利用循環(huán)風(fēng)扇的集成熱舒適度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】利用循環(huán)風(fēng)扇的集成熱舒適度控制系統(tǒng)
[0001] 本申請(qǐng)要求申請(qǐng)序列號(hào)為61/720, 679、61/755, 627和61/807, 903的美國臨時(shí)專 利申請(qǐng)的權(quán)益，這些專利的公開內(nèi)容以引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002] 多年來，已制造各種風(fēng)扇系統(tǒng)并用于各種情境。例如，各種吊式風(fēng)扇在下述 專利中公開：2007年10月23日發(fā)布的標(biāo)題為"FanBlades(風(fēng)扇葉片）"的美國專利 No. 7, 284, 960 ;2001年6月12日發(fā)布的標(biāo)題為〃LowSpeedCoolingFan(低速冷卻風(fēng)扇）" 的美國專利No. 6, 244, 821 ;2005 年 9 月 6 日發(fā)布的標(biāo)題為〃CoolingFanwithReinforced Blade(具有加固葉片的冷卻風(fēng)扇）〃的美國專利No. 6, 939, 108 ;和2010年1月12日發(fā)布 的標(biāo)題為"CeilingFan(吊式風(fēng)扇）〃的美國專利No.D607, 988。這些美國專利各自的公 開內(nèi)容以引用方式并入本文。另外的示例性風(fēng)扇在下述專利中公開：2008年1月10公布 的標(biāo)題為〃FanBlades(風(fēng)扇葉片）〃的美國專利公布No. 2008/0008596 ;2009年8月20日 公布的標(biāo)題為〃CeilingFanSystemwithBrushlessMotor(具有無刷電機(jī)的吊式風(fēng)扇系 統(tǒng)）〃的美國專利公布No. 2009/0208333 ;和2010年11月4日公布的標(biāo)題為〃CeilingFan withVariableBladePitchandVariableSpeedControl(具有可變?nèi)~片節(jié)距和可變速 度控制的吊式風(fēng)扇）〃的美國專利公布No. 2010/0278637 ;這些專利的公開內(nèi)容也以引用方 式并入本文。應(yīng)理解，本文的教導(dǎo)可并入上述引用的任意專利、公布或?qū)＠暾?qǐng)所描述的風(fēng) 扇的任一者中。
[0003] 還應(yīng)理解，風(fēng)扇可包括用于至少部分地控制風(fēng)扇系統(tǒng)的操作的傳感器或其它特 征。例如，此類風(fēng)扇系統(tǒng)在下述專利中公開：2009年4月16日公布的標(biāo)題為"CeilingFan withConcentricStationaryTubeandPower-DownFeatures(具有同中心固定管和掉 電特征的吊式風(fēng)扇）"的美國專利公布No. 2009/0097975,該專利的公開內(nèi)容以引用方式 并入本文；2009 年 6 月 25 日公布的標(biāo)題為〃AutomaticControlSystemandMethodto MinimizeOscillationinCeilingFans(吊式風(fēng)扇中使振動(dòng)最小化的自動(dòng)化控制系統(tǒng)和 方法）〃的美國專利公布No. 2009/0162197,該專利的公開內(nèi)容以引用方式并入本文；2010 年 11 月 18 日公布的標(biāo)題為"AutomaticControlSystemforCeilingFanBasedon TemperatureDifferentials(吊式風(fēng)扇基于溫度差分的自動(dòng)化控制系統(tǒng)）〃的美國專利公 布No. 2010/0291858,該專利的公開內(nèi)容以引用方式并入本文；和2009年4月1日提交的 標(biāo)題為〃FanwithImpactAvoidanceSystemUsingInfrared(具有利用紅外線的緊湊型 回避系統(tǒng)的風(fēng)扇）〃的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/165, 582，該專利的公開內(nèi)容以引用方式并 入本文。另選地，任何其它合適的控制系統(tǒng)/特征可結(jié)合本文所描述的實(shí)施例來使用。
