KR20180100230A - 예측적 자유-냉각 - Google Patents

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벤 에펠딩
이안 뎀스터
펭 첸
클락 매티스
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옵티멈 에너지 엘엘씨
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Abstract

HVAC(heating, ventilation and air conditioning) 시스템을 갖는 소정의 지리적 위치에 위치한 빌딩에 대한 환경 제어 시스템으로서, 상기 환경 제어 시스템은, 외부 애플리케이션과 통신하는 적어도 하나의 처리 장치에 의해 실행될 때, 적어도 하나의 처리 장치로 하여금, 상기 지리적 위치에 대하여 미리 결정된 시간 주기 동안 기상 예보를 특성화하는 기상 데이터를 수신할 수 있게 하고, 자유-냉각 구간 데이터를 수신할 수 있게 하며, 기상 데이터 및 자유-냉각 구간 데이터에 기초하여, 가용한 자유-냉각 시간 구간을 결정할 수 있게 하고, 가용한 자유-냉각 시간 구간 동안 자유-냉각 모드에 진입하도록 HVAC 시스템으로의 실행가능 명령을 외부 애플리케이션에 발급할 수 있게 하는, 명령어를 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 매체를 포함한다.

Description

예측적 자유-냉각
우선권 주장
본 출원은 2016 년 1 월 12 일자로 출원된 미국 가출원 제 62/277,883 호의 우선권을 청구하며, 그 내용은 본 명세서에 완전하게 기재된 것처럼 참고 문헌으로 포함된다.
빌딩의 에너지 소비, 특히 HVAC 시스템의 에너지 소비의 제어는 설비 동작 특성에 대응하는 수치 상수 값을 통합하는 소프트웨어 실행 가능 알고리즘을 갖는 빌딩 자동화 시스템(BAS)을 통해 실현되고 있다. 도 1은 제어 설정이 수신되는 동안 HVAC 시스템 내의 실시간 동작 조건이 BAS로 보내지는 HVAC 시스템과 상호 작용하는 BAS를 도시한다.
HVAC 시스템의 장비는 냉각기, 펌프, 응축기, 보일러, 공기 조절기, 히터, 단말기고 한 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. BAS에 의해 이용되는 값은 전형적으로 통상적으로 HVAC 시스템의 설치 중 프로그래밍되며, 지역 기후 및 주변 조건에 따라 설정된다. 이 값은 입주자 편의에 대한 불만 사항 및 지역 기후의 예상되는 변화에 대해 BAS를 수동으로 평가하고 다시 프로그래밍함으로써 정기적으로 변경될 수 있다.
과거의 HVAC 시스템은 에너지 효율을 고려치않고 설계 및 설치되었다. 증가하는 에너지 비용과 환경 보호에 중점을 두고 소비자는 이제 에너지 소비를 줄이려고 한다. HVAC 시스템 내에서 에너지 효율을 다루는 다른 발명품은 구현하는데 오랜 시간이 걸리고, 큰 선행 비용을 필요로 하며, 원래의 BAS 또는 HVAC 시스템에 많은 양의 하드웨어 수정을 필요로 하고, 설치, 유지 보수, 업데이트 및 심지어 고객 사용도(customer usage)에 대한 전문 지식을 필요로 한다. 이러한 종래의 시스템은 빈번한 업데이트 및 수리가 필요할 수 있다. 고객은 이러한 업데이트 및 수리를 자체적으로 수행하기 위해 광범위한 교육이 필요하다. 일반적으로 이러한 시스템은 각기 다른 HVAC 시스템에 대해 고유한 수정을 요구할 수 있으므로 각 설치의 비용과 복잡성이 추가된다. 또한, 종래의 BAS는 일반적으로 처리, 교환 및 컴퓨팅 데이터에 관한 능력면에서 자원이 제한적이다.
자유-냉각은 저온의 외기온을 사용하여 물 냉각을 돕는 경제적인 방법이며, 이는 산업 공정 또는 녹색 데이터 센터의 공기 조절 시스템에 사용될 수 있다. 주변 공기 온도가 설정 온도로 떨어지면 조절 밸브를 통해 냉각된 물의 전부 또는 일부가 기존의 냉각기를 우회하여 자유-냉각 시스템을 통과하게 되며, 이 시스템은 적은 전력을 사용하고 낮은 대기 온도를 사용하여 냉각 요건의 절충없이 시스템의 물을 냉각시킬 수 있다.
자유-냉각(물-입장에서 경제적)은 복잡한 냉각 시스템에서 전체 에너지 소비를 감소시키는 효과적인 도구이다. 그러나 실제로는 효과적으로 구현하는 것이 어려울 수 있으며 종종 켜고 끄는 시기를 결정할 때 추측이 필요하다.
정확한 정보가 없기 때문에, 작업자는 갑자기 냉각기를 재시작함으로써 소비되는 여분의 에너지를 소비할 가능성을 최소화하기 위해 자유-냉각을 사용하지 않는 경향이 있다. 자유-냉각을 사용하면 정확한 데이터의 부족으로 인해, 종종 비효율적으로 구현되며 팬이 오버런된다.
본 발명의 바람직한 및 대안적인 실시예가 아래의 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명된다.
도 1은 종래의 환경 제어 시스템에 따라 외부 도움없이 HVAC 시스템과 상호 작용하는 빌딩 자동화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVAC 시스템의 에너지 소비를 제어하기 위해 빌딩 자동화 시스템과 통신하는 외부 애플리케이션을 갖는 환경 제어 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 환경 제어 시스템의 통신 및 동작의 블록 논리도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 환경 제어 시스템과 관련하여 자유-냉각 기능의 통신 및 동작의 블록 논리도이다.
