，设计为90 ºF，对应于0 ºF的室外温度）封端。因此，供水温度限于低温系统中的设计设定点以防止所生成的非线性重置曲线随着室外温度继续降低而生成较低供水温度，其中在比设计室外温度(0 ºF)更暖的室外温度(~ 35 ºF)下达到所述设计供应温度。
进一步旨在消除其中所计算的供水温度将随着室外温度降低而开始降低的情况的如图6中表示的替代途径可以是通过固定最大与最小室外温度之间的第三点来生成非线性重置曲线，所述第三点将基于设计供水温度（如低于Tdws）与通过数值分析确定的室内温度之间的固定因子（例如，16%）。具体来说，可以识别以下示例性固定点：
([(Tout_design+ Tin)/ 2] , [((Twds + Tin)/ 2) + 16% (Twds - (Twds + Tin)/2))]) （方程10）。
即，并且参考所示示例，在设计室外温度603与室内温度604之间的沿着线性曲线601的中点605处，第三点607处的所需供水温度是设计水温与最小和最大水温之间的中点之间的差的16%，其高于最小和最大水温之间的中点。然后可以在第一和第二边界点603、604之间生成非线性重置曲线601，同时与第三点607相交。
针对各种各样的热散发器和操作条件，发现此途径非常紧密匹配给定室外温度的所需供水温度。
虽然某些热散发器（例如辐射地板加热）确实具有一些线性响应，但是当最大与最小供水温度之间的差彼此更接近时，所生成曲线变得更加线性。为此原因，以上两种方法都应该能够为这些系统提供合适曲线，所述系统通常在低得多的水温下操作。因此，所提出的发明应该生成合适室外重置曲线，而不需要用户输入所使用热散发器的类型。
参考图7，在使用沿踢脚板铺设的散热器作为热散发器的示例中，所生成的非线性重置曲线很好地跟踪所需负载。在如图8中表示的更加线性的低温系统中，所生成的曲线并不超过最小所需温度10 ºF，并且贯穿大部分曲线仍低于烟气的露点。
在各种实施例中，并且通过进一步说明性参考图9- 12，系统可以被配置成实现所生成的非线性曲线的延伸，以便在室外温度下降到室外设计温度以下时潜在地提供更暖的供水温度。由于二阶多项式曲线的性质以及此延伸将在所规定边界条件之外操作的事实，必须针对此延伸进行额外考虑。为针对所有配置确保在低于设计室外温度的室外温度下在边界条件之外的令人满意的曲线生成，根据这些实施例的系统将使用与在设计室外温度下的所计算曲线相同的瞬时斜率（即，在设计室外温度下评估的重置曲线的一阶导数）来线性地延伸所述曲线。这将导致所述曲线切向延伸到重置曲线。
参考图9，所生成的非线性曲线901在第一边界点（针对设计室外温度-10 ºF下的设计供应温度~ 165 ºF）906与第二边界点（针对其需要加热的最暖温度）903之间延伸。对于延伸到-10 ºF以下的室外温度，可以超过第一边界点906提供线性延伸，所述线性延伸具有包括与设计温度点906处的曲线901相同的瞬时斜率的斜率。如下文进一步讨论的，所述线性延伸可以在与天花板相关联的点902处终止，其中供水温度设定点维持在稳定水平以便降低室外温度904。在实施例中，如本文中公开的系统还可以提供最小供水温度参数和/或温暖天气关闭功能905。
在如图10中所示的类似示例中，所生成的非线性曲线1001在第一边界点（针对设计室外温度10 ºF下的设计供应温度~ 120 ºF）1006与第二边界点1003之间延伸。对于延伸到10 ºF以下的室外温度，可以提供线性延伸，其在设计温度点1006处相对于曲线1001具有切向斜率。所述线性延伸可以在最大点1002处终止，其中封端供水温度设定点以便降低室外温度1004。
在各种实施例中，可以采用一种或更多种方法来限制曲线的延伸，以便防止供应可能潜在对加热系统造成损坏的过高温度。可以通过参考图13示出此类方法的应用。
例如，可以使最大设定点参数1304（其自身可以是密码保护的）可用于用户设置。这可以关于可以由用户或房主编程的设定点1303（设计供水温度）以及可以由非线性曲线1301生成的最大供水温度两者应用最大值。
另外，曲线延伸还可以限于室外设计温度1302以下的固定范围1305。由于特定地理区域的最冷设计室外温度通常可以是统计生成的值，因此将延伸限于设计室外温度（例如20°F）以下的固定范围可以确保有用延伸范围，而不允许过高温度。在配置有极陡重置曲线的系统中，20°F室外温度的相同延伸可以允许比在具有更平曲线的系统中高的超过设计供水温度的供应温度。与较高温度系统（例如沿踢脚板铺设的散热器）相比，在低温系统（例如辐射地板加热）中，这通常将限制供应温度可以延伸超过设计供水温度的达到多高的程度。低温系统（例如辐射地板加热）的一个特定优点可以是，其通常比较高温度系统（例如沿踢脚板铺设的散热器）更易受过热损坏的影响。在安装人员不正确设置最大供水温度参数的情况下，此冗余限制适合于减轻过高供应温度的风险。
