JP2015516562A - クラウドベースのビルオートメーションシステム - Google Patents

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Abstract

建物内の環境条件を制御するよう建物内のHVACシステムを動作させる制御システムにおいて、遠隔のオフサイト機器にネットワーク接続されるオンサイト機器が備えられる。オンサイト機器は、建物内の条件をモニタリングし、HVACシステムを動作させる。一方、オフサイト機器は、オンサイト機器に更新を送信し、HVACシステムを動作させるために用いられる制御アルゴリズムの有効性をモニタリングするため、システムプロバイダーによって使用される。本発明は、種々のサブスクリプションプランに基づいて、クライアントに、オーダーメイドの、HVACに関する、制御、レポート、通知、および診断サービスを提供する方法を含む。【選択図】図1

Description

<関連出願>
本願は、2012年5月15日出願の米国仮特許出願番号61/647,350、発明の名称「クラウドベースのビルオートメーションシステム(CLOUD BASED BUILDING AUTOMATION SYSTMES)」の優先権を主張し、その内容全体を参照によって援用する。
本発明は、概して、モニタリングされた建物内の環境条件に基づいた、暖房・換気・空調(HVAC)システムの動作の制御システムに関する。より具体的には、本発明は、HVACシステムを動作させる制御アルゴリズムを記憶するとともに、更新制御アルゴリズムを受信するようクラウドに接続可能である、HVACシステムの中央制御システムに対してなされたものである。
自動HVACシステムは、建物内の環境条件をモニタリングし、それに応じてHVACシステムの動作を調整することによって、建物内の環境条件を維持する。典型的には、建物全体にわたって配置されたセンサ又はサーモスタットによって測定された環境条件が、中央コントローラにおいて収集される。中央コントローラは、記憶された制御アルゴリズムに基づいてHVACシステムの適切な動作命令を計算する。HVACシステムは、多くの場合、高エネルギー集約的に動作するので、制御アルゴリズムは、典型的には、HVACシステムを所望の環境条件を最小限で達成するよう動作させ、消費エネルギー量を最小化するように設計されている。
HVACシステムの制御アルゴリズムを設計する際の固有の問題は、各建物は独特(ユニーク)で、HVACシステムに対して求められる動作パラメータがそれぞれ異なる点にある。建物の寸法および内部構造等の恒常的な要因によって、HVACシステムの適切な動作パラメータは変化することになる。同様に、日々の天候、移りゆく季節条件、変化していく建物内を通過する人数等の可変的な要因によっても、適切な動作パラメータは変化することになる。その結果、第一の建物のHVACシステムを最適に動作させることができる制御アルゴリズムでは、第二の建物のHVACシステムをそれほど効率的に動作させることができないこともある。ある建物に対して最適化された最適制御アルゴリズムが、建物の条件が時間とともに変化するに連れて、不適当となる場合もある。
制御システムの効率を向上するよう制御アルゴリズムを変更することはできるが、制御アルゴリズムの更新を実行する工程は、一般的に面倒で、時間がかかる。制御アルゴリズムを正しく変更するためには、変更が現場(オンサイト)で実行され、システムが定常状態に達するまで継続的にモニタリングされ、変更が有効であるか否かを判断する必要がある。HVACシステムの動作に影響する要因が多いので、変更が可能な限り多くの要因に対処していること、又は、変更が可能な限り多くの要因を緩和していることを確認するためには、通常、非常に長い時間、変更がモニタリングされなければならない。現場での変更および長時間のモニタリングは、非効率的であり、正しく実行するには相当長い時間がかかる可能性がある。また、建物内又は周辺の条件の変化により、その変更が意味のないものとなる可能性がある。
エネルギーコストが上昇しているので、中央コントローラが、確実に、HVACシステムを達成可能な最大効率で動作させることが要求されている。そのため、できるだけ高い効率でHVACシステムの動作を維持するために行われる面倒な変更工程を低減する手段が、強く望まれている。
