專利名稱：由供暖、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的區(qū)域來確定相對管道尺寸的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請公開了用于確定通向多區(qū)域供暖、通風(fēng)與空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)內(nèi)若干區(qū)域的各區(qū)域的管道的相對尺寸的方法和控制裝置。
背景技術(shù)：
多區(qū)域HVAC系統(tǒng)是公知的并且包括用于改變溫度和空氣狀況的部件(暖氣爐、空調(diào)器、熱泵等)。為簡便起見，這些部件被總稱為溫度改變部件。此外，室內(nèi)空氣輸送機(jī)驅(qū)使空氣從溫度改變部件通過送風(fēng)管道到達(dá)樓宇內(nèi)的若干區(qū)域。每條送風(fēng)管道通常包括風(fēng)門，所述風(fēng)門被控制以限制或允許氣流進(jìn)入各區(qū)域從而達(dá)到所期望的溫度。
在這些系統(tǒng)中，通向各區(qū)域的管道的尺寸由于沿著管道長度可能發(fā)生的限制等而發(fā)生變化。因此，盡管現(xiàn)代HVAC系統(tǒng)日益適合于復(fù)雜控制的考慮，但精確控制流入若干區(qū)域的各區(qū)域的氣流需要了解管道的相對尺寸。作為一例，如果存在有兩條通向兩個(gè)區(qū)域的管道，兩個(gè)區(qū)域的其中一個(gè)小于另一個(gè)，則與更大管道相比，較小管道將傾向于接受較少的氣流。因此，了解管道尺寸對于提供達(dá)到對這些區(qū)域的氣流進(jìn)行封閉式控制的能力是重要的。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，未知有確定通向各區(qū)域的管道尺寸的方法。安裝者最多就是手工測量管道尺寸。然而，這相對來說是不實(shí)際的，已經(jīng)沒有被使用。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的公開實(shí)施例中，控制裝置實(shí)施對通向多區(qū)域HVAC系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)域的管道的相對管道尺寸的最初確定。這種確定可在系統(tǒng)設(shè)置的最初進(jìn)行并且對于HVAC系統(tǒng)的使用壽命來說應(yīng)當(dāng)是相對可靠的。如在2004年7月13日提出的、標(biāo)題為“Method and Systemfor Automatically Optimizing Zone Duct Damper Positions”的、序號為No.10/889,735的同時(shí)待審的美國專利申請中所公開的以及在上面引用的序號為No.60/537,717的美國臨時(shí)專利申請中通常所公開的，區(qū)域管道尺寸的確定一經(jīng)完成，就可用于各種控制特性。
通常，控制裝置打開與其中一個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的風(fēng)門，同時(shí)將其他風(fēng)門保持在相對關(guān)閉的位置。接著，系統(tǒng)能夠相對于所有其他區(qū)域來確定各區(qū)域的狀況(例如，相對靜壓)。然后，這個(gè)信息可用于迭代過程來確定各區(qū)域的相對管道尺寸。一旦知道了相對管道尺寸，就可實(shí)現(xiàn)對通向每一區(qū)域的氣流的最好控制。
在該公開實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)中，上述系統(tǒng)還確定被認(rèn)為是關(guān)閉的所有風(fēng)門的氣流特征。這提供了整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)泄漏量的指示值，這使得進(jìn)一步改進(jìn)相對管道尺寸的確定成為可能。
根據(jù)下面的說明和附圖可以更好地理解本發(fā)明的上述的和其他的特征，下面是對附圖的簡要說明。


圖1是樓宇HVAC系統(tǒng)的示意圖。
圖2是本發(fā)明方法的流程圖。
圖3是本發(fā)明一部分的流程圖。
圖4是圖3流程圖之后的步驟流程圖。
圖5示出的是控制裝置上的幾例顯示。
具體實(shí)施例方式
雖然本發(fā)明的目的在于確定整個(gè)多區(qū)域系統(tǒng)范圍的相對管道尺寸，但是還將公開一個(gè)利用管道尺寸信息的示范控制系統(tǒng)。
