JP2020165642A - 空調システム、サーバシステム、ネットワーク、空調システムを制御する方法、およびネットワークを制御する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】システム動作がより効率的で、居住者にとって熱的不快がより少なく、システム環境の変化に適合可能な、空調システム、ネットワーク、および制御する方法を提供する。【解決手段】空調システムは、少なくとも１つの動作ユニットおよび／または空調システムの設備パラメータおよび／または性能パラメータに関するデータをネットワークに対して送受信するように構成され、また、受信データに従って動作ユニットを制御装置によって制御するように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、空調システム、サーバシステム、ネットワーク、ならびに空調システムを制御する方法、およびネットワークを制御する方法に関する。

特に、特許請求される空調システムのための一例として、本開示は、個別の動作ユニット、例えば、空調システムまたは建物暖房システムの一部を形成する個別のヒートポンプ、の制御に関する。空調システムの現在の状態は、空調システムの効率的使用に関して、空調システムが設置されるそれぞれの建物の内部に構築されるべき空調システムの適切な構成に関する知識が豊富な熟練設置担当者によって実施される人手による稼働開始に大幅に依存している。システムパラメータのためのこのような設定は、通常、空調システムの設置および稼働開始時に熟練担当者によって記入された稼働開始チェックリストで供給される。

したがって、空調システムの全体的性能は、著しく変動し得る、稼働開始エージェント／設置担当者の専門知識に大きく依存する。更に、空調システムのこの人手による１回限りの稼働開始時の設定は、時間の経過に伴い、空調システムのダイナミクスの変化、例えば、エミッタのサイズ／種類の変化、使用空間の変化、居住者の数および／または活動、等の変化が発生すると、空調システムの性能低下をもたらし得る。

更に、稼働開始後に監視されるヒートポンプの実際の性能は、理論上の性能から著しく変動することが多い。これは、システムの不適切なサイズ、平衡および制御構成、ならびに、全般的なシステム欠陥を含む、さまざまな要因に少なくとも部分的に起因し得る。その結果、システム動作の非効率化がもたらされる。これは、多くの場合、検出され得ないし、および／または、居住者に熱的不快をもたらし得る。

したがって、本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、システム動作がより効率的で、居住者にとって熱的不快がより少なく、システム環境の変化に適合可能な、空調システムを提供することを目的とする。

更に、本開示の目的は、かかる利点を有する空調システムを備えたサーバシステム、当該空調システムを備えたネットワーク、ならびに、当該空調システムまたは当該ネットワークを制御する方法を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の空調システム、請求項１０に記載のサーバシステム、請求項１３に記載のネットワーク、請求項１４に記載の空調システムの制御方法、および請求項１５に記載のネットワークの制御方法によって解決される。これら特許請求される主題の更なる有利な改良点は、それぞれの従属請求項に提供されている。

本開示によると、例えば建物の、空気を調整するための本開示の空調システムは、少なくとも１つの動作ユニットと、この動作ユニットの設備データに従ってこの動作ユニットを制御するための少なくとも１つの制御装置と、ネットワークに接続され、且つ、制御装置とネットワークとの間でデータを交換するように構成された通信手段とを備える。当該通信手段は、空調システムが前記ネットワークの一部になることを可能にする。

本開示によると、空調システムは、少なくとも１つの動作ユニットおよび／または空調システムの設備パラメータおよび／または性能パラメータに関するデータをネットワークに対して送受信するように構成され、また、受信データに従って動作ユニットを制御装置によって制御するように構成される。

空調システムのシステム動作に関するリアルタイムおよび履歴ログデータの現在の可用性（availability）、ならびに、このようなシステムのネットワークに関する情報の可用性（availability）が、通常、所謂「クラウド」において与えられたとすると、そのシステム制御設定の経時的な自己チューニングの自動化が可能な、本開示による空調システムが提案される。すなわち、本開示の１つのコンセプトは、本開示の空調システムのための個々の設備における最適構成を推測し、これら最適構成に従ってその動作ユニットを制御するために、集合ネットワーク動作データのような、例えば、ネットワークに記憶されたデータを状況依存メタデータ（例えば、住宅種別、エミッタ種別、等々）において使用することである。この最適構成は、例えば、同様の空調システム設備のデータから改良点を導出するために、ネットワークに記憶されたデータの統計学的分析によって求められ得る。これは、更に、例えば、部屋のサイズ、建物の居住者による入退室または室使用等の変化のような、システム動作のダイナミクスにおいて検出された変化に基づく、空調システムの継時的再チューニングを常時可能にする。

