JP5840136B2 - デューティサイクル化されたｈｖａｃ＆ｒ機器の自動制御及び最適化のためのコントローラー、並びに該コントローラーを用いるシステム及び方法 - Google Patents
デューティサイクル化されたｈｖａｃ＆ｒ機器の自動制御及び最適化のためのコントローラー、並びに該コントローラーを用いるシステム及び方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、電動制御システムを介して制御される、ガス、石油、及びプロパンを燃料とする暖房機器を含む、デューティサイクル化された（duty cycled）電気エネルギー消費機器を自動的に制御及び最適化するための電子コントローラーに関する。本発明は、電子コントローラーを組み込んだ暖房、換気、空気調節、及び冷凍機器システム、並びにそのようなシステムにおいて該コントローラーを用いる方法にも関する。
本願は、２００９年１１月１８日付けで出願された先の米国仮特許出願第６１／２６２，２８１号、及び２０１０年６月４日付けで出願された先の米国特許出願第１２／７９４，１１６号（その全体が参照により本明細書中に援用される）の利益を主張するものである。
暖房、換気、空気調節、及び／又は冷凍（「ＨＶＡＣＲ」又は「ＨＶＡＣ＆Ｒ」）制御システムは、２つの主要な機能、すなわち温度調節及び除湿を実行するように設計されてきた。炭素排出量及び環境保全技術がより着目されるようになったことにより、より効率的な冷媒、変速コンプレッサー及び変速ファン、サイクル変更、並びにより効率的なバーナーを含む、多数のエネルギーに関連した改善につながった。これらの改善は最新のＨＶＡＣ＆Ｒ機器において見ることができるが、旧式の既存の機器の大規模な設備済み基盤が存在し、これらは依然として動作しているが、多くの場合にこれらのエネルギーに関連した改善を新式化（retrofit）改善として利用することができない。
エネルギー使用に対処する一般的な新式化技術には、セットポイント削減、温度予測、機器の多段化、変速ファン、変速バーナー、及び変速コンプレッサー、並びにタイマー式ではなく閉ループの負荷感知等の方法が含まれる。これらの方法はＨＶＡＣ＆Ｒ機器、構成、及び設備の詳細に大きく依存しているので、これらの方法を用いて既存の設備を新式化するのは多くの場合に困難である。既存のＨＶＡＣ＆Ｒシステムに従来のエネルギー節減方法を加えることはコスト及び時間がかかる可能性がある。
特許文献１及び特許文献２は部分的に、標準的な空気調節ユニット上の制御信号線等の、電気機器の個々のユニットの制御信号線における特別に制御されたスイッチに関する。このスイッチは、デジタルリサイクルカウンターを電気負荷の制御線と結合する。制御デバイスのデジタルリサイクルカウンターは、広範にわたる電動機器に対する需要制御を提供する事前設定とともに用いられる。
本発明者らは、最適化されたデューティサイクリングを用いて制御された、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのための新式化可能な需要制御・管理技術を提供することが望ましいことを認識している。この技術は、現場の所与の単数又は複数の負荷ユニットが制御されるのに、より適応性があり、ＯＥＭ仕様、事前設定、及び／又は設置者の判断に、より依存しない。
本発明の特徴は、最適化されたデューティサイクルを用いて制御される暖房、換気、空気調節、及び／又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムのための電子コントローラーデバイスを提供することである。この電子コントローラーデバイスは、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける単数又は複数の負荷デバイスの最適な「オン」及び「オフ」サイクル時間の持続時間の構成及び制御を自動化することができる。
本発明の別の特徴は、最適化されたデューティサイクルを用いて制御されるＨＶＡＣ＆Ｒシステムを、電子コントローラーデバイスを用いて新式化することである。この電子コントローラーデバイスは、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける単数又は複数の負荷デバイスの最適な「オン」及び「オフ」サイクル時間の持続時間の実施を自動的に構成及び制御することができる。
本発明の更なる特徴は、最適化されたデューティサイクルを用いて制御される暖房、換気、空気調節、及び／又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムのために電子コントローラーデバイスを用いる方法を提供することである。この電子コントローラーデバイスは、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける単数又は複数の負荷デバイスの最適な「オン」及び「オフ」サイクル時間の持続時間の実行を自動的に計算及び制御することができる。
本発明の更なる特徴及び利点は、以下の説明において部分的に示され、該説明から部分的に明らかになるか、又は本発明の実践によって知ることができる。本発明の目的及び他の利点は、明細書及び添付の特許請求の範囲において特に指摘される要素及び組合せによって実現及び達成される。
これらの利点及び他の利点を達成するために、本明細書において具体化され、広く説明される本発明の目的によれば、本発明は、暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のための電子コントローラーデバイスであって、冷却、冷凍、又は暖房のためのサーモスタットコマンドを傍受し、該サーモスタットコマンドを、「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能なデジタルリサイクルカウンターと、コミッショニング（commissioning：性能検証）フェーズを通じてＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含むコンピューター可読ストレージ媒体であって、該プログラムは、調整済性能の確定に基づいてデジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、
を備える、暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のための電子コントローラーデバイスに関する。
を備える、暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のための電子コントローラーデバイスに関する。
本発明は、電源線に動作可能に接続された、示される電子コントローラーデバイス、サーモスタット、及び少なくとも１つのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを備える暖房、換気、空気調節又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムにも関する。電子コントローラーは、少なくとも負荷ユニットのためのサーモスタットコマンドを傍受し、該サーモスタットコマンドを「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能な、示されるデジタルリサイクルカウンターと、コミッショニングフェーズを通じてＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含む、示されるコンピューター可読ストレージ媒体であって、該プログラムは、調整済性能の確定に基づいてデジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、を備える。本システムは、ゾーン内の温度状態及び／又は湿度状態が調節された温度又は湿度にあることを感知するように動作可能な、少なくとも１つのリモート温度及び／又は湿度センサーを更に備えることができ、電子コントローラーデバイスは、該リモート温度及び／又は湿度センサーから信号を取得するように動作可能とすることができる。代替的に、リモートセンサーは一切用いられる必要がなく、温度信号は、ＯＥＭ制御信号タイミング、並びにセットポイント値及びヒステリシス温度値に関する既存のＡＳＨＲＡＥ（暖房、冷凍、及び空気調節技術者の米国学会）データから推定することができる。
本発明は、示されるプログラム及びデジタルリサイクルカウンターを、オプションで、調整されることになるゾーン内に位置する少なくとも１つのリモート温度及び／又は湿度センサーと組み合わせて有する電子コントローラーデバイスを備えるＨＶＡＣ＆Ｒシステムにも関する。リモートセンサーは、ゾーンの温度状態及び／又は湿度状態に関してコントローラーにデータ信号を送信することができ、コントローラーは、そのゾーンの状態制御に用いられるＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける単数又は複数の負荷デバイスのための最適な「オン」及び「オフ」サイクル時間の持続時間の実行を自動的に計算及び制御することができる。コントローラーデバイスは、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を、コントローラーからの変調された二値制御信号と置き換えることができる。リモート温度及び／又は湿度センサーは、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム内に存在するサーモスタットセンサーとは別個の少なくとも１つのセンサーとすることができる。代替的に、既存のサーモスタットにおけるセンサーの温度感知機能を、コントローラーのリモート温度センサーとして用いることができる。
本発明は、負荷需要及び電動式のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットの動作を自動的に制御及び管理する方法であって、負荷デバイスのためのサーモスタットと、該負荷デバイスのための機器負荷制御スイッチとの間の制御信号線においてコントローラーを電気的に接続するステップであって、該コントローラーは、コンピューター可読ストレージ媒体と、デジタルリサイクルカウンターとを備える、接続するステップを含む、負荷需要及び電動式のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットの動作を自動的に制御及び管理する方法にも関する。次に、複数の動作サイクルにわたって負荷デバイスを動作させている間に、コンピューター可読ストレージ媒体から取得した、自動構成モードを含むコミッショニングプログラムを実行することを含むコミッショニングフェーズがコントローラーを用いて実施され、該コミッショニングプログラムは、負荷デバイスの動作のコミッショニングフェーズを通じてＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットのベースライン性能を確定し、負荷デバイスについて、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定する。次に、コントローラーにおいて冷却、冷凍、又は暖房のためのサーモスタットコマンドを傍受することができ、デジタルリサイクルカウンターが、調整済性能の確定に基づいて、デジタルリサイクルカウンタープログラムを用いて該デジタルリサイクルカウンターの「オン」状態及び「オフ」状態を調整するために、サーモスタットコマンドを、「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることができる。
上述の概要及び以下の詳細な説明は例示及び説明的なものに過ぎず、請求項に記載の本発明の更なる説明を提供することを意図することが理解されよう。
本願に援用され、本願の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施の形態のうちの幾つかを示し、本明細書とともに本発明の原理を説明する働きをするものである。
本発明は部分的に、デューティサイクリングを用いて制御される暖房機器、冷却機器、及び／又は冷凍機器のためのサイクル時間の持続時間の実行を自動的にかつ最適に計算し制御することができる、統合された自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを含む、新式化可能なコントローラーアドオンデバイスに関する。
本発明は、以下の態様／実施形態／特徴を、任意の順序でかつ／又は任意の組合せで含む。
１．本発明は、暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のための電子コントローラーデバイスに関する。該デバイスは、
冷却、冷凍、又は暖房のためのサーモスタットコマンドを傍受し、該サーモスタットコマンドを、「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能なデジタルリサイクルカウンターと、
コミッショニングフェーズを通じて上記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含むコンピューター可読ストレージ媒体であって、該プログラムは、上記調整済性能の確定に基づいて上記デジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、
を備える。
２．上記電子コントローラーデバイスは、時間期間にわたって上記デジタルリサイクルカウンターを更に調整することが可能なオーバーライドモードを更に含む、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
３．上記電子コントローラーデバイスは、上記オーバーライドモードが、温度若しくは湿度又は双方に影響する一時的要因に応答するように動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
４．上記調整済性能について、上記「オン」状態は、「オン」状態ごとに一定の値及び持続時間の信号を有し、上記「オフ」状態は、「オフ」状態ごとに一定の値及び持続時間の信号を有する、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。コミッショニングに続くアルゴリズムの第１の反復中、「オン」信号及び／又は「オフ」信号の持続時間は、アルゴリズムの初期化態様を満たすために、後続の持続時間と異なることができる。
５．上記電子コントローラーデバイスは、上記調整済性能の上記確定が２回以上発生するように動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
６．上記電子コントローラーデバイスは、上記コミッショニングフェーズが、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの現在の性能をベースライン性能として用いて１回又は複数回繰り返されるように動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
７．上記電子コントローラーデバイスは、上記自動構成モードが、ベースライン性能からのデータ又は構成データを処理して、最大空調空間温度、最小空調空間温度、空調空間温度ヒステリシス不感帯、コントローラーサイクル時間、及び空間温度セットポイントに関する推定値を提供し、上記データに基づいて動的数学モデルを作成し、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて入力された性能要件から調整済みの動的数学モデルを確定し、該調整済みの動的数学モデルに基づいて上記デジタルリサイクルカウンターを調整するように動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
８．上記電子コントローラーデバイスの上記プログラムは、ＨＶＡＣ＆Ｒ暖房又は冷房負荷ユニットにおいて感知され、該ＨＶＡＣ＆Ｒ暖房又は冷凍負荷ユニットから受信した、コンプレッサー圧力、液体流速、又は双方に関連したセンサー信号を処理するように更に動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
９．暖房ユニット、換気ユニット、空気調節ユニット、又は冷凍ユニットと、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイスとを備える暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムであって、該ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を、上記電子コントローラーデバイスからの上記変調された二値制御信号と置き換える、暖房ユニット、換気ユニット、空気調節ユニット、又は冷凍ユニットと、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイスとを備える暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム。
