[发明专利]用于控制建筑物内的环境管理系统的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制建筑物内的环境管理系统的方法和装置。

背景技术

建筑物至少如同人类一样各具特点。尽管可以按照原型来对住所分类，但是最起码存在上百种类型。还清楚的是，这些原型组的众多成员彼此之间由于构造细节、后期改建和修补的差异而大大不同。建筑物系统尤其是采暖和通风系统也大大不同，而且这些系统与它们所在的建筑物之间的相互影响是复杂的。

另外，具有不同居住者的相同建筑物的能量行为可能极为不同。使个体进入不同建筑物中的不同居住人群也会导致重大的行为改变。尽管清楚锅炉的行为与采暖系统中的其他部件以及建筑物和居住者密切相关，但是可能不太明显的是制冷器的能量使用取决于其位于建筑物中何处特别是冷凝器周围微环境的物理特性。

对建筑物特别是家用建筑物应用复杂的控制在目前极为有限，特别是在将建筑物物理模型应用到控制方案方面。随着更廉价和强大的家用自动化部件的出现，现在已有机会实现更有效的控制。一般而言，建筑物物理模型形成建筑物环境管理系统(BEMS)的功能集的一部分。然而，本发明在家庭环境管理系统(HEMS)中更有机会。因此，为简明起见，说明书的其余部分趋向于仅谈及HEMS。但是，应当理解，本发明可以应用于任何BEMS，而不仅仅是HEMS。

现有技术包括：a)通过连接到各房间恒温器的中央控制器进行采暖系统的多区域控制；b)检测到高热输入和低采暖率则用信号告知有窗户打开并通过减少供热来避免浪费；c)估计加热某一区域所需的时间以便随时调度目标温度，而不是开启/关闭加热控制。

尽管上述各系统可以优于采用单独区域性恒温器(例如，恒温散热器调节阀，TRV)的采暖系统的时控运行，但是并不能解决与建筑物采暖和热力学相关的一些重要需求。

因此，鉴于上述问题，做出了本发明。

发明内容

当前系统不能充分解决的因素的一些示例如下：

·区域之间的热泄漏(例如，通过门、墙壁、地面和天花板)通常是严重的。除非对此留有余量，否则由于不同区域中号称独立的控制回路之间存在耦合，可能难以达到目标温度，。

·太阳能增益可能是极为重要的热源，即便在冬季也是如此，除非这被明确包括在控制模型中，否则可能导致过度加热、能源浪费甚至在寒冷时节开窗。注意，温室可以是热源或热沉。

·加热某一区域所需的时间是多因素问题，并包括诸如窗户是打开还是关闭以及建筑物结构热质量的当前温度等因素。例如，寒冷时节的升温率低于炎热时节的升温率。

·尽管通过相对于升温率的过度热输入来检测窗户打开是一种状态估计方法，但是这不可避免仅仅是一种调节过度供热的粗陋方式，除非考虑大范围的环境参数。例如，存在每当外门打开时就关闭靠近外门的供热的风险，这取决于加热器和恒温器相对于门的位置。

·人的舒适度取决于气温之外的众多因素，对这些因素进行估计是高效HEMS的重要需求。

·在某些环节中湿度管理是重要的，这也要求对来自烹饪、洗浴、洗涤的强制暂时性通风进行建模和识别，以及估计不同区域中的湿度以及在墙壁、窗户、配件和家具上凝结并变潮的风险等。

·系统的元件可能具有加热效果，并导致主要的益处，例如毛巾架/散热器以及淋浴/洗浴。

·控制可以通过HEMS识别并估计来自家电(包括二次加热)和人类活动的加热贡献来改进。这对于良好隔绝的建筑物尤其如此，在这种建筑物中，挑战在于尽可能避免在加热区域时过度供热。

·给定极宽范围的建筑物状态、建筑物内的人类活动以及外部环境因素，难以预测具体控制动作的结果。

一般而言，HEMS的建筑物物理模型也可以为其他过程提供输入，例如，改变不同区域中设置点的可能成本影响或者标识主要建筑结构低效率的可能原因。

建筑物物理特性的一种可能方法是：基于对建筑物及其部件的非常准确的描述，使用详细建模工具来计算建筑物响应。这种方法已经用于少量建筑物，作为建筑物物理特性和效率的设计-建造-验证方法的一部分。对于具有主要环境控制问题的大型商用建筑物，通过离线建模和设计修改，这可能是应对出租价值及舒适性损失的成本有效方式。然而，以这种方式产生建筑物的可靠模型所需的专业水准、复杂度和数据极高，远超出了住宅所能达到的范围。不仅是对于住宅而言不可接受的成本-收益比，而且由于相比于旅馆或办公楼来说对于竣工数据的更少访问、区域更多地受到外部环境影响以及更复杂和多变的居住方式而更加难以达到。因此，申请人提出了针对该问题的解决方案。