本発明は、建物内のHVACシステムを動作させて建物内の環境条件を制御する制御システム、およびそれに関連する動作方法に対してなされたものである。制御システムは、制御されるそれぞれの建物に設置された少なくとも1つのオンサイト機器と、それぞれのオンサイト機器にネットワーク接続されるオフサイト機器と、を備える。オンサイト機器は、建物内の条件をモニタリングし、HVACシステムを直接動作させる。一方、オフサイト機器は、オンサイト機器に更新を送信し、HVACシステムを動作させるために用いられる制御アルゴリズムの有効性を遠隔モニタリングするために、システムプロバイダーによって使用可能である。したがって、システムプロバイダーは、制御アルゴリズム変更をオンサイト機器に遠隔的に行わせ、その制御アルゴリズム変更の有効性を遠隔モニタリングすることができる。オフサイト機器は、システムプロバイダーによってアクセス可能な少なくとも1つのオフサイトサーバーを備えており、遠隔的に、制御アルゴリズムを更新し、建物内の条件をモニタリングする。同様に、オフサイト機器の配置により、サービスプロバイダーは、定期更新や、制御アルゴリズムの有効性をモニタリングするオンサイト機器のモニタリング等のサブスクリプションサービス(subscription service)を提供することができる。
各オンサイト機器は、中央コントローラと、中央コントローラに無線接続される複数の二次ユニットと、を備える。二次ユニットは、建物における現在の条件に関する情報を収集し送信するためのセンサ又はサーモスタットを有する、少なくとも1つのセンサユニットを含むことができる。また、二次ユニットは、HVACユニットに接続され、中央コントローラからコマンド命令を受信し、HVACユニットの現在の動作条件に関する情報を送信する、少なくとも1つの二次コントローラを有することができる。
本発明の一実施形態では、オフサイト機器は、制御アルゴリズムを受信し記憶するサーバーを有する。オフサイトサーバーは、サービスプロバイダー側に配置することができ、サービスプロバイダーが容易に新しい制御アルゴリズムをアップロードし、メモリ部品に記憶されている既存のアルゴリズムを変更することができる。この構成により、建物の情報および動作条件を二次ユニットによって集め、中央コントローラに送信することができる。中央コントローラはデータを集め、データをオフサイトサーバーへと転送する。送信されたデータは、建物のHVACシステムに対する1セットの動作命令を生成するため、オフサイトサーバーにおいて処理可能である。1セットの動作命令は、動作命令を適切な二次ユニットに配信する、中央コントローラに返信される。
サービスプロバイダー側に制御アルゴリズムを記憶させることにより、サービスプロバイダーが制御アルゴリズムに容易にアクセスでき、そのアルゴリズムを、建物の現場での変更を必要とすることなく、変更することができる。オフサイトサーバーは、複数の建物の複数のオンサイト機器に接続可能である。ある態様においては、中央サーバーに記憶された制御アルゴリズムに対する全体的な(グローバルな)変更を、それぞれの建物へと出向いて各オンサイト機器に変更を適用するのではなく、オフサイトサーバーにおいて素早く行うことができる。
他の一実施形態では、制御アルゴリズムは、オフサイトサーバーではなく、現場(オンサイト)における各オンサイト機器に記憶される。この構成では、オフサイトサーバーは、サービスプロバイダーによってアクセスされ、制御される各建物のオンサイト機器に変更を遠隔送信することができる。同様に、オンサイト機器は、制御アルゴリズムの有効性およびアルゴリズムの変更が必要か否かを確認するため、サービスプロバイダーがモニタリングできるよう、オフサイトサーバーに建物情報を定期的にアップロードするよう構成されることができる。
本発明の一実施形態にかかる建物内の環境条件を維持する方法は、オンサイト機器にネットワーク接続されるオフサイト機器を設置する工程を含んでいる。オンサイト機器は、少なくとも1つのセンサユニットと、HVACシステムに接続される少なくとも1つの二次コントローラと、に無線接続される中央コントローラを有する。方法はさらに、少なくとも1つの制御アルゴリズムを中央コントローラに記憶させる工程を含む。方法はまた、建物内の環境条件の少なくとも1つの測定値を収集して、測定値を中央コントローラに送信する工程を含む。方法はさらに、中央コントローラを介して測定値を処理し、HVACシステムを動作させる少なくとも1つの制御命令を生成する工程を含む。方法はまた、中央コントローラから二次コントローラに命令を送信して、制御命令に応じてHVACシステムを動作させる工程を含む。最後に、方法は、少なくとも1つのプログラミング変更をオフサイト機器から中央コントローラに送信し、プログラム変更に応じて制御アルゴリズムを変更する工程を含む。
