KR20120112463A - 듀티 사이클링된 ｈｖａｃ＆ｒ 장비의 자동 제어 및 최적화를 위한 컨트롤러 및 이를 사용하는 시스템들 및 방법들 - Google Patents

Abstract

난방, 환기, 공조 또는 냉동(HVAC&R; heating, ventilating, air conditioning or refrigeration) 시스템의 자동 제어를 위한 전자 컨트롤러 디바이스로서, 냉각, 냉동 또는 가열을 위한 서모스탯 명령을 인터셉트할 수 있으며, "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 상기 서모스탯 명령을 대체할 수 있는 디지털 리사이클 카운터; 및 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - 상기 프로그램은 커미셔닝 단계(commissioning phase)를 통해 상기 HVAC&R 시스템의 기준 라인 성능을 결정할 수 있으며, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 파워 제한 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여, 조절된 성능을 결정할 수 있는 자동 구성 모드를 포함하고, 상기 조절된 성능 결정에 기초하여 상기 디지털 리사이클 카운터의 "온" 및 "오프" 상태들을 조절할 수 있음 - 를 포함하는 전자 컨트롤러 디바이스.

Description

듀티 사이클링된 ＨＶＡＣ＆Ｒ 장비의 자동 제어 및 최적화를 위한 컨트롤러 및 이를 사용하는 시스템들 및 방법들{CONTROLLER FOR AUTOMATIC CONTROL AND OPTIMIZATION OF DUTY CYCLED HVAC＆R EQUIPMENT, AND SYSTEMS AND METHODS USING SAME}

본원은 2009년 11월 18일자로 출원된 선행 미국 특허 가출원 제61/262,281호 및 2010년 6월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/794,116호의 이익을 주장하며, 이들 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명은 전기적으로 급전되는 제어 시스템들을 통해 제어되는 가스, 오일 및 프로판 연소 난방 장비를 포함하는 듀티 사이클링된 전기 에너지 소비 장비를 자동으로 제어하고 최적화하기 위한 전자 컨트롤러에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전자 컨트롤러를 포함하는 난방, 환기, 공조 및 냉방 장비 시스템들 및 그러한 시스템들에서 컨트롤러를 사용하는 방법들에 관한 것이다.

난방, 환기, 공조 및/또는 냉방("HVACR" 또는 "HVAC&R") 제어 시스템들은 2개의 주요 기능, 즉, 온도 조절 및 제습 기능을 수행하도록 설계되어 왔다. 탄소 발자국 및 녹색 기술들에 대한 증가된 관심 집중은 더 효율적인 냉각제, 가변 속도 압축기 및 팬, 사이클 개선 및 더 효율적인 버너를 포함하는 다양한 에너지 관련 개선들을 이끌어 왔다. 이러한 개선들은 대부분의 새로운 HVAC&R 장비에서 발견될 수 있지만, 여전히 가동 중이나 종종 그러한 에너지 관련 개선들을 개장(retrofit) 개선들로서 이용하지 못하는 낡은 기존 장비의 큰 설치 기초가 존재하고 있다.

에너지 사용을 다루는 일반적인 개장 기술들은 설정 포인트 단축, 온도 예측, 장비 스테이징, 가변 속도 팬, 버너 및 압축기, 및 타이머 계열을 대신하는 폐루프 부하 감지와 같은 방법들을 포함한다. 이러한 방법들을 이용하여 기존의 설비들을 개장하는 것은 종종 어려운데, 그 이유는 이러한 방법들이 HVAC&R 장비, 구성 및 설치 상세들에 크게 의존하기 때문이다. 전통적인 에너지 절감 방법을 기존의 HVAC&R 시스템에 추가하는 것은 비용이 많이 들고 시간 소모적일 수 있다.

미국 특허 제5,687,139호 및 제5,426,620호는 디지털 리사이클 카운터를 전기 부하의 제어 라인과 결합하는, 표준 공조 유닛 상의 컨트롤 신호 라인과 같은 전기 장비의 개별 유닛들의 컨트롤 신호 라인 내의 특별히 제어되는 스위치와 부분적으로 관련된다. 제어 장치의 디지털 리사이클 카운터는 광범위한 전기 급전 장비에 대한 수요 제어를 제공하기 위해 프리설정들과 함께 사용된다.

본 발명자들은, 제어될 주어진 현장 부하 유닛 또는 유닛들에 더 적응할 수 있고, OEM 사양, 프리설정 및/또는 설치자 판단에 덜 의존하는 최적화된 듀티 사이클링을 이용하여 제어되는 HVAC&R 시스템들에 대한 개장 가능한 수요 제어 및 관리 기술을 제공하는 것이 바람직할 것이라는 것을 인식하였다.

본 발명의 일 특징은 최적화된 듀티 사이클링을 이용하여 제어되는 난방, 환기, 공조 및/또는 냉방(HVAC&R) 시스템을 위한 전자 컨트롤러 디바이스를 제공하는 것이며, 이 전자 컨트롤러 디바이스는 HVAC&R 시스템 내의 부하 장치 또는 장치들에 대한 최적의 "온" 및 "오프" 사이클 지속 기간들의 구성 및 제어를 자동화할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 최적화된 듀티 사이클링을 이용하여 제어되는 HVAC&R 시스템을 전자 컨트롤러 디바이스를 이용하여 개장하는 것이며, 이 전자 컨트롤러 디바이스는 HVAC&R 시스템 내의 부하 장치 또는 장치들에 대한 최적의 "온" 및 "오프" 사이클 지속 기간들의 실행을 자동으로 구성하고 제어할 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징은 최적화된 듀티 사이클링을 이용하여 제어되는 난방, 환기, 공조 및/또는 냉방(HVAC&R) 시스템을 위한 전자 컨트롤러 디바이스를 사용하는 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 HVAC&R 시스템 내의 부하 장치 또는 장치들에 대한 최적의 "온" 및 "오프" 사이클 지속 기간들의 실행을 자동으로 계산하고 제어할 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징들 및 이점들은 일부는 아래의 설명에서 설명되고, 일부는 설명으로부터 명백할 것이거나, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 수 있다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 설명 및 첨부된 청구항들에서 구체적으로 지시되는 요소들 및 조합들을 통해 실현되고 달성될 것이다.

이들 및 다른 이점들을 달성하기 위하여 그리고 본 발명의 목적들에 따르면, 본 명세서에서 구현되고 광범위하게 설명되는 바와 같이, 본 발명은 난방, 환기, 공조 또는 냉방(HVAC&R) 시스템의 자동 제어를 위한 전자 컨트롤러 디바이스로서, 냉각, 냉방 또는 난방을 위한 서모스탯 명령을 인터셉트하고 서모스탯 명령을 "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 대체할 수 있는 디지털 리사이클 카운터, 및 커미셔닝 단계를 통해 HVAC&R 시스템의 기준 라인 성능을 결정할 수 있고, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절 또는 파워 제한 또는 이들의 임의 조합에 기초하여, 조정된 성능을 결정할 수 있는 자동 구성 모드를 포함하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하고, 이 프로그램은 조정된 성능 결정에 기초하여 디지털 리사이클 카운터 "온" 및 "오프" 상태들을 조정할 수 있는 전자 컨트롤러 디바이스와 관련된다.

본 발명은 전술한 전자 컨트롤러 디바이스, 서모스탯, 및 파워 서플라이 라인에 동작 가능하게 접속된 적어도 하나의 HVAC&R 부하 유닛을 포함하는 난방, 환기, 공조 또는 냉방(HVAC&R) 시스템과도 관련된다. 전자 컨트롤러는 적어도 부하 유닛에 대한 서모스탯 명령을 인터셉트하고 서모스탯 명령을 "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 대체할 수 있는 전술한 디지털 리사이클 카운터, 및 커미셔닝 단계를 통해 HVAC&R 시스템의 기준 라인 성능을 결정할 수 있고, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절 또는 파워 제한 또는 이들의 임의 조합에 기초하여, 조정된 성능을 결정할 수 있는 자동 구성 모드를 포함하는 프로그램을 포함하는 전술한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하고, 이 프로그램은 또한 조정된 성능 결정에 기초하여 디지털 리사이클 카운터 "온" 및 "오프" 상태들을 조정할 수 있다. 이 시스템은 온도 또는 습도가 조절될 구역에서 온도 및/또는 습도 조건을 감지하도록 동작 가능한 적어도 하나의 원격 온도 및/또는 습도 센서를 더 포함할 수 있고, 전자 컨트롤러 디바이스는 그로부터 신호를 획득하도록 동작할 수 있다. 대안으로서, 원격 센서가 전혀 사용될 필요가 없으며, 이 경우에 온도 신호는 OEM 컨트롤 신호 타이밍, 및 설정 포인트 및 히스테리시스 온도 값들에 대한 기존 ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) 데이터로부터 추정될 수 있다.

본 발명은 조절될 구역에 배치된 적어도 하나의 원격 온도 및/또는 습도 센서와 옵션으로서 협력하는 전술한 프로그램 및 디지털 리사이클 카운터를 구비하는 전자 컨트롤러 디바이스를 포함하는 HVAC&R 시스템과도 관련되며, 원격 센서는 구역의 온도 및/또는 습도 조건에 관한 데이터 신호들을 컨트롤러로 전송할 수 있고, 컨트롤러는 구역 내의 조건 제어를 위해 사용되는 HVAC&R 시스템 내의 부하 장치 또는 장치들에 대한 최적의 "온" 및 "오프" 사이클 지속 기간들의 실행을 자동으로 계산하고 제어할 수 있으며, 컨트롤러 디바이스는 HVAC&R 시스템의 서모스탯 컨트롤 신호를 컨트롤러로부터의 변조된 바이너리 컨트롤 신호로 대체할 수 있다. 원격 온도 및/또는 습도 센서는 HVAC&R 시스템 내에 존재하는 서모스탯 센서와 별개인 적어도 하나의 센서일 수 있다. 대안으로서, 기존 서모스탯의 센서의 온도 감지 능력이 컨트롤러에 대한 원격 온도 센서로서 사용될 수 있다.

본 발명은 전기에 의해 급전되는 HVAC&R 부하 유닛의 부하 수요 및 동작을 자동으로 제어하고 관리하기 위한 방법과도 관련되며, 이 방법은 부하 장치에 대한 서모스탯과 부하 장치에 대한 장비 부하 제어 스위치 사이의 컨트롤 신호 라인 내에 컨트롤러를 전기적으로 접속하는 단계를 포함하며, 컨트롤러는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 및 디지털 리사이클 카운터를 포함한다. 이어서, 컨트롤러에 의해 커미셔닝 단계가 수행되며, 커미셔닝 단계는 복수의 동작 사이클 동안 부하 장치를 동작시키면서 자동 구성 모드를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로부터 획득된 커미셔닝 프로그램을 실행하는 단계를 포함하고, 커미셔닝 프로그램은 부하 장치의 동작의 커미셔닝 단계를 통해 HVAC&R 부하 유닛의 기준 라인 성능을 결정하고, 부하 장치에 대한 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절 또는 파워 제한 또는 이들의 임의 조합에 기초하여 조정된 성능을 결정한다. 이어서, 컨트롤러에서의 냉각, 냉방 또는 난방에 대한 서모스탯 명령이 인터셉트될 수 있고, 디지털 리사이클 카운터는 조정된 성능 결정에 기초하여 디지털 리사이클 카운터 프로그램을 이용하여 디지털 리사이클 카운터의 "온" 및 "오프" 상태들을 조정하기 위해 "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 서모스탯 명령을 대체할 수 있다.

위의 일반적인 설명 및 아래의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적일 뿐이며, 청구되는 바와 같은 본 발명의 추가적인 설명을 제공하는 것을 의도한다는 것을 이해해야 한다.

본원에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들의 일부를 도시하며, 설명과 더불어 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.

도 1은 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러 및 서모스탯 센서와 분리된 원격 센서를 포함하는 HVAC&R 시스템의 블록/개략도이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른, 서모스탯과 분리된 원격 센서를 갖지 않고 전자 컨트롤러를 포함하는 HVAC&R 시스템의 블록/개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 전자 컨트롤러 및 옵션인 원격 온도 센서를 포함하는 HVAC&R 시스템의 일부의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른, 도 3의 전자 컨트롤러의 마이크로컨트롤러의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러 및 옵션인 원격 온도 센서를 포함하는 도 3의 HVAC&R 시스템의 일부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러, 옵션인 원격 온도 센서 및 확장 I/O 보드(들)를 포함하는 HVAC&R 시스템의 일부의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러, 옵션인 원격 온도 센서 및 확장 I/O 보드(들)를 포함하는 도 6의 HVAC&R 시스템의 일부의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러, 옵션인 원격 온도 센서, 확장 I/O 보드(들) 및 웹-인에이블드 데이터 집중기(들)를 포함하는 HVAC&R 시스템의 일부의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러, 옵션인 원격 온도 센서 및 확장 I/O 보드(들)를 포함하는 도 8의 HVAC&R 시스템의 일부의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일례에 따른, 라우터 및 에어카드 모뎀을 포함하는 데이터 집중기를 포함하는 도 8의 HVAC&R 시스템의 일부의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러, 원격 사용자 입력 장치, 및 라우터 및 USB 에어카드를 갖는 웹-인에이블드 데이터 집중기를 포함하는 HVAC&R 시스템의 일부의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일례에 따른, HVAC&R 시스템에서 디지털 리사이클 카운터 동작을 제어하도록 전자 컨트롤러를 자동으로 프로그래밍하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일례에 따른, HVAC&R 시스템의 사용자 인터페이스를 갖는 원격 사용자 입력 장치 및 전자 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러에 의해 제어되는 DRC 제어 프로파일 응답에서 에너지 제어, 수요 응답 제어 및 파워 제한 제어로부터 선택되는 구성 모드를 선택하기 위한 도 13의 사용자 입력 장치의 터치 스크린 인터페이스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러에 의해 소정 기간에 걸쳐 기록된 것으로 도시된 조절된 공간(구역) 온도 및 OEM 컨트롤러 명령 신호들과 함께 소정 기간에 걸친 HVAC&R 시스템의 부하 장치에 대한 OEM 컨트롤러 거동을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일례에 따른, 본 명세서에 개시되는 성능 인덱스의 가중 파라미터들의 예시적인 설정들을 이용하여 냉각 응용을 위해 최소 에너지 모드로 알고리즘을 동작시키는 동안의 조절되는 공간의 온도 거동을 나타내는 그래프로서, 이 그래프는 전자 컨트롤러에 의해 기록된 DRC 컨트롤 신호 및 관련된 조절되는 공간 온도를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일례에 따른, 적분된 2차 성능 인덱스의 가중 파라미터들의 예시적인 상이한 설정들을 이용하여 냉각 응용을 위해 최소 에너지 모드로 알고리즘을 동작시키는 동안의 조절되는 공간의 온도 거동을 나타내는 그래프로서, 이 그래프는 전자 컨트롤러에 의해 기록된 DRC 컨트롤 신호 및 관련된 조절되는 공간 온도를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일례에 따른, 전자 컨트롤러에 의해 소정 기간에 걸쳐 기록된 것으로 도시된 구역 온도 및 OEM 컨트롤러 명령 신호들 및 조절되는 공간의 온도 거동과 함께 소정 기간에 걸친 HVAC&R 시스템의 부하 장치에 대한 OEM 컨트롤러 거동을 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일례에 따른, 냉각 응용을 위해 파워 제한 모드로 알고리즘을 동작시키는 동안의 조절되는 공간의 온도 거동을 나타내는 그래프로서, 이 그래프는 전자 컨트롤러를 이용하여 기록된 DRC 컨트롤 신호 및 관련된 조절되는 공간 온도를 나타낸다.