空調システムを制御するための対応する方法は、例えば、空調システムの動作設定、例えば、圧縮機の流れ温度、周波数、等を調整するために、その特定の設備に属する特性、例えば、建物および熱エミッタの熱応答を導出するために、当該空調システムおよび／または更なる複数の空調システムの履歴性能ログを、同様の空調システム設備の性能に関するサーバシステム内の情報（「クラウドベースの情報」）と組み合わせて、利用する。この制御方法によって、全体的性能、例えば、成績係数（ＣＯＰ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（エネルギー消費効率））、または、予測平均温冷感申告（ＰＭＶ：ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｍｅａｎ ｖｏｔｅ（温冷感指標））によって規定されるような居住者の快適さを経時的に向上できるので、人間／熟練担当者による更なる設置の手間が不要である。

システム設定を更に最適化するために、或る範囲のオプションのパラメータのための予測データ、例えば、天気予報、居住者数に関する予測、好適な温度設定等の予測データを制御に含め得る。更に向上された性能を可能にするために、システム設定の再チューニングが、例えば周期的に、繰り返され得る。更なる予測データは、居住者の挙動モデル、建物エネルギーのシミュレーションモデルなどの予測モデルに関連し得る、および／または、これら予測モデルから導出され得る。

本開示による空調システムによると、当該空調システムは、当該空調システムをネットワークの一部にするための通信手段を備える。

したがって、ネットワークは、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、インターネット、または、基本的に如何なる種類のクラウドデータベースでもあり得る。ただし、ここで用語「ネットワーク」は、空調システムの筐体の中にあるか外にあるかに拘らず、空調システムに接続されている他の何れかの種類のデータ記憶媒体およびプロセッサを示すためにも使用される。

ローカルなデータ記憶、データ取得、またはデータ処理と、インターネットのような長距離ネットワーク上でのデータ記憶、データ取得、およびデータ処理との何れの組み合わせも、本開示から逸脱せずに、使用され得る。この組み合わせも、「ネットワーク」と称され得る。

全般的に、本開示における設備パラメータに含まれ得るのは、以下のものである。
空調システムによる空調対象の建物の、住戸種別（一戸建て住宅、アパート）、建物の熱質量、および／または、建物のエミッタ種別のような、建物の特徴；
空調システム内の何れかの動作ユニットの、ゾーン温度設定点、セットバック時間、室内スケジューリングのような、更なる制御設定；
ゾーン温度設定点、快適さの柔軟性、および／または、スケジューリングのような入力の使用；
過去／現在のまたは予測される天候、エネルギー価格、エネルギー消費ピーク事象、再生可能エネルギーの可用性またはストレージの可用性のような予測データを含むデータ；
例えばセンサによって取得された、例えば、ポンプ、弁、圧縮機などの、少なくとも１つの動作ユニットの動作状態に関する情報；および
流体流パラメータ（流量、流速、および／または、温度、流体戻り温度、補償が行われるかどうか、等々）のような設備データおよび／または稼働開始データ。

本開示の空調システム内の少なくとも１つの動作ユニットの動作状態に関する上記情報および上記の設備および／または稼働開始データも制御設定としての制御対象であり得る。

上記のように、請求項１に記載の空調システムは、空調システムの少なくとも１つの動作ユニットおよび／または空調システム自体の、設備および／または性能パラメータに関するデータを、ネットワークに送信するおよびネットワークから受信するように構成され、および、ネットワークからの受信データに従って、その動作ユニットを制御するように構成される。

したがって、ネットワークも本開示の対象である。ネットワークは、上記のような本開示の空調システムを少なくとも１つ備える。更に、ネットワークは、サーバシステムを備える。したがって、サーバシステムも本開示の対象である。このようなサーバシステムは、１つ以上のサーバを備え得る。本開示によると、サーバシステムは、少なくとも２つの空調システムに接続されるように構成される。これら空調システムのうちの１つは、その動作ユニットを制御するためのデータの送受信をサーバシステムとの間で行える、本開示の空調システムである。その他の空調システムは、本開示の空調システムと同様に、または、異なるように、構成され得る。例えば、サーバシステムへのデータ送信のみを行え、サーバシステムからの受信は行えないように、構成され得る。