이 특허 출원은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 설명하기 위한 것이다. "해야한다", "할 것이다" 등의 특정 용어뿐만 아니라 절대적인 용어의 사용은 그러한 실시예 중 하나 이상에 적용 가능하다고 해석되어야 하지만, 반드시 그런 것은 아니며, 이러한 모든 실시예에 적용될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예들은 그러한 절대적인 용어의 문맥으로 기술된 하나 이상의 특징 또는 기능성을 생략하거나 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 소프트웨어 또는 컴퓨터 실행 가능 명령과 컴퓨터 판독 가능 매체의 조합은 기계 또는 장치의 생성을 초래한다. 마찬가지로, 처리 장치에 의한 소프트웨어 또는 컴퓨터 실행 가능 명령의 실행은 일 실시예에 따라 처리 장치 자체와 구별될 수 있는 기계 또는 장치를 생성하게 한다.
대응하여, 컴퓨터 판독 가능 매체는 소프트웨어 또는 컴퓨터 실행 가능 명령어를 저장함으로써 변형된다는 것이 이해되어야한다. 마찬가지로, 처리 장치는 소프트웨어 또는 컴퓨터 실행 가능 명령을 실행하는 과정에서 변형된다. 또한, 처리 장치에 의해 소프트웨어 또는 컴퓨터 실행 가능 명령의 실행 중에 또는 이와 관련하여 처리 장치에 입력되는 제 1 데이터 세트가 이러한 실행의 결과로서 제 2 데이터 세트로 변환됨을 이해해야한다. 이러한 제 2 데이터 세트는 이어서 저장, 디스플레이 또는 통신될 수 있다. 상기 변형 예 각각은 컴퓨터 판독 가능 매체의 일부분의 물리적 변경의 결과일 수 있으며, 그렇지 않으면 이를 수반할 수 있다. 상기 변형예 각각은 처리 장치에 의해 소프트웨어 또는 컴퓨터-실행가능 명령어의 실행 중 처리 장치와 연관된 레지스터 및/또는 카운터의 상태를 물리적으로 변경한 결과일 수도 있고, 또는 그렇지 않을 경우, 이를 수반할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "자동적으로" 수행되는 프로세스는 프로세스가 기계 실행 명령의 결과로서 수행되고, 사용자 선호도 설정 외에 수동 노력을 요구하지 않는다는 것을 의미할 수 있다.
이하의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 소정의 특정 세부 사항들이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이들 상세없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예에서는 HVAC 시스템 및 개별 HVAC 구성 요소, 기후 또는 환경 제어 시스템 구축, 빌딩 자동화 시스템(BAS) 및 다양한 기후 제어 또는 환경 제어 프로세스, 매개 변수 및 동작과 관련된 잘 알려진 구조가 본 발명의 실시예에 대한 설명을 불필요하게 흐리는 것을 피하기 위해 반드시 도시되거나 설명되지는 않았다.
일 실시예는 HVAC 시스템의 BAS와 외부 적으로 상호 작용함으로써 에너지 최적화 계산을 장비 제어 기능과 분리시킨다. 일 실시예에서, 외부 애플리케이션과 같은 최적화 모듈은 글로벌 제어 장치에 위치되지만, 내부 마이크로 프로세서를 포함하는 다른 하드웨어 장치에 수용될 수 있다. 외부 응용 프로그램은 BAS와 통신하고 HVAC 시스템과 통신합니다. 외부 응용 프로그램은 실시간 HVAC 시스템 데이터를 처리하는 소프트웨어 서브 루틴 또는 모듈을 실행한 다음 BAS에 의해 읽혀질 데이터를 제공합니다. 이 데이터는 다양한 HVAC 시스템 구성 요소를 새로운 또는 원하는 설정 값(예: 새로운 건물 지역의 온도 설정, 펌프 또는 팬의 새 유속 등). 외부 애플리케이션의 하나의 특정 실시예는 다양한 파라미터들, 데이터 및 설정점들을 판독, 처리 및 개정함으로써 HVAC 시스템의 전체 에너지 효율을 최적화 또는 시도하는 방법을 포함한다.
일 실시예에서, HVAC 시스템은 BAS의 제어하에 있는 냉각기 플랜트 장비를 포함할 수 있다. BAS의 책임 중 일부는 장비 제어 기능(리드/지연 전환, 장비 고장 모니터링, 장비 시동, 장비 셧다운, 경보 인식 및 발표, 및 냉각기 플랜트의 고장 전환 시퀀스 포함)을 포함한다.
냉각기 플랜트 외부의 습구 온도가 요건 냉각수 설정 점 이하로 떨어질 때마다 자유-냉각을 이용하여 에너지를 절약할 수 있다. 이러한 에너지 절감은 예를 들어 환기 공기의 제습 부하 감소 및 냉각탑의 효율 증대로 인해 실현될 수 있다. 일 실시예는 예측적 자유-냉각을 제공한다. 예측적 자유-냉각은 자유-냉각이 요청되어야 하는지 또는 자동적으로 구현되어야 하는지를 결정하기 위해 입력으로 날씨 예보를 이용할 수 있다(예를 들어, 냉각될 구조물 외부에서 미리 결정된 및/또는 선택 가능한 시간 간격 동안 예측되는 대기 온도를 기술하는, 네트워크 및/또는 수동 입력을 통해 수신된, 데이터).