１０．暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のためのシステムであって、
電源線に動作可能に接続されたサーモスタット、電子コントローラーデバイス、オプションのリモート温度センサー、少なくとも１つのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを備え、
オプションのリモート温度センサーは、ゾーン内の温度が調節された温度又は湿度にあることを感知し、該感知に関する信号を、電源線を介して前記電子コントローラーに送信するように動作可能であり、
電子コントローラーは、（ａ）少なくとも負荷ユニットのためのサーモスタットコマンドを傍受し、該サーモスタットコマンドを「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能なデジタルリサイクルカウンターと、（ｂ）コミッショニングフェーズを通じて上記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含むコンピューター可読ストレージ媒体であって、該プログラムは、上記調整済性能の確定に基づいて上記デジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、
を備える、暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のためのシステム。
１１．電子コントローラーは、無線イーサネット登録商標ネットワークと通信するように動作可能な無線送受信機と、少なくとも１つのＩ／Ｏ拡張モジュールと通信するための拡張Ｉ／Ｏインターフェースとを更に備え、システムは多重負荷ユニット制御のために動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載のシステム。
１２．電子コントローラーは、無線イーサネット登録商標ネットワークと通信するように動作可能な無線送受信機と、無線ＲＦネットワークと通信するように動作可能な無線ＲＦ送受信機と、少なくとも１つのＩ／Ｏ拡張モジュールと通信するための拡張Ｉ／Ｏインターフェースとを更に備え、システムは、電子コントローラーと通信するように動作可能な少なくとも１つのデータ集線装置を更に備え、該データ集線装置は、インターネット及びクラウドサーバーとリンクするためのルーター及びエアカード又は建物ＬＡＮを備え、システムは、多重負荷ユニット制御及びエネルギー消費管理及び記録保持のために動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載のシステム。
１３．負荷需要及び電動式のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットの動作を自動的に制御及び管理する方法であって、
負荷デバイスのためのサーモスタットと、該負荷デバイスのための機器負荷制御スイッチとの間の制御信号線においてコントローラーを電気的に接続するステップであって、該コントローラーは、コンピューター可読ストレージ媒体と、デジタルリサイクルカウンターとを備える、接続するステップと、
複数の動作サイクルにわたって負荷デバイスを動作させている間に、コンピューター可読ストレージ媒体から取得した、自動構成モードを含むコミッショニングプログラムを実行することを含むコミッショニングフェーズをコントローラーを用いて実施するステップであって、該コミッショニングプログラムは、負荷デバイスの動作のコミッショニングフェーズを通じてＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットのベースライン性能を確定し、負荷デバイスについて、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定する、実施するステップと、
コントローラーにおいて冷却、冷凍、又は暖房のための少なくとも１つのサーモスタットコマンドを傍受し、上記デジタルリサイクルカウンターが、上記調整済性能の確定に基づいて、デジタルリサイクルカウンタープログラムを用いて上記デジタルリサイクルカウンターの「オン」状態及び「オフ」状態を調整するために、上記サーモスタットコマンドを、「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えるステップと、
を含む、負荷需要及び電動式のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを自動的に制御及び管理する方法。
１４．空気調節システムの単一容量コンプレッサー又は多重容量コンプレッサーにプログラムを適用することであって、コンプレッサーはサーモスタット又はＢＭＳから冷却コマンドを受信し、空調空間を冷却するのに用いられる供給空気を生成するように動作可能であり、適用されるプログラムは、空調空間温度をＯＥＭコントローラーセットポイント付近に維持しながら、電気エネルギー使用量を最小にする、適用することを含む、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１５．上記ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットは、任意の化石燃料又は電気燃料を動力源とするバーナーシステム又はボイラーシステムである、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１６．上記ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットは、オプションで単一又は複数のコンプレッサーを備えるフリーザーシステムである、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１７．有線ネットワーキング又は無線ネットワーキングのいずれかを介して電子コントローラーに通信される、外部から供給される温度セットポイントに従って、空気調節システムの単一容量コンプレッサー又は多重容量コンプレッサーにプログラムを適用する需要応答温度制御モードにおいて適用される、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１８．空気調節システムの単一容量コンプレッサー又は多重容量コンプレッサーにプログラムを適用して、指定された時間間隔の間に機器によって引き込まれる電力を、電力制限セットポイント以下になるように調節する電力制限モードにおいて適用され、セットポイントは内部パラメーター設定であるか、又はコントローラーの有線通信ポート若しくは無線通信ポートを通じて該コントローラーに通信される、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１９．コミッショニングモードは自動的に又は手動で継続的に再実行され、最適化に用いられるプログラムの数学モデルにおいて負荷を変更することの温度効果を捕捉する、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２０．コミッショニングモードは自動的に又は手動で周期的に再実行され、最適化に用いられるプログラムの数学モデルにおいて負荷を変更することの温度効果を捕捉する、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１．本発明は、暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のための電子コントローラーデバイスに関する。該デバイスは、
冷却、冷凍、又は暖房のためのサーモスタットコマンドを傍受し、該サーモスタットコマンドを、「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能なデジタルリサイクルカウンターと、
コミッショニングフェーズを通じて上記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含むコンピューター可読ストレージ媒体であって、該プログラムは、上記調整済性能の確定に基づいて上記デジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、
を備える。
２．上記電子コントローラーデバイスは、時間期間にわたって上記デジタルリサイクルカウンターを更に調整することが可能なオーバーライドモードを更に含む、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
３．上記電子コントローラーデバイスは、上記オーバーライドモードが、温度若しくは湿度又は双方に影響する一時的要因に応答するように動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
４．上記調整済性能について、上記「オン」状態は、「オン」状態ごとに一定の値及び持続時間の信号を有し、上記「オフ」状態は、「オフ」状態ごとに一定の値及び持続時間の信号を有する、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。コミッショニングに続くアルゴリズムの第１の反復中、「オン」信号及び／又は「オフ」信号の持続時間は、アルゴリズムの初期化態様を満たすために、後続の持続時間と異なることができる。
５．上記電子コントローラーデバイスは、上記調整済性能の上記確定が２回以上発生するように動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
６．上記電子コントローラーデバイスは、上記コミッショニングフェーズが、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの現在の性能をベースライン性能として用いて１回又は複数回繰り返されるように動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
７．上記電子コントローラーデバイスは、上記自動構成モードが、ベースライン性能からのデータ又は構成データを処理して、最大空調空間温度、最小空調空間温度、空調空間温度ヒステリシス不感帯、コントローラーサイクル時間、及び空間温度セットポイントに関する推定値を提供し、上記データに基づいて動的数学モデルを作成し、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて入力された性能要件から調整済みの動的数学モデルを確定し、該調整済みの動的数学モデルに基づいて上記デジタルリサイクルカウンターを調整するように動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
８．上記電子コントローラーデバイスの上記プログラムは、ＨＶＡＣ＆Ｒ暖房又は冷房負荷ユニットにおいて感知され、該ＨＶＡＣ＆Ｒ暖房又は冷凍負荷ユニットから受信した、コンプレッサー圧力、液体流速、又は双方に関連したセンサー信号を処理するように更に動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイス。
９．暖房ユニット、換気ユニット、空気調節ユニット、又は冷凍ユニットと、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイスとを備える暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムであって、該ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を、上記電子コントローラーデバイスからの上記変調された二値制御信号と置き換える、暖房ユニット、換気ユニット、空気調節ユニット、又は冷凍ユニットと、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の電子コントローラーデバイスとを備える暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム。
１０．暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のためのシステムであって、
電源線に動作可能に接続されたサーモスタット、電子コントローラーデバイス、オプションのリモート温度センサー、少なくとも１つのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを備え、
オプションのリモート温度センサーは、ゾーン内の温度が調節された温度又は湿度にあることを感知し、該感知に関する信号を、電源線を介して前記電子コントローラーに送信するように動作可能であり、
電子コントローラーは、（ａ）少なくとも負荷ユニットのためのサーモスタットコマンドを傍受し、該サーモスタットコマンドを「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能なデジタルリサイクルカウンターと、（ｂ）コミッショニングフェーズを通じて上記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含むコンピューター可読ストレージ媒体であって、該プログラムは、上記調整済性能の確定に基づいて上記デジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、
を備える、暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のためのシステム。
１１．電子コントローラーは、無線イーサネット登録商標ネットワークと通信するように動作可能な無線送受信機と、少なくとも１つのＩ／Ｏ拡張モジュールと通信するための拡張Ｉ／Ｏインターフェースとを更に備え、システムは多重負荷ユニット制御のために動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載のシステム。
１２．電子コントローラーは、無線イーサネット登録商標ネットワークと通信するように動作可能な無線送受信機と、無線ＲＦネットワークと通信するように動作可能な無線ＲＦ送受信機と、少なくとも１つのＩ／Ｏ拡張モジュールと通信するための拡張Ｉ／Ｏインターフェースとを更に備え、システムは、電子コントローラーと通信するように動作可能な少なくとも１つのデータ集線装置を更に備え、該データ集線装置は、インターネット及びクラウドサーバーとリンクするためのルーター及びエアカード又は建物ＬＡＮを備え、システムは、多重負荷ユニット制御及びエネルギー消費管理及び記録保持のために動作可能である、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載のシステム。
１３．負荷需要及び電動式のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットの動作を自動的に制御及び管理する方法であって、
負荷デバイスのためのサーモスタットと、該負荷デバイスのための機器負荷制御スイッチとの間の制御信号線においてコントローラーを電気的に接続するステップであって、該コントローラーは、コンピューター可読ストレージ媒体と、デジタルリサイクルカウンターとを備える、接続するステップと、
複数の動作サイクルにわたって負荷デバイスを動作させている間に、コンピューター可読ストレージ媒体から取得した、自動構成モードを含むコミッショニングプログラムを実行することを含むコミッショニングフェーズをコントローラーを用いて実施するステップであって、該コミッショニングプログラムは、負荷デバイスの動作のコミッショニングフェーズを通じてＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットのベースライン性能を確定し、負荷デバイスについて、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定する、実施するステップと、
コントローラーにおいて冷却、冷凍、又は暖房のための少なくとも１つのサーモスタットコマンドを傍受し、上記デジタルリサイクルカウンターが、上記調整済性能の確定に基づいて、デジタルリサイクルカウンタープログラムを用いて上記デジタルリサイクルカウンターの「オン」状態及び「オフ」状態を調整するために、上記サーモスタットコマンドを、「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えるステップと、