ネットワーク側の本開示のサーバシステムは、本開示による空調システムの動作ユニットのうちの少なくとも１つの設備および／または性能パラメータに関するデータを、おそらく更なる空調システムから、受信し得る。更なる空調システムは、本開示の空調システムであるかどうかを問わず、また、サーバシステムからデータを受信可能であるかどうかを問わない。

サーバシステムは、更に、本開示による前記空調システムに関して、その動作ユニットのうちの少なくとも１つのために、少なくとも１つの修正された動作パラメータを決定し得る。サーバシステムは、前記動作ユニットを制御するために、修正された動作パラメータを空調システムに送信する。動作パラメータの修正（modification）は、動作ユニットの動作を変更する必要性に応じて、定期的または不定期的に行われ得る。ただし、動作パラメータの変更が不要となる期間が長いこともあり得るが、それにも拘らず、本開示のサーバシステムは前記データを受信し続け、空調システムのための動作パラメータを決定し続ける。

特に、サーバシステムは、以下の分析種別のうちの少なくとも１つを含む分析に基づき、少なくとも１つの修正された動作パラメータを決定し得る。
ａ）少なくとも１つの空調システムの設備データおよび動作および／または性能データの比較または統計学的分析。
ｂ）少なくとも１つの空調システムの少なくとも２つの異なる動作および／または性能データの比較または統計学的分析。その違いは、取得時刻および／または空調システムの違いであり得る。
ｃ）使用パラメータ、例えば、空調対象の建物内の過去／現在／予想居住者数、居住者が好む温度設定等の判定または統計学的分析。本開示のサーバシステムによって、制御された空調システムの性能パラメータを継時的に、および前記空調システムの条件および環境の変化に応じて、向上および再チューニングできる。

本開示は、上記の本開示のサーバシステムならびに少なくとも１つの本開示の空調システムを備えたネットワークを更に含む。

本開示は、既に上述したように、本開示による空調システムを制御する方法と、本開示によるネットワークを制御する方法とを更に含む。

本開示によるサーバシステムＥと本開示による空調システムＢ、Ｃとを含む本開示によるネットワークＡを示す図である。

以下においては、添付の図面に関連付けて、本開示の空調システムの一例を説明する。

図１は、本開示によるサーバシステムＥと本開示による空調システムＢ、Ｃとを含む本開示によるネットワークＡを示す。

図１では、そこに使用されているエンティティに対して以下の参照符号が以下の表に示されているように使用されている。

「ローカル」と示されている、図１の左側に、本開示によるネットワークＡ内の空調システムが示されている。ネットワークＡは、２本の通信回線ＴおよびＨを介して接続された室外機Ｂと室内機Ｃとを有する空調システムを建物Ｇに備える。空調システムＢおよびＣは、稼働開始設定に従って作動される、ポンプ、弁、および圧縮機のような動作ユニットを室外機Ｂならびに室内機Ｃに備える。

設置時における稼働開始のために、熟練担当者／設置担当者５は、図１において符号４および５によって示されているように、初期時点Ｔ_０に応じて設定を適合化する。空調システムＢおよびＣの更なる自己チューニングのために、設備メタデータ１、室内熱応答履歴３、およびシステム性能ログのような、いくつかのパラメータが決定される。後者の３つのパラメータは「クラウド」ネットワークＥに記憶される。これらパラメータを使用して、空調システムＢおよびＣまたはクラウドネットワークＥ内のサーバは、空調システムＢ、Ｃの動作ユニットの動作のための最適化されたパラメータを決定する。これら最適化されたパラメータを使用して、空調システムＢおよびＣは、常にまたは周期的に、または、周期的ではなく継時的に、再チューニングされ、ひいてはその動作が改善される。

図１において、ネットワークＡは、いくつかの追加の空調システムを更に備える（「設備ネットワーク」８と称される）。これらの設備もシステム性能ログ、室内の熱応答履歴データ、およびシステム応答曲線１１をクラウドネットワークＥ内のネットワークサーバに提供する。この場合、ネットワークサーバは、とりわけ、天気予報データ１３、ユーティリティ料金１４（エネルギーのコスト）、設備メタデータ１０、および空調システム設備ネットワーク８のパラメータ１１を考慮し、その設定を変更して改善された状態での動作を行うために、リモート接続６を介して空調システムＢ、Ｃに送信するための最適化された動作パラメータを決定する。