일 실시예는 외부 공기 습구 벌크 임계치에 기초하여 자유-냉각 가용성을 정확하게 예측하는 기상 예보 데이터를 포함한다. 주변 외기 온도가 최소 자유-냉각 구간 기간의 임계치 이하이고 현재 플랜트 조건이 자유-냉각 동작을 허용하면, 일 실시예는 자유-냉각이 이용 가능하다는 것을 운전자에게 알릴 수 있다. 이 프로세스는 또한 자동적으로 이루어질 수 있으며, 일 실시예에서는 운영자의 개입없이 자유-냉각 모드가 가동 및/또는 가동정지될 수 있다. 예측 가능한 자유-냉각을 구성할 수 있으므로, 외기 습구 임계 값과 최소 자유-냉각 기간을 사이트의 특정 요구 사항에 따라 조정할 수 있다. 일 실시예는 이용 가능한 자유-냉각 시간, 활성화된 자유-냉각 시간, 및 허비한 자유-냉각 시간에 대한 통찰력을 제공하는 월별 보고서를 생성할 수 있다.
예측 가능한 자유-냉각은 날씨 유용성의 구간이 존재함을 보장하는 능력을 추가한다. 그것 없이는 현재의 조건만이 사용될 수 있다. 이 정확한 기상 조건 데이터를 사전에 제공함으로써 냉각기를 끄고 재시작하여 에너지를 비효율적으로 소비할 가능성을 최소화한다. 다시 말해서, 냉각기는 주변 공기 온도 조건이 날씨 예보에 따라, 냉각기를 재시작하는데 필요한 에너지를 넘는 자유-냉각 에너지 절감을 생성하기에 충분할 만큼 오래 지속시킬 경우에만 셧다운될 것이다. 이 후자의 결정은 문제의 냉각기와 관련된 특정 톤수, 유속 및/또는 현재 습구 온도 설정 점(집합 적으로 "자유-냉각 구간 데이터")의 함수일 수 있다.
그 결과, 자유-냉각의 증가된 사용 및 시스템 동작의 효율 개선을 통해 전체 에너지 소비가 감소된다. 일 실시예에서 실시간 동작 데이터를 활용함으로써, 시스템은 시간에 따라 학습 및 향상되어 운전자가 자유-냉각을 보다 자주 그리고 최적의 효율로 사용할 수 있게 한다.
도 1은 빌딩 자동화 시스템(BAS)(102)과 HVAC 시스템(104) 간의 상호 작용을 포함하는 환경 제어 시스템(100)을 명료하게 설명하기 위해 제공된다. 시스템(100)은 외부 애플리케이션을 포함하지 않으므로, 기존 또는 종래의 환경 제어 시스템과 일관된 속성을 가진다. 동작시에, HVAC 시스템(104) 내의 실시간 동작 조건(106)은 BAS(102)로 전송된 다음, 설정점이라고도 하는 제어 설정(108)이 BAS(102)로부터 HVAC 시스템(104)으로 제어 가능하게 전송된다. 이 시스템에서, 장비 제어 기능 및 최적화 기능이 BAS에 통합되어야 한다.
도 2는, HVAC 시스템(204) 내의 실시간 동작 데이터(206)가 전술한 바와 같이 BAS(202)에 전송되는, BAS(202)와 HVAC 시스템(204) 간의 상호 작용을 포함하는 환경 제어 시스템(200)을 나타낸다. 실시간 동작 데이터(206)는 이하에서 "실시간 동작 데이터"라고 지칭하는, 전압, 속도, 온도 및 압력과 같은(그러나 이에 한정되지는 않음) 장비 동작 조건을 포함할 수 있다. 또한, 환경 제어 시스템(200)은 데이터 통신 네트워크(도시되지 않음)를 통해 BAS(202)와 통신하도록 구성된 외부 애플리케이션(210)을 포함한다. 일 실시예에서, 외부 애플리케이션(210)과 BAS(202) 사이의 상호 작용은 외부 애플리케이션(210)이 BAS(202)로부터 원격으로 상호 작용할 수 있고 선택적으로 다른 BAS와 상호 작용할 수 있게하는 논리적 인터페이스로 달성된다. 외부 애플리케이션(210)은 애플리케이션 데이터(214)를 BAS(202)에 제공한다. 애플리케이션 데이터(214)는 HVAC 시스템(204)에 대한 동작 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어 애플리케이션 데이터(214)는 어떤 HVAC 구성 요소가 어떤 속도로, 현재 구동되고 있어야 하는지, 등을 표시할 수 있다. HVAC 장비의 직접 (예를 들어, 하드웨어 레벨) 제어는 BAS(202)에 의해 제공된다. 외부 애플리케이션(210)으로부터 BAS(202)에 제공되는 애플리케이션 데이터(214)는 바람직하게는 장비 속도를 변경하고 새로운 장비 설정점을 정의하는 데이터를 포함할 수 있지만, 추가 데이터가 또한 제공될 수 있다.
BAS(202)는 HVAC 시스템(204)으로부터 실시간 동작 데이터(206)를 판독한다. 외부 애플리케이션(210)은 BAS(202)와 상호 작용하여 BAS(202)로부터 장비 데이터(212)를 수신한 다음 HVAC 시스템(204)에 대한 원하는 동작 설정을 계산하거나 결정하는 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 장비 데이터(212)를 처리함으로서, HVAC 시스템(204)의 에너지 절감을 실현할 수 있다. 원하는 동작 설정을 달성하기 위해, 애플리케이션 데이터(214)는 외부 애플리케이션(210)으로부터 BAS(202)로 보내지고, 이는 다시, 외부 애플리케이션(210)으로부터 제공되는 애플리케이션 데이터(214)에 따라 BAS(202)가 HVAC 시스템(204)을 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BAS(202)는 HVAC 시스템(204)을 제어 명령어(208)로 HVAC 시스템(204)을 동작시킨다. 일 실시예에서, 외부 애플리케이션(210)은 프로그램 가능 마이크로프로세서 유닛을 포함한다.
