用于集成照明、遮光和恒温器控制的统一控制器的制造方法
【专利说明】用于集成照明、遮光和恒温器控制的统一控制器
[0001] 本发明一般地涉及照明、遮光和温度的控制，并且更具体地涉及具有对其进行控 制的灵活架构的控制器。
[0002] 已认识到建筑物元件是互相关的，例如电灯和遮光帘被同时用来创建舒适的照明 条件，但是同时，它们两者都产生或发射热量，该热量影响制热、通风和空调（HVAC)系统上 的负荷。为了以最为能量高效的方式输送舒适的视觉和热环境，使用集成且整体的方法来 计及（account for)建筑物的元件之间的相互关系是重要的。
[0003] 当前，视觉舒适度和热舒适度实际上被单独地控制。此外，甚至单独地控制电灯和 遮光物。可由壁开关来控制电灯，或者在最佳情况情形中，电灯可响应于日光和/或占用状 态而自动地调光或关断。诸如遮帘百叶帘和滚式遮光物之类的遮光系统在很大程度上由占 用者、例如通过拉动绳子来控制。即使是现代机动化遮光系统仍是主要通过壁板来手动地 控制。热舒适度被占用者在壁装式恒温器上指定为温度设定点，并且一些恒温器能够连接 到中央建筑物自动化系统（BAS)以用于监控控制，诸如夜间逆转（setback)。
[0004] 已经尝试促进针对更佳的能量管理的统一的照明和HVAC控制，但是其焦点是在 BAS或能量管理和控制系统（EMCS)的整个建筑物级别集成上。此集成级别仅提供对多个系 统的集中式访问以便使设施管理员实施高级监控控制和自动化能量效率措施。因此，除建 筑物级别监控控制之外，较低级别(例如，区域级别）的集成是必要的，以实际上向占用者输 送最佳的视觉和热舒适度，将每个区域中的不同类型的使用、取向、位置等考虑在内。
[0005] 已做出了考虑针对能量效率的视觉和热舒适度的集成控制的几次尝试。例如， A. Guillemin和N. Morel, "集成在自适应建筑物控制系统中的创新的照明控制器（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 页（在 下文中"⑶ILEMIN"）以及 ?· Kristl、M. Ko§ir、M. Trobec-Lah 和 A. Krainer，"针对 建筑物中的热和视觉舒适度的模糊控制系统（Fuzzy Control System for Thermal and Visual Comfort in Building)，'，可再生能源（Renewable Energy),卷33 (4)，2008，第 694-702页(在下文中"KRISTL"）主要集中于智能算法的开发和实施，其系统是在非常定制 化的实验室背景中被集成。在处理建筑物照明与热元件之间的相互依赖的时，大多数控制 器考虑三个系统中的子集，例如在KRISTL中，遮光物和制热器，以及在J.V. Miller，公开 号为2009/0032604美国专利申请"节能集成照明和HVAC系统（Energy Saving Integrated Lighting and HVAC System)"（在下文中"Miller")中，灯和HVAC。此外，这些控制器可能 仅针对非常具体类型的系统工作，或者需要接进较低级别的系统部件，诸如向上发热的灯 具和Miller中的HVAC空气管道阻尼器。另外，集成控制器可调整照明条件以保存能量，但 是这可能例如由于眩光而牺牲占用空间的人的视觉舒适度。
[0006] 因此，认识到现有技术的缺点，克服控制器的缺陷将是有利的，其可以以切合实际 的集成方式实施灯、遮光物和温度设定点的基于区域的自动化控制。
[0007] 本文公开的某些实施例包括为照明、遮光物和恒温器提供控制的控制器。该控制 器包括：至少一个舒适度调节器，用于提供用于至少一个规则的设置的指示；至少一个控 制器接口，用于控制恒温器、照明和遮光物中的至少一个；至少一个传感器接口，用于接收 相应于制热、通风和空调（HVAC)、照明以及占用中的至少一个的传感信息，其中至少控制器 接口响应于接收到传感信息且基于至少一个规则而将恒温器、照明和遮光物控制到最佳位 置。
[0008] 本文公开的某些实施例还包括针对照明、遮光物和恒温器的控制的方法。该方法 包括：从控制器的舒适度调节器提供用于设置至少一个规则的指示，所述控制器用于照明、 遮光物和恒温器的控制；接收相应于制热、通风和空调（HVAC)、占用、照明和遮光中的至少 一个的传感信息；以及相应于传感信息和至少一个规则产生控制信号以控制照明、遮光物 以及恒温器。