勿論、本開示は、更に、熟練担当者７による介入も可能にする。熟練担当者７は、初期稼働開始時またはその後の再チューニング時に、本開示の空調システムＢ、Ｃの改善された動作パラメータを計算する最適化ユニット１２に随時干渉し得る。

以上、空調システムを説明した。このような空調システムは、冷房型または暖房型あるいは冷房／暖房混合型のシステムだけとは限らない。それらの空調システムは、特にヒートポンプ（空気対空気、空気対水、水対水、土壌熱源、および他の何れかの種類のヒートポンプ）であり得るし、または、動作ユニットのうちの１つとして、ヒートポンプを含み得る。

これら動作ユニットは、空調システムのポンプ、弁、圧縮機、および他の何れかの動作ユニットであり得る。

建物の特徴は、種類（例えば、一戸建て住宅、煉瓦構造、屋根種別、断熱種別、および寸法）を含み得る。建物の特徴は、場所／場所種別（例えば、南イングランド、北欧、南欧、都市、地方、等々）を含むこともできる。

制御設定は、とりわけ、冷却／加熱媒体の流れ温度、圧縮機周波数、等とすることができる。

Claims (15)

1. 建物の空気を調整するための空調システムであって、
   少なくとも１つの動作ユニットと、
   前記動作ユニットの設備データに応じて前記動作ユニットを制御する少なくとも１つの制御装置と、
   ネットワークに接続され、前記ネットワークの一部にすべき前記空調システムのための前記ネットワークと前記制御装置との間でデータの通信を行うように構成された通信手段と、
   を備え、
   前記空調システムは、前記少なくとも１つの動作ユニットおよび／または前記空調システムの設備パラメータおよび／または性能パラメータに関するデータを前記ネットワークに対して送受信して、前記受信されたデータに応じて前記動作ユニットを前記制御装置によって制御するように構成されている、
   空調システム。
2. 前記動作ユニットは、ポンプ、弁、および、圧縮機等のうちの１つ以上である、
   請求項１に記載の空調システム。
3. 性能パラメータに関する前記データは、すくなくとも１つの性能インジケータを含み、
   前記性能インジケータは、例えば、成績係数（ＣＯＰ）または予測平均温冷感申告／平均快適さ応答（ＰＭＶ）、および／または、コストである、
   請求項１または２に記載の空調システム。
4. 設備パラメータに関する前記データは、
   例えば、住戸種別、熱質量および／またはエミッタ種別を含む、空調対象の建物の建物特徴、
   例えば、ゾーン温度設定点、セットバック時間、および／または、スケジューリングを含む、前記少なくとも１つの動作ユニットの制御設定、
   例えば、ゾーン温度設定点、快適さ柔軟性、および／または、スケジューリングを含む、ユーザ入力、
   例えば、過去、現在または予測される天候、エネルギー価格、エネルギー消費ピーク事象、再生可能エネルギーの可用性、ストレージの可用性を含む、予測データ、
   例えばセンサデータを含む、前記少なくとも１つの動作ユニットの動作状態に関する情報、および、
   例えば、流量、流速および／または流れ温度を含む流体流れパラメータ、流体戻り温度、天候補償曲線を含む、設備データおよび／または稼働開始データ、
   を含む群のうちの少なくとも１つを含む、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の空調システム。
5. 前記制御設定は、特に流量、流速および／または流れ温度を含む流れパラメータ、流体戻り温度、天候補償曲線、弁の開度、ポンプ出力、圧縮機周波数を含む群のうちの少なくとも１つを含む、
   請求項４に記載の空調システム。
6. 前記建物の特徴は、例えば、構造パラメータ、建物サイズ、建物の位置、建物の場所、建物の向き、建物周囲の種別を含む建物種別で構成された群のうちの少なくとも１つを含む、
   請求項４に記載の空調システム。
7. 前記ネットワークは、少なくとも１つまたは複数の更なる空調システムを備えたローカルネットワークであり、好ましくは全ての空調システムが同じ種類または同一のローカルネットワークに接続され、前記ローカルネットワークに含まれる、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の空調システム。
8. 前記ネットワークは、１つのネットワークサーバまたは複数のネットワークサーバのクラスタ（クラウド）を介して接続された少なくとも１つまたは複数の更なる空調システムを備えるネットワークであり、好ましくは全ての空調システムが同じ種類または同一の前記ネットワークに接続される、および／または、前記ネットワークに含まれる、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の空調システム。