본 발명은 부분적으로 통합된 자동 구성을 포함하는 개장가능한(retrofittable) 컨트롤러 추가 장치, 및 듀티 사이클링을 이용하여 제어되는 난방 장비, 냉각 장비, 및/또는 냉방 장비를 위해 사이클 시간 지속 기간들의 실행을 자동으로 그리고 선택적으로 계산하고 제어할 수 있는 디지털 리사이클 카운터 프로그램에 관한 것이다.

본 발명은 다음의 양상/실시예/특징을 임의의 순서로 및/또는 임의의 조합으로 포함한다.

1. 본 발명은 난방, 환기, 공조 또는 냉방(HVAC&R; heating, ventilating, air conditioning or refrigeration) 시스템의 자동 제어를 위한 전자 컨트롤러 디바이스에 관한 것이다. 상기 디바이스는,

냉각, 냉방 또는 난방을 위한 서모스탯 명령을 인터셉트할 수 있으며, 상기 서모스탯 명령을 "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 대체할 수 있는 디지털 리사이클 카운터; 및

커미셔닝 단계(commissioning phase)를 통해 상기 HVAC&R 시스템의 기준 라인 성능을 결정할 수 있고, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절 또는 파워 제한 또는 이들의 임의 조합에 기초하여, 조정된 성능을 결정할 수 있는 자동 구성 모드를 포함하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체

를 포함하고, 상기 프로그램은 조정된 성능 결정에 기초하여 디지털 리사이클 카운터 "온" 및 "오프" 상태들을 조정할 수 있는

전자 컨트롤러 디바이스

2. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 전자 컨트롤러 디바이스로서, 상기 전자 컨트롤러 디바이스는 시구간 동안 상기 디지털 리사이클 카운터를 추가로 조절할 수 있는 오버라이드 모드(override mode)를 더 포함한다.

3. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 전자 컨트롤러 디바이스로서, 상기 전자 컨트롤러 디바이스는 상기 오버라이드 모드가 온도, 습도 또는 이 둘 모두에 영향을 주는 온도 인자들에 응답하도록 동작가능하다.

4. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 전자 컨트롤러 디바이스로서, 상기 "온" 상태는 각각의 "온" 상태에 대한 상수값 및 지속 기간 신호를 가지며, 상기 "오프" 상태는 상기 조절된 성능을 위해 각각의 "오프" 상태에 대한 상수값 및 지속 기간 신호를 갖는다. 커미셔닝에 이어지는 알고리즘의 제1 반복 동안, "온" 및/또는 "오프" 신호들의 지속 기간들은 알고리즘의 초기화 양상을 만족시키기 위해 후속 지속 기간들과 상이할 수 있다.

5. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 전자 컨트롤러 디바이스로서, 상기 전자 컨트롤러 디바이스는 상기 조절된 성능의 결정이 두 번 이상 발생하도록 동작가능하다.

6. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 전자 컨트롤러 디바이스로서, 상기 전자 컨트롤러 디바이스는 상기 커미셔닝 단계가 기준 라인 성능으로서 HVAC&R 시스템의 현재 성능을 이용하여 한 번 이상 반복되도록 동작가능하다.

7. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 전자 컨트롤러 디바이스로서, 상기 전자 컨트롤러 디바이스는, 상기 자동 구성 모드가 기준 라인 성능으로부터의 데이터 또는 구성 데이터를 처리하여 최대 조절된 공간 온도, 최소 조절된 공간 온도, 조절된 공간 온도 히스테리시스 데드 밴드, 컨트롤러 사이클 시간, 및 공간 온도 설정 포인트에 대한 추정치들을 제공하도록 동작가능하며, 상기 데이터에 기초하여 동적 수학 모델을 생성하고, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 파워 제한 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여, 입력된 성능 요건들로부터 조절된 동적 수학 모델을 결정하며, 상기 조절된 동적 수학 모델에 기초하여 상기 디지털 리사이클 카운터를 조절한다.

8. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 전자 컨트롤러 디바이스로서, 상기 전자 컨트롤러 디바이스의 프로그램은 HVAC&R 난방 또는 냉방 부하 유닛에서 감지되고 그로부터 수신되고, 압축기 압력, 유체 속도 또는 이 둘 모두에 관계되는 센서 신호들을 처리하도록 또한 동작가능하다.

9. 난방, 환기, 공조 또는 냉방 유닛, 및, 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 전자 컨트롤러 디바이스를 포함하고, 난방, 환기, 공조 또는 냉방(HVAC&R) 시스템의 서모스탯 컨트롤 신호를 상기 전자 컨트롤러 디바이스로부터의 변조된 바이너리 컨트롤 신호로 대체하는 난방, 환기, 공조 또는 냉동(HVAC&R) 시스템.

10. 난방, 환기, 공조 또는 냉방(HVAC&R) 시스템의 자동 제어를 위한 시스템으로서,

파워 서플라이 라인에 동작가능하게 접속된, 서모스탯, 전자 컨트롤러 디바이스, 선택적 원격 온도 센서, 적어도 하나의 HVAC&R 부하 유닛을 포함하며,

상기 선택적 원격 온도 센서는 온도 또는 습도 조절될 구역에서 온도를 감지하고 그에 대한 신호를 파워 서플라이 라인을 통해 전자 컨트롤러 디바이스로 전송하도록 동작가능하고,

상기 전자 컨트롤러 디바이스는, (a) 적어도 부하 유닛에 대한 서모스탯 명령을 인터셉트할 수 있으며, 상기 서모스탯 명령을 "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 대체할 수 있는 디지털 리사이클 카운터, 및 (b) 커미셔닝 단계를 통해 상기 HVAC&R 시스템의 기준 라인 성능을 결정할 수 있고, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절 또는 파워 제한 또는 이들의 임의 조합에 기초하여, 조정된 성능을 결정할 수 있는 자동 구성 모드를 포함하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하고,

상기 프로그램은 조정된 성능 결정에 기초하여 디지털 리사이클 카운터 "온" 및 "오프" 상태들을 조정할 수 있는

자동 제어 시스템.

11. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 시스템으로서, 상기 전자 컨트롤러 디바이스는 무선 이더넷 네트워크와 통신하도록 동작가능한 무선 트랜시버, 및 적어도 하나의 I/O 확장 모듈과 통신하기 위한 확장 I/O 인터페이스를 더 포함하며, 상기 시스템은 다중의 부하 유닛 제어를 하도록 동작가능한 자동 제어 시스템.

12. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 시스템으로서, 상기 전자 컨트롤러 디바이스는 무선 이더넷 네트워크와 통신하도록 동작가능한 무선 트랜시버, 무선 RF 네트워크와 통신하도록 동작가능한 무선 RF 트랜시버, 및 적어도 하나의 I/O 확장 모듈과 통신하기 위한 확장 I/O 인터페이스를 더 포함하고, 상기 전자 컨트롤러 디바이스와 통신하도록 동작가능한 적어도 하나의 데이터 집중기를 더 포함하고, 상기 데이터 집중기는 인터넷 및 클라우드 서버와 연결하기 위한 라우터 및 에어카드 또는 빌딩 LAN을 포함하며, 상기 시스템은 다중의 부하 유닛 제어 및 에너지 소비 관리 및 기록 보존을 하도록 동작가능한 자동 제어 시스템.

13. 부하 요구 및 전기에 의해 파워가 공급되는 HVAC&R의 동작을 자동으로 제어 및 관리하기 위한 방법으로서,

부하 디바이스용 서모스탯과 상기 부하 디바이스용 장비 부하 제어 스위치 간의 컨트롤 신호 라인에 컨트롤러를 전기적으로 연결하는 단계 - 상기 컨트롤러는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 디지털 리사이클 카운터를 포함함 -;

복수의 사이클의 동작 동안에 상기 부하 디바이스를 동작시키면서 자동 구성 모드를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로부터 얻어지는 커미셔닝 프로그램을 실행하는 것을 포함하는 상기 컨트롤러로 커미셔닝 단계를 수행하는 단계 - 상기 커미셔닝 프로그램은 상기 부하 디바이스의 동작의 커미셔닝 단계를 통해 상기 HVAC&R의 기준 라인 성능을 결정하고, 상기 부하 디바이스에 대한 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 파워 제한 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여, 조절된 성능을 결정함 -; 및

상기 컨트롤러에서 냉각, 냉방 또는 난방을 위한 적어도 하나의 서모스탯 명령을 인터셉트하는 단계 - 상기 디지털 리사이클 카운터는 상기 조절된 성능 결정에 기초하여 디지털 리사이클 카운터 프로그램으로 상기 디지털 리사이클 카운터의 "온" 및 "오프" 상태들을 조절하기 위해 "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 상기 서모스탯 명령을 대체함 -

를 포함하는 자동 제어 및 관리 방법.

14. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 및 관리 방법으로서, 공조 시스템의 단일의 또는 복수의 용량 압축기에게 상기 프로그램을 적용하는 단계를 포함하며, 상기 압축기는 조절된 공간을 냉각시키는데 이용되는 공급 에어를 생성하기 위해 서모스탯 또는 BMS로부터 냉각 명령을 수신하도록 동작가능하고, 상기 적용된 프로그램은 OEM 컨트롤러 설정 포인트 근방에서 조절된 공간 온도를 유지하면서 전기 에너지 이용을 최소화하는 자동 제어 및 관리 방법.

15. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 및 관리 방법으로서, 상기 HVAC&R 부하 유닛은 임의의 화석 또는 전기 연료에 의해 파워가 공급되는 버너 또는 보일러 시스템인 자동 제어 및 관리 방법.

16. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 및 관리 방법으로서, 상기 HVAC&R 부하 유닛은 단일의 또는 복수의 압축기를 옵션으로 포함하는 프리저(freezer) 시스템인 자동 제어 및 관리 방법.

17. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 및 관리 방법으로서, 유선 또는 무선 네트워킹 중 어느 하나를 통해 상기 전기 컨트롤러에 통신되는 외부 공급 온도 설정 포인트에 종속된 공조 시스템의 단일의 또는 복수의 용량 압축기에게 상기 프로그램을 적용하는 요구 응답 온도 제어 모드에서 적용되는 자동 제어 및 관리 방법.

18. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 및 관리 방법으로서, 상기 장비에 의해 야기되는 상기 파워를 특정 시구간 동안 파워 제한 설정 포인트보다 낮거나 또는 같도록 조절하기 위해 공조 시스템의 단일의 또는 다중의 압축기에게 상기 프로그램을 적용하는 파워 제한 모드에서 적용되고, 상기 설정 포인트는 내부 파라미터 설정이거나 또는 유선 또는 무선 통신 포트를 통해 상기 컨트롤러에게 통신되는 자동 제어 및 관리 방법.

19. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 및 관리 방법으로서, 상기 커미셔닝 모드는 최적화를 위해 이용되는 상기 프로그램의 수학 모델에서 부하들을 변경하는 온도 효과들을 캡쳐하기 위해 자동으로 또는 수동으로 계속하여 재실행되는 자동 제어 및 관리 방법.

20. 임의의 이전 또는 다음의 실시예/특징/양상의 자동 제어 및 관리 방법으로서, 상기 커미셔닝 모드는 최적화를 위해 이용되는 상기 프로그램의 수학 모델에서 부하들을 변경하는 온도 효과들을 캡쳐하기 위해 자동으로 또는 수동으로 주기적으로 재실행되는 자동 제어 및 관리 방법.

본 발명은 이들 다양한 특징들 또는 전술한 및/또는 이하의 문장 및/또는 단락에 개시된 실시예들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 여기 개시된 특징들의 임의의 조합은 본 발명의 일부로 간주되고, 조합 가능한 특징들에 대해 제한이 의도되지는 않는다.

전자 컨트롤러 디바이스와 관련하여, HVAC&R 시스템의 동작에 대해 결정되고 얻어진 조정된 성능은 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 및/또는 파워 제한에 기초하는 팩터들을 포함할 수 있다. 이러한 특징들의 임의의 조합이 가능하다. 이러한 특징들을 고려하면, 각각의 특징의 중요성 또는 조정된 성능을 결정하기 위해 각각의 특징들에 할당된 가중치가 입력될 수 있다. 예컨대, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 또는 파워 제한, 또는 이들 팩터들의 임의의 조합에 대해 단독으로 또는 우선적으로 강조가 부여될 수 있다. 이하 개시되는 예시적인 수식들 중 하나에서, 변수 Q는 DRC 제어의 런타임을 나타내고, 이것은 에너지 소비 팩터의 한 예가 될 수 있다. 이 변수 Q에 강조를 부여하여, 종국적으로 HVAC&R 시스템의 동작을 허용하는, 디지털 리사이클 카운터의 런 타임은 에너지 소비를 절감하기 위해 누적된 런 타임을 최소화한다. 이러한 팩터의 강조가 수행될 때(또는 이러한 팩터에 가중치가 할당될 때), 특히 다른 팩터는 강조되지 않을 때, 에너지 소비가 감소되고, 또한, 결과적으로, 환경의 습도 및/또는 온도는 서모스탯 명령의 설정 포인트에 도달하지 않을 수 있다. 다른 예로서, 다른 가중 변수는 이하 개시되는 바와 같이 R이 될 수 있고, 이것은 예컨대 서모스탯의 설정 포인트 온도를 유지하는 것을 나타낸다. 강조가 이러한 가중 변수에 수행될 때, 조정된 성능은 심지어 더 높은 에너지 소비를 의미하더라도 서모스탯 또는 온도 센서의 설정 포인트 온도를 얻는 것에 대해 강조를 부여한다. Q 및 R에 동일하거나 또는 거의 동일한 가중치가 할당되면, 파워 제한 모드는 기본적으로 "중도적(middle of the road)" 접근법이 달성되는 곳에서 동작하고, 여기서, 정의된 시간 간격 동안의 평균 에너지 소비는 감소되고, 디지털 리사이클 카운터의 동작 동안 달성되는 온도는 서모스탯(및/또는 온도 센서 및/또는 다른 환경 센서)의 달성되는 설정 포인트 온도에 더 가깝게 되고, 또한, 확실히, Q만의 강조가 가중되었던 경우보다 더 가까운 설정 포인트 온도를 달성하는 것에 가깝게 된다. 이하 기술되는 바와 같은 또 다른 변수 S는 제어된 온도 변화에 중요성을 둔다. S값에 대해 강조가 수행되는 경우, 이것은 온도 설정 포인트 부근에서 더 낮은 온도 변동을 가져오고, 이에 따라 가열되거나 냉각되고 있는 환경의 실제 온도에 대해 더 낮은 변화가 존재하게 된다. 말할 필요도 없이, 본 발명은 사용자에게 중요한 팩터들 또는 이들 팩터들의 조합에 기초하여 조정된 성능의 선택적인 제어를 허용하여 이들 팩터들에 대한 밸런스를 달성한다. Q, R 및 S 팩터들에 대해 할당된 가중치는 다음과 같은 임의의 포지티브 또는 제로 값의 수가 될 수 있다:

Q = 0-1000 (예컨대, 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, 및 범위 내의 또는 제공되는 이들 값들 내의 임의의 정수들 또는 분수들)

R = 0-1000 (예컨대, 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, 및 범위 내의 또는 제공되는 이들 값들 내의 임의의 정수들 또는 분수들)

S = 0-1000 (예컨대, 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, 및 범위 내의 또는 제공되는 이들 값들 내의 임의의 정수들 또는 분수들)

Q, R 및 S 값들의 임의의 조합이 가능하다. 예컨대, Q는 R 및/또는 S와 동일하거나 또는 큰(적어도 10% 더 큰, 적어도 20% 더 큰, 적어도 30% 더 큰, 적어도 50% 더 큰, 적어도 75% 더 큰, 적어도 100% 더 큰, 적어도 200% 더 큰, 적어도 300% 더 큰, 적어도 500% 더 큰 경우와 같은) 임의의 값이 될 수 있다. R은 Q 및/또는 S와 동일하거나 또는 큰(적어도 10% 더 큰, 적어도 20% 더 큰, 적어도 30% 더 큰, 적어도 50% 더 큰, 적어도 75% 더 큰, 적어도 100% 더 큰, 적어도 200% 더 큰, 적어도 300% 더 큰, 적어도 500% 더 큰 경우와 같은) 임의의 값이 될 수 있다. S는 Q 및/또는 R과 동일하거나 또는 큰(적어도 10% 더 큰, 적어도 20% 더 큰, 적어도 30% 더 큰, 적어도 50% 더 큰, 적어도 75% 더 큰, 적어도 100% 더 큰, 적어도 200% 더 큰, 적어도 300% 더 큰, 적어도 500% 더 큰 경우와 같은) 임의의 값이 될 수 있다.