圖1示意表示多區(qū)域HVAC系統(tǒng)20。用于改變空氣狀況的溫度改變部件22，如室內(nèi)單元(暖氣爐/供暖盤管)和/或室外單元(空調(diào)器/熱泵)，與室內(nèi)空氣輸送機(jī)24相關(guān)聯(lián)?？諝廨斔蜋C(jī)24從回流管道26獲得空氣并將空氣推進(jìn)與樓宇中不同區(qū)域1、2和3相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)31和多個(gè)送風(fēng)管道28、30、32內(nèi)。如圖所示，在各送風(fēng)管道28、30和32上設(shè)置了風(fēng)門34?？刂蒲b置(如微處理器控制裝置36)控制風(fēng)門34、溫度改變部件22、室內(nèi)空氣輸送機(jī)24并且還和與各區(qū)域相關(guān)聯(lián)的控制裝置130通信?？刂蒲b置130實(shí)質(zhì)上可以是允許用戶相對于其他區(qū)域?yàn)楦鲄^(qū)域設(shè)置想要的溫度、噪聲級等的恒溫器。此外，控制裝置130最好包括用于向控制裝置36回饋實(shí)際溫度的溫度傳感器。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制裝置36被裝在其中一個(gè)恒溫器控制裝置130內(nèi)并作為系統(tǒng)控制裝置通過控制線路圖(比如在2004年1月7日提出的、序號為No.10/752,626、標(biāo)題為“Serial Communicating HVACsystem”的同時(shí)待審的美國專利申請中所公開的)與所有其他的組成部分通信。正如所公開的，控制裝置36能夠接收關(guān)于每個(gè)這些組成部分的配置信息以使控制裝置36了解組成部分22、24、30和34的個(gè)別特征。該裝置的詳細(xì)內(nèi)容可能如同在2004年1月7日提出的、序號為No.10/752,628、標(biāo)題為“Self-Configuring Controls for Heating，ventilating and Air Conditioning systems”的同時(shí)待審的美國專利申請中所公開。這兩個(gè)申請的全部公開內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文。
在現(xiàn)有技術(shù)中，由空氣輸送機(jī)24推進(jìn)各區(qū)域1、2和3的空氣量有時(shí)會過量。可將風(fēng)門34打開或關(guān)閉來限制或允許額外的氣流進(jìn)入?yún)^(qū)域1、2和3。雖然存在被完全打開或完全關(guān)閉的風(fēng)門，但是本發(fā)明的公開中的風(fēng)門不僅具有完全打開和關(guān)閉位置而且具有若干遞增關(guān)閉位置。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)門在完全打開和關(guān)閉之間具有16個(gè)遞增位置。在任何一個(gè)風(fēng)門34被關(guān)閉以減少該區(qū)域調(diào)節(jié)時(shí)，額外的氣流被驅(qū)使到開度更大的風(fēng)門。有時(shí)，這可能會導(dǎo)致太多的氣流被輸送到其中一個(gè)區(qū)域，這樣可能會造成過度的溫度改變和不適當(dāng)?shù)脑肼暋Ｔ诂F(xiàn)有技術(shù)中，壓敏旁通閥可能與管道28、30、32或強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)31內(nèi)的上游相關(guān)聯(lián)?？諝獾呐酝ň哂胁黄谕械奶卣鳎?yàn)樗枰~外的閥門、管道等并且因此使裝配變得復(fù)雜。通常，旁通空氣通過回流管道26返回溫度改變部件22。因此，接近溫度改變部件22的空氣已經(jīng)變得偏離周圍環(huán)境并且對于有效的運(yùn)行來說可能會太冷或太熱。
出于這個(gè)原因，最好是找到確保不會有不適當(dāng)?shù)目諝饬客ㄟ^管道28、30和32的任何一個(gè)而流進(jìn)區(qū)域1、2和3的可選方法。當(dāng)然，在許多系統(tǒng)中，可能多于或少于三個(gè)區(qū)域。然而，出于理解本發(fā)明的目的，三個(gè)區(qū)域?qū)⑹亲銐虻摹?br> 圖2是說明對風(fēng)門的控制以消除旁通需求的流程圖。在步驟50，為各區(qū)域1、2和3設(shè)置區(qū)域氣流限值?？刂蒲b置30可配有輸入設(shè)置以允許設(shè)置這些限值。例如，控制裝置30可配有設(shè)置以允許最大氣流限值設(shè)為低、正常、高或最大。在氣流增加時(shí)，以所預(yù)計(jì)的潛在的額外噪聲為代價(jià)，這些設(shè)置增加了允許額外調(diào)節(jié)的空氣進(jìn)入?yún)^(qū)域的權(quán)重。因此，關(guān)注降低噪聲的用戶可將控制裝置設(shè)為低級。此外，包括某些工廠設(shè)置缺省值。在更簡單的設(shè)置中，有可能只利用缺省值并且未提供取代這個(gè)缺省值的算符。
