專利名稱：Hvac控制系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于建筑物的暖通空調(HVAC)的有效系統(tǒng)和方法。特別地，本發(fā)明提供了在建筑物中使用的更有效的氣候控制系統(tǒng)。
背景技術：
暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的廣泛使用為建筑物設計和形式增加了很大的靈活性。即使在惡劣的氣候條件下，其也能提供室內舒適度，并用于使熱性能較差的建筑物適于居住。然而，該靈活性需要花費成本，例如，在澳大利亞，HVAC—般占商業(yè)建筑中的能源利用的60%以上[澳大利亞溫室辦公室，1999]，并且其為溫室氣體排放的重要貢獻者，且推動著對電力網絡的需求。已經對最佳HVAC控制策略進行了相當多的研究。這些策略考慮了舒適度、電 力網絡交互和溫室氣體排放幾個方面，盡管這些方面通常是孤立的。例如，Braun等人(1990，2001)研究了使用建筑物熱質量進行能量荷載成形，Eto (2007)論證了使用空調為電力網絡提供運轉備用(spinning reserve), Fanger (19617)首次對熱舒適進行了研究，近年來，Seppanen等人(2006)研究了熱舒適對生產力的影響。溫室氣體排放一般作為所有節(jié)能策略的一部分來實現，但熱電聯產系統(tǒng)(例如，White和Ward (2006))直接利用廢熱和燃料替代來減少排放。HVAC控制系統(tǒng)一般使用溫度作為它們在商業(yè)建筑內的控制設定點。包括閥門和阻尼器位置、風扇速度等的HVAC設備被控制為實現指定設定點溫度。通常，盡管現有技術的HVAC系統(tǒng)可基于減載請求(load shedding request)而改變溫度,但該設定點溫度為固定值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供具有多個預期特征的HVAC控制系統(tǒng)的改進形式。根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟(a)開發(fā)建筑物的初始熱模型，并隨著時間的過去持續(xù)更新熱模型；(b)利用熱模型持續(xù)制定建筑物的日常HVAC運行計劃；并且(c)持續(xù)檢查當前HVAC運行計劃，并優(yōu)化當前HVAC運行與該計劃之間的一致性。所述熱模型使用被擬合成(fit to，逼近至)建筑物的歷史熱數據的一系列參數。熱模型可為分段多項式模型。初始熱模型可基本每天都迭代更新。日常運行計劃為操作者優(yōu)先級(包括使用者舒適度、功率消耗和能量成本)的組合的最優(yōu)化。除操作者優(yōu)先級之外的推進運行計劃的外部輸入包括電力定價數據、天氣預報和居住者舒適度滿意數據。日常HVAC運行計劃可基本每5分鐘重新計算一次。所述HVAC運行與當前HVAC運行計劃之間的一致性的最優(yōu)化可基本每10秒鐘進行一次。根據本發(fā)明的進一步方面，提供了一種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟(a)確定建筑物的熱模型；(b)為建筑物的用戶確定預期人體舒適度模型；(C)將預期人體舒適度模型作為主要要素(prime factor，主要系數)計算建筑物的HVAC運行計劃?？筛鶕虡I(yè)建筑物用戶反饋的數據通過商業(yè)建筑物使用者的個人舒適度數據增強(augment，加強)人體舒適度模型。人體舒適度模型可從ASHRAE標準舒適度模型中衍生出。在一個實施方式中，所述熱模型具有以下形式
權利要求
1.一種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 Ca)開發(fā)所述建筑物的初始熱模型，并隨著時間持續(xù)地更新該熱模型； (b)利用所述熱模型持續(xù)制定所述建筑物的日常HVAC運行計劃；以及 (c)持續(xù)地檢查當前HVAC運行計劃，并將當前HVAC運行與所述當前HVAC運行計劃的一致性最優(yōu)化。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，所述熱模型使用被擬合成所述建筑物的歷史熱數據的一系列參數。
3.根據權利要求I所述的方法，其中，所述熱模型為分段多項式模型。
4.根據權利要求I所述的方法，其中，所述初始熱模型基本每天都迭代更新。
5.根據前述任一權利要求所述的方法，其中，所述日常HVAC運行計劃基本每5分鐘重新計算一次。
6.根據前述任一權利要求所述的方法，其中，所述將HVAC運行與所述當前HVAC運行計劃的一致性最優(yōu)化基本每10秒鐘進行一次。
7.一種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 (a)確定所述建筑物的熱模型； (b)為所述建筑物的用戶確定預期人體舒適度模型； (c)利用所述預期人體舒適度模型作為主要要素計算所述建筑物的HVAC功率消耗計劃。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，根據所述建筑物的用戶反饋的數據通過所述建筑物的用戶的個人舒適度數據增強所述人體舒適度模型。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，所述人體舒適度模型從ASHRAE標準舒適度模型中衍生出。
10.一種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 (a)確定所述建筑物的熱模型； (b)確定所述HVAC系統(tǒng)的功率消耗或碳排放模型； (c)利用所述功率消耗或碳排放模型作為主要要素計算所述建筑物的HVAC運行計劃。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，通過來自能量供應商的消耗和定價數據增強所述功率消耗或碳排放模型。