외부 애플리케이션(210)은 BAS(202)와 상호 작용할 때 장비 데이터(212), 애플리케이션 데이터(214) 및 상태 데이터(215)의 3 가지 유형의 데이터를 사용한다. 장비 데이터(212)는 원래 HVAC 시스템(204)에 의해 제공되는, 그리고, BAS(202)에 의해 해석적으로 변형될 수 있는, 실시간 동작 데이터(206)를 포함한다. 장비 데이터(212)는 전력 소비, 장비 속도, 공급 온도, 장비 설정점, 장비 고장, 운전 상태 등과 관련된 데이터의 형태를 취할 수 있다. BAS(202)는 외부 애플리케이션(210)에 장비 데이터(212)를 기입한다. 애플리케이션 데이터(214)는 외부 애플리케이션(210)에 의해 처리되고 BAS(202)에 의해 판독되는 동작 파라미터를 포함한다. 그 다음, 애플리케이션 데이터(214)는 HVAC에 의해 정의된 원하는 동작 및/또는 안전 한계 내에서 동작될 수 있다. 애플리케이션 데이터(214)는 최적화된 설정점, 최적화된 속도 설정점, 온도 설정점 등을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 애플리케이션 데이터(214)가 외부 애플리케이션(210)에 의해 제공되는 동안 장비 데이터(212)(214)가 외부 애플리케이션(210)에 전송된다. 상태 데이터(215)는 BAS(202)와 외부 애플리케이션(210) 사이에서 교환되어, 각각이 서로의 현재 상태에 액세스할 수 있게 한다. 기존의 BAS들은 보다 복잡한 제어 로직을 포함하고 보다 많은 컴퓨팅 파워를 필요로 하는 외부 애플리케이션(210)과 같이 수행하기 위해 필요한 제어 로직 또는 컴퓨팅 파워를 갖지 않는다.
도 3은 건물 또는 다른 구조물(400)(도 4)에 대한 환경 제어 시스템(300)의 논리도를 도시한다. 제어 시스템(300)은 BAS(302), HVAC 시스템(304) 및 외부 애플리케이션(306)을 포함한다.
BAS(302)는 HVAC 시스템(304)으로부터 실시간 동작 데이터(322)를 판독하고 데이터(322)를 BAS 입력 데이터베이스(324)로 변환한다. BAS 입력 데이터베이스(324)는 표준 BAS 제어 시퀀스(320) 및 장비 데이터(316)(상술한 장비 데이터의 형태를 취할 수 있음) 모두에게로 지향된다.
디폴트 BAS 제어 시퀀스(320)는 외부 애플리케이션(306)없이 또는 외부 애플리케이션(306)이 비 동작 또는 비 통신 모드에 있을 때 HVAC 시스템(304)을 직접 제어하는데 사용된다. 시퀀스(320)는 외부 애플리케이션(306)을 BAS(302)와 통합하기 전에 HVAC 시스템(304)을 제어한 원래의 제어 로직 시퀀스이다. 시퀀스(320)는 정상-상태 동작 구성을 포함할 수 있는, 그러나 이에 제한되지 않는, 안정적인 방식으로 HVAC 시스템(304)을 동작시킬 수 있지만, 시퀀스(320)는 HVAC 시스템(304)의 효율을 최적화할 수 없다는 것을 알 수 있다.
장비 데이터(316)는, 장비 데이터(316)를 처리하고 원하는 애플리케이션 세팅(319)을 결정하기 위해, 외부 애플리케이션(306)의 장비 애플리케이션 제어 시퀀스(318)에 의해 이용된다. 원하는 애플리케이션 세팅(319)은 애플리케이션 데이터(314)가 되도록 애플리케이션 포매팅 모듈(310)에 의해 포매팅된다. 애플리케이션 포매팅 모듈(310)은 외부 애플리케이션 레디(external application ready)(312)로부터 수신된 신호 또는 데이터에 기초하여 트리거된다.
예를 들어, 외부 애플리케이션 레디(312)(이후부터는 레디(312))는, 레디(312)가 애플리케이션 데이터(314)에 대한 원하는 애플리케이션 설정(319)을 애플리케이션 포매팅 모듈(310)로 하여금 포매팅시킬 수 있도록, 외부 애플리케이션(306)이 소정의 기준에 부합하는지 여부를 애플리케이션 포매팅 모듈(310)에 알린다. 레디에 대한 진행 기준(go-ahead criteria)은 다음 중 각각이 충족됨을 요건으로 할 수 있다: (1) 외부 애플리케이션이 동작 모드에 있을 것. (2) 외부 애플리케이션이 BAS(302)와의 통신 모드에 있을 것. (3) BAS가 동작 중일 것. (4) BAS(302)는 동작을 위해 외부 애플리케이션(306)으로부터 명령어를 수신할 것으로 기대될 것.
외부 애플리케이션(306)이 동작하지 않거나, BAS(302)와의 통신이 없거나, BAS(302)가 외부 애플리케이션(306)의 동작을 요구하지 않는다고 레디(312)가 판단할 경우, 레디(312)는 애플리케이션 데이터(314)에 대한 초기화 데이터(311)를 포매팅할 것을 애플리케이션 포매팅 모듈(310)에 알린다. 따라서, 레디(312)는 외부 애플리케이션(306)이 내부 상태 검사를 통해 동작 가능한지 여부를 결정한다. 레디(312)는 상태 데이터(315)를 통해 BAS(302)와의 통신을 결정하고, 이 상태를 주기적으로 재확인한다. 레디(312)는 BAS(302)가 외부 애플리케이션 인에이블(enable)(308)로부터의 신호를 포함하는 상태 데이터(315)를 통해 외부 애플리케이션(306)이 동작할 것을 요구함을 결정한다.
