ES2582591T3 - Control de nivel de luz para la iluminación de edificios - Google Patents

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ES2582591T3 ES11710563.5T ES11710563T ES2582591T3 ES 2582591 T3 ES2582591 T3 ES 2582591T3 ES 11710563 T ES11710563 T ES 11710563T ES 2582591 T3 ES2582591 T3 ES 2582591T3
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Abstract

Un sistema de control (2) para controlar el nivel de luz del interior de al menos una parte de un edificio (1), iluminándose la al menos una parte del edificio mediante tanto luz natural a través de una o más porciones transparentes (8) como mediante luz generada a través de una o más luces eléctricas (4); estando conectado el sistema de control operativamente a dicho al menos un sensor interior (3) para detectar un nivel de luz interior; comprendiendo el sistema de control - al menos un controlador de luz eléctrica (4) para controlar el nivel de luz de la una o más luces eléctricas; - al menos un controlador de tratamiento de ventana (5) para controlar el nivel de admisión de luz natural admitida a través de la una o más porciones transparentes; y - una unidad de procesamiento (7) para la manipulación de puntos de ajuste de control, comprendiendo los puntos de ajuste de control un punto de ajuste de nivel de luz interior, estando conectada operativamente la unidad de procesamiento al por lo menos un sensor interior; en el que la unidad de procesamiento determina una diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, y en el que el nivel de luz de la una o más luces eléctricas y el nivel de admisión de luz natural admitida a través de la una o más porciones transparentes se controlan en paralelo operando el al menos un controlador de luz eléctrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana para, en base a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, controlar el nivel de luz del interior de al menos la parte del edificio, caracterizado porque, el al menos un controlador de luz eléctrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana están conectados operativamente (28, 29), de modo que el al menos un controlador de luz eléctrica recibe información operativa desde el al menos un controlador de tratamiento de ventana, y/o viceversa; y en el que el al menos un controlador de luz eléctrica se opera en base a la información recibida desde el al menos un controlador de tratamiento de ventana, y/o el al menos un controlador de tratamiento de ventana se opera en base a la información recibida desde el al menos un controlador de luz eléctrica.

Description

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DESCRIPCION
Control de nivel de luz para la iluminacion de edificios CAMPO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a la iluminacion de al menos una parte de un edificio. En particular, se refiere a un control del nivel de luz de al menos una parte de un edificio mediante el control de luces electricas y tratamiento de ventana.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Los edificios modernos a menudo estan equipados con tratamiento de ventana controlable, tal como cortinas o persianas motorizadas, para controlar la cantidad de luz solar que entra en el edificio a traves de aberturas, tipicamente, a traves de ventanas. Por otra parte, los edificios modernos a menudo estan tambien equipados con luces electricas controlables que permiten controlar el nivel de luz de luminarias electricas individuales o en grupos. El control del nivel de luz se consigue normalmente mediante atenuadores. En general, es beneficioso usar la luz natural tanto como sea posible. Para los ocupantes del edificio, la iluminacion de la luz natural provoca normalmente un mayor bienestar. Desde una perspectiva ambiental y de coste, el uso optimo de la luz natural para iluminar el interior de un edificio puede reducir el consumo de energfa del edificio debido a los requisitos de iluminacion electrica reducidos. Por otra parte, el control optimo puede dar lugar ademas a la reduccion de los requisitos de calefaccion y refrigeracion. En muchas situaciones, el tratamiento de ventana y las luces electricas se controlan manualmente y/o independientemente entre sf, lo que lleva a un uso no optimo de la luz natural.
La patente estadounidense n° 7.566.137 divulga un sistema de mantenimiento de la iluminacion para el mantenimiento de un perfil de iluminacion deseado en un espacio del edificio, donde el espacio del edificio se puede iluminar tanto por la luz natural como mediante luz electrica. El sistema comprende un sensor para detectar un nivel de iluminacion del espacio, una pluralidad de lamparas electricas que se pueden atenuar para complementar la iluminacion del espacio y un sistema de control para controlar los niveles de atenuacion de las lamparas electricas. El sistema de control ajusta el nivel de atenuacion hacia un preajuste que dara lugar a un perfil de iluminacion deseado en el espacio. Se divulgan modos de realizacion que tambien implementan un tratamiento de ventana controlable para alterar selectivamente la cantidad de luz natural que entra en el espacio. La patente estadounidense n° 5.237.169 divulga un dispositivo para controlar el nivel de iluminacion de locales que tienen iluminacion artificial y medios de enmascarado.
No obstante, existe todavfa una necesidad en la tecnica para mejoras.
SUMARIO DE LA INVENCION
Los sistemas de iluminacion de edificios de la tecnica anterior operan secuencialmente. En la operacion secuencial, la cantidad de luz natural se ajusta primero mediante la operacion del tratamiento de ventana, despues de lo cual se ajusta la luz electrica para satisfacer con un punto de ajuste de nivel de iluminacion determinado. Tales sistemas se encuentran a menudo insatisfactorios por parte del usuario, ya que la operacion secuencial es lenta y el tiempo de espera se puede encontrar intolerable. Si el usuario no esta satisfecho con el control automatico del nivel de la luz, hay un alto riesgo de que el usuario vuelva al control manual, que perjudica el ahorro en el consumo de energfa obtenido del control automatico.
