JP2008506922A - ゾーンにおけるダクトダンパの位置を自動的に最適化する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

制御器は、マルチゾーン（複数のゾーンを有する）ＨＶＡＣシステムにおける複数のゾーンの各々に対する最大所望空気流およびこれらのゾーンへの予測空気流を求める方法を実行する機能を有する。一部には、これらの求められた確定結果は、ゾーンの各々につながるダクトの相対的なサイズを計算するアルゴリズムに基づいている。ゾーンの各々に対して予測空気流と最大空気流が比較されて、いずれかのゾーンの予測空気流が、その最大空気流を超える場合には、そのゾーンへの空気流を低減するためにいくつかのステップが実行される。

Description

本出願は、２００４年１月２０日に「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ Ｚｏｎｅ Ｄｕｃｔ Ｄａｍｐｅｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ」という名称で出願されたの米国特許仮出願第６０／５３７，７１７号の優先権を主張するものである。この仮出願の開示は、参照によりその全文が本明細書に組み入れられる。

本出願は、複数のゾーンを有する（マルチゾーン）暖房換気空調（ＨＶＡＣ）システムにおいて、いずれのゾーンにも不必要に高いレベルの空気が流れ込まないようにするために、ゾーンのダンパの位置を調節する方法およびシステムに関する。

マルチゾーンＨＶＡＣシステムは、公知であり、空気の温度および状態を変更する１つまたは複数の構成要素（炉、空調機、ヒートポンプなど）を含む。簡単にするために、これらの構成要素を一括して温度変更構成要素と呼ぶ。また、室内空気処理器（ｉｎｄｏｏｒ ａｉｒ ｈａｎｄｌｅｒ）は、空気を温度変更構成要素から供給ダクトを介して建物内の複数のゾーンに送り込む。供給ダクトの各々は、通常、ダンパを備え、このダンパは、所望の温度を達成するように、各ゾーン中への空気の流れを制限または許容するように制御される。

空気処理器は、最も実効的な条件下で一定量の空気を配送しており、該空気は、ダンパの位置および他のダクトに対する各ダクトのサイズに基づいて、複数のゾーン間で分割される。ダンパの１つが閉じられると、開いているダンパを有する他の供給ダクトを介して、付加的な空気が送り込まれる。これにより、いずれか１つのゾーンに流入する空気量が、所望量よりも多くなることがある。ダンパの位置は、そのゾーンにおける所望の温度を実現するように選択されており、付加的な空気が供給ダクトを介して、あるゾーンに送られると、通常、そのゾーンは過剰調整（ｏｖｅｒ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ）となることがある。

さらに、いずれか１つのゾーンに流入する空気量が増加すると、そのゾーンにおける騒音レベルも増加してしまう。この騒音レベルは、高くなり過ぎることがあるため望ましくない。

通常、従来技術には、過剰な空気を供給ダクトまたはリターンダクト、および温度変更構成要素に戻すことを可能にする圧力応答バイパスが含まれている。このバイパスには、任意のゾーンに流入可能な空気量に対する上限が設けられている。

しかし、この解決策には、バイパス弁の経費および設置が必要となる。さらに、既に調整された空気をリターンダクトに戻すことにより、温度変更構成要素に達する空気は、周囲空気から予測された温度とはならない。したがって、付加的な問題が生じてしまう。

本発明の開示される実施形態においては、制御器は、各ゾーンに対する最大空気流、および全てのゾーンに対する予測空気流を推定する方法を実行する。両者が比較されて、いずれか１つのゾーンが、その最大所望空気流を超える予測空気流を有する場合には、そのゾーンへの実際の空気流を最小化するためにいくつかのステップが実行される。

一実施形態においては、制御器は、総システム空気流が低減可能かどうかを調べ、可能であればこれを実行する。さらに、システムは、占有されていない（非占有）ゾーン設定点がさらなる空気を受けるように調節可能かどうかを調べる。非占有ゾーンは、占有されている（占有）ゾーンよりも温度または付加的な騒音における変化に対して感受性が低い傾向がある。非占有ゾーン設定点は、変更可能である場合には、変更される。なお、さらなる変更が必要な場合には、システムは占有ゾーンに対して同様に調べる。