を含む、負荷需要及び電動式のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを自動的に制御及び管理する方法。
１４．空気調節システムの単一容量コンプレッサー又は多重容量コンプレッサーにプログラムを適用することであって、コンプレッサーはサーモスタット又はＢＭＳから冷却コマンドを受信し、空調空間を冷却するのに用いられる供給空気を生成するように動作可能であり、適用されるプログラムは、空調空間温度をＯＥＭコントローラーセットポイント付近に維持しながら、電気エネルギー使用量を最小にする、適用することを含む、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１５．上記ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットは、任意の化石燃料又は電気燃料を動力源とするバーナーシステム又はボイラーシステムである、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１６．上記ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットは、オプションで単一又は複数のコンプレッサーを備えるフリーザーシステムである、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１７．有線ネットワーキング又は無線ネットワーキングのいずれかを介して電子コントローラーに通信される、外部から供給される温度セットポイントに従って、空気調節システムの単一容量コンプレッサー又は多重容量コンプレッサーにプログラムを適用する需要応答温度制御モードにおいて適用される、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１８．空気調節システムの単一容量コンプレッサー又は多重容量コンプレッサーにプログラムを適用して、指定された時間間隔の間に機器によって引き込まれる電力を、電力制限セットポイント以下になるように調節する電力制限モードにおいて適用され、セットポイントは内部パラメーター設定であるか、又はコントローラーの有線通信ポート若しくは無線通信ポートを通じて該コントローラーに通信される、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
１９．コミッショニングモードは自動的に又は手動で継続的に再実行され、最適化に用いられるプログラムの数学モデルにおいて負荷を変更することの温度効果を捕捉する、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
２０．コミッショニングモードは自動的に又は手動で周期的に再実行され、最適化に用いられるプログラムの数学モデルにおいて負荷を変更することの温度効果を捕捉する、上記又は下記のいずれかの実施形態／特徴／態様に記載の方法。
本発明は、上記及び／又は下記で文及び／又は段落において示されるような様々な特徴又は実施形態の任意の組合せを含むことができる。本明細書において開示される特徴の任意の組合せを本発明の一部とみなし、組み合わせ可能な特徴に関して何ら制限が意図されない。
電子コントローラーデバイスに関して、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの動作のために確定及び達成される、調整済性能は、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、及び／又は電力制限に基づく要因を含むことができる。これらの特徴の任意の組合せが可能である。これらの特徴を考慮する際、各特徴の重要度、又は調整済性能を確定する目的で各特徴に割り当てられる重みを入力することができる。例えば、エネルギー消費に、温度調節に、湿度調節に、若しくは電力制限に、又はこれらの要因の任意の組合せに、単独で又は主に重点をおくことができる。以下に示す例示的な式のうちの１つにおいて、変数ＱはＤＲＣ制御の実行時間を表し、これはエネルギー消費要因の１つの例となる。この変数Ｑに重点を割り当てることによって、デジタルリサイクルカウンターの実行時間（最終的にＨＶＡＣ＆Ｒシステムの動作を可能にする）は、エネルギー消費を節減するために、累積実行時間を最小にする。この要因に重点がおかれる（又はこの要因に重みが割り当てられる）とき、特に、他の要因に重点がおかれていないとき、エネルギー消費が低減し、さらに、結果として、環境の湿度及び／又は温度がサーモスタットコマンドのセットポイントに達しない場合がある。別の例として、以下に示すように、別の重み変数をＲとすることができ、該変数は例えばサーモスタットのセットポイント温度を維持することを表す。この重み変数に重点が置かれているとき、調整済性能は、サーモスタット又は温度センサーのセットポイント温度を達成することが、エネルギー消費を高くすることを意味する場合であっても、これに重点をおく。Ｑ及びＲが等しい重み又はほぼ等しい重みを割り当てられる場合、電力制限モードが動作する。電力制限モードでは本質的に「中道（middle of the road）」手法が達成され、該手法では、規定の時間間隔中の平均エネルギー消費が低減され、デジタルリサイクルカウンターの動作中に達成される温度は、サーモスタット（及び／若しくは温度センサー並びに／又は他の環境センサー）のセットポイント温度を達成することに近づき、確実に、Ｑの重点のみが重み付けされた場合よりも近いセットポイント温度を達成することに近づく。後述するような別の変数Ｓは、温度変動の制御に重きをおく。Ｓ値に重点がおかれるとき、これによって、温度セットポイント付近の温度変動が少なくなり、したがって、暖房又は冷却されている環境の実際の温度の変化が少なくなる。言うまでもなく、本発明は、ユーザーにとって重要な要因、又はこれらの要因に関してバランスを達成する、これらの要因の組合せに基づいて調整済性能を選択的に制御することを可能にする。Ｑ係数、Ｒ係数、及びＳ係数に割り当てられる重みは、以下のような任意の正値又はゼロ値の数字とすることができる。
Ｑ＝０〜１０００（例えば、０、０．０１、０．１、０．５、０．８、１、１．５、２、２．５、３、４、５、１０、５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、９００、１０００、及び範囲内又は提供されるこれらの値内の任意の整数又は小数）
Ｒ＝０〜１０００（例えば、０、０．０１、０．１、０．５、０．８、１、１．５、２、２．５、３、４、５、１０、５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、９００、１０００、及び範囲内又は提供されるこれらの値内の任意の整数又は小数）
Ｓ＝０〜１０００（例えば、０、０．０１、０．１、０．５、０．８、１、１．５、２、２．５、３、４、５、１０、５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、９００、１０００、及び範囲内又は提供されるこれらの値内の任意の整数又は小数）。
任意のＱ値、Ｒ値、及びＳ値の任意の組合せが可能である。例えば、ＱはＲ及び／又はＳ以上（少なくとも１０％大きい、少なくとも２０％大きい、少なくとも３０％、少なくとも５０％大きい、少なくとも７５％大きい、少なくとも１００％大きい、少なくとも２００％大きい、少なくとも３００％大きい、少なくとも５００％大きい等）の任意の値とすることができる。ＲはＱ及び／又はＳ以上（少なくとも１０％大きい、少なくとも２０％大きい、少なくとも３０％、少なくとも５０％大きい、少なくとも７５％大きい、少なくとも１００％大きい、少なくとも２００％大きい、少なくとも３００％大きい、少なくとも５００％大きい等）の任意の値とすることができる。ＳはＱ及び／又はＲ以上（少なくとも１０％大きい、少なくとも２０％大きい、少なくとも３０％、少なくとも５０％大きい、少なくとも７５％大きい、少なくとも１００％大きい、少なくとも２００％大きい、少なくとも３００％大きい、少なくとも５００％大きい等）の任意の値とすることができる。
Ｑ＝０〜１０００（例えば、０、０．０１、０．１、０．５、０．８、１、１．５、２、２．５、３、４、５、１０、５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、９００、１０００、及び範囲内又は提供されるこれらの値内の任意の整数又は小数）
Ｒ＝０〜１０００（例えば、０、０．０１、０．１、０．５、０．８、１、１．５、２、２．５、３、４、５、１０、５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、９００、１０００、及び範囲内又は提供されるこれらの値内の任意の整数又は小数）
Ｓ＝０〜１０００（例えば、０、０．０１、０．１、０．５、０．８、１、１．５、２、２．５、３、４、５、１０、５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、９００、１０００、及び範囲内又は提供されるこれらの値内の任意の整数又は小数）。
任意のＱ値、Ｒ値、及びＳ値の任意の組合せが可能である。例えば、ＱはＲ及び／又はＳ以上（少なくとも１０％大きい、少なくとも２０％大きい、少なくとも３０％、少なくとも５０％大きい、少なくとも７５％大きい、少なくとも１００％大きい、少なくとも２００％大きい、少なくとも３００％大きい、少なくとも５００％大きい等）の任意の値とすることができる。ＲはＱ及び／又はＳ以上（少なくとも１０％大きい、少なくとも２０％大きい、少なくとも３０％、少なくとも５０％大きい、少なくとも７５％大きい、少なくとも１００％大きい、少なくとも２００％大きい、少なくとも３００％大きい、少なくとも５００％大きい等）の任意の値とすることができる。ＳはＱ及び／又はＲ以上（少なくとも１０％大きい、少なくとも２０％大きい、少なくとも３０％、少なくとも５０％大きい、少なくとも７５％大きい、少なくとも１００％大きい、少なくとも２００％大きい、少なくとも３００％大きい、少なくとも５００％大きい等）の任意の値とすることができる。
オプションとして、本発明の実施形態及び／又はシステムのうちの任意のものにおいて、コミッショニングフェーズを１回又は複数回繰り返して本質的に再コミッショニングフェーズとすることができる。この再コミッショニングフェーズは任意の時間増分においてかつ／又は任意の回数発生することができる。再コミッショニングフェーズは規則的な間隔及び／又はあらかじめプログラムされた間隔をおくこともできるし、不規則的に行うこともできる。例えば、再コミッショニングフェーズは３０分ごと、１時間ごと、２時間ごと、３時間ごと、５時間ごと、７時間ごと、１０時間ごと、１２時間ごと、１８時間ごと、毎日、毎週、又は任意の他の時間単位で発生することができる。電子コントローラーデバイスは、再コミッショニングフェーズ（複数の場合もあり）を実行することによって、環境及び環境内で生じる変化を、時間単位又は日単位又は週単位、季節単位等の間により良好に理解することが可能になる。例えば、電子コントローラーデバイスは、再コミッショニングフェーズを実行することによって、平日の間の従業員がいるとき、及び従業員がいないときの様々な需要をより良好に理解することができる。また、電子コントローラーデバイスは、再コミッショニングフェーズ、特に一貫して行われる再コミッショニングフェーズを有することによって、所望の調整済性能をより良好に達成することができる。なぜなら、再コミッショニングフェーズは、天気（晴れた日、曇りの日、涼しい日、暑い日、雨の日等）に起因する屋外の環境変化（例えば日ごと）を考慮に入れ、人変数（human variable）等の他の変数も更に考慮に入れることができるためである。オプションとして、コミッショニングフェーズ又は再コミッショニングフェーズ中に、サーモスタットコマンドがＯＥＭ設定ごと又は変更された他の設定ごとにデジタルリサイクルカウンターからの干渉なしで実行され、それによって、本発明の自動構成モードは新たなベースライン性能を決定し、コミッショニングフェーズ又は再コミッショニングフェーズを通じて、重み値に関して入力された所望の変数（例えばＱ、Ｒ、Ｓ）に基づいて調整済性能又は新たな調整済性能を確定することができる。また、コミッショニングフェーズ又は再コミッショニングフェーズを通じて、初期の「オン」状態は、後続の「オン」時間と異なる「オン」時間量を有する場合があることが考えられる。例えば、図１６に示すように、初期の「オン」状態は、ゾーン温度が高温ヒステリシス帯域幅値を超えたときに始まり、９時間単位の間続き、次に６．５時間単位の間続き、この６．５時間単位は次の再コミッショニングフェーズまで継続することに留意する。９時間単位の初期の「オン」状態は、サーモスタットが高温ヒステリシス帯域幅値からセットポイント温度を達成することを可能にした結果である。このため、本発明におけるオプションとして、「オン」状態又はパルスは、最初に若しくは任意の他の時点において変動してもよく、かつ／又は初期の「オフ」状態若しくはパルスが変動する可能性があることも考えられる。オプションとして、初期の「オン」状態若しくはパルス及び／又は初期の「オフ」状態若しくはパルスは変動する可能性があり、次にその後、オプションの再コミッショニングフェーズが実行されるまで、固定の又は安定した「オン」／「オフ」パターンが得られる。
図１９において、Ｔ９〜Ｔ１０における「オン」状態は切り捨てられる。なぜなら、この時点において、サーモスタットコマンドがＨＶＡＣ＆Ｒシステムをオフにする信号を送信したためである。このため、本発明において、電子コントローラーデバイスがこの要因の観点での調整済性能に基づいてプログラムを実行しているとき、（時間の長さに関して）変更された「オン」状態及び／又は変更された「オフ」状態を有することが可能である。コミッショニングフェーズ又は再コミッショニングフェーズ中、本発明の電子コントローラーデバイスのコンピューター可読ストレージ媒体内のプログラムは、セットポイント温度又は他の選ばれた変数を達成する最小数の「オン」／「オフ」期間を求めるために、１つ又は複数の計算又は確定を実行することができる。また、本発明を用いて、各ＯＥＭ「オン」コマンド中の「オン」／「オフ」サイクリング数を、全体ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの過剰なサイクリングを制御又は阻止するように制約することができる。制約値がプログラムの一部として示されるとき、この制限は、ＤＲＣの動作を求める際に考慮に入れられる。例えば、図１９において見てとることができるように、ＤＲＣの「オン」／「オフ」サイクル数を求める際に、プログラムは、前もって、セットポイント温度又は他の選ばれた変数を達成する過程中に発生する可能性があるＤＲＣの「オン」及び「オフ」のサイクル数を考慮に入れる。また、図１９において、本質的に、変数Ｑ及びＳは無視され、重み付けされた唯一の値は、ＯＥＭ設定値におけるセットポイント温度を維持するための変数であるＲであった。本質的に、図１９はＤＲＣの「オン」及び「オフ」サイクリングに起因して発生している複数のサイクリングを除いて、ＯＥＭサーモスタットの非常に近いシミュレーションであり、実際に何らかのエネルギーコスト節減を達成する。また、重み付けされる唯一の値がＲであった図１９においても、この値をＯＥＭ実行時間のうちの或る割合の実行時間に制限して、エネルギーコスト節減が達成されることを保証し、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの消耗に関する他の利点を達成することができる。ＯＥＭ実行時間の或る割合である制限された実行時間は、１０％〜９０％、２０％〜８０％、３０％〜７０％、４０％〜８０％、５０％〜８０％、６０％〜８０％等のような、１％〜１００％の任意の量とすることができる。ＯＥＭ実行時間の任意の割合をシステムに入力して、ＤＲＣの実行時間を更に制約し、それによって実行時間割合の制約を達成することができるが、制限される実行時間値が増大すると、結果として達成されるセットポイント温度に支障をきたす可能性がある。