Sena ventajoso lograr un sistema de control para controlar el nivel de luz del interior de al menos una parte de un edificio, que sea capaz de un ajuste rapido del nivel de iluminacion del interior de al menos una parte de un edificio. Tambien sena deseable lograr un sistema de control totalmente integrado y automatizado que sea percibido por el usuario como un sistema facil de usar que ayude a proporcionar un entorno que sea agradable para estar. Ademas, sena deseable conseguir un sistema de control totalmente integrado y automatizado que apoye para satisfacer los requisitos de punto de ajuste de usuario de una forma eficiente energeticamente. En general, la invencion busca preferiblemente mitigar, aliviar o eliminar una o mas de las desventajas anteriormente mencionadas individualmente o en cualquier combinacion. En particular, puede verse como un objeto de la presente invencion proporcionar un sistema de control que resuelva los problemas antes mencionados, u otros problemas, de la tecnica anterior.
Para responder mejor a una o mas de estas preocupaciones, un sistema de control se presenta en un primer aspecto de la invencion. El sistema de control controla el nivel de luz del interior de al menos una parte de un edificio, la al menos parte del edificio se ilumina tanto por la luz natural a traves de una o mas porciones transparentes como por la luz generada a traves de una o varias luces electricas; estando el sistema de control conectado operativamente a:
- al menos un sensor interior para detectar un nivel de iluminacion interior;
- al menos un controlador de luz electrica para controlar el nivel de luz de la una o mas luces electricas;
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- al menos un controlador de tratamiento de ventana para controlar el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes; y
- una unidad de procesamiento para la manipulacion de puntos de ajuste de control, estando conectada operativamente la unidad de procesamiento al por lo menos un sensor interior;
en el que la unidad de procesamiento determina una diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, y en el que el nivel de luz de la una o mas luces electricas y el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes se controlan en paralelo operando el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana para, en base a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, controlar el nivel de luz del interior de al menos la parte del edificio.
Al proporcionar un sistema de control que permite la operacion en paralelo del al menos un controlador de luz electrica y del al menos un controlador de tratamiento de ventana, se puede proporcionar un sistema rapido, ya que por lo menos la luz electrica se puede ajustar rapidamente para satisfacer los puntos de ajuste instantaneamente o de manera sustancialmente instantanea. En particular, en una situacion donde la operacion del tratamiento de ventana tarda mas tiempo, las luces electricas pueden ser operadas para acomodar el tratamiento de ventana, de manera que el usuario experimenta que se obtiene la reduccion de la diferencia en un tiempo corto.
Al operar el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana en base a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste del nivel de luz interior, el sistema opera basandose en el nivel de luz real del entorno en el que esta colocado el usuario. El nivel de luz real del entorno suele ser de suma importancia en relacion a si el entorno se experimenta como agradable o no para situarse en el mismo. Las estancias prolongadas en un entorno con un nivel de luz que se percibe como no optimo conducen tfpicamente a insatisfaccion. Al basar el control de la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste del nivel de luz interior, el sistema opera en el nivel de luz real experimentado por el usuario y el sistema actual es menos propenso a la insatisfaccion de los usuarios y es menos probable que el usuario cambie a control manual.
El al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana estan conectados operativamente de modo que el al menos un controlador de luz electrica recibe informacion operativa desde el al menos un controlador de tratamiento de ventana, y/o viceversa; y en el que el al menos un controlador de luz electrica es operado en base a la informacion recibida del al menos un controlador de tratamiento de ventana, y/o el al menos un controlador de tratamiento de ventana se opera en base a la informacion recibida desde el al menos un controlador de luz electrica. Al compartir informacion operativa entre ambos tipos de controladores, puede proporcionarse un sistema totalmente integrado, donde la informacion ya disponible en una subunidad puede ser utilizada en otra subunidad, proporcionando de este modo un sistema que soporta un control detallado. La informacion operativa puede ser informacion tal como el nivel de atenuacion de las luminarias y la fraccion de luz admitida a traves del tratamiento de ventana.
En una realizacion ventajosa, el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana se operan para reducir la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste del nivel de luz interior. Al basar el control en la reduccion de esta diferencia, puede utilizarse una operacion integral que adapta de manera rapida y robusta el nivel de luz real al nivel de luz del punto de ajuste.
En una realizacion ventajosa, el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana se operan con una salida que es proporcional a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste del nivel de luz interior. Al basar el control sobre la operacion proporcional, el nivel de luz puede adaptar rapidamente el nivel de luz real al nivel de luz del punto de ajuste.
En una realizacion ventajosa, la operacion en paralelo del al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana comprende la operacion del al menos un controlador de tratamiento de ventana hacia un nivel de admision definido por los puntos de ajuste de control y la operacion del al menos un controlador de luz electrica para reducir la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior. El tratamiento de ventana funciona con constantes de tiempo mas largas que las luces electricas. En situaciones donde se desea un nivel de admision espedfico del tratamiento de ventana, tal como en conexiones con problemas de deslumbramiento, ya sea directamente desde el sol o de reflejos de la luz solar, el usuario puede operar el tratamiento de ventana a una posicion deseada, mientras que todavfa mantiene un nivel de luz substancialmente constante.
Es una ventaja de los modos de realizacion de la presente invencion que el sistema de control es compatible para operar las luces electricas y el tratamiento de ventana en base a criterios adicionales. En un modo de realizacion ventajoso, este criterio adicional se basa en la operacion de las luces electricas de una manera eficiente energeticamente. En un modo de realizacion, esto se consigue haciendo que la unidad de procesamiento determine ademas una medida del consumo de energfa de las luces electricas, y en el que el nivel de luz de la una o mas luces electricas y el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes se
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controlan mediante la reduccion de la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste del nivel de luz interior y reduciendo el consumo de energfa de las luces electricas.