本発明の一実施形態にかかる建物内の環境条件を維持する方法は、オンサイト機器にネットワーク接続されるオフサイト機器を設置する工程を含んでいる。オンサイト機器は、少なくとも1つのセンサユニットと、HVACシステムに接続される少なくとも1つの二次コントローラと、に無線接続される中央コントローラを有する。方法はさらに、少なくとも1つの制御アルゴリズムをオフサイト機器に記憶させる工程を含む。方法はまた、建物内の環境条件の少なくとも1つの測定値を収集して、測定値を中央コントローラに送信する工程を含む。方法はさらに、測定値を中央コントローラからオフサイト機器に送信し、測定値をオフサイト機器において処理して、HVACシステムを動作させる少なくとも1つの制御命令を生成する工程を含む。方法はまた、命令をオフサイト機器から中央コントローラに送信する工程を含み、中央コントローラは制御命令を二次コントローラに配信し、制御命令に応じてHVACシステムを動作させる。最後に、方法は、オフサイト機器において制御アルゴリズムを変更して、オンサイト機器におけるHVACシステムの動作を変更する工程を含む。
また、建物のエネルギー管理システムのエネルギー最適化計画を提供する方法を開示する。ハードウェアを販売し建物に設置する代わりに、ハードウェアおよびソフトウェアの最適化システムを提供するサブスクリプションサービス(subscription service)を提案する。提案される方法では、人工知能とファジー理論を用いて、各建物に特有な変化していく特性に基づいて、全エネルギー使用量を最小化するよう継続的に学習する。クラウド上にソフトウェアプラットホームを置くことによって、現場側に対する要求は低減される。既存の場所に、専用設計された無線コントローラを追加設置することができる。新しいシステムは、無線機能を活用し、制御を構造外のクラウド上に設置することにより、低コストで実現できる。構造は、通信ができない場合のために、最低限の内部制御を行うことだけが要求される。提供される多段階のサービスには、スケジューラ、アラームハンドラ(alarm handler)、動的グラフィックス、イベントの通知、トレンディング(trending)、ユーザアカウント情報、レポート生成器、エネルギー最適化アルコリズム、診断機能およびサービスツール等を含めることができる。本方法は、サブスクリプションプラン(subscripution plan)で提供されるオプションメニューから、ユーザに選択をさせる工程を含む。
本発明の種々の代表的な実施形態についての上述の要約は、本発明のそれぞれの例示的実施態様又は全ての実施を説明するものではない。むしろ、実施形態は、他の当業者が本発明の原理および実行を認識し理解できるよう、選択され記述されている。以下の詳細な説明における形態は、これらの実施形態をより具体的に例示するものである。
本発明は、以下に示す添付図面に関連した本発明の種々の実施態様の以下の詳細な説明を考慮することにより十分に理解されよう。
本発明の一実施形態にかかる制御システムの概略図である。
本発明に種々の変更および代替形式を適用できるが、その特定のものを一例として図面に示し、詳細に説明する。しかしながら、本発明を特定の記載された実施形態に限定する意図はないことが理解されよう。むしろ、添付した特許請求の範囲によって特定される発明の精神および範囲内に含まれる、あらゆる変更、均等物および変形をカバーすることを意図するものである。