最後に、システムは、温度変更構成要素を他の段階に変更可能かどうかを調べ、可能であればそれを実行する。

各ゾーンに対する最大空気流および予測空気流を計算するために、システムは、ゾーンの各々に対する相対的なゾーンのダクトサイズを計算する特有のアルゴリズムに依拠する。

本発明の、上記および他の特徴は、以下の詳細な説明および図面から最もよく理解されよう。

図１において、マルチゾーン（複数のゾーンを有する）ＨＶＡＣシステムを符号２０で概略的に示す。空気の状態を変更する温度変更構成要素２２（例えば、室内ユニット（炉／熱コイル）および／または室外ユニット（空調／ヒートポンプ））は、室内空気処理器２４に対応している。空気処理器２４は、空気をリターンダクト２６から取り込み、その空気をプレナム３１に送り、次いで、建物内におけるゾーン１，２，３の対応する複数の供給ダクト２８，３０，３２に送る。図示されているように、供給ダクト２８，３０，３２には、ダンパ３４がそれぞれ設けられている。マイクロプロセッサ制御器３６などの制御器は、ダンパ３４、温度変更構成要素２２、室内空気処理器２４を制御するとともに、各ゾーンに対応する制御器１３０と通信している。制御器１３０は、他のゾーンに対して各ゾーンの所望の温度、騒音レベルなどをユーザが設定することを可能にするサーモスタットとすることができる。さらに、制御器１３０は、実際の温度を制御器３６に送る温度センサを含むことが望ましい。

一実施形態において、制御器３６は、サーモスタット制御器１３０の１つに取付けられるとともに、システム制御器として、制御配線方式（２００４年１月７日に「Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ＨＶＡＣ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称で出願された同時係属中の米国特許出願番号第１０／７５２，６２６号明細書に開示されているものなど）を介して、他の全ての要素と通信する。開示されているように、制御器３６は、これらのシステム構成要素の各々に関する構成情報を受けることができ、これにより、制御器３６は、要素２２，２４，３０，３４の個々の特性を理解する。この特徴部の詳細は、２００４年１月７日に「Ｓｅｌｆ−Ｃｏｎｆｉｇｕｒｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｆｏｒ Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称で出願された同時係属中の米国特許出願公開第１０／７５２，６２８号明細書に開示されている。上記出願の各々の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

従来技術においては、空気処理器２４によってゾーン１，２，３の各々に送られる空気の量は、過剰になることがある。ダンパ３４は、ゾーン１，２，３への付加的な空気流が制限または許容されるように開放または閉鎖される。全開または全閉に駆動されるダンパがあるが、本発明は、全開または全閉の位置を有するダンパだけでなく、いくつかの段階的な閉鎖位置を有するダンパと共に使用されるものとして開示される。一実施例では、全開と全閉の間に、ダンパの段階的な位置が１６ある。１つのダンパ３４が、当該ゾーンにおける調整を低減させるように閉鎖されると、付加的な空気流は、より開放されている他のダンパに送られる。これにより、ゾーンの１つに過剰な空気が配送され、したがって、過剰な温度変化および過度の騒音が生じることがある。従来技術においては、圧力応答バイパス弁が、ダクト２８，３０，３２に関連づけられるか、または上流のプレナム３１内に置かれる。空気のバイパスは、付加的な弁、ダクトなどを必要とするため、組立が複雑になり、望ましくない特性を有する。通常、バイパス空気は、リターンダクト２６を介して、温度変更構成要素２２に戻される。すなわち、温度変更構成要素２２に接近する空気は、既に周囲環境からかけ離れて変化しており、効率的な動作に対して過度に低温または高温となることがある。

このため、過度の量の空気がダクト２８，３０，３２を通ってゾーン１，２，３内に流入させないようにする代替方法を見出すことが望ましい。もちろん、多くのシステムにおいては、３つ以上またはそれ以下のゾーンを備えていてもよい。しかし、本発明を理解する上は、３つのゾーンで十分である。

図２には、バイパスの必要性を排除するダンパ用制御器のフローチャートが示されている。ステップ５０において、ゾーンの空気流の限界が、ゾーン１，２，３の各々に対して設定される。制御器１３０には、これらの限界の設定を可能にする入力設定部が設けられてもよい。例えば、制御器１３０には、最大空気流限界をＬＯＷ（低）、ＮＯＲＭＡＬ（通常）、ＨＩＧＨ（高）またはＭＡＸＩＭＵＭ（最大）とすることができる設定部を設けてもよい。これらの設定部は、ゾーンに付加的な調整空気を許容することの重視を増大させるが、その代償として、空気流が増加するにつれて付加的な騒音が増す可能性が予測される。したがって、騒音を低減させることに最も関心のあるユーザは、制御器をＬＯＷ（低）レベルに設定することができる。また、いくつかの工場設定のデフォルトが含まれる。より簡単な設計においては、デフォルトだけを使用してもよく、このデフォルト値のオペレータのオーバライドが実現されないようにしてもよい。

本発明には、自動ダクトサイズ評価ステップ５２が含まれ、このステップ５２は、制御器３６によって調整されるとともに、家庭内でのシステムの据付け後にすぐに実行され、その後は周期的に反復される。このサイズダクト評価ステップの工程は、計測工程および計算工程からなる。