Es una ventaja de la presente invencion que soporta una operacion descentralizada as^ como centralizada. Hay ventajas y desventajas en ambos tipos de operacion, que pueden depender de cada situacion de uso. Los modos de realizacion de la presente invencion no se limitan a ninguno de los mismos, proporcionando de esta manera un sistema versatil que puede ser utilizado en conexion con un gran numero de sistemas de operacion de edificios en general.
En modos de realizacion ventajosos de la presente invencion, los controladores de luz electrica y los controladores de tratamiento de ventana estan conectados de manera comunicativa mediante un enlace de comunicacion. En principio, cualquier enlace de comunicacion adecuado puede ser utilizado, tal como una conexion local dedicada, o una red troncal tal como la red de empresa para datos y/o controles de edificios. Es una ventaja de la presente invencion que no es dependiente de la implementacion espedfica de una comunicacion dada, lo cual lo hace un sistema versatil.
En modos de realizacion ventajosos de la presente invencion, la operacion del sistema se basa ademas en la entrada desde al menos un sensor exterior para la deteccion de un nivel de luz natural, se puede proporcionar incluso un mejor control del nivel de luz. En un modo de realizacion ventajoso, la luz natural disponible se utiliza para controlar el tratamiento de ventana. En otros modos de realizacion ventajosos, la lectura del sensor exterior se puede utilizar para implementar la deteccion de deslumbramiento, que a su vez puede ser usada para controlar automaticamente el tratamiento de ventana para evitar efectos de deslumbramiento, que son muy molestos para el usuario del edificio. La referencia al sensor como sensor exterior no implica que el sensor se coloque en una posicion exterior, ya que el sensor puede colocarse dentro o fuera, dependiendo de las implementaciones espedficas, siempre que el sensor pueda detectar un nivel de luz exterior, que es el nivel de luz natural.
En modos de realizacion ventajosos de la presente invencion, la operacion del sistema se basa ademas en el uso de sensores de presencia para detectar la presencia de una persona en la sala, el sistema de iluminacion puede operarse de acuerdo con las reglas que definen los ajustes operativos, dependiendo de si hay una persona en la habitacion o no. Tales reglas pueden ser de forma sencilla un ajuste horario que define un penodo desde que el ultimo ocupante ha salido de una habitacion hasta que la luz se apaga. Esto puede reducir al mmimo el consumo de energfa electrica, ya que la luz puede apagarse si no hay nadie en la habitacion.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invencion, se presenta un sistema de iluminacion. El sistema de iluminacion comprende:
- al menos un sensor interior para detectar un nivel de iluminacion interior;
- al menos un controlador de luz electrica para controlar el nivel de luz de la una o mas luces electricas;
- al menos un controlador de tratamiento de ventana para controlar el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes;
- una unidad de procesamiento para la manipulacion de puntos de ajuste de control, comprendiendo los puntos de ajuste de control un punto de ajuste de nivel de luz interior, estando conectada operativamente la unidad de procesamiento a dicho menos un sensor interior; y
una unidad de control para controlar el nivel de luz del interior de la al menos una parte del edificio;
en el que la unidad de control opera la unidad de procesamiento para determinar una diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, y en el que el nivel de luz de la una o mas luces electricas y el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes se controlan en paralelo operando el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana para, en base a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, controlar el nivel de luz del interior de al menos la parte del edificio.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invencion, se presenta un procedimiento de operacion de un sistema de iluminacion. El procedimiento comprende:
- recibir unos puntos de ajuste de control, comprendiendo los puntos de ajuste de control un punto de ajuste del nivel de luz interior;
- detectar un nivel de luz interior;
- controlar el nivel de luz de la una o mas luces electricas; y
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- controlar al menos un tratamiento de ventana para establecer un nivel de admision de luz natural admitida a traves de una o mas porciones transparentes;
en el que el nivel de luz de la una o mas luces electricas y el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes se controlan en paralelo operando la al menos una luz electrica y el al menos un tratamiento de ventana para, en base a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, controlar el nivel de luz del interior de al menos la parte del edificio.
El procedimiento puede implementarse ventajosamente en un producto de programa de ordenador que, cuando se ejecuta en un ordenador, controla un sistema de iluminacion de acuerdo con el primer, segundo y/o tercer aspecto de la invencion.
En general, los diversos aspectos de la invencion se pueden combinar y acoplar de cualquier forma posible dentro del alcance de la invencion. Estos y otros aspectos, caractensticas y/o ventajas de la invencion seran evidentes a partir de y aclarados con referencia a los modos de realizacion descritos posteriormente en el presente documento.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Los modos de realizacion de la invencion se describiran, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que:
La fig. 1 ilustra esquematicamente un modo de realizacion de un sistema de iluminacion para iluminar el interior de un edificio;
Las figs. 2A y 2B ilustran diagramas de bloques de dos modos de realizacion de la disposicion de control general;
La fig. 3 ilustra un diagrama de flujo general simplificado que implementa un bucle de control realizado por el controlador del tratamiento de ventana;
Las figs. 4A y 4B ilustran diagramas de flujo simplificados generales que implementan bucles de control realizados por el controlador de luz electrica;
La fig. 5 ilustra un diagrama de bloques simplificado de un sistema de control que implementa un algoritmo de control descentralizado;
La fig. 6 ilustra un diagrama de bloques simplificado de un sistema de control que implementa un algoritmo de control centralizado;
Las figs. 7 a 9 ilustran unos graficos que muestran los resultados simulados de sistemas de acuerdo con modos de realizacion de la presente invencion; y
La fig. 10 ilustra un diagrama de flujo general para ilustrar etapas generales realizadas en conexion con modos de realizacion de la presente invencion.