12.—種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 (a)確定所述建筑物的熱模型； (b)確定所述HVAC系統(tǒng)的能量成本模型； (c)利用所述能量成本模型作為主要要素計算所述建筑物的HVAC運行計劃。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，通過來自能量供應商的消耗和定價數據增強所述能量成本模型。
14.一種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 (a)確定所述建筑物的熱模型； (b)確定所述建筑物的周圍區(qū)域的預期外部氣象條件； (c)確定所述HVAC系統(tǒng)的外部氣象條件模型； Cd)利用所述外部氣象條件模型作為主要要素計算所述建筑物的HVAC運行計劃。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，通過來自氣象數據供應商的數據增強所述外部氣象條件模型。
16.一種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 (a)確定所述建筑物的熱模型； (b)為所述建筑物的用戶確定預期人體舒適度模型； (c)確定所述HVAC系統(tǒng)的功率消耗或碳排放模型； Cd)確定所述HVAC系統(tǒng)的能量成本模型； Ce)確定所述HVAC系統(tǒng)的外部氣象條件模型； Cf)應用所述HVAC系統(tǒng)的所述預期人體舒適度模型、所述功率消耗或碳排放模型、所述能量成本模型和所述外部氣象條件模型中的兩個或多個的相對權重，來計算所述建筑物的HVAC運行計劃。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，根據所述建筑物的用戶所反饋的數據通過所述建筑物的用戶的個人舒適度數據增強所述人體舒適度模型。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，所述人體舒適度模型從ASHRAE標準舒適度模型中衍生出。
19.根據權利要求16所述的方法，其中，通過來自能量供應商的消耗和定價數據增強所述功率消耗或碳排放模型。
20.根據權利要求16所述的方法，其中，通過來自能量供應商的消耗和定價數據增強所述能量成本模型。
21.根據權利要求10至20中任一項所述的方法，其中，所述熱模型基本每天都迭代更新。
22.根據權利要求10至21中任一項所述的方法，其中，所述HVAC運行計劃基本每幾分鐘重新計算一次。
23.根據權利要求I、4和7至22中任一項所述的方法，其中，所述熱模型基本具有以下形式其中Tint(Z)為平均內部建筑物溫度Tamb(Z)為環(huán)境溫度Pcool (z)為HVAC制冷功率消耗 -Pc00Ixyp為典型的HVAC制冷功率消耗；在(1)中被用作換算系數，以獲得Fpc^1(Z)的參數在與其他參數相似的數值范圍內的數量級；其還提供能在不同BMS系統(tǒng)上運行的規(guī)范化機制——這對最優(yōu)化約束特別重要Pheat (Z)為HVAC供暖功率消耗PheatTyp為典型的HVAC供暖功率消耗；其在式(I)中被用作換算系數，以獲得Fpheat(Z)的參數在與其他參數相似的數值范圍內的數量級；其還提供能在不同BMS系統(tǒng)上運行的規(guī)范化機制一這對最優(yōu)化約束特別重要 Famb(Z)獲取對環(huán)境溫度的內部建筑物溫度響應 Fpcool (z)獲取對HVAC制冷功率的內部建筑物溫度響應 Fpheat (z)獲取對HVAC供暖功率的內部建筑物溫度響應B (z)，“基線”，獲取除由Famb(Z)Jiw(z)和Fpheat(z)獲得的因數之外的因數 10為用于獲得Fpc^1(Z)的參數在與其他參數相似的數值范圍內的數量級的換算系數；該數值為任選數值。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，所述基線函數根據一周內的當前日期而變化。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，所述基線函數由三角基函數的組合構成，所述這些三角基函數在一天內的特定固定點被估算。
26.根據前述任一權利要求所述的方法，其中，所述HVAC對利用所述當前HVAC運行計劃的控制基本每幾秒鐘進行一次。
27.—種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，基本如本文結合附圖
所描述的那樣。
28.根據權利要求1、4和7至22中任一項所述的方法，其中，所述熱模型基本具有以下形式
29.根據權利要求28所述的方法，其中，ATss具有以下形式 A Tss= a c. U c. max {0，PCool_Pcb} _ a h. u h. max {0，PHeat_Phb} 其中，式的第一部分為有效制冷溫度(A Taral),第二部分為有效供暖溫度(ATlfeat),參數是=Pqkj1和Plteat分別為實際制冷功率和供暖功率的估值(kW) ；Pcb和Phb分別為基線制冷功率和供暖功率(kW); a。和a h為HVAC功率有效性的額定比(° C/kW);以及y。和y h為作為外部溫的度函數的HVAC效率降級。
全文摘要
一種控制建筑物的暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟(a)開發(fā)建筑物的初始熱模型，并隨著時間持續(xù)地更新熱模型；(b)利用熱模型持續(xù)地制定建筑物的日常HVAC運行計劃；并且(c)持續(xù)檢查當前HVAC運行計劃，并將當前HVAC運行與當前HVAC運行計劃之間的一致性最優(yōu)化。
文檔編號F24F11/053GK102812303SQ201080064071
公開日2012年12月5日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2009年12月16日
發(fā)明者約翰·沃德, 喬舒亞·瓦爾, 格倫·普拉特 申請人:國家科學和工業(yè)研究組織