最初の計測工程において、制御器３６は、一時的に温度変更構成要素２２を停止させる。図３に、この工程の概略を示す。制御器３６は、全てのゾーンにおけるダンパ３４に全開を命令する。次いで、制御器３６は、システムの空気処理器２４に対して、最大システム空気流の所定の割合（試験空気流）をプレナム３１およびダクト２８，３０，３２に配送するように命令する。空気処理器２４は、ブロワモータの速度を特定するとともに、この情報を制御器３６に伝達し、メモリ内に該情報が記憶される。次に、制御器３６は、第１のゾーンを除いて、全てのダンパ３４を閉鎖させる。空気処理器２４は、引き続き、以前と同様の試験空気流を配送することを要求され、新規のブロワモータ速度を制御器３６に報告する。相対的なブロワ速度は、以下に説明するように、ダクトにおける相対的な制約を示す。このようにして、順次、システム内における各ゾーンのダンパ３４が開放され、その他全てのゾーンのダンパ３４が閉鎖される。この順次行われる各ステップにおいて、空気処理器３４により同一の空気流が配送され、結果として生じるブロワ速度が記録される。最後に、全てのゾーンのダンパ３４が閉鎖されて、同じ試験空気流を送り、ダンパ３４内、またはその周りのダクト２８，３０，３２，３４内における漏出箇所（ある場合には）を通過させる。ここで再びブロワ速度が記録される。すなわち、ｎ個のゾーンを備えるシステムに対して、合計ｎ＋２のブロワ速度計測値（ＳＰ）が以下のように採取される。

全てのゾーンが開放しているＳＰｏｐｅｎ、
全てのゾーンが閉鎖しているＳＰｃｌｏｓｅｄ、および
各ゾーンが単独で開放しているＳＰｉ。

上記の計測工程において、ダンパを完全に開放または閉鎖する代わりに、ダンパを２つの異なった位置で部分的に開放してもよいことを留意されたい。また、上記順次行われる異なったステップにおいて、異なったレベルの試験空気流を用いてもよい。これらの変更形態は、選択される場合には、以下に示す計算工程を調節することによって対処される。当業者であれば、所望の結果を得る計算の調節方法を理解されるであろう。

速度計測値は、以下に示すように、ダクトの静圧計測値に変換される。この実施形態は、センサを使用しないため、いくつかの利点を有する。別の実施例として、経済的で信頼性のある圧力トランスデューサを使用して、速度計測の代わりに直接的なダクト圧力計測を代用してもよい。

図４には、ダクトのサイズを求める計算工程が示されている。最初に、一連の空気処理器の静圧（ＡＳＰ）が、ブロワ速度に基づいて求められる。これらの静圧を求めるアルゴリズムは、２００３年４月３０日に「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ａ Ｄｕｃｔｅｄ Ａｉｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｍｏｔｏｒ」という名称で出願された同時係属中の米国特許出願公開第１０／４２６，４６３号明細書に開示されている。この出願の全開示は参照により本明細書に組み込まれており、特に、システムにわたる静圧を求めるアルゴリズムが組み込まれる。このアルゴリズムは、空気処理器ユニット２４にわたって（入口から出口まで）発達する静圧を、（１）該ユニットによって配送される空気流、（２）該ユニットのブロワモータの速度、および（３）空気処理器の物理的特性に応じた所定の定数に関係づける。

上述のように、制御器３６は、システム２０内における応答性のある全ての構成要素についての初期構成情報を受ける。この自己構成の間、およびシステムの据付けの間（場合による）、空気処理器ユニット２４は、制御器３６と通信して、その特性定数を供給する。このシステム制御器は、空気処理器ユニットにわたる静圧を計算するために、空気処理器ユニット２４のユニット特性定数、命令された空気流および計測されたブロワ速度などを含んだ上記の出願における式を用いる。図４に示すように、（ブロワ速度に基づく）これらの計算は、全てのダンパ３４が開放および閉鎖した状態で、次いで、各ダンパの１つだけが開放した状態で反復して行われる。これによって、計測ごとに１つの、ｎ＋２個のＡＳＰの計算値が得られる。これらの値は、ＡＳＰｏｐｅｎ、ＡＳＰｃｌｏｓｅｄ、ＡＳＰ１、ＡＳＰ２．．．ＡＳＰｎと称される。別の実施例においては、空気処理器ユニット２４における制御器自体が、同様の計算を行い、計算された静圧を制御器３６に伝達してもよい。

計算において使用される他の原理は、周知の「二乗則（ｓｑｕａｒｅ ｌａｗ）」であり、これは、任意のダクトのセグメントまたは受動装置ユニットの両端の静圧と、通過する空気流とを関係づける。この二乗則は、空気流の二乗と共に静圧が変化することを示す。この二乗則は、変数間のより複雑な関係を簡略化したものであるが、住居システムにおいて使用される空気速度において概ね有効であることがわかっている。