DESCRIPCION DE LOS MODOS DE REALIZACION
La fig. 1 ilustra esquematicamente un modo de realizacion de un sistema de iluminacion para iluminar el interior de un edificio 1, aqrn ejemplificado por un plano de planta de una habitacion. El sistema de iluminacion comprende un sistema de control 2 conectado operativamente a unos sensores interiores 3 para detectar un nivel de luz interior, a unos controladores de luz electrica 4 para controlar el nivel de luz de una luz electrica a la que esta conectado y controladores de tratamiento de ventana 5 para controlar un tratamiento de ventana 6 para ajustar el nivel de admision de luz natural admitida a traves de porciones transparentes, aqrn en forma de dos ventanas 8. El tratamiento de ventana es tipicamente en forma de cortinas o persianas. En un modo de realizacion, el sistema de control es en la forma de una unidad de control conectada operativamente a una unidad de procesamiento 7. El sistema comprende ademas un sensor exterior 9 para la deteccion de un nivel de luz natural. El sensor exterior 9 se ilustra para colocarse en el exterior del edificio. Sin embargo, el sensor tambien se puede colocar en el interior en una posicion, tal como detras del tratamiento de ventana, donde se puede detectar el nivel de luz exterior. La figura ilustra ademas un sensor de ocupacion 10 para detectar la presencia de una persona en la habitacion, y un enlace de comunicacion 11. El sistema de control se ilustra como una unica entidad. Sin embargo, se entendera que se puede implementar en cualquier forma adecuada, tipicamente como un sistema central o como un sistema distribuido. En un sistema distribuido, la unidad de procesamiento puede distribuirse sobre al menos uno o mas controladores de luz electrica, uno o mas controladores de tratamiento de ventana y una o mas interfaces de usuario. La operacion del sistema de control puede estar basada en la instruccion proporcionada por medio de un producto de programa de ordenador 12, tal como un codigo de ordenador, proporcionado en cualquier forma y mediante cualquier medio.
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Debe entenderse que los detalles espedficos de la fig. 1 se proporcionan por motivos ilustrativos. En general, el sistema de iluminacion puede proporcionarse en conexion con cualquier tipo de edificio que comprende cualquier tipo de planta. El edificio se puede subdividir en porciones, tal como, por ejemplo, en zonas donde la luz electrica de una zona se controla de manera independiente. Por ejemplo, las cuatro luces electricas y los dos tratamientos de ventana pueden controlarse colectivamente, en base a una media del nivel de luz detectado por las dos lecturas de los sensores interiores. En general, un edificio se puede dividir en cualquier numero de particiones donde el nivel de luz se controla colectivamente en base a la operacion de cualquier numero de tratamientos de ventana y cualquier numero de luces electricas, en base a las lecturas del sensor de cualquier numero de sensores interiores. Si se utiliza mas de un sensor para controlar colectivamente un grupo de luces electricas, se puede generar una senal de sensor combinada. La senal del sensor combinada puede ser una senal de promedio, una senal ponderada, o cualquier otra senal adecuada. El numero de luminarias y tratamientos de ventana dependera de una aplicacion particular.
Las figs. 2A y 2B ilustran diagramas de bloques de dos modos de realizacion de la disposicion de control general. La fig. 2A ilustra un modo de realizacion que emplea un control descentralizado, mientras que la fig. 2B ilustra un modo de realizacion que emplea un control centralizado.
En la fig. 2, los valores o senales de entrada se reciben a partir de tres proveedores: valores de entrada derivados de valores de punto de ajuste 20, valor de entrada derivado de las lecturas del sensor desde un sensor interior 21 y valores de entrada derivados de las lecturas del sensor desde un sensor exterior 22. Los puntos de ajuste 20 pueden estar basados en una combinacion de ajustes del usuario y ajustes de control mas generales. Los sensores son tfpicamente en la forma de fotosensores capaces de detectar un nivel de iluminacion. El nivel de iluminacion se expresa generalmente como un nivel de lux dado. Sobre la base de la entrada, las luces electricas 23, 23' y el tratamiento de ventana 24, 24' se controlan mediante el uso de controladores, ya sea en forma de controladores dedicados 25, 26 o un controlador central comun 27. En los modos de realizacion, los controladores de luz electrica controlan un nivel de atenuacion de las luminarias, y el controlador de ventana controla un motor de tratamiento de ventana.
En el modo de realizacion ilustrado, el controlador de luz electrica y el controlador de tratamiento de ventana estan conectados operativamente 28, 29, de manera que la informacion operativa puede compartirse, de modo que la luz electrica puede ser operada en base a la informacion recibida del tratamiento de ventana, y/o viceversa.
La fig. 3 ilustra un diagrama de flujo general simplificado que implementa un bucle de control realizado por el controlador de tratamiento de ventana en una situacion en la que el controlador de la luz electrica comparte informacion operativa en la forma del estado del nivel de atenuacion con el controlador de tratamiento de ventana, de manera que el tratamiento de ventana puede ser operado en dependencia de este estado.
