DE112010003256T5

DE112010003256T5 - System und Verfahren für Energieverbrauchsmanagement

Info

Publication number: DE112010003256T5
Application number: DE112010003256T
Authority: DE
Inventors: Edward M. Smith; Gregory L. Chambers
Original assignee: E3 Greentech Enterprises Inc
Current assignee: E3 Greentech Enterprises Inc
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2013-01-31
Also published as: US20100262313A1; GB201117316D0; GB2480796B; GB2480796A; WO2010118332A1; CN102460335B; HK1171089A1; CA2758287A1; US9146548B2; CN102460335A

Abstract

Ein Energiemanagementsystem und Verfahren, die eine ganzheitliche Gebäudeenergieoptimierung und ein Energieeffizienzgewinnungssystem bereitstellen, ditware, Analytiken und automatisiertem Prozess bestehen, welche die Energieerzeugungs- und Speichertechnologien, den Energieverbrauch, die Energienachfrage und die Energienutzung von energieverbrauchenden Anlagen innerhalb eines Gebäudes optimieren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren für das Energiemanagement und insbesondere ein ganzheitliches Energieoptimierungs- und Effizienzsystem und ein Verfahren, das einen Prozess bereitgestellt, der die Energieerzeugungs- und Speichertechnologien, den Energieverbrauch, die Energienachfrage und die Energienutzung von energieverbrauchenden Anlagen innerhalb eines Gebäudes optimiert.
Hintergrund der Erfindung
Basierend auf Daten der Energy Information Administration (Energieinformationsbehörde „EIA”) verbrauchen Privat- und gewerbliche Endverbraucher über 40% der gesamten in den Vereinigten Staaten erzeugten Elektrizität. Gleichzeitig schätzt das Department of Energy (Energiebehörde „DOE”), dass gegenwärtige Energieineffizienzen in Gebäuden aus elektrischen Systemverlusten von bis zu 40% resultieren.
Während Privatverbraucher über das letzte Jahrzehnt Effizienzsteigerungen durch Technologieverbesserungen in Geräten und HVAC-„Heating, Ventilating and Air Conditioning” = Heizung, Lüftung und Klimatisierung) Systemen erfahren haben, wurden diese Steigerungen weitgehend durch eine 40%-Steigerung der Anzahl von Haushalten, eine 49%-Steigerung der Verwendung von Klimaanlagen, einer 72%-Steigerung der Größe von Wohnungen ebenso wie durch eine stetige Zunahme der Anzahl von verwendeten elektrischen Haushaltsgeräten aufgehoben. Der durchschnittliche Haushalt in den Vereinigten Staaten hat nun 26 Unterhaltungselektronikprodukte, und es gibt geschätzte 124000000 US-Wohnsitze. Es wird vorhergesagt, dass im nächsten Jahrzehnt fünfzehnmillionen neue gewerbliche Gebäude gebaut werden.
Überdies wird die globale Nachfrage nach Brennstoffquellen, wie etwa Kohle und Erdgas, das Hinzukommen von mehr Erzeugungskapazität und die benötigten Investitionen in neue Übertragungs- und Verteilungsstruktur die Energiepreise nur noch höher treiben als sie auf dem heutigen Markt sind. Erneuerbare und herkömmliche Energieversorgungsbaukosten gehen flächendeckend hoch, Brennstoffenergiekosten steigen, Betriebskosten steigen und ehebliche Kosten für die Klimareinigung werden bald vorhergesagt.
In Verbindung mit diesen kontinuierlich steigenden Härten des Energieverbrauchs und den andauernden Zunahmen der Energiekosten bewirken gesetzgebende und ordnungspolitische Strategien, welche die Energieeffizienz, die Versorgung mit erneuerbaren Energien und die Kohlenstoffemission behandeln, dass Versorgungsunternehmen nach neuen Technologien forschen, um ihren Kunden eine bezahlbare kohlenstoffarme zuverlässige Energieversorgung bereitzustellen. Die politischen und wirtschaftlichen Drücke, um Kohlenstoffemissionen zu reduzieren und unser Klima vor globaler Erwärmung zu schützen, steigen weiterhin.
Zum Beispiel enthielt der Reinvestitions- und Aufschwunganschubplan der Nation eine Finanzausstattung von über 40 Milliarden Dollar für die Entwicklung von Technologien, um die Nation energieeffizienter zu machen. Die Zahl stellt in den jährlichen Bundesinvestitionen für die Energieeffizienz eine zehnfache Steigerung gegenüber jedem vorhergehenden Jahr dar. Über 6 Milliarden Dollar sind für die Erhöhung der Haushaltsenergieeffizienz und die Erweiterung gegenüber dem Stand gegenwärtiger Energieeffizienzprogramme geplant. Besondere „Entkopplungs”-Bestimmungen wurden in den Plan aufgenommen, die Versorgungsunternehmen garantieren, dass sie Erträge, die verloren sein können, sollten Endverbraucher als ein Ergebnis der Endverbraucher-Energieeffizienzprogramme des Versorgungsunternehmens weniger Elektrizität verbrauchen, wiederbekommen werden.
Außerdem förderte der US Energy Policy Act von 2005 die Verwendung einer Energiepreispolitik mit Tarifen zur Zeit des Verbrauchs (time-of-use „TOU”), um das Endverbraucher-Verbrauchsverhalten zu gestalten, die Notwendigkeit teurer Spitzenerzeugung zu verringern und die Netznutzung zu erhöhen. Intelligente Zähler und fortschrittliche Messinfrastrukturen („AMI”) werden benötigt, um diese Strategien zu implementieren. Die Regierung schätzt, dass bis 2010 50 Millionen fortschrittliche Messgeräte, die eine geschätzte Milliarde Dollar an Versorgerinvestitionen darstellen, in Vorbereitung sind.
Der Energy Independence and Security Act von 2007 unterstützte die Herstellung des intelligenten Netzes durch die Modernisierung des Elektrizitätsübertragungs- und Verteilungssystems der Nation. Es wird geschätzt, dass von Versorgungsunternehmen zwischen 2010 und 2030 Investitionen von 1,5 Billionen Dollar in die Übertragungs- und Verteilungsinfrastruktur getätigt werden. In der zweiten Hälfte von 2008 wurden über 275 Millionen Dollar neue private Risikokapitalfinanzierung in Firmen investiert, die Kommunikationsnetze und andere Technologien für intelligente Netzlösungen entwickeln und herstellen.
Im Allgemeinen zielen diese intelligenten Netze darauf ab, die Effizienz in der Erzeugungs- und Lieferungsinfrastruktur zu verbessern. Das intelligente Netz und Verfahren und Technologien Reaktionen auf die Nachfrage werden konzipiert, um die Energienachfragespitzen der Verbraucher zu senken. Zum Beispiel ist der Versuch, den Gesamtenergieverbrauch, der von einem Gebäude zu einem bestimmten Zeitpunkt genutzt wird, zu senken, indem der Verbrauchernutzer abgelehnt oder beschränkt wird, eine Technologie, die den Gesamtenergieverbrauch nicht senkt. Überdies beeinflussen diese Initiativen nicht den höchsten Beitrag zur Energieverschwendung in dem Gesamtsystem, d. h. die Energieineffizienzen, die in Gebäude und Wohnungen zu finden sind.
Außerdem nehmen herkömmliche Systeme, wie etwa Energiemanagementsysteme, Gebäudeautomatisierungssysteme, intelligente Messgeräte, Haushaltsautomatisierungssysteme, gebäudeinterne Anzeigen, programmierbare kommunizierende Thermostate und DDC-(direkte digitale Steuerung)/pneumatische Steuersysteme einen einzigen Ansatz für die Steuerung und das Management, der sich nur auf die Steuerung oder das Management der Leistung der einzigen elektrischen Komponentenanlage oder möglicherweise der Gruppe von Anlagen, an der sie angebracht sind, konzentriert. Diese herkömmlichen Systeme bauen darauf auf, dass der Insasse des Gebäudes oder der Einrichtungsverwalter die korrekten Parameter versteht und in die Steuersysteme eingibt, damit sie korrekt arbeiten. Ferner erfordern diese Systeme, dass diese Parameter aktualisiert werden, wenn die sich Bedingungen oder Gebäudegegebenheiten ändern, was erfordert, dass Gebäudeinsassen oder Gebäudeeinrichtungsverwalter sich über zentrale Energiedatenfakten, wie etwa das aktuelle Wetter, das bevorstehende Wetter, aktuelle Energiepreisbildungskonditionen, bevorstehende Energiepreisbildungskonditionen, eine andere Anlagennutzung oder Wechselwirkungen zwischen der aktuellen Anlage und den anderen Gebäudeanlagen ausgiebig bewusst und sachkundig sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Folglich bietet der Fortbestand der Energieverschwendung und Ineffizienzen über das Energieversorgungssystem hinweg und innerhalb von Wohnungen und gewerblichen Gebäuden einige der größten Gelegenheiten für die Elektrizitätswirtschaft Energie zu sparen, Kohlenstoffemissionen zu senken und Gewinne zu erhöhen. Der Einfluss dieser Verluste ist entlang der Energieversorgungskette kaskadiert, was nicht nur erzwingt, dass zunehmend höhere Elektrizitätsmengen erzeugt werden, sondern auch das Nachdenken über die Konstruktion der Übertragungs- und Verteilungsnetzinfrastrukturen erfordert, um die sich ergebenden höheren Spitzen in der Energienachfrage zu befriedigen. Diese Ineffizienzen führen zu hohen unnötigen Kosten in der Erzeugung, Verteilung und im Verbrauch von Elektrizität ebenso wie zu der ungewollten Erzeugung oder Freisetzung höherer Mengen schädlicher Kohlenstoffemissionen.
Basierend auf der aktuellen Energieverbrauchslandschaft ist klar, dass die Energieeffizienz das Herzstück der Strategie zur Erfüllung unserer Energie- und Klimabedürfnisse ist. Allerdings wird kein einzelnes Programm oder eine neue Technologie ausreichen, um diese Herausforderungen zu lösen. Das Erfüllen der Nachfrage nach bezahlbarer kohlenstoffarmer Energie (Elektrizität) ist eine Herausforderung mit unerhörten Komplexitätsniveaus. Dass die Nation diese Ziele erreicht, kann nur durch erhebliche Investitionen in die Energieeffizienz und erneuerbare Energieversorgungsquellen erreicht werden.
Was benötigt wird, ist ein ganzheitlicher Ansatz, der fähig ist, Betriebe und Leistung vorherzusagen und/oder dynamisch an das Verbraucherverhalten, den Markt oder die Wetterbedingungen, Netzinfrastrukturrandbedingungen und Interessensvertreterprogramme anzupassen. Die Erzeugung einer alternativen Energieversorgungsquelle in sauberer Technologie mit null Emissionen durch Anwenden einer Technologie, um Energieverschwendung zu eliminieren/minimieren und die Energieeffizienz zu verbessern, bietet ein unmittelbares und pragmatisches kostengünstiges Verfahren zur Lieferung einer erheblichen Entlastung in nächster Zeit. Das Liefern dieser Entlastung durch eine hoch kompatible Plattform und eine in dem Gebäude angeordnete intelligente Plattform bietet ein Mittel zum Integrieren und Beschleunigen der Verwendung kritischer Technologien, die benötigt werden, um die Energieversorgungssicherheit sicherzustellen, Kohlenstoffemissionen zu senken, Verschwendung zu eliminieren und Effizienzverbesserungen zu unterstützen.