ＡＳＰ値は、固定静圧（ＦＳＰ）値を計算するのに使用される。図１でわかるように、空気処理器ユニット２４にわたって発達する静圧は、空気流が通流する任意の外部装置ユニット（フィルタや外部空調コイルなど）、ならびに供給側２８，３０，３１，３２およびリターン側２６のダクトシステムに亘って低下する。各ゾーンのダンパ３４は、該ゾーンに空気を配送する供給ダクトのセグメントを制御する。開示されたこのシステムにおいては、リターンダクト２６にはダンパが設けられていない。したがって、リターンダクト、外部装置ユニットおよびダンパ前の供給ダクトは、システムの「固定」部分を構成しており、これを全システム空気が常に通流している。これは、同一のシステム空気流に対しては、上記の構成要素にわたる圧力低下の組合せ（すなわち、固定静圧（ＦＳＰ））は、ダンパの位置に関係なく、同一であることを意味する。すなわち、ＦＳＰは、全てのｎ＋２計測値に対して同一である。このＦＳＰ自体は、計算工程によって求められるように未知である。

可変静圧（ＶＳＰ）と呼ばれる性質は、供給ダクトのセグメント、つまりダンパ３４およびその下流側にわたる静圧である。このＶＳＰ値は、計測工程によって同一のシステム空気流が各ゾーンで異なる相対的なサイズのダクトのセグメントを通って導かれる際に、変化する。圧力は、完全なループ（空気処理器、供給側、室内空間、リターン側）にわたって均一である必要があるので、各計測ステップに対しては以下のようになる。

任意の計測ステップにおけるＶＳＰは、開放しているダクトのセグメントのサイズを示す。ダクトのセグメントがより制約的（より小さいサイズ）であるほど、同一のシステム空気流に対して、そこでの静圧（ＶＳＰ）は高くなる。すなわち、ダクトのセグメントのサイズは、ＶＳＰと反比例する。ダクトセグメントのサイズは、空気流容量に関して簡便に計算され、それによって、全システム空気流内における正当な配分が容易に求められる。このため、前述した空気流と圧力との間の二乗則の関係を用いると、ダクトセグメントのサイズは、ＶＳＰの平方根に反比例する。ここで必要なことは、ダクトセグメントの相対的なサイズを求めることであり、各ゾーンにおけるダクトのサイズは、全供給ダクトシステム（全てのゾーン）の割合（または百分率）として計算される。すなわち、ゾーンｉに対する相対的なダクトのサイズは、ＳＬｉと称され、以下のように計算される。

精度を上げるために、本発明のシステムは、システムの漏出を特定する。全てのダンパ３４が閉鎖されている状態でも、空気が流れる可能性がある。これは、ダンパ３４が完全ではなく、ある程度の空気が漏出することがあるためである。また、ダクト３１，２８，３０，３２においても漏出の可能性がある。家庭よっては、この漏出が重大になる場合がある。このため、全てのダンパが閉鎖された状態で、最後の計測値が採取される。「相対的なサイズ」の漏出は、以下のように正確に計算することができる。

漏出は実質的に各ゾーンのダクトセグメントの見かけのサイズに加算されるので、漏出を差し引く必要がある。すなわち、補正されたゾーンダクトのサイズは以下のようになる。

上記の計算にはＡＳＰ値を使用した。しかし、対応するＶＳＰ値を計算するためには、ＦＳＰ値を求めて、次いで次式を使用する必要がある。

全ダクトシステムをモデル化して、二乗則および他の関係を適用すると、非常に複雑な数学的モデルが生じ、多重非線形代数方程式を解く必要が生じる。その代わりに、本発明の一態様では、ＦＳＰの値に対する、「初期推定値（ｉｎｉｔｉａｌ ｇｕｅｓｓ）」から開始する。次いで、既に計算されたＡＳＰ値から、対応するＶＳＰ値が計算される。次いで、上記の式を用いて、各ゾーンに対する相対的なサイズおよび漏出のサイズが計算される。これらの全てのサイズは、完全に開放されたダクトシステムの百分率であるため、これらの百分率は、合計で１００％となる。図４に示されるように、コンピュータ反復ルーチンを用いて、全てのゾーンサイズに漏出のサイズを加えたものが１００％になるまで、ＦＳＰの値は繰り返し調節される。この時点で、ＦＳＰの修正値および全ゾーンの相対的なサイズが求められる。図５は、ダクトサイズ評価工程中における制御器３６上の表示スクリーン、および該工程の終わりに表示される結果を示している。

この時点で、ステップ５２は完了しており、制御器３６は、ゾーンダクト２８，３０，３２の相対的なゾーンダクトサイズの計算を行っている。この相対的なゾーンダクトサイズの計算が完了すると、この計算は、システムの寿命に対して比較的信頼性が生じる。それでも、この計算を周期的に繰り返してもよい。

さらに、前述の参照した、空気処理器の静圧を求める本発明の方法（すなわち、前述の参照した同時係属中の特許出願において開示されたアルゴリズム）を用いたが、圧力計を用いて圧力計測値を手作業で採取するなど、静圧を求める他の公知の方法が、本発明の範囲内で使用されてもよい。

図２に戻ると、ステップ５４において、各ゾーン（１，２，３）に対する最大空気流値を計算するように、温度変更構成要素２２のサイズおよび容量についての情報と共に、これらのサイズ量、および設定（ステップ５０）が使用される。