本發(fā)明包括由控制裝置36組織的、在系統(tǒng)裝于住宅后不久實(shí)施的以及此后定期重復(fù)的自動管道尺寸評估步驟52。該管道尺寸評估過程由測量過程和計(jì)算過程組成。該管道尺寸評估過程為控制裝置提供信息，以允許其改進(jìn)對通過區(qū)域的氣流的有效且精確的控制。
在初始測量過程中，控制裝置36臨時(shí)關(guān)掉溫度改變部件22。這個(gè)過程通常在圖3中示出?？刂蒲b置36命令所有區(qū)域的風(fēng)門34完全打開。控制裝置36接著命令系統(tǒng)空氣輸送機(jī)24將最大系統(tǒng)氣流的預(yù)定份額(測試氣流)輸送進(jìn)強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)31和管道28、30、32?？諝廨斔蜋C(jī)24確定其送風(fēng)機(jī)馬達(dá)的速度并將該信息傳送給控制裝置36，控制裝置36將其存進(jìn)存儲器。接下來，控制裝置36關(guān)閉除第一區(qū)域外的所有風(fēng)門34?？諝廨斔蜋C(jī)24仍然被要求輸送與之前相同的測試氣流并且它還向控制裝置36報(bào)告新的送風(fēng)機(jī)馬達(dá)速度。如下面所解釋的，相對送風(fēng)機(jī)速度表示管道內(nèi)的相對阻力。以這種方式，順序地，系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)域的風(fēng)門34被打開，同時(shí)所有其他區(qū)域風(fēng)門34被關(guān)閉。在這個(gè)順序的各步驟中，相同氣流被空氣輸送機(jī)34輸送，并且由此產(chǎn)生的送風(fēng)機(jī)速度被記錄。最后，所有區(qū)域風(fēng)門34被關(guān)閉，并且相同的測試氣流被強(qiáng)迫通過風(fēng)門34中任何泄漏處或管道28、30、32及其周圍的34。送風(fēng)機(jī)速度再次被記錄。因此，對于具有n個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)，取得了總共n+2個(gè)送風(fēng)機(jī)速度測量值(SP)；SPopen用于所有打開的區(qū)域SPclosed用于所有關(guān)閉的區(qū)域；以及Spi用于各自行打開的區(qū)域。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在上述測量過程中，不是全部打開和關(guān)閉風(fēng)門，而是在兩個(gè)不同位置上部分打開風(fēng)門。同樣地，可在順序的不同步驟使用不同的測試氣流級。這些變化(若經(jīng)選定)可通過調(diào)節(jié)下面所示出的計(jì)算過程來提供。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解如何調(diào)節(jié)計(jì)算來取得所要的結(jié)果。
速度測量被轉(zhuǎn)換為下面所示出的管道靜壓測量。這個(gè)實(shí)施例具有某些好處，因?yàn)樗鼪]有傳感器。一個(gè)可選方案是使用經(jīng)濟(jì)和可靠的壓力傳感器由直接的管道壓力測量代替速度測量。
圖4示出了確定管道尺寸的計(jì)算過程。最初，基于送風(fēng)機(jī)速度來確定一連串的空氣輸送機(jī)的靜壓(ASP)。確定這些靜壓的算法在2003年4月30日提出的、序號為No.10/426,463、標(biāo)題為“Method ofDetermining Static Pressure in a Ducted Air Delivery System Using aVariable Speed Motor”的同時(shí)待審的美國專利申請中被公開。該申請的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文。尤其是，結(jié)合了確定系統(tǒng)兩端靜壓的算法。取決于空氣輸送機(jī)的物理特征，該算法涉及空氣輸送機(jī)單元24兩端(從其入口到其出口)形成的靜壓與1)其輸送的氣流、2)它的送風(fēng)機(jī)馬達(dá)的速度和3)預(yù)定常數(shù)的關(guān)系。