如先前所提及的，另一示例性技术可以提供最小供水温度参数和/或温暖天气关闭功能1306。
除上述技术以外，可以设置硬限制以便保护锅炉。通过将室外重置并入锅炉集成控制件中，实现如下优点：可以基于特定锅炉的限制、而非将在外部室外重置控制件中使用的通用值来设置此硬限制。
返回到如图4中所示的示例性控制方法，所述系统可以进一步在步骤405中感测实际室外温度(Tout)和所期望的室内温度(Tin_desired)。在如先前所述的实施例中，所期望的室内温度可以是默认设置，但是可替代地，可以经由用户接口（诸如例如恒温器）输入到系统，无论是与锅炉控制件集成在一起还是作为远程装置。对所期望的室内温度的任何改变都可以可理解地导致非线性重置曲线的边界点中的一个或更多个被调整，其中可以在继续之前重复上述步骤中的一个或更多个。在各种实施例中，实际室外温度可以连续或周期性地检测并经由温度传感器308反馈，例如作为原始信号以由控制器处理。
系统可以然后在步骤406中沿着所生成的非线性重置曲线将水温加热到设定点，如例如对应于所感测的室外温度。可以通过参考图13的图使用以下基本参数提供所生成的设定点的一个特定示例：
- 设计水温（最冷预期日子） = TWC = 120 ºF；
- 设计室外温度（最冷预期日子） = TOC = 10 ºF；
- 水温（加热的最热日子） = TWH = 80 ºF；
- 需要加热的最热室外温度 = TOH = 70 ºF；
设定点可以被计算为上文参考的参数的二阶函数，诸如例如：
SETPT= A * (Tout – TOC)^2 + B * (Tout – TOC) + TWC （方程11）
其中系数A被固定为0.005，并且B = (TWH – TWC – A*(TOH-TOC)^2) / (TOH-TOC)，使得对于例如30 ºF的所感测室外温度，
B = (80 – 120 – .005*(60)^2) / (60) = -41.8/ 60 ~ -0.7；并且
SETPT= 0.005 * (20)^2 + -0.7 * (20) + 120 = 108 ºF。
例如，如果所感测的室外温度小于10 ºF，则可以根据本文中的先前讨论进一步校正所产生的供水温度设定点SETPT，诸如例如其中实现非线性重置曲线的线性延伸，但是仅上至最大水温设定点1304或对应于最小室外温度1305。
在如本文中公开的液体循环加热系统的各种实施例中，并且进一步参考图13和图14，可以鉴于对应于当前条件和/或用户偏好的一个或更多个前馈或反馈回路动态地修改非线性重置曲线的第一和第二边界条件、并且因此限定非线性重置曲线自身。
在如本文中公开的系统的另一示例性实施例中，可以默认设置限定第二边界条件点（空载点）的室外温度和供水温度两者以表示室内温度的合理假设，其中安装人员将不需要设置这些参数。在其它实施例中，提供用户接口，其中安装人员将能够独立设置这两个参数。通过允许单独地设置此点的两个参数，安装人员可以解释其它热量增加，例如太阳能增加，这将导致空载点实际上不同于室内温度、供水温度和室外温度全部彼此相等的点。因此，以此方式对控制器进行编程以获得简单固定点的益处，同时允许安装人员基于其经验和客户的需求最大程度地将系统控制到所期望的水平。
在实施例中，可以向液体循环加热系统提供恒温器循环反馈回路，其中例如可以基于与恒温器接触循环时间相关联的恒温器循环反馈修改对应于设计“寒冷日子”室外温度的设计供水温度。此反馈回路可以与例如住宅需求控制程序相关联地经由锅炉集成控制器、恒温器接通时间传感器、室内温度传感器以及远程启动的控制信号或触发器中的一个或更多个编程并入。例如，控制器可以被编程为实现预测对应于系统活动的室内温度的变化的算法，并且改变非线性重置曲线以满足预期变化。这允许锅炉快得多地对系统需求的变化作出反应，并且显著减少系统中的温度波动，并减少锅炉自身的循环。由于如本文中公开的用于生成非线性重置曲线的示例性方法在于设置两个已知点（例如，给定位置的最冷预期日子和所期望的室内温度），因此仅需要调整单个参数来优化所述曲线。如图14中所表示的，可以动态修改1405设计供水温度1401，其中控制器进一步关于第二边界点1402重新生成非线性重置曲线1404。
