Hvac系統(tǒng)的功耗評價(jià)的制作方法
【專利說明】HVAC系統(tǒng)的功耗評價(jià)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年8月18日提交的標(biāo)題為“Power consumpt1n predict1n andestimat1n of an HVAC system by using passive readings of temperature and/orhumidity sensors(通過使用溫度和/或濕度傳感器的被動(dòng)讀數(shù)進(jìn)行的HVAC(暖通空調(diào))系統(tǒng)的功耗預(yù)測和估計(jì))”的美國臨時(shí)申請N0.61 /867，072以及2014年5月14日提交的標(biāo)題為“A completely external and cable free device and system that connects aircondit1ners to the internet and uses sensory data to provide super1rcomfort and energy savings(將空調(diào)連接到網(wǎng)絡(luò)并且使用傳感器數(shù)據(jù)提供卓越的舒適性和節(jié)能的完全外置和無電纜裝置)”的美國臨時(shí)申請N0.61/992,993的優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)申請的內(nèi)容全部通過引用納入此文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體涉及暖通空調(diào)(Heating，Ventilat1n，orAir Condit1ning,HVAC)系統(tǒng)的控制，尤其是用于估計(jì)和預(yù)測HVAC單元的功耗。
【背景技術(shù)】
[0004]HVAC系統(tǒng)構(gòu)成居民以及商業(yè)消費(fèi)者的能耗中的重要因素。
[0005]現(xiàn)有HVAC系統(tǒng)通常標(biāo)明多個(gè)單元的預(yù)期功耗或能率。然而，各個(gè)單元的實(shí)際功耗由于多個(gè)因素中的一個(gè)或多個(gè)因素而顯著地不同，諸如安裝位置或構(gòu)造、使用頻率、目標(biāo)溫度、風(fēng)扇設(shè)定、可以包括室外溫度或濕度狀況的當(dāng)?shù)靥鞖?、房間或空間尺寸、房間占用率或其他因素。
[0006]在正常使用期間，電器的實(shí)際功耗通常不被測量或不向用戶顯示，因此使得用戶無法得知電器的實(shí)際功耗。然而，實(shí)際功耗或者至少實(shí)際功耗的接近估計(jì)對于用戶而言可能很重要，因?yàn)槠渲苯臃磻?yīng)了用戶可以承受的成本。
[0007]另外地或可選地，特定HVAC系統(tǒng)安裝和使用的方式能夠直接影響功耗。使用方式可能與如下的方面有關(guān):諸如，安裝單元的數(shù)量和類型、安裝位置、目標(biāo)溫度、風(fēng)扇設(shè)定或其他方面。這些因素中的一些因素體現(xiàn)了用戶舒適性和功耗之間，或者初期購買和安裝成本以及日常功耗之間的內(nèi)在權(quán)衡。因此，向用戶提供關(guān)于功耗的信息對于用戶的決定來說是重要的，諸如如何持續(xù)不斷地設(shè)置或操作單元，用戶是否應(yīng)該將該單元替換為對于該房間或區(qū)域而言更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠或者更加適合的單元等。
[0008]除了實(shí)際功耗之外，估計(jì)單元的與冷卻、加熱、祛濕等相關(guān)的效率可能對于用戶來說也是有價(jià)值的。例如，探測到電器的隨時(shí)間推移的效率降級可以指示需要維修操作，諸如過濾器清潔或更換、制冷劑的改變或重新填入等。