[0009] 本文公开的某些实施例还包括用于照明系统、遮光系统以及恒温器的控制的控制 器。该控制器包括：用于确定至少水平照度设定点、垂直照度设定点以及恒温器设定点的设 置的设定点决策引擎，其中根据基于规则的设置过程来执行该确定；用于确定用于照明和 遮光的一组设置的照明负荷平衡引擎，其中该组设置至少满足接收到的设定点，并且设定 点决策引擎至少满足水平照度设定点和垂直照度设定点，其中确定该组设置以便使眩光和 照明系统的功耗最小化；以及驱动器连接器，用于部分地基于恒温器设定点来控制受控区 域中的恒温器系统、照明和遮光系统，并且该组设置由照明负荷平衡引擎确定。
[0010] 在本说明书结束时的权利要求中特别地指出并明确地要求保护被视为本发明的 主题。依据下面的结合附图进行的详细描述，本发明的前述及其他特征和优点将是显而易 见的。
[0011] 图1是根据本发明的实施例的集成控制器的示意图； 图2是用于集成控制器的照明负荷平衡的示意性框图； 图3是电灯输出水平与电功率之间的关系的图； 图4是复合（complex)开窗系统的太阳热增益模型的图； 图5是仅使用电照明控制特征的集成控制器的示意性框图； 图6是使用电照明控制特征和遮光控制特征的集成控制器的示意性框图； 图7是根据本发明的实施例的集成恒温器的控制器的示意性框图； 图8是根据另一实施例的使用垂直光传感器的集成控制器的示意性框图；以及 图9是在图8的集成控制器中利用的设定点决策引擎的示意性框图。
[0012] 重要的是注意到公开的实施例仅仅是本文中的创新技术的许多有利用途的示例。 一般地，在本申请的说明书中做出的陈述不一定限制各种要求保护的发明中的任何发明。 此外，一些陈述可适用于一些发明特征但不适用于其他的。一般地，除非另外指明，在不失 一般性的情况下，单数元件可以是复数的，并且反之亦然。在图中，相同的附图标记遍及多 个图指示相同的部分。
[0013] 图1示出了根据本发明的实施例的集成控制器100的示例性且非限制性框图。集 成控制器100包括部件（1)至（10)和感测基础设施（18)、以及诸如外部信息之类的监控信 号的传感器（15)至（17)以及连接（19)至（21)，其是到控制器100的输入以用于做出最佳 控制决策。控制器100通过驱动器连接器（10)致动区域（14)的连接系统硬件，包括恒温器 (11)、遮光系统驱动器（12)和照明系统驱动器（13)。在下文中更详细地讨论了每个部件的 详细实施方式和替代。
[0014] 舒适度调节器（I)接收来自占用传感器（16)的信息和监控信号（19)，例如需求响 应（DR)信号、用户超驰（override)等，以确定用户偏好和舒适度的重要性，即偏好/舒适 度与能量之间的权衡。例如，在正常操作下，舒适度调节器可确定舒适度具有最高优先级。 然而，在如占用传感器所报告的不存在占用者的情况下，舒适度调节器可将舒适度视为与 产生更多的能量节省的尝试相比远不那么重要的参数。当接收到指示DR事件的监控信号 时，舒适度调节器对舒适度施加略少的强调以便切断（shed) -定量的负荷。作为示例性实 施方式，舒适度调节器可简单地是一组用户偏好，其具有例如表示舒适度水平的相对重要 性的10点"重要性标度"。每个输入，即占用状态、DR信号、用户超驰等对应于10点重要性 标度上的不同量的增加或缩减。然后，所得到的标度上的舒适度重要性值连同用户指定的 偏好一起被馈送到热舒适度规则（2)和视觉舒适度规则（5)中。
[0015] 热舒适度规则（2)基本上是用于计算多个可能的温度设定点的模块，温度设定点 由舒适度的重要性、即（1)的输出以及实时的传感器测量（17)确定。可以以各种方式来实 施热舒适度规则（2)。一个示例性实施方式是一组"如果-则（IF-THEN)"规则。例如，规则 可以是"如果舒适度调节器指数大于9,则空气温度在21-24°C范围内"。热舒适度规则（2) 还可以结合尖端的热舒适度模型，例如Fanger的预测平均投票（PMV)模型。利用实时HVAC 传感器测量，例如平均辐射温度和相对湿度，计算导致对应于85%满意度的PMV < ±