[0004] 在家中和其它建筑物中的加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（"HVAC"）的自動(dòng)化控制裝 置響應(yīng)來自控制模塊/邏輯的命令，可用于激活或關(guān)閉空氣加熱或冷卻系統(tǒng)及其相關(guān)的空 氣輸送鼓風(fēng)機(jī)，該控制模塊/邏輯基于位于建筑物內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)空氣干泡（和/或濕泡） 溫度傳感器的數(shù)據(jù)而執(zhí)行程序。添加吊式風(fēng)扇可通過循環(huán)空氣以改善HVAC系統(tǒng)的效率，因 而防止在一些位置形成加熱或冷卻空氣的氣渦，這些位置無益于居住者，或其中整個(gè)外壁 和屋頂?shù)氖覂?nèi)和室外溫度之間的增大差異增加了熱轉(zhuǎn)移通過表面的速率。吊式風(fēng)扇的另一 個(gè)額外益處為，當(dāng)風(fēng)扇所形成的循環(huán)空氣接觸人皮膚時(shí)，遠(yuǎn)離人體的熱轉(zhuǎn)移的速率增加，從 而產(chǎn)生冷卻效果，該冷卻效果使得在冷卻期間更有效地使用HVAC系統(tǒng)。然而，在一般的實(shí) 踐中，循環(huán)風(fēng)扇操作獨(dú)立于HVAC系統(tǒng)，而不是通過與其緊密協(xié)作的方式自動(dòng)工作。風(fēng)扇可 連續(xù)地操作，它們或者可以手動(dòng)地交替打開和關(guān)閉；可能導(dǎo)致風(fēng)扇在不需要時(shí)繼續(xù)操作并 消耗能量，或當(dāng)它們的操作可改善HVAC系統(tǒng)效率的時(shí)候它們卻保持閑置。
[0005] 本文所描述的實(shí)例包括集成熱舒適度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以協(xié)作方式都利用了空氣 循環(huán)風(fēng)扇和HVAC系統(tǒng)，從而對(duì)任何給定條件以能量消耗最小化的方式獲得居住者熱舒適 度和調(diào)整可接受水平的期望效果。
[0006] 雖然已制造和使用各種環(huán)境控制系統(tǒng)，但相信，無人在本發(fā)明人之前已制造和使 用如本文所描述的熱舒適度控制系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種用于在包括多個(gè)互連區(qū)域的空間中提供熱舒適度的 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括位于空間的每個(gè)區(qū)域中的至少一個(gè)風(fēng)扇，和用于感測(cè)區(qū)域中的至少一個(gè) 中的條件的傳感器?；谠诎芸仫L(fēng)扇的至少一個(gè)區(qū)域中的感測(cè)條件，控制器被適應(yīng)為 控制獨(dú)立于另一個(gè)風(fēng)扇的至少一個(gè)區(qū)域中的風(fēng)扇。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)扇包括安裝至房間中的天花板的架空風(fēng)扇，該房間包括具有 多個(gè)互連區(qū)域的空間。傳感器可包括選自以下項(xiàng)的傳感器：溫度傳感器、占用傳感器、光傳 感器、濕度傳感器、生理傳感，或它們的組合。控制器可包括用于控制空間中的每個(gè)風(fēng)扇的 主控制器，并且系統(tǒng)可另外或另選地包括用于控制風(fēng)扇中的至少一個(gè)的個(gè)體控制器。例如， 控制器可任選地包括由空間中的人控制的手持式裝置。
[0009] 系統(tǒng)可包括用于調(diào)節(jié)空間的HVAC系統(tǒng)，該HVAC系統(tǒng)可由所述控制器控制。系統(tǒng) 還可包括多個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器用于感測(cè)區(qū)域的至少一個(gè)中的條件。每個(gè)傳感器可連接 至區(qū)域中的至少一個(gè)風(fēng)扇。每個(gè)傳感器可牢固地安裝于區(qū)域內(nèi)，而非安裝至風(fēng)扇。
[0010] 至少一個(gè)風(fēng)扇還包括光源，并且控制器可被適應(yīng)為控制該光源。系統(tǒng)還可包括自 動(dòng)化遮蔽物，并且控制器可被適應(yīng)為控制該自動(dòng)化遮蔽物。風(fēng)扇可包括以下項(xiàng)的任一個(gè)或 多個(gè)：無線信號(hào)增強(qiáng)器、攝像機(jī)、擴(kuò)音器、發(fā)聲器、空氣凈化器、氣味發(fā)生器，或它們的任何組 合。