図1に示すように、本発明の実施形態にかかる、少なくとも1つの建物内の環境条件を制御する制御システム10は、オフサイト機器12と、少なくとも1つのオンサイト機器14と、を備える。オフサイト機器12は、クラウドコンピューティングとして一般に知られているものを含むことができる。オフサイト機器12は、オンサイト機器14に直接アクセスするための遠隔端末として動作する。オフサイト機器12は、情報を記憶し処理する少なくとも1つのサーバー16を備える。オフサイト機器12は、制御するそれぞれの建物から離れた場所に配置され、ネットワーク接続18を介して各建物のオンサイト機器14に接続される。ネットワーク接続18は、限定されるものではないが、有線および無線の電気通信を含むことができる。ネットワーク接続18は、建物条件を遠隔モニタリングするとともに、オンサイト機器12にシステム更新を送信するよう用いることができる。ある態様では、単一のオフサイト機器12を、複数のオンサイト機器14にネットワーク接続することができる。あるいは、複数のオフサイト機器12のそれぞれを、単一のオンサイト機器14に接続することができる。この場合、複数のオフサイト機器12は、それぞれが単一のオンサイト機器14にアクセスするのに都合がよいように、同じ場所に配置される。
オンサイト機器14は、中央コントローラ20と、複数の二次ユニット22と、を有する。さらに、複数の二次ユニット22は、少なくとも1つのセンサユニット24と、少なくとも1つの二次コントローラ26と、を有することができる。各センサユニット24は、環境センサ28に使用可能に接続される。環境センサ28には、限定されるものではないが、温度計、湿度センサおよび気圧計が含まれる。環境センサ28は、建物内の現在の環境条件に関する測定値を収集する。同様に、二次コントローラ26はそれぞれ、HVACシステム30に操作可能な状態で接続されて、少なくとも1つの制御命令に応じてHVACシステム30の動作を制御するよう構成される。各二次ユニット22は、ワイヤレス接続32を介して中央コントローラ20に接続され、これにより、二次ユニットと中央コントローラ20との間で情報を無線送信できる。ワイヤレス接続32には、無線(radio)、BLUETOOTH(登録商標)、Wi−Fi又は他の従来の無線技術を含めることができる。二次ユニット22が中央コントローラ20と無線通信するため、中央コントローラ20および二次ユニット22はモジュールであり、オンサイト機器14の他の部分から独立して交換又は更新可能である。
一の態様では、建物内の現在の環境条件に基づいて制御命令を生成するための少なくとも1つの制御アルゴリズムが、中央コントローラ20に記憶され得る。この構成では、環境センサ28は、建物内の現在の環境条件を示す少なくとも1つの環境測定値を収集することができる。環境測定値は、センサユニット24を介して中央コントローラ20に送信され得る。中央コントローラ20は、制御アルゴリズムを用いて環境測定値を処理し、HVACシステム30の動作のために適切な二次コントローラ26に送信される少なくとも1つの制御命令を生成することができる。その後、環境センサ28は、制御アルゴリズムの有効性を評価するため、さらに環境測定値を収集することができる。ファジー理論/人工知能プロセスを用いて、コントローラ20が構造の特性を「学習する」につれて、コントローラ20は、次第に効率を向上することができる。
この構成では、環境測定値を、ネットワーク接続18を介してオフサイト機器12に送信し、建物の長期モニタリングのためサーバー16に記憶させることができる。システムプロバイダーは、環境測定値にアクセスして、制御アルゴリズムの有効性を確認し、制御アルゴリズムを変更する必要があるか否かを判断することができる。あらゆる変更が、サーバー16から中央コントローラ20にネットワーク接続18を介して送信され、中央コントローラ20に記憶された制御アルゴリズムを変更することができる。一の態様においては、所望の効率に達するように評価と変更のサイクルが複数回実行されるよう、変更プロセスを繰り返すことができる。
一の態様において、制御アルゴリズムを、中央コントローラ20に代わってサーバー16に記憶することができる。この構成では、環境センサ28によって収集された測定値は、中央コントローラ20によって集められ、処理のために、ネットワーク接続18を介してサーバー16に送信される。制御命令が生成されると、サーバー16は中央コントローラ20に命令を返信し、中央コントローラ20は命令を適切な二次コントローラ26に配信する。アルゴリズムの有効性を改善するために、システムプロバイダーは、サーバー16において制御アルゴリズムを直接変更することができる。この構成では、サーバー16へのネットワーク接続18が途切れた場合には、バックアップ制御アルゴリズムを中央コントローラ20において実行して、オンサイト機器14の動作を維持することができる。
