針對(duì)用于建筑物中加熱系統(tǒng)的溫度控制單元的改善的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于建筑物的加熱控制單元?？刂葡到y(tǒng)包括由鍋爐供應(yīng)的熱交換器；用于循環(huán)加熱流體的回路，該回路包括混合閥、散熱器、返回回路和控制電路，其中該控制電路接收室內(nèi)和室外狀況的信息，以便控制混合閥。該控制單元包括裝置，用于預(yù)測(cè)和優(yōu)化建筑物的用戶所需的加熱，并且用于以可能的經(jīng)修正的室外溫度的信息提供所述控制電路，從而調(diào)整加熱系統(tǒng)的參數(shù)以滿足用于需求并且使功率消耗最小化。
【專利說(shuō)明】針對(duì)用于建筑物中加熱系統(tǒng)的溫度控制單元的改善

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于建筑物的加熱控制系統(tǒng)或者運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的結(jié)構(gòu)，或等 價(jià)物，以便執(zhí)行預(yù)測(cè)功能和旨在學(xué)習(xí)建筑物的行為、氣象功能和/或用戶舒適度的功能。

【背景技術(shù)】
[0002] 這樣的加熱控制系統(tǒng)已在歐洲專利EP 098003481中被描述?，F(xiàn)有技術(shù)的這種系 統(tǒng)已被設(shè)計(jì)用于開(kāi)發(fā)，基于由內(nèi)部以及外部傳感器通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供的各種類型的信息， 設(shè)定點(diǎn)溫度被應(yīng)用于常規(guī)加熱系統(tǒng)的控制塊。在常規(guī)加熱系統(tǒng)中，這樣的設(shè)定點(diǎn)溫度與加 熱電路的輸入溫度進(jìn)行比較，并且該差被用于控制調(diào)整供應(yīng)至所述加熱電路的傳熱流體的 溫度的混合閥。
[0003] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)考慮如下因素，如外部環(huán)境、建筑物的熱行為和/或用戶舒 適度以及它們的預(yù)測(cè)性的演變，以便優(yōu)化供應(yīng)到加熱系統(tǒng)安裝的能量；此能量依賴于輸入 流體的溫度和返回流體的溫度之間的差。然而，用于優(yōu)化有待供應(yīng)的能量的這樣的想法具 有不良的缺點(diǎn)或者甚至根本不適用于利用諸如在散熱器上的恒溫閥的加熱系統(tǒng)安裝。事實(shí) 上，如果關(guān)閉所有的恒溫閥，供應(yīng)給定量的能量是沒(méi)有意義的，因?yàn)檫@種能量不能被消耗。 因此，這樣接著可能難以控制加熱系統(tǒng)的漂移。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中描述的系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是其安裝需要適應(yīng)現(xiàn)有常規(guī)系統(tǒng)，且因此， 在一個(gè)方面，需要專業(yè)技術(shù)人員的干預(yù)，另一個(gè)方面，增加安裝的總成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目標(biāo)是用于建筑物的加熱控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨在克服上述本文以上所提 到的缺點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的目標(biāo)是用于建筑物的加熱控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可與常規(guī)加熱系統(tǒng)一起使 用，包括那些利用恒溫閥的系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是加熱控制系統(tǒng)，在其安裝期間不需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝的常規(guī)系 統(tǒng)的顯著修改。
[0008] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是加熱控制系統(tǒng)，其可以很容易地?cái)嚅_(kāi)，以便只運(yùn)行常規(guī)系 統(tǒng)安裝。
[0009] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是加熱控制系統(tǒng)，其可以經(jīng)由來(lái)自遠(yuǎn)程站點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)連接運(yùn) 轉(zhuǎn)。
[0010] 因此，本發(fā)明的對(duì)象涉及用于建筑物的加熱控制系統(tǒng)，其包括：用于預(yù)測(cè)氣候條件 的裝置；用于預(yù)測(cè)建筑物內(nèi)的內(nèi)部溫度的裝置；用于產(chǎn)生與該建筑物用戶的舒適度相關(guān)的 信息變量的裝置；用于優(yōu)化供應(yīng)給加熱電路的傳熱流體的初始流溫度的裝置和用于確定修 正的外部溫度的裝置。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)性能特征，所述修正的外部溫度提供給所述控制電路，該控制 電路控制替代用于混合加熱系統(tǒng)的輸入電路的混合閥并代替外部溫度的值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 根據(jù)閱讀實(shí)施本發(fā)明的示例的以下描述，本發(fā)明的其它性能特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更 加明顯；所述描述僅僅被提供用于說(shuō)明目的且與附圖有關(guān)，其中：