自動構成プログラムを有するコントローラーが提供される。この自動構成プログラムを用いて、負荷ユニットの通常実行フェーズにおける制御に用いられるデジタルリサイクルカウンター（ＤＲＣ）プログラムのための最適な「オン」及び「オフ」サイクル時間の持続時間の計算を、ＨＶＡＣ＆Ｒ設置に固有のオプションのセンサー情報を用いて完全に自動化することができる。コントローラー上の自動構成プログラムを用いて最適なサイクル時間の持続時間を計算するのに用いられる方法は、適応された標準的な数学演算を伴う３ステップ手順に基づくことができる。この３ステップ手順は、データの収集及びフィルタリング、モデリング、並びに／又は最適化を含むことができる。最初に、通常のＯＥＭコントローラー動作中にベースライン性能データを収集することができる。次に、このデータを、例えば最小二乗技法を用いて低減し、入力ＯＥＭコントローラーコマンド信号を空調空間温度（及び／又は他の環境要因（複数の場合もあり））及び出力としての機器電力消費に関係付ける数学モデルを作成することができる。次に、自動構成プログラムの一部を形成する検索プログラム（例えば勾配に基づくプログラム）を用いて、ＤＲＣコマンドプロファイルの「オン」及び「オフ」サイクル時間の持続時間値を調整することによって、性能インデックス（例えば時間統合された二次性能インデックス）を反復的に最小にすることができる。性能インデックス（例えば二次性能インデックス）は、機器の挙動の１つ、２つ、又は３つの態様にペナルティを課すことができる。これらの態様は、エネルギー消費、温度調節、及び電力消費である。３つの態様間のペナルティ値の比を変えることによって、プログラムはデジタルリサイクルカウンタープログラムによって管理される通常実行フェーズにおける３つの別個の自動動作モードが可能になる。３つの別個の自動動作モードは、最小エネルギー制御、需要応答制御、及び電力制限制御である。性能インデックスを最小にする各反復中に、サイクル時間の持続時間値を、自動構成プログラムに含まれる数学モデルによって処理し、次の反復のための性能インデックスにおける二次項を評価するのに必要とされる温度（及び／又は他の環境要因（複数の場合もあり））及び電力値を処理することができる。自動構成プログラム内に含まれる検索プログラムを、機械のサイクリング不足、ＤＲＣ制御アルゴリズムの過剰なサイクリング、並びに他の機械、正常性、及び／又は人間の快適性の問題に対して保護するサイクル時間の持続時間の範囲内でサイクルの持続時間の最適な解を確立するように制約することができる。
電子コントローラーは、例えば、コミッショニングフェーズが、ベースライン性能としてＨＶＡＣ＆Ｒシステムの最も近時の性能を用いて１回又は複数回繰り返されるように更に動作可能である。自動構成モードは、初期のものであれ、現在のものであれ、ベースライン性能又は構成データからのデータを処理して、最大空調空間温度、最小空調空間温度、空調空間温度ヒステリシス不感帯、コントローラーサイクル時間、及び空間温度セットポイントの推定値を与え、データに基づいて動的数学モデルを作成し、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて入力された性能要件から調整済みの動的数学モデルを求め、該調整済みの動的数学モデルに基づいてデジタルリサイクルカウンターを調整することができる。
デジタルリサイクルカウンタープログラムも自動構成プログラムを用いて電子コントローラー内で実施することができ、該デジタルリサイクルカウンタープログラムは、サーモスタットの制御信号を変調された二値制御信号と置き換える。サーモスタット（ＯＥＭコントローラー）が冷却又は暖房のためのコマンドを発行するとき、デジタルリサイクルカウンタープログラムはこのコマンドを傍受し、該コマンドを、２つの状態、すなわち「オン」又は「オフ」のいずれかで動作する変調された二値制御信号と取り替えることができる。この変調された信号は、冷却又は暖房の需要があるときはいつでも、機器へのサーモスタットコマンド信号に取って代わる。サーモスタットコマンドが暖房又は冷却を要求していないとき、ＤＲＣ二値信号は「オフ」状態に戻る。ＤＲＣ制御の主要な利点は、単位時間あたりの消費電力がより少ないこととすることができ（電力制限）、これはエネルギー需要課金が低下することへとつながり、場合によっては、機器の実行時間が短くなり、これはエネルギー消費の低下へとつながる。ＤＲＣの「オン」及び「オフ」サイクル時間の持続時間を適切に調整することにより、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのランオン挙動が切り捨てられ、蓄積された暖房又は冷却エネルギーがより有効に利用される。デジタルリサイクルカウンタープログラムにおいて用いられる「オン」及び「オフ」サイクル時間の持続時間は自動構成プログラムによって最適化される。インストーラーが、用いられているＨＶＡＣ＆Ｒ機器のタイプ及び予想される負荷に基づいて、設置プロセス中に物理スイッチ設定等を用いて、事前設定としてコントローラーのこれらの値を選択するとした場合、これらのサイクル時間の持続時間値は、インストーラーの経験レベル、及び制御されることになる特定の負荷ユニットの独自性等に依拠して、最適値を反映する場合もしない場合もある。すなわち、所与の負荷ユニットが、ＯＥＭの標準規格によって予測されたとおりに機能しない場合もあるし、負荷ユニットの性能が製品寿命にわたって一定でないか若しくは安定し続けない場合もあり、かつ／又は他の要因が、元の事前設定によって考慮されていない負荷ユニット性能に一時的に又は永続的に影響を与える場合がある。現在のコントローラーにおいて用いられている自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムは、所与の負荷ユニットに対しカスタマイズ及び／又は最適化されたデューティサイクル制御を自動的にかつ反復的に提供することができる。これによって、ＨＶＡＣ＆Ｒ機器を動作させるエネルギーコスト及び／又は実行時間を低減することができる。
コントローラーデバイスは、該コントローラーデバイス上にあり、該コントローラーデバイス上で実行可能なこれらの自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを有し、スタンドアロンデバイス又はネットワーク化された（例えばＬＡＮ、ＷＡＮ、ウェブ対応等の）構成において用いることができる。自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムは、例えば、ガス、電気、若しくは石油を含む任意の暖房システム、又は任意の蒸気圧縮式空気調節若しくは冷凍システム（ＨＶＡＣ＆Ｒシステム）に適用することができ、該システムは、例えば最適化されたデューティサイクリングを用いて制御される。自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムは、サーモスタット（「相手先商標製品製造者（Original equipment Manufacturer）コントローラー」すなわち「ＯＥＭコントローラー」とも呼ばれる）を、制御されているＨＶＡＣ＆Ｒ機器と接続する信号制御ラインに設置される電子コントローラーにおいて実施することができる。ソフトウェアプログラムコードセグメントは、コントローラーが保有するマイクロプロセッサにおいて実施されるとき、特定の論理回路を作成するようにマイクロプロセッサを構成する。自動構成プログラム及びリサイクルカウンタープログラムは、ＯＥＭ制御信号及び空調空間温度（又はその推定値）である少なくとも２つの基本フィードバック信号を個々に又は共同で参照することができる。暖房用途及び冷却用途では、精度を改善するために、更なる温度センサー、圧力センサー、又は液体流速信号センサーをオプションで追加することができる。自動構成プログラムを用いて選択及び確立することができ、通常実行フェーズにおいてデジタルリサイクルカウンタープログラムを用いて実装することができる最小エネルギー制御モードを、全オン又は全オフの２状態（二値）方式でデューティサイクル制御されている機器に適用することができる。最小エネルギーモードを段階化された機器に適用することができるが、好ましくは、基本二値制御が各段階化レベルに存在する。最小エネルギーモードは、通常、可変速制御を用いる機器には適用可能でない。需要管理機能は、ＨＶＡＣ＆Ｒ機器のＯＥＭ制御方法にかかわらず全てのＨＶＡＣ＆Ｒ機器に適用可能である。電力制限機能は、電気料が需要課金に部分的に基づく全ての電動ＨＶＡＣ＆Ｒ機器に適用可能である。示される自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムは、例えば、設置が容易な電子アドオンネットワーク化可能制御デバイスにおいて実施することができる。このデバイスは、例えば、（１）既存の暖房、冷却、及び冷凍機器のエネルギー消費を最小にし、（２）温度削減コマンドが発行されたときに既存の機器の需要応答制御を提供し、かつ／又は（３）既存の機器の電力消費をあらかじめ規定されたレベルに自動的に制限し、ユーティリティ需要課金を低減する、ように設計される。
ＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて、リモート温度及び／又は湿度センサーと統合されたものとして、又は統合されることなく、様々なオプションによる電子コントローラーを用いることができる。１つのオプションでは、電子コントローラーは、既存のサーモスタット（例えばＯＥＭサーモスタット）上で提供される任意の感知構成要素（複数の場合もあり）と異なる少なくとも１つのリモート温度及び／又は湿度センサーと統合することができる。例えば、Ｘ１０感知技術をそのようなＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおける使用に適応させることができる。別のオプションでは、リモートセンサーは既存のサーモスタットの温度感知機能を利用することができる。更に別のオプションでは、リモートセンサーを一切用いる必要がなく、温度信号は、ＯＥＭ制御信号タイミング、並びにセットポイント値及びヒステリシス温度値に関する既存のＡＳＨＲＡＥデータから推定することができる。
図１は、示される自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムが電子コントローラー１８上に存在することができ、電子コントローラー１８からそれらのプログラムを実行することができる、該電子コントローラー１８を備えるＨＶＡＣ＆Ｒシステム１を示している。コントローラー１８及びオプションのリモート温度センサー２２をシステム１において新式化し、ゾーン２における状態制御を提供する少なくとも１つのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット２０の制御を提供することができる。電力線（power line）１０は、制御されることになる少なくとも１つの負荷ユニット２０が位置する構造においてユーティリティメーター１２を通過する。メーター１２は、そのロケーションにおける電気エネルギーの使用及び需要を測定する。負荷ユニット２０は、例えば、空気調節器、ヒートポンプ、加熱炉、冷凍システム、又はＨＶＡＣ＆Ｒシステムの他の負荷ユニットとすることができる。動作する主要な電力線１０は一般に無条件であり、負荷制御スイッチ２６、及び通常、同じ構造の他の負荷ユニット及び装置（図示せず）を介して負荷ユニット２０に動作電力（operative power）を供給する。電源線（power supply line）１０は、例えば、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１に、コントローラー１８を用いて新式化されるように電力供給する１２０ボルト（ＶＡＣ）線とすることができる。新式化されることになるシステム１は、ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット２０に接続された少なくとも１つの標準的なサーモスタット１４を有する。サーモスタット１４は、線１３を介して電力線１０に接続することができる。１つの通常の状況では、サーモスタット１４の制御信号線１５は、サーモスタットの制御が、例えば空気調節ユニット（負荷ユニット）から冷却を要求している期間中に、２４ボルトのＡＣ電圧を送信する。制御信号は通常、主要電力線１０における負荷制御スイッチ２６をアクティベートして負荷ユニット２０に電力供給する。すなわち、コントローラー１８がないとき、制御信号線１５は負荷ユニット制御スイッチ２６の開閉を制御し、これによって、動作する電力線１０の回路の開閉を制御し、負荷ユニット２０への動作電力の流れを制御する。コントローラー１８は、サーモスタット１４と負荷ユニット制御スイッチ２６との間の或る点においてサーモスタット制御信号線１５に挿入され設置される。示すように、サーモスタット線１５を切断し、一方の切断端においてコントローラー１８に接続することができる。また、示すように、切断信号制御線の残りの部分（線２４と呼ぶ）を一端においてコントローラー１８に接続し、他端において負荷制御スイッチ２６に接続することができる。コントローラー１８は、例えば、負荷ユニットとともに用いられる標準的な金属薄板構造容器等の、負荷ユニット２０の近くの金属薄板（図示せず）に物理的に取り付けることができる。好ましくは、制御信号線１５（２４）へのコントローラー１８のこのタッピングは、負荷制御スイッチ２６に対し実際に達成可能な限り近くで行われる。通常、負荷ユニット自体の物理的境界内で接続を行うことを可能とすることができる。制御信号線におけるコントローラー１８の接続は、例えば、住宅用空気調節ユニットのコンプレッサーユニットを含むケーシング内で行うことができる。例えば、コントローラー１８は、空気調節ユニットのコンプレッサーを収容する金属薄板容器内に取り付けることができる。空気調節ユニットは、該ユニットによってサポートされる家又は建物に直接隣接する地表面近く又はそれらの屋根の上のスラブ又はプラットフォームに設置される。コントローラー１８は、電力線１０を用いて（例えば電源コード、電源延長コード、直接分かれたプラグ（direct pronged plug）等を介して）行われた直接電気接続１７を通じて電力供給することもできる。コントローラー１８は、オンボードユーザーインターフェース制御部１９を備えることができ、かつ／又はリモート入力デバイス２１から制御入力を受信することができる。これは、以下に続く本明細書の他の説明によって更に理解することができる。
負荷ユニット２０を用いて調節される建物のゾーン２にオプションのリモート温度センサー２２が位置することができる。温度及び／又は湿度が調節されることになるゾーン２は、例えば、部屋、建物のオープンスペース、冷凍室等とすることができる。本明細書では、既存のサーモスタットとは別に単一のリモート温度センサー２２を用いるものとして示されているが、複数のリモート温度センサー（２２Ａ等）を用いることができる。複数のリモートセンサーが用いられる場合、コントローラー１８において用いるために、複数の感知された値を平均化するか、若しくは中央値を用いるか、又は他の形で統計的に処理することができる。また、本明細書においてリモートセンサーユニット２２は温度センサーとして示されているが、リモートセンサーユニットは、代替的に又は付加的に、単独で用いられるか又はリモート温度センサー２２と組み合わせて用いられるリモート湿度センサー２２Ｂとすることができることが理解されよう。オプションのリモートセンサー２２、並びに用いられる場合リモートセンサー２２Ａ及び／又はリモートセンサー２２Ｂは、負荷ユニット２０のＯＥＭ制御のためにサーモスタット１４も位置するゾーン内に設置される。リモート温度センサー２２は感知モジュールとすることができ、該感知モジュールは、一体型の複数のピンを介して標準的な壁コンセントにプラグインし、コントローラー１８による温度及び／又は湿度制御が望まれるゾーン２内の電力線１０にアクセスすることができる。リモート温度センサー２２は、壁コンセントに配線接続することもできるし、電源コード又は電源延長コードを介してモジュールとして接続することもできる。リモート温度センサー２２は更に、ゾーン２内で感知されたリアルタイムの温度を反映する信号を、温度センサーユニットによって電力線１０を通して送信するためのいわゆる「Ｘ１０」技術を適応するデバイスとすることができる。この信号は、コントローラー１８が電力線１０によって取得し処理することができる。「Ｘ１０」は、ｄｏｍｏｔｉｃｓとしても知られる宅内自動化（home automation）に用いられる電子デバイス間で通信するための国際的でオープンな業界標準規格である。「Ｘ１０」は、シグナリング及び制御のために主に電力線配線を用い、ここで、信号はデジタル情報を表す短い無線周波数バーストを伴う。家庭用電気配線（すなわち、照明及び電気製品に電力供給するものと同じ）を用いて、デジタルデータを、Ｘ１０デバイスから、同じ電力線１０にアクセスし、信号を処理することができる１つ又は複数の他のデバイスに送信することができる。本発明において、Ｘ１０信号受信・処理デバイスは、コントローラー１８である。このデジタルデータは例えば、１２０ｋＨｚ〜１２５ｋＨｚの搬送波上に符号化することができ、この搬送波は、５０Ｈｚ又は６０ＨｚのＡＣ交流電流波形の比較的穏やかなゼロ交差中にバーストとして送信することができる。各ゼロ交差において１ビットを送信することができる。リモートセンサー２２は、Ｘ１０技術を適応させることによって、感知された温度に関するデジタルデータを、電力線１０を通してコントローラー１８に送信することができる。リモート湿度センサーが用いられる場合、該リモート湿度センサーは、電力線１０を通じて制御されることになるゾーン内で感知される絶対湿度を反映する信号を送信する際に用いるために、同様に「Ｘ１０」技術を適応させるデバイスとすることができる。この信号は、コントローラー１８が電力線１０によって取得し処理することができる。リモートセンサーは、既存のサーモスタットの温度感知能力を利用することもできる。