Das hier offenbarte Energiemanagementsystem und das Verfahren stellen ein ganzheitliches Energieoptimierungs- und Energieeffizienzgewinnungssystem bereit, das aus einem miteinander verbundenen System aus Software, Analytikers und automatisiertem Prozess besteht, das die Energieerzeugungs- und Speicherungstechnologien, den Energieverbrauch, die Energienachfrage und die Energienutzung von energieverbrauchenden Anlagen innerhalb eines Gebäudes optimiert.
Das Energiemanagementsystem und das Verfahren nutzen außerdem Analytik und Software, um ein ganzheitliches intelligentes Softwaresystem und ein Anwendungspaket zu erzeugen, die unabhängig und automatisch wirken, um den Lebenszyklus und die Energieeffizienzleistung von gebäudebasierten Energieerzeugungs- und Speichertechnologien in Übereinstimmung mit vorhandenen und zukünftigen energieverbrauchenden Vorrichtungen und Anlagen zu optimieren, die in dem Gebäude eingesetzt und installiert sind. Effektiv wird ein hoch interaktiver Prozess bereitgestellt, der das Verhalten und die Bedürfnisse des Gebäudeinsassen unterstützt und sich kontinuierlich daran anpasst, um erforderliche Voraussetzungen für die Bequemlichkeit und Zuverlässigkeit zu erfüllen und aufrecht zu erhalten, während die Kosten für den Verbraucher ebenso wie die Kosten für die Energieversorgungsfirma durch Eliminieren von Energieverschwendung, Maximieren des Effizienzpotentials der vorhandenen installierten Basis von Geräten und Anlagen, Vermeiden entsprechender Kohlenstoffemissionen und Senken der Spitzenenergie-Nachfrageanforderungen des Gebäudes minimiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein Blockdiagramm eines Energiemanagementsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar.
2 stellt ein Blockdiagramm eines Energiemanagement-Kontrollzentrums gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar.
3 stellt ein Gebäudeautomatisierungsnetzwerk gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar.
4 stellt ein Blockdiagramm eines Energiemanagementcomputers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar.
5 stellt ein Blockdiagramm eines Sensors/einer Steuerung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar.
6 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Managen des Energieverbrauchs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar.
7 stellt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Datenanalyse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die folgende detaillierte Beschreibung skizziert mögliche Ausführungsformen des beschriebenen Energiemanagementsystems und Verfahrens für Beispielzwecke. Wie nachstehend beschrieben wird, stellen das hier offenbarte System und Verfahren eine vollständig ausgelagerte Web-basierte Lösung bereit, die automatisch hinter den Kulissen in einer Wohnung oder einem Geschäftsgebäude arbeitet, um Energieverschwendung zu eliminieren und die Energienutzung innerhalb von durch den Verbraucher definierten Regeln zu optimieren. Das hier offenbarte System und das Verfahren umfassen Fähigkeiten, das Verbraucherverhalten und äußere Einflüsse, wie etwa Märkte, das Wetter, Netzinfrastrukturrandbedingungen, behördliche Bestimmungen und ähnliches zu lernen und sich in Echtzeit oder anders daran anzupassen, um Energieeinsparungen aufrecht zu erhalten oder zu verbessern.
1 stellt ein Blockdiagramm des Energiemanagementsystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar. Wie gezeigt, erzeugt das Energiemanagementsystem 100 eine funktionale Beziehung zwischen einem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102, einem Verwalter/Interessensvertreter 104 und einem in dem Gebäude 106 ansässigen Endverbraucher. 1 stellt die verschiedenen Benutzerschichten dar, die von dem Energiemanagementsystem 100 unterstützt werden können. Der Verwalter/Interessensvertreter 104 kann ein Energieversorger, Gebäudeverwalter, Bauträger, ein Sammelabnehmer, eine Gemeinde-/Staats-/lokale Behörde oder ähnliches sein. Der Endverbraucher in dem Gebäude 106 kann ein Eigentümer/Bewohner des Gebäudes 106 sein, das ein Domizil/eine Wohnung, ein gewerbliches Gebäude oder ähnliches sein kann.
Das Energiemanagementsystem 100 stellt eine integrierte Anordnung von webfähigen intelligenten Steuervorrichtungen, Datenerfassungssensoren, Diagnose- und Leistungsalgorithmen und adaptive Software bereit, die in dem Gebäude 106 installiert sind, und sowohl in Übereinstimmung mit zentralisierten als auch verteilten Energiemanagementmodulen arbeiten, die von dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 bereitgestellt werden, um eine benutzerdefinierte Auswahl an Bequemlichkeit, Zuverlässigkeit und Kosten zu liefern, während die Energienachfrage, Nutzung und Kohlenstoffemissionen in dem Gebäude 106 verringert werden.
Im Betrieb werden Transaktionsdaten, wie etwa Energieverbrauchsdaten, die von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen erfasst werden, an das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 übertragen. Wie nachstehend im Detail beschrieben wird, können derartige Transaktionsdaten die Leistung und Verwendung von HVAC-Systemen, der Beleuchtung, von Wasserheizungen, Kühlung, wesentlichen Geräten und ähnliches umfassen. Effektiv ist das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 mit ausreichenden Daten versehen, um die Gewohnheiten, Abläufe und Routinen des/der Endverbraucher/s und der in dem Gebäude 106 betriebenen Vorrichtung(en) zu lernen. Außerdem ist das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 konfiguriert, um aktiv und kontinuierlich Daten von außerhalb des Gebäudes 106, wie etwa zum Beispiel Energiemarktbedingungen, Wetterbedingungen, Netzinfrastrukturrandbedingungen, behördliche Bestimmungen und ähnliches, zu sammeln. Unter Verwendung einiger oder aller der erfassten Daten wird das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 konfiguriert, um die erfassten Daten in Verbindung mit Daten, die früher in dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 erfasst und gespeichert wurden, zu kombinieren, normieren und analysieren, um Anweisungen zu erzeugen, die ein optimiertes Ergebnis für den Energieverbrauch in dem Gebäude 106 bereitstellen. Basierend auf dem optimierten Ergebnis erzeugt das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 Steueranweisungen, die zurück an den Sensor, die Vorrichtung, den mobilen Client und/oder die Steuerung übertragen werden, um die Energieanlagen des Gebäudes dynamisch anzupassen, um dadurch eine bequemere zuverlässige Umgebung bereitzustellen, während Energieverschwendung im Wesentlichen eliminiert wird und der Energieverbrauch erheblich gesenkt wird. Effektiv ist das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 konfiguriert, um automatisch Maßnahmen zu ergreifen, um Energieverschwendung zu eliminieren und die Leistungsfähigkeit des Gebäudes 106 zu maximieren. Vorzugsweise wird dieser Prozess auf einer periodischen Basis (z. B. 1- bis 10-mal pro Minute) durchgeführt, um eine optimale Ergebnisreihe zu erreichen, die von dem Endverbraucher und/oder Verwalter/Interessensvertreter 104 erwünscht ist.
Überdies bietet das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 ein Energiemanagement-Unternehmensportal 108, um eine webbasierte Benutzerschnittstelle für den Endverbraucher und/oder Verwalter/Interessensvertreter 104 bereitzustellen. Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 umfasst alle (nicht gezeigten) Hardware- und Softwaremodule, die notwendig sind, um ein Website-Portal (z. B. Energiemanagement-Unternehmensprotal 108) für die Benutzer-Interaktion mit dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 bereitzustellen. Insbesondere wird das Energiemanagement-Unternehmensportal 108 für alle Interaktionen und Konfigurationen in dem Energiemanagementsystem 100 bereitgestellt. Als solches stellt das Energiemanagement-Unternehmensprotal 108 den Kernvisualisierungsdienst bereit, der als der Mechanismus dient, um alle Benutzerschnittstellendaten bereitzustellen. Jegliche Geschäftslogik, Analyseergebnisse und Berichtswesen sind von diesem Portal 108 aus sowohl für den/die Endverbraucher in dem Gebäude 106 als auch den/die Verwalter/Interessensvertreter 104 zugänglich. Das Personal des Energiemanagement-Kontrollzentrums nutzt dieses Portal 108 für alle täglichen und/oder Verwaltungsfunktionen. Insbesondere ermöglicht das Energiemanagement-Unternehmensprotal 108 dem Verwalter/Interessensvertreter 104 Daten zu sehen, Kampagnen durchzuführen, das Netz zu erweitern (d. h. Verbraucher hinzuzufügen und/oder Vorrichtungen hinzuzufügen, etc.) ebenso wie alle anderen Funktionen des Systems, wie durch ihre sichere Anmeldung an dem System bestimmt, wie etwa Sicherung/Wiederherstellung, Wiederanlauf nach einem Notfall, und Umzug des Servers. Überdies kann jeder Endverbraucher in seinem jeweiligen Gebäude 106 Daten sehen und mit dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 interagieren (z. B. Energieverbrauchsregeln/Vorlieben festlegen), kann aber vorzugsweise nicht die Verwaltungsfunktionen ausführen, die von dem Verwalter/Interessensvertreter 104 ausgeführt werden.
Insbesondere kann der Endverbraucher die Energieverbrauchsregeln/Vorlieben für die gewünschte Leistung der energieverbrauchenden Vorrichtungen in dem Gebäude 106 festlegen. Außerdem ist die dem Endverbraucher bereitgestellte Benutzerschnittstelle vorzugsweise eine unendliche Folge von Tiles, die eine spezifische Interaktion mit der Kampagnenplattform 214, die nachstehend im Detail beschrieben wird, zulassen. Alle Kampagnen erzeugen Feedback-Schleifen von der Kampagnenplattform 214 zu der Endverbraucherschnittstelle und schließlich zurück zu der Kampagnenplattform 214. Als ein Ergebnis ermöglicht diese Funktionalität Echtzeitansichten von Punkten, die an einer oder mehr Kampagnen komplett beteiligt sind. Außerdem ist dieses Portal die Hauptschnittstelle für Endverbraucher, um sich anzumelden und die Konfiguration ihres Gebäudes, Nutzungsmuster und den Kontostatus zu überprüfen.
In der beispielhaften Ausführungsform erzeugt das Energiemanagement-Unternehmensprotal 108 einen Sicherheitskontrollpunkt, um Benutzertransaktionen in dem Energiemanagementsystem 100 zu validieren, authentifizieren und zu autorisieren. Das Anmeldeportal ist fähig, alle erforderlichen Aktionen auf der Standortebene, alle erforderlichen Batch- oder Gruppen von Standortbetrieben durchzuführen ebenso wie als der Haupttunnel zu Echtzeitablesungen des Energiemanagementsystems 100, wie vorstehend beschrieben, zu dienen.
Überdies verwendet das Energiemanagement-Unternehmensportal 108 in einer weiteren Verbesserung der Ausführungsform eine interaktive Plattform, die gemäß erwiesenen sozialen Networking-Techniken konzipiert ist, um Verbraucher über die erreichten Ergebnisse zu benachrichtigen und Verbraucher über weitere Verbesserungsgelegenheiten zu beraten, die angewendet werden können. Diese Plattform hilft, Verbraucher in einer mühelosen Verwaltung ihres Gebäudes 106 engagiert zu halten, ebenso wie eine Benutzerschnittstelle bereitzustellen, die einen Benutzer in die Lage versetzt, kontinuierlich kritische Informationen an Versorgungsunternehmen bereitzustellen. In dieser Verbesserung der beispielhaften Ausführungsform erzeugt die dem Endverbraucher bereitgestellte Webschnittstelle eine Plattform, die es dem Endverbraucher ermöglicht, sich in einem freundlichen Wettbewerb über Energieeffizienz und die Verbesserung der persönlichen CO₂-Bilanz zu engagieren. Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 ist konfiguriert, um finanzielle und andere Vorteile aus diesen Energiesenkungen zu erfassen und darüber zu berichten. Als ein Ergebnis werden die Endverbraucher, die eine aktive Rolle in ihrem Energiemanagement/Verbrauch spielen möchten, mit der Möglichkeit versehen, dies zu tun.