各ゾーンに対する最大空気流の計算は、以下の分析によって完了する。最高システム空気流値は、家全体のダクトシステム（全ゾーンのダンパが完全に開放）が、その家に設置されている温度変更構成要素２２を動作させるのに要求される最高システム空気流に対処するように設計されていると仮定することによって求められる。制御器３６は、自己構成工程を介して、温度変更構成要素２２（設置された炉、空調またはヒートポンプ）の容量および空気流の要求条件を認識する。これから、制御器３６は、最高システム空気流（ＨＡＳ）を計算する。一実施形態においては以下のようになる。

「ＣＦＭ」、つまり１分当り立方フィートは、空気流の単位尺度である。空調およびヒートポンプの容量は、通常、ＴＯＮ（トン）で計測される。一実施形態において、ｘ＝４５０、ｙ＝１．１２である。もちろん、この計算において、ｘおよびｙに対して異なる数値係数が使用されてもよい。

次いで、最高ゾーン空気流が求められる。全てのダンパが完全に開放された状態で、各ゾーンは、該ゾーンに空気を配送するダクトセグメントの「相対的なサイズ」に応じて、総システム空気流のある割合を得る。ダクトセグメントの「相対的なサイズ」は、ある所定のシステム圧力で、より多くの空気または少ない空気がダクトセグメントを通って流れることを可能にする能力の尺度である。したがって、より大きなダクトサイズを有するゾーンは、小さなダクトサイズを有するゾーンよりも、システム空気流のより高い割合を得る。制御器３６は、システム内における全てのゾーンの相対的なダクトサイズを求める。これらの相対的なサイズは、ダクトシステム全体の百分率として表されるとともに、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３．．．Ｓｎと称され、ここでｎは、システムにおけるゾーンの数である。次いで、各ゾーンに対して、「最高ゾーン空気流（ＨＺＡｉ）」が次のように計算される。

ＨＺＡｉは、システムがゾーンに分割されていないかのように、全てのゾーンのダンパが完全に開放された状態での、各ゾーンにおける最高予測空気流であることに留意されたい。

次いで、「最大（ＭＡＸ）ゾーン」の空気流限界が求められる。ゾーンに分割されたシステムにおいては、ダンパ３４は、変化する暖房要求または冷房要求を満たすために、異なったゾーン内で空気を再分布させるように、開放または閉鎖するので、特定のゾーンは、時おり、システム空気流の「正当な割合」より多く得ることがある。これにより、ゾーンシステムが、より高いレベルの快適性をゾーンの占有者に与えることが可能となる。しかし、空気流が増加するにつれて、ある点において、該ゾーン内の空気騒音が許容できなくなることがある。したがって、各ゾーンに対して「最大（ＭＡＸ）」空気流限界が必要となる。快適性と騒音との間のバランスは、ある程度、占有者の好みに応じた主観的な決定事項である。しかし、据付者または住居所有者による調節の必要性を最小化し、システムのセットアップを容易にし、かつ安定させるために、制御器３６は、上記で計算された最高ゾーン空気流に合わせて最大ゾーン空気流（ＭＺＡ）限界を「調整（スケール：ｓｃａｌｅ）」する。一実施形態において、ユーザ（占有者または据付者）は、各ゾーンに対して４つの「空気流限界」、つまりＬＯＷ（低）、ＮＯＲＭＡＬ（通常）、ＨＩＧＨ（高）およびＭＡＸＩＭＵＭ（最大）から１つを選択することができる。これは、制御器１３０および制御器３６の少なくとも一方におけるオプションとして提供される。一実施形態において、「最大ゾーン空気流」限界は、次のように計算される。

ＭＡＸＩＭＵＭ（最大）の選択は、ＨＩＧＨ（高）と同じ空気流限界を有しており、システム空気流を低減するとともに、設定点を調節するように使用される（以下に説明するように可能な場合）。しかし、調節が不可能である場合には、ＭＡＸＩＭＵＭ（最大）の設定によって、暖房段階または冷房段階（ステップ５６、以下に説明する）が下げられることはない。騒音が許容されない場合でも、ＭＡＸＩＭＵＭ（最大）空気流限界を有するゾーンにおける快適性は実現される。

上述のように、各ゾーン（１，２，３）は、制御器１３０における所望の温度設定点をオペレータが設定することを可能にする。さらに、制御器１３０は、システムが高度化されている場合には、各ゾーンにおける実際温度、および実際湿度と共に、湿度設定点を付与する。ステップ５８において、制御器３６は、所望の暖房／冷房の段階を計算する。所望の暖房または冷房の段階を計算する１つの方法が、２００４年１月２０日に「Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ−Ｚｏｎｅ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｇｅ ＨＶＡＣ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称で出願された米国特許出願公開第１０／７６０，６６４号明細書に開示されている。次いで、装置のサイズおよび暖房／冷房の段階に基づいて、制御器３６によって総システム空気流が認識されるか、または計算される。また、制御器３６は、ゾーン内の所望の温度設定点を満たすように、かつそのときの各ゾーンにおける実際の温度を考慮して、各ゾーンに対する所望のダンパの位置を計算することができる。これらの計算を実行するアルゴリズムは、米国特許第５，８２９，６７４号明細書に開示されている。