在实施例中，控制器可以被配置成检测并计数低于例如设计最小室外温度（即，对应于设计供水温度设定点）的实际室外温度测量值的个数。基于在低于最冷预期室外温度的室外温度下的频繁操作，或者诸如例如在阈值数目个此类情况时，控制器可以动态调整最小室外温度1406和非线性室外重置曲线1404。在实施例中，控制器可以基于例如历史分析自动确定对最小（最冷）室外温度的适当修改。
在实施例中，与液体循环加热系统300相关联的室外区域307可以包括在建筑物或结构的照射部分中的第一室外温度传感器308和在建筑物或结构的遮蔽部分中的第二室外温度传感器309。通过实现至少两个此类传感器，控制器303可以有效地设置（参见图14中的1408）室内温度与限定温暖日子（即，其中不再需要加热）的室外温度之间的差以解释太阳能增加。
在实施例中，可以经由室内温度反馈回路获得实际室内温度，包括例如可以例如经由房间恒温器实现的定位在所限定室内区域内的温度传感器306。控制器可以与来自室内温度反馈回路的输入相关联地配置以调整1407“温暖日子”室外温度设置1402。在实施例中，控制器沿着斜率为1的线调整最温暖温度设置以解释室内空气温度的变化。在实施例中，控制器可以基于经调节的供水温度检测实际室内温度与预期室内温度之间的差异，其中可以与来自建筑物的热量损失有关地、并且因此进一步关于最佳非线性重置曲线实施额外计算。
贯穿说明书和权利要求，除非上下文另有指示，否则以下术语至少采用本文中明确关联的意义。下文确定的意义未必限制术语，而是仅为术语提供说明性示例。“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”的意义可以包括复数引用，并且“在…中(in)”的意义可以包括“在…中(in)”和“在…上(on)”。如本文中所使用的短语“在一个实施例中”未必指代相同实施例，尽管其可以指代相同实施例。
术语“联接”至少意味着所连接物品之间的直接连接或者通过一个或更多个被动或主动中间装置的间接连接。
除非另有明确说明或者在所使用的上下文内以其它方式理解，否则本文中使用的条件语言（尤其例如“可以(can)”、“可能(might)”、“可以（may）”、“例如”等等）通常旨在传达某些实施例包括、而其它实施例并不包括某些特征、元件和/或状态。因此，此条件语言通常并不旨在暗示一个或更多个实施例以任何方式需要特征、元件和/或状态，或者一个或更多个实施例必需包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或状态是否包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中实施的逻辑。
如本文中所使用的关于两方或更多方之间或者以其它方式在与两方或更多方相关联的通信网络接口之间的数据通信的术语“通信网络”可以是指以下中的任一者或者以下中的任意两者或更多者的组合：电信网络（有线、无线、蜂窝等等）、全球网络（例如因特网）、本地网络、网络链路、因特网服务提供商(ISP)以及中间通信接口。
已经出于图示和描述目的提供了先前的详细描述。因此，尽管已经描述了新的且有用的发明的特定实施例，但是此类参考并不旨在被解释为对本发明的范围的限制，除了如在以下权利要求中所阐述以外。
Claims (33)
1.一种用于所限定区域的水循环加热系统，所述系统包括：
锅炉组件，所述锅炉组件具有水输入部和水输出部；
控制器，所述控制器集成在所述锅炉组件内并且被配置成调节将来自所述水输入部的水沿着非线性室外重置曲线加热到对应于设定点的温度；
用户接口，所述用户接口被配置成接收对应于参考室外温度的用户限定的水温设定点，
其中，所述室外重置曲线基于所述用户限定的水温设定点来生成并且包括
对应于关于所限定区域的最小室外温度的第一水温设定点，
对应于在所限定区域中需要加热的最大室外温度的第二水温设定点，以及
在所述第一与第二设定点之间并且对应于在关于所限定区域的最小与最大室外温度之间的室外温度的多个水温设定点；以及
恒温器循环反馈回路，其中，所述控制器被进一步配置成基于恒温器循环输入动态地调整至少所述第一水温设定点和对应的室外重置曲线，
其中，所述控制器被配置成进一步基于对应于多种类型的热散发器的热输出函数的聚合数据生成所述室外重置曲线，