En los diagramas de flujo de las figs. 3 y 4 "sP' se abrevia con una "y", y "no" se abrevia con una "n".
Un bucle abierto inicial esta configurado para detectar si el sistema de tratamiento de ventana esta:
30: configurado en modo automatico.
En caso afirmativo,
31: detectar si el punto de ajuste no se satisface, o si el tratamiento de ventana no esta completamente abierto y la luz electrica esta encendida.
Si el tratamiento de ventana esta totalmente abierto, el tratamiento de ventana no se puede utilizar para proporcionar mas luz. Por lo tanto, si la respuesta a la condicion anterior es no, el sistema es instruido para volver a detectar si el modo automatico se configura 30 o no. Si la respuesta a la condicion anterior (31) es sf, se realiza la siguiente secuencia de control:
32: Determinar si la luz electrica esta apagada; en caso afirmativo,
33: determinar si el nivel de luz en la habitacion es mayor que el nivel objetivo definido por los puntos de ajuste. Es decir, se determina si la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior es positiva o negativa. Si el nivel de luz detectado es mayor que el nivel del punto de ajuste, entonces;
34: disminuir el nivel de admision del tratamiento de ventana.
Si en 32 se determina que la luz electrica esta encendida;
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35: tambien se determina si el nivel de luz en la habitacion es mayor que el nivel objetivo definido por los puntos de ajuste. Sin embargo, en este caso, si el nivel de luz es demasiado alto:
36: el nivel de admision del tratamiento de ventana se disminuye lentamente; de otra manera:
37: el nivel de admision del tratamiento de ventana se aumenta.
La fig. 4A ilustra un diagrama de flujo general simplificado que implementa un bucle de control realizado por el controlador de luz electrica en una situacion en la que el controlador de luz electrica no recibe informacion sobre el estado del controlador de tratamiento de ventana.
Un bucle abierto inicial esta configurado para detectar si el control de luz electrica es:
40: configurar en modo automatico.
En caso afirmativo,
41: detectar si no se cumple el punto de ajuste.
Si la respuesta a la condicion anterior (41) es sf, se realiza la siguiente secuencia de control:
42: determinar si el nivel de luz en la habitacion es mayor que el nivel objetivo definido por los puntos de ajuste. Es decir, se determina si la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior es positiva o negativa. Si el nivel de luz detectado es mayor que el nivel del punto de ajuste, entonces:
43: disminuir el nivel de luz electrica generada, por ejemplo, aumentando el nivel de atenuacion.
Sin embargo, si el nivel de luz detectado no es mayor que el nivel de punto de ajuste, entonces:
44: aumentar el nivel de luz electrica generada, por ejemplo, disminuyendo el nivel de atenuacion.
La fig. 4B ilustra un diagrama de flujo general simplificado que implementa un bucle de control realizado por el controlador de luz electrica en una situacion en la que el controlador de luz electrica recibe informacion sobre el estado del controlador de tratamiento de ventana, de modo que las luces electricas se pueden operar en dependencia de este estado. Un bucle abierto inicial esta configurado para detectar si el sistema de luz electrica es:
400: configurar en modo automatico.
En caso afirmativo,
401: detectar si el punto de ajuste no se cumple, o si el tratamiento de ventana no esta completamente abierto y la luz electrica esta encendida.
Si la respuesta a la condicion anterior (401) es sf, se realiza la siguiente secuencia de control:
402: Determinar si el tratamiento de ventana esta en el nivel de admision maximo; en caso afirmativo,
403: determinar si el nivel de luz en la habitacion es mayor que el nivel objetivo definido por los puntos de ajuste. Es decir, se determina si la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior es positiva o negativa. Si el nivel de luz detectado es mayor que el nivel del punto de ajuste, entonces;
404: disminuir el nivel de luz electrica, por ejemplo, mediante el aumento de la atenuacion.
Si en 402 se determina que el tratamiento de ventana no esta en el nivel de admision maximo;
405: tambien se determina si el nivel de luz en la habitacion es mayor que el nivel objetivo definido por los puntos de ajuste. Sin embargo,
en este caso, si el nivel de luz es demasiado alto:
406: el nivel de luz electrica se incrementa, por ejemplo, mediante la disminucion de la atenuacion; de otra manera:
407: el nivel de luz electrica se incrementa lentamente, por ejemplo, mediante la disminucion de la atenuacion lentamente.
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En lo que sigue se divulgan en mas detalle dos modos de realizacion, donde el sistema de control se implementa mediante la definicion de una funcion de coste que minimiza la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y un punto de ajuste del nivel de luz interior. En los ejemplos siguientes, la funcion de coste comprende, ademas de la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y un punto de ajuste del nivel de luz interior, tambien una contribucion del consumo de energfa de las luces electricas, de modo que las luces electricas y el tratamiento de ventana se controlan, reduciendo tanto la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior como reduciendo el consumo de energfa de las luces electricas.