単純化の目的で、単一制御信号線においてコントローラー１８の負荷制御及び管理下にある単一の負荷ユニット２０を図１に関して説明する。単純化のために、図１のＨＶＡＣ＆Ｒシステム１において１つの負荷ユニット２０のみが示されているが、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１は、例えば、コンプレッサーユニット及び制御ソレノイド、ファン、並びに他の同様の負荷又は多様な負荷等の複数の個々の負荷を備えることができる。本発明のコントローラーは、機器の個々のサブロードの制御線に完全に接続することができる。換言すれば、空気調節器は、コンプレッサーユニットのサブロード及び換気ファンユニットのサブロードのために別個の制御線を有することができる。別個のコントローラーを用いてこれらのサブロードの一方又は双方を制御することができる。空気調節ユニットの全てのサブロードへの電力線全体は、通常、本発明のコントローラーによっていかなる形でも変更されない。通常の設置では、コンプレッサーユニットは、例えば所定のオン／オフ期間を通じてサイクル化することができ、一方、換気ファンモーターは、サーモスタットが冷却を要求している時間全体にわたって連続して運転したままにされる。また、通常の従来の電気接地手段は、本発明において特に懸念される事項ではないので、図１の概略図に示されていない。
図２は、示される自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムが電子コントローラー１８上に存在することができ、該電子コントローラー１８からそれらのプログラムを実行することができる、電子コントローラー１８を備えるＨＶＡＣ＆Ｒシステム１１を示している。示されるように、リモートセンサーは既存のサーモスタット１４の温度感知機能を利用することができる。コントローラー１８は、電気接続線１５１を用いる等により既存のサーモスタット１４において温度センサー２２Ｃに電気的に配線することもできるし、他の形で、サーモスタットセンサー２２Ｃから感知された温度データを受信し、サーモスタットのセンサーにおいて感知された温度に対応する信号を取得するように構成することもできる。図１に示す構成要素と共通の図２に示す他の構成要素は、図１に示す構成要素と同様とすることができる。
示すように、別のオプションでは、例えば図１及び図２に示すようなコントローラーを用いるＨＶＡＣ＆Ｒシステムにおいて、既存のサーモスタットにおいても、他のリモートセンサーにおいても、リモートセンサーを用いる必要が一切ない。温度信号は、ＯＥＭ制御信号タイミング、並びにセットポイント値及びヒステリシス温度値に関する既存のＡＳＨＲＡＥデータ又は同様のデータから推定することができる。
例えば、図１の電子コントローラー１８は、スタンドアロン構成又はネットワーク化された構成において実装することができる。図３〜図１１は、図１に示すような、既存のサーモスタットではない少なくとも１つのリモート温度センサーと組み合わせた電子コントローラー１８の使用を示している。このリモート温度センサーは、これらの構成のうちの一方又は双方を包含する３つの異なる使用スケールでコントローラーを実装することができる。
図３は、スタンドアロン構成での本コントローラーの使用を示している。このスタンドアロン構成は、例えば、単一負荷ユニットの住宅用の用途（例えば、＜約５トンのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット）において用いることができる。図３に示すように、ＨＶＡＣ＆Ｒ制御システム３は、１２０ＶＡＣ給電建物幹線（supply building main）１０に接続されたコントローラーユニット１８及びオプションのリモート温度センサー２２を備える。示すように、オプションのリモート温度センサー２２は、温度制御が望まれるゾーン又は空間内に設置される。オプションのリモートセンサー２２は、１２０ＶＡＣ電力線電圧をより低いＤＣ電圧（例えば５ボルト〜１２ボルト）に変換して、センサー構成要素を動作させる電源２２１を備える。温度センサー２２４は、−４０℃〜１２５℃又は他の選択範囲の温度等、監視ゾーンの周囲の室温又は空間温度を感知する。センサー２２４は従来の熱電対を組み込むことができ、この熱電対は、例えば、該熱電対が位置するゾーン温度に相関させることができる低電圧信号を出力することによって、少なくともこの温度範囲にわたって測定する。熱電対センサー信号をフィルタリングし線形化する従来の技法を、本発明とともに用いるために適応させることができる。マイクロコントローラー２２３は、マイクロプロセッサと、メモリと、クロックと、１２５ＫＨｚ等の１００ＫＨｚを超える高周波数信号を電力線１０を通して送信する機能とを備える。この高周波信号は、センサー２２４によって感知される温度に関するデジタルデータを含む。Ｘ１０フィルター２２２は、１００ｋＨｚ未満の信号の送信を阻止し、感知温度に関するデータを含む高周波信号がフィルターを通過するのを許可する高域通過フィルターである。
コントローラー１８は、例えば、電力線電圧を５Ｖ〜２０Ｖ（Ｄ．Ｃ．）に変換して、コントローラー１８のベースボード上の構成要素及び回路に電源供給するための従来のステップダウン変換器（図示せず）をオプションで備える電源１８１を備えることができる。Ｘ１０フィルター１８２は、電力線１０を介してコントローラー１８に１００ｋＨｚ未満で送信される信号及び雑音をフィルタリング除去し、より高い周波数の信号が通過し、マイクロコントローラー１８３に到達することを許可する高域通過フィルターである。マイクロコントローラー１８３は、例えば、示される自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを実行し、データ収集機能を実行するマイクロプロセッサを備えることができる。温度センサー１８４は、コントローラー１８が設置されたところの外部温度を感知することができる。例えば、示すように、コントローラー１８は、金属薄板に、又はそうでない場合負荷ユニットの容器内又は該容器の近くに設置することができる。温度センサー１８４を用いて負荷ユニット容器の近くの外部温度を検出し、感知された温度を反映する信号を生成することができる。この信号は、マイクロコントローラー１８３によって処理することができる。ユーザー入力スイッチ及びディスプレイモジュール１８５は、入力をコントローラー１８において手動でかつ／又はリモートで受信し、コントローラーの状態を表示するように構成することができる。信号調節構成要素及びスイッチモジュール１８６は、サーモスタット入力信号を受信し、制御されることになるＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットに対し、マイクロコントローラー１８３の指揮下で出力信号を送信することができる。
図４に示すように、マイクロコントローラー１８３は、マイクロプロセッサ１８３２と、メモリ１８３５を組み込んだものとして示されるコンピューター可読ストレージ媒体１８３３と、クロック１８３４とを備えることができる。これらは全て同じチップ内に統合されている。中央処理装置（ＣＰＵ）としても知られるマイクロプロセッサ１８３２は、本明細書に示すコントローラー機能をサポートする計算能力を提供するのに必要な演算回路、論理回路、及び制御回路を含む。コンピューター可読ストレージ媒体１８３３のメモリ１８３５は、不揮発性メモリ、揮発性メモリ、又は双方を含むことができる。不揮発性メモリは、例えば、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）又は他の永久記憶装置を含むことができる。揮発性メモリは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バッファー、キャッシュメモリ、ネットワーク回路、又はそれらの組合せを含むことができる。マイクロコントローラー１８３のコンピューター可読ストレージ媒体１８３３は、内蔵されたＲＯＭ及びＲＡＭを備えることができる。本明細書において図４及び図５との関連で検討されるように、マイクロコントローラーのための読出し／書込み拡張（フラッシュ）メモリも提供することができる。プログラミング及びデータは、メモリ１８３５を備えるコンピューター可読ストレージ媒体１８３３に格納することができる。例えば、示された自動構成プログラム１８３６及びデジタルリサイクルカウンタープログラム１８３７のためのプログラムメモリを提供することができ、また該プログラムメモリは、メニュー、動作命令、及び、コントローラーモジュール１８を制御するための、本明細書において示すような他のプログラミング、パラメーター値等を格納することができる。自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムは併せて、コントローラー１８上にある統合制御プログラム１８３８を提供する。データメモリを用いて、サーモスタットコマンド及び空調空間等の、制御されることになる負荷デバイスの動作に関する示されたリモート温度センサー（２２）及び温度センサー１８４と関連するセンサーを用いて取得されたデータを格納することができる。クロック１８３４は、デジタルリサイクルカウンター１８３０の「オン」状態及び「オフ」状態の開始又は終了を求めるのに用いることができるタイミングデバイスを提供する。クロック１８３４は、例えば、圧電材料の振動結晶の機械的共振を用いて、非常に正確な周波数を有する電気信号を生成することができる電子回路である結晶発振器とすることができる。例えば、従来の石英結晶は、コントローラー１８内のクロックとして用いるように適応させることができる。クロック１８３４は、サーモスタット１４の線１５の制御信号状態と独立してタイミング制御を提供する。ＤＲＣ方法におけるカウンター機能を提供するために、サーモスタット制御信号線における信号の周波数に基づくパルスカウントの代わりにクロック１８３４を用いることができる。
本明細書に示される構成要素及び特徴を含む、マイクロコントローラー１８３の統合された構成要素は、デジタルリサイクルカウンター（「ＤＲＣ」）１８３０を実施する。ＤＲＣは通常、例えば、（１）クロック（例えば水晶）を用いてデジタル方式でカウントし、（２）負荷ユニットを制御する自動構成プログラミングに基づくＤＲＣ方法を用いて、スイッチ１８６を所定のカウント数の間開放させ、次に所定のカウント数の間閉鎖させ、（３）ＯＥＭ（サーモスタット）制御信号が存在する限り無制限に開放・閉鎖パターンを繰り返す、すなわち「リサイクル」する、ように機能することができる。示すように、デジタルリサイクルカウンター１８３０及びこれらのＤＲＣ機能を実行するための関連プログラム１８３７は、マイクロコントローラー１８３上に存在することができる。
マイクロコントローラー１８３は、例えば、示されたマイクロプロセッサ、メモリ、及びクロック構成要素を備える８ビット又は１６ビット以上のマイクロチップマイクロプロセッサとすることができ、示された自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを入力及び実行するように動作可能である。本明細書に示す制御プログラムを入力して所望の制御を提供することができるプログラム可能なマイクロコントローラーは、市販で入手することができる。この観点で適したマイクロコントローラーは、アリゾナ州チャンドラーのMicrochip Technology Inc．等の商用ベンダーから入手可能なマイクロコントローラーを含む。この観点における市販で入手可能なマイクロコントローラーの例には、例えば、Microchip Technology Inc．によるＰＩＣ１６Ｆ８７Ｘ、ＰＩＣ１６Ｆ８７７、ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ、ＰＩＣ１６Ｆ８８７、ｄｓＰＩＣ３０Ｆ４０１２、及びＰＩＣ３２ＭＸ７９５Ｆ５１２Ｌ−８０１／ＰＴ；Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＡＤＳＰシリーズ；Ｊｅｎｎｉｃ ＪＮファミリー；Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＣＯＰ８ファミリー；Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ６８０００ファミリー；Ｍａｘｉｍ ＭＡＸＱシリーズ；Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＭＳＰ４３０シリーズ；及びIntel社他によって製造された８０５１ファミリーが含まれる。更なる可能なデバイスには、ＦＰＧＡ／ＡＲＭ及びＡＳＩＣが含まれる。本明細書に示す自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムは、Microchip Technology Inc．からのＭＰＬＡＢ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ等の産業開発ツールを用いてそれぞれのマイクロコントローラーに入力することができる。
図５は、ゾーン温度センサー２２及び電子コントローラー１８の斜視図である。電子コントローラー１８の前面に示すように、プッシュボタン選択ボタン２２６は、用途（例えば、暖房、空気調節、冷凍）を選択するように手動で操作することができ、プッシュボタン２２７を用いて動作モード（例えばコミッショニングフェーズ、通常実行、拡張実行、バイパス）を選択することができる。示すように、コントローラー１８上のステータスライトを設けることができる。
図６は多重負荷ユニット制御システム等の、スタンドアロンの又はホームネットワーク化された中間規模のＨＶＡＣ＆Ｒ構成におけるコントローラーの使用を示している。図６に示すように、ＨＶＡＣ＆Ｒ制御システム４は、電子コントローラー１８００とオプションのリモート温度センサー２２とを備える。これらは１２０ＶＡＣ給電建物幹線１０及び拡張Ｉ／Ｏボード３０に接続される。オプションのリモート温度センサー２２は、図３に示すものと同じとすることができ、電子コントローラー１８００は図３のコントローラー１８と類似することができるが幾つかの変更を伴う。マイクロコントローラー１８３１は示された自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラム、データ収集機能、並びにウェブサーバーを有する３２ビットマイクロチップマイクロプロセッサを備えることができる。コントローラー１８００において用いられる無線送受信機１８７（例えば、無線８０２．１１送受信機）によって、コントローラー１８００が無線イーサネット登録商標ネットワークと通信することが可能になる。無線送受信機１８７は、ルーター及び無線モデムを有するラップトップ等の他の無線ネットワーク（例えば他の８０２．１１ネットワーク）と接続することができる。拡張メモリ１８８、例えばＵＳＢサムドライブ又は類似のものは、コントローラーのための外部メモリを提供する。例えば、５つの入力コネクター及び２つの出力コネクターを有する拡張入出力インターフェース１８９を提供することができる。拡張入出力インターフェース１８９は、入出力（Ｉ／Ｏ）拡張モジュール３０又は複数の類似のＩ／Ｏ拡張モジュールと通信することができる。電源１８１、Ｘ１０フィルター１８２、温度センサー１８４、ユーザー入力スイッチ／ディスプレイ１８５、並びに信号調節及びスイッチ１８６は、図３のシステム３に示すそれぞれの構成要素に類似することができる。
Ｉ／Ｏ拡張モジュール３０は、コントローラー１８によって個々に制御することができる複数のコンプレッサーユニット（図示せず）とインターフェースすることができる。Ｉ／Ｏ拡張モジュール３０は、通信及び電力モジュール３０１と、マイクロコントローラー３０２と、温度センサー３０２（例えばＰＣＢ上の内部熱電対）と、信号調節モジュール３０４とを備えることができる。信号調節モジュール３０４はサーモスタット入出力信号を用いて通信し、電力消費信号、温度信号、及び／又は湿度信号を受信する。マイクロコントローラー３０２は、例えば、１６ビットマイクロコントローラーとすることができる。モジュール３０はベースボードへの４つの導体接続（例えば、コントローラーエリアネットワーク（ＣＡＮ）用に２つ、電力用に２つ）を有することもでき、複数の同様のＩ／Ｏ拡張モジュール例えば、最大で７つまで又はそれより多くのＩ／Ｏ拡張モジュールにデージーチェーン接続することができる。Ｉ／Ｏ拡張モジュール３０を用いてワットノード及び温度センサー入力を接続し、ベースボードから制御可能な２つのデジタル出力を提供することができる。Ｉ／Ｏ拡張モジュールは、温度センサー２２（図示せず）から温度情報を受信可能とすることもできる。Ｉ／Ｏ拡張モジュール３０は、コントローラー１８００を介する代わりに、１２０Ｖの幹線（図示せず）から直接電力を受けることもできる。