In noch einer weiteren Verbesserung ist das Energiemanagement-Unternehmensprotal 108 konfiguriert, um eine persönliche Energieeffizienz„Homepage” oder „Gebäudeseite” im Internet für jeden Endverbraucher zu erzeugen. Diese „Seite” wird bereitgestellt, um Energiesparempfehlungen oder Beobachtungen über die Energienutzung des Endverbrauchers aufzustellen. Überdies können Endverbraucher sich gegenseitig kontaktieren und Tipps und Wissenstransfer anbieten und können sich leicht mit Personal des Energiemanagement-Kontrollzentrums verbinden, um sie zu unterstützen. Abschnitte des Energiemanagement-Unternehmensprotals 108 sind auch konfiguriert, um in andere soziale Networkingseiten (z. B. Facebook^®) integriert zu werden, was Benutzern ermöglicht, ihre Effizienzsteigerungen und Verbesserungen der persönlichen CO₂-Bilanz stolz anzuzeigen.
2 stellt ein detailliertes Blockdiagramm des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar. Wie nachstehend im Detail diskutiert wird, umfasst das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 Hardware- und Softwaremodule, die konfiguriert sind, um Daten zu speichern, die von jedem Gebäude 106 erfasst und von dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 empfangen werden. Außerdem umfasst das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 Hardware- und Softwaremodule, die ihm ermöglichen die erfassten/gespeicherten Daten in Verbindung mit externen Datenströmen, wie etwa dem Wetter, dem bevorstehenden Wetter, aktuellen Energiepreisbildungsbedingungen, bevorstehenden Energiepreisbildungsbedingungen, anderer Anlagennutzung und Interaktionen zwischen der aktuellen Anlage und anderen Gebäudeanlagen, zu kombinieren, zu normieren und zu analysieren. Folglich sollte geschätzt werden, dass das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 den/die notwendigen Server, Datenbank(en), E/A-Schnittstelle(n), Prozessor(en) und ähnliches umfasst, um die nachstehend diskutierte/n Funktionalität/Komponenten zu ermöglichen. Derartige Hardwarekomponenten sind Fachleuten der Technik bekannt und wurden nicht im Detail beschrieben, um die Beschreibung des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 hier nicht unnötig zu vernebeln.
Wie gezeigt, umfasst das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 eine Kommunikationsschnittstelle 202, die konfiguriert ist, um Daten von den Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen zu empfangen, die sich auf jedem Gebäude 106 befinden. In der beispielhaften Ausführungsform kann die Kommunikationsschnittstelle 202 konfiguriert werden, um unter Verwendung von Standard-TCP/IP-Internetprotokollen oder ähnlichen mit dem Gebäude 106 zu kommunizieren. In einer Verbesserung kann die Kommunikationsschnittstelle 202 als ein XMPP-Gateway implementiert werden, das konfiguriert ist, um die Echtzeit-Transaktionsdaten zu empfangen. Es wird bemerkt, dass die Kommunikationsschnittstelle 202 alle erforderlichen (nicht gezeigten) Hardware- und Softwaremodule umfasst, um die Kommunikation zwischen dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 und fernen Funktionseinheiten, wie etwa dem Gebäude 106, zu ermöglichen. Diese Kommunikationshardwarekomponenten können herkömmliche E/A-Schnittstellen, wie etwa Modems, Netzkarten und ähnliches umfassen. Derartige Hardwarekomponenten und Softwareanwendungen sind Fachleuten der Technik bekannt und wurden nicht im Detail beschrieben, und die Beschreibung des Systems hier nicht unnötig zu verschleiern.
Es sollte anerkannt werden, dass jeder herkömmliche Webdienst verwendet werden kann, um die Datenkommunikation zwischen dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102, dem Verwalter/Interessensvertreter 104 und/oder dem Gebäude 106 zu ermöglichen. Wie er hier verwendet wird, wird der Begriff „Webdienst” bereitgestellt, um eine typische Anwendungsprogrammierungsschnittstelle („API”) oder Web-API zu beschreiben, auf die über ein Netzwerk, wie etwa das Internet, zugegriffen werden kann, und die auf einem fernen System ausgeführt werden kann, das angeforderte Dienste beherbergt. Zum Beispiel bezieht sich in einer Verbesserung der Begriff „Webdienst” auf Clients und Server, die über das Hypertext Transfer Protocol („HTTP”), das im Web verwendet wird, kommunizieren. Jedoch kann für die Zwecke dieser Offenbarung für diesen Zweck jede Anwendung verwendet werden, die den Austausch von Informationen, Diagnosen und Steuerungen ermöglicht, und ist nicht auf irgendein bestimmtes Protokoll beschränkt. In einer Verbesserung sind die implementierten Webdienste vorzugsweise konzipiert, um auf energieeffizienten Blade-Servern zu laufen, die mit dem Linux^®-Betriebssystem betrieben werden, so dass der Webdienst schnell skaliert werden kann, um die Bedürfnisse einer zunehmenden Installationsbasis zu erfüllen, indem lediglich Blades in die Bladeschränke hinzugefügt werden.
Wie ferner in 2 dargestellt, umfasst das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 einen Datenspeicher 204 (d. h. einen Echtzeit-Datenspeicher oder Betriebsdatenspeicher oder ähnliches), der bereitgestellt ist, um den aktuellen Wert eines oder mehrerer der Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients oder der Steuerung zu speichern, die von dem Energiemanagementsystem 100 implementiert sind, um den Zugang zu diesen Daten durch das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 bereitzustellen. Der Datenspeicher 204 ist ferner bereitgestellt, um aktuelle Systemablesungen sicherzustellen, bevor ein optimiertes Ergebnis erzeugt wird, um zu verifizieren, dass die Bedingungen sich nicht auf einen Zustand geändert haben, der das erwünschte optimale Ergebnis erheblich verändern würde.
Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 umfasst auch einen Wolkenspeicher 206 (z. B. Cassandra-Wolkenspeicher), der als der Hauptdatenspeicher des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 konfiguriert ist. Vorzugsweise verwendet der Wolkenspeicher 206 Schlüssel-/Wertpaare, um große Volumen an Information mit extrem schneller Lese- und Schreibzeit schnell zu speichern. Effektiv ist der Wolkenspeicher 206 derart bereitgestellt, dass er fähig ist, die ankommenden Daten schnell zu lesen und die Daten in einem strukturierten Speichermodell zu speichern.
Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 stellt die Validierungsregelmaschine 208 bereit, die konfiguriert ist, um, wie von Fachleuten der Technik leicht verstanden würde, jedes Datenelement durch einen oder mehrere der folgenden Test zu validieren: 1) statische Grenzen; 2) Einzelwertschwellen; 3) Prozentsatz der Wertänderung; 4) Prozentsatz der Differenz zu verwandten Datenobjekten; 5) Standardabweichungsbereich; 6) Differential der Steigungsrate; 7) numerischer Schwellwert; 8) Objektreife (Vollständigkeit); 9) und ähnliche. Wenn die empfangenen Transaktionsdaten einmal diesen Validierungsschritt durchlaufen haben, werden sie, wie nachstehend diskutiert wird, für den Entscheidungsbildungsprozess verwendet, um das/die optimierten Ergebnis(se) zu erzeugen.
Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 umfasst auch ein integrierendes Data Warehouse 210, das als der Transaktionsdatenspeicher des Energiemanagementsystems 100 konfiguriert ist, der alle historischen Einträge ankommender Daten, aktueller Systemkomponenten und ausgeführter optimierter Ergebnisse speichert. Insbesondere ist das integrierende Data Warehouse 210 konfiguriert, um Kundenvorlieben, die historischen Energienutzungs- und Einrichtungsleistungsdaten, Einrichtungsspezifikationen des Herstellers, Marktregeln, Auslastungsraten, Wetterdaten und ähnliches zu speichern. Das integrierende Data Warehouse 210 ist konfiguriert, um die Analyse, Optimierung und das Data Mining (Datenanalyse) zu unterstützen, um fortlaufend Energieeffizienzverbesserungen durch das Energiemanagementsystem 100 bereitzustellen. Effektiv dient das integrierende Data Warehouse 210 als ein zentraler Ablagespeicher für die elektronisch gespeicherten Daten des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102. Ferner sollte sich verstehen, dass das integrierende Data Warehouse 210 durch jede geeignete Software verwaltet werden kann. Zum Beispiel wird das integrierende Data Warehouse 210 in der beispielhaften Ausführungsform mit generischem SQL geschrieben, das auf einem Microsoft SQL-Server^®, MySQL^® oder Oracle^® laufen kann.
Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 umfasst auch die Optimierungsmaschine 212, die konfiguriert ist, um die erforderlichen Datenberechnungen für das Energiemanagementsystem 100 durchzuführen. Wie nachstehend im Detail diskutiert wird, ist die Optimierungsmaschine 212 konfiguriert, um die in dem integrierenden Data Warehouse 210 gespeicherten Daten abzurufen und zu analysieren und neue Datenpunkte zu erzeugen, während sie die Anforderungen jeder einzelnen Implementierung berechnet. Bevorzugt sind dieses Berechnungen unendlich verschachtelt, was die unendliche Fähigkeit bereitstellt, neue berechnete Datenpunkte zu erzeugen.
Jedes Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 umfasst, wie vorstehend erwähnt, auch die Kampagnenplattform 214. Wenn einmal alle Daten in dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 über die Kommunikationsschnittstelle 202, den Data Store 204, den Wolkenspeicher 208, die Validierungsregelmaschine 208, das integrierende Data Warehouse 210 und die Optimierungsmaschine 212 empfangen und gespeichert wurden, kann davon ausgegangen werden, dass das Energiemanagementsystem 100 sowohl den vorhandenen Zustand aller Sensoren, Vorrichtungen, mobiler Clients oder Steuerungen in jedem Gebäude 106 ebenso wie die Benutzerregeln/Vorlieben der Verwalter/Interessensvertreter 104 und Endverbraucher in dem Gebäude 106 hat. Folglich ist die Kampagnenplattform 214 konfiguriert, um die jeweiligen Benutzer in die Lage zu versetzen, vorkompilierte Routinen auszuführen, die alle gebündelten Geschäftsregeln des normalen und verbesserten Energiemanagements darstellen. Diese Kampagnentypen umfassen sowohl herkömmliche Verfahren zur Nachfragesenkung, wie etwa Nachfragebefriedigung ebenso wie fortgeschrittenere und neu entstehende Verfahren des Energiemanagements, wie etwa Energieoptimierung. Da Kampagnen als Sammlungen von Geschäftsregeln für die Arbeitsregelmaschine 216 definiert sind, können neue Kampagnentypen ebenso wie neue Kampagnen über das Portal 108 für jeweilige Nutzer auf Echtzeitbasis definiert werden. Diese Kampagnen dienen vorzugsweise als ausgeführte Energiemanagementverbesserungen für die Energiemessung und Verifizierung, was bedeutet, dass jede Kampagne eine gemessene Einheit der Energienachfrage- oder Energieverbrauchssenkung wird, wobei die Gesamtenergiesenkung in einem einzigen Gebäude gleich der Summe der Energiesenkungen aller beteiligter Kampagnen ist.