초기화 데이터(311)는 애플리케이션 데이터(314)가 BAS에 의해 이용되는 경우 최소 안정 레벨에서 HVAC 시스템을 동작시키기 위한 애플리케이션 세팅을 포함할 수 있다. 초기화 데이터(311)는, 외부 애플리케이션(306)이 준비될 때까지, 또는, 외부 애플리케이션(306)과 BAS(302) 간의 통신이 복원될 때까지, 또는, BAS(302)가 동작을 위해 외부 애플리케이션(306)으로부터 애플리케이션 데이터(314)의 수신을 기대할 때까지, 또는 이들간의 임의의 조합에 해당될 때까지, 이용될 수 있다.
BAS(302)는 외부 애플리케이션(306)으로부터 애플리케이션 데이터(314)를 수신한다. 그 다음, 시퀀스 선택기(326)는 데이터 시퀀스들(애플리케이션 데이터(314) 또는 정상 BAS 제어 시퀀스) 중 어느 것을 BAS 출력 데이터 구조(328)에 전송할 것인지를 결정한다. 시퀀스 선택기(326)는 외부 애플리케이션 인에이블(enable)(308)을 통해, 데이터 신호 중 어느 것을 전송해야 할지를 결정한다. 일 실시예에서, 외부 애플리케이션 인에이블(308)은 예를 들어, BAS(302)가 HVAC 시스템(304)을 동작시키기 위해 외부 애플리케이션(306)을 사용할 것임을 표시하도록 조작자가 제어 시스템(300)을 수동으로 트리거링할 수 있게 하는 조작자 규정 인에이블 포인트(operator defined enable point)를 포함한다.
오퍼레이터 정의 인에이블 포인트가 인에이블되었음을 외부 애플리케이션 인에이블(308)이 시퀀스 선택기(326)에 알리고, 외부 애플리케이션(306)과의 통신이 동작 중이며, 외부 애플리케이션(306)은 동작 준비가 된 상태이면, 인에이블(308)은 시퀀스 선택기(326)로 하여금 애플리케이션 데이터(314)를 BAS 출력 데이터 구조(328)로 전송하게 할 것이다.
외부 애플리케이션 인에이블(308)이 운영자 정의 인에이블 포인트가 디스에이블(disable)되어 있다고 결정하거나, 외부 애플리케이션(306)이 동작하지 않거나, 외부 애플리케이션(306)과의 통신이 없는 경우, 또는 이들의 임의의 조합의 경우, 인에이블(308)은 애플리케이션 데이터(314) 전송에 반해 BAS 출력 데이터 구조(328)에 표준 BAS 제어 시퀀스(320)를 전송할 것을 시퀀스 선택기(326)에 알린다. 그 후 BAS 출력 데이터 구조(328)는 수신된 데이터를 제어 명령어(330)로 변환할 수 있고, 이는 그 후 HVAC 시스템(304)에 의해 수신된다.
다시 도 3을 참조하면, 환경 제어 시스템의 일례는 냉각기 플랜트(예를 들어, HVAC 시스템(304))를 제어하기 위해 BAS(302)와 상호작용하는 외부 애플리케이션(306)을 포함한다. BAS(302)에서, BAS(302) 내의 외부 애플리케이션 인에이블 값은 건물 내 냉각 최적화에 대한 수요가 존재함을, 따라서, 인에이블 값이 TRUE로 설정됨을, 외부 애플리케이션 인에이블(308)에게 지시한다. 다음으로, 외부 애플리케이션(306)은 애플리케이션 데이터(314)가 애플리케이션 제어 시퀀스(318)에 의해 처리되는 외부 애플리케이션(306)으로부터 필요하다고 지시받는다. 애플리케이션 데이터(314)는 이어서 시퀀스 선택기(326)에 의해 처리될 수 있고 BAS(328) 출력 데이터 구조(328)에 의해 수신되는 데이터로 변환되며, 이는 그 후, 냉각기 플랜트의 전반적인 동작 효율을 증가시키기 위해 개선된 최적화 시퀀스를 제공하기 위한 제어 명령(330)으로서 냉각기 플랜트(304)에 전송될 수 있다.
외부 애플리케이션 인에이블 값이 FALSE 일 때, 이것은, 외부 애플리케이션(306)으로부터 처리된 애플리케이션 데이터(314)를 요구하지 않는 수동 또는 BAS 제어 하에서 동작하도록 냉각기 플랜트(304)가 외부 애플리케이션(30)에 표시한다. 이러한 구성에서, 시퀀스 선택기(326)에 의해 액세스 가능한 초기화 데이터(311) 또는 다른 디폴트 데이터는 처리되어 BAS 출력 데이터 구조(328)로 전송될 수 있으며, 이는 다시 냉각기 플랜트(304)에 제어 명령어(330)를 제공한다.