옵션으로서, 본 발명의 임의의 실시예들 및/또는 시스템들에서, 커미셔닝 단계는 기본적으로 재커미셔닝 단계가 되도록 1회 이상 반복될 수 있다. 이러한 재커미셔닝 단계는 임의의 시간 증가 및/또는 임의의 수의 횟수로 발생할 수 있다. 재커미셔닝 단계는 규칙적 및/또는 미리-프로그램된 간격으로 있을 수 있거나 또는 불규칙적으로 수행될 수 있다. 예컨대, 재커미셔닝 단계는 매 30분마다, 매 시간마다, 매 2시간마다, 매 3시간마다, 매 5시간마다, 매 7시간마다, 매 10시간마다, 매 12시간마다, 매 18시간마다, 매일, 매주, 또는 임의의 다른 시간 단위로 발생할 수 있다. 재커미셔닝 단계(들)를 수행함으로써, 이것은 전자 컨트롤러 디바이스가 환경을 더 잘 이해할 수 있도록 하고, 시간 기준, 또는 날 기준, 또는 주 기준, 계절 기준등 동안 환경에서 발생하는 변화도 더 잘 이해할 수 있도록 한다. 예컨대, 재커미셔닝 단계를 수행함으로써, 전자 컨트롤러 디바이스는 작업자가 존재하는 경우 및 작업자가 존재하지 않는 경우, 작업일 동안 다양한 요구들을 더 잘 이해할 수 있다. 또한, 재커미셔닝 단계를 가짐으로써, 특히 지속적으로 수행되는 단계를 가짐으로써, 전자 컨트롤러 디바이스는, 재커미셔닝 단계가 날씨(예컨대, 맑은 날, 구름 낀 날, 추운날, 더운날, 비오는 날 등)에 기인하는 외부 환경 변화(예컨대, 매일)를 고려하고, 인간 변수 등과 같은 다른 변수들도 더 고려할 수 있기 때문에 원하는 조정된 성능을 더 잘 얻을 수 있다. 옵션으로서, 커미셔닝 단계 또는 재커미셔닝 단계 동안, 서머스탯 명령은 디지털 리사이클 카운터의 간섭없이 OEM 설정 또는 다른 변경된 설정마다 동작하고, 이에 따라 본 발명의 자동 구성 모드는 새로운 기준 라인 성능을 결정할 수 있고, 커미셔닝 또는 재커미셔닝 단계를 통해, 가중값들에 대해 입력된 원하는 변수들(예컨대, Q, R, S)에 기초하여 조정된 또는 새로 조정된 성능을 결정할 수 있다. 또한, 커미셔닝 또는 재커미셔닝 단계를 통해, 초기 "온" 상태가 후속적 "온" 시간과 상이한 양의 "온" 시간을 가지는 것이 가능하다. 예컨대, 도 16에 도시된 바와 같이, 초기 "온" 상태는 구역 온도가 고온의 히스테리시스 대역폭 값을 초과하고 9 시간 단위 및 다음에 6.5 시간 단위 동안 지속되는 경우 시작하고, 6.5 시간 단위는 다음의 재커미셔닝 단계까지 지속된다. 9 시간 단위의 초기 "온" 상태는 서모스탯이 고온의 히스테리시스 대역폭 값으로부터 설정 포인트 온도를 얻도록 허용한 결과이다. 따라서, 본 발명의 옵션으로서, "온" 상태 또는 펄스는 초기에 또는 임의의 다른 시간에 변할 수 있고, 및/또는 또한 초기 "오프" 상태 또는 펄스도 변하는 것이 가능하다. 옵션으로서, 초기 "온" 및/또는 초기 "오프" 상태 또는 펄스는 변할 수 있고, 다음에 후속적으로 고정 또는 지속적 "온"/ "오프" 패턴이 선택적인 재커미셔닝 단계가 수행될 때까지 획득된다.

도 19에서, T9에서 T10으로의 "온" 상태는 단절되는데(truncated), 그 이유는 이 포인트에서 서모스탯 명령이 HVAC&R 시스템을 턴오프하도록 신호를 보냈기 때문이다. 따라서, 본 발명에서, 전자 컨트롤러 디바이스가 이 팩터의 관점에서 조절된 성능에 기초하여 프로그램을 실행하는 경우에, (시간의 길이에 대하여) 변경된 "온" 상태 및/또는 변경된 "오프" 상태를 갖는 것이 가능하다. 커미셔닝 또는 재-커미셔닝 단계 동안에, 본 발명의 전자 컨트롤러 디바이스의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에서의 프로그램은 설정 포인트 온도 또는 다른 선택된 변수를 달성하도록 "온"/"오프" 기간들의 최소 수를 결정하기 위해 하나 이상의 계산 또는 결정을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명을 이용하여, 각각의 OEM "온" 명령 동안에 "온"/"오프" 사이클링의 수는 전체적인 HVAC&R 시스템의 오버-사이클링(over-cycling)을 제어 또는 방지하기 위해 제한될 수 있다. 제한 값이 프로그램의 부분으로서 제시되면, 이 제약은 DRC의 동작을 결정하는 데에 고려된다. 예를 들어, 도 19에서 볼 수 있는 바와 같이, DRC의 "온"/"오프" 사이클들의 수를 결정하는 데에 있어서, 이 프로그램은 설정 포인트 온도 또는 다른 선택된 변수를 달성하는 프로세스 동안에 발생할 수 있는, DRC에 대한 "온" 및 "오프"의 사이클들의 수를 예정보다 빨리(ahead of time) 고려한다. 또한, 근본적으로, 도 19에서, 변수 Q 및 S가 무시되고, 오직 가중된 값은 OEM 세트 값에서 설정 포인트 온도를 유지하기 위한 변수인 R이다. 근본적으로, 도 19는, 일부 에너지 비용 절감을 달성하는, DRC의 "온" 및 "오프" 사이클링에 기인하여 발생하는 사이클링들의 수를 제외하면, 매우 근접한 OEM 서모스탯의 시뮬레이션이다. 또한, 도 19에서, 오직 가중된 값은 R이고, 이 값은 에너지 비용 절감을 달성하고 HVAC&R의 마모에 관한 다른 이점들을 달성하는 것을 보장하도록, OEM 런 타임 중 특정 퍼센트의 런 타임으로 제약될 수 있다. OEM 런타임의 퍼센트인 이 제약된 런 타임은, 10% 내지 90%, 20% 내지 80%, 30% 내지 70%, 40% 내지 80%, 50% 내지 80%, 60% 내지 80% 등과 같은 1%에서 100%까지의 임의의 양일 수 있다. OEM런 타임의 임의의 퍼센트는 퍼센트 런 타임 제한을 달성하기 위해 DRC의 런 타임을 더 제한하도록 시스템 내로 입력될 수 있지만, 제한된 런 타임 값들이 증가함에 따라, 유발되는 성취된 설정 포인트 온도는 절충될(compromised) 수 있다.

HVAC&R 설치에 특정되는 최적의 센서 정보를 이용하여, 부하 유닛의 정규 구동 단계에서의 제어를 위해 사용되는 DRC 프로그램에 대한 최적의 "온" 및 "오프" 사이클 시구간들의 계산을 완전히 자동화하는데 사용될 수 있는 자동 구성 프로그램을 갖는 컨트롤러가 제공된다. 컨트롤러 상의 자동 구성 프로그램을 이용하여 최적의 사이클 시구간들을 계산하는데 사용되는 방법은, 데이터 수집 및 필터링을 포함할 수 있는 적절한 표준 수학 연산들, 모델링 및/또는 최적화를 포함하는 3단계 절차에 기초할 수 있다. 먼저, 정규의 OEM 컨트롤러 동작 기준 라인 성능 데이터가 수집될 수 있다. 다음으로, 이 데이터는, 예를 들어, 최소 자승 기술들(least squares techniques)을 이용하여, 입력 OEM 컨트롤러 명령 신호를 조절된 공간 온도(및/또는 다른 환경 요소(들)) 및 장비 파워 소모와 관련시키는 수학적 모델을 출력으로서 생성하도록 감소될 수 있다. 다음으로, DRC 명령 프로파일의 "온" 및 "오프" 사이클 시구간 값들을 조정함으로써 성능 인덱스(가령, 시간 적분 이차의 성능 인덱스)를 반복적으로 최소화도록, 자동 구성 프로그램의 일부를 형성하는 검색 프로그램(가령, 그래디언트 기반 프로그램)이 채용될 수 있다. 성능 인덱스(가령, 이차 성능 인덱스)는, 에너지 소모, 온도 조정 및 파워 소모인, 장비 동작의 1개, 2개 또는 3개의 양태들에 패널티를 가할 수 있다. 최소 에너지 제어, 요구 응답 제어 및 파워 제한 제어인 3개의 양태들 간의 페널티 값들의 비를 변경함으로써, 프로그램은 디지털 리사이클 카운터 프로그램에 의해 관리되는 정규 구동 단계에서의 3개의 구분된 자동 동작 모드들을 할 수 있게 된다. 성능 인덱스를 최소화하기 위한 각 반복 동안, 사이클 시간 지속 기간 값들은 다음 반복에 대해 성능 인덱스 2차 항들을 평가하는데 필요한 온도(및/또는 다른 환경 요소(들)) 및 파워 값들을 줄이도록 자동 프로그램에 포함되는 수학 모델에 의해 처리될 수 있다. 자동 구성 프로그램 내에 포함되는 검색 프로그램은 머신 쇼트 사이클링, DRC 제어 알고리즘의 오버사이클링 및 다른 머신, 건강 및/또는 인간의 안락성 문제들을 보호하는 사이클 시간 지속 기간들의 범위 내에서 사이클 지속 기간들에 대한 최적의 솔루션을 구축하도록 제약될 수 있다.

또한, 전자 컨트롤러가 작동될 수 있는데, 가령, 여기서는 커미셔닝 단계가 기준 라인 성능과 같은 HVAC&R 시스템의 가장 현재의 성능을 이용하여 한번 이상 반복된다. 자동 구성 모드는, 처음이든 현재든 간에, 기준 라인 또는 구성 데이터로부터 데이터를 처리하여, 최대 조정된 공간 온도, 최소 조정된 공간 온도, 조정된 공간 온도 히스테리시스 데드밴드, 컨트롤러 사이클 시간 및 공간 온도 설정 포인트에 대한 추정치들을 제공하고, 데이터에 기초하여 동적 수학 모델을 생성하고, 에너지 소모, 온도 조정, 습도 조정, 파워 제한 또는 그들의 조합에 기초하여 입력된 성능 요건들로부터 조정된 동적 수학 모델을 결정하고, 조정된 동적 수학 모델에 기초하여 디지털 리사이클 카운터를 조정할 수 있다.

자동 구성 프로그램과 함께 전자 컨트롤러 내에 포함될 수 있는 디지털 리사이클 카운터 프로그램은 서모스탯의 컨트롤 신호를 변조된 바이너리 컨트롤 신호로 대체한다. 서모스탯(OEM 컨트롤러)은 냉각 또는 가열을 위한 명령을 발생할 때, 디지털 리사이클 카운터 프로그램은 명령을 인터셉트하고 그것을 2개 상태, 즉 "온" 또는 "오프" 중 어느 하나로 동작시키는, 변조된 바이너리 신호로 대체할 수 있다. 이러한 변조된 신호는 냉각 또는 가열 명령이 있을 때마다 장비에 대해 서모스탯 명령 신호를 대체한다. 서모스탯 명령이 가열 또는 냉각을 요청하고 있지 않을 경우에는, DRC 바이너리 신호는 "오프" 상태로 반전한다. DRC 컨트롤의 주된 이점은 낮은 에너지 요구 변경들로 해석되는 더 적은 단위 시간당 파워 소모(파워 제한)일 수 있으며, 일부 경우들에서는, 낮은 에너지 소모로 해석되는 더 짧은 장비 구동 시간들일 수 있다. DRC "온" 및 "오프" 사이클 시간 지속 기간들의 적절한 조정으로, HVAC&R 시스템들의 런-온 동작(run-on behavior)은 줄어들 수 있고 더 효과적인 사용이 저장된 가열 또는 냉각 에너지로 이루어질 수 있다. 디지털 리사이클 카운터 프로그램 내에 사용되는 "온" 및 "오프" 사이클 시간들의 지속 기간들은 자동 구성 프로그램에 의해 최적화된다. 만약 사용중인 HVAC&R 장비의 유형 및 예상된 부하들에 기초하여 설치 프로세스 동안, 인스톨러가, 가령 물리 스위치 설정들을 이용하여, 컨트롤러에 대한 이 값들을 사전 설정들로서 선택하였다면, 이 사이클 시간 지속 기간 값들은, 가령 인스톨러의 경험 레벨 및 제어될 특정 부하 유닛의 특이성들(idiosyncrasies)에 따라, 최적의 값들을 반영할 수 있거나 또는 반영하지 않을 수도 있다. 즉, 주어진 부하 유닛이 OEM 명세(specifications)에 의해 예상되는 대로 정확히 수행되지 않을 수 있거나 또는 부하 유닛의 성능이 제품 수명 동안 일정 또는 안정 상태로 유지되지 않을 수도 있고/있거나, 다른 요소들이 원래의 사전 설정들이 고려되지 않은 부하 유닛 성능에 일시적으로 또는 영구적으로 영향을 줄 수 있다. 현재 컨트롤러들 상에서 사용되는 자동 구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램들은 주어진 부하 유닛에 대해 맞춤형 및/또는 최적화된 듀티 사이클 컨트롤을 자동으로 그리고 상호작용적으로 제공할 수 있다. 이는 HVAC&R 장비를 동작시키기 위한 에너지 비용 및/또는 런타임을 줄일 수 있다.