Wie vorstehend erwähnt, umfasst das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 die Arbeitsregelmaschine 216, die konfiguriert ist, um die Validierung weiter auszuführen, indem sie mit der Validierungsregelmaschine 208 verbindet. Zum Beispiel stellt die Arbeitsregelmaschine 216 eine „Wenn/Dann/Sonst”-Logik für alle angeschlossenen Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients oder Steuerungen in jedem Gebäude 106 bereit. Als ein Ergebnis liest die Arbeitsregelmaschine 216 Knoten aus dem integrierenden Data Warehouse 210 und führt von jeweiligen Nutzern definierte Geschäftsregeln über getrennte Sensoren, Vorrichtungen, mobile Clients oder Steuerungen hinweg aus.
Schließlich umfasst das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 die Dienst- und Zustellungsplattform 218, die konfiguriert ist, um das optimierte Gesamtergebnis jedem anderen angeschlossenen Knoten (d. h. dem Sensor, der Vorrichtung, dem mobilen Client oder der Steuerung des jeweiligen Gebäudes 106) mitzuteilen. Es sollte sich verstehen, dass die Dienst- und Zustellplattform 218 in Verbindung minder Kommunikationsschnittstelle 202 arbeitet, die ferner konfiguriert ist, um die optimierten Ergebnisse unter Verwendung von Standard-TCP/IP-Internetprotokollen oder ähnlicher an das Gebäude 106 zu übertragen.
3 stellt das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 gemäß einer beispielhalten Ausführungsform dar. Wie vorstehend diskutiert, ist das Gebäude 106 konfiguriert, um mit dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 zu kommunizieren. Wie in 3 dargestellt, kann das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk in dem Gebäude 106 installiert werden. Insbesondere umfasst das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 den Energiemanagementcomputer 302 und eine Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316, die nachstehend im Detail diskutiert werden. Das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 ist konzipiert, um Effektivität zu gewinnen, indem zugelassen wird, dass Technologie automatisch Aufgaben durchführt, die herkömmlicherweise Benutzer manuell durchführen. Vorteilhafterweise ist das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 in der Hinsicht benutzerfreundlich, dass es nicht erfordert, dass der Benutzer irgendein aktuelles Muster oder eine Gewohnheit ändert.
Während der Installation wird das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 vorzugsweise über die vorhandene Elektrizitätsleitungsschaltung des Gebäudes 106 implementiert, so dass der Energiemanagementcomputer 302 über die vorhandene elektrische Infrastruktur mit der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 kommunizieren kann. Herkömmliche Stromleitungskommunikations- oder Stromleitungsbetreiber(„PLC”-)Technologie ist eine bekannte zuverlässige Netztechnologieinfrastrukturanwendung, die sowohl in gewerblichen als auch häuslichen Anwendungen zum Befördern von Daten auf einem Leiter, der auch für die Übertragung elektrischer Leistung verwendet wird, eingesetzt wird. Es wird bemerkt, dass, während nur sieben Arten von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen in 3 dargestellt sind, es aus der detaillierten Beschreibung hier offensichtlich ist, dass die spezifische Anzahl von Komponenten in einem gegebenen Gebäude nicht beschränkt ist.
Unter Verwendung der PLC-Technologie ist der Energiemanagementcomputer 302 konfiguriert, um die vorhandene elektrische Infrastruktur in einem Gebäude 106 zu verwenden, um die Transaktionsdaten zu empfangen, die von der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 gemessen werden. Um die PLC-Technologie in der beispielhaften Ausführungsform zu implementieren, sind die in dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 verwendeten Netzprotokolle vorzugsweise Protokolle, die von der International Organization for Standardization („ISO”) unter den folgenden Artikeln standardisiert sind:

• ISO/IEC 14908-1: Open Data Communication in Building Automation, Controls and Building Management – Control Network Protocol – Part 1: Protocol Stack.
• ISO/IEC 14908-2: Open Data Communication in Building Automation, Controls and Building Management – Control Network Protocol – Part 2: Twisted Pair Communication.
• ISO/IEC 14908-3: Open Data Communication in Building Automation, Controls and Building Management – Control Network Protocol – Part 3: Power Line Channel Specification.
• ISO/IEC 14908-4: Open Data Communication in Building Automation, Controls and Building Management – Control Network Protocol – Part 4: IP Communication.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Energiemanagementcomputer 302 konfiguriert, um unter Verwendung eines drahtlosen Kommunikationsprotokolls, wie etwa einem drahtlosen ZigBee^®-Kommunikationsprotokoll, das von Echelon^®, Cisco^® oder ähnlichen erhältlich ist, drahtlos mit der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 zu kommunizieren. Es sollte daher anerkannt werden, dass der Energiemanagementcomputer 302 jeden vorhandenen Protokollstapel implementieren kann, der den Energiemanagementcomputer 302 in die Lage versetzt, mit jedem sekundären Netzprotokoll zu kommunizieren, das von dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 implementiert wird.
4 stellt ein detailliertes Blockdiagramm des Energiemanagementcomputers 302 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar. Wie vorstehend bemerkt, dient der Energiemanagementcomputer 302 als eine Überwachungs- und Gateway-Vorrichtung für jedes jeweilige Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 des bestimmten Gebäudes 106, wo er installiert ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist der Energiemanagementcomputer 302 ein Einplatinencomputer, der sämtliche erforderlichen Hardware- und Softwarekomponenten umfasst, die benötigt werden, um die Funktionen für das Energiemanagementsystem 100 auszuführen. Jedoch wird bemerkt, dass die Funktionalität des Energiemanagementcomputers 302 in Software implementiert werden kann. Bei einer Softwareimplementierung kann Energiemanagementsoftware auf einem herkömmlichen Hostsystem, zum Beispiel jeder Art von Laptop, Desktop, Mikroprozessor oder ähnlichem, der/die/das konfiguriert werden kann, um diese Funktionen auszuführen, installiert werden. Man muss sehen, dass jedes derartige Hostsystem einen aktiven Internetanschluss ebenso wie eine Verbindung zu einem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 (d. h. PLC-Netz oder drahtlosen ZigBee^®-Netz oder ähnlichem) umfassen sollte. Vorteilhafterweise würde diese Konfiguration vorhandene Heimtechnologie, wie etwa Heimcomputer, Set-Top-Boxen und drahtlose Router/Netzwerkeinrichtungen und ähnliche, befähigen, als Energiemanagementcomputer 302 in dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 zu arbeiten.
Der Energiemanagementcomputer 302 umfasst die Gebäudeautomatisierungsnetzschnittstelle 404, den Internetanschluss 406, den Prozessor 408, den Speicher 410 und ein LED-Anzeigelicht 412. Die Gebäudeautomatisierungsnetzschnittstelle 404 ist konfiguriert, um unter Verwendung von PLC-Kommunikationsprotokollen, drahtlosen Kommunikationsprotokollen oder ähnlichem, wie vorstehend diskutiert, mit der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 zu kommunizieren. Wenn der Energiemanagementcomputer 302 konfiguriert ist, um unter Verwendung von PLC-Kommunikationsprotokollen zu kommunizieren, wird bemerkt, dass der Energiemanagementcomputer 302 in dieser Ausführungsform einen (nicht gezeigten) Leistungstransformator für die Stromleitungskommunikation umfasst, und der Energiemanagementcomputer 302 konfiguriert ist, um direkt in eine vorhandene elektrische Steckdose des Gebäudes 106 eingesteckt zu werden. Es wird ferner bemerkt, dass, wenn der Energiemanagementcomputer 302 konfiguriert ist, um drahtlos mit der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen in dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 zu kommunizieren, der Energiemanagementcomputer 302 mit den (nicht gezeigten) notwendigen Erweiterungsschlitzen ausgestattet ist, so dass drahtlose Karten und ähnliches in Verbindung mit der Gebäudeautomatisierungsnetzschnittstelle 404 für die drahtlose Kommunikation verwendet werden können. Zum Beispiel kann der Energiemanagementcomputer 302 konfiguriert werden, um durch drahtlose ZigBee^®-Protokolle zu kommunizieren, wobei bei der Installation ein langsames Ad-hoc-Netz aus Knoten (d. h. der Energiemanagementcomputer 302 und die Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316) aufgebaut und automatisch aktualisiert wird, wenn die Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 zu dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 hinzugefügt und von ihm entfernt wird.
Außerdem ist der Internetanschluss 406 konfiguriert, um bevorzugt unter Verwendung von Standard-TCP/IP-Internetprotokollen oder ähnlichem mit externen Netzen zu kommunizieren. Zum Beispiel kann der Internetanschluss 406 in einer Ausführungsform ein Standard-Ethernetanschluss sein. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass der Internetanschluss 406 jede drahtlose Anschlussschnittstelle, DSL-Schnittstelle, Kabelmodem, Zellularverbindung, CDMA-Schnittstelle, GSM-Schnittstelle oder ähnliches sein kann.
Unter Nutzung des Internetanschlusses 406 wird der Energiemanagementcomputer 302 konfiguriert, um mit der Kommunikationsschnittstelle 202 des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 verbunden zu werden und die Kommunikation mit dieser zu ermöglichen. Effektiv stellt das Energiemanagementsystem 100 den freien Austausch von Transaktionsdaten über den Internetkommunikationsstandard zwischen dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 und dem Gebäude 106 bereit. Wie nachstehend im Detail diskutiert wird, kann der Energiemanagementcomputer 302 folglich erfasste Daten an das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 übertragen und seinerseits Anweisungen in der Form optimierter Ergebnisse, die von dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 erzeugt und über Standard-TCP/IP-Internetprotokolle übertragen werden, empfangen.
Der Prozessor 408 ist konfiguriert, um alle Anwendungsfunktionen des Energiemanagementcomputers 302 auszuführen, einschließlich die empfangenen Anweisungen über eine lokalisierte Regelmaschine 414 zu verarbeiten und sie auf das native PLC/drahtlose Kommunikationsprotokoll zu übersetzen, um die gewünschten Routinen in einer Laufzeitproduktionsumgebung zu implementieren. Es sollte sich verstehen, dass der Energiemanagementcomputer 302, wenn er einmal mit dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 verbunden ist, effektiv ein aktiver Knoten innerhalb des Energiemanagementsystems 100 wird. Es ist ferner vorgesehen, dass wenigstens ein Energiemanagementcomputer 302 in einer jeweiligen Wohnung oder einem Geschäftsgebäude installiert wird und dass viele getrennte Gebäude, die jeweils einen Energiemanagementcomputer 302 installiert haben, viele jeweilige aktive Knoten innerhalb des Energiemanagementsystems 100 erzeugen. Außerdem ist der Prozessor 408 konfiguriert, um den Energiemanagementcomputer 302 unter Verwendung jeder geeigneten Betriebssoftware, wie etwa Linux^® oder ähnlichem zu betreiben. In der beispielhaften Ausführungsform kann die Programmierung und Konfiguration des Energiemanagementcomputers 302 unter Verwendung der Java^®-Programmiersprache erledigt werden, und er kann von dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 aus ferninstalliert werden. Der Energiemanagementcomputer 302 ist konfiguriert, um eine Reihe von Modulen zu akzeptieren, die jeweils einen unterschiedlichen Zweck oder einen Prozess bereitstellen, den es in dem Gebäude 106 überwacht. Es sollte anerkannt werden, dass die Technologieaktualisierung durch Software-Upgrades bzw. Aktualisierungen dynamisch und von fern durchgeführt werden kann, was zulässt, dass das Systemdasein ohne weiteres und wirtschaftlich ausgedehnt wird.