如上所述，控制裝置36接收關(guān)于系統(tǒng)20中所有響應(yīng)部件的初始配置信息。在這個(gè)自配置期間，或許在系統(tǒng)安裝期間，空氣輸送機(jī)單元24與控制裝置36通信并提供其特征常數(shù)。系統(tǒng)控制裝置利用上面申請的、包括空氣輸送機(jī)單元24、所命令的氣流和所測量的送風(fēng)機(jī)速度等單位特征常數(shù)的公式來計(jì)算空氣輸送機(jī)單元24兩端的靜壓。如圖4所示，這些計(jì)算(基于送風(fēng)機(jī)速度)在所有風(fēng)門34打開和關(guān)閉的情形下重復(fù)，而后在只有一個(gè)風(fēng)門34打開的情形下重復(fù)每一個(gè)計(jì)算。這導(dǎo)致n+2個(gè)ASP計(jì)算值，一個(gè)計(jì)算值對應(yīng)于每個(gè)測量。這些值被標(biāo)注為ASPopen、ASPclosed、ASP1、ASP2…ASPn。在另一實(shí)現(xiàn)方案中，空氣輸送機(jī)單元24處的控制裝置自身可進(jìn)行相同的計(jì)算并將計(jì)算的靜壓傳送給控制裝置36。
在計(jì)算中利用的另一個(gè)原理是公知的“平方律”，它將任何管道分段或無源設(shè)備單元兩端的靜壓與通過它的氣流相聯(lián)系。該定律規(guī)定靜壓隨氣流的平方而變化。盡管將變量之間更復(fù)雜關(guān)系作了簡化，但已經(jīng)證明該定律對于住宅系統(tǒng)中使用的空氣速度通常是有效的。
ASP值被用來計(jì)算固定靜壓(FSP)值。正如圖1所看到的，在空氣輸送機(jī)單元24兩端形成的靜壓在氣流通過的任何外部設(shè)備單元(如過濾器和外部空調(diào)器盤管)以及整個(gè)管道系統(tǒng)、送風(fēng)側(cè)28、30、31、32和回流側(cè)26兩端降低。各區(qū)域的風(fēng)門34控制輸送空氣至區(qū)域的送風(fēng)管道分段。在這個(gè)公開的實(shí)施例中，回流管道26中沒有風(fēng)門。因此，回流管道、外部設(shè)備單元和送風(fēng)管道在風(fēng)門之前組成了全部系統(tǒng)空氣總是流經(jīng)的系統(tǒng)的“固定”部分。這意味著，對于相同的系統(tǒng)氣流，這些元件兩端的組合壓降、固定靜壓(FSP)是相同的，而不管風(fēng)門的位置如何。因此，F(xiàn)SP對于所有n+2個(gè)測量是相同的。這個(gè)FSP本身是要由計(jì)算過程確定的未知數(shù)。
被稱為可變靜壓(VSP)的量值是送風(fēng)管道分段兩端、風(fēng)門34兩端和下游的靜壓。在測量過程引導(dǎo)相同的系統(tǒng)氣流通過各區(qū)域不同相對尺寸的管道分段時(shí)，VSP值變化。因?yàn)樵谡麄€(gè)環(huán)路(空氣輸送機(jī)、送風(fēng)側(cè)、室內(nèi)空間、回流側(cè))內(nèi)壓力需要均衡，對于各測量步驟ASP＝FSP+VSP任何測量步驟中的VSP表示打開的管道分段的尺寸。管道分段越受限制(更小尺寸)，對于相同系統(tǒng)氣流來說，管道分段兩端的靜壓就越高。因此管道分段尺寸與VSP成反比。管道分段尺寸可利用氣流容量來方便地算出，從而可簡單地確定其在整個(gè)系統(tǒng)氣流的合理份額。出于這個(gè)原因，利用上述的氣流和壓力之間的平方律關(guān)系，管道分段尺寸與VSP的平方根成反比?，F(xiàn)在需要確定管道分段的相對尺寸，各區(qū)域的管道尺寸作為整個(gè)送風(fēng)管道(所有區(qū)域)的分?jǐn)?shù)(或百分比)來計(jì)算。因此，被標(biāo)注為SLi的區(qū)域i的相對管道尺寸計(jì)算如下SLi＝SQRT(VSPopen/VSPi)為了增加精度，本發(fā)明的系統(tǒng)可識別系統(tǒng)泄漏。即使在所有風(fēng)門34關(guān)閉的情形下，空氣仍可流動。這是因?yàn)轱L(fēng)門34不是完善的，一些空氣可能會泄漏。同樣地，管道31、28、30、32也可能有泄漏。在某些住宅中，這種泄漏可能是明顯的。這是為什么在所有風(fēng)門關(guān)閉的情形下進(jìn)行最后測量的原因。可精確計(jì)算“相對尺寸”泄漏LEAK＝SQRT(VSPopen/VSPclosed)
因?yàn)樾孤┯行У卦黾恿烁鲄^(qū)域的管道分段的表觀尺寸，它需要被減去。因此，正確的區(qū)域管道尺寸是Si＝SLi-LEAK上述計(jì)算使用了ASP值。然而，為了計(jì)算相應(yīng)的VSP值，必須確定FSP值，然后使用方程ASP＝FSP+VSP將整個(gè)管道系統(tǒng)并應(yīng)用平方律和其他關(guān)系模型化會導(dǎo)致非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，并需要解多個(gè)非線性代數(shù)方程。作為替代，本發(fā)明的一個(gè)方面是從對FSP值的“初始猜測”開始。接著根據(jù)已經(jīng)計(jì)算的ASP值，可計(jì)算相應(yīng)的VSP值。而后，利用上述方程，可計(jì)算各區(qū)域的相對尺寸和泄漏尺寸。因?yàn)樗羞@些尺寸是完全打開的管道系統(tǒng)的百分?jǐn)?shù)，這些百分?jǐn)?shù)相加必須達(dá)到100％。使用如圖4所示的計(jì)算機(jī)迭代程序，F(xiàn)SP值被重復(fù)調(diào)整直至所有區(qū)域尺寸加上泄漏尺寸加到100％為止。在該處，F(xiàn)SP的正確值和所有區(qū)域相對尺寸被確定。圖5示出的是在管道尺寸評估過程期間控制裝置36上的顯示畫面以及在該過程結(jié)束時(shí)顯示的結(jié)果。