컨트롤러 디바이스 - 이 디바이스는 그곳에 상주하고 실행가능한 자동 구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램들을 가짐 - 는 독립구동가능한 디바이스 또는 네트워크(LAN, WAN, 웹-인에이블드 등) 구성들에서 사용될 수 있다. 자동 구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로구램들은, 예를 들어, 가스, 전기 또는 오일을 포함하는 임의의 난방 시스템, 또는 가령 최적화된 듀티 사이클링을 이용하여 제어되는 임의의 증기 압력 기반 공조 또는 냉각 시스템(HVAC&R system)들에 적용될 수 있다. 자동 구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램들은, 서모스탯("주문자 상표 부착 생산 컨트롤러(Original Equipment Manufacturer Controller)" 또는 "OEM 컨트롤러")을 제어중인 HVAC&R 장비에 연결하는 신호 제어 라인 내에 설치될 수 있는 전자 컨트롤러 내에 포함될 수 있다. 컨트롤러에 의해 수반되는 마이크로프로세서에서 구현되는 경우, 소프트웨어 프로그램 코드 세그먼트들은 특정 로직 회로들을 생성하도록 마이크로프로세서를 구성한다. 자동 구성 및 리사이클 카운터 프로그램들은 OEM 컨트롤 신호 및 조정된 공간 온도(또는 그 추정)인 적어도 2개의 기본적인 피드백 신호들을 개별적으로 또는 연대적으로 참조할 수 있다. 가열 및 냉동 애플리케이션들에서, 추가적인 온도, 압력, 또는 유체 흐름 속도 신호 센서들은, 정확성을 증가시키기 위해서 옵션으로 추가될 수 있다. 자동 구성 프로그램을 사용하여 선택되고 확립될 수 있고 정상 운영 단계에서 디지털 리사이클 카운터 프로그램으로 구현될 수 있는, 최소 에너지 컨트롤 모드는 풀 온(full on) 또는 풀 오프(full off)의 2가지 상태 (바이너리)의 방식으로 듀티 사이클이 제어되는 장비에 적용가능할 수 있다. 최소 에너지 모드는 다단계 장비(staged equipment)에 적용될 수 있으나, 기본적인 바이너리 컨트롤은 각 단계 레벨에 존재하는 것이 바람직하다. 최소 에너지 모드는 일반적으로, 가변 속도 컨트롤을 사용하는 장비에는 적용가능하지 않다. 요구 관리 기능은, OEM 컨트롤 방법에 상관없이, 모든 HVAC&R 장비에 적용할 수 있다. 파워 제한 기능은, 전기의 비용이 부분적으로 수요 파워 요금(demand charge)에 기초하는 모든 전기 파워식 HVAC&R 장비에 적용될 수 있다. 표시된 자동 구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램은, 예를 들면 설치가 간편한 전자 애드-온 네트워크가능 컨트롤 디바이스에 구현될 수 있는데, 상기 설치가 간편한 전자 애드-온 네트워크가능 컨트롤 디바이스는 예를 들면 (1) 기존의 가열, 냉각, 및 냉동 장비의 에너지 소모를 최소화하고, (2) 온도 절감 명령이 발행되는 경우 기존 장비의 요구 응답 컨트롤을 제공하고, 및/또는 (3) 기존 장비의 파워 소모를 미리 지정된 레벨로 자동으로 제한하여 유틸리티 수요 파워 요금을 감소시키도록 설계된다.

전자 컨트롤러는, 원격 온도 및/또는 습도 센서가 HVAC&R 시스템에 통합되는 경우 또는 통합되지 않는 경우에 상이한 옵션에 따라 사용될 수 있다. 한 옵션에서, 전자 컨트롤러는, 기존의 서모스탯(예컨대, OEM 서모스탯)에 제공되는 임의의 감지 컴포넌트(들)과는 상이한, 적어도 하나의 원격 온도 및/또는 습도 센서와 통합될 수 있다. 예를 들면, X10 감지 기술들이 그러한 HVAC&R 시스템에서 사용되도록 적응될 수 있다. 다른 옵션에서, 원격 센서는 기존의 서모스탯의 온도 감지 능력을 활용할 수 있다. 또 다른 옵션에서, 원격 센서가 전혀 필요하지 않을 수 있고, 여기서, 온도 신호는 설정 포인트 및 히스테리시스 온도 값들에 대한 기존의 ASHRAE 데이터 및 OEM 컨트롤 신호 타이밍으로부터 추정될 수 있다.

도 1은, 표시된 자동 구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램들이 들어있을 수 있고, 그 프로그램들을 실행시킬수 있는 전자 컨트롤러(18)를 포함하는 HVAC&R 시스템(1)을 도시한다. 컨트롤러(18) 및 선택적인 원격 온도 센서(22)는, 구역(2)에서 컨디션 컨트롤을 제공하는 적어도 하나의 HVAC&R 부하 유닛(20)의 제어를 제공하기 위해, 시스템(1)에 새로 설치된 것일 수 있다. 파워 라인(10)은, 제어될 적어도 하나의 부하 유닛(20)이 위치하는 구조에 있는 유틸리티 미터계(12)를 통과한다. 미터계(12)는 그 위치에서의 전기 에너지의 사용량 및 요구량을 측정한다. 부하 유닛(20)은, 예를 들면 에어 컨디셔너, 히트 펌프, 화로(furnace), 냉동 시스템 또는 HVAC&R 시스템의 다른 부하 유닛일 수 있다. 일반적으로, 동작 메인 파워 라인(10)은 무조건적이고(unconditioned), 동작 파워를 부하 컨트롤 스위치(26)를 통해 부하 유닛(20)에 공급하며, 통상적으로 동일 구조에 있는 다른 부하 유닛들 및 기기들(미도시)에도 공급한다. 파워 서플라이 라인(10)은, 예를 들면 컨트롤러(18)가 새로 장착될 HVAC&R 시스템(1)에 파워를 공급하는 120 볼트(VAC) 라인일 수 있다. 새로 장착될 시스템(1)은, HVAC&R 부하 유닛(20)에 연결된 적어도 하나의 서모스탯(14)을 갖는다. 서모스탯(14)은, 라인 13을 통해 파워 라인(10)에 연결될 수 있다. 한 통상적인 상황에서, 서모스탯(14)의 컨트롤 신호 라인(15)은, 서모스탯 컨트롤에 예컨대 에어 컨디셔닝 유닛(부하 유닛)으로부터의 냉각을 요구하는 경우의 기간동안 24볼트의 AC 전압을 전송할 것이다. 컨트롤 신호는 보통, 부하 유닛(20)에 파워를 공급하기 위해 메인 파워 라인(10) 내의 부하 컨트롤 스위치(26)를 활성화 시킬 것이다. 즉, 컨트롤러(18)이 없는 경우에, 컨트롤 신호 라인(15)이 부하 유닛 컨트롤 스위치(26)의 개폐를 제어할 것이고, 따라서, 동작 파워 라인(10)의 회로의 개폐 및 부하 유닛(20)으로 가는 동작 파워의 흐름 제어를 할 것이다. 컨트롤러(18)는, 서모스탯(14) 및 부하 유닛 컨트롤 스위치(26) 간의 일부 지점에서 서모스탯 컨트롤 신호 라인(15) 사이에 설치될 것이다. 도시된 바와 같이, 서모스탯 라인(15)은, 커팅되어 하나의 커트 단면에서 컨트롤러(18)에 연결될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 커트된 신호 컨트롤 라인의 남아있는 부분(라인 24로 표시)은 컨트롤러(18)의 한 단부에 연결되고, 다른 단부는 부하 컨트롤 스위치(26)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(18)는, 예를 들면 부하 유닛(20) 근처의 시트 금속(미도시), 예컨대 부하 유닛과 사용되는 표준 시트 금속 구조 인클로져에 물리적으로 마운트될 수 있다. 바람직하게는, 컨트롤 신호 라인(15, 24)에 컨트롤러(18)를 탭핑하는 것은, 부하 컨트롤 스위치(26)에 실제 적용가능할 만큼 가깝게 행해진다. 보통, 부하 유닛 자체의 물리적인 범위 내에서 연결하는 것이 가능한다. 컨트롤 신호 라인에 컨트롤러(18)를 연결하는 것은, 예를 들면 거주용의 에어 컨디셔닝 유닛의 압축기 유닛을 포함하는 케이스 내에서 행해질 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(18)는, 유닛에 의해 지지되는 빌딩 또는 홈(home)에 직접 인접하는 그라운드 레벨 근처의 슬랩(slab) 또는 플랫폼 또는 그 옥상에 설치되는, 에어 컨디셔닝 유닛의 압축기를 하우징하는 시트 메탈 인클로저에 장착될 수 있다. 컨트롤러(18)는 또한, 파워 라인(10)으로 행해진 직접적인 전기적 연결(17)을 통해 (예컨대, 파워 코드, 파워 확장 코드, 다이렉트 프론지드 플러그(direct pronged plug) 등을 통해) 파워를 공급받을 수 있다. 컨트롤러(18)는 온-보드 사용자 인터페이스 컨트롤(19)을 포함할 수 있고 및/또는 원격 입력 디바이스(21)로부터 컨트롤 입력을 수신할 수 있고, 이는 또한 본원에 후술될 다른 기재 내용을 통해 이해될 수 있다.

선택적인 원격 온도 센서(22)는, 부하 유닛(20)을 사용하여 컨디셔닝되는 빌딩의 구역(2)에 위치할 수 있다. 온도 및/또는 습도가 조절될 구역(2)은, 예를 들면, 방, 오픈된 빌딩 공간, 냉동 룸 등일 수 있다. 본원에는 기존의 서모스탯과는 달리, 단일 원격 온도 센서(22)를 사용하는 것으로 도시되었지만, 복수의 원격 온도 센서들(22A)이 사용될 수 있다. 다수의 원격 센서들이 사용되면, 다수의 감지 값들이 평균 되거나, 중간값이 사용되거나, 또는 그 외에, 제어기(18)에서 사용하기 위해 통계적으로 처리될 수 있다. 또한, 여기에서 원격 센서 유닛(22)이 온도 센서로 설명되지만, 대안적으로 또는 부가적으로 원격 센서 유닛은 단독으로 또는 원격 온도 센서(22)와 결합하여 사용되는 원격 습도 센서(22B)일 수 있다. 선택적 원격 센서(22)와, 사용된다면, 원격 센서(22A) 및/또는 원격 센서(22B)는, 서모스탯(14)이 또한 부하 유닛(20)의 OEM 제어를 위해 위치하는 영역에 설치된다. 원격 온도 센서(22)는, 내장된 다수의 프롱(integral multiple prongs)을 통해 컨트롤러(18)에 의한 온도 및/또는 습도 제어가 요구되는 영역(2)에서 파워 라인(10)에 접속하는 표준 벽 콘센트(standard wall outlet)에 접속될 수 있는 감지 모듈일 수 있다. 또한, 원격 온도 센서(22)는 벽 콘센트에 배선에 의해 접속(hardwired)되거나, 또는 전원 코드(power cord) 또는 전원 확장 코드(power extension cord)를 통해 모듈로서 연결될 수 있다. 또한, 원격 온도 센서(22)는, 온도 센서 유닛에 의해 영역(2)에서 감지되는 실시간 온도를 반영하는 신호를 파워 라인들(10)을 통해 전송하기 위한, 소위 "X10" 기술을 적응하는 디바이스일 수 있으며, 그것은 파워 라인들(10)에 의해 획득되고 컨트롤러(18)에 의해 처리될 수 있다. "X10"은, 도모틱스(domotics)로도 알려진, 홈 오토메이션(home automation)을 위해 사용되는 전자 디바이스들 사이의 통신을 위한 국제적이고 개방된 산업 표준이다. 그것은 주로 시그널링 및 제어를 위해 배선되는 파워 라인을 사용하고, 여기서 신호들은 디지털 정보를 나타내는 짧은 무선 주파수 버스트들(bursts)을 포함한다. 가정용 전기 배선(즉, 전등 및 기기에 파워를 공급하는 것)은 디지털 데이터를 X10으로부터, 동일한 파워 라인들(10)에 접속하고 그 신호들을 처리할 수 있는 하나 이상의 다른 디바이스로 전송하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에서, X10 신호 수신 및 처리 디바이스는 컨트롤러(18)이다. 예를 들어, 이러한 디지털 데이터는 120-125 kHz 캐리어 상으로 인코딩될 수 있고, 이는 비교적 조용한 50 또는 60 Hz AC 교류 파형의 부호 변화점들(zero crossings) 동안 버스트들로서 전송될 수 있다. 하나의 비트는 각각의 부호 변화점에서 전송될 수 있다. X10 기술을 적응시킴으로써, 원격 센서(22)는 감지된 온도에 대한 디지털 데이터를 파워 라인들(10)을 통해 컨트롤러(18)로 전송할 수 있다. 원격 습도 센서는, 사용된다면, 제어될 영역에서 감지된 절대 습도를 반영하는 신호들을 파워 라인들(10)을 통해 전송하는데 사용하기 위해 마찬가지로 "X10" 기술을 적응시키는 디바이스일 수 있으며, 그것은 파워 라인들(10)에 의해 획득되고 컨트롤러(18)에 의해 처리될 수 있다. 또한 원격 센서는 기존의 서모스탯의 온도 감지 성능을 이용할 수 있다.

간소화를 위해, 도 1에 대하여 하나의 컨트롤 신호 라인에서의 컨트롤러(18)의 부하 제어 및 관리 하에서의 하나의 부하 유닛(20)이 설명된다. 간소화를 위해 도 1의 HVAC&R 시스템(1)에서 하나의 부하 유닛(20)만이 도시되었지만, HVAC&R 시스템(1)은 예를 들어 압축기 유닛 및 제어 솔레노이드들, 팬(fan)들, 및 다른 유사하거나 다양한 부하들과 같은 다수의 개개의 부하들을 포함할 수 있다. 본 발명의 컨트롤러는 장비의 개개의 서브 부하들의 제어 라인들에서 완전히 연결될 수 있다. 다시 말해, 에어 컨디셔너는 압축기 유닛과 환기 팬 유닛의 서브 부하들에 대한 분리된 제어 라인을 가질 수 있다. 이러한 서브 부하들 중 어느 하나 또는 모두를 제어하기 위해 분리된 컨트롤러가 사용될 수 있다. 에어컨 유닛의 모든 서브 부하들로의 전체 파워 라인은 일반적으로 본 발명의 컨트롤러에 의해 어떠한 방법으로도 변경되지 않는다. 일반적인 장치에서, 예를 들어 압축기 유닛은 미리 결정된 오프(off)-온(on) 주기들을 통해 순환될 수 있으며, 반면에 환기 팬 모터는 서모스탯이 냉각을 위해 호출하는 전체 시간 동안 계속하여 작동하게 된다. 또한, 일반적인 종래의 전기 접지 수단은, 본 발명에서 특별한 관심 대상이 아니기 때문에, 도 1의 개략도에서 도시되지 않는다.

도 2는 명시된 자동-구성 및 디지털 재사용 카운터 프로그램들이 상주할 수 있고 그 프로그램들이 실행될 수 있는 전자 컨트롤러(18)를 포함하는 HVAC&R 시스템(11)을 도시하고, 여기서, 명시된 것처럼, 원격 센서는 기존의 서모스탯(14)의 온도 감지 성능을 이용할 수 있다. 컨트롤러(18)는, 전기 연결 라인(151)을 사용하는 것처럼, 기존의 서모스탯(14)에서 온도 센서(22C)에 전기적으로 배선되거나, 그렇지 않다면 감지된 온도 데이터를 서모스탯 센서(22C)로부터 수신하도록 구성되어, 서모스텟의 센서에서 감지된 온도에 대응하는 신호들을 획득할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들에 공통하는 도 2에 도시된 다른 구성요소들은 여기에서 유사할 수 있다.

명시된 것처럼, 다른 옵션에서, 예를 들어 도 1 및 2에서 도시된 것처럼 기존의 서모스탯에서든 또는 다른 원격 센서에서든, 어떠한 원격 센서도 컨트롤러를 이용하는 HVAC&R 시스템들에서 사용될 필요는 전혀 없다. 온도 신호는 설정 포인트 및 히스테리시스 온도 값들에 대한 OEM 컨트롤 신호 타이밍 및 현존 ASHRAE 또는 유사한 데이터로부터 추정될 수 있다.

예를 들어, 도 1의 전자 컨트롤러(18)는 스탠드-얼론(stand-alone) 구성 또는 네트워크화한 구성에서 구현될 수 있다. 도 3 내지 11은, 도 1에서 도시된 바와 같이 이러한 구성들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 사용의 세 개의 상이한 스케일에서 컨트롤러를 구현할 수 있는 기존의 서모스탯 이외의, 적어도 하나의 원격 온도 센서와의 결합으로 전자 컨트롤러(18)를 사용하는 것을 도시한다.