次いで、ステップ６０において、制御器３６は、総システム空気流、各ゾーンにおけるダンパの位置、および相対的なゾーンダクトサイズを考慮することによって、各ゾーンに対する予測空気流を計算する。ダンパ３４は、その回転ブレードを開放と閉鎖との間の任意の角度位置に制御され得る点で、変調式（ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ）である。上述のように、一実施形態において、ダンパは１６の位置に制御され、０を完全に閉鎖された状態、および１５を完全に開放された状態として、０から１５までラベルづけされており、この間における各位置は、等角度運動のステップによって達成される。また、この実施形態では、ダンパの角度位置と、その「開度」または空気流を許容する相対能力との間に線形関係が仮定される。

この線形関係を用いて、各ダンパ位置に対する相対的な空気流能力Ｄは、次のように計算される。

すなわち、位置１５（完全に開放）に対して、相対的な空気流能力が１００％であるのに対して、位置０（完全に閉鎖）に対しては、相対的な空気流能力は０である。

この関係はまた、非線形であってもよく、実験室試験を用いて特定の様式のダンパに対する関係を求めて、次いで、以下の計算において使用してもよい。

制御器３６は、システムにおける各ゾーンの相対的なダクトサイズを使用し、これはｎ個のゾーンを備えるシステムに対してＳ１〜Ｓｎにラベルづけされる。制御器３６は、各ゾーンの快適性要求に応じて、各ゾーンにより多くの空気またはより少ない空気を配送するようにゾーンのダンパ３４を調整する。制御器３６は、各ゾーンに対する所望のダンパ位置および対応するダンパの空気流能力を求める。これらは、Ｄ１〜Ｄｎにラベルづけされる。また、制御器３６は、システム全体を通流させる必要のある、総システム空気流Ａｓを認識する。これらの値から、制御器３６は、各ゾーンに配送される空気流の一部Ａｉを以下のように計算する。

ステップ６２において、制御器３６は、各ゾーンに対する予測空気流とその最大限界とを比較する。計算された予測ゾーン空気流の全てが、各々のゾーンに対する最大空気流よりも小さい場合には、制御器３６はステップ６４へと進み、単にＨＶＡＣシステムを動作させる。

しかし、予測ゾーン空気流がその最大空気流を超える場合には、制御器３６は、総システム空気流を低減させることができるか調べる。これは、一般に、温度変更構成要素の設計と空気処理器の関数である。総システム空気流を低減させることができる場合には、総システム空気流は、ステップ１６４において下限に向かって段階的に低減され、制御器は、各ゾーンに対する実際の空気流を再計算するためにステップ６０に戻り、次いで、ステップ６２に戻る。

しかし、総システム空気流を低減させることができないか、または既に下限まで低減させている場合には、制御器３６は、ステップ６６へと進み、そこで占有されていない（非占有）ゾーンに対して設定点調節の利用可能性を考慮する。制御器１３０は、ゾーンが占有されていないかをオペレータが設定することを可能にしてもよい。例えば、１年を通してある期間だけ使用される部屋を、ＨＶＡＣシステム２０の運転コストを低減させるようにより低い調整温度で維持してもよい。そのような部屋が、システム２０において非占有ゾーンとして設定される場合には、ステップ６６の一部として、制御器３６は、そのゾーンに付加的な調整をもたらすことを考慮する。

通常は、非占有ゾーンに対する設定点は、暖房に対して最小温度（例えば、６０°Ｆ（約１５．６℃））、および冷房に対して最大温度（例えば、８５°Ｆ（約２９．４℃））に設定される。これらの設定点を用いると、これらのゾーンは、めったに冷房または暖房を必要とせず、それらのダンパは閉鎖状態のままとなる。これによって、エネルギーが節約されるとともに、より多くの空気流（および容量）を、その快適性設定点を実現するのに必要なように、占有された（占有）ゾーンに配送することが可能となる。しかし、占有ゾーンに配送される予測空気流が、その最大空気流限界を超える場合には、本発明の制御器３６は、任意の非占有ゾーンのダンパを開放して、空気流の一部を吸収する。これによって、占有ゾーンが、快適に調整されるとともに、所望の騒音最大空気流限界内に留まることが可能になる。非占有ゾーンにおける要求によりそのダンパが開くまで、制御器３６は、非占有ゾーンの暖房設定点を上げるか、または冷房設定点を下げることによって、これを達成する。開示された実施形態においては、この設定点調節に限界が適用される。暖房設定点は、任意の（占有）ゾーンにおいて最高暖房設定点より上には調節されず、冷房設定点は、任意のゾーンにおいて最低冷房設定点より下には調節されない。一般に、非占有ゾーンにおけるダンパ３４は、設定点を調節することなく単に直接的に開放されてもよく、それらの温度は所定の限界に調整されてもよい。