냉각 장치가 원하는 효율로 동작하면(외부 애플리케이션을 사용하여 체크되거나 다른 방식으로 확인될 수 있음), 외부 애플리케이션(306)은 애플리케이션 제어 시퀀스(318) 내에서 요구된 냉각기 동작 파라미터를 분석 및 결정할 수 있으며, 그 후, 처리된 애플리케이션 데이터를 BAS(302)에 전송할 수 있고, 이는 다시 외부 애플리케이션(306)에 의해 결정되는 원하는 효율 또는 다른 효율로 냉각기를 동작시키기 위한 제어 명령어(330)를 제공한다. 유사하게, 실시간 동작 데이터(322)를 수신하고 이를 장치 데이터(316)로 변환 후, 외부 애플리케이션(306)은 새로운 냉각수 온도 설정점을 결정할 수 있다. 외부 애플리케이션(306)은 애플리케이션 데이터(314)를 통해 BAS(302)에 새로운 냉각수 온도 설정 점을 전송한다. 전술한 데이터 흐름은 보일러, 팬 공기 조절 장치, 가변 풍량 장치, 또는 HVAC 시스템의 그외 다른 임의의 구성요소와 같은, 냉각기 외의 다른 구성요소에 대한 제어 명령어(330)를 제공하는데 이용될 수 있다.
외부 애플리케이션(306)과 BAS(302) 사이의 통신 손실이 있는 경우, BAS(302)는 원하는 기간 동안 마지막으로 공급된 애플리케이션 데이터(314)를 보유할 수 있다. 이 원하는 기간 후에, BAS(302)는 통신이 복구될 때까지 정상적인 BAS 제어 시퀀스(320)로 복귀할 수 있다. 통신이 복원된 후 소정의 추가 기간 후에, 외부 애플리케이션(306)은 다시 새로운 애플리케이션 데이터(314)를 생성하도록 온라인 상태가 될 수 있다. BAS(302)는 정상 BAS 제어 시퀀스(320)로부터 애플리케이션 데이터(314)를 점진적이고 효율적인 방식으로 이용하도록 매끄럽게 전환하도록 구성될 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 일 실시예는 예측적 자유-냉각 모듈(402)을 포함한다. 모듈(402)은 외부 애플리케이션(306)으로부터 자유-냉각 구간 데이터 및 빌딩(400)의 위치를 수신한다. 모듈(402)은 빌딩(400)의 위치를 기상 예보 엔진(404)에 전달한다. 예보 엔진(404)은 예를 들어 NOAA와 같은 제 3 자 기상 서비스에 의해 제공될 수 있다. 예보 엔진(404)은 빌딩(400)의 위치에 대한 미리 결정된 시간구간에 대한 기상 예보를 반환한다. 대안으로, 기상 예보는 모듈이 인터페이싱되는 날씨 센서를 사용하는 모듈(402)에 의해 제공된다.
모듈(402)은 엔진(404)으로부터 수신되는 기상 예보와 자유-냉각 구간 데이터에 기초하여 자유-냉각 구간 이용 가능성 데이터를 결정한다. 일 실시예에서, 기상 예보 엔진(404)은 미래의 소정 주기(예를 들어, 24 시간 내지 72 시간 사이) 동안, 건구 온도(정규 온도), 상대 습도, 기압 및 습구 온도를 제공한다.
자유-냉각 기상 데이터는 습구 온도 임계치(설비마다 구성가능하며, 통상적으로 32 ℉ 내지 50 ℉ 사이임), 건구 온도 임계치(설비마다 구성가능하며, 화씨 32도 내지 화씨 50도 사이임), 자유-냉각 구간(설비마다 구성가능, 일반적으로 1-24 시간)으로 구성될 수 있다.
모듈(402)은 예측된 날씨 데이터에 자유-냉각 구간 및 습구 임계치(또는 건구 임계치. 둘 중 하나 또는 둘 모두가 사용될 수 있음)와 같은 자유-냉각 데이터를 적용하여 예측된 습구 온도(또는 건구 임계치; 둘 중 하나 또는 둘 모두가 병렬로 사용될 수 있음)가 연속적인 시간 기간 동안 관련 임계 온도보다 낮은 지를 결정하고, 이러한 연속 시간의 크기가 자유-냉각 구간 기간을 만족하거나 초과한다면, "자유-냉각 구간"은 가용하다고 결정되고, 연속 시간의 크기가 자유-냉각 구간보다 작다면, "자유-냉각 구간"이 가용하지 않다고 결정된다.
예를 들면: 습구 온도 임계치 = 35 ℉, 건구 온도 임계치 = 40 ℉, 자유-냉각 구간 = 4 시간이다. 예측된 기상 데이터가 오전 1시에 습구 온도가 35.2 ℉이고 건구 온도가 40.1 ℉ 일 것임을 나타날 경우, "자유-냉각 구간"이 이용 가능하지 않다고 결정된다. 오전 2시에 습구 온도가 34.8 ℉이고 건구 온도가 38 ℉가 될 때까지, 습구 온도 및 건구 온도는 각각의 임계 값 아래에서 7시 32분까지 유지되고, 습구 온도가 35.4℉ 및 건구 온도가 40.3 ℉가 되면, 이 기간은 4 시간의 자유-냉각 구간을 초과하므로, 오전 2시에 시작하여 오전 7시 32 분에 끝나는 "자유-냉각 구간"이 가용한 것으로 결정된다.
모듈(402)은 자유-냉각 구간 이용 가능성 데이터를 외부 애플리케이션(306)에 전달하고, 자유-냉각 조건이 충족된다면, 냉각기 플랜트(304)를 자유-냉각 모드로 전환시키도록 외부 애플리케이션에 지시할 수 있으며, 자유-냉각 모드에서는 냉각기가 디스에이블(disable)되거나 또는 저전력 상태로 놓이며, 냉각 유체(가령, 냉각수)는 주변 온도에 노출된 도관으로 이동한다. 자유-냉각 구간이 닫히면, 모듈(402)은 냉각기 플랜트(304)를 자유-냉각 모드로부터 빠져나오도록 외부 애플리케이션(306)에 또한 지시하여, 냉각기를 재시작시킬 수 있다.