本発明の一実施形態にかかる建物内の環境条件を維持する方法は、オンサイト機器14にネットワーク接続されるオフサイト機器12を備える制御システム10を設置する工程を含んでいる。オンサイト機器14は、少なくとも1つのセンサユニット24と、HVACシステム30に接続される少なくとも1つの二次コントローラ26と、に無線接続される中央コントローラ20を有する。方法はさらに、少なくとも1つの制御アルゴリズムを中央コントローラ20において実行する工程を含む。方法はまた、建物内の環境条件の少なくとも1つの測定値を、センサユニット24を用いて収集し、その測定値を中央コントローラ20に送信する工程を含む。方法はさらに、中央コントローラ20を介して測定値を処理し、HVACシステム30を動作させる少なくとも1つの制御命令を生成する工程を含む。方法はまた、制御命令に応じてHVACシステム30を動作させるよう、中央コントローラ20から二次コントローラ26に命令を送信する工程を含む。最後に、方法は、少なくとも1つのプログラミング変更をオフサイト機器14から中央コントローラ20に送信し、その送信されたプログラム変更によって、中央コントローラ20に記憶された制御アルゴリズムを変更する工程を含む。
ここでは、クラウドサーバーへの無線通信を介してビルディングオートメーション/エネルギー管理サービスを提供する方法も提供される。このような方法は、年会費によるもの、又は、サブスクリプションサービス(subscription service)を通じたものとすることができる。本発明の一実施形態にかかる建物内の環境条件は、オンサイト機器14にネットワーク接続されるオフサイト機器12を設置する工程を含んでいる。オンサイト機器14は、少なくとも1つのセンサユニット24と、HVACシステム30に接続される少なくとも1つの二次コントローラ26と、に無線接続される中央コントローラ20を有する。方法はさらに、少なくとも1つの制御アルゴリズムをオフサイト機器12に記憶させる工程を含む。方法はまた、建物内の環境条件の少なくとも1つの測定値を、センサユニット24を用いて収集し、その測定値を中央コントローラ20に送信する工程を含む。方法はさらに、測定値を中央コントローラ20からオフサイト機器12に送信し、測定値をオフサイト機器12において処理し、HVACシステム30を動作させる少なくとも1つの制御命令を生成する工程を含む。方法はまた、命令をオフサイト機器12から中央コントローラ20に送信する工程を含み、中央コントローラ20は制御命令を二次コントローラ26に配信し、制御命令に応じてHVACシステム30を動作させる。最後に、方法は、オフサイト機器12において制御アルゴリズムを変更して、オンサイト機器14におけるHVACシステム30の動作を変更する工程を含む。提供されるサービスを、個々のユーザに個々の必要性に応じてオーダーメイドすることができる。例えば、基本サービスを1つのパッケージで提供し、人工知能を用いた高度な制御サービスを他のパッケージで提供することができる。
本発明に種々の変更および代替形式を適用できるが、その特定のものを一例として図面に示し、詳細に説明した。しかしながら、本発明を特定の記載された実施形態に限定する意図はないことが理解されよう。むしろ、添付した特許請求の範囲によって特定される発明の精神および範囲内に含まれる、あらゆる変更、均等物および変形にカバーすることを意図するものである。

Claims (17)

  1. 建物内の環境条件を制御する制御システムであって、
    前記建物に配置される少なくとも1つのオンサイト機器であって、
    中央コントローラ、
    前記建物の内部から少なくとも1つの環境測定値を収集し、前記環境測定値を前記中央コントローラに送信する、少なくとも1つのセンサユニット、
    および
    HVACシステムに操作可能に接続される、少なくとも1つの二次制御ユニット、
    を有し、
    前記中央コントローラが、前記建物内で所望の環境条件を達成するため、前記HVACシステムの動作を管理する前記二次制御ユニットに少なくとも1つの動作命令を送信する、オンサイト機器と、
    前記建物から離れて配置されるとともに、少なくとも1つの前記オンサイト機器にネットワーク接続されて、前記中央コントローラから前記二次制御ユニットに送信される前記動作命令を遠隔変更するオフサイト機器と、
    を備える、制御システム。
  2. 前記環境測定値に基づいて前記動作命令を計算するための制御アルゴリズムが、前記中央コントローラに記憶されている、