這時(shí)，步驟52完成且控制裝置36已經(jīng)計(jì)算了區(qū)域管道28、30和32的相對區(qū)域管道尺寸。這個(gè)相對區(qū)域管道尺寸的計(jì)算一經(jīng)完成，在該系統(tǒng)的使用壽命期間該值就應(yīng)當(dāng)是相對可靠的。雖然如此，可定期重復(fù)這個(gè)計(jì)算。
另外，雖然有上面引用的、確定空氣輸送機(jī)靜壓的本發(fā)明的方法(即在上面引用的同時(shí)待審的專利申請中所公開的算法)，但也可在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用其他確定靜壓的公知方法(如利用壓力計(jì)進(jìn)行手工壓力測量等)。
再回到圖2，在步驟54處，這些尺寸量連同關(guān)于溫度改變部件22的容量和尺寸的信息以及設(shè)置值(步驟50)被用來計(jì)算各區(qū)域(1、2、3)的最大氣流值。
各區(qū)域的最大氣流的計(jì)算通過下列分析來完成。最高系統(tǒng)氣流值可通過假定整個(gè)住宅的管道系統(tǒng)(所有區(qū)域風(fēng)門完全打開)被設(shè)計(jì)成可提供操作安裝在家中的溫度改變部件22所需的最高系統(tǒng)氣流來確定。通過自配置過程，控制裝置36可獲知溫度改變部件22(安裝的暖氣爐、空調(diào)器或熱泵)的容量和氣流需求。由此，控制裝置36計(jì)算出最高系統(tǒng)氣流(HAS)。在一個(gè)實(shí)施例中HAS＝x CFM/TON或y*高暖氣爐氣流中的更高者“CFM”或每分鐘立方英尺是氣流的測量單位。空調(diào)器和熱泵的容量通常以TON(噸)為測量單位。在一個(gè)實(shí)施例中，x＝450，y＝1.12。當(dāng)然，在這個(gè)計(jì)算中可使用x和y的不同數(shù)值系數(shù)。
接著確定最高區(qū)域氣流。還是用管道尺寸評估進(jìn)行這個(gè)確定。在所有風(fēng)門完全打開的情形下，取決于將空氣傳送給各區(qū)域的管道分段的“相對尺寸”，該區(qū)域獲得整個(gè)系統(tǒng)氣流的份額。管道分段的“相對尺寸”是允許或多或少的氣流在某種系統(tǒng)壓力下流過管道分段的能力的量度。因此，與具有更小管道尺寸的區(qū)域相比，具有更大管道尺寸的區(qū)域?qū)⒌玫礁叻蓊~的系統(tǒng)氣流?？刂蒲b置36已經(jīng)確定系統(tǒng)內(nèi)所有區(qū)域的相對管道尺寸。這些相對尺寸可表述為整個(gè)管道系統(tǒng)的百分?jǐn)?shù)并被標(biāo)注為S1、S2、S3…Sn，其中n為系統(tǒng)內(nèi)的區(qū)域數(shù)。接著，對于各區(qū)域，最高區(qū)域氣流(HZAi)被計(jì)算如下HZAi＝Si*HAS(i＝1至n)應(yīng)當(dāng)注意的是，HZAi是在所有區(qū)域風(fēng)門完全打開的情形下各區(qū)域內(nèi)所預(yù)計(jì)的最高氣流，就好像系統(tǒng)沒有被分區(qū)一樣。
然后，確定最大區(qū)域氣流限值。在分區(qū)的系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)門34打開和關(guān)閉以在不同區(qū)域中重新分配空氣從而匹配其變化的供暖或供冷需求時(shí)，任何特定區(qū)域有時(shí)可得到比它的“合理份額”更多的系統(tǒng)氣流。這使得區(qū)域系統(tǒng)能夠給區(qū)域的居住者提供更高級的舒適度。然而，當(dāng)氣流增加時(shí)，在某一點(diǎn)處，區(qū)域內(nèi)的空氣噪聲可能不被接受。因此，每個(gè)區(qū)域需要最大氣流限值。在某種程度上，取決于居住者的偏好，舒適度和噪聲之間的平衡是一種主觀決定。然而，為了最小化對安裝者或房主調(diào)節(jié)的要求并且為了使系統(tǒng)設(shè)置容易和一致，控制裝置36“調(diào)整”最大區(qū)域氣流(MZA)限值至上面所計(jì)算的最高區(qū)域氣流。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(居住者或安裝者)可從四個(gè)氣流限值(低、正常、高和最大)中為各區(qū)域選擇一個(gè)。