また、非占有ゾーン設定点が調節可能である場合には、これが行われ、システムはステップ６８に戻って、ゾーンのダンパの状態が再計算され、次いで、ステップ６０およびステップ６２に進む。非占有ゾーン設定点が（最初に、またはそれ以上に）調節不能である場合には、システムはステップ７０に進み、そこで占有ゾーン設定点の調節が考慮される。

開示された実施形態において、暖房または冷房を必要とする１つのゾーンがその最大空気流限界を超えており、全ての非占有ゾーンが限界に対して開放されている場合には、制御器は、非占有ゾーンと同様の方法で、その他の占有ゾーンの設定点を調節して、より多くの空気流をそれらのゾーンに導く。一実施形態において、占有暖房設定点に対する調節限界は、任意のゾーンにおける最高暖房設定点よりも３°Ｆ（約１．７℃）低く設定される。同様に、占有冷房設定点に対する調節限界は、最低冷房設定点より３°Ｆ（約１．７℃）高く設定される。また、異なる限界を選択してもよい。

制御器３６が占有ゾーン設定点を調節可能である場合には、これが実行される。次いで、制御器３６は、ステップ６８に戻り、次いで、ステップ６０，６２に戻る。しかし、占有ゾーン設定点の調節を行うことができない場合には、システムはステップ５６に進み、より下方の暖房段階または冷房段階が利用可能かどうかを考慮する。１つの段階が利用可能である場合には、システムは、当該のより下方の段階に移り、総システム空気流を再計算するようにステップ７２に戻り、次いでステップ６８，６０，６２などに移る。上述のように、あるゾーンがＭＡＸＩＭＵＭ（最大）設定に設定されており、その最大空気流を超える空気流を受ける可能性のあるゾーンがこのゾーンである場合には、ステップ５６を実行しなくてもよい。

より下方の段階が利用できない場合には、暖房および冷房を次の計算期間まで停止してもよい。上記計算は周期的に実行される。

本発明の実施形態が開示された。当業者であれば、ある種の修正が本発明の範囲内に入ることを理解されるであろう。そのため、添付の特許請求の範囲を検討して、本発明の真の範囲および内容を特定されたい。

建物におけるＨＶＡＣシステムの概略図である。 本発明の方法のフローチャートである。 本発明の一部分のフローチャートである。 図３のフローチャートに続くステップのフローチャートである。 制御器における例示的な表示を示す図である。

Claims (28)