[0011] 傳感器可被適應(yīng)為檢測(cè)特定個(gè)體的存在。裝置還可由個(gè)體攜帶并被適應(yīng)為由傳感 器檢測(cè)?？稍试S個(gè)體用戶通過將代碼傳送至控制器來控制至少一個(gè)區(qū)域中的風(fēng)扇。
[0012] 控制器可被適應(yīng)為基于每個(gè)單獨(dú)區(qū)域中的平均或特定溫度設(shè)定范圍和熱和/或 占用條件來確定控制響應(yīng)?？刂破骺杀贿m應(yīng)為根據(jù)所感測(cè)的熱和/或占用條件來啟動(dòng)或關(guān) 閉任一區(qū)域中的風(fēng)扇?？刂破骺杀贿m應(yīng)為控制HVAC系統(tǒng)，用于將空氣供應(yīng)至空間，并且所 述控制器還被適應(yīng)為包括一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)化阻尼器，用于將空氣自動(dòng)地轉(zhuǎn)向至占用區(qū)域并 遠(yuǎn)離未占用區(qū)域。
[0013] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于向包括多個(gè)互連區(qū)域的房間內(nèi)的人提供熱舒 適度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)風(fēng)扇，該風(fēng)扇位于房間的每個(gè)區(qū)域中；和傳感器，該傳感 器用于感測(cè)區(qū)域的至少一個(gè)的條件?；谠诎芸仫L(fēng)扇的至少一個(gè)區(qū)域中的感測(cè)條件， 控制器被適應(yīng)為在獨(dú)立于另一個(gè)風(fēng)扇的至少一個(gè)區(qū)域中控制風(fēng)扇。
[0014] 系統(tǒng)可包括至少一個(gè)區(qū)域中的熱負(fù)荷。在該至少一個(gè)區(qū)域還可提供有冷卻源。房 間可包括天花板，并且每個(gè)風(fēng)扇可包括安裝至天花板的架空風(fēng)扇。在任一實(shí)施例中，控制器 可被適應(yīng)為基于相應(yīng)區(qū)域的占用條件來控制第一區(qū)域中的第一風(fēng)扇和第二區(qū)域中的第二 風(fēng)扇。類似地，控制器可被適應(yīng)為基于相應(yīng)區(qū)域的溫度來控制第一區(qū)域中的第一風(fēng)扇和第 二區(qū)域中的第二風(fēng)扇。
[0015] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一個(gè)房間，該房間包括多個(gè)互連區(qū)域，該互連區(qū)域具有 位于房間的每個(gè)區(qū)域中的至少一個(gè)風(fēng)扇。改進(jìn)包括傳感器，該傳感器用于感測(cè)區(qū)域中的至 少一個(gè)的條件；和控制器，基于在包含受控風(fēng)扇的至少一個(gè)區(qū)域中的感測(cè)條件，該控制器被 適應(yīng)為在獨(dú)立于另一個(gè)風(fēng)扇的至少一個(gè)區(qū)域中控制風(fēng)扇。該至少一個(gè)區(qū)域可包括熱負(fù)荷或 冷卻源。房間可包括至少四個(gè)壁，該四個(gè)壁從室外環(huán)境分隔該房間，并且區(qū)域中的至少一個(gè) 包括入口通過壁中的至少一個(gè)。房間可包括天花板，并且每個(gè)風(fēng)扇包括安裝至房間中的天 花板的架空風(fēng)扇。
[0016] -種相關(guān)方法涉及在空間內(nèi)的多個(gè)區(qū)域中形成微環(huán)境的方法，每個(gè)區(qū)域包括單獨(dú) 控的制的風(fēng)扇。方法包括感測(cè)包括第一風(fēng)扇的第一區(qū)域中的第一條件；基于第一條件控 制第一風(fēng)扇；感測(cè)包括第二風(fēng)扇的第二區(qū)域中的第二條件；和基于所感測(cè)條件控制第二風(fēng) 扇。感測(cè)步驟基于傳感器可在用作空間的單個(gè)房間內(nèi)不同區(qū)域中執(zhí)行。方法可包括感測(cè)第 一條件的步驟，該步驟包括感測(cè)第一區(qū)域中的溫度。感測(cè)步驟可包括溫度、占用、濕度，或它 們的任何組合。