Wie nachstehend auch im Detail erklärt wird, ist der Energiemanagementcomputer 302 im Betrieb konfiguriert, um Daten von der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 über das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 zu erfassen. Vorzugsweise kommuniziert jede Systemkomponente in einer benachrichtigenden („push”) Weise mit der Gebäudeautomatisierungsnetzschnittstelle 404 des Energiemanagementcomputers 302 über jede Wertänderung und/oder auf einer regelmäßigen Basis. Der Speicher 410 ist konfiguriert, um diese Daten temporär zu speichern, bis sie an das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 übertragen werden. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Speicher 410 ein nichtflüchtiger Flashspeicher, und die Datenbank ist auf der MySQL^®-Open-Source-Plattform aufgebaut. Jedoch kann von dem Energiemanagementcomputer 302 jede Art von Speicher verwendet werden, die fähig ist, derartige Speicherfunktionen auszuführen. Außerdem ist der Speicher 410 konfiguriert, um Dateien mit Daten zu speichern, welche die aktuellen Konfigurationen aller Komponenten des Gebäudeautomatisierungsnetzwerks 300 sichern. Überdies ist das LED-Anzeigelicht 412 bereitgestellt, um dem privaten oder geschäftlichen Endverbraucher seinen Status zu melden.
Wieder Bezug nehmend auf 3 und wie vorstehend diskutiert, ist der Energiemanagementcomputer 302 konfiguriert, um über Standard-PLC-Technologie unter Verwendung der vorhandenen elektrischen Schaltungsinfrastruktur des Gebäudes 106, wo er installiert ist, oder über drahtlose Kommunikationsprotokolle mit der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 zu kommunizieren. Wie gezeigt, ist der Energiemanagementcomputer 302 kommunikativ mit einem oder mehreren der Energieverbrauchs-Steuerungen gekoppelt, die „universelle Sensorik- und Laststeuerungsvorrichtungs”-(„USLCD”)Steuerung/en 304 und „spezialisierte Sensor- & Laststeuerungsvorrichtungs”-(„SSLCD”)Steuerung/en 306 umfassen kann/können.
Die USLCD-Steuerungen 304 sind konfiguriert, um in eine vorhandene Wandsteckdose eingesteckt zu werden, und können unter Verwendung der vorhandenen elektrischen Schaltungsstruktur mit dem Energiemanagementcomputer 302 kommunizieren. Zum Beispiel kann die USLCD-Steuerung 304 mit einem Einzel-, Doppel-, Dreifach- oder Vierfachstecker oder einer Steckdosenleiste implementiert sein, der/die fähig ist, in dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 zu arbeiten. Alternativ ist die USLCD-Steuerung 304 mit herkömmlichen drahtlosen Kommunikationskomponenten versehen, um entsprechend mit dem Energiemanagementcomputer 302 zu kommunizieren. Als ein Ergebnis sind USLCD-Steuerungen 304 konfiguriert, um den Energiemanagementcomputer 302 in die Lage zu versetzen, alle elektrischen Vorrichtungen zu steuern, die an der Wandsteckdose angesteckt sind, indem er Steueranweisungssignale an die USLCD-Steuerung 304 sendet.
In einer alternativen Ausführungsform kann die USLCD-Steuerung 304 mit der Softwareimplementierung des Energiemanagementcomputers 302 konfiguriert sein. Als ein Ergebnis kann die USLCD-Steuerung 304 konfiguriert sein, um direkt mit der Kommunikationsschnittstelle 202 des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 zu kommunizieren.
Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Betrieben, die von der USLCD-Steuerung 304 und der SSLCD-Steuerung 306 ansprechend auf die von dem Energiemanagementcomputer 302 empfangenen Steueranweisungssignale ausgeführt werden können. Diese Anweisungen sind: (1) Entferne die Last; (2) Schalte die Last um; und (3) Verringere/Erhöhe die Last. Beispiele für diese Steuerbetriebe sind wie folgt:

(1) Entferne die Last. Die Last zu entfernen, ist eine Anweisung, um die einer bestimmten Last (z. B. ein mit einer Steuerung verbundene Gerät) entsprechende Steuerung vollkommen auszuschalten, so dass sie in einem „Nullleistungsaufnahme”-Modus ist. Lasten, die als für die Anweisung „Entferne die Last” geeignet gehalten werden, werden auf den „Nullleistungsaufnahme”-Modus geschaltet, der als ohne Modifikation einer anderen Last konzipiert ist. Entfernen der Last ist die wirkungsvollste Strategie für die Energieverringerung. „AUS”-Schalten einer HVAAC-Einheit, da sie für den Rest eines Belegungszyklus nicht benötigt wird, ist ein Beispiel für eine Entferne-die Last-Anweisung.
(2) Schalte die Last um. Schalte die Last um ist eine Anweisung, in der gewisse Steuerungen, die bestimmten Lasten entsprechen, ausgeschaltet werden, so dass sie in dem „Nullleistungsaufnahme”-Modus sind, jedoch wurde oder wird in Verbindung mit der Schalte-die-Last-um-Anweisung eine andere Last stärker genutzt. In diesem Sinne schaltet die Schalte-die-Last-um-Anweisung den Energieverbrauch einfach von einer Last auf eine andere Last um. Das Ziel dieser Strategie ist, dass die Last, auf die umgeschaltet wird, effizienter sein soll oder insgesamt weniger Leistung verbraucht als die Last, die umgeschaltet wird. „AUS-Schalten der HVAC-Einheit” und „EIN”-Schalten eines Deckenventilators ist ein Beispiel für das Umschalten einer Last von dem HVAC, das eine erhebliche Menge an Energie verbraucht, auf den Deckenventilator, der wesentlich weniger Energie als das HVAC verbraucht.
(3) Verringere/Erhöhe die Last. Das Verringern/Erhöhen der Last ist eine Anweisung, bei die Hauptprozessvariable gewisser Lasten in einer derartigen Weise verringert/erhöht wird, dass die Menge an Arbeit, die von dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 für angemessen erachtet wird, entweder verringert oder erhöht wird. Zum Beispiel ist die verbrauchte Energiemenge, wenn ein Sollpunkt einer HVAC-Einheit von 75 Grad auf 72 Grad Fahrenheit geschaltet wird, ein Beispiel für die Verringerung der Prozessvariablen einer elektrischen Heizung, um Energie zu sparen.

5 stellt ein detailliertes Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform der USLCD-Steuerung 304 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar. Wie gezeigt, umfasst die USLCD-Steuerung 304 vorzugsweise mehrere Sensoren in einer Sensoranordnung 502, die jeweils konfiguriert sind, um verschiedene Daten sowohl über die Betriebe der/des zugehörigen energieverbrauchenden Vorrichtung/Geräts ebenso wie allgemeinere Informationen über das Gebäude 106 und/oder den spezifischen Raum, in dem sich die Vorrichtung befindet, zu bestimmen. Die Sensoren umfassen einen Belegungssensor 504, Energieverbrauchssensoren 506, einer Temperatursensor 508, einen Lichtsensor 510 und ähnliche, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese Sensoren erfassen die von dem Gebäude 106 gewonnenen Datenelemente und unter Verwendung der von diesen Sensoren erfassten grundlegenden Informationen können viele Arten von Informationen über den Raum oder den Bereich, in dem sich die bestimmte USLCD-Steuerung 304 befindet, bestimmt werden. Zum Beispiel ist der Energieverbrauchssensor 506 konfiguriert, um den Strom zu messen, der von dem Gerät/der Vorrichtung aufgenommen wird, die mit der bestimmten USLCD-Steuerung 304 verbunden ist. In dieser Hinsicht können Energieverbrauchssensoren 506 den von dem Gerät/der Vorrichtung verbrauchten Strom messen und dem Energiemanagementcomputer 302 eine genaue Ablesung bereitstellen. Es wird bemerkt, dass der Belegungssensor 504, die Energieverbrauchssensoren 506, der Temperatursensor 508 und der Lichtsensor 510, wie Fachleute der Technik anerkennen würden, jeweils die geeignete Hardware umfassen, um die jeweiligen Daten zu messen. Zum Beispiel können die Energieverbrauchssensoren 506 ein Amperemeter, Voltmeter, Multimeter oder eine ähnliche geeignete Messvorrichtung umfassen, die konfiguriert ist, um den Strom zu messen, der von dem Gerät/der Vorrichtung aufgenommenen wird, das/die mit den Energieverbrauchssensoren 506 der USLCD-Steuerung 304 gekoppelt ist.
Die USLCD-Steuerungen 304 sind ferner konfiguriert, um die erfassten Daten über den Raum oder den Bereich unter Verwendung von Automatisierungsnetzwerktreibern 512 des Gebäudes an den Energiemanagementcomputer 302 zu übertragen. Wie vorstehend diskutiert, werden die Daten, wenn sie einmal von dem Energiemanagementcomputer 302 empfangen wurden, mit Daten von der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 innerhalb des Gebäudes 106 kombiniert, was das Energiemanagementsystem 100 schließlich in die Lage versetzt, eine erweiterte Sicht auf Aktivitäten zu gewinnen, die in der Wohnung oder dem Geschäftsgebäude und den bestimmten Räumen darin stattfinden. In einer zusätzlichen Verbesserung stellt jede USLCD-Steuerung 304 ein LED-Licht 514, um den privaten oder geschäftlichen Endverbraucher über seinen Zustand zu benachrichtigen, und einen Außerkraftsetzungs-Zeitschalter 516 bereit, der den Endverbraucher in die Lage versetzt, das vorhandene Programm für eine vorgegebene oder unbestimmte Zeitspanne zu umgehen. Überdies umfasst die USLCD-Steuerung 304 die (nicht gezeigte) notwendige Hardware, die erforderlich ist, um die Funktionen (1) Entferne die Last; (2) Schalte die Last um; und (3) Verringere/Erhöhe die Last auszuführen. Die notwendige Hardware kann, wie für Fachleute der Technik ohne weiteres offensichtlich wäre, elektrische/elektromechanische Schalter, veränderliche Widerstände und ähnliches umfassen.
In einer Ausführungsform kann die USLCD-Steuerung 304 ferner als eine USLCD-Lichtschaltersteuerung oder ähnlich einer derartigen Steuerung bereitgestellt werden. Tatsächlich kann eine Vielzahl von USLCD-Steuerungen 304 über das Gebäude 106 hinweg an Wandsteckdosen, Lichtschaltern und anderen geeigneten Stellen positioniert sein. Unter Verwendung interner Sensoren der Sensoranordnung 502 ist die Vielzahl der USLCD-Steuerungen 304 vorzugsweise konstruiert, um den Platz des abtastenden Endes des schon vorhandenen Thermostats in dem Gebäude 106 einzunehmen, und ist, wie vorstehend bemerkt, konfiguriert, um Temperaturablesewerte und/oder Lichtschalterdaten an den Energiemanagementcomputer 302 weiter zu leiten. Die Vielzahl von USLCD-Steuerungen 304 als solches stellt eine Kombination und Korrelation der Temperaturablesewerte und Lichtschalterdaten bereit, die dem Energiemanagementcomputer 302 ermöglicht, den Nutzungsgrad für jede in dem Gebäude 106 installierte HVAC-Einheit zu bestimmen. Überdies lässt diese Konfiguration die dynamische und programmatische Nutzung von HVAC-Anlagen nicht nur für den normalen täglichen Betrieb, sondern auch bei kritischen Energieereignissen, wie Nachfragebefriedigungsprogrammen, zu.