[0009]用于估計(jì)電器的功耗的一些已知解決方案包括連接在電源出口和電器之間的功耗測量儀。這些測量儀可以提供諸如瞬時(shí)功耗、累計(jì)耗能、預(yù)期的月度耗能等的信息。雖然這些測量儀可以具有高精度，然而它們可能很難安裝，因?yàn)閱卧碾娫床孱^總是不能輕易進(jìn)入。該情況在HVAC單元的壓縮機(jī)可能被安裝在戶外的、安裝在墻壁上或者甚至隱藏在天花板上面的情況下尤其突出。在一些情況下，甚至不存在任何電源插座插頭，該單元可能直接連接到電源線。
[0010]此外，當(dāng)前可用測量儀一般地不能預(yù)測將來的能耗，因?yàn)閷淼哪芎目赡苁艿街T如改變目標(biāo)溫度或者增大風(fēng)扇速度的用戶行為影響，因此使得向用戶提供打開或關(guān)閉系統(tǒng)的模糊二元決定。
【附圖說明】
[0011]從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中，將更加容易理解和領(lǐng)會到本公開主題，其中，在這些附圖中，相應(yīng)或類似附圖標(biāo)記或符號表示相應(yīng)或類似的部件。除非明確指出，否則附圖提供本公開的示例性實(shí)施例或多個(gè)方面并且不限定本公開的范圍。在這些附圖中:
[0012]圖1是根據(jù)公開主題的一些示例性實(shí)施例的HVAC單元的功耗估計(jì)和預(yù)測的系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖2A是使用HVAC的且達(dá)到目標(biāo)溫度的區(qū)域中的示例性溫度隨時(shí)間變化的曲線圖；
[0014]圖2B是使用HVAC的且沒有達(dá)到目標(biāo)溫度的區(qū)域中的示例性溫度隨時(shí)間變化的曲線圖；
[0015]圖2C是根據(jù)公開主題的一些實(shí)施例的測量溫度和目標(biāo)溫度對比的示例性圖表；以及
[0016]圖3是根據(jù)公開主題的一些示例性實(shí)施例的用于估計(jì)和預(yù)測HVAC系統(tǒng)的功耗的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]公開主題解決的一個(gè)技術(shù)問題是需要估計(jì)電器尤其是暖通空調(diào)(HVAC)單元的當(dāng)前功耗。雖然功耗的工廠數(shù)據(jù)或評估有時(shí)是可用的，但是實(shí)際功耗可能由于安裝以及使用環(huán)境和設(shè)置、正常損耗和損壞，其他單元或電器的影響等而明顯地變化。
[0018]專用于特定單元的此種日常估計(jì)可以被用于評價(jià)單元的當(dāng)前致動(dòng)狀態(tài)的消費(fèi)暗示，或者累計(jì)的消費(fèi)暗示。
[0019]另一技術(shù)問題與功耗的將來預(yù)測的評價(jià)相關(guān)，響應(yīng)于用戶行為或其他條件改變，諸如改變目標(biāo)溫度、關(guān)門、在房間中多了一個(gè)或多個(gè)居住者等，期望對功耗進(jìn)行預(yù)測。
[0020]此種預(yù)測有助于及時(shí)地采取合適的決定，諸如升高或降低目標(biāo)溫度或改變風(fēng)扇速度、采取諸如過濾器清潔等的維修措施或者致動(dòng)另一單元，或者做出在該區(qū)域中安裝或更換HVAC單元的較長期的決定。在用戶被通知該預(yù)測并且潛在地被提供一種建議的情況下，用戶手動(dòng)地做出此種決定，或在不具有用戶介入、用戶輸入、用戶察覺等的情況下自動(dòng)地做出此種決定。
[0021]在該領(lǐng)域中，因此需要用于評價(jià)HVAC系統(tǒng)的當(dāng)前和預(yù)測功耗的方法和設(shè)備。
[0022]在一些情況下，用戶控制信號是可用的，并且本發(fā)明的一個(gè)目的也是提供一種用于此種信號和功耗估計(jì)之間的相關(guān)聯(lián)的方法和系統(tǒng)，從而向用戶提供可能有助于做出與HVAC的使用相關(guān)的決定的信息。