도 3은 스탠드-얼론 구성에서 본 컨트롤러의 사용을 도시한다. 이러한 스탠드-얼론 구성은, 예를 들어, 하나의 부하 유닛 상주 애플리케이션(예를 들어, < 약 5톤 HVAC&R 부하 유닛)에서 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, HVAC&R 제어 시스템(3)은 컨트롤러 유닛(18) 및 선택적 원격 온도 센서(22)를 포함하고, 이들은 120 VAC 공급 빌딩 메인(10)에 연결된다. 명시된 바와 같이, 선택적 원격 온도 센서(22)는 온도 제어가 요구되는 영역 또는 공안에 설치된다. 선택적 원격 센서(22)는 120 VAC 파워 라인 전압을 더 낮은 DC 전압(예를 들어 5 내지 12 볼트)으로 변환하여 센서 구성요소들을 작동시키기 위한 파워 공급(221)를 포함한다. 온도 센서(224)는, -40℃ 내지 125℃의 온도 등의 모니터 범위 또는 다른 선택된 범위에서, 주위의 방 또는 공간 온도를 감지한다. 센서(224)는, 예를 들어 서모커플이 위치한 영역 온도에 관련될 수 있는 저전압 신호를 출력함으로써, 적어도 이러한 온도 범위에 걸쳐 측정하는 종래의 서모커플을 포함할 수 있다. 서모커플 센서 신호를 필터링하고 선형화하기 위한 종래의 기술들이 여기에서 사용을 위해 적응될 수 있다. 마이크로컨트롤러(223)는 마이크로프로세서, 메모리, 및 클록을 포함하고, 파워 라인(10)을 통해 100 KHz 이상, 예를 들어 125 KHz에서 고주파수 신호를 전송하기 위해 기능하고, 신호는 센서(224)에 의해 감지된 온도에 대한 디지털 데이터를 포함한다. X10 필터(222)는 100 KHz 미만에서 신호들의 전송을 차단하는 고대역 통과 필터이고, 감지된 온도에 대한 데이터를 포함하는 더 높은 주파수의 신호들이 상기 필터를 통해 통과하도록 허용한다.

컨트롤러(18)는, 예를 들어, 컨트롤러(18)의 베이스보드의 컴포넌트들과 회로들에 파워를 공급하기 위해 파워 라인 전압을 5-20V(D.C.)로 변환하기 위한 종래의 스텝 다운 변압기(도시되지 않음)를 옵션으로 포함하는 파워 공급(181)를 포함할 수 있다. X10 필터(182)는 100㎑ 미만에서 파워 라인(10)을 통해 컨트롤러(18)에 전송되는 신호들 및 노이즈를 필터링하여, 고 주파수 신호를 통과시켜 마이크로컨트롤러(183)에 도달하게 하는 고 대역 필터이다. 마이크로컨트롤러(183)는, 예를 들어, 지시형 자동-구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램을 실행하고 데이터 수집 기능을 수행하기 위한 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 온도 센서(184)는 컨트롤러(18)가 장착된 외부 온도를 감지할 수 있다. 예를 들어, 표시된 바와 같이, 컨트롤러(18)는 금속 시트 내에 또는 부하 유닛의 인클로저 내에 또는 그 근처에 장착될 수 있다. 온도 센서(184)는 부하 유닛 인클로저 근처의 외부 온도를 검출하고 마이크로컨트롤러(183)에 의해 처리될 수 있는 감지된 온도를 반영하는 신호를 발생시키는데 사용될 수 있다. 사용자 입력 스위치들 및 디스플레이 모듈(185)은 컨트롤러(18)에서 매뉴얼로 및/또는 원격으로 입력을 수신하고 컨트롤러의 상태를 표시하도록 구성될 수 있다. 신호 조절 컴포넌트들 및 스위치들 모듈(186)은 서모스탯 입력 신호들을 수신하고, 마이크로컨트롤러(183)의 명령하에서 출력 신호를 제어될 HVAC&R 부하 유닛에 전송할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로컨트롤러(183)는 마이크로프로세서(1832), 통합 메모리(1835)로 도시된 컴퓨터 판독가능 저장 매체(1833), 및 클록(1834)을 포함할 수 있으며, 이들 모두는 동일 칩 내에 집적될 수 있다. 중앙 처리 유닛(CPU)이라고도 알려진, 마이크로프로세서(1832)는 본 명세서에 나타내어진 컨트롤러 기능들을 지원하기 위한 컴퓨팅 능력을 제공하는데 필요한 산술, 논리, 및 제어 회로를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체(1833)의 메모리(1835)는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 또는 그 둘 모두를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리는, 예를 들어, ROM(read-only memory), 또는 다른 영구적 저장장치를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리는, 예를 들어, RAM(random access memory), 버퍼들, 캐쉬 메모리, 네트워크 회로들 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 마이크로컨트롤러(183)의 컴퓨터 판독가능 저장 매체(1833)는 임베디드 ROM 및 RAM을 포함할 수 있다. 본 명세서의 도 4 내지 도 5와 연계하여 논의된 바와 같이, 마이크로컨트롤러용 읽기/쓰기 확장 (플래쉬) 메모리도 제공될 수 있다. 프로그래밍과 데이터는 메모리(1835)를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(1833)에 저장될 수 있다. 프로그램 메모리는, 컨트롤러 모듈(18)을 제어하기 위해, 예를 들어, 표시된 자동-구성 프로그램(1836)과 디지털 리사이클 카운터 프로그램(1837)을 위해 제공될 수 있으며, 뿐만 아니라, 본 명세서에 기재된 것과 같은 메뉴, 동작 명령들, 및 그외 프로그래밍과, 파라미터 값들 등을 저장할 수 있다. 결합하여, 자동-구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램들은 제어기(18)에 상주하는 집적된 제어 프로그램(1838)을 제공한다. 데이터 메모리는 서모스탯 명령 및 조절형 공간과 같이, 제어될 부하 디바이스의 동작에 관한 표시된 원격 온도 센서(22)에 연관된 센서들 및 온도 센서(184)로 획득된 데이터를 저장하는데 사용될 수 있다. 클록(1834)은 디지털 리사이클 카운터(1830)의 "온(on)" 및 "오프(off)" 상태들의 시작과 종료를 결정하는데 사용될 수 있는 타이밍 디바이스를 제공한다. 클록(1834)은, 예를 들어, 매우 정밀한 주파수를 갖는 전기 신호를 생성하는 압전 소자의 진동 크리스탈의 기계적 공명을 이용할 수 있는 전자 회로인 크리스탈 오실레이터일 수 있다. 종래의 수정 결정은, 예를 들어, 컨트롤러(18) 내의 클록으로서의 사용을 위해 적용될 수 있다. 클록(1834)은 서모스탯(14)의 라인(15)의 컨트롤 신호 상태와 독립적인 타이밍 제어를 제공한다. 클록(1834)은 서모스탯 컨트롤 신호 라인의 신호들의 주파수에 기초한 펄스 카운팅 대신에, DRC 방법론에서의 카운터 기능을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

본 명세서에 나타난 컴포넌트들과 특징들을 포함하는 마이크로컨트롤러(183)의 집적된 컴포넌트들은 디지털 리사이클 카운터("DRC")(1830)를 구현한다. DRC는 일반적으로, 예를 들어: (1) 클록을 이용하여 디지털 방식으로 카운트하며(예를 들어, 크리스탈); (2) 스위치들(186)로 하여금, 부하 유닛을 제어하는 자동-구성 프로그래밍에 기초한 DRC 방법론을 이용하여, 카운트들의 미리 결정된 수만큼 개방하고, 그 다음에 카운트들의 미리 결정된 수만큼 닫게 하며, 그리고 (3) OEM(서모스탯) 콘트롤 신호가 존재하는 한, 개방과 닫힘 패턴을 무한적으로 반복하거나 또는 "리사이클(recycle)"하도록 기능할 수 있다. 표시된 바와 같이, 이들 DRC 기능들을 실행하기 위한 디지털 리사이클 카운터(1830) 및 관련 프로그램(1837)은 마이크로컨트롤러(183)에 상주할 수 있다.

마이크로컨트롤러(183)는, 예를 들어, 상기 마이크로프로세서, 메모리, 및 클록 구성요소들을 포함하는 8 비트 또는 16 비트 또는 그보다 큰 마이크로칩 마이크로프로세서가 될 수 있으며, 상기 자동-구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램들의 입력 및 실행을 위해 동작 가능하다. 원하는 제어를 제공하기 위해 본 명세서에서의 제어 프로그램들을 입력할 수 있는 프로그램 가능한 마이크로컨트롤러들이 상업적으로 획득될 수 있다. 이러한 적절한 마이크로컨트롤러들은 미국 아리조나주 챈들러에 위치한 마이크로칩 테크놀러지 인크 등의 상업적 벤더들로부터 입수가능한 마이크로컨트롤러들을 포함한다. 이러한 상업적으로 이용가능한 마이크로컨트롤러들의 예는, 예를 들어, 마이크로칩 테크놀러지 인크의 PIC16F87X, PIC16F877, PIC16F877A, PIC16F887, dsPIC30F4012, 및 PIC32MX795F512L-801/PT; 아날로그 장치 ADSP 시리즈; 제닉 JN 패밀리; 내셔널 세미컨덕터 COP8 패밀리; 프리스케일 68000 패밀리; 맥심 MAXQ 시리즈; 텍사스 인스트루먼트 MSP 430 시리즈; 및 인텔 등이 제조한 8051 패밀리를 포함한다. 부가적인 가능한 장치들은 FPGA/ARM 및 ASIC을 포함한다. 본 명세서에서의 자동-구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램은 마이크로칩 테크놀러지 인크의 MPLAB IDE(Integrated Development Environment)와 같은 산업 개발 툴을 이용하여 각각의 마이크로컨트롤러들에 입력될 수 있다.

도 5는 구역 온도 센서(22) 및 전자 컨트롤러(18)의 투시도이다. 전자 컨트롤러(18)의 앞면에 도시된 바와 같이, 푸시버튼 선택 버튼(226)은 애플리케이션(예컨대, 히터 가동, 에어컨 가동, 냉장고 가동)을 선택하기 위해 수동으로 조작될 수 있고, 푸시 버튼(227)은 동작 모드(예컨대, 예비 단계, 통상 운전, 연장 운전, 바이패스)를 선택하는데 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 컨트롤러(18) 상에 상태 라이트(status light)가 제공될 수 있다.

도 6은 다중 부하 유닛 제어 시스템과 같은 독립형 또는 홈 네트워크 방식의 중간 규모 HVAC&R 구성에서의 컨트롤러의 사용을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, HVAC&R 제어 시스템(4)은 120 VAC 공급 빌딩 메인(10)에 접속된 전자 컨트롤러(1800) 및 옵션인 원격 온도 센서(22), 및 확장 I/O 보드(30)를 포함한다. 옵션인 원격 온도 센서(22)는 도 3의 것과 동일한 것일 수 있으며, 전자 컨트롤러(1800)는 도 3의 컨트롤러(18)와 유사한 것일 수 있으며, 몇 가지만 변경한 것이다. 마이크로컨트롤러(1831)는 상기 자동-구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램, 데이터 콜렉션 기능 및 웹서버를 갖는 32 비트 마이크로칩 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 컨트롤러(1800)에 사용된 무선 트랜스시버(187)(예컨대, 무선 802.11 트랜스시버)는 컨트롤러(1800)에게 무선 이더넷 네트워크와의 통신을 가능하게 한다. 무선 트랜스시버(187)는 무선 모뎀을 갖는 라우터 및 랩탑과 같은 다른 무선 네트워크들(예컨대, 다른 802.11 네트워크들)과 접속할 수 있다. 예컨대, USB 섬드라이브와 유사한 확장 메모리(188)가 컨트롤러의 외부 메모리를 제공한다. 예컨대, 5 입력 2 출력 커넥터를 갖는 확장 입출력 인터페이스(189)가 제공될 수 있으며, 이는 입출력(I/O) 확장 모듈(30) 또는 다수의 유사한 I/O 확장 모듈과 통신할 수 있다. 파워 공급(181), X10 필터(182), 온도 센서(184), 사용자 입력 스위치들 및 디스플레이들(185), 및 신호 조절 및 스위치들(186)은 도 3의 시스템(3)에 도시된 각각의 구성요소들과 유사한 것일 수 있다.

I/O 확장 모듈(30)은 컨트롤러(18)에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 다수의 압축기 유닛(도시되지 않음)과 인터페이싱될 수 있다. I/O 확장 모듈(30)은 통신 및 파워 모듈(301), 마이크로컨트롤러(302), 온도 센서(302)(예컨대, PCB 상의 내부 서모커플), 및 서모스탯 입출력 신호와 통신하고 파워 소비, 온도 및/또는 습도 신호들을 수신하는 신호 조절 모듈(304)을 포함할 수 있다. 마이크로컨트롤러(302)는, 예를 들어, 16 비트 마이크로컨트롤러일 수 있다. 모듈(30)은 또한 베이스보드에 4개의 컨덕터 접속(예컨대, 컨트롤러 영역 네트워크(CAN)에 2개, 파워에 2개)을 가질 수 있으며, 다수의 유사한 I/O 확장 모듈, 예컨대 7개 이상의 I/O 확장 모듈까지 데이지 체인 방식으로 연결될 수 있다. I/O 확장 모듈(30)은 와트노드 및 온도 센서 입력들을 접속시키고 베이스밴드로부터 제어가능한 2개의 디지털 출력을 제공하는데 사용될 수 있다. I/O 확장 모듈은 또한 온도 센서(22)(도시되지 않음)로부터 온도 정보를 수신할 수 있다. I/O 확장 모듈(30)은 또한 컨트롤러(1800)를 경유하는 대신에, 120 V 메인(도시되지 않음)으로부터 직접 파워 공급될 수 있다.

도 7은 구역 온도 센서(22), 전자 컨트롤러(1800), I/O 확장 모듈(30), 및 모듈(30)과 유사한 추가 I/O 확장 모듈(30A)의 투시도이다. 전자 컨트롤러(1800)의 페이스에 도시된 바와 같이, 누름버튼 선택 버튼(226)은 애플리케이션(예컨대, 가열, 공조, 및/또는 냉장)을 선택하기 위해 수동으로 동작될 수 있으며, 누름버튼(227)은 동작 모드(예컨대, 커미셔닝 단계(commissioning phase), 정상 실행, 확장 실행, 또는 바이패스)를 선택하는 데 사용될 수 있다. 컨트롤러(1800) 상의 상태 조명들은 조명으로서 제공될 수 있다.

도 6 및 7에 도시된 컨트롤러 시스템(4)과 관련하여, 무선 TCP/IP는 적어도 2가지 기능을 제공할 수 있다. 우선, 컨트롤러를 구성하기 위해 설치 기사들에 의해 사용되는 통신 방법일 수 있다. 또한, 주택 소유자 또는 빌딩 소유자 또는 임차인이 컨트롤러를 기존의 가정 또는 소기업 802.11 네트워크에 접속시키기 위해 이것을 이용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 본 구성에서 컨트롤러(1800)는 내장 웹 서버를 가지며, (1) 구성, (2) 상태, 및 (3) 플롯팅을 포함하는 이력 정보의 제시를 위해 자신의 웹 페이지들을 제공할 수 있다. 또한, 컨트롤러(1800)는, 예컨대 냉각 및 가열 또는 냉장 등의 애플리케이션에 따라 듀얼 구성으로 제공될 수도 있다. 이와 관련하여, 컨트롤러(1800)의 페이스에 도시된 LED 상태 조명 및 도 7 내의 I/O 확장 모듈들(30, 30A)은 표 1에 열거된 표시 사항들과 관련될 수 있다.