在控制裝置130和/或36處，這將作為選項(xiàng)來設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施例中，最大區(qū)域氣流的限值計(jì)算如下選擇 NZAi低 HZAi正常 1.5*HZAi(這可為出廠缺省值)高 2*HZAi最大 2*HZAi選項(xiàng)“最大”具有與選項(xiàng)“高”相同的氣流限值，并在可能時(shí)被用來減小系統(tǒng)氣流和調(diào)節(jié)設(shè)定值，如以下所解釋。然而，如果調(diào)節(jié)是不可能的，在“最大”設(shè)置的情形下，供暖或供冷級(如下所解釋的，步驟56)從來不被降低。具有最大氣流限值的區(qū)域的舒適度被達(dá)到，即使噪聲可能不被接受。
正如所述的，各區(qū)域(1、2、3)允許操作者在控制裝置130處設(shè)置期望的溫度設(shè)定值。另外，控制裝置130提供各區(qū)域的實(shí)際溫度連同實(shí)際濕度，以及如果系統(tǒng)高級，還提供各區(qū)域的濕度設(shè)定值。在步驟58處，控制裝置36計(jì)算所期望的供暖/供冷級。一種計(jì)算所期望的供暖/供冷級的方法在2004年1月20日提出的、序號為No.10/760,664、標(biāo)題為“Control of Multi-Zone and Multi-Stage HVACSystem”的美國專利申請中被公開?；谠O(shè)備尺寸和供暖/供冷級，某一總系統(tǒng)氣流因而是已知的或可通過控制裝置36計(jì)算出來?？刂蒲b置36還能夠計(jì)算各區(qū)域所期望的風(fēng)門位置以滿足區(qū)域內(nèi)所期望的溫度設(shè)定值，并在此時(shí)考慮到各區(qū)域內(nèi)的實(shí)際溫度。實(shí)施這些計(jì)算的算法在本領(lǐng)域中全都是公知的。
接著，在步驟60處，控制裝置36通過考慮總系統(tǒng)氣流、各區(qū)域內(nèi)風(fēng)門的位置以及再次考慮相對區(qū)域管道尺寸來計(jì)算各區(qū)域預(yù)計(jì)的氣流。風(fēng)門34可調(diào)節(jié)，因?yàn)槠湫D(zhuǎn)葉片可控制在打開和關(guān)閉之間的任何角度位置。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)門被控制到16個(gè)位置，這16個(gè)位置用0至15來標(biāo)注，其中0表示完全關(guān)閉，15表示完全打開；通過等角移動步長到達(dá)其間各位置。此實(shí)施例還假定風(fēng)門角度位置和其“開度”或允許氣流通過的相對能力之間為線性關(guān)系。
利用線性關(guān)系，各風(fēng)門位置的相對氣流能力D計(jì)算如下D＝j(luò)/15(j指位置，j＝0至15)對于位置15(完全打開)，相對氣流能力是100％；而對于位置0(完全關(guān)閉)，相對氣流能力是0。
該關(guān)系也可以是非線性的，并且可用實(shí)驗(yàn)室測試來為風(fēng)門的特定式樣確定這種關(guān)系，然后用于下面的計(jì)算。
控制裝置36使用系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)域的相對管道尺寸，在這里再將具有n個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)的各區(qū)域的相對管道尺寸標(biāo)注為S1至Sn。控制裝置36調(diào)節(jié)區(qū)域風(fēng)門34，以根據(jù)各區(qū)域的舒適度要求將或多或少的空氣輸送到各區(qū)域?？刂蒲b置36確定各區(qū)域所期望的風(fēng)門位置和相應(yīng)的風(fēng)門氣流能力。它們被標(biāo)注為D1至Dn?？刂蒲b置36還知道要流過整個(gè)系統(tǒng)的總系統(tǒng)氣流As。根據(jù)這些值，控制裝置36可計(jì)算被輸送至各區(qū)域的氣流份額AiAi＝As*(Di*Si)/(SUM(Di*Si))(i＝1至n)在步驟62處，控制裝置36將各區(qū)域預(yù)計(jì)的氣流和其最大限值比較。如果所有計(jì)算的預(yù)計(jì)區(qū)域氣流小于各自對應(yīng)區(qū)域的最大氣流，則控制裝置36轉(zhuǎn)到步驟64僅單純地運(yùn)行HVAC系統(tǒng)。
然而，如果預(yù)計(jì)的區(qū)域氣流超過了其最大氣流，則控制裝置36詢問是否可減小總系統(tǒng)氣流。這通常是溫度改變部件和空氣輸送機(jī)的設(shè)計(jì)功能。如果可以減小總系統(tǒng)氣流，則在步驟64處將其減小到更低限值，并且控制裝置返回到步驟60以重新計(jì)算各區(qū)域的實(shí)際氣流，然后回到步驟62。