상기 자유-냉각 구간 이용 가능 데이터는 웹 페이지(406)를 통해 사용자에게 디스플레이될 수 있다. 상기 모듈(402)에 의해 제공된 상기 디스플레이된 데이터는 냉각기 플랜트(304)가 자유-냉각 모드에서 과거 동작한 정도를 기술하는 정보와, 자유-냉각 모드에서 냉각기에 의해 소비된 시간, 사전 설정된 과거 시간 범위에서 가용한 자유-냉각 구간의 수, 및 자유-냉각 구간의 평균 길이와 같은, 기타 성능 표시자를 또한 포함할 수 있다.
이 데이터는 또한 직관적인 대시보드 뷰를 통해 운영자 또는 고객에게 디스플레이된다.
대시 보드는 다음을 디스플레이한다:
자유-냉각 구간 가용성 상태
자유-냉각 구간을 이용할 수 있는 경우, "자유-냉각 가용"을 녹색으로 표시하고,
자유-냉각 구간이 이용 가능하지 않은 경우, "자유-냉각 이용불가"를 회색으로 표시한다.
스테이트(State) 기상 데이터 상태
지난(stale)(24 시간 동안의 예측 데이터 없음), "자유-냉각이 이용 가능하지 않음, 날짜 지난 기상 예보임"을 디스플레이한다.
파일이 스테이트(state)가 아니면, 아무것도 표시하지 않는다.
자유-냉각 상태
자유-냉각 가용 = 예이고 자유-냉각 상태 = ON이면; 회색으로 "자유-냉각 ON" 표시.
자유-냉각 가용 = 예이고 자유-냉각 상태 = OFF이면; 빨간색으로 "자유-냉각 OFF" 표시.
자유-냉각 가용 = 아니오이고 자유-냉각 상태 = OFF 인 경우; 회색으로 "자유-냉각 OFF" 표시.
자유-냉각 가용 = 아니오이고 자유-냉각 상태 = 예인 경우; "자유-냉각 OFF"를 적색으로 표시.
습구 온도
습구 임계치 표시(추세점이 될 것임)
현재 OAWB를 표시한다.
자유-냉각 구간
요구되는 구간은 자유-냉각(free cooling)이 가능하도록 예보 습구가 임계 값 아래에 있어야 하는 최소 시간 량이다.
필요한 최소 구간 디스플레이(추세점이 될 것임)
잔여 시간 표시
현재의 구간이 존재하면, 구간 내 남아있는 시간을 디스플레이한다
현재 구간이 존재하지 않으면, "현재 구간 없음"을 디스플레이하고,
기상 데이터가 오래된 경우, "모름"을 디스플레이하고,
현재 자유-냉각 구간이 차후의 72보다 큰 경우, "72 시간보다 큼"을 디스플레이한다.
자유-냉각 구간 가용성
현재 구간 시작됨:
(철지난 기상 데이터 상태에 관계없이) 활성 자유-냉각 구간이 있은 경우, 구간 시작 날짜 및 시간을 디스플레이한다.
(철지난 기상 데이터 상태와 관계없이) 현재 구간이 존재하지 않으면, "현재 구간 없음"을 디스플레이한다.
다음 구간 이용 가능:
기상 데이터가 오래된 경우, "모름"을 디스플레이한다.
다음 72 시간 동안(즉, 현재의 구간이 아닌) 이용 가능한 냉각 구간이 존재하면, 디스플레이 구간 시작 날짜 및 시간을 디스플레이한다.
현재 자유-냉각 구간이 차후 72보다 큰 경우, "72 시간 초과"를 디스플레이한다.
일 실시예에서, 외부 애플리케이션(306)은 갱신된 자유-냉각 구간 데이터를 모듈(402)에 연속적으로 또는 주기적으로 제공한다. 외부 애플리케이션(306)에 의해 제공된 이 정보는 이러한 정보(가령, 요구되는 부하)가 시간에 따라 변화함에 따라 업데이트된 자유-냉각 구간을 모듈(402)로 하여금 계산할 수 있게 한다.
부가적으로, 일 실시예에서, 외부 애플리케이션(306)은 냉각기 플랜트(304)가 자유-냉각 모드로 동작하는지 여부를 모듈(402)에 지속적으로 또는 주기적으로 알려준다. 외부 애플리케이션(306)에 의해 제공되는 이 정보는 냉각기 플랜트(304)가 이용 가능한 자유-냉각 구간들의 모든 부분을 효과적으로 이용했는지의 정도를 모듈(402)로 하여금 계산할 수 있게 한다.
전술한 다양한 실시예는 결합되어 추가적인 실시예를 제공할 수 있다. 본 명세서에 언급된 상기 미국 특허, 특허 출원 및 공보 및 미국 특허 제 6,185,946 호는 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 필요한 경우, 여러 가지 특허, 응용 및 출판물의 장치, 특징, 방법 및 개념을 사용하여 또 다른 실시예를 제공하도록 양상을 수정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 전술한 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 많은 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 바람직한 실시예의 개시에 의해 제한되지 않는다. 대신에, 본 발명은 전적으로 청구 범위를 참조하여 결정되어야한다.