其中，具有所述室外重置曲线的所述锅炉组件被配置成提供所述水输出部，以便与所述多种类型的热散发器中的任何一种一起使用，
进一步包括从所述用户接口到所述控制器的所期望的室内温度反馈输入，其中，所述控制器针对所期望的室内温度的变化动态地生成新的室外重置曲线。
2.根据权利要求1所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成生成所述室外重置曲线来作为对应于最小与最大室外温度之间的多个室外温度中的每一者的所期望的室内温度的输出水温的多阶多项式函数。
3.根据权利要求2所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成使用与所述第一和第二水温设定点有关的固定多阶系数生成所述室外重置曲线，并且
所述多个水温设定点中的每一者被确定为以下中的较大值
所述用户限定的水温设定点或
对应于沿着根据固定多阶系数生成的曲线的实际外部温度的水温设定点。
4.根据权利要求2所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成在连接所述第一和第二设定点以及包括在所述第一与第二设定点之间进一步偏移固定百分比因子的沿着线性曲线的中点的第三水温设定点时生成所述室外重置曲线。
5.根据权利要求1所述的水循环加热系统，其中，所述第二水温设定点和所期望的室内温度被预先确定并且与所述控制器相关联地存储，其中，仅需要经由所述用户接口将对应于参考室外温度的所述用户限定的水温设定点作为用户输入来生成所述室外重置曲线。
6.根据权利要求2所述的水循环加热系统，其中，对应于所述第一水温设定点的室外温度基于对应于所述锅炉组件的当前位置的位置数据自动确定并且经由通信网络从远程服务器获得。
7.根据权利要求1所述的水循环加热系统，进一步包括被配置成提供关于所限定区域的实际室外温度测量值的室外温度反馈回路。
8.根据权利要求7所述的水循环加热系统，其中，所述室外温度反馈回路包括与遮蔽室外区域相关联的至少一个室外温度传感器和与照射室外区域相关联的至少一个室外温度传感器，并且
所述控制器被配置成基于来自所述室外温度传感器的实际室外温度测量值动态地调整至少所述第二水温设定点和对应的室外重置曲线。
9.根据权利要求7所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成
确定低于对应于所述第一水温设定点的所述最小室外温度的实际室外温度测量值的个数，并且
基于超过阈值的所确定个数动态地调整所述最小室外温度和所述室外重置曲线。
10.根据权利要求9所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成在最大水温设定点与所述第一水温设定点之间生成线性室外重置曲线，并且所述线性室外重置曲线的斜率等于所述非线性室外重置曲线在所述第一水温设定点处的瞬时斜率。
11.根据权利要求1所述的水循环加热系统，进一步包括被配置成提供关于所限定区域的实际室内温度测量值的室内温度反馈回路，
其中，所述控制器被配置成
针对相应室外温度和水温将实际室内温度测量值与预期室内温度测量值进行比较，并且
基于所述室内温度的检测到的变化动态地调整至少所述第二水温设定点和对应的室外重置曲线。
12.一种用于所限定区域的水循环加热系统，所述系统包括：
锅炉组件，所述锅炉组件具有水输入部和水输出部；
用户接口，所述用户接口被配置成接收对应于关于所限定区域的最小室外温度的用户限定的水温设定点；
室外温度反馈回路；以及
控制器，所述控制器集成在所述锅炉组件内并且被配置成
在所述用户限定的水温设定点与对应于在所限定区域中需要加热的最大室外温度的第二水温设定点之间生成非线性室外重置曲线，
基于来自所述室外温度反馈回路的输入检测室外温度，并且
沿着所述非线性室外重置曲线并且基于检测到的室外温度来调节将来自所述水输入部的水加热到对应于设定点的温度，
其中，所述控制器被配置成进一步基于对应于多种类型的热散发器的热输出函数的聚合数据生成所述非线性室外重置曲线，
其中，具有所述室外重置曲线的所述锅炉组件被配置成提供所述水输出部，以便与所述多种类型的热散发器中的任何一种一起使用，
进一步包括从所述用户接口到所述控制器的所期望的室内温度反馈输入，其中，所述控制器针对所期望的室内温度的变化动态地生成新的室外重置曲线。