    請求項1に記載の制御システム。
  3. 第一変更命令を前記オフサイト機器から前記オンサイト機器に送信し、前記中央コントローラに記憶された前記制御アルゴリズムを変更することで、前記動作命令が変更される、
    請求項2に記載の制御システム。
  4. 前記環境測定値に基づいて前記動作命令を計算するための制御アルゴリズムが、前記オフサイト機器に記憶されている、
    請求項1に記載の制御システム。
  5. 前記二次制御ユニットに送信される前記動作命令を変更するために、前記制御アルゴリズムが前記オフサイト機器において変更される、
    請求項4に記載の制御システム。
  6. 前記中央コントローラは、前記オフサイト機器へと送信する環境測定値を集め、前記オフサイト機器から前記オンサイト機器に送信される動作命令を前記二次制御ユニットへと中継する、
    請求項4に記載の制御システム。
  7. 建物内の環境条件を制御する方法であって、
    中央コントローラと、センサユニットと、HVACシステムに操作可能に接続される二次制御ユニットと、を有するオンサイト機器を建物に設置する工程と、
    前記オンサイト機器から離れたオフサイト機器に、前記オンサイト機器をネットワーク接続する工程と、
    前記センサユニットを用いて前記建物内の環境測定値を収集する工程と、
    前記環境測定値を前記中央コントローラに無線送信する工程と、
    前記環境測定値に対応する制御命令を、前記二次制御ユニットに無線送信する工程と、
    前記制御命令に応じて前記HVACシステムを動作させる工程と、
    前記オフサイト機器を介して前記制御命令を遠隔変更する工程と、
    を備える方法。
  8. 前記中央コントローラに制御アルゴリズムを記憶させる工程と、
    前記環境測定値に基づいて前記制御命令を計算する工程と、
    を更に備える、請求項7に記載の方法。
  9. 前記オフサイト機器から変更命令を送信して、前記中央コントローラに記憶された前記制御アルゴリズムを変更し、変更制御アルゴリズムを生成する工程、
    を更に備える、請求項8に記載の方法。
  10. 前記環境測定値に基づき、前記変更制御アルゴリズムを用いて変更制御命令を計算する工程、
    を更に備える、請求項9に記載の方法。
  11. 前記センサユニットを用いて前記建物内の第二環境測定値を収集する工程と、
    前記第二環境測定値を前記中央コントローラに無線送信する工程と、
    前記第二環境測定値を所望の環境測定値と比較する工程と、
    を更に備える、請求項10に記載の方法。
  12. 前記オフサイト機器に制御アルゴリズムを記憶させる工程と、
    前記オフサイト機器から前記環境測定値を送信する工程と、
    前記環境測定値に基づいて前記制御命令を計算する工程と、
    前記オフサイト機器から前記オンサイト機器に前記制御命令を送信する工程と、
    を更に備える、請求項7に記載の方法。
  13. 前記オフサイト機器に記憶された前記制御アルゴリズムを変更し、変更制御アルゴリズムを生成するため、前記オフサイト機器において前記命令を変更する工程、
    を更に備える、請求項12に記載の方法。
  14. 前記環境測定値に基づき、前記変更制御アルゴリズムを用いて、変更制御命令を計算する工程、
    を更に備える、請求項13に記載の方法。
  15. 前記センサユニットを用いて、前記建物内の第二環境測定値を収集する工程と、
    前記第二環境測定値を前記オフサイト機器に送信する工程と、
    前記第二環境測定値を所望の環境測定値と比較する工程と、
    を更に備える、請求項14に記載の方法。
  16. 中央コントローラと、センサユニットと、HVACシステムに操作可能に接続される二次制御ユニットと、を有する第二のオンサイト機器を第二の建物に設置する工程と、
    前記第二のオンサイト機器から離れた前記オフサイト機器に、前記オンサイト機器をネットワーク接続する工程と、
    を更に備える、請求項7に記載の方法。
  17. 前記オフサイト機器を介して前記第二の中央コントローラによって送信される制御命令を遠隔変更する工程、
    を更に備える、請求項16に記載の方法。
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