図７は、ゾーン温度センサー２２、電子コントローラー１８００、Ｉ／Ｏ拡張モジュール３０、及びモジュール３０に類似した追加のＩ／Ｏ拡張モジュール３０Ａの斜視図である。電子コントローラー１８００の前面に示すように、プッシュボタン選択ボタン２２６を手動で操作して、用途（例えば暖房、空気調節、及び／又は冷凍）を選択することができ、プッシュボタン２２７を用いて動作モード（例えばコミッショニングフェーズ、通常実行、拡張実行、又はバイパス）を選択することができる。示すように、コントローラー１８００上のステータスライトを設けることができる。
図６及び図７に示すコントローラーシステム４に関して、無線ＴＣＰ／ＩＰは少なくとも２つの機能を果たすことができる。第１に、その機能は、設置技術者がコントローラーを構成するのに用いる通信方法とすることができる。また、住宅所有者若しくは建物所有者又はテナントがこの機能を用いてコントローラーを既存の住宅又は小規模事業用の８０２．１１ネットワークに接続することができる。示すように、この構成においてコントローラー１８００は内蔵型のウェブサーバーを有し、（１）構成、（２）ステータス、（３）プロッティングを含む履歴情報の提示、のためにコントローラー１８００独自のウェブページを提供する（serve up）ことを可能とすることができる。コントローラー１８００は、用途、例えば冷却及び暖房又は冷凍に応じて、二重構成で提供することもできる。これに関して、図７のコントローラー１８００並びにＩ／Ｏ拡張モジュール３０及び３０Ａの前面に示すＬＥＤステータスライトは、表１に挙げる表示に関連することができる。
基本スタンドアロン構成−冷却及び暖房 オプション
ＤＩ−１：サーモスタット入力信号 ＡＩ−１：ゾーン温度入力信号
ＤＯ−１：コンプレッサーへのコマンド信号 ＡＩ−２：送気管温度入力信号
（冷却用のみ） （暖房用のみ） ＤＯ−２：バーナー又はボイラーへの信号 ＤＩ−３：ｋｗ消費を測定するためのワ
（暖房用のみ） ットノード入力信号
送気管温度及びバーナーコマンド信号に 基づいてＧａｓ消費を推定するためのソ フトウェア。
追加の機器（温水器、追加のコンプレッ サー、バーナー）を制御及びモニタリン グするためのＣＡＮ拡張モジュール（例 えば最大７個）
時間履歴プロットを介して電力使用履歴 を表示するためのウェブページ。
基本スタンドアロン構成−冷凍 オプション
ＤＩ−１：サーモスタット入力信号 ＡＩ−１：ゾーン温度入力信号
ＤＩ−２：電熱器入力信号 ＡＩ−２：蒸発器コイル温度、気流、又 は類似のもの
ＤＯ−１：コンプレッサーに対するコマンド信号
ＤＯ−２：霜取り加熱器に対するコマンド信号 ＤＩ−３：ｋｗ消費を測定するためのワ
ットノード入力信号
追加の機器（温水器、追加のコンプレッ サー、バーナー）を制御及びモニタリン グするためのＣＡＮ拡張モジュール（例 えば最大７個）
時間履歴プロットを介して電力使用履歴 を表示するためのウェブページ。
図８は、ネットワーク化された構成におけるＨＶＡＣ＆Ｒコントローラー１８０１の使用を示している。図８に示すように、ＨＶＡＣ＆Ｒ制御システム５は、コントローラーユニット１８０１と、リモート温度センサー２２と、１２０ＶＡＣ給電建物幹線１０に接続されたウェブ対応データ集線装置４０、４０Ａ、４０Ｂと、拡張Ｉ／Ｏボード３０、３０Ａ、及び３０Ｂとを備える。リモート温度センサー２２は図３と同じとすることができ、電子コントローラー１８０１は図６のコントローラー１８００に類似することができるが幾つかの追加の変更を伴う。マイクロコントローラー１８３１は、示した自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラム、データ収集機能、並びにウェブサーバーを有する３２ビットマイクロチップマイクロプロセッサを備えることもできる。無線ＲＦ送受信機１８７１をコントローラー１８０１に含めることができる。無線ＲＦ送受信機１８７１及び／又は無線送受信機１８７をコントローラー１８０１において用いて、それぞれ無線ＲＦネットワーク及び／又は無線イーサネット登録商標ネットワークとのコントローラー１８０１の通信を可能にすることができる。無線ＲＦ送受信機１８７は、メッシュネットワーキングを用いて他のコントローラー及びデータ集線装置４０との双方向通信を提供する、例えば無線ＺｉｇＢｅｅ ＲＦ８０２．１５．４送受信機とすることができる。電源１８１、マイクロコントローラー１８３１、Ｘ１０フィルター１８２、温度センサー１８４、ユーザー入力スイッチ／ディスプレイ１８５、信号調節及びスイッチ１８６、拡張メモリ１８８、拡張入出力インターフェース１８９、並びにＩ／Ｏ拡張モジュール３０（３０Ａ）は、図６に示すシステム４において用いられるそれぞれの構成要素に類似することができる。ベースボードＩ／Ｏは、例えば、５つの入力コネクター及び２つの出力コネクターを備えることができ、拡張可能Ｉ／Ｏは、オプションとして、マルチコンプレッサーサイトのために、ＣＡＮとインターフェースされた例えば最大で７個のＩ／Ｏモジュールを有することができる。コントローラー１８０１は、無線送受信機１８７１を介して、ゲートウェイ４０、４０Ａ、及び４０Ｂとして示すような１つ又は複数のデータ集線装置と通信することができる。ゲートウェイ４０は、ユニット４０Ａ及び４０Ｂに類似し、ネットワークコントローラーを備える高階層ベースボード４０１と、インターネット４２及びクラウドサーバー４４へのアクセスを行うためのエアカードモデム（例えばＧＳＭ登録商標インターネットアクセスを）又はＬＡＮ（イーサネット登録商標）を有するルーターを有するルーターモジュール４０２とを備えることができる。データ集線装置４０は既製のデバイスとすることができ、機能的に、ＴＣＰ／ＩＰと無線ＲＦとの間のゲートウェイとしての役割を果たす。データ集線装置４０は、ネットワーク化されたコントローラーのそれぞれからのＲＦネットワークをＴＣＰ／ＩＰと接続するルーティング機能を含むことができる。データ集線装置はオプションで１つ又は複数のＩ／Ｏモジュールを備えることができる。
データ集線装置４０の主要な目的はゲートウェイとしての役割を果たすこととすることができるが、データ集線装置４０はＩ／Ｏを感知する能力も有することができる。この機能は、データ集線装置が、電力消費を容易に感知することができる配電施設の近くに置かれる状況において用いることができる。有線ＣＡＴ５アクセス及び（and）無線ＧＳＭ登録商標アクセスの双方をサポートすることができる。ＧＳＭ登録商標アクセスは、キャリア（例えばＶｅｒｉｚｏｎ、ＴＭｏｂｉｌｅ等）への加入及びエアカードを必要とする場合がある。データ集線装置は、ネットワーク及びデータロギング機能を構成するためのスクリーンを有する内蔵型ウェブサーバーを有することができる。
クラウドサーバー４４はハードウェアのためのレンタルサーバー空間を用いることができ、ソフトウェアはネットワーク化されたシステムのために特に設計することができる。クラウドサーバーは、顧客、技術者、及びシステム供給者に、データ集線装置によってサービス提供されている建物へのセキュアなアクセスを提供することができる。サーバーは、個々のアカウント、並びにデータ（サーバー上に位置する）及びネットワークに対するそれらのアクセス権をホスティングすることができる。個々のコントローラーから記録を取られた全てのデータを、データ集線装置を通じてＲＦメッシュネットワークを通じて送信することができ、データ集線装置において、データはＴＣＰ／ＩＰフォーマットに再キャストされ、クラウドサーバーに送信され、クラウドサーバーにおいてデータが完全に格納される。クラウドサーバーは公衆ドメインＬＡＭＰソフトウェア（Ｌｉｎｕｘ登録商標、Ａｐａｃｈｅサーバー、ＭｙＳＱＬデータベース、及びＰＨＰアプリケーション言語）を用いることができる。コンテンツ管理システムは、公衆ドメインＤｒｕｐｌｅソフトウェアに基づくことができる。
図９は、ゾーン温度センサー２２、電子コントローラー１８０１、及びＩ／Ｏ拡張モジュール３０、並びにモジュール３０に類似した追加のＩ／Ｏ拡張モジュール３０Ａ及び１つ又は複数の追加のＩ／Ｏ拡張モジュール３０Ｂの斜視図である。電子コントローラー１８０１の前面に示すように、プッシュボタン選択ボタン２２６を手動で操作して、用途（例えば暖房、空気調節、及び／又は冷凍））を選択することができ、プッシュボタン２２７を用いて動作モード（例えばコミッショニングフェーズ、通常実行、拡張実行、バイパス）を選択することができる。示すように、コントローラー１８０１上のステータスライトも設けることができる。
図１０は、インターネットアクセスのためのエアカード４０３を有する市販の既製のルーター４０２に接続されたコントローラー１８０１の斜視図である。
図１１は、コントローラー１８０１と、データ集線装置４０と、インターネット４２と、クラウドサーバー４４と、システム５０の制御下の１つ又は複数のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット２０とを含むネットワーク制御されたＨＶＡＣ＆Ｒシステム５０を示している。ラップトップコンピューターのようなリモートユーザー入力デバイス２１は、無線又はイーサネット登録商標リンク２３を介してコントローラー１８０１と通信することができる。コントローラー１８０１及びデータ集線装置４０（並びに図９のＩ／Ｏ拡張モジュール３０及び３０Ａ）の前面に示すステータスライトを、表２に挙げる表示に関連付けることができる。
ネットワーク化された構成 オプション
ＤＩ−１：サーモスタット入力信号 ＡＩ−１：ゾーン温度入力信号
ＤＩ−２：電熱器入力信号 ＡＩ−２：送気管温度入力信号（暖房用のみ）
ＤＯ−１：コンプレッサーへのコマンド信号
（冷却用のみ）
ＤＯ−２：バーナー又はボイラーへの信号
（暖房用のみ）
ＤＩ−３：ｋｗ消費を測定するためのワットノー ド入力信号
送気管温度及びバーナーコマンド信号に基づいて Ｇａｓ消費を推定するためのソフトウェア
追加の機器（温水器、追加のコンプレッサー、冷 凍、バーナー、…）を制御及びモニタリングする ためのＣＡＮ拡張モジュール（例えば最大７個）
顧客が現在及び履歴の双方の建物を越えた（cros s building）情報及び建物間（inter building） 情報を見ることを可能にする（クラウドサーバー における）セキュアな顧客ウェブサイト（複数の 場合もあり）
ＴＣＰ／ＩＰを用いてブロードキャストされる需 要応答機能を用いてインターフェースする機能
機器電力消費を直接制御して顧客に需要課金を制 御する能力を与える機能
本発明のコントローラーにおいて実行される自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを含む制御プログラムを用いるためのプロセス１００のフローチャートが図１２に示されている。自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを含む電子コントローラーの設置に続いて、自動構成プログラムはコミッショニングフェーズに入る。このフェーズの間、負荷ユニット上の既存のＯＥＭコントローラーは、幾つかの動作サイクルの間、通常実行することを許可される。理想的には、コミッショニングフェーズ中に２つの信号が感知され記録される。これらの２つの信号は、サーモスタットコマンド及び少なくとも空調空間温度（及び／又は少なくとも１つの他の環境測定要因）である。示すように、例えば空調空間温度センサーがない用途では、温度信号は、ＯＥＭ制御信号タイミング、並びにセットポイント値及びヒステリシス温度値に関する既存のＡＳＨＲＡＥデータから推定することができる。冷凍用途及び暖房用途では、追加のセンサー入力を用いてモデル精度を改善することができる。
より詳細には、既存のサーモスタット及び負荷ユニットを接続する線にコントローラーを設置し、コントローラーユニットを金属薄板内又はそうでない場合には負荷ユニットの近くに搭載し、また、オプションで、制御されることになるゾーン内にリモート温度センサーを（プラグインユニットとして）別個に、例えば上述したように設置した後、技術者又はユーザーは、デバイス上のプッシュボタン又はスイッチを用いてコントローラーユニットをオンにし、コントローラーデバイス上のボタン又はスイッチを押して制御プログラムのコミッショニングフェーズを開始し、負荷ユニット上のＯＥＭデータを複数のサイクルにわたって記録することができる。この方式のようなＯＥＭデータの記録は、図１２のステップ１０１として示される。加熱炉又はコンプレッサー等のための負荷ユニットサイクルは、例えば４分〜８分の「オン」／１分〜５分の「オフ」のサイクル、又は他のサイクルを含むことができる。
コミッショニングフェーズにおいて性能データが記録されると、自動構成プログラムは以下の計算を実行することができる。
段階１：ＯＥＭ制御性能：以下のメトリックが、コミッショニング期間中に収集された性能データから推定される。最大空調空間温度、最小空調空間温度、空調空間温度ヒステリシス不感帯、ＯＥＭコントローラーサイクル時間、及び空間温度セットポイントが推定される（areestimated）。これらのメトリックから、負荷サイクルの「オン」持続時間及び「オフ」持続時間の初期推定値を推定することができ、図１２のステップ１０８として示される。示すように、空調空間温度センサーが存在しないか又は用いられない状況では、例えば、空間温度セットポイント値はＡＳＨＲＡＥ５５又は類似の基準から選択することができ、ヒステリシス不感帯は、ＯＥＭサイクル時間の持続時間及び外気温度に応じて、例えば華氏２度（°Ｆ）若しくは華氏４度又は他の温度範囲で指定することができる。次に、最大空調空間温度値及び最小空調空間温度値を、温度セットポイント値及びヒステリシス値を用いて計算することができる。
段階２：モデリング：動的数学モデルのパラメーターは、図１２のステップ１０２等に示すように、設置された機器の挙動をモデリングするコミッショニング性能データに適応される。電動機器の場合も、燃料を動力源とする機器の場合も、モデルへの入力は、ＯＥＭ環境コントローラー信号であり、モデルの出力は、空調空間温度（又は他の環境要因）及び機器電力消費である。モデル形式は、ニュートンの冷却の法則に基づいて、比例項、及び場合によっては遅延項又は静電容量項を含み、これらは冷却コイル又はボイラーにおける残りの熱エネルギー、及び配管又は導管を通した作動流体の輸送動力学をモデリングするのに用いられる。動的数学モデルを用いて、空調空間の熱質量及び熱抵抗をモデリングする。コントローラー信号及びオプションで機器銘板情報に基づいて電力消費が推定される。
段階３：最適化：段階２において展開されたモデルを用いて、数値探索法を利用して最適な「オン」時間及び「オフ」時間を推定する。この「オン」時間及び「オフ」時間によって、負荷ユニット上のコントローラーによってＯＥＭ信号制御の代わりに適用されることになるＤＲＣコマンド信号が決まる。これは図１２においてステップ１０３として示される。計算される性能インデックスは、３つの項、すなわち（１）エネルギー消費、（２）セットポイントからの空調空間温度変動、及び（３）空調空間温度変動、を含む。各項は正規化され、該項に割り当てられた関連するスカラーペナルティ重み変数を有する。３つのペナルティ重みの比を変えることによって、プログラムは３つの別個の自動動作モード、すなわち最小エネルギー制御、需要応答制御、及び電力制限制御が可能になる。動作モードが選択され（ステップ１０４）、任意の選択された性能インデックス重み付けの適用（ステップ１０５）も性能インデックス評価（ステップ１０３）を行う目的で入力される。
電気のコストは２つの項、すなわち（１）総ｋＷ消費、及び（２）ピークｋＷ需要に基づく。総ｋＷ消費は（理想的には）機器実行時間に比例する。ピークｋＷ需要は、１５分又は３０分の間隔又は窓におけるｋＷ消費の最大平均値である。ピークｋＷ需要値を用いて、電力課金をどのように確立するかを決定する。電気は、ｋＷｈの異なる「減少ブロックレート（declining block rates）」で課金され、該減少ブロックレートのそれぞれがその減少ブロックレートに関連付けられたｋＷｈコストを有する。第１のブロック（最初に埋められるブロック）が最も高く、第２のブロック（次に埋められるブロック）はより安く、以下同様である。一定の総ｋＷ消費を与えられると、電気の総コストはピークｋＷ需要値によって変更することができ、ピークｋＷ需要の値が小さくされるほど、コストは低くなる。石油及びガスのコストは１つの項目、すなわち総消費にのみ基づき、石油及びガスの場合、ピーク需要に対する別個の課金は通常存在しない。以下の時間平均二次性能インデックスを、最小化のための基礎とすることができる。