Claims (18)

  1. 지리적 위치에 있는 건물을 위한 환경 제어 시스템으로서, 상기 시스템은,
    목표 파라미터에 맞게 건물의 환경 측면들을 변경하도록 제어 가능하게 구성되는 난방, 환기 및 공기 조절(HVAC) 시스템과,
    상기 HVAC 시스템과 통신하고, 상기 목표 파라미터들 중 적어도 하나를 원하는 값으로 조정 가능하게 제어하도록 구성된 빌딩 자동화 시스템(BAS)과,
    상기 빌딩 자동화 시스템과 통신하고, 상기 빌딩 자동화 시스템으로부터 수신된 장비 데이터를 평가하고, 그 다음에 장비 데이터를 처리하여 애플리케이션 제어 시퀀스를 사용하여 애플리케이션 데이터를 생성하도록 구성된 외부 애플리케이션 - 상기 외부 애플리케이션은 상기 목표 파라미터들 중 적어도 하나의 목표 값을 달성하기 위해 HVAC 시스템을 제어하도록 상기 빌딩 자동화 시스템에 애플리케이션 데이터를 제공함 - 과
    상기 빌딩 자동화 시스템과 통신하는 적어도 하나의 처리 장치에 의해 실행될 때, 적어도 하나의 처리 장치로 하여금, 상기 지리적 위치에 대하여 미리 결정된 시간 주기 동안 기상 예보를 특성화하는 기상 데이터를 수신할 수 있게 하고, 자유-냉각 구간 데이터를 수신할 수 있게 하며, 기상 데이터 및 자유-냉각 구간 데이터에 기초하여, 가용한 자유-냉각 시간 구간을 결정할 수 있게 하고, 가용한 자유-냉각 시간 구간을 외부 애플리케이션에 제공할 수 있게 하는, 명령어를 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 매체를 포함하는
    환경 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 애플리케이션은 상기 HVAC 시스템을 최적화 및 에너지 효율적인 방식으로 동작 시키도록 추가로 구성되는 환경 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 빌딩 자동화 시스템은 통신 장애 동안 디폴트 동작 시퀀스로 복귀하도록 추가로 구성되는 환경 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 장비 데이터는 상기 HVAC 시스템에 의해 상기 빌딩 자동화 시스템에 원래 제공된 실시간 동작 데이터를 포함하는 환경 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 애플리케이션 데이터는 상기 빌딩 자동화 시스템에 의해 상기 외부 애플리케이션으로부터 판독된 동작 파라미터를 포함하는 환경 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 HVAC 시스템으로부터 얻어진 동작 임계치를 포함하는 환경 제어 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 HVAC 시스템과 관련된 안전 임계치를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자유-냉각 구간 데이터는 상기 지리적 위치의 주변 공기에 대한 임계 습구 온도 값을 포함하는 환경 제어 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 자유-냉각 구간 데이터는 최소 자유-냉각 구간 시간주기를 나타내는 수치 값을 포함하는 환경 제어 시스템.
  10. 지리적 위치에 있는 건물을 위한 환경 제어 시스템으로서, 상기 시스템은,
    목표 파라미터에 맞게 건물의 환경 측면들을 변경하도록 제어 가능하게 구성되는 난방, 환기 및 공기 조절(HVAC) 시스템과,
    상기 HVAC 시스템과 통신하고, 상기 목표 파라미터들 중 적어도 하나를 원하는 값으로 조정 가능하게 제어하도록 구성된 빌딩 자동화 시스템(BAS)과,
    상기 빌딩 자동화 시스템과 통신하고, 상기 빌딩 자동화 시스템으로부터 수신된 장비 데이터를 평가하고, 그 다음에 장비 데이터를 처리하여 애플리케이션 제어 시퀀스를 사용하여 애플리케이션 데이터를 생성하도록 구성된 외부 애플리케이션 - 상기 외부 애플리케이션은 상기 목표 파라미터들 중 적어도 하나의 목표 값을 달성하기 위해 HVAC 시스템을 제어하도록 상기 빌딩 자동화 시스템에 애플리케이션 데이터를 제공함 - 과
    상기 외부 애플리케이션과 통신하는 적어도 하나의 처리 장치에 의해 실행될 때, 적어도 하나의 처리 장치로 하여금, 상기 지리적 위치에 대하여 미리 결정된 시간 주기 동안 기상 예보를 특성화하는 기상 데이터를 수신할 수 있게 하고, 자유-냉각 구간 데이터를 수신할 수 있게 하며, 기상 데이터 및 자유-냉각 구간 데이터에 기초하여, 가용한 자유-냉각 시간 구간을 결정할 수 있게 하고, 가용한 자유-냉각 시간 구간 동안 자유-냉각 모드에 진입하도록 HVAC 시스템으로의 실행가능 명령을 외부 애플리케이션에 발급할 수 있게 하는, 명령어를 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 매체를 포함하는
    환경 제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 외부 애플리케이션은 상기 HVAC 시스템을 최적화 및 에너지 효율적 방식으로 동작 시키도록 추가로 구성되는 환경 제어 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 빌딩 자동화 시스템은 통신 장애 동안 디폴트 동작 시퀀스로 되돌아 가도록 추가로 구성되는 환경 제어 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 장비 데이터는 상기 HVAC 시스템에 의해 상기 빌딩 자동화 시스템에 원래 제공된 실시간 동작 데이터를 포함하는 환경 제어 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 애플리케이션 데이터는 상기 빌딩 자동화 시스템에 의해 상기 외부 애플리케이션으로부터 판독된 동작 파라미터를 포함하는 환경 제어 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 HVAC 시스템으로부터 얻어진 동작 임계치를 포함하는 환경 제어 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 HVAC 시스템과 관련된 안전 임계치를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 제어 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 자유-냉각 구간 데이터는 상기 지리적 위치의 주변 공기에 대한 임계 습구 온도 값을 포함하는 환경 제어 시스템.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 자유-냉각 구간 데이터는 최소 자유-냉각 구간 시간주기를 나타내는 수치 값을 포함하는 환경 제어 시스템.


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