用于集成照明、遮光和恒溫器控制的統(tǒng)一控制器的制造方法
【專利說明】用于集成照明、遮光和恒溫器控制的統(tǒng)一控制器
[0001] 本發(fā)明一般地涉及照明、遮光和溫度的控制，并且更具體地涉及具有對其進行控 制的靈活架構(gòu)的控制器。
[0002] 已認識到建筑物元件是互相關(guān)的，例如電燈和遮光簾被同時用來創(chuàng)建舒適的照明 條件，但是同時，它們兩者都產(chǎn)生或發(fā)射熱量，該熱量影響制熱、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC)系統(tǒng)上 的負荷。為了以最為能量高效的方式輸送舒適的視覺和熱環(huán)境，使用集成且整體的方法來 計及（account for)建筑物的元件之間的相互關(guān)系是重要的。
[0003] 當(dāng)前，視覺舒適度和熱舒適度實際上被單獨地控制。此外，甚至單獨地控制電燈和 遮光物?？捎杀陂_關(guān)來控制電燈，或者在最佳情況情形中，電燈可響應(yīng)于日光和/或占用狀 態(tài)而自動地調(diào)光或關(guān)斷。諸如遮簾百葉簾和滾式遮光物之類的遮光系統(tǒng)在很大程度上由占 用者、例如通過拉動繩子來控制。即使是現(xiàn)代機動化遮光系統(tǒng)仍是主要通過壁板來手動地 控制。熱舒適度被占用者在壁裝式恒溫器上指定為溫度設(shè)定點，并且一些恒溫器能夠連接 到中央建筑物自動化系統(tǒng)（BAS)以用于監(jiān)控控制，諸如夜間逆轉(zhuǎn)（setback)。
[0004] 已經(jīng)嘗試促進針對更佳的能量管理的統(tǒng)一的照明和HVAC控制，但是其焦點是在 BAS或能量管理和控制系統(tǒng)（EMCS)的整個建筑物級別集成上。此集成級別僅提供對多個系 統(tǒng)的集中式訪問以便使設(shè)施管理員實施高級監(jiān)控控制和自動化能量效率措施。因此，除建 筑物級別監(jiān)控控制之外，較低級別(例如，區(qū)域級別）的集成是必要的，以實際上向占用者輸 送最佳的視覺和熱舒適度，將每個區(qū)域中的不同類型的使用、取向、位置等考慮在內(nèi)。
[0005] 已做出了考慮針對能量效率的視覺和熱舒適度的集成控制的幾次嘗試。例如， A. Guillemin和N. Morel, "集成在自適應(yīng)建筑物控制系統(tǒng)中的創(chuàng)新的照明控制器（An Innovative Lighting Controller Integrated in a Self-adaptive Building Control System)"，能量和建筑物（Energy and Buildings),卷 33 (5)，2001，第 477-487 頁（在 下文中"⑶ILEMIN"）以及 ?· Kristl、M. Ko§ir、M. Trobec-Lah 和 A. Krainer，"針對 建筑物中的熱和視覺舒適度的模糊控制系統(tǒng)（Fuzzy Control System for Thermal and Visual Comfort in Building)，'，可再生能源（Renewable Energy),卷33 (4)，2008，第 694-702頁(在下文中"KRISTL"）主要集中于智能算法的開發(fā)和實施，其系統(tǒng)是在非常定制 化的實驗室背景中被集成。在處理建筑物照明與熱元件之間的相互依賴的時，大多數(shù)控制 器考慮三個系統(tǒng)中的子集，例如在KRISTL中，遮光物和制熱器，以及在J.V. Miller，公開 號為2009/0032604美國專利申請"節(jié)能集成照明和HVAC系統(tǒng)（Energy Saving Integrated Lighting and HVAC System)"（在下文中"Miller")中，燈和HVAC。此外，這些控制器可能 僅針對非常具體類型的系統(tǒng)工作，或者需要接進較低級別的系統(tǒng)部件，諸如向上發(fā)熱的燈 具和Miller中的HVAC空氣管道阻尼器。另外，集成控制器可調(diào)整照明條件以保存能量，但 是這可能例如由于眩光而犧牲占用空間的人的視覺舒適度。
[0006] 因此，認識到現(xiàn)有技術(shù)的缺點，克服控制器的缺陷將是有利的，其可以以切合實際 的集成方式實施燈、遮光物和溫度設(shè)定點的基于區(qū)域的自動化控制。
[0007] 本文公開的某些實施例包括為照明、遮光物和恒溫器提供控制的控制器。該控制 器包括：至少一個舒適度調(diào)節(jié)器，用于提供用于至少一個規(guī)則的設(shè)置的指示；至少一個控 制器接口，用于控制恒溫器、照明和遮光物中的至少一個；至少一個傳感器接口，用于接收 相應(yīng)于制熱、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC)、照明以及占用中的至少一個的傳感信息，其中至少控制器 接口響應(yīng)于接收到傳感信息且基于至少一個規(guī)則而將恒溫器、照明和遮光物控制到最佳位 置。
[0008] 本文公開的某些實施例還包括針對照明、遮光物和恒溫器的控制的方法。該方法 包括：從控制器的舒適度調(diào)節(jié)器提供用于設(shè)置至少一個規(guī)則的指示，所述控制器用于照明、 遮光物和恒溫器的控制；接收相應(yīng)于制熱、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC)、占用、照明和遮光中的至少 一個的傳感信息；以及相應(yīng)于傳感信息和至少一個規(guī)則產(chǎn)生控制信號以控制照明、遮光物 以及恒溫器。