[0017] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于控制人的熱舒適度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括傳感 器，該傳感器用于感測(cè)人的生理?xiàng)l件；和風(fēng)扇，該風(fēng)扇基于所感測(cè)的生理?xiàng)l件而被適應(yīng)為受 到控制。傳感器選自腕帶、臂章、皮帶、手表、眼鏡、衣服配件、被適應(yīng)為人咽下或嵌入人中的 物體，和它們的任何組合。風(fēng)扇可包括架空風(fēng)扇，并且生理?xiàng)l件可選自代謝當(dāng)量商（MET)、心 率、脈搏、血壓、體溫、呼吸、體重、排汗、血氧水平、皮膚電反應(yīng)，以及它們的組合。
[0018] 傳感器可被適應(yīng)為將關(guān)于生理?xiàng)l件的數(shù)據(jù)直接地或經(jīng)由中間裝置傳送至控制器， 并且該控制器可被適應(yīng)為基于選自外部溫度、房間占用和/或時(shí)間信息的條件來確定舒適 度控制設(shè)定。控制器包可括選自占用加熱、未占用加熱、占用冷卻和未占用冷卻的控制設(shè) 定?？刂圃O(shè)定可包括可編程的溫度設(shè)定范圍和/或選項(xiàng)，以操作風(fēng)扇作為HVAC系統(tǒng)的操作 序列的一部分，響應(yīng)于該設(shè)定范圍之外的溫度。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于控制人的熱舒適度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳感 器，該傳感器用于感測(cè)光水平；風(fēng)扇，該風(fēng)扇具有風(fēng)扇速度；和控制器，該控制器用于基于 所感測(cè)的光水平來調(diào)整風(fēng)扇速度。傳感器可連接至風(fēng)扇或光開關(guān)。
[0020] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于控制人的熱舒適度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳感 器，該傳感器用于感測(cè)光水平；和風(fēng)扇，該風(fēng)扇用于循環(huán)空氣?？刂破鞅惶峁┯糜诨谒?測(cè)的光水平啟動(dòng)風(fēng)扇。換句話說，風(fēng)扇在光水平處于或高于預(yù)定量時(shí)從靜止條件被致動(dòng)。
[0021] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于控制空間中的環(huán)境的系統(tǒng)。該述系統(tǒng)包括風(fēng) 扇，該風(fēng)扇用于循環(huán)空間內(nèi)的空氣；通風(fēng)機(jī)，該通風(fēng)機(jī)用于將空氣供應(yīng)至空間；和控制器， 該控制器被適應(yīng)為控制用于循環(huán)空間內(nèi)的空氣的風(fēng)扇和用于將空氣供應(yīng)至空間的通風(fēng)機(jī)。 空間可包括多個(gè)區(qū)域，并且該系統(tǒng)還可包括由控制器控制的一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)化阻尼器，該 自動(dòng)化阻尼器用于將空氣從通風(fēng)機(jī)自動(dòng)地轉(zhuǎn)向至一個(gè)區(qū)域并遠(yuǎn)離另一個(gè)區(qū)域。每個(gè)區(qū)域可 包括風(fēng)扇和占用傳感器，并且阻尼器被控制成將空氣從通風(fēng)機(jī)自動(dòng)地轉(zhuǎn)向至占用區(qū)域并遠(yuǎn) 離未占用區(qū)域。
[0022] 本發(fā)明還涉及一種用于控制空間中的環(huán)境的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括風(fēng)扇，該風(fēng)扇用于 循環(huán)空間內(nèi)的空氣；和控制器，該控制器被適應(yīng)為在空間被確定為未占用（預(yù)期后者被占 用）時(shí)（但不僅僅此時(shí)）致動(dòng)風(fēng)扇。占用傳感器可被提供用于感測(cè)空間中人的存在?？刂?器基于預(yù)定占用時(shí)間可控制風(fēng)扇的致動(dòng)。