In der beispielhaften Ausführungsform verwendet das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 USLCD-Steckdosen-Steuerungen sowohl mit 220 Volt als auch 110 Volt, so dass die energieverbrauchende Einrichtung in dem Gebäude 106 schnell und leicht zu der Steuerung des Energiemanagementcomputers 302 hinzugefügt werden kann. Dies erlaubt die dynamische und programmatische Nutzung anderer Privat- und Geschäftsgebäudeanlagen nicht nur für den täglichen Betrieb, sondern auch für kritische Energieereignisse wie Nachfragebefriedigungsprogramme. Zum Beispiel könnte eine einfache Nachfragebefriedigungsanwendung mit dieser Funktionalität sein, Geschirrspüler, Waschmaschinen, Trockner und ähnliche mitten in der Nacht, wenn es reichlich Energie gibt, anstatt während Spitzenzeitspannen am Tag einzuplanen und laufen zu lassen. Da die Fähigkeiten derartiger Geräte sich überdies weiter entwickeln, kann der Energiemanagementcomputer 302 vorzugsweise das Heizelement des Wäschetrockners ausschalten, aber die Kleidung weiterhin rotieren, wenn die Energiepreise hoch sind, und das Heizelement dann wieder einschalten, wenn die Nachfrage nachlässt, wenn der Endverbraucher endscheidet, dass der Wäschetrockner während des Tages laufen muss.
In einer weiteren Verbesserung dieser Ausführungsform ist die USLCD-Steuerung 304 konfiguriert, um ein interoperables Selbstinstallationsprotokoll zu nutzen, in dem die Vorrichtung automatisch konfiguriert wird, wenn sie zu dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 hinzugefügt wird. Wenn ein Endverbraucher in dieser Ausführungsform eine Vorrichtung zu dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 hinzufügt, indem er sie in eine Steckdose einsteckt, die mit einer USLCD-Steuerung 304 versehen ist, installiert das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 die notwendige Konfiguration in dem für den Betrieb benötigten Energiemanagementcomputer 302. Es sollte anerkannt werden, dass jede USLCD-Steuerung 304 ein Betriebssystem 518 verwenden kann, das, wie von Fachleuten der Technik anerkannt würde, die notwenige Hardware (z. B. Prozessor und Speicher (nicht gezeigt)) umfasst, um die Funktionalität der USLCD-Steuerung 304 zu steuern. Wie vorstehend bemerkt, kann die USLCD-Steuerung 304 zum Beispiel mit der Softwareimplementierung des Energiemanagementcomputers 302 konfiguriert werden. In dieser Ausführungsform ist das Betriebssystem 518 mit einem Prozessor und einem Speicher versehen, um die Softwareimplementierung entsprechend auszuführen.
Wieder Bezug nehmend auf 3 wird der Energiemanagementcomputer 302 auch konfiguriert, indem er kommunikativ mit „spezialisierten Sensor- & Laststeuerungsvorrichtungs”-(„SSLCD”)Steuerungen 306 innerhalb des Gebäudeautomatisierungsnetzwerks 300 gekoppelt ist. Im Allgemeinen verwendet jede SSLCD-Steuerung 306 die gleichen Kernkomponenten als USLCD-Steuerung 304, wie in 5 dargestellt, und wird, abgesehen von dem Außenkörper und den Schaltungsschnittstellen, mit ähnlichen internen Komponenten hergestellt. In der beispielhaften Ausführungsform kann jede SSLCD-Steuerung 306 mit einer einzigen Anwendung im Sinn konstruiert werden und spezielle Vorkehrungen für spezifische Anwendungsfunktionalität treffen. Jede jeweilige SSLCD-Steuerung 306 ist konfiguriert, um an eine bestimmte energieverbrauchende Vorrichtung eines Endverbrauchers anzuschließen, die direkt mit dem elektrischen System des Gebäudes 106 verdrahtet ist, anstatt in elektrische Steckdosen eingesteckt zu sein. Zum Beispiel ist die SSLCD-Steuerung 306 konfiguriert, um an Vorrichtungen anzuschließen, die Dreidraht-Direktanschlüsse zulassen, wie etwa die, die in modernen Elektroöfen und HVAC-Systemen verwendet werden. Zum Beispiel ist die SSLCD-Steuerung 306 konstruiert, um zwischen dem vorhandenen privaten oder geschäftlichen Gebäudethermostat und dem Anschlussblock der HVAC-Einheit befestigt zu werden. Er ist mit Anklemm-Anschlussblockverbindern für die Installation konstruiert. Im Allgemeinen nutzen HVAC-Systeme eine Standardschaltungskonstruktion, die von der International Standards Organization reguliert wird, so ist die Anschlussblockschaltung von Haushalt zu Haushalt nahezu identisch. Die SSLCD-Steuerung 306 ist bevorzugt für HVAC-Einheiten konstruiert und arbeitet durch Nachahmen eines Thermostats der Gebäude-HVAC-Einheit. Unter Verwendung dieses Verfahrens ist die SSLCD-Steuerung 306 fähig, fast jedes Gebäude-HVAC-System leicht zu integrieren.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die SSLCD-Steuerung 306 konfiguriert, um entweder unter Verwendung von PLC- oder drahtlosen Kommunikationsprotokollen mit dem Energiemanagementcomputer 302 zu kommunizieren, und benötigt normalerweise Steueranweisungssignale von dem Energiemanagementcomputer 302, um das zugehörige Gerät/die energieverbrauchende Vorrichtung zu betreiben und zu steuern. Die Kerntechnologie für SSLCD-Steuerungen 306 liegt als solche in dem JAVA-basierten HVAC-Modul in dem Energiemanagementcomputer 302. In einer alternativen Ausführungsform ist die SSLCD-Steuerung 306 mit der Softwareimplementierung des Energiemanagementcomputers 302 konfiguriert. Als ein Ergebnis kann die SSLCD-Steuerung 306 konfiguriert werden, um direkt mit der Kommunikationsschnittstelle 202 des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 zu kommunizieren.
Überdies ist die SSLCD-Steuerung 306 ähnlich den USLCD-Steuerungen 304 auch konfiguriert, um ein interoperables Selbstinstallationsprotokoll, in dem eine Vorrichtung automatisch konfiguriert wird, wenn sie zu dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 hinzugefügt wird, zu nutzen. Wenn in dieser Ausführungsform ein Endverbraucher eine Vorrichtung direkt mit dem elektrischen System des Gebäudes 106 verdrahtet, installiert das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 die notwendige Konfiguration in dem Energiemanagementcomputer 302, die für den Betrieb benötigt wird.
Wie vorstehend bemerkt, sind die SSLCD-Steuerungen 306 derart konstruiert, dass sie zwischen dem Thermostat und den Drähten angeordnet werden, die zu dem Anschlussblock der HVAC-Einheit führen, Während die SSLCD-Steuerungen 306 daher verwendet werden können, um den Betrieb der HVAC-Einheit zu steuern, werden die SSLCD-Steuerungen 306 ferner konfiguriert, um bei einem Fehler Steueranweisungssignale und/oder Signals von der HVAC-Einheit zu empfangen, um sich selbst außer Betrieb zu nehmen und der HVAC-Einheit effektiv zu erlauben, ihren Standardbetriebsmodus wieder aufzunehmen. Es sollte ferner anerkannt werden, dass der vorher vorhandene Thermostat bei dieser Konstruktionsanordnung die Steuerung wieder übernehmen kann, sollte ein elektrischer oder Netzwerkfehler auftreten.
Schließlich stellt die Verwendung von SSLCD-Steuerungen 306 als HVAC-Steuerungen eine Komponente bereit, die die exakten Energieverbrauchsausgaben, die von dem Endverbraucher eingespart werden, genau messen kann. Dies liegt daran, dass der Energiemanagementcomputer 302 ferner konfiguriert ist, um aufzuzeichnen und zu messen, was der schon vorhandene Thermostat in dem Gebäude 106 den HVAC-Einheiten angewiesen hätte, im Vergleich zu dem, was der Energiemanagementcomputer 302 den HVAC-Einheiten anweist, um die gewünschte Temperatur und HVAC-Steuerung zu liefern.
In Verbindung mit der USLCD-Steuerung 304 und der SSLCD-Steuerung 306 umfasst das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 zusätzliche Komponenten, die konfiguriert sind, um entweder unter Verwendung von PLC, drahtlosen Kommunikationsprotokollen oder ähnlichem mit dem Energiemanagementcomputer 302 zu kommunizieren, Insbesondere umfasst das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 ferner gewerbliche/private Messeinrichtungen 302 (z. B. AMI, AMR, elektromechanisch oder ähnliche); die Energieerzeugungsvorrichtung 310 (z. B. Solar, Wind oder ähnliche); die Energiespeichervorrichtung 312 (z. B. Batterie oder ähnliches); die generische gewerbliche/private grüne oder Nachhaltigkeitsvorrichtung 314; und die gewerbliche/private Energieumsetzervorrichtung 316. Jede dieser Vorrichtungen wird entsprechend ihrer herkömmlichen Hardware und Funktionalität bereitgestellt. Überdies kann jede dieser Vorrichtungen die Komponenten der USLCD-Steuerung 304 und/oder SSLCD-Steuerung 306, wie vorstehend unter Bezug auf 5 beschrieben, umfassen. In einer weiteren Verbesserung kann jede der Vorrichtungen 304–316 mit einer Softwareimplementierung des Energiemanagementcomputers 302 konfiguriert werden. Als ein Ergebnis können derartige Komponenten als ein Host arbeiten und können konfiguriert sein, um direkt mit der Kommunikationsschnittstelle 202 des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 zu kommunizieren. Wie in 3 gezeigt, kann schließlich die Anzeige 318 im Haushalt in dem Gebäude 106 bereitgestellt sein, um den Endverbraucher in die Lage zu versetzen, neben dem Energiemanagement-Unternehmensportal 108 eine alternative Route für die Eingabe von Verbrauchsregeln, Vorlieben und ähnlichem durch eine Berührungsbildschirmschnittstelle zu haben.
6 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Managen des Energieverbrauchs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar. Wie gezeigt, wird anfänglich bei Schritt 605 ein Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 in dem Gebäude 106 des Endverbrauchers installiert. Als nächstes werden bei Schritt 610 die aktuellen Thermostateinstellungen, die Temperaturen in dem/den Tiefkühlgeräten und dem Kühlschrank/den Kühlschränken und alle anderen variablen Einstellungsvorrichtungen entweder durch geeignete Sensoren und/oder Steuerungen oder einen Techniker, der den Installationsprozess abschließt, gemessen. Ein-/Aus-Vorrichtungen, wie etwa Fernseher, Lichter, Schwimmbad- und Kurbadpumpen, Radios, Computer, Waschmaschinen und Trockner und alle anderen energieverbrauchenden Vorrichtungen brauchen nicht in irgendeiner Weise gemessen werden, sonder ihr Fabrikat, Modell- und Seriennummern werden dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 für die Speicherung in dem integrierenden Data Warehouse 210 bereitgestellt. Diese Daten werden dann analysiert, um ein Benutzerprofil zu definieren und ein digitales Modell für jeden Haushalt, einschließlich des Typs und des Standorts jeder energieverbrauchenden Vorrichtung/jedes Geräts, zu erzeugen.