[0009] 本文公開的某些實施例還包括用于照明系統(tǒng)、遮光系統(tǒng)以及恒溫器的控制的控制 器。該控制器包括：用于確定至少水平照度設(shè)定點、垂直照度設(shè)定點以及恒溫器設(shè)定點的設(shè) 置的設(shè)定點決策引擎，其中根據(jù)基于規(guī)則的設(shè)置過程來執(zhí)行該確定；用于確定用于照明和 遮光的一組設(shè)置的照明負荷平衡引擎，其中該組設(shè)置至少滿足接收到的設(shè)定點，并且設(shè)定 點決策引擎至少滿足水平照度設(shè)定點和垂直照度設(shè)定點，其中確定該組設(shè)置以便使眩光和 照明系統(tǒng)的功耗最小化；以及驅(qū)動器連接器，用于部分地基于恒溫器設(shè)定點來控制受控區(qū) 域中的恒溫器系統(tǒng)、照明和遮光系統(tǒng)，并且該組設(shè)置由照明負荷平衡引擎確定。
[0010] 在本說明書結(jié)束時的權(quán)利要求中特別地指出并明確地要求保護被視為本發(fā)明的 主題。依據(jù)下面的結(jié)合附圖進行的詳細描述，本發(fā)明的前述及其他特征和優(yōu)點將是顯而易 見的。
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成控制器的示意圖； 圖2是用于集成控制器的照明負荷平衡的示意性框圖； 圖3是電燈輸出水平與電功率之間的關(guān)系的圖； 圖4是復(fù)合（complex)開窗系統(tǒng)的太陽熱增益模型的圖； 圖5是僅使用電照明控制特征的集成控制器的示意性框圖； 圖6是使用電照明控制特征和遮光控制特征的集成控制器的示意性框圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成恒溫器的控制器的示意性框圖； 圖8是根據(jù)另一實施例的使用垂直光傳感器的集成控制器的示意性框圖；以及 圖9是在圖8的集成控制器中利用的設(shè)定點決策引擎的示意性框圖。
[0012] 重要的是注意到公開的實施例僅僅是本文中的創(chuàng)新技術(shù)的許多有利用途的示例。 一般地，在本申請的說明書中做出的陳述不一定限制各種要求保護的發(fā)明中的任何發(fā)明。 此外，一些陳述可適用于一些發(fā)明特征但不適用于其他的。一般地，除非另外指明，在不失 一般性的情況下，單數(shù)元件可以是復(fù)數(shù)的，并且反之亦然。在圖中，相同的附圖標記遍及多 個圖指示相同的部分。
[0013] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成控制器100的示例性且非限制性框圖。集 成控制器100包括部件（1)至（10)和感測基礎(chǔ)設(shè)施（18)、以及諸如外部信息之類的監(jiān)控信 號的傳感器（15)至（17)以及連接（19)至（21)，其是到控制器100的輸入以用于做出最佳 控制決策?？刂破?00通過驅(qū)動器連接器（10)致動區(qū)域（14)的連接系統(tǒng)硬件，包括恒溫器 (11)、遮光系統(tǒng)驅(qū)動器（12)和照明系統(tǒng)驅(qū)動器（13)。在下文中更詳細地討論了每個部件的 詳細實施方式和替代。
[0014] 舒適度調(diào)節(jié)器（I)接收來自占用傳感器（16)的信息和監(jiān)控信號（19)，例如需求響 應(yīng)（DR)信號、用戶超馳（override)等，以確定用戶偏好和舒適度的重要性，即偏好/舒適 度與能量之間的權(quán)衡。例如，在正常操作下，舒適度調(diào)節(jié)器可確定舒適度具有最高優(yōu)先級。 然而，在如占用傳感器所報告的不存在占用者的情況下，舒適度調(diào)節(jié)器可將舒適度視為與 產(chǎn)生更多的能量節(jié)省的嘗試相比遠不那么重要的參數(shù)。當(dāng)接收到指示DR事件的監(jiān)控信號 時，舒適度調(diào)節(jié)器對舒適度施加略少的強調(diào)以便切斷（shed) -定量的負荷。作為示例性實 施方式，舒適度調(diào)節(jié)器可簡單地是一組用戶偏好，其具有例如表示舒適度水平的相對重要 性的10點"重要性標度"。每個輸入，即占用狀態(tài)、DR信號、用戶超馳等對應(yīng)于10點重要性 標度上的不同量的增加或縮減。然后，所得到的標度上的舒適度重要性值連同用戶指定的 偏好一起被饋送到熱舒適度規(guī)則（2)和視覺舒適度規(guī)則（5)中。
[0015] 熱舒適度規(guī)則（2)基本上是用于計算多個可能的溫度設(shè)定點的模塊，溫度設(shè)定點 由舒適度的重要性、即（1)的輸出以及實時的傳感器測量（17)確定?？梢砸愿鞣N方式來實 施熱舒適度規(guī)則（2)。一個示例性實施方式是一組"如果-則（IF-THEN)"規(guī)則。例如，規(guī)則 可以是"如果舒適度調(diào)節(jié)器指數(shù)大于9,則空氣溫度在21-24°C范圍內(nèi)"。熱舒適度規(guī)則（2) 還可以結(jié)合尖端的熱舒適度模型，例如Fanger的預(yù)測平均投票（PMV)模型。利用實時HVAC 傳感器測量，例如平均輻射溫度和相對濕度，計算導(dǎo)致對應(yīng)于85%滿意度的PMV < ±