베이스 자립형 구성-냉각 및 가열	옵션들
DI-1: 서모스탯 입력 신호 DO-1: (냉각만을 위한) 압축기에 대한 명령 신호 DO-2: (가열만을 위한) 버너 또는 보일러에 대한 명령 신호	AI-1: 구역 온도 입력 신호 AI-2:(가열만을 위한) 플루 온도 입력 신호 DI-3: 플루 온도 및 버너 명령 신호에 기초하여 Gas 소비를 추정하도록 kw 소비 소프트웨어를 측정하기 위한 WattNode 입력 신호. 추가 장비(온수기, 추가 압축기, 버너들, ...)를 제어하고 모니터링하기 위한 (최대 7개의) CAN 확장 모듈 시간 이력 플롯을 통해 이력 파워 사용을 디스플레이하기 위한 웹 페이지들.
베이스 자립형 구성- 냉장	옵션들
DI-1: 서모스탯 입력 신호 DI-2: 전기 히터 입력 신호 DO-1: 압축기에 대한 명령 신호 DO-2: 전기 해동 히터에 대한 명령 신호	AI-1: 구역 온도 입력 신호 AI-2: 증발기 코일 온도, 공기흐름, 또는 그와 유사한 것 DI-3: kw 소비를 측정하기 위한 WattNode 입력 신호. 추가 장비(온수기, 추가 압축기들 ...)를 제어하고 모니터링하기 위한 (최대 7개의) CAN 확장 모듈 시간 이력 플롯을 통해 이력 파워 사용을 디스플레이하기 위한 웹 페이지들.

도 8은 네트워크화된 구성 내의 HVAC&R 컨트롤러(1801)의 이용을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, HVAC&R 컨트롤 시스템(5)은 컨트롤러 유닛(1801), 원격 온도 센서(22), 및 웹-인에이블 데이터 집중기(40, 40A, 40B)를 포함하며, 이는 120 VAC 공급 구축 본선(10), 및 확장 I/O 보드(30, 30A, 30B)에 접속되어 있다. 원격 온도 센서(22)는 도 3에 도시된 바와 동일할 수 있으며, 전자 컨트롤러(1801)는 일부 추가적인 변경을 갖는 도 6의 컨트롤러(1800)와 유사할 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러(1831)는 표시된 자동-설정 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램을 갖는 32비트 마이크로칩 마이크로프로세서, 데이터 수집 기능, 및 웹서버를 포함한다. 무선 RF 트랜스시버(1871)는 컨트롤러(1801)에 포함될 수 있다. 무선 RF 트랜시버(1871) 및/또는 무선 트랜스시버(187)는 컨트롤러(1801)가 무선 RF 네트워크 및/또는 무선 이더넷 네트워크와 각각 통신하는 것을 허용하도록 컨트롤러(1801) 내에 이용될 수 있다. 무선 RF 트랜스시버(187)는 다른 컨트롤러들 및 데이터 집중기(40)와 양방향 통신을 제공하기 위해 메시 네트워킹을 이용하는, 예컨대, 무선 ZigBee RF 802.15.4 트랜스시버일 수 있다. 파워 공급(181), 마이크로컨트롤러(1831), X10 필터(182), 온도 센서(184), 사용자 입력 스위치들/디스플레이들(185), 신호 조절 및 스위치들(186), 확장 메모리(188), 확장 입력/출력 인터페이스(189), 및 I/O 확장 모듈(30(30A))은 도 6에 도시된 시스템(4)에 이용되는 각각의 컴포넌트와 유사할 수 있다. 베이스보드 I/O는, 예컨대 5개의 입력 커넥터 및 2개의 출력 커넥터를 포함할 수 있으며, 확장가능한 I/O는, 예컨대 옵션으로서 멀티 압축기 사이트를 위한 최대 7개의 CAN 인터페이스 I/O 모듈들을 구비할 수 있다. 컨트롤러(1801)는 무선 트랜스시버(1871)를 통해 게이트웨이들(40, 40A, 40B)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 데이터 집중기와 통신할 수 있다. 게이트웨이(40) 및 이와 유사한 유닛들(40A, 40B)은 네트워크 컨트롤러를 포함하는 상위(high tier) 베이스보드(401), 및 인터넷(42)과 클라우드 서버(44)에 액세스하기 위한 에어카드 모뎀(예컨대, GSM 인터넷 액세스) 또는 LAN(이더넷)을 갖는 라우터를 구비한 라우터 모듈(402)를 포함할 수 있다. 데이터 집중기(40)는 규격품(off-the-shelf) 디바이스일 수 있으며, TCP/IP와 무선 RF 간의 게이트웨이로서 기능한다. 이는 TCP/IP를 갖는 네트워크 컨트롤러들 각각으로부터 RF 네트워크에 접속하는 라우팅 기능을 포함할 수 있다. 데이터 집중기는 선택적으로 하나 이상의 I/O 모듈(들)을 포함할 수 있다.

데이터 집중기(40)의 주된 목적이 게이트웨이로서 역할을 하는 것일 수 있어도, I/O를 감지하는 기능을 또한 가질 수 있다. 이 기능은, 데이터 집중기가 파워 소비가 쉽게 감지될 수 있는 전기 분배 설비 부근에 배치되어 있는 상황에서 사용될 수 있다. 유선 CAT5 또는 무선 GSM 액세스 모두 지원될 수 있다. GSM 액세스는 캐리어(예컨대, 베리존, TMobile 등)에 가입할 것과, 에어카드를 필요로 할 수 있다. 데이터 집중기는 네트워크 및 데이터 로깅 특징을 구성하기 위한 스크린을 갖는 빌트인 웹서버를 가질 수 있다.

클라우드 서버(44)는 하드웨어를 위해 렌트된 서버 공간을 이용할 수 있고, 소프트웨어는 네트워킹된 시스템용으로 특정되어 설계될 수 있다. 클라우드 서버는 고객, 기술자 및 시스템 제공자에게 데이터 집중기에 의해 서비스되는 빌딩에의 보안 액세스를 제공할 수 있다. 서버는 개개의 어카운트 및 (서버에 위치한) 데이터 및 네트워크에 대한 그들의 액세스 권한을 호스트할 수 있다. 개개의 컨트롤러로부터 로그된 모든 데이터는 데이터 집중기를 통한 RF 메시 네트워크를 통해 보내질 수 있으며, 여기서 데이터는 TCP/IP 포맷으로 리캐스트되어 클라우드 서버로 송신된 다음, 그 클라우드 서버에 영구적으로 저장될 수 있다. 클라우드 서버는 공중 도메인 LAMP 소프트웨어(리눅스, 아파치 서버, MySQL 데이터베이스, 및 PHP 애플리케이션 언어)를 사용할 수 있다. 컨텐츠 관리 시스템은 공중 도메인 드러플 소프트웨어에 기초할 수 있다.

도 9는 구역 온도 센서(22), 전자 컨트롤러(1801), 및 I/O 확장 모듈(30), 및 모듈(30)과 유사한 추가의 I/O 확장 모듈(30A) 및 하나 이상의 추가의 I/O 확장 모듈(30B)의 사시도이다. 전자 컨트롤러(1801)의 앞면에 도시된 바와 같이, 푸쉬 버튼 선택 버튼(226)은 애플리케이션(예컨대, 난방, 냉방, 냉동)을 선택하도록 수동 조작될 수 있으며, 푸쉬 버튼(227)은 동작 모드(예컨대, 커미셔닝 단계, 정규 동작, 연장 동작, 바이패스)를 선택하도록 사용될 수 있다. 컨트롤러(1801) 상의 상태 조명을 설명한 바와 같이 제공할 수 있다.

도 10은 인터넷 액세스를 위해 에어카드(403)를 구비한 상용제품인 라우터(402)에 연결된 컨트롤러(1801)의 사시도이다.

도 11은 네트워크 제어되는 HVAC&R 시스템(50)의 제어하에 있는 컨트롤러(1801), 데이터 집중기(40), 인터넷(42), 클라우드 서버(44), 및 하나 이상의 HVAC&R 부하 유닛(20)을 포함하는 네트워크 제어되는 HVAC&R 시스템(50)을 도시한다. 랩탑 컴퓨터와 같은 원격 유저 입력 디바이스(21)는 무선 또는 이더넷 링크(23)를 통해 컨트롤러(1801)와 통신할 수 있다. 컨트롤러(1801)의 앞면에 도시된 상태 조명 및 데이터 집중기(40)(및 도 9의 I/O 확장 모듈(30 및 30A)은 표 2에 열거된 표시들과 관련될 수 있다.

네트워크된 구성	옵션
DI-1: 서모스탯 입력 신호 DI-2: 전기 히터 입력 신호 DO-1:(냉방만을 위한) 압축기로의 명령 DO-2:(난방만을 위한) 버너 또는 보일러로의 명령 신호	AI-1: 구역 온도 입력 신호 AI-2: (난방만을 위한) 플루 온도 입력 신호 DI-3: 플루 온도 및 버너 명령 신호에 기초하여 가스 소비를 추정하기 위한 kw 소비 소프트웨어를 측정하기 위한 와트노드 입력 신호 고객이 빌딩들 간 및 빌딩 내부의 현재와 과거 모두의 정보를 보게 해주는 (클라우드 서버에서의) 추가의 기기(워터 히터, 추가의 압축기, 냉동기, 버너,...) 보안 고객 웹사이트(들)를 제어하고 모니터링하기 위한 CAN 확장 모듈(예컨대, 7개까지) 디맨드 차지를 제어하기 위한 능력을 고객에게 제공하는 기기 파워 소비를 직접적으로 제어하는 TCP/IP 능력을 이용하여 디맨드 응답 기능과 인터페이스하는 능력

본 발명의 컨트롤러 상에서 실행되는 자동 설정 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램을 포함하는 제어 프로그램을 이용하는 프로세스(100)의 플로우차트가 도 12에 도시되어 있다. 자동 설정 프로그램 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램을 포함하는 전자 컨트롤러의 설치 후에, 자동 설정 프로그램은 커미셔닝 단계로 진입한다. 이 단계 동안, 부하 유닛 상의 기존의 OEM 컨트롤러는 여러 사이클의 동작 동안 통상적으로 실행되도록 허용된다. 이상적으로는, 커미셔닝 단계 동안, 서모스탯 명령 및 적어도 조절된 공간 온도 (및/또는 적어도 하나의 다른 환경적으로 측정된 인자)인 2개의 신호들이 감지되어 기록된다. 도시된 바와 같이, 조절된 공간 온도 센서가 없는 애플리케이션에서는, 예를 들면, 온도 신호가 설정 포인트 및 히스테리시스 온도 값들에 대한 기존의 ASHRAE 데이터 및 OEM 컨트롤 신호 타이밍 으로부터 추정될 수 있다. 냉동 및 난방 애플리케이션에서는, 모델 정확도를 향상시키기 위해 추가적인 센서 입력들을 사용할 수 있다.

보다 상세하게는, 기존의 서모스탯과 부하 유닛을 연결하는 라인 상에 컨트롤러를 설치하고, 컨트롤러 유닛을 시트 메탈 내에 그렇지 않으면 부하 유닛 부근에 실장하고, (예컨대, 플러그인 유닛으로서) 원격 온도 센서를 제어되는 구역에 선택적으로 별도로 설치한 후에, 전술한 바와 같이, 기술자 또는 이용자가 디바이스 상의 푸쉬 버튼 또는 스위치를 이용하여 컨트롤러 유닛을 턴 온시키고, 컨트롤러 디바이스 상의 버튼 또는 스위치를 눌러, 복수의 사이클에 걸쳐, 부하 유닛 상에 OEM 데이터를 기록하는 제어 프로그램의 커미셔닝 단계를 시작할 수 있다. OEM 데이터의 기록은, 이와 같은 방식으로, 도 12의 단계 101로서 도시된다. 퍼니스 또는 압축기 등의 경우, 부하 유닛 사이클은 4-8분 동안은 "온", 1-5분 동안은 "오프"의 사이클 또는 다른 사이클을 포함할 수 있다.

성능 데이터가 커미셔닝 페이스에서 기록되고 나면, 자동 구성 프로그램이 이하의 계산들을 수행할 수 있다:

스테이지 1: OEM 컨트롤 성능: 다음의 메트릭들이 커미셔닝 기간 동안 수집된 성능 데이터로부터 추정된다: 최대 조건화된 공간 온도, 최소 조건화된 공간 온도, 조건화된 공간 온도 히스테리시스 불감대, OEM 컨트롤러 사이클 시간 및 공간 온도 설정포인트가 추정된다. 이들 메트릭들로부터, 부하 사이클들의 "온" 및 "오프" 듀레이션들의 초기 추정이 도 12의 단계(108)에 도시된 바와 같이 추정될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 조건화된 공간 온도 센서가 제시되지 않거나 사용되지 않는 상황들에서, 공간 온도 설정 포인트 값이 ASHRAE(55) 또는 유사한 레퍼런스로부터 선택될 수 있고, OEM 사이클 시간의 듀레이션 및 외부 주변 온도에 따라, 하이테리시스 불감대가 예를 들어, 화씨 2 또는 4도(℉) 또는 다른 온도 범위들에서 특정될 수 있다. 그 후, 최대 및 최소 조건화된 공간 온도 값들이 온도 설정포인트 및 하이테리시스 값들을 이용하여 계산될 수 있다.

스테이지 2: 모델링: 동적 수학 모델의 파라미터들은 도 12의 단계(102)로서 나타낸 것과 같이 설치된 장비의 거동을 모델링하기 위하여 커미셔닝 성능 데이터에 맞춰진다. 모델에 대한 입력은 OEM 환경 컨트롤러 신호이고, 모델의 출력들은 조건화된 공간 온도(또는 다른 환경 팩터), 및 전기 및 연소 파워 장비(electrically and combustion powered equipment) 모두에 대한 장비 파워 소비이다. 뉴턴의 냉각 법칙에 기초하여, 모델 폼은 배관(ductwork) 또는 파이핑(piping)을 통해 동작 유체의 운송 역학 및 냉각 코일 또는 보일러의 잔여 열 에너지를 모델링하는 데에 사용되는 커패시턴스 항 또는 비례 가능한 지연(proportional and possibly delay)을 포함한다. 동적 수학 모델은 조건화된 공간의 열 질량 및 열 저항을 모델링하는 데에 사용된다. 파워 소비는 컨트롤러 신호 및 선택적으로는 장비 명패 정보에 기초하여 추정된다.

스테이지 3: 최적화: 스테이지 2에서 개발된 모델을 사용하여, OEM 신호 컨트롤 대신에 부하 상의 컨트롤러에 의해 적용되는 DRC 명령 신호를 정의하는 최적의 "온" 및 "오프" 시간을 추정하는 데에 수치 검색 방법이 사용된다. 이는 도 12의 단계(103)에 도시되어 있다. 계산되는 성능 인덱스는 3개 항들: (1) 에너지 소비, (2) 설정포인트로부터의 조건화된 공간 온도 변화 및 (3) 조건화된 공간 온도 변화를 포함한다. 각각의 항은 정규화되고, 그것에 할당된 연관된 스칼라 페널티 가중치 변수를 갖는다. 3개의 페널티 가중치들의 비율을 변경시킴으로써, 프로그램은 자동 동작의 3개의 구별되는 모드들, 즉 최소 에너지 컨트롤, 수요 응답 컨트롤 및 파워 제한 컨트롤을 가능하게 한다. 동작의 모드가 선택되고(단계(104)), 임의의 선택된 성능 인덱스 가중치들(단계(105))의 애플리케이션이 또한 성능 인덱스 평가(단계(103)를 수행하기 위한 목적으로 입력된다.

전기의 비용은 2개의 아이템들, 즉 (1) 총 kW 소비 및 (2) 피크 kW 수요에 기초한다. 총 kW 소비는 (이상적으로는) 장비 실행 시간에 비례한다. 피크 kW 수요는 15 또는 30분 구간 또는 창의 kW 소비의 최대 평균값이다. 피크 kW 수요 값은 전기세가 구축되는 방식을 결정하는 데에 사용된다. 전기는 kWh의 상이한 "디클라이닝 블록 레이트(declining block rate)들"로 과금되고, 이들 디클라이닝 블록 레이트들 각각은 그것과 연관된 kWh 비용을 갖는다. 제1 블록(처음 채워진 것)은 가장 비싸고, 제2 블록(그 다음 채워진 것)은 덜 비싼 등의 방식이다. 일정한 총 kW 소비가 주어지면, 전기의 총 비용은 피크 kW 수요 값에 의해 변화될 수 있고, 피크 kW 수요의 값이 작을수록 비용이 낮아진다. 오일 및 가스의 비용은 오직 한 아이템, 즉 총 소비에 기초하고, 피크 수요에 대한 별도의 요금은 오일 및 가스에 대해서는 보통 제시되지 않는다. 이하의 시간 적분된 2차 성능 인덱스(time integrated quadratic performance index)는 최소화를 위한 기반일 수 있다.