13.根据权利要求12所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被进一步配置成在最大水温设定点与所述用户限定的水温设定点之间生成线性室外重置曲线，并且所述线性室外重置曲线的斜率等于所述非线性室外重置曲线在所述用户限定的水温设定点处的瞬时斜率。
14.根据权利要求12所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成在连接所述用户限定的水温设定点、所述第二水温设定点和包括在所述用户限定的设定点与第二设定点之间偏移固定百分比因子的中点的第三水温设定点时生成所述室外重置曲线。
15.一种用于所限定区域的水循环加热系统，所述系统包括：
锅炉组件；
用户接口，所述用户接口被配置成接收对应于关于所限定区域的最小室外温度的用户限定的水温设定点；以及
控制器，所述控制器集成在所述锅炉组件内并且包括
用于在所述用户限定的水温设定点与对应于在所限定区域中需要加热的最大室外温度的第二水温设定点之间生成非线性室外重置曲线的装置，以及
用于在最大水温设定点与所述用户限定的水温设定点之间生成线性室外重置曲线的装置，其中，所述线性室外重置曲线的斜率等于所述非线性室外重置曲线在所述用户限定的水温设定点处的瞬时斜率，
其中，所述非线性室外重置曲线对应于多种类型的热散发器的聚合热输出函数，
进一步包括从所述用户接口到所述控制器的所期望的室内温度反馈输入，其中，所述控制器针对所期望的室内温度的变化动态地生成新的室外重置曲线。
16.一种用于所限定区域的水循环加热系统，所述系统包括：
锅炉组件，所述锅炉组件具有水输入部和水输出部；
控制器，所述控制器集成在所述锅炉组件内并且被配置成调节将来自所述水输入部的水沿着非线性室外重置曲线加热到对应于设定点的温度；
用户接口，所述用户接口被配置成接收对应于参考室外温度的用户限定的水温设定点，
其中，所述室外重置曲线基于所述用户限定的水温设定点来生成并且包括
对应于关于所限定区域的最小室外温度的第一水温设定点，
对应于在所限定区域中需要加热的最大室外温度的第二水温设定点，以及
在所述第一与第二设定点之间并且对应于在关于所限定区域的最小与最大室外温度之间的室外温度的多个水温设定点；以及
被配置成提供关于所限定区域的实际室外温度测量值的室外温度反馈回路，
其中，所述控制器被配置成
确定低于对应于所述第一水温设定点的所述最小室外温度的实际室外温度测量值的个数，并且
基于超过阈值的所确定个数动态地调整所述最小室外温度和所述室外重置曲线，
其中，所述控制器被配置成进一步基于对应于多种类型的热散发器的热输出函数的聚合数据生成所述室外重置曲线，
其中，具有所述室外重置曲线的所述锅炉组件被配置成提供所述水输出部，以便与所述多种类型的热散发器中的任何一种一起使用，
进一步包括从所述用户接口到所述控制器的所期望的室内温度反馈输入，其中，所述控制器针对所期望的室内温度的变化动态地生成新的室外重置曲线。
17.根据权利要求16所述的水循环加热系统，其中，所述第二水温设定点和所期望的室内温度被预先确定并且与所述控制器相关联地存储，其中，仅需要经由所述用户接口将对应于参考室外温度的所述用户限定的水温设定点作为用户输入来生成所述室外重置曲线。
18.根据权利要求16所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成生成所述室外重置曲线来作为对应于最小与最大室外温度之间的多个室外温度中的每一者的所期望的室内温度的输出水温的多阶多项式函数。
19.根据权利要求17所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成使用与所述第一和第二水温设定点有关的固定多阶系数生成所述室外重置曲线，并且
所述多个水温设定点中的每一者被确定为以下中的较大值
所述用户限定的水温设定点或
对应于沿着根据固定多阶系数生成的曲线的实际外部温度的水温设定点。
20.根据权利要求17所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成在连接所述第一和第二设定点以及包括在所述第一与第二设定点之间进一步偏移固定百分比因子的沿着线性曲线的中点的第三水温设定点时生成所述室外重置曲线。
21.根据权利要求17所述的水循环加热系统，其中，对应于所述第一水温设定点的室外温度基于对应于所述锅炉组件的当前位置的位置数据自动确定并且经由通信网络从远程服务器获得。