ここで、Ｔは性能データセットの持続時間（通常、ＯＥＭコントローラーの１つ又は幾つかのサイクル）であり、ｕは規則的に離間された「オン」時間及び「オフ」時間からなるＤＲＣ二値制御信号であり、ｕは信号が「オン」のとき１の値を有し、信号が「オフ」のとき０の値を有し、ｅ１はＤＲＣアルゴリズムとＯＥＭ制御温度セットポイントとの間の推定温度誤差であり、ｅ２はＤＲＣ制御信号によって励起されたときのモデルの推定温度変動であり、ＱはＤＲＣ制御の実行時間に課された重み変数（ペナルティ）であり（これはＤＲＣの累積実行時間、したがってＨＶＡＣ＆Ｒシステムのエネルギー消費を最小にする）、Ｒはセットポイント温度をＯＥＭ設定値に維持する重要度に課された重み変数（ペナルティ）であり（この値はセットポイント温度を達成することを望む場合に与えられるか又は割り当てられる）、Ｓは制御された温度変動の重要度に課された重み変数（ペナルティ）である。Ｓ値を増大するか又はＳ値に重みを割り当てることによって、制御温度における変動が減少し、その結果、より直線の制御温度応答となり、これによって温度変動が最小になる。
ＤＲＣプログラムが最小エネルギーモードで動作するとき、「Ｑ」重み値は、Ｑｕ２が「Ｒ」値よりはるかに大きい大きさを有し、かつ「Ｓ」値より僅かに大きい大きさを有するように選択され、性能インデックスＪは最適な「ｕ」の軌跡を計算することによって最小にされる。これは、ＤＲＣ制御の総実行時間を最小にすることが、セットポイント温度を維持することより重要であるが、セットポイント周辺の温度変動を小さく維持することも重要であることを意味している。この制御方法は、電動の又は化石燃料（ガス及び石油）を動力源とする暖房デバイス及び冷却デバイスに適用することができる。段階２モデルを用いて、性能インデックスにおける誤差項ｅ１及びｅ２を評価するのに必要な温度信号及び電力信号を作成する。ＤＲＣプログラムは、最小エネルギーモードにある間、第１に機器のエネルギー消費を最小にする一方、第２に空調空間温度をＯＥＭコントローラーセットポイントの近くに維持するように動作する。一般に、ＤＲＣ温度セットポイントとＯＥＭコントローラーセットポイントとの間に小さな誤差が存在するが、ＤＲＣの温度変動は通常、ＯＥＭコントローラーのものよりも小さくなる。
ＤＲＣプログラムが電力制限モードで動作するとき、「Ｒ」重み値は、
が「Ｑ」項よりもはるかに大きい大きさを有し、かつ「Ｓ」項よりも僅かに大きい大きさを有するように選択され、性能インデックスＪは、最適な「ｕ」軌跡を計算することによって最小にされる。ＤＲＣは、電力制限モードにある間、性能インデックスに従わなくてはならないが、また、全体ＤＲＣ実行時間をＯＥＭ実行時間の数分の１（通常８０％〜９０％にわたる）に制約される。結果としての効果は、ＤＲＣ制御信号がＯＥＭセットポイントを達成するが、これを、空間が冷却又は加熱されている間、変化の全体空調空間温度時間比（勾配）が低減するように発生させることである。空調空間温度勾配は、単位時間あたりに消費される電力に直接比例するので、この制御方法は、電気需要課金を効果的に制限し、電動機器において最も効果的に用いられる。上述した重み設定を含むこのモードは、需要応答制御に用いることができる。ＤＲＣプログラムは、需要応答モードにある間、第１に、外部ソースから提供され、本発明の有線ネットワーキング又は無線ネットワーキングを介して電子コントローラーに通信される温度セットポイントを維持するように動作する。このモードを用いて、ほとんどのエネルギーサービス会社（ＥＳＣＯ）に不可欠な需要応答機能に対処する。温度調節モードにある間、ＯＥＭコントローラーからの温度セットポイントコマンドは無視される。
自動構成プログラムを用いるＤＲＣプログラムの最適化中、短いサイクル、石油の枯渇、コンデンセート、並びに他の機械及びシステム正常性の問題を含む問題に対処するために、「ｕ」信号の許容可能な「オン」時間の持続時間及び「オフ」時間の持続時間に対して制限（制約）が課される。自動構成プログラムは、ＤＲＣプログラムのための最適な「オン」時間の持続時間及び「オフ」時間の持続時間を自動的に求める、モデルに基づく最適化計算を実行することができる。ＤＲＣプログラムの最適化は、例えば、図１２のステップ１０３、１０６、１０７、１０９、及び１１０を含むループを含むことができる。
制御プログラムは、段階３の完了後、ＤＲＣプログラム１１１の制御下で該制御プログラムの通常実行フェーズに遷移する。通常実行フェーズにおいて、デジタルリサイクルカウンター（ＤＲＣ）プログラムは、自動構成プログラムを用いてコミッショニング中に計算された最適化された「オン」時間値及び「オフ」時間値を用いて機器を制御することができる。この通常実行フェーズにおいて、ＤＲＣプログラムは、最小エネルギー、需要応答、又は電力制限を含む３つのモードのうちの任意のものにおいて実行可能である。例えば、動作モードは、図１３等に示すように、コントローラー上のデフォルト設定、及び／又はコントローラー１８（１８００、１８０１）と通信することができるコントローラー上のユーザー入力デバイス若しくはリモート入力デバイス２１を介してユーザーによって選択されたモードに基づくことができる。入力デバイス２１は例えば、ディスプレイ２１２及び制御パッド２１３を含むユーザーインターフェース２１１を有することができる。例えば、動作モードを選択し、通信リンク２３（例えば、ＲＦ無線、イーサネット登録商標）を介したユーザーインターフェース２１１を介してコントローラー１８（１８００、１８０１）に入力することができる。図１４の図において、入力デバイス２１のディスプレイ２１１上に例示的な構成モード選択メニューが表示され、選択オプション（この点において任意のデフォルト設定（複数の場合もあり）をオーバーライドすることができる）として利用可能な３つの別個の自動動作モードが示されている。この自動動作モードは、（１）最小エネルギー制御、（２）需要応答制御、又は（３）電力制限制御を含む。これらの動作モードのうちの１つを、コントローラー１８（１８００、１８０１）によって実施するために選択することができる。構成モードオプション（１）、（２）、及び（３）のうちの１つの選択は、タッチスクリーンインターフェースを介して直接行うこともできるし、コンピュータータッチパッドによって指示される等のカーソルの矢印若しくはマウスカーソルの矢印によって、又はコンピューターキーボードを介したキーストローク、若しくは音声認識コマンド制御等によって視覚的に導かれるものとして行うこともできる。例えば、強調表示等によって、オプション間での暫定的な選択を示すことができる。オプション選択は、例えば、タッチスクリーンボタンストローク、マウスクリックを介して、誘導されたキーボードキーストローク、音声コマンド等を介して確定することができる。構成モード選択がユーザーによって入力されない場合、デフォルト選択をプログラムにエンコードすることができ、これが有効になる。構成モードの選択後、ユーザー入力によって、又はデフォルトで、重み付け変数Ｑ、Ｒ、及びＳを自動的に割り当てて、Ｊを求めるのに用いられた性能インデックス式において以前に選択された構成モードに基づいてエネルギー消費、温度調節、及び電力制限に重きをおくこともできるし、技術者又はユーザーがこれらの値を調整するのを可能にするための追加の表示（図示せず）を入力デバイス２１上に表示することもできる。
電子コントローラーデバイスは、時間期間にわたってデジタルリサイクルカウンターを更に調整することが可能なオーバーライドモードを含むことができる。電子コントローラーデバイスは、オーバーライドモードが、温度若しくは湿度又は双方に影響する一時的要因に応答するように動作可能とすることができる。
これらの方式において、例えば、示された自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを有する電子コントローラーは、サーモスタットの制御信号を、自動化された方式であらかじめ構成された、変調された二値制御信号と置き換えるように動作可能である。数ある利益及び利点の中でも、既存のＨＶＡＣ＆Ｒシステムは、例えば、本コントローラー並びに本明細書で示すような他の関連するセンサー及び付属装置を実現して、エネルギー消費を改善し、暖房、冷却、及び冷凍機器のエネルギーコストを低減し、快適性情報及びエネルギー情報をモニタリング及び／若しくは記録し（データ収集）、かつ／又は制御情報及び／若しくはデータ捕捉情報をインターネット及び無線ネットワーキングを通じて双方向に通信することができる。コントローラーを用いるシステムは、インターネット接続性を通じて、例えば、需要応答制御を、例えば０％（機器オフ−レベル１）から中間サイクル範囲（レベル２及び３）にわたる削減サイクル範囲にわたってサポートするとともに、データ収集機能を用いたエネルギー節減の妥当性確認、及び電力制限をサポートすることを可能とすることができる。
例えば、本発明のコントローラーのユーザーがユーティリティエネルギー効率プログラムに参加している場合、ネットワーク化されたシステムは、エネルギー消費及び／又はエネルギー削減に関するデータ捕捉及び記録も提供することができる。これらはエネルギーサービス会社（ＥＳＣＯ）又は電力ユーティリティ提供者が受入れ可能なものとすることができる。電力制限機能は、機器がセットポイント電力値（電力消費用のみ）より多くを引き込むように動作することが決してないことを保証することもできる。この機能によって、消費者に、電気需要課金を制御する効果的な方法を与えることができる。また、システムは、オプションのインターネット接続性を通じて、インターネットＩＰプロトコル、及びインターネットを自身の通信トランスポートメカニズムとして用いるＳｍａｒｔＧｒｉｄ機能をサポートする、建物のエネルギー管理システム（ＥＭＳ）とインターフェースすることを可能にすることができる。
本発明は、本発明の例示のみを意図するものである以下の実施例によって更に明らかにされる。別段の指示がない限り、本明細書において用いられる全ての量、パーセンテージ、比等は重量単位である。
実施例１
この実施例は、アルゴリズムを冷却用途の最小エネルギーモードで動作させている間の空調空間の温度挙動を示している。図１５、図１６、及び図１７に示す３つのプロットにおいて、図１５は、ＯＥＭ制御（「ＯＥＭ制御コマンド」）の挙動及びその挙動に対応する空調空間温度（上）を示している。空調空間温度は、高不感帯値（６８°Ｆ）と低不感帯値（６６°Ｆ）との間で変動する。ＯＥＭ温度セットポイント値は不感帯間の中間であり、Ｔ＊として表される。ＯＥＭサーモスタットの制御目的は、空調空間温度を、変動が高不感帯値及び低不感帯値を越えないようにＴ＊に維持することである。
この実施例は、アルゴリズムを冷却用途の最小エネルギーモードで動作させている間の空調空間の温度挙動を示している。図１５、図１６、及び図１７に示す３つのプロットにおいて、図１５は、ＯＥＭ制御（「ＯＥＭ制御コマンド」）の挙動及びその挙動に対応する空調空間温度（上）を示している。空調空間温度は、高不感帯値（６８°Ｆ）と低不感帯値（６６°Ｆ）との間で変動する。ＯＥＭ温度セットポイント値は不感帯間の中間であり、Ｔ＊として表される。ＯＥＭサーモスタットの制御目的は、空調空間温度を、変動が高不感帯値及び低不感帯値を越えないようにＴ＊に維持することである。
図１６及び図１７のプロットは、重みパラメーターの２つの異なる設定の場合の２つのＤＲＣ制御信号及び該ＤＲＣ制御信号に関連する空調空間温度を示している。図１６のプロットでは、性能インデックス（「Ｊ」）を計算するために示される式のパラメーターはＱ＝１０、Ｒ＝１、及びＳ＝１に設定される。この重み付けは、実行時間を低減することに大きなペナルティを課し、ＤＲＣ温度セットポイントをＯＥＭ値に維持すること、及び温度信号の変動を小さく維持することに幾分大きなペナルティを課す。図１６の温度プロットに示すように、温度は温度不感帯の低値（６６°Ｆ）に決して達せず、高不感帯値（６８°Ｆ）とＯＥＭセットポイント値（Ｔ＊）との間で変動する。温度プロファイルの全体期間はＯＥＭ値（ｔ２）から変更されないが、実行時間は１６時間単位から１５．５時間単位に低減される。
図１７のプロットにおいて、性能インデックス式のパラメーターが、Ｑ＝１０、Ｒ＝０．１、及びＳ＝１に設定される。図１７の温度プロットに示すように、温度はＯＥＭ温度セットポイントに達せず、ＯＥＭ温度範囲の上位３０％にとどまる。温度プロファイルの全体期間ＯＥＭ値（ｔ２）から変更されないが、実行時間は１６時間単位から８時間単位に低減される。
実施例２
この実施例は、アルゴリズムを冷却用途の電力制限モードで動作させている間の空調空間の温度挙動を示している。図１８及び図１９に示す２つのプロットにおいて、図１８は、ＯＥＭ制御（「ＯＥＭ制御コマンド」）の挙動及びその対応する空調空間温度（上）を示している。空調空間温度は、高不感帯値（Ｔ−ｈｉ）と低不感帯値（Ｔ−ｌｏ）との間で変動する。ＯＥＭ温度セットポイント値は不感帯間の中間であり、Ｔ＊として表される。ＯＥＭサーモスタットの制御目的は、ｔ１以下の時間単位の時間間隔（time intervals of t1 time units or less）（これは例示であり、ＯＥＭコントローラーの「オン」時間として選ばれる）中の実行時間を制限するか又は最小にすることである。この時間値は、電気需要課金の計算に用いられる時間窓（通常１５分又は３０分）に対応することができる。第２の目的は、ＤＲＣアルゴリズムがＯＥＭコントローラーと同じ温度セットポイントを維持することである。
この実施例は、アルゴリズムを冷却用途の電力制限モードで動作させている間の空調空間の温度挙動を示している。図１８及び図１９に示す２つのプロットにおいて、図１８は、ＯＥＭ制御（「ＯＥＭ制御コマンド」）の挙動及びその対応する空調空間温度（上）を示している。空調空間温度は、高不感帯値（Ｔ−ｈｉ）と低不感帯値（Ｔ−ｌｏ）との間で変動する。ＯＥＭ温度セットポイント値は不感帯間の中間であり、Ｔ＊として表される。ＯＥＭサーモスタットの制御目的は、ｔ１以下の時間単位の時間間隔（time intervals of t1 time units or less）（これは例示であり、ＯＥＭコントローラーの「オン」時間として選ばれる）中の実行時間を制限するか又は最小にすることである。この時間値は、電気需要課金の計算に用いられる時間窓（通常１５分又は３０分）に対応することができる。第２の目的は、ＤＲＣアルゴリズムがＯＥＭコントローラーと同じ温度セットポイントを維持することである。
図１９のプロットでは、統合された二次性能インデックス式の重みパラメーターがＱ＝１、Ｒ＝１０、及びＳ＝１に設定される。８０％実行時間制約もＤＲＣ制御信号に適用される（時間期間＝ｔ１におけるＤＲＣ実行時間がＯＥＭ実行時間の８０％となることを目標とする）。図１９の温度プロットに示すように、温度は平均でＯＥＭ温度セットポイントを維持するが、空調空間が冷却されている間、全体的な温度時間変化比は、ＯＥＭの温度時間変化比よりも小さい。ｔ１時間単位の間、ＯＥＭコントローラー実行時間は８単位であり、ＤＲＣ実行時間は６．２時間単位であり、所望の約２０％の低減となる。関連する効果は、ＤＲＣコントローラーの期間が長くなることであり、ＯＥＭコントローラーの期間より大きくなる（ＯＥＭ期間＝ｔ２、ＤＲＣ期間＝ｔ１１−ｔ３）。
実施例に示すように、モデルに基づく最適化計算を実行する自動構成モードを有する制御プログラムを含むコントローラーは、ＤＲＣプログラムの最適な「オン」時間の持続時間及び「オフ」時間の持続時間を自動的に求めることができる。
出願人は、引用した全ての参照文献の全内容を本開示に具体的に援用する。さらに、量、濃度又は他の値若しくはパラメータが、範囲、好ましい範囲、又は上位の好ましい値と下位の好ましい値との一覧として与えられる場合、任意の上限値又は上位の好ましい値と任意の下限値又は下位の好ましい値との任意の組からなる全ての範囲を、この範囲が別個に開示されているか否かにかかわらず、具体的に開示しているものとして理解すべきである。数値範囲が本明細書中に列挙される場合、特に指定のない限り、この範囲はその端点並びにその範囲内の全ての整数及び分数を含むことが意図される。範囲を規定する場合、本発明の範囲が列挙される特定の値に限定されることは意図されない。
本発明の他の実施形態は、本明細書を検討すること、及び本明細書中に開示されている本発明を実施することにより当業者に明らかである。本明細書及び実施例が単に例示的なものであると見なされ、本発明の真の範囲及び精神は添付の特許請求の範囲及びその均等物によって示されることが意図される。
１：ＨＶＡＣ＆Ｒシステム
１０：電力線（power line）
１０：電源線（power supply line）
１０：１２０ＶＡＣ給電建物幹線
１００：コントローラーにおいて実行される自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを含む制御プログラムを用いるためのプロセス
１０１：ステップ