1. 空気の温度を変更する温度変更構成要素と、
   複数のゾーンに空気を供給するダクトと、
   前記ゾーンの各々につながる前記ダクトに関連するダンパと、
   前記複数のゾーンにおける温度設定点および実際温度を提供する制御器と、
   前記複数のゾーンに関するシステム制御確定情報と、
   を含み、
   前記制御器は、前記情報に基づいて前記複数のゾーンの各々に対する予測空気流を計算することを特徴とするＨＶＡＣシステム。
2. 前記予測空気流は、前記複数のゾーンにつながる前記ダクトに対するダクトサイズの求められた結果に部分的に基づいて計算されることを特徴とする請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
3. 前記制御器は、前記複数のゾーンの各々に対する最大空気流を記憶し、
   前記制御器は、前記予測空気流と前記最大空気流とを比較し、前記複数のゾーンのいずれかで予測空気流が前記最大空気流を超える場合には、補正処置を行うことを特徴とする請求項１に記載のＨＶＡＣシステム。
4. 前記最大空気流は、前記複数のゾーンにつながる前記ダクトの各々に対する前記ダクトサイズを用いて求められることを特徴とする請求項３に記載のＨＶＡＣシステム。
5. 空気流限界が、設定され、かつ前記最大空気流を計算するために前記ダクトサイズと共に考慮されることを特徴とする請求項３に記載のＨＶＡＣシステム。
6. 前記空気流限界が、オペレータによって設定されることを特徴とする請求項５に記載のＨＶＡＣシステム。
7. 前記制御器は、前記予測空気流が前記最大空気流を超える任意のゾーンへの空気流を低減させるように利用可能なオプションを評価することを特徴とする請求項３に記載のＨＶＡＣシステム。
8. １つのオプションとして、前記制御器は、前記予測空気流が前記最大空気流を超える任意のゾーンへの空気流の前記低減を実現するように、システム全体を通る総空気流を低減させることができるかを考慮することを特徴とする請求項７に記載のＨＶＡＣシステム。
9. １つのオプションとして、前記制御器は、前記予測空気流が前記最大空気流を超える任意のゾーンへの空気流を低減させるように、前記複数のゾーンのいずれかへの空気流を増加することができるかを評価することを特徴とする請求項７に記載のＨＶＡＣシステム。
10. 前記制御器は、最初に、前記空気流の増加を実現するように、任意の非占有空気流を調節できるかを考慮することを特徴とする請求項９に記載のＨＶＡＣシステム。
11. 前記制御器は、次に、前記空気流の増加を実現するように、任意の占有ゾーンを調節できるかを考慮することを特徴とする請求項１０に記載のＨＶＡＣシステム。
12. 空気の温度を変更する温度変更構成要素と、
    複数のゾーンに空気を供給するダクトと、
    前記ゾーンの各々につながる前記ダクトに関連するダンパと、
    前記複数のゾーンにおける温度設定点および実際温度を提供する制御器と、
    前記複数のゾーンにつながる前記ダクトに対するダクトサイズに関するシステム制御確定情報と、
    を含み、
    前記制御器は、前記ゾーンの各々に対する最大空気流を計算することを特徴とするＨＶＡＣシステム。
13. 前記最大空気流は、前記複数のゾーンにつながる前記ダクトに対するダクトサイズの求められた結果に部分的に基づいて計算されることを特徴とする請求項１２に記載のＨＶＡＣシステム。
14. （１）空気の温度を変更する温度変更構成要素と、該温度変更構成要素から複数のゾーンに空気を供給するダクトと、を含むＨＶＡＣシステムを準備し、
    前記ゾーンの各々につながる前記ダクトの各々と関連するダンパを準備し、かつ
    前記複数のゾーンの各々における温度設定点および実際温度をシステム制御器に提供する制御器を準備するステップと、
    （２）前記ＨＶＡＣシステムを動作させ、
    前記ゾーンの各々への予測空気流量を求め、
    前記ゾーンの各々に対して前記予測空気流量と最大空気流量を比較し、かつ
    前記ゾーンのいずれかで実際空気流値が前記最大空気流の値を超える場合には、補正処置を行うステップと、
    を含むＨＶＡＣシステムを動作させる方法。
15. 前記補正処置は、前記ゾーンのいずれかが前記最大空気流を超える予測空気流を有する場合に、前記複数のゾーンの他のゾーン中への空気流を増加させることを含むことを特徴とする請求項１４に記載のＨＶＡＣシステム動作方法。
16. 非占有ゾーンが増加した空気流を有することができる場合には、第１のステップとして非占有ゾーンへの空気流が増加されることを特徴とする請求項１５に記載のＨＶＡＣシステム動作方法。
17. 非占有ゾーン中への前記空気流を増加させることができない場合には、占有ゾーンへの空気流が増加されることを特徴とする請求項１６に記載のＨＶＡＣシステム動作方法。
18. 非占有ゾーンまたは占有ゾーンのいずれかへの空気流をさらに増加させることができない場合には、前記温度変更構成要素の容量段階を下げることを特徴とする請求項１７に記載のＨＶＡＣシステム動作方法。
19. 前記システム制御器は、前記補正処置として総システム空気流を低減させることを特徴とする請求項１４に記載のＨＶＡＣシステム動作方法。
20. 関連するいくつかのゾーンの各々につながるダクトに対するダクトサイズの情報を受ける制御器を備え、
    前記制御器は、前記情報に基づいて前記ゾーンの各々に対する最大空気流を計算するＨＶＡＣシステム制御器。
21. 空気流限界が、設定され、かつ前記最大空気流を計算するために前記ダクトサイズと共に考慮されることを特徴とする請求項２０に記載のＨＶＡＣシステム制御器。
22. 前記空気流限界が、オペレータによって設定されることを特徴とする請求項２１に記載のＨＶＡＣシステム制御器。
23. 前記制御器は、前記ゾーンの各々に対する予測空気流を計算するとともに、前記ゾーンの各々に対して、前記予測空気流と前記最大空気流を比較することを特徴とする請求項２０に記載のＨＶＡＣシステム制御器。
24. 前記制御器は、前記予測空気流が前記最大空気流を超える任意のゾーンへの空気流を低減させるように利用可能なオプションを評価することを特徴とする請求項２３に記載のＨＶＡＣシステム制御器。
25. １つのオプションとして、前記制御器は、前記低減を実現するように、システムを通る総空気流を低減させることができるかを考慮することを特徴とする請求項２４に記載のＨＶＡＣシステム制御器。
26. １つのオプションとして、前記制御器は、前記低減を実現するように、前記複数のゾーンのいずれかへの空気流を増加させることができるかを評価することを特徴とする請求項２４に記載のＨＶＡＣシステム制御器。
27. 前記制御器は、最初に、前記空気流の増加を実現するように、任意の非占有ゾーン設定点を調節できるかを考慮することを特徴とする請求項２６に記載のＨＶＡＣシステム制御器。
28. 前記制御器は、次に、前記空気流の増加を実現するように、任意の占有ゾーン設定点を調節できるかを考慮することを特徴とする請求項２７に記載のＨＶＡＣシステム制御器。