Bei Schritt 615 werden die Vorlieben und Anforderungsauswahlen des Endverbrauchers, wie etwa Arbeitszeitpläne, Klimaumgebung, wesentliche Einrichtungen, die immer laufen müssen (z. B. medizinische Einrichtungen), Kostenpräferenzen und ähnliches aufgezeichnet. In der beispielhaften Ausführungsform können diese Informationen von einem Benutzer ansprechend auf einen Standardsatz von Fragen und Antworten direkt über die Benutzerschnittstelle eingegeben werden. Diese Daten und Verbraucherpräferenzen werden dann an das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 bereitgestellt, um in dem integrierenden Data Warehouse 210 gespeichert zu werden. An diesem Punkt ist das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 des gegebenen Gebäudes 106 betriebsbereit.
Bei Schritt 620 werden die elektronischen Geräte und andere energieverbrauchenden Vorrichtungen entsprechend den anfänglich definierten Vorlieben des Benutzers erstkonfiguriert. Um die Erstkonfiguration durchzuführen, kann das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 Steueranweisungssignale erzeugen, die an den Energiemanagementcomputer 302 des Gebäudes 106 des Endverbrauchers übertragen werden. Diese Steueranweisungssignale werden ihrerseits verarbeitet und an die Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 übertragen. Wie vorstehend diskutiert, sind USLCD-Steuerungen 304, SSLCD-Steuerungen 306 und ähnliche konfiguriert, um den Betrieb der zugehörigen Geräte/energieverbrauchenden Vorrichtungen zu steuern, die Anweisungen implementieren, die (1) Entferne die Last; (2) Schalte die Last um; und (3) Verringere/Erhöhe die Last umfassen.
In einem Beispiel werden basierend auf dem Zeitplan des Endverbrauchers Steueranweisungssignale für das HVAC-System erzeugt, so dass der Energiemanagementcomputer 302 „die Last verringert”, wenn der Endbenutzer zur Arbeit geht und „die Last erhöht” und den Endverbraucher mit der spezifizierten Temperatur versorgt, die in dem Gebäude 106 erreicht werden soll, wenn der Benutzer von der Arbeit nach Hause kommt. Insbesondere kann ein Endverbraucher drei verschiedene Profile für sein Gebäude 106 (1) „Zuhause”, (2) „Arbeit” und (3) „Nacht” definieren. Das „Zuhause”-Profil enthält alle Einstellungen dafür, wenn der Endverbraucher Zuhause ist. Das „Arbeits”-Profil enthält alle Einstellungen dafür, wenn der Endverbraucher in der Arbeit ist. Schließlich enthält das „Nacht”-Profil alle Einstellungen, wenn der Endverbraucher schläft. Unter Verwendung der Benutzerschnittstelle, die von dem Energiemanagement-Unternehmensportal 108 bereitgestellt wird, kann der Endverbraucher diese Vorlieben festlegen, die von dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 wiederum automatisch zeitlich geplant werden können. Dies lässt zu, dass die gesamte private oder geschäftliche Einrichtung sich automatisch der Änderungen dieser Zeitpläne bewusst ist und sich an diese anpasst, ohne dass der Endverbraucher irgendeine weitere Anstrengung unternehmen muss.
Wenn das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 einmal eingerichtet ist und alle Geräte, Unterhaltungselektronik und jede andere anwendbare Einrichtung für den Erstbetrieb konfiguriert sind, ist das Gebäude 106 des Endverbrauchers in einer Lage, den Normalbetrieb gemäß dem Energiemanagementsystem 100 zu beginnen. Insbesondere führt das Gebäudeautomatisierungsnetzwerk 300 bei Schritt 625 eine Reihe von Schritten durch, die Daten erfassen, die für die Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 verfügbar sind. Insbesondere sammeln Sensoren innerhalb der Sensoranordnung 502 der Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–306 und insbesondere USLCD-Steuerungen 304 und SSLCD-Steuerungen 306 Daten, wie etwa den Energieverbrauch, die Temperatur, das Licht, aktive Ultraschallbelegungsdaten und ähnliches. Wie vorstehend bemerkt, werden diese Transaktionsdaten dann über PLC oder drahtlose Technologie an den Energiemanagementcomputer 302 übertragen, wo sie in dem Speicher 410 gespeichert werden, bevor sie an das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 übertragen werden.
Nachdem die Transaktionsdaten an das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 übertragen wurden, nutzt das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 als nächstes Analytiken und Software, um Datenanalysearbeitsschritte für die Daten durchzuführen (Schritt 630) und ferner externe Daten, die losgelöst von den Transaktionsdaten sind, ebenso wie benutzerdefinierte Regeln und Vorlieben zu berücksichtigen.
Wie nachstehend unter Bezug auf 7 im Detail erklärt wird, kann der Energiemanagementcomputer 302 basierend auf der Konfigurationseinstellung, die von dem Endverbraucher während des Installationsprozesses ausgewählt wird, die Konfigurationen der Geräte/energieverbrauchenden Vorrichtungen modifizieren, um die maximale Energieeffizienz zu erreichen. Außerdem führt das Energiemanagementsystem Berechnungen, Modellierungen und Algorithmenanalysen durch, die abgeleitete und vorhersagende Endverbraucherinformationen ergeben. Insbesondere umfasst das Energiemanagementsystem 100 adaptive Software und Techniken, die fähig sind, die Energienutzung innerhalb des Gebäudes 106 des Endverbrauchers zu lernen und dynamisch zu optimieren, um den sich ändernden Mustern des Verhaltens des Endnutzers zu entsprechen. Zum Beispiel werden Geräte, andere energieverbrauchende Vorrichtungen und Verbraucherenergieverhalten auf einer gesamten Haus- oder Systemebene miteinander korreliert, wobei innerhalb des integrierenden Data Warehouse 210 Datenanalysetechniken verwendet werden. Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 als solches ist konfiguriert, um zu bestimmen, welche Maßnahmen ergriffen werden sollen, um auf der Basis der Beobachtung der Abhängigkeiten über der Zeit zwischen dem Verbraucherverhalten und dem Betriebszustand von Steuerungen, Sensoren, Einrichtungen und Geräten die Energienutzung zu optimieren. Die historische Bedeutung dieser Beziehungen untereinander wird verwendet, um die Leistung zu optimieren.
Außerdem ist das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 konfiguriert, um in seinen Optimierungstechniken die korrelierte Beziehung zwischen externen und internen Faktoren, wie etwa die Leistung interner HVAC-Systeme ansprechend auf nahende Änderungen der Wetterbedingungen und der Temperatur zu beobachten und zu verwenden. Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 wird dann konfiguriert, um diese Beobachtungen zu verwenden, um HVAC-Betriebe vorausschauend zu verwenden. Wenn zum Beispiel eine Kaltwetterfront sich dem geographischen Ort des gegebenen Gebäudes 106 nähert, wendet das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 diese Daten auf die aktuellen Betriebseinstellungen der zugehörigen HVAC-Einheit an und erzeugt ein Steueranweisungssignal, wie etwa eine Verringere-die-Last-Anweisung, um die Last zu verringern, die auf die Klimatisierungseinheit angewendet wird, während ferner die Temperaturvorlieben des Endverbrauchers berücksichtigt werden.
Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 ist ferner konfiguriert, um die elektrische Signatur der Einrichtungen und Geräte, wie etwa von HVAC-Systemen, Wasserheizungen, Kühlgeräten oder ähnlichem zu analysieren, wobei die Bestimmung von Bedingungen ermöglicht wird, die eine beginnende Leistungsverschlechterung oder einen Fehler bezeichnen. Diese Analyse stellt die Mittel bereit, um zuvorkommende Maßnahmen für die Lösung der zugrunde liegenden Umstände zu ergreifen, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen und Anlagenlebensdauerkosten zu verringern. Als solches bewertet das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 in Verbindung mit dem Energiemanagementcomputer 302 kontinuierlich die Leistung von Gebäude-HVAC-Systemen (Kühlung, Heizung, Luftströmung, etc.), der Beleuchtung, von Wasserheizungen, der Kühlung, Hauptgeräten und anderen Einrichtungen und ist konfiguriert, um diese hauptsächlichen energieverbrauchenden Vorrichtungen automatisch „abzustimmen”, wobei ihre Energieeffizienzleistung optimiert wird, um Energie zu sparen.
Wenn in einer weiteren Verbesserung dieses Schritts die Transaktionsdaten erhebliche Änderungen von historischen Normen anzeigen, umfasst das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 Analytiken und Software, um diese Änderungen zu erkennen, um dieses Verhalten automatisch für die Untersuchung und Anpassung von Zeitplänen oder anderen genannten Leistungsbedingungen zu kennzeichnen. Zum Beispiel ist das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 konfiguriert, um „vorab zusammengestellte Ereignisantwort-Initiativen” zu erzeugen, die ansprechend auf gewisse Datenimpulse automatisch arbeiten, um das Energiemanagementsystem 100 automatisch zu steuern, um in einer integrierten Weise zu handeln, um spezifische Ergebnisse oder Wirkungen zu liefern, die durch Regeln definiert werden, die in dem integrierenden Data Warehouse 210 des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 gespeichert sind.
Bei Schritt 635 erzeugt das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 ansprechend auf die Datenanalysearbeitsgänge eine Folge von Steueranweisungssignalen und überträgt diese Anweisungen an den Energiemanagementcomputer 302 des Gebäudeautomatisierungsnetzwerks 300. Bei Schritt 640 empfängt und übersetzt der Energiemanagementcomputer 302 diese Signale, so dass der Energiemanagementcomputer 302 die Vielzahl von Sensoren, Vorrichtungen, mobilen Clients und/oder Steuerungen 304–316 und vorzugsweise USLCD-Steuerungen 304 und SSLCD-Steuerungen 306 ansteuern kann, was zu einer Optimierung des Energieverbrauchs, der Spitzenenergienachfrage, der Verringerung von Kohlenstoffemissionen, der Zuverlässigkeit, der Bequemlichkeit und der Kosten führt, während die Vorlieben des Benutzers erfüllt werden. Um diese Ziele zu implementieren, übersetzt der Energiemanagementcomputer die Steueranweisungssignale in Steuerbefehle (d. h. „Entferne die Last”, „Schalte die Last um” und „Verringere/Erhöhe die Last”), die an die passenden USLCD-Steuerungen 304 und SSLCD-Steuerungen 306 gesendet werden sollen, welche ihrerseits die vorgesehenen Funktionen ausführen (Schritt S645).
Schließlich sollte sich verstehen, dass die Schritte 625 bis 645 auf regelmäßiger Basis (z. B. alle 60 Sekunden) wiederholt werden können, um die Geräte/energieverbrauchenden Vorrichtungen „abzustimmen”, um die Energieverbrauchseffizienz zu maximieren. Durch diesen Wiederholungszyklus können die Analytiken und die Software, die an dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 implementiert sind, die Verfahren, Prozeduren, gebäudebasierten Anlagen, Einrichtungen, Verbraucherregeln, das Verhalten, die Portale, Kommunikationsnetze, intelligenten Prozessoren, Sensoren, Steuerungen und Dienste, die erforderlich sind, um die Ergebnisse im Energieverbrauch, den Kohlenstoffemissionen und Spitzennachfrageverringerungen, dem verbesserten Benutzerkomfort, der Annehmlichkeit und Zuverlässigkeit, den verringerten Energieversorger- und Verbraucherkosten, der verlängerten Lebensdauer von gebäudebasierten Anlagen kontinuierlich integrieren und synchronisieren.
7 stellt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Datenanalyse dar, die von dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform durchgeführt wird. Es sollte anerkannt werden, dass das in 7 dargestellte Flussdiagramm dem vorstehend unter Bezug auf 6 beschriebenen Datenanalyseschritt (Schritt 630) entspricht.