22.根据权利要求16所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成在最大水温设定点与所述第一水温设定点之间生成线性室外重置曲线，并且所述线性室外重置曲线的斜率等于所述非线性室外重置曲线在所述第一水温设定点处的瞬时斜率。
23.根据权利要求16所述的水循环加热系统，进一步包括恒温器循环反馈回路，其中，所述控制器被进一步配置成基于恒温器循环输入动态地调整至少所述第一水温设定点和对应的室外重置曲线。
24.根据权利要求16所述的水循环加热系统，进一步包括被配置成提供关于所限定区域的实际室内温度测量值的室内温度反馈回路，
其中，所述控制器被配置成
针对相应室外温度和水温将实际室内温度测量值与预期室内温度测量值进行比较，并且
基于所述室内温度的检测到的变化动态地调整至少所述第二水温设定点和对应的室外重置曲线。
25.一种用于所限定区域的水循环加热系统，所述系统包括：
锅炉组件，所述锅炉组件具有水输入部和水输出部；
控制器，所述控制器集成在所述锅炉组件内并且被配置成调节将来自所述水输入部的水沿着非线性室外重置曲线加热到对应于设定点的温度；
用户接口，所述用户接口被配置成接收对应于参考室外温度的用户限定的水温设定点，
其中，所述室外重置曲线基于所述用户限定的水温设定点来生成并且包括
对应于关于所限定区域的最小室外温度的第一水温设定点，
对应于在所限定区域中需要加热的最大室外温度的第二水温设定点，以及
在所述第一与第二设定点之间并且对应于在关于所限定区域的最小与最大室外温度之间的室外温度的多个水温设定点，
其中，所述控制器被配置成在连接所述第一和第二设定点以及包括在所述第一与第二设定点之间进一步偏移固定百分比因子的沿着线性曲线的中点的第三水温设定点时生成所述室外重置曲线，
其中，所述控制器被配置成进一步基于对应于多种类型的热散发器的热输出函数的聚合数据生成所述室外重置曲线，
其中，具有所述室外重置曲线的所述锅炉组件被配置成提供所述水输出部，以便与所述多种类型的热散发器中的任何一种一起使用，
进一步包括从所述用户接口到所述控制器的所期望的室内温度反馈输入，其中，所述控制器针对所期望的室内温度的变化动态地生成新的室外重置曲线。
26.根据权利要求25所述的水循环加热系统，其中，所述第二水温设定点和所期望的室内温度被预先确定并且与所述控制器相关联地存储，其中，仅需要经由所述用户接口将对应于参考室外温度的所述用户限定的水温设定点作为用户输入来生成所述室外重置曲线。
27.根据权利要求25所述的水循环加热系统，其中，对应于所述第一水温设定点的室外温度基于对应于所述锅炉组件的当前位置的位置数据自动确定并且经由通信网络从远程服务器获得。
28.根据权利要求25所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成生成所述室外重置曲线来作为对应于最小与最大室外温度之间的多个室外温度中的每一者的所期望的室内温度的输出水温的多阶多项式函数。
29.根据权利要求25所述的水循环加热系统，进一步包括被配置成提供关于所限定区域的实际室外温度测量值的室外温度反馈回路。
30.根据权利要求29所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成
确定低于对应于所述第一水温设定点的所述最小室外温度的实际室外温度测量值的个数，并且
基于超过阈值的所确定个数动态地调整所述最小室外温度和所述室外重置曲线。
31.根据权利要求29所述的水循环加热系统，其中，所述控制器被配置成在最大水温设定点与所述第一水温设定点之间生成线性室外重置曲线，并且所述线性室外重置曲线的斜率等于所述非线性室外重置曲线在所述第一水温设定点处的瞬时斜率。
32.根据权利要求25所述的水循环加热系统，进一步包括恒温器循环反馈回路，其中，所述控制器被进一步配置成基于恒温器循环输入动态地调整至少所述第一水温设定点和对应的室外重置曲线。
33.根据权利要求25所述的水循环加热系统，进一步包括被配置成提供关于所限定区域的实际室内温度测量值的室内温度反馈回路，
其中，所述控制器被配置成
针对相应室外温度和水温将实际室内温度测量值与预期室内温度测量值进行比较，并且
基于所述室内温度的检测到的变化动态地调整至少所述第二水温设定点和对应的室外重置曲线。
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