El controlador de luz electrica y el controlador de tratamiento de ventana pueden implementarse en modos de realizacion para controlar de forma adaptativa el nivel de luz, basado en un algoritmo de gradiente, lo que minimiza una funcion de coste. La funcion de coste puede construirse para comprender una contribucion de la diferencia de nivel de luz, y a partir del consumo de energfa. La diferencia de nivel de luz es referida en lo sucesivo tambien como el error de iluminacion. Las siguientes Ec. 1 y Ec. 2 reducen adaptativamente tanto el error de iluminacion como el consumo de energia:
imagen1
Ec.1
imagen2
Ec. 2
donde x(n) y w(n) representan el ajuste de luz electrica y el ajuste de tratamiento de ventana, respectivamente. El parametro n representa el tiempo de muestra. En la situacion analoga, n se intercambiana con el tiempo t. La funcion e(n) indica la diferencia entre el punto de ajuste de usuario y el nivel de luz interior medido, e(n) es, por lo tanto, el error de iluminacion. 25 La funcion E(n) representa el consumo de energfa. Las m son constantes positivas que definen los tamanos de paso de adaptacion. Asf, las ecuaciones definen las cantidades mediante las que se ajustaran las luces electricas y el tratamiento de ventana para cada ciclo de control adaptativo.
El error de iluminacion se puede describir adicionalmente como:
imagen3
donde u define el punto de ajuste de usuario deseado y y(n) es la lectura del sensor de iluminacion interior. La luz interior se puede describir como:
imagen4
donde dl(n) es el nivel de luz natural disponible como se determina a partir de la lectura del sensor de luz exterior. El consumo de energfa de las luces electricas se puede configurar para ser proporcional con x(n), esto conduce a:
imagen5
Usando las relaciones anteriores, la Ec. 1 y la Ec. 2 se pueden simplificar en la Ec. 3 y la Ec. 4:
x(ti) = Ar(n — 1} — —#3ar(ri)
' ' ' " ' " ' ' , Ec. 3
w fn) — vmt — 1)— tt^ei nydi^nj 4- $i%x(n)
' " * " , Ec. 4
La presencia de x(n) y w(n) en ambas ecuaciones asegura que el control de la luz electrica y el tratamiento de ventana se integran entre sr Por otra parte, un algoritmo de control que implementa la anterior Ec. 3 y la Ec. 4 permite la operacion en paralelo sin la necesidad de una operacion secuencial, incluso a pesar de que las constantes de tiempo para la luz electrica y para el tratamiento de ventana seran diferentes. El sistema adaptativo paralelo seguira operando correctamente debido a la verdadera operacion en paralelo.
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Un algoritmo de control basado en la Ec. 1 y la Ec. 2 (o Ec. 3 y la Ec. 4) equilibra la reduccion del consumo de energfa y satisface los puntos de ajuste de usuario. Esto puede dar lugar a que el punto de ajuste de usuario no siempre pueda satisfacerse completamente para ahorrar energfa. Esta situacion es cuando la luz natural es insuficiente para satisfacer el requisito de nivel de luz y, por lo tanto, la luz electrica debe incrementarse notablemente. En este caso, el sistema de control puede ajustar el nivel de luz a un nivel bajo para ahorrar energfa. Esto no siempre es aceptable para un usuario. En otro modo de realizacion, como se describe a continuacion sobre la base de la Ec. 5 y la Ec. 6 como se define mas adelante, satisfacer los puntos de ajuste de usuario tiene prioridad, pero el consumo de energfa se reduce aun mas. En un modo de realizacion, esto se puede conseguir reduciendo adaptativamente el error de iluminacion y el consumo de energfa como sigue:
Ec. 5
imagen6
imagen7
Ec. 6
que, de una manera similar como en conexion con la Ec. 1 y la Ec. 2, es posible simplificar la Ec. 7 y la Ec. 8:
imagen8
Ec. 7
w(n) - - 1) - |iseOD<#i(*) * Ec 8
Con estas ecuaciones de control, el controlador de iluminacion simplemente intenta satisfacer los puntos de ajuste de usuario (es decir, reducir el error de iluminacion), sin embargo, el controlador de ventana intenta reducir ambos, es decir, reducir el error de iluminacion y forzar la luz electrica para ahorrar energfa al admitir tanta luz como sea posible a traves de las ventanas, de modo que las luces electricas se atenuaran en consecuencia.
En un sistema de iluminacion dado, un numero de diferentes algoritmos de control se puede seleccionar a traves de una interfaz de usuario, de modo que el responsable del sistema de iluminacion puede seleccionar o bien controlar todo el sistema de iluminacion basado en un algoritmo comun o secciones del edificio pueden controlarse sobre la base de diferentes algoritmos.
En otros modos de realizacion, el algoritmo de control puede estar basado en un control proporcional, donde las salidas del controlador de luz electrica y el controlador de tratamiento de ventana son proporcionales a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, que es proporcional a la funcion de error de iluminacion e(n).
La fig. 5 ilustra un diagrama de bloques simplificado de un sistema de control que implementa un algoritmo de control basado en la Ec. 7 y la Ec. 8 en el modo de realizacion de la fig. 2A, es decir, en un sistema de control descentralizado. Por lo tanto, cada una de, o un grupo de, las luces electricas y cada uno de, o un grupo de, los tratamientos de ventana, estan controlados por un controlador descentralizado. En el modo de realizacion ilustrado, cada controlador de luz electrica y cada controlador de ventana comprenden su propio controlador.