Anfänglich werden bei Schritt 705 von dem Energiemanagementcomputer 302 des Gebäudes 106 über die Verbindungsschnittstelle 202 Echtzeit-Transaktionsdaten empfangen. Als nächstes werden dann bei Schritt 710 die Transaktionsdaten von dem Data Store 204 gespeichert, der nur den aktuellen Wert der Transaktionsdaten speichert. Ebenso speichert in Schritt 710 der Wolkenspeicher 206 die ganze Historie von Werten, einschließlich der aktuellen Werte der Transaktionsdaten. Bei Schritt 715 werden die Transaktionsdaten aus den jeweiligen Data Stores extrahiert und von der Validierungsregelmaschine 208 validiert. Wie vorstehend diskutiert, können Validierungsregeln eine oder mehrere der folgenden umfassen: 1) statische Grenzen; 2) Einzelwertschwellen; 3) Prozentsatz der Wertänderung; 4) Prozentsatz der Differenz zu verwandten Datenobjekten; 5) Standardabweichungsbereich; 6) Differential der Steigungsrate; 7) numerischer Schwellwert; 8) Objektreife (Vollständigkeit); 9) und ähnliche. Wenn ein Element der Transaktionsdaten oder eine Reihe von Transaktionsdaten an den Validierungsanforderungen scheitert, dann werden die Daten für ungültig erklärt, was eine passende Antwort auslöst (Schritt 720). In der beispielhaften Ausführungsform wird auf das ausgelöste Ereignis auf einer individuellen Basis reagiert, wobei typische Reaktionen zum Beispiel das Ausschließen des durchgefallenen Datenpunkts, Benachrichtigen des Betreibers, Erzeugen einer Systembenachrichtigung für später oder das Alarmieren eines Betreibers umfassen. Wenn einmal alle Daten den erforderlichen Validierungsregeln standgehalten haben, fügt das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 die Transaktionsdaten wieder in den Wolkenspeicher 206 ein und synchronisiert ihn mit dem integrierenden Data Warehouse 210 (Schritt 725).
Bei Schritt 730 werden die validierten Transaktionsdaten als Rohdaten verwendet, um neue berechnete Daten zu erzeugen. Zum Beispiel umfasst der Schritt 730 einfache Berechnungen, die durch die Optimierungsmaschine 212 durchgeführt werden, wie etwa die Addition oder Subtraktion oder komplexe Mathematik unter Verwendung von Klammern. Vorzugsweise werden alle Berechnungen in der PDMAS-(Klammer, Division, Multiplikation, Addition, Subtraktion)Operationsreihenfolge durchgeführt. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass jede geeignete Berechnungsreihenfolge verwendet werden kann. An diesem Punkt teilt sich die Datenanalyse in zwei parallele Wege, die seriell oder gleichzeitig durchgeführt werden können. Insbesondere sucht die Kampagnenplattform 214 bei Schritt 735 das integrierende Data Warehouse 210 ab, um die Beteiligung an aktiven Kampagnen zu bestimmen. Die neuen gültigen Daten und berechneten Daten werden verwendet, um den aktuellen Stand von Kampagnen zu aktualisieren. Außerdem identifiziert die Arbeitsregelmaschine 216 bei Schritt 740 aktive Geschäftsregeln (d. h. „Wenn/Dann/Sonst”-Logikketten) und führt sie in der richtigen Arbeitsreihenfolge aus. Schließlich werden bei Schritt 745 die Optimierungsergebnisse erzeugt und geeignete Steueranweisungen werden an alle Teilnehmerelemente übertragen, die über die Dienst- und Zustellplattform 218 mit dem Energiemanagementsystem 100 verbunden sind (siehe Schritte 535–545 in 6).
In einer beispielhaften Implementierung des Energiemanagementsystems 100 kann das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 verwendet werden, um Nachfragebefriedigungsprogramme des Energieversorgers für die Laststeuerung wichtiger Geräte, wie etwa von Kühlgeräten und Wasserheizungen der Endverbraucher zu unterstützen. Zum Beispiel können diese Geräte nach Empfang eines Anweisungssignals für kurze Zeitintervalle ausgeschaltet werden, ohne die Sicherheit der Kühlgeräteinhalte zu gefährden.
Zum Beispiel kann die Kühlgeräteoptimierung unter Verwendung von USLCD-Steuerungen 304, wie etwa USLCD-120- oder 220-Volt-Steckern, erreicht werden. Die Hardwaresensoren der Sensoranordnung 502 in diesen USLCD-Steuerungen sind konfiguriert, um die verbrauchten kW der Steckdose für Zwecke der Bestimmung des aktiven Zyklus des Kühlgeräts zu messen. Die gemessenen aktiven Zyklendaten werden dann an den Energiemanagementcomputer 302 und schließlich an das integrierende Data Warehouse 210 des Energiemanagement-Kontrollzentrums 102 übertragen.
Die empfohlenen Einstellungen für die internen Kühlgerätsteuerungen werden durch Korrelieren ankommender Datenströme mit Modellinformationen, die während des Installationsprozesses des Gebäudeautomatisierungsnetzwerks 300 über das Gerät gesammelt werden, bestimmt. Diese von dem Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 erzeugten empfohlenen Einstellungen werden wiederum an den Energiemanagementcomputer 302 des Endverbrauchers kommuniziert. Aufgrund der erheblichen Vielfalt an Kühlgeräteherstellern und Modellen wird der Endverbraucher aufgefordert, diese Kühlgerätetemperatureinstellungsanpassungen manuell vorzunehmen. Die richtigen Einstellungen berücksichtigen die Verwendung der Küche als einen Raum, die Außenklimabedingungen, HVAC-Einstellungen etc.
Überdies erlauben die von den USLCD-Steuerungen 304 gesammelten Daten eine Analyse der Benutzerbetriebszyklen der bestimmten Geräte, mit denen sie verbunden sind (d. h. eines Kühlgeräts, einer Wasserheizung, eines Geschirrspülers, einer Waschmaschine, etc.), basierend auf der aktuellen Stromaufnahme von der USLCD-Steuerung 304. Das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 ist daher fähig, den zeitlich geplanten und den tatsächlichen Betrieb der Endverbrauchergeräte zu erkennen. Aus dieser Beobachtung und anderen Verhaltensdaten wird das Energiemanagement-Kontrollzentrum 102 konfiguriert, um Empfehlungen an den Energiemanagementcomputer 302 in der Form von Steueranweisungssignalen über die zeitliche Planung für Gerätebetriebe für die effektivere Einsparung und Energieoptimierung zu geben.
Da das Energiemanagementsystem 100 konzipiert ist, um das integrierende Data Warehouse 210 zu verwenden, das den Typ und die Entfernungsbeziehung eines Sensors, einer Vorrichtung, eines mobilen Clients oder einer Steuerung zu einem anderen Sensor, einer Vorrichtung, einem mobilen Client oder einer Steuerung zu nutzen, hat das Energiemanagementsystem 100 einen größeren Kontrollrahmen für (über einen Sensor, eine Vorrichtung, einen mobilen Client oder eine Steuerung) angeschlossene Anlagen. Als ein Ergebnis kann die Entscheidungslogik den Zustand/Wert anderer angeschlossener Sensoren, Vorrichtungen, mobiler Clients oder Steuerungen berücksichtigen. Dies lässt zu, dass in der Steuerung von Anlagen komplexere Maschinenintelligenz verwendet wird und ermöglicht ebenso, dass private oder gewerbliche Gebäudeanlagen in einer Weise gesteuert werden, die ein System von Anlagen, die zusammenarbeiten, besser widerspiegelt als getrennte Anlagen. Die Auswirkung dieser zusammenarbeitenden Anlagen sind niedrigere Energierechnungen, effizienterer Betrieb und niedrigerer Energieverbrauch und Nachfrage. Da das Energiemanagementsystem 100 ferner ein laufendes System ist, können die Effizienz- und Kostensteigerungen, die von dem Energiemanagementsystem gemacht werden, im Gegensatz zu einer einmaligen Status-Quo-Analyse, die mit der Zeit langsam an Wirksamkeit verliert, über die Zeit fortgesetzt werden. Da das Energiemanagementsystem 100 außerdem die Fähigkeit hat, Informationen über die Zeit zu speichern, kann es auch in dieser Weise entweder für private oder gewerbliche Verwendung als eine Anlagenmanagementplattform verwendet werden. Daten von dem Energiemanagementsystem 100 können verwendet werden, um zu korrelieren und zu folgern, wenn tatsächliche Wartung erforderlich ist, wobei anstelle des zeitlich geplanten Status-Quo-Wartungsprogramms ein Wartungsprogramm „nach Bedarf” erzeugt wird.
Da das Energiemanagementsystem 100 außerdem konzipiert ist, um das integrierende Data Warehouse 201 zu verwenden, das den Typ und die Entfernungsbeziehung eines Sensors, einer Vorrichtung, eines mobilen Client oder einer Steuerung zu einem anderen Sensor, einer Vorrichtung, einem mobilen Client oder einer Steuerung speichert, kann das Energiemanagementsystem 100 berechnen und bestimmen, was der Einfluss mehrerer Energiesparprojekte oder Aktionen ist. Dies ist so, weil das Energiemanagementsystem 100 die Korrelationen zwischen verschiedenen Anlagen über das integrierende Data Warehouse 210 identifizieren kann. Die Berechnungen für diese Analyse nutzen in größerem Umfang die mathematische Standardfunktion des Korrelationskoeffizienten.
Während das Vorangehende in Verbindung mit einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde, versteht sich, dass der Begriff „beispielhaft” lediglich als ein Beispiel gemeint ist. Folglich soll die Anmeldung Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die in dem Geist und Bereich des hier offenbarten Energiemanagementsystems und Verfahrens enthalten sind.
Außerdem wurden in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Jedoch sollte für Leute mit gewöhnlichen Kenntnissen der Technik offensichtlich sein, dass das Energiemanagementsystem und das Verfahren ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, um Aspekte des hier offenbarten Energiemanagementsystems und Verfahrens nicht unnötig zu vernebeln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO/IEC 14908-1: Open Data Communication in Building Automation, Controls and Building Management – Control Network Protocol – Part 1: Protocol Stack [0045]
ISO/IEC 14908-2: Open Data Communication in Building Automation, Controls and Building Management – Control Network Protocol – Part 2: Twisted Pair Communication [0045]
ISO/IEC 14908-3: Open Data Communication in Building Automation, Controls and Building Management – Control Network Protocol – Part 3: Power Line Channel Specification [0045]
ISO/IEC 14908-4: Open Data Communication in Building Automation, Controls and Building Management – Control Network Protocol – Part 4: IP Communication [0045]

Claims

Energiemanagementsystem, das umfasst: einen entfernt angeordneten Computer, der konfiguriert ist, um Energieverbrauchsdaten von wenigstens einer zu einer jeweiligen elektrischen Komponente gehörenden Energieverbrauchs-Controller bzw. Energieverbrauchssteuerung zu empfangen; ein Kontrollzentrum, das kommunikativ mit dem entfernt angeordneten Computer gekoppelt ist und konfiguriert ist, um unter Verwendung der Energieverbrauchsdaten und früher gespeicherter Daten Datenanalysearbeitsschritte durchzuführen, um Anweisungen zum Steuern bzw. Regeln der jeweiligen elektrischen Komponente zu erzeugen, wobei die früher gespeicherten Daten Daten umfassen, die von den Energieverbrauchsdaten losgelöst sind.