여기서, T = 성능 데이터 세트의 시간 듀레이션 (전형적으로는 OEM 컨트롤러의 하나 또는 다수의 사이클들);

= 규칙적으로 이격된 "온" 및 "오프" 시간으로 이루어지는 DRC 바이너리 컨트롤 신호 (

는 신호가 "온"일 때는 1의 값을 갖고, 신호가 "오프"일 때는 0의 값을 가짐);

= DRC 알고리즘과 OEM 컨트롤 온도 설정 포인트 사이에서 추정된 온도 오차;

= DRC 컨트롤 신호에 의해 야기될 때 추정되는 모델의 온도 변화; Q = DRC 컨트롤의 실행 시간 상에 위치한 가중 변수(페널티)(이는 DRC의 누적 실행 시간, 따라서 HVAC&R 시스템의 에너지 소비를 최소화함); R = OEM 설정 값에서 설정 포인트 온도를 유지하는 중요도 상에 위치한 가중 변수(페널티)(이 값은 설정 포인트 온도를 달성하고 싶을 때 주어지거나 할당됨); S = 컨트롤되는 온도 변화의 중요도 상에 위치한 가중 변수(페널티). S 값에 대해 가중치를 증가시키거나 할당하면 컨트롤되는 온도의 변화를 감소시키며, 오히려 직선 컨트롤되는 온도 응답으로 될 것이고, 따라서 온도 변동을 최소화할 것이다.

DRC 프로그램이 최소 에너지 모드에서 동작하는 경우에는, "Q" 가중값은, Qu²이 "R" 값보다 훨씬 더 큰 크기를 가지며 "S" 값보다 약간 더 큰 크기를 갖도록 선택되고, 성능 인덱스 J는 최적 "u" 궤적을 계산함으로써 최소화된다. 이는, DRC 컨트롤의 전체 런타임을 최소화하는 것이 설정 포인트 온도를 유지하는 것보다 더 중요하지만, 설정 포인트 주위의 작은 온도 변동을 유지하는 것도 또한 중요하다는 것을 의미한다. 이러한 컨트롤 방법은 전기 또는 화석 연료(가스나 석유) 동력형 가열 및 냉각 장치들에 적용될 수 있다. 성능 인덱스에서의 에러 항들 e₁ 및 e₂를 평가하는데 요구되는 온도 및 파워 신호들을 생성하기 위해서 스테이지 2 모델이 이용된다. 최소 에너지 모드에 있는 동안에는, DRC 프로그램은, 일차적으로는 장비의 에너지 소비를 최소화하면서, 이차적으로는 OEM 컨트롤러 설정 포인트에 근접하여 조절된 공간 온도들을 유지하는 방식으로 동작한다. 일반적으로, DRC 온도 설정 포인트와 OEM 컨트롤러 설정 포인트 사이에 작은 에러가 존재하지만, DRC 온도 변동은 통상적으로 OEM 컨트롤러의 온도 변동보다 더 적을 것이다.

DRC 프로그램이 파워 제한 모드에서 동작하는 경우에는, "R" 가중값은, Re₁ ²이 "Q" 항보다 훨씬 더 큰 크기를 가지며 "S" 항보다 약간 더 큰 크기를 갖도록 선택되고, 성능 인덱스 J는 최적 "u" 궤적을 계산함으로써 최소화된다. 파워 제한 모드에서 동작하는 경우에, DRC는 성능 인덱스를 따르도록 강제되지만, 또한 전체 DRC 런타임을 OEM 런타임의 부분(통상적으로, 이 부분은 약 80% 내지 90%의 범위임)로 제약하는 것을 겪는다. 그 결과적인 효과는, OEM 설정 포인트를 달성하지만, 공간이 냉각되거나 가열되고 있는 동안에 전체 조절된 공간 온도 시간 변화율(변화도(gradient))을 감소시키는 방식으로 발생하도록 강제하는 DRC 컨트롤 신호이다. 조절된 공간 온도 변화도가 단위 시간당 소비된 파워에 정비례하기 때문에, 이러한 컨트롤 방법은 효과적으로 전기 요구 차지를 제한하며, 전기 동력형 장비 상에서 가장 효과적으로 이용된다. 전술한 가중 설정들을 포함한 이러한 모드는 또한 요구 응답 컨트롤에 이용될 수 있다. 요구 응답 모드에 있는 동안에는, DRC 프로그램은 일차적으로는 외부 소스로부터 제공되며 본 발명의 유선 또는 무선 네트워킹을 통해 전자 컨트롤러로 전달되는 온도 설정 포인트를 유지하도록 장비를 동작시킨다. 이러한 모드는 대부분의 ESCO들(Energy Service Companies)에 일체형인 요구 응답 기능을 다루는데 이용된다. 온도 조절 모드에 있는 동안에는, OEM 컨트롤러로부터의 온도 설정 포인트 명령들이 무시된다.

자동 구성 프로그램을 이용한 DRC 프로그램의 최적화 중에, 짧은 사이클링, 석유 고갈, 컨덴세이션(condensation) 및 다른 머신과 시스템 헬스 이슈들을 비롯한 이슈들을 다루기 위해서 "u" 신호의 허용가능한 "온" 및 "오프" 시간 지속기간들에 대해 제한들(제약들)이 부과된다. 자동 구성 프로그램은 DRC 프로그램에 대한 최적 "온" 및 "오프" 시간 지속기간들을 자동으로 결정하는 모델 기반 최적화 계산을 수행할 수 있다. DRC 프로그램의 최적화는 예를 들어 도 12의 단계들 103, 106, 107, 109 및 110을 포함한 루프를 포함할 수 있다.

스테이지 3의 완료 다음에, 컨트롤 프로그램은 DRC 프로그램(111)의 컨트롤 하에서 그 정상 실행 단계로 전이한다. 정상 실행 단계에 있어서, DRC(digital recycle counter) 프로그램은 자동 구성 프로그램을 이용하여 커미셔닝 중에 계산되는 최적화된 "온" 및 "오프" 시간 값들을 이용하여 장비를 컨트롤할 수 있다. 이러한 정상 실행 단계에서, DRC 프로그램은 최소 에너지, 요구 응답 또는 파워 제한을 포함하는 3가지 모드들 중 임의의 모드에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 도 13에 도시된 바와 같이 컨트롤러(18)(1800, 1801)와 통신할 수 있는 원격 입력 장치(21) 또는 컨트롤러 상의 사용자 입력 장치를 통해 사용자에 의해 선택된 모드 및/또는 컨트롤러 상의 디폴트 설정에 기초할 수 있다. 입력 장치(21)는 예를 들어 디스플레이(212) 및 컨트롤 패드(213)를 포함하는 사용자 인터페이스(211)를 가질 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 선택되어, 사용자 인터페이스(211)를 통해 통신 링크(23)(예를 들어, RF 무선, 이더넷)를 경유하여 컨트롤러(18)(1800, 1801)에 입력될 수 있다. 도 14의 예시에서, 예시적인 구성 모드 선택 메뉴가 입력 장치(21)의 디스플레이(211) 상에 디스플레이되는데, 이는 (1) 최소 에너지 컨트롤, (2) 요구 응답 컨트롤 또는 (3) 파워 제한 컨트롤을 포함하는 (이 점에 있어서 임의의 디폴트 설정(들)을 오버라이드할 수 있는) 선택 옵션들로서 이용가능한 3가지의 별개의 자동 동작 모드들을 나타낸다. 이들 동작 모드들 중 하나가 컨트롤러(18)(1800, 1801)에 의한 구현을 위해 선택될 수 있다. 구성 모드 옵션들 (1), (2) 및 (3) 중 하나의 선택은 직접적으로 터치스크린 인터페이스를 통해, 또는 마우스 커서 화살표나 컴퓨터 터치패드에 의해 지시된 바와 같은 커서 화살표에 의해 시각적으로 안내되는 바와 같이, 또는 컴퓨터 키보드를 통한 키 스트로크나 오디오 인식 명령 컨트롤에 의해 이루어지거나 할 수 있다. 이들 옵션들 중 시험적인 선택은 예를 들어 하이라이팅 등에 의해 표시될 수 있다. 옵션 선택들은 예를 들어 터치스크린 버튼 스트로크, 마우스 클릭을 통해, 안내된 키보드 키 스트로크, 오디오 명령 등을 통해 확인될 수 있다. 사용자가 어떠한 구성 모드 선택도 입력하지 않았다면, 실행될 프로그램에 디폴트 선택이 인코딩될 수 있다. 사용자 입력에 의해 또는 디폴트로 구성 모드를 선택한 후에, 앞서 선택한 구성 모드에 기초하여, J를 결정하는 데에 사용되는 성능 인덱스 공식에서, 에너지 소비, 온도 조절, 및 파워 제한에 대한 중요도를 배정하기 위한 가중치 변수(weighting variable) Q, R, S가 자동으로 할당되거나, 또는 기술자나 사용자가 이들 값을 조절하게 해주도록 추가의 디스플레이(도시 생략)가 입력 장치(21) 상에 디스플레이될 수 있다.

전자 컨트롤러 장치는 소정 시간 기간 동안 디지털 리사이클 카운터를 더 조절할 수 있는 오버라이드 모드(override mode)를 포함할 수 있다. 전자 컨트롤러 장치가 동작할 수 있는 오버라이드 모드는 온도나 습도 또는 둘 다에 작용하는 일시적 요인(temporary factor)들에 반응한다.

이러한 방식으로, 예를 들어, 앞서 나타낸 자동-구성 및 디지털 리사이클 카운터 프로그램을 포함하는 전자 컨트롤러는 서모스탯(thermostat)의 컨트롤 신호를, 자동화된 방식으로 미리 구성된 모듈화된 2진 컨트롤 신호로 바꾸는 동작을 할 수 있다. 다른 이점 및 유리한 점들 중에서도, 기존의 HVAC&R 시스템은, 예를 들어, 난방, 냉방, 및 냉장 설비의 에너지 비용을 절감하고 에너지 소비를 개선하고, 컴포트(comfort) 및 에너지 소비 정보(데이터 컬렉션)를 감시 및/또는 기록하고/거나, 인터넷 및 무선 네트워킹을 통해 양방향으로 컨트롤 및/또는 데이터 캡처 정보를 전달하기 위하여, 본원에서 예시한 바와 같이 본원의 컨트롤러, 기타 관련 센서와 애드온(add-ons)을 구현할 수 있다. 인터넷 접속을 통하여, 컨트롤러를 이용하는 시스템은, 데이터 컬렉션 특징을 이용한 에너지 절약 검증(validation), 및 파워 제한뿐만 아니라, 예를 들어, 그 범위가 0%(설비 오프 - 레벨 1)부터 중간 사이클 범위(레벨 2 및 3)까지인 절감 사이클(curtailment cycle)의 범위에 걸친 수요 응답 컨트롤(demand response control) 등을 지원할 수 있다.

본 발명의 컨트롤러의 사용자가 유틸리티 에너지 효율 프로그램(utility energy efficiency program)에 참여하는 경우, 예를 들면, 네트워킹된 시스템은 에너지 서비스 회사(ESCO) 또는 파워 유틸리티 제공업체(power utility provider)가 받아들일 수 있는 에너지 소비 및/또는 절감에 대한 기록들 및 데이터 캡처 또한 제공할 수 있다. 파워 제한 기능은 또한 설비가 절대로 (파워 소비에 한해서) 설정 포인트 파워 값을 초과하는 파워를 끌어오도록 동작하지 않음을 보장할 수 있다. 이 특징은 소비자에게 수요 파워 요금(electricity demand charge)을 컨트롤하는 효과적인 방법을 제공할 수 있다. 또한, 선택적인 인터넷 접속을 통해, 시스템은, 그 통신 전송 메카니즘으로서 인터넷을 사용하는 스마트 그리드(SmartGrid) 기능들 뿐 아니라 인터넷 IP 프로토콜을 지원하는 건물(building) 에너지 관리 시스템(Energy Management System; EMS)과 인터페이스할 수 있다.

본 발명은 다음의 예제들에 의해 더 명확해질 것이지만, 이들 예제는 단지 본 발명에 대한 예시에 불과한 것이라 의도된다. 그렇지 않음을 명시하지 않는 한, 본원에 이용되는 모든 총계, 퍼센티지, 비율 등은 가중치에 관한 것이다.

예

예 1:

이 예는 냉방 가전(cooling application)에 대한 최소 에너지 모드의 알고리즘을 동작시킬 때 컨디셔닝되는(conditioned) 공간의 온도 작용(behavior)을 예시한다. 도 15, 16 및 17로 도시된 이 3개의 도면에서, 도 15는 OEM 컨트롤("OEM 컨트롤 명령")과 이에 대응하는 컨디셔닝되는 공간 온도(상단 부분)의 작용을 도시한다. 컨디셔닝되는 공간 온도는 양단의 최고값과 최저값(68℉과 66℉) 사이에서 변화한다. OEM 온도 설정 포인트는 양단 사이의 중간에 있으며, T*로 표시된다. OEM 서모스탯의 컨트롤 목적은 컨디셔닝되는 공간 온도가 T*에서, 그 변화량이 양단의 최고값과 최저값을 넘어서지 않도록 유지하는 것이다.

도 16 및 17의 플롯들은 두 개의 DRC 컨트롤 신호 및 그것들과 관련된 가중 파라미터의 두 개의 상이한 설정들에 대한 조절된 공간 온도를 도시한다. 도 16의 플롯에서, 성능 인덱스("J")를 계산하기 위한 표시된 식의 파라미터들은 Q=10, R=1, 및 S=1로 설정된다. 이 가중은 런타임을 감소시키는 데에 상당한 패널티를 부여하고 DRC 온도 설정 포인트를 OEM 값에서 유지하고 온도 신호에 작은 변동을 유지하는 데에 어느정도의 상당한 패널티를 부여한다. 도 16의 온도 플롯에서 보이는 바와 같이, 온도는 온도 데드밴드의 낮은 값(66℉)에는 절대 도달하지 않고, 대신에 높은 데드밴드(68℉)와 OEM 설정 포인트 값(T*) 사이에서 변화한다. 온도 프로파일의 전체 기간은 OEM 값(t2)에서 변하지 않지만, 런타임은 16에서 15.5 타임 유닛으로 감소된다.

도 17의 플롯에서, 성능 인덱스 식의 파라미터들은 Q=10, R=0.1, 및 S=1로 설정된다. 도 17의 온도 플롯에서 보이는 바와 같이, 온도는 OEM 온도 설정 포인트에 도달하지 않고 OEM 온도 범위의 상위 30%에 남는다. 온도 프로파일의 전체적인 기간은 OEM 값(t2)에서 변하지 않고, 런타임은 16에서 8 타임 유닛으로 감소된다.