然而，如果不能減小總系統(tǒng)氣流，則控制裝置36移至步驟66，在該步驟中，考慮了無人居住區(qū)域的調(diào)節(jié)的可用性?？刂蒲b置30可讓操作者設(shè)置一個(gè)區(qū)域是否無人居住。例如，只在一年的某些階段使用的房間可保持在較少調(diào)節(jié)的溫度下，從而減少運(yùn)行HVAC系統(tǒng)20的成本。如果這樣的房間被設(shè)置為系統(tǒng)20內(nèi)的無人居住區(qū)域，則作為步驟66的一部分，控制裝置36考慮在該區(qū)域提供額外的調(diào)節(jié)。
通常，無人居住區(qū)域的設(shè)定值被設(shè)置成最小供暖溫度(如60度)或最大供冷溫度(如85度)。利用這些設(shè)定值，這些區(qū)域很少需要任何供冷或供暖并且它們的風(fēng)門保持關(guān)閉。這節(jié)約了能量并且在需要達(dá)到舒適的設(shè)定值時(shí)還使更多的氣流(和容量)被輸送到有人居住的區(qū)域。然而，如果被輸送到有人居住區(qū)域的預(yù)計(jì)的氣流超過其最大氣流限值時(shí)，本發(fā)明的控制裝置36可打開任何無人居住區(qū)域的風(fēng)門以使其能夠吸收某些氣流。這使得有人居住區(qū)域被舒適調(diào)節(jié)同時(shí)保持在其所期望的噪聲最大氣流限值內(nèi)?？刂蒲b置36通過提高無人居住區(qū)域的供暖設(shè)定值或降低供冷設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，直至無人居住區(qū)域內(nèi)的需求導(dǎo)致其風(fēng)門打開為止。在此公開實(shí)施例中，在這個(gè)設(shè)定值調(diào)節(jié)中采用了限值。在任何(有人居住)區(qū)域內(nèi)，供暖設(shè)定值不會被調(diào)節(jié)到最高供暖設(shè)定值之上；同時(shí)在任何區(qū)域內(nèi)，供冷設(shè)定值不會被調(diào)節(jié)到最低供冷設(shè)定值之下。一般，還可以只是直接打開無人居住區(qū)域內(nèi)的風(fēng)門34而不調(diào)節(jié)其設(shè)定值，并且其溫度可允許調(diào)節(jié)至任何預(yù)定的限值。
此外，如果無人居住區(qū)域的設(shè)定值可被調(diào)節(jié)，則進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后系統(tǒng)返回到步驟68，在該步驟中，可重新計(jì)算區(qū)域風(fēng)門狀況，接著轉(zhuǎn)到步驟60和62。如果無人居住區(qū)域的設(shè)定值不能調(diào)節(jié)(最初就不能或現(xiàn)在不能)，則系統(tǒng)接著移至步驟70，在該步驟中，考慮有人居住區(qū)域的設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在此公開實(shí)施例中，如果需要供暖或供冷的區(qū)域超過了其最大氣流限值，并且所有無人居住區(qū)域已經(jīng)被打開至其限值，控制裝置以和無人居住區(qū)域相似的方式調(diào)節(jié)其他有人居住區(qū)域的設(shè)定值以將更多的氣流引導(dǎo)到這些區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，有人居住區(qū)域的供暖設(shè)定值的調(diào)節(jié)限值被設(shè)置成不高于任何區(qū)域的最高供暖設(shè)定值以下的三度。同樣地，有人居住區(qū)域的供冷設(shè)定值的調(diào)節(jié)限值被設(shè)置成不低于最低供冷設(shè)定值以上的三度。此外，還可選擇不同的限值。
如果控制裝置36可調(diào)節(jié)某個(gè)有人居住區(qū)域的設(shè)定值，則對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。控制裝置36接著返回到步驟68，而后轉(zhuǎn)到步驟60和62。然而，如果不能對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，則系統(tǒng)移至步驟56并考慮更低的供暖或供冷級是否有效。如果有效，則系統(tǒng)移進(jìn)這個(gè)更低級并返回到步驟72來重新計(jì)算總系統(tǒng)氣流，接著轉(zhuǎn)到步驟68、60、62等。如上所述，如果某個(gè)區(qū)域已經(jīng)設(shè)定為“最大”設(shè)置，以及該區(qū)域可能正在接受的氣流超過了其最大氣流，則步驟56可不被運(yùn)行。
如果無更低級可用，則可停止供暖和供冷直至下一個(gè)計(jì)算周期為止。上述的這些計(jì)算被循環(huán)地執(zhí)行。