[0023]該方法和設(shè)備可以只使用常規(guī)的可用測量值，諸如溫度和/或濕度，而能夠操作。然而，評價(jià)和預(yù)測可以改進(jìn)如下的給定信號:諸如用戶控制信號、諸如當(dāng)?shù)靥鞖庑畔⒌鹊牡谌叫盘?，來自諸如多個(gè)溫度或濕度傳感器等的多個(gè)傳感器的輸入、與房間占有率以及開口的開/關(guān)狀況相關(guān)的信號。
[0024]本公開的目的也是向用戶提供與HVAC單元的日常操作相關(guān)的建議，從而采取維修措施或者改變環(huán)境的HVAC設(shè)置，例如添加另一單元。
[0025]本公開的另一目的是:在測量儀與HVAC單元的連接是不可能、不切實(shí)際或者不期望的情況下，使得能夠使用外置測量儀，諸如提供資金信息的測量儀。
[0026]—個(gè)技術(shù)解決方案是提供控制單元，該控制單元使用從諸如溫度和/或濕度傳感器等的傳感器獲得的信息間接地估計(jì)和預(yù)測一個(gè)或多個(gè)HVAC系統(tǒng)的功耗。這些傳感器可以被定位在受HVAC單元影響的位置中。出于簡明的原因，以下的討論與冷卻相關(guān)。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會到，該討論同樣適用于HVAC單元的其他效果，尤其是加熱或祛濕。該解決方案可能通過控制器來實(shí)施，該控制器實(shí)施為HVAC單元的一部分，或者位于HVAC單元之外，例如作為單元的遠(yuǎn)程控制裝置的一部分，或者位于分開的部件上。
[0027]在可以被執(zhí)行為用于特定HVAC模式或者特定單元的標(biāo)定階段，長期緩存可以被獲得，其中，通過保存此種緩存的控制器來接收傳感器測量值，此種緩存包括表現(xiàn)HVAC單元或模型的基準(zhǔn)行為的測量值集合?；鶞?zhǔn)可以體現(xiàn)HVAC系統(tǒng)的冷卻性能，例如，達(dá)到特定的目標(biāo)溫度需要多長時(shí)間，能夠達(dá)到的目標(biāo)溫度的范圍等。基準(zhǔn)可以包括一個(gè)或多個(gè)測量值集合，這些測量值集合例如與不同的目標(biāo)溫度、不同的季節(jié)或小時(shí)、不同的區(qū)域占有水平或其他改變條件相關(guān)。該基準(zhǔn)行為可以包括描述單元的行為的一個(gè)或多個(gè)圖表，例如隨時(shí)間改變的房間溫度?；鶞?zhǔn)還可以包括一般或特定情況下的單元致動(dòng)與該單元功耗之間的映射。例如，可以獲得當(dāng)單元在不同的馬達(dá)速度下運(yùn)行時(shí)的功耗。
[0028]—旦該基準(zhǔn)是可用的，持續(xù)不斷地從傳感器接收測量值。測量值可以接收自任一傳感器，該傳感器適于輸出或以其他方式提供或報(bào)告其測量值。測量值可以利用滑動(dòng)時(shí)間窗口來收集，并且與基準(zhǔn)行為對比的情況下被分析。如果行為在一段時(shí)間內(nèi)與任一種基準(zhǔn)行為相一致，那么可以假定當(dāng)前狀況和設(shè)置與該基準(zhǔn)行為類似，并且當(dāng)前的或累計(jì)功耗可以被估計(jì)。除了測量值之外，功耗估計(jì)也可以使用:諸如由遠(yuǎn)程控制裝置發(fā)出的信號等的用戶發(fā)起信號，紅外傳感器、安全系統(tǒng)、智能手機(jī)或其他裝置上的溫度傳感器、吊式風(fēng)扇、加熱系統(tǒng)、其他HVAC單元，諸如天氣信息等的第三方數(shù)據(jù)，通過關(guān)聯(lián)多個(gè)臨近傳感器讀數(shù)而產(chǎn)生的信號，接近傳感器信息，接收自門或窗控制系統(tǒng)的信號等。
[0029]另外地或可選地，可以向用戶發(fā)出警報(bào)。例如，如果單元行為與不可接受目標(biāo)溫度的行為一致，那么用戶可以接收建議以增加目標(biāo)溫度從而避免無用的非經(jīng)濟(jì)行為。
[0030]如果行為首先與基準(zhǔn)行為一致并且然后探測到偏離，那么可以識別到偏離的可能致因，并且可以向用戶建議準(zhǔn)確的行為。例如，如果探測到溫度或濕度忽然上升，那么可以推導(dǎo)出安裝HVAC單元的位置中的開口，諸如門或窗，已經(jīng)被打開。如果溫度上升不能減弱，那么可以建議用戶關(guān)閉開口。
[0031]如果探