예 2:

이 예는 냉각 애플리케이션에 대한 파워 제한 모드로 알고리즘을 동작하는 동안에 조절된 공간의 온도 양태를 도시한다. 도 18 및 19의 두개의 플롯에서, 도 18의 플롯은 OEM 컨트롤("OEM 컨트롤 명령")의 양태 및 그것의 대응하는 조절된 공간 온도(상위)를 도시한다. 조절된 공간 온도는 고 데드밴드 값과 저 데드밴드 값(T-hi 및 T-lo) 사이에서 변화한다. OEM 온도 설정 포인트 값은 데드밴드들 사이의 중간쯤이고 T*로 표시된다. OEM 서모스탯의 컨트롤 목적은 t1 타임 유닛들의 타임 인터벌 또는 그 미만 동안 (이는 OEM 컨트롤러의 "on" 타임으로 도시되어 선택됨) 런타임을 제한하거나 최소화하는 것이다. 이 타임 값은 전기적 요구 차지의 계산을 위해 사용되는 타임 윈도우에 대응할 수 있다(통상 15 또는 30분). 제2 목적은 DRC 알고리즘이 OEM 컨트롤러와 동일한 온도 설정 포인트를 유지하기 위한 것이다.

도 19의 플롯에서, 적분된(integrated) 2차 성능 인덱스 식의 가중 파라미터들은 Q=1, R=10, 및 S=1로 설정된다. 80% 런타임 제약은 또한 DRC 컨트롤 신호에 적용된다(타임 기간 = t1 에서 DRC 런타임이 OEM 런타임의 80%가 되도록 목표함). 도 19의 온도 플롯에서 보이는 바와 같이, 온도는 평균내어 OEM 온도 설정 포인트에 남지만; 전체적인 변화의 온도 타임 레이트는 조절된 공간이 냉각 중인 동안에 OEM 컨트롤러의 변화의 온도 타임 레이트보다 작다. t1 타임 유닛 동안에 OEM 컨트롤러 런타임은 8 유닛이고 DRC 런타임은 6.2 타임 유닛으로, 약 20%의 감소가 바람직하다. 관련된 효과로는 DRC 컨트롤러의 기간을 OEM 컨트롤러의 기간보다 크게 늘리는 것이다(OEM 기간 = t2, DRC 기간 = t11 - t3).

예에서 보인 바와 같이, 최적화 계산에 기반한 모델을 수행하는 자동-구성 모드를 갖는 컨트롤 프로그램을 포함하는 컨트롤러는 DRC 프로그램을 위한 최상의 "on" 및 "off" 타임 지속시간을 자동으로 결정할 수 있다.

출원인은 특히 이 개시에서 모든 인용된 참증들의 전체 컨텐츠를 포함한다. 또한, 양, 농도, 또는 다른 값이나 파라미터들이, 범위, 바람직한 범위 또는 상위 바람직한 값들과 하위 바람직한 값들의 리스트 중 하나로서 주어질 때, 이는 특히 범위들이 별도로 개시되었는지에 관계없이 임의의 상위 범위 한계 또는 바람직한 값과 임의의 하위 범위 한계 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위들을 개시하는 것으로서 이해되어야 하겠다. 따로 명시되지 않는 한, 수치적 값들의 범위가 본원에 언급되면, 범위는 그것의 끝점들 및 범위 내 모든 정수 및 분수들을 포함하는 것으로 의도된다. 범위를 정의할 때에 발명의 권리범위가 언급된 특정 값들로 제한되고자 한 것은 아니다.

본원에 개시된 본 명세서의 고려사항 및 본 발명의 실행으로부터 본 발명의 다른 실시예들이 당업자에게 이해될 것이다. 본 명세서 및 예들은 단지 예시적일 뿐, 다음의 특허청구범위 및 그것의 등가물에 의해 표시되는 본 발명의 진정한 권리범위 및 사상을 갖는 것으로 의도된다.

Claims (25)

1. 가열, 환기, 공조 또는 냉동(HVAC&R; heating, ventilating, air conditioning or refrigeration) 시스템의 자동 제어를 위한 전자 컨트롤러 디바이스로서,
   냉각, 냉동 또는 가열을 위한 서모스탯 명령을 인터셉트할 수 있으며, "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 상기 서모스탯 명령을 대체할 수 있는 디지털 리사이클 카운터; 및
   프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - 상기 프로그램은 커미셔닝 단계(commissioning phase)를 통해 상기 HVAC&R 시스템의 기준 라인 성능을 결정할 수 있으며, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 파워 제한 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여, 조절된 성능을 결정할 수 있는 자동 구성 모드를 포함하고, 상기 조절된 성능 결정에 기초하여 상기 디지털 리사이클 카운터의 "온" 및 "오프" 상태들을 조절할 수 있음 -
   를 포함하는 전자 컨트롤러 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전자 컨트롤러 디바이스는 시구간 동안 상기 디지털 리사이클 카운터를 추가로 조절할 수 있는 오버라이드 모드(override mode)를 더 포함하는 전자 컨트롤러 디바이스.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전자 컨트롤러 디바이스는 상기 오버라이드 모드가 온도, 습도 또는 이 둘 모두에 영향을 주는 온도 인자들에 응답하도록 동작가능한 전자 컨트롤러 디바이스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 "온" 상태는 각각의 "온" 상태에 대한 상수값 및 지속 기간 신호를 가지며, 상기 "오프" 상태는 상기 조절된 성능을 위해 각각의 "오프" 상태에 대한 상수값 및 지속 기간 신호를 갖는 전자 컨트롤러 디바이스.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전자 컨트롤러 디바이스는 상기 조절된 성능의 결정이 두 번 이상 발생하도록 동작가능한 전자 컨트롤러 디바이스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전자 컨트롤러 디바이스는 상기 커미셔닝 단계가 상기 기준 라인 성능으로서 상기 HVAC&R 시스템의 현재 성능을 이용하여 한 번 이상 반복되도록 동작가능한 전자 컨트롤러 디바이스.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전자 컨트롤러 디바이스는, 상기 자동 구성 모드가 상기 기준 라인 성능으로부터의 데이터 또는 구성 데이터를 처리하여 최대 조절된 공간 온도, 최소 조절된 공간 온도, 조절된 공간 온도 히스테리시스 불감대, 컨트롤러 사이클 시간, 및 공간 온도 설정 포인트에 대한 추정치들을 제공하도록 동작가능하며, 상기 데이터에 기초하여 동적 수학 모델을 생성하고, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 파워 제한 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여, 입력된 성능 요건들로부터 조절된 동적 수학 모델을 결정하며, 상기 조절된 동적 수학 모델에 기초하여 상기 디지털 리사이클 카운터를 조절하는 전자 컨트롤러 디바이스.
8. 제1항에 있어서,
   상기 전자 컨트롤러 디바이스의 프로그램은 HVAC&R 가열 또는 냉동 부하 유닛에서 감지되거나 또는 HVAC&R 가열 또는 냉동 부하 유닛으로부터 수신되고, 압축기 압력, 유체 속도 또는 이 둘 모두에 관계되는 센서 신호들을 처리하도록 또한 동작가능한 전자 컨트롤러 디바이스.
9. 가열, 환기, 공조 또는 냉동 유닛 및 제1항의 전자 컨트롤러 디바이스를 포함하는 가열, 환기, 공조 또는 냉동(HVAC&R) 시스템으로서,
   상기 전자 컨트롤러 디바이스로부터의 변조된 바이너리 컨트롤 신호로 상기 HVAC&R 시스템의 서모스탯 컨트롤 신호를 대체하는 난방, 환기, 공조 또는 냉동(HVAC&R) 시스템.
10. 난방, 환기, 공조 또는 냉동(HVAC&R) 시스템의 자동 제어를 위한 시스템으로서,
    파워 서플라이 라인에 동작가능하게 접속된, 서모스탯, 전자 컨트롤러 디바이스, 적어도 하나의 HVAC&R 부하 유닛을 포함하며,
    상기 전자 컨트롤러 디바이스는, (a) 적어도 부하 유닛에 대한 서모스탯 명령을 인터셉트할 수 있으며, "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 상기 서모스탯 명령을 대체할 수 있는 디지털 리사이클 카운터, 및 (b) 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - 상기 프로그램은 커미셔닝 단계를 통해 상기 HVAC&R 시스템의 기준 라인 성능을 결정할 수 있으며, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 파워 제한 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여, 조절된 성능을 결정할 수 있는 자동 구성 모드를 포함하고, 상기 조절된 성능 결정에 기초하여 상기 디지털 리사이클 카운터의 "온" 및 "오프" 상태들을 조절할 수 있음 - 를 포함하는
    자동 제어 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    온도 또는 습도가 조절될 한 존에서의 온도 및/또는 습도를 감지하도록 동작가능한 적어도 하나의 원격 온도 및/또는 습도 센서를 더 포함하며, 상기 전자 컨트롤러 디바이스는 온도 및/또는 습도 센서로부터 온도 신호를 획득하도록 동작가능한 자동 제어 시스템.
12. 제10항에 있어서,
    상기 시스템은 설정 포인트 및 히스테리시스 온도 값들에 대한 기존의 ASHRAE 데이터 및 온도 신호 OEM 컨트롤 신호 타이밍을 추정하도록 동작가능한 자동 제어 시스템.
13. 난방, 환기, 공조 또는 냉동(HVAC&R) 시스템의 자동 제어를 위한 시스템으로서,
    파워 서플라이 라인에 동작가능하게 접속된, 서모스탯, 전자 컨트롤러 디바이스, 적어도 하나의 원격 온도 센서, 적어도 하나의 HVAC&R 부하 유닛을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 원격 온도 센서는 온도 또는 습도가 조절될 한 존에서의 온도를 감지하고 또한 상기 파워 서플라이 라인을 통해 상기 전자 컨트롤러 디바이스에게 신호를 전송하도록 동작가능하며,
    상기 전자 컨트롤러 디바이스는, (a) 적어도 부하 유닛에 대한 서모스탯 명령을 인터셉트할 수 있으며, "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 상기 서모스탯 명령을 대체할 수 있는 디지털 리사이클 카운터, 및 (b) 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - 상기 프로그램은 커미셔닝 단계를 통해 상기 HVAC&R 시스템의 기준 라인 성능을 결정할 수 있으며, 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 파워 제한 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여, 조절된 성능을 결정할 수 있는 자동 구성 모드를 포함하고, 상기 조절된 성능 결정에 기초하여 상기 디지털 리사이클 카운터의 "온" 및 "오프" 상태들을 조절할 수 있음 - 를 포함하는
    자동 제어 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 원격 온도 센서는 상기 서모스탯에서 기존의 온도 센서와는 상이한 온도 센서를 포함하는 자동 제어 시스템.
15. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 원격 온도 센서는 상기 서모스탯에서 기존의 온도 센서를 포함하는 자동 제어 시스템.
16. 제13항에 있어서,
    상기 전자 컨트롤러 디바이스는 무선 이더넷 네트워크와 통신하도록 동작가능한 무선 트랜시버, 및 적어도 하나의 I/O 확장 모듈과 통신하기 위한 확장 I/O 인터페이스를 더 포함하며, 상기 시스템은 다중의 부하 유닛 제어를 하도록 동작가능한 자동 제어 시스템.
17. 제13항에 있어서,
    상기 전자 컨트롤러 디바이스는 무선 이더넷 네트워크와 통신하도록 동작가능한 무선 트랜시버, 무선 RF 네트워크와 통신하도록 동작가능한 무선 RF 트랜시버, 및 적어도 하나의 I/O 확장 모듈과 통신하기 위한 확장 I/O 인터페이스를 더 포함하고, 상기 전자 컨트롤러 디바이스와 통신하도록 동작가능한 적어도 하나의 데이터 집중기를 더 포함하고, 상기 데이터 집중기는 인터넷 및 클라우드 서버와 연결하기 위한 라우터 및 에어카드 또는 빌딩 LAN을 포함하며, 상기 시스템은 다중의 부하 유닛 제어 및 에너지 소비 관리 및 기록 보존을 하도록 동작가능한 자동 제어 시스템.
18. 부하 요구 및 전기에 의해 파워가 공급되는 HVAC&R의 동작을 자동으로 제어 및 관리하기 위한 방법으로서,
    부하 디바이스용 서모스탯과 상기 부하 디바이스용 장비 부하 제어 스위치 간의 컨트롤 신호 라인에서 컨트롤러를 전기적으로 연결하는 단계 - 상기 컨트롤러는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 디지털 리사이클 카운터를 포함함 -;
    복수의 사이클의 동작 동안에 상기 부하 디바이스를 동작시키면서 자동 구성 모드를 포함하고, 상기 컴퓨터 판독가능 저장 매체로부터 얻어지는 커미셔닝 프로그램을 실행하는 것을 포함하는 상기 컨트롤러와의 커미셔닝 단계를 수행하는 단계 - 상기 커미셔닝 프로그램은 상기 부하 디바이스의 동작의 커미셔닝 단계를 통해 상기 HVAC&R의 기준 라인 성능을 결정하고, 상기 부하 디바이스에 대한 에너지 소비, 온도 조절, 습도 조절, 파워 제한 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여, 조절된 성능을 결정함 -; 및
    상기 컨트롤러에서 냉각, 냉동 또는 가열을 위한 적어도 하나의 서모스탯 명령을 인터셉트하는 단계 - 상기 디지털 리사이클 카운터는 상기 조절된 성능 결정에 기초하여 디지털 리사이클 카운터 프로그램으로 상기 디지털 리사이클 카운터의 "온" 및 "오프" 상태들을 조절하기 위해 "온" 상태 또는 "오프" 상태에서 동작하는 변조된 바이너리 신호로 상기 서모스탯 명령을 대체함 -
    를 포함하는 자동 제어 및 관리 방법.
19. 제18항에 있어서,
    공조 시스템의 단일의 또는 복수의 용량 압축기에게 상기 프로그램을 적용하는 단계를 포함하며, 상기 압축기는 조절된 공간을 냉각시키는데 이용되는 공급 에어를 생성하기 위해 서모스탯 또는 BMS로부터 냉각 명령을 수신하도록 동작가능하고, 상기 적용된 프로그램은 OEM 컨트롤러 설정 포인트 근방에서 조절된 공간 온도를 유지하면서 전기 에너지 이용을 최소화하는 자동 제어 및 관리 방법.
20. 제18항에 있어서,
    상기 HVAC&R 부하 유닛은 임의의 화석 또는 전기 연료에 의해 파워가 공급되는 버너 또는 보일러 시스템인 자동 제어 및 관리 방법.
21. 제18항에 있어서,
    상기 HVAC&R 부하 유닛은 단일의 또는 복수의 압축기를 옵션으로 포함하는 프리저 시스템인 자동 제어 및 관리 방법.
22. 제18항에 있어서,
    유선 또는 무선 네트워킹 중 어느 하나를 통해 상기 전기 컨트롤러에 통신되는 외부 공급 온도 설정 포인트에 종속된 공조 시스템의 단일의 또는 복수의 용량 압축기에게 상기 프로그램을 적용하는 디맨드 응답 온도 제어 모드에서 적용되는 자동 제어 및 관리 방법.
23. 제18항에 있어서,
    상기 장비에 의해 야기되는 상기 파워가 파워 제한 설정 포인트보다 낮거나 또는 같도록 조절하기 위해 공조 시스템의 단일의 또는 다중의 압축기에게 상기 프로그램을 적용하는 파워 제한 모드에서 적용되고, 상기 설정 포인트는 그 유선 또는 무선 통신 포트를 통해 상기 컨트롤러에게 통신되거나 또는 상기 컨트롤러를 설정하는 외부 파라미터인 자동 제어 및 관리 방법.
24. 제18항에 있어서,
    상기 커미셔닝 모드는 최적화를 위해 이용되는 상기 프로그램의 수학 모델에서 부하들을 변경하는 온도 효과들을 캡쳐하기 위해 자동으로 또는 수동으로 계속하여 재실행되는 자동 제어 및 관리 방법.
25. 제18항에 있어서,
    상기 커미셔닝 모드는 최적화를 위해 이용되는 상기 프로그램의 수학 모델에서 부하들을 변경하는 온도 효과들을 캡쳐하기 위해 자동으로 또는 수동으로 주기적으로 재실행되는 자동 제어 및 관리 방법.

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