以上已經(jīng)公開了本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員當(dāng)會認(rèn)識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)會存在某些變形例。因此，應(yīng)研讀下面的權(quán)利要求來確定本發(fā)明真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種HVAC系統(tǒng)，包括溫度改變部件，用來改變空氣溫度；管道，用來將空氣送至多個(gè)區(qū)域和與通向各區(qū)域的所述管道相關(guān)聯(lián)的風(fēng)門；系統(tǒng)控制裝置，用于控制各所述區(qū)域的所述風(fēng)門，所述控制裝置移動所述風(fēng)門以能夠確定相對于其他所述管道通過各所述管道的氣流的信息，并且所述信息被用來計(jì)算相對于其他所述管道的各所述管道的尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中，所述信息是靜壓信息。
3.如權(quán)利要求2所述的HVAC系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)控制裝置還確定在所有風(fēng)門關(guān)閉情形下的靜壓信息來確定泄漏值。
4.如權(quán)利要求2所述的HVAC系統(tǒng)，其中，所述靜壓信息通過測量將空氣從所述溫度改變部件送到所述管道的空氣輸送機(jī)的送風(fēng)機(jī)速度來確定。
5.如權(quán)利要求2所述的HVAC系統(tǒng)，其中，利用所述靜壓信息和所確定的固定靜壓來確定各所述區(qū)域的可變靜壓。
6.如權(quán)利要求5所述的HVAC系統(tǒng)，其中，所述固定靜壓最初定為猜測值，而后在迭代過程中加以改善。
7.如權(quán)利要求6所述的HVAC系統(tǒng)，其中，所述確定信息的步驟包含確定泄漏信息，該信息被用于所述迭代過程。
8.一種確定HVAC系統(tǒng)內(nèi)管道的相對尺寸的方法，包含下列步驟(1)提供改變空氣溫度的溫度改變部件、將空氣送至多個(gè)區(qū)域的管道、與通向各所述區(qū)域的各所述管道相關(guān)聯(lián)的風(fēng)門以及控制與各所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的所述風(fēng)門的系統(tǒng)控制裝置，所述系統(tǒng)控制裝置還可用來監(jiān)控系統(tǒng)部件的信息；以及(2)以連續(xù)的方式關(guān)閉與各所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的所述風(fēng)門，以在各所述區(qū)域的所述風(fēng)門打開而剩余的所述多個(gè)區(qū)域的剩余的所述風(fēng)門相對地關(guān)閉時(shí)確定所述系統(tǒng)部件的所述信息中的變化，并利用來自各所述區(qū)域的所述信息來確定通向各所述區(qū)域的所述管道的相對管道尺寸。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括下列步驟關(guān)閉所有的所述風(fēng)門并確定所述信息中的變化以提供所述系統(tǒng)內(nèi)的泄漏估計(jì)值，以及在所述相對管道尺寸的確定中使用所述泄漏值。
全文摘要
公開了確定通向多區(qū)域HVAC系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)區(qū)域的多個(gè)管道的相對管道尺寸的方法和控制裝置。在一個(gè)公開實(shí)施例中，操作通向各區(qū)域的風(fēng)門以使一個(gè)風(fēng)門保持在比其余風(fēng)門更敞開的位置，并且在空氣穿過管道時(shí)監(jiān)測一個(gè)系統(tǒng)部件。尤其是，可監(jiān)測送風(fēng)機(jī)速度。對于一個(gè)風(fēng)門被打開而其余風(fēng)門相對關(guān)閉的情形，送風(fēng)機(jī)速度一經(jīng)被監(jiān)測，另一風(fēng)門就會被打開并且第一風(fēng)門被關(guān)閉。該過程持續(xù)到各區(qū)域的相對信息被收集到為止。該相對信息接著被用來確定通向各區(qū)域的管道的相對尺寸，作為總管道尺寸的百分?jǐn)?shù)。該相對管道信息然后被用來執(zhí)行各種控制方法。
文檔編號F24F3/00GK1910406SQ200580002575
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者R·K·夏 申請人:開利公司