Un usuario, tipicamente mediante el uso de una interfaz de usuario, tal como un control remoto, un ordenador o una interfaz montada en la pared, establece un nivel de luz requerido, u, 50, por ejemplo, mediante el establecimiento de un punto de ajuste a un valor de lux deseado. El punto de ajuste de usuario se introduce en el controlador de luz 51 y en el controlador de tratamiento de ventana 52. Ademas, tambien la lectura del sensor desde el sensor de luz interior 53 se introduce en los dos controladores. El controlador de luz electrica 51 determina el error de iluminacion, e, en una primera etapa de procesamiento 54, y el error de iluminacion se utiliza posteriormente para determinar la variable de control de la luz electrica (por ejemplo, un valor que representa el nivel de atenuacion) x(n) a una etapa de procesamiento 55 siguiente mediante el uso de la Ec. 7. x(n) se emite a la luz electrica 56 para establecer el nivel de luz. Ademas, x(n) es la salida 502 al controlador de tratamiento de ventana. El nivel de luz ajustado influira en la lectura 57 posterior del sensor de la luz interior.
En paralelo, es decir, simultaneamente con o al mismo tiempo con, la operacion de las luces electricas, el controlador de tratamiento de ventana 52 tambien determina (o recibe) el error de iluminacion, e, en una primera etapa de procesamiento 58, y el error de iluminacion se utiliza posteriormente para determinar la variable de control del tratamiento de ventana (por ejemplo, un valor que representa la posicion de la persiana) basado ademas en el x(n) recibido, asf como en la lectura del sensor recibido que se lee desde el sensor exterior 501 para determinar dl(n).
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La variable de control del tratamiento de ventana se determina en una siguiente etapa de procesamiento 59 mediante el uso de la Ec. 8. w(n) se emite al tratamiento de ventana 500 para establecer el nivel de admision. Una vez mas, el nivel de luz ajustado influira en la lectura 57 posterior del sensor de la luz interior.
La fig. 6 ilustra un diagrama de bloques simplificado de un sistema de control que implementa un algoritmo de control basado en la Ec. 7 y la Ec. 8 en el modo de realizacion de la fig. 2B, es decir, en un sistema de control centralizado. Asf, una unidad de procesamiento central controla las luces electricas y los tratamientos de ventana mediante la transmision de los ajustes de control.
Al igual que en relacion con la fig. 5, un usuario establece un nivel de iluminacion requerido, u, 50. El punto de ajuste de usuario se introduce en el controlador central 60 junto con la lectura del sensor desde el sensor de luz interior 53 y una lectura del sensor desde el sensor de luz exterior 501. El controlador de luz central 60 determina el error de iluminacion, e, en una primera etapa de procesamiento 54. El error de iluminacion y la lectura del sensor desde el sensor externo se utilizan posteriormente para determinar la variable de control de la luz electrica x(n) y la variable de control del tratamiento de ventana w(n) en una siguiente etapa de procesamiento 61 mediante el uso de la Ec. 7 y la Ec. 8. Los x(n) y w(n) determinados se emiten a la luz electrica 62 para ajustar el nivel de luz y el controlador de tratamiento de ventana 63 para ajustar el nivel de admision. El nivel de luz ajustado influira en la lectura 57 posterior del sensor de la luz interior.
La operacion en paralelo es evidente en esta situacion, ya que el controlador central se ocupa de ambas ecuaciones de control simultaneamente.
La fig. 7 ilustra un grafico que muestra los resultados simulados de un sistema de acuerdo con modos de realizacion de la presente invencion. Esto y las simulaciones divulgadas a continuacion se han realizado mediante la aplicacion de la fig. 5 en MatLab. La figura ilustra la contribucion de nivel de luz $ [lux] a partir de la luz natural y la luz electrica, respectivamente, como una funcion de la maxima disponibilidad de luz natural Md [lux]. El grafico ilustra una situacion en la que la luz electrica se limita a la emision de 1.000 lux con luz natural variable, en una situacion donde el punto de ajuste de usuario es de 500 lux. El grafico muestra la contribucion de la luz natural 70 y la contribucion de la luz electrica 71. Se puede ver que cuanta mas luz natural esta disponible, la parte de la luz electrica se reduce, lo que reduce el consumo de energfa. La luz electrica solo se utiliza cuando no hay suficiente luz natural.
La fig. 8 ilustra un grafico que muestra los resultados simulados de un sistema de acuerdo con modos de realizacion de la presente invencion, similar a la fig. 7, excepto que la figura ilustra la contribucion de nivel de luz, $ [lux], como una funcion del punto de ajuste de usuario SP [lux]. El grafico ilustra una situacion en la que la luz natural se limita a 500 lux. El grafico muestra la contribucion de la luz natural 80 y la contribucion de la luz electrica 81. Se puede observar que cuando la luz natural no esta disponible para satisfacer el punto de ajuste de usuario, las luces electricas se utilizan a un mmimo posible.
La fig. 9 ilustra un grafico que muestra el rendimiento simulado del sistema secuencial de adaptacion de bucle cerrado en comparacion con el rendimiento de un sistema paralelo operado de acuerdo con modos de realizacion de la presente invencion. La figura muestra la porcion normalizada de la luz admitida, F$, para el control de tratamiento de ventana secuencial 90, el control de luz electrica secuencial 91, el control de tratamiento de ventana paralelo de acuerdo con modos de realizacion de la presente invencion 92, y el control de la luz electrica paralelo de acuerdo con modos de realizacion de la presente invencion 93, todos como una funcion del tiempo de muestra n [t]. La figura ilustra la situacion en la que el punto de ajuste se incrementa en 94. Los cambios en el punto de ajuste pueden ser debidos al punto de ajuste de usuario o en respuesta al sensor de ocupacion que detecta la presencia de una persona. El sistema secuencial tarda mas tiempo en converger, mientras que un sistema de acuerdo con los modos de realizacion de la presente invencion reacciona al punto de ajuste cambiado instantaneamente. Con el sistema actual, la habitacion se ilumina primero durante un breve penodo con las luces electricas, mientras que el tratamiento de ventana admite mas y mas luz natural, entonces la luz electrica se atenua de manera correspondiente al mmimo posible. Con el sistema secuencial, las luces electricas esperaran hasta que las persianas se abran completamente antes de que comiencen a suplementar la luz requerida.