１０２：ステップ
１０３：ステップ
１０４：ステップ
１０５：ステップ
１０６、１０７、１０８、１０９、及び１１０：ステップ
１１１：ＤＲＣプログラム
１２：ユーティリティメーター
１３：線
１４：サーモスタット
１５：制御信号線
１８：電子コントローラー
１８：コントローラーモジュール
１８（１８００、１８０１）：コントローラー
１８００：電子コントローラー
１８０１：ＨＶＡＣ＆Ｒコントローラー
１８０１：コントローラー
１８０１：電子コントローラー
１８１：電源
１８２：Ｘ１０フィルター
１８３：マイクロコントローラー
１８３０：デジタルリサイクルカウンター
１８３１：マイクロコントローラー
１８３２：マイクロプロセッサ
１８３３：コンピューター可読ストレージ媒体
１８３４：クロック
１８３５：メモリ
１８３６：自動構成プログラム
１８３７：デジタルリサイクルカウンタープログラム
１８３７：ＤＲＣ機能を実行するための関連プログラム
１８３８：統合制御プログラム
１８４：温度センサー
１８５：ディスプレイモジュール
１８５：ユーザー入力スイッチ／ディスプレイ
１８６：信号調節及びスイッチ
１８６：スイッチモジュール
１８６：スイッチ
１８７：無線送受信機
１８７１：無線ＲＦ送受信機
１８８：拡張メモリ
１８９：拡張入出力インターフェース
１９：オンボードユーザーインターフェース制御部
２：ゾーン
２０：ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット
２１：リモートユーザー入力デバイス
２１１：ユーザーインターフェース
２１２：ディスプレイ
２１３：制御パッド
２２：リモート温度センサー
２２：ゾーン温度センサー
２２Ａ：複数のリモート温度センサー
２２Ｂ：リモート湿度センサー
２２Ｃ：サーモスタットセンサー
２２１：電源
２２２：Ｘ１０フィルター
２２３：マイクロコントローラー
２２４：温度センサー
２２６：プッシュボタン選択ボタン
２２７：プッシュボタン
２３：無線又はイーサネット登録商標リンク
２３：通信リンク
２４：線
２６：負荷制御スイッチ
３０：入出力（Ｉ／Ｏ）拡張モジュール
３０Ａ：追加のＩ／Ｏ拡張モジュール
３０、３０Ａ、及び３０Ｂ：拡張Ｉ／Ｏボード
３０１：通信及び電力モジュール
３０２：マイクロコントローラー
３０４：信号調節モジュール
４０、４０Ａ、４０Ｂ：ウェブ対応データ集線装置
４０、４０Ａ、及び４０Ｂ：ゲートウェイ
４０１：ネットワークコントローラーを備える高階層ベースボード
４０２：ルーターモジュール
４０２：ルーター
４０３：エアカード
４２：インターネット
４４：クラウドサーバー
５：ＨＶＡＣ＆Ｒ制御システム
５０：システム
５０：ネットワーク制御されたＨＶＡＣ＆Ｒシステム
１０：電力線（power line）
１０：電源線（power supply line）
１０：１２０ＶＡＣ給電建物幹線
１００：コントローラーにおいて実行される自動構成プログラム及びデジタルリサイクルカウンタープログラムを含む制御プログラムを用いるためのプロセス
１０１：ステップ
１０２：ステップ
１０３：ステップ
１０４：ステップ
１０５：ステップ
１０６、１０７、１０８、１０９、及び１１０：ステップ
１１１：ＤＲＣプログラム
１２：ユーティリティメーター
１３：線
１４：サーモスタット
１５：制御信号線
１８：電子コントローラー
１８：コントローラーモジュール
１８（１８００、１８０１）：コントローラー
１８００：電子コントローラー
１８０１：ＨＶＡＣ＆Ｒコントローラー
１８０１：コントローラー
１８０１：電子コントローラー
１８１：電源
１８２：Ｘ１０フィルター
１８３：マイクロコントローラー
１８３０：デジタルリサイクルカウンター
１８３１：マイクロコントローラー
１８３２：マイクロプロセッサ
１８３３：コンピューター可読ストレージ媒体
１８３４：クロック
１８３５：メモリ
１８３６：自動構成プログラム
１８３７：デジタルリサイクルカウンタープログラム
１８３７：ＤＲＣ機能を実行するための関連プログラム
１８３８：統合制御プログラム
１８４：温度センサー
１８５：ディスプレイモジュール
１８５：ユーザー入力スイッチ／ディスプレイ
１８６：信号調節及びスイッチ
１８６：スイッチモジュール
１８６：スイッチ
１８７：無線送受信機
１８７１：無線ＲＦ送受信機
１８８：拡張メモリ
１８９：拡張入出力インターフェース
１９：オンボードユーザーインターフェース制御部
２：ゾーン
２０：ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット
２１：リモートユーザー入力デバイス
２１１：ユーザーインターフェース
２１２：ディスプレイ
２１３：制御パッド
２２：リモート温度センサー
２２：ゾーン温度センサー
２２Ａ：複数のリモート温度センサー
２２Ｂ：リモート湿度センサー
２２Ｃ：サーモスタットセンサー
２２１：電源
２２２：Ｘ１０フィルター
２２３：マイクロコントローラー
２２４：温度センサー
２２６：プッシュボタン選択ボタン
２２７：プッシュボタン
２３：無線又はイーサネット登録商標リンク
２３：通信リンク
２４：線
２６：負荷制御スイッチ
３０：入出力（Ｉ／Ｏ）拡張モジュール
３０Ａ：追加のＩ／Ｏ拡張モジュール
３０、３０Ａ、及び３０Ｂ：拡張Ｉ／Ｏボード
３０１：通信及び電力モジュール
３０２：マイクロコントローラー
３０４：信号調節モジュール
４０、４０Ａ、４０Ｂ：ウェブ対応データ集線装置
４０、４０Ａ、及び４０Ｂ：ゲートウェイ
４０１：ネットワークコントローラーを備える高階層ベースボード
４０２：ルーターモジュール
４０２：ルーター
４０３：エアカード
４２：インターネット
４４：クラウドサーバー
５：ＨＶＡＣ＆Ｒ制御システム
５０：システム
５０：ネットワーク制御されたＨＶＡＣ＆Ｒシステム
Claims (10)
- 暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のための電子コントローラーデバイスであって、
冷却、冷凍、又は暖房のためのサーモスタットコマンドを傍受し、前記サーモスタットコマンドを、「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能なデジタルリサイクルカウンターと、
性能検証段階を通じて前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含むコンピューター可読ストレージ媒体であって、前記プログラムは、前記調整済性能の確定に基づいて前記デジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、
を備え、並びに、該性能検証段階は、複数の動作サイクルにわたって前記ＨＶＡＣ＆ＲシステムのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット上のサーモスタットコマンド信号を記録することを含むことを特徴とする、
暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のための電子コントローラーデバイス。
- 前記電子コントローラーデバイスは、前記デジタルリサイクルカウンターを更に調整することが可能なオーバーライドモードを更に含む、請求項１に記載の電子コントローラーデバイス。
- 前記電子コントローラーデバイスは、前記オーバーライドモードが、温度若しくは湿度又は双方の要因に応答するように動作可能である、請求項２に記載の電子コントローラーデバイス。
- 前記電子コントローラーデバイスは、前記自動構成モードが、該ベースライン性能からのデータ又は構成データを処理して、最大空調空間温度、最小空調空間温度、空調空間温度ヒステリシス不感帯、コントローラーサイクル時間、及び空間温度セットポイントに関する推定値を提供し、前記データに基づいて動的数学モデルを作成し、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて入力された性能要件から調整済みの動的数学モデルを確定し、前記調整済みの動的数学モデルに基づいて前記デジタルリサイクルカウンターを調整するように動作可能である、請求項１に記載の電子コントローラーデバイス。
- 暖房ユニット、換気ユニット、空気調節ユニット、又は冷凍ユニットと、請求項１に記載の前記電子コントローラーデバイスとを備える暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムであって、前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのサーモスタット制御信号を、前記電子コントローラーデバイスからの前記変調された二値制御信号と置き換える、暖房ユニット、換気ユニット、空気調節ユニット、又は冷凍ユニットと、請求項１に記載の前記電子コントローラーデバイスとを備える暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム。
- 暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のためのシステムであって、
電源線に動作可能に接続されたサーモスタット、電子コントローラーデバイス、及び少なくとも１つのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを備え、
該電子コントローラーは、（ａ）該少なくとも負荷ユニットのためのサーモスタットコマンドを傍受し、前記サーモスタットコマンドを「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能なデジタルリサイクルカウンターと、（ｂ）性能検証段階を通じて前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含むコンピューター可読ストレージ媒体であって、前記プログラムは、前記調整済性能の確定に基づいて前記デジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、を備え、並びに、該性能検証段階は、複数の動作サイクルにわたって前記ＨＶＡＣ＆ＲシステムのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット上のサーモスタットコマンド信号を記録することを含むことを特徴とする、
暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のためのシステム。
- 暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のためのシステムであって、
電源線に動作可能に接続されたサーモスタット、電子コントローラーデバイス、少なくとも１つのリモート温度センサー、及び少なくとも１つのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを備え、
該少なくとも１つのリモート温度センサーは、ゾーン内の温度が調節された温度又は湿度にあることを感知し、該感知に関する信号を、該電源線を介して該電子コントローラーに送信するように動作可能であり、
該電子コントローラーは、（ａ）該少なくとも負荷ユニットのためのサーモスタットコマンドを傍受し、前記サーモスタットコマンドを「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えることが可能なデジタルリサイクルカウンターと、（ｂ）性能検証段階を通じて前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのベースライン性能を確定することが可能であり、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定することが可能な自動構成モードを含むプログラムを含むコンピューター可読ストレージ媒体であって、前記プログラムは、前記調整済性能の確定に基づいて前記デジタルリサイクルカウンターを「オン」状態及び「オフ」状態に調整することが可能である、コンピューター可読ストレージ媒体と、並びに、該性能検証段階は、複数の動作サイクルにわたって前記ＨＶＡＣ＆ＲシステムのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット上のサーモスタットコマンド信号を記録することを含むことを特徴とする、を備える、
暖房、換気、空気調節、又は冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの自動制御のためのシステム。
- 電子コントローラーは、無線イーサネットネットワークと通信するように動作可能な無線送受信機と、無線ＲＦネットワークと通信するように動作可能な無線ＲＦ送受信機と、少なくとも１つのＩ／Ｏ拡張モジュールと通信するための拡張Ｉ／Ｏインターフェースとを更に備え、該システムは、該電子コントローラーと通信するように動作可能な少なくとも１つのデータ集線装置を更に備え、前記データ集線装置は、インターネット及びクラウドサーバーとリンクするためのルーター及びエアカード又は建物ＬＡＮを備え、該システムは、多重負荷ユニット制御及びエネルギー消費管理及び記録保持のために動作可能である、請求項７に記載のシステム。
- 負荷需要及び電動式のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットの動作を自動的に制御及び管理する方法であって、
負荷デバイスのためのサーモスタットと、該負荷デバイスのための機器負荷制御スイッチとの間の制御信号線においてコントローラーを電気的に接続するステップであって、該コントローラーは、コンピューター可読ストレージ媒体と、デジタルリサイクルカウンターとを備える、接続するステップと、
複数の動作サイクルにわたって該負荷デバイスを動作させている間に、該コンピューター可読ストレージ媒体から取得した、自動構成モードを含むコミッショニングプログラムを実行することを含む性能検証段階を該コントローラーを用いて実施するステップであって、該コミッショニングプログラムは、該負荷デバイスの動作の性能検証段階を通じて該ＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットのベースライン性能を確定し、該負荷デバイスについて、エネルギー消費、温度調節、湿度調節、若しくは電力制限、又はそれらの任意の組合せに基づいて調整済性能を確定する、実施するステップと、
該コントローラーにおいて冷却、冷凍、又は暖房のための少なくとも１つのサーモスタットコマンドを傍受し、前記デジタルリサイクルカウンターが、前記調整済性能の確定に基づいて、デジタルリサイクルカウンタープログラムを用いて前記デジタルリサイクルカウンターの「オン」状態及び「オフ」状態を調整するために、前記サーモスタットコマンドを、「オン」状態又は「オフ」状態で動作する変調された二値信号と取り替えるステップと、
を含み、並びに、該性能検証段階は、複数の動作サイクルにわたって前記ＨＶＡＣ＆ＲシステムのＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニット上のサーモスタットコマンド信号を記録することを含むことを特徴とする、
負荷需要及び電動式のＨＶＡＣ＆Ｒ負荷ユニットを自動的に制御及び管理する方法。
- 空気調節システムの単一容量コンプレッサー又は多重容量コンプレッサーに該プログラムを適用することであって、該コンプレッサーはサーモスタット又は建物のエネルギー管理システムから冷却コマンドを受信し、空調空間を冷却するのに用いられる供給空気を生成するように動作可能であり、該適用されるプログラムは、空調空間温度をＯＥＭコントローラーセットポイント付近に維持しながら、電気エネルギー使用量を最小にする、適用することを含む、請求項９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (5)
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| US61/262,281 | 2009-11-18 | ||
| US79411610A | 2010-06-04 | 2010-06-04 | |
| US12/794,116 | 2010-06-04 | ||
| PCT/US2010/056948 WO2011062942A1 (en) | 2009-11-18 | 2010-11-17 | Controller for automatic control and optimization of duty cycled hvac&r equipment, and systems and methods using same |
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