[0023] 還形成本發(fā)明的一部分的為一種用于控制空間中的環(huán)境的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風(fēng) 扇，該風(fēng)扇布置在空間中以用于循環(huán)空間內(nèi)的空氣；和控制器，該控制器被適應(yīng)為基于空間 的預(yù)定占用而操作風(fēng)扇?？刂破骺杀贿m應(yīng)為在預(yù)定占用之前的時(shí)間致動(dòng)風(fēng)扇?？刂破骺杀?適應(yīng)為從預(yù)定占用之前的時(shí)間以最低水平操作風(fēng)扇，直至至少占用被占用傳感器檢測(cè)出。 控制器還可被適應(yīng)為啟動(dòng)裝置以用于在預(yù)定占用之前清潔空間內(nèi)的空氣。
[0024] 本發(fā)明的另一個(gè)方面為一種用于控制多個(gè)區(qū)域中的環(huán)境的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一 風(fēng)扇，該第一風(fēng)扇用于循環(huán)第一區(qū)域中的空氣；第一占用傳感器，該第一占用傳感器用于感 測(cè)第一區(qū)域的占用條件；第二風(fēng)扇，該第二風(fēng)扇用于循環(huán)第二區(qū)域中的空氣；和第二占用 傳感器，該第二占用傳感器用于感測(cè)第二區(qū)域中的占用。單個(gè)控制器被提供用于基于第一 和第二區(qū)域的第二占用而控制第一風(fēng)扇和第二風(fēng)扇?？刂破骺杀贿m應(yīng)為控制第一風(fēng)扇以在 第一區(qū)域被占用時(shí)操作；并被適應(yīng)為控制第二風(fēng)扇以在第二區(qū)域未被占用時(shí)不操作?？刂?器還可被適應(yīng)為控制第一和第二風(fēng)扇以基于時(shí)間信息來操作。
[0025] 本發(fā)明還涉及一種用于控制空間的環(huán)境的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括風(fēng)扇，該風(fēng)扇用于循 環(huán)空間內(nèi)的空氣；通風(fēng)機(jī)，該通風(fēng)機(jī)用于將空氣供應(yīng)至空間；和控制器，該控制器用于控制 通風(fēng)機(jī)?？刂破骺杀贿m應(yīng)為在控制通風(fēng)機(jī)將空氣供應(yīng)至空間之前致動(dòng)風(fēng)扇。通風(fēng)機(jī)可包括 連接至傳感器的HVAC系統(tǒng)，風(fēng)扇包括位于空間中的架空風(fēng)扇，并且控制器被適應(yīng)為與傳感 器通信以在致動(dòng)該HVAC系統(tǒng)之前操作風(fēng)扇。
[0026] 另外，本發(fā)明的一部分為一種用于控制空間中的環(huán)境的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風(fēng)扇，該 風(fēng)扇用于循環(huán)空間內(nèi)的空氣；和調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)空間中的空氣?？刂破鞅惶峁┯?于控制調(diào)節(jié)器，該控制器還被適應(yīng)為在調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)空氣之前致動(dòng)風(fēng)扇。調(diào)節(jié)器可例如包括 加熱器。
[0027] 本發(fā)明的另一方面為一種用于控制空間中的環(huán)境的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括風(fēng)扇，該風(fēng) 扇布置于空間中以用于循環(huán)空間內(nèi)的空氣；和控制器，該控制器被適應(yīng)為監(jiān)測(cè)風(fēng)扇的能量 消耗?？刂破骺杀贿m應(yīng)為基于給定時(shí)間的能量?jī)r(jià)格而調(diào)整風(fēng)扇的操作?？刂破鬟€可被適應(yīng) 為在能量消耗的量超出的情況下提供警告。
[0028] 本發(fā)明還涉及一種用于向用戶的裝置提供涉及其中環(huán)境受控制的空間的安全信 息的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括風(fēng)扇，該風(fēng)扇用于循環(huán)空間內(nèi)的空氣；和安全裝置，該安全裝置與風(fēng) 扇相關(guān)并且被適應(yīng)為在用戶的裝置上產(chǎn)生涉及空間的安全的事件指示。安全裝置可包括占 用傳感器，或可能包括攝像機(jī)（在這種情況下，指示可包括顯示在用戶的裝置上的得自攝 像機(jī)的空間