La fig. 10 ilustra un diagrama de flujo general para ilustrar etapas generales realizadas en conexion con modos de realizacion de la presente invencion.
El procedimiento ilustra un algoritmo de control 100 que esta disenado para recibir los puntos de ajuste de control 101, los puntos de ajuste de control comprenden un punto de ajuste de nivel de luz interior, y para detectar o recibir un nivel de luz interior 102. Sobre la base de las entradas/lecturas, el algoritmo de control controla el nivel de luz de la una o mas luces electricas 103 y el nivel de admision de al menos un tratamiento de ventana 104. El nivel de luz y el nivel de admision se controlan en paralelo para reducir la diferencia entre el nivel de luz interior detectado 102 y el punto de ajuste de nivel de luz interior 101.
Aunque la invencion se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y la descripcion anterior, dicha ilustracion y descripcion han de considerarse ilustrativas o ejemplares y no restrictivas; la invencion no se limita a los modos de realizacion descritos. Los expertos en la tecnica pueden entender y efectuar otras variantes a los modos de realizacion divulgados al poner en practica la invencion reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, de la
divulgacion y de las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, las palabras "que comprende" no excluyen otros elementos o etapas, y el artfculo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. Un unico procesador u otra unidad puede cumplir las funciones de varios elementos citados en las reivindicaciones. El mero hecho de que ciertas medidas se enumeren en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una 5 combinacion de estas medidas no pueda usarse de manera ventajosa. Un programa informatico puede estar almacenado/distribuido en un medio adecuado, tal como un medio de almacenamiento optico o un medio de estado solido suministrado junto con o como parte de otro hardware, pero tambien puede distribuirse de otras formas, tal como a traves de Internet u otros sistemas de telecomunicacion cableados o inalambricos. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no se interpretara como una limitacion del alcance.
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Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de control (2) para controlar el nivel de luz del interior de al menos una parte de un edificio (1), iluminandose la al menos una parte del edificio mediante tanto luz natural a traves de una o mas porciones transparentes (8) como mediante luz generada a traves de una o mas luces electricas (4); estando conectado el sistema de control operativamente a dicho al menos un sensor interior (3) para detectar un nivel de luz interior;
    comprendiendo el sistema de control
    - al menos un controlador de luz electrica (4) para controlar el nivel de luz de la una o mas luces electricas;
    - al menos un controlador de tratamiento de ventana (5) para controlar el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes; y
    - una unidad de procesamiento (7) para la manipulacion de puntos de ajuste de control, comprendiendo los puntos de ajuste de control un punto de ajuste de nivel de luz interior, estando conectada operativamente la unidad de procesamiento al por lo menos un sensor interior;
    en el que la unidad de procesamiento determina una diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, y en el que el nivel de luz de la una o mas luces electricas y el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes se controlan en paralelo operando el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana para, en base a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior, controlar el nivel de luz del interior de al menos la parte del edificio, caracterizado porque,
    el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana estan conectados operativamente (28, 29), de modo que el al menos un controlador de luz electrica recibe informacion operativa desde el al menos un controlador de tratamiento de ventana, y/o viceversa; y
    en el que el al menos un controlador de luz electrica se opera en base a la informacion recibida desde el al menos un controlador de tratamiento de ventana, y/o el al menos un controlador de tratamiento de ventana se opera en base a la informacion recibida desde el al menos un controlador de luz electrica.
  2. 2. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana se operan para reducir la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste del nivel de luz interior.
  3. 3. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana se operan con una salida que es proporcional a la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste del nivel de luz interior.
  4. 4. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la operacion en paralelo del al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana comprende la operacion del al menos un controlador de tratamiento de ventana hacia un nivel de admision definido por los puntos de ajuste de control y la operacion del al menos un controlador de luz electrica para reducir la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste de nivel de luz interior.
  5. 6. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la unidad de procesamiento determina ademas una medida del consumo de energfa de las luces electricas, y en el que el nivel de luz de la una o mas luces electricas y el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes se controlan mediante la reduccion de la diferencia entre el nivel de luz interior detectado y el punto de ajuste del nivel de luz interior y reduciendo el consumo de energfa de las luces electricas.
  6. 7. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que al menos uno del al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana comprende una unidad de procesamiento local (25) para el control descentralizado de al menos uno del nivel de luz de la una o mas luces electricas y el nivel de admision de la luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes.
  7. 8. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas esta conectado operativamente a una unidad de control central (27) para controlar al menos uno del al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana para el control centralizado de al menos uno del nivel de luz de la una o mas luces electricas y el nivel de admision de luz natural admitida a traves de la una o mas porciones transparentes.
  8. 9. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el al menos un controlador de luz electrica y el al menos un controlador de tratamiento de ventana estan conectados de manera comunicativa mediante un enlace de comunicacion (11).
  9. 10. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas esta conectado operativamente a al menos un sensor exterior para la deteccion de un nivel de luz natural (9).
  10. 11. El sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas esta conectado operativamente a uno o 5 mas sensores de ocupacion (10) para detectar la presencia de una persona en una region del edificio.
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