9. 前記空調システムは、暖房システムおよび／または冷却システムおよび／または換気システム（ＨＶＡＣ）、特にヒートポンプまたは冷却装置、特に建物内に設置されたシステム、である、
   請求項１〜８の何れか一項に記載の空調システム。
10. 少なくとも２つの空調システムに接続されるように構成されたサーバシステムであって、
    第１の空調システムとしての前記空調システムのうちの少なくとも１つは、請求項１〜９の何れか一項に記載の空調システムであり、
    前記サーバシステムは、
    前記接続された空調システムのうちの少なくとも１つから、おそらく前記空調システム内の制御装置を介して、データを受信し、
    前記第１の空調システム、および、１つまたはおそらく複数の更なる空調システムのうちの、少なくとも１つの動作ユニットの設備パラメータおよび／または性能パラメータに関するデータを受信し、
    少なくとも前記第１の空調システムの前記動作ユニットのうちの前記少なくとも１つのために、少なくとも１つの修正された動作パラメータを決定し、
    前記第１の空調システムの少なくとも前記動作ユニットを制御するために、前記修正された動作パラメータを少なくとも前記第１の空調システムに送信するように構成されている、
    サーバシステム。
11. 空調システムの動作ユニットの少なくとも１つの修正された動作パラメータの前記決定は、
    ａ）少なくとも１つの空調システムの設備データ、および、動作データおよび／または性能データの比較または統計学的分析と、
    ｂ）少なくとも１つの空調システムの少なくとも２つの異なる動作データおよび／または性能データの比較または統計学的分析であって、その違いは、好ましくは前記取得時刻および／または前記空調システムの違いである、比較または統計学的分析と、
    ｃ）使用パラメータ、例えば、過去および／または現在および／または予測居住者数、居住者が好む温度設定などの判定または統計学的分析と、
    ｄ）過去および／または現在および／または予測気象条件の判定または統計学的分析と、
    を含む群のうちの少なくとも１つに基づく、
    請求項１０に記載のサーバシステム。
12. 空調システムの動作ユニットの少なくとも１つの修正された動作パラメータの前記決定は、前記空調システムの性能パラメータを最適化するために処理される、
    請求項１０または１１に記載のサーバシステム。
13. 第１の空調システムとしての前記空調システムのうちの少なくとも１つが請求項１〜９の何れか一項に記載の空調システムである、少なくとも１つの空調システムと、
    請求項１０〜１２の何れか一項に記載のサーバシステムと、
    を備えたネットワーク。
14. 請求項１〜９の何れか一項に記載の空調システムを制御する方法であって、
    前記少なくとも１つの動作ユニットおよび／または前記空調システムの設備パラメータおよび／または性能パラメータに関するデータをネットワークに送信するステップと、
    少なくとも前記第１の空調システムの少なくとも１つの動作ユニットの、および／または少なくとも前記第１の空調システムの、設備パラメータおよび／または性能パラメータに関するデータを前記ネットワークから受信するステップと、
    前記受信されたデータに応じて、前記第１の空調システムの少なくとも前記動作ユニットを、前記第１の空調システムの前記制御装置によって制御するステップと、
    を備えた方法。
15. 請求項１３に記載のネットワークを制御する方法において、
    少なくとも前記第１の空調システムおよび／または前記空調システムの、少なくとも１つの動作ユニットの、設備パラメータおよび／または性能パラメータに関するデータを、少なくとも前記第１の空調システムによって、前記サーバシステムに送信するステップと、
    少なくとも前記第１の空調システムおよびおそらく更なる空調システムの、前記少なくとも１つの動作ユニットの設備パラメータおよび／または性能パラメータに関する前記データを、前記サーバシステムによって受信するステップと、
    少なくとも前記第１の空調ユニットの前記動作ユニットのうちの少なくとも１つのために、少なくとも１つの修正された動作パラメータを、前記サーバシステムによって決定するステップと、
    前記第１の空調システムの少なくとも前記動作ユニットを制御するために、前記修正された動作パラメータを、前記サーバシステムによって、前記第１の空調システムに送信するステップと、
    前記サーバシステムによって送信された前記データを、前記第１の空調システムによって受信するステップと、
    前記受信されたデータに応じて、前記第１の空調システムの少なくとも前記動作ユニットを、前記第１の空調システムの前記制御装置によって制御するステップと、
    を備えた方法。

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