[0013] 圖1示出用于建筑物的常規(guī)加熱系統(tǒng)安裝的示意圖；
[0014] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)安裝的一般框圖，該加熱系統(tǒng)包括用于確定修正 的外部溫度的系統(tǒng)；
[0015] 圖3示出用于確定修正的外部溫度的所述系統(tǒng)的詳細(xì)圖示；以及 [0016] 圖4示出由用戶使用的控制面板的例子。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 在圖1中，已經(jīng)示意性地示出了建筑物的常規(guī)加熱控制系統(tǒng)。傳熱流體（例如水） 的網(wǎng)絡(luò)由粗線表示，而信息網(wǎng)絡(luò)用細(xì)線表示。由鍋爐1加熱的水被送到混合閥3,其輸出供 給散熱器4?；厮╮eturn water)在散熱器中循環(huán)后，返回到鍋爐1和到混合閥3。由混合 閥攝取的回水量的比例通過(guò)從控制塊2發(fā)送的指令來(lái)確定?；谛畔⒑椭T如由外部溫度傳 感器6和內(nèi)部溫度傳感器7所提供的那些讀數(shù)、以及與系統(tǒng)本身、建筑物以及其他由安裝者 定義的內(nèi)部參數(shù)（例如，加熱曲線等）相關(guān)的其它信息，后者產(chǎn)生控制信號(hào)。泵（未示出） 可以是輸入電路的一部分，并且可以由所述控制電路進(jìn)行控制。還表示用于供應(yīng)電能至控 制塊2的電源電路5。
[0018] 圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的控制系統(tǒng)。正如前面提到的，該控制系 統(tǒng)被添加到常規(guī)系統(tǒng)中，如圖1所示的一個(gè)系統(tǒng)。因此，該一個(gè)系統(tǒng)包括鍋爐1、控制塊2、 混合閥3、熱擴(kuò)散裝置或散熱器4、電源供應(yīng)單元5以及分別用于外部溫度和內(nèi)部溫度的傳 感器6和7。除了常規(guī)系統(tǒng)中的部件，還有控制單元8、以及連接到電源供應(yīng)單元5的其自 身的電源12、輸入流體溫度傳感器9、存在檢測(cè)器10和太陽(yáng)光傳感器11。當(dāng)本發(fā)明的控制 系統(tǒng)是活躍時(shí)，在控制單元8的控制下操作的開(kāi)關(guān)11，12分別確保斷開(kāi)溫度傳感器6和7 與控制塊2之間連接的能力。在這種情況下，傳感器6和7的輸出60和70,以及那些太陽(yáng) 光傳感器11的輸出110,存在檢測(cè)器10的輸出100和輸入流體溫度傳感器9的輸出90被 應(yīng)用于控制單元8。控制單元8的輸出80經(jīng)由開(kāi)關(guān)13 (也由控制單元8控制）應(yīng)用于最初 連接到外部溫度傳感器6的控制塊2的輸入Tem。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這取決于現(xiàn)有的安裝，有 時(shí)可能需要以等價(jià)的傳感器（未示出）來(lái)代替常規(guī)系統(tǒng)安裝的外部溫度傳感器和內(nèi)部溫度 傳感器，該等價(jià)的傳感器不管怎樣可與控制裝置8兼容。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，基于接收到的信息和讀數(shù)，控制單元8產(chǎn)生用于應(yīng)用于控制塊2的輸 入的修正的外部溫度Tem的信號(hào)，其通常連接到外部溫度傳感器的輸出。控制塊2準(zhǔn)確地 起作用當(dāng)它好像已經(jīng)收到了外部溫度的值，而實(shí)際上它接收由控制單元8修正的值，如結(jié) 合圖3所說(shuō)明的。因此，如在上述現(xiàn)有技術(shù)的控制系統(tǒng)的情況下，不再存在需要用于確定有 待提供至系統(tǒng)的能量的量，因此，在加熱系統(tǒng)中，由于恒溫閥的使用故障不再危險(xiǎn)。
[0020] 此外，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的連接至常規(guī)加熱系統(tǒng)安裝的而無(wú)需常規(guī)加熱系統(tǒng) 改變的系統(tǒng)。一方面，其后果是顯而易見(jiàn)的降低安裝成本，并且另一方面，根據(jù)本發(fā)明的用 于與它的維護(hù)或其它方面相關(guān)的原因更易于關(guān)閉系統(tǒng)。在該情況下，溫度傳感器6和7必 須改變以便與控制單元8兼容，然后，開(kāi)關(guān)11和12以一種方式被安裝，以便斷開(kāi)舊的傳感 器并在其位置上連接新的傳感器（未示出）。此外，如果控制單元8斷開(kāi)（開(kāi)關(guān)13打開(kāi)）， 開(kāi)關(guān)11和12自動(dòng)地以一種方式重新連接傳感器6和7至控制塊2,使得后者恢復(fù)到它原先 的正常運(yùn)行。如果如上面先前所指出的，傳感器6和7已經(jīng)改變，以便與控制單元8兼容， 后者的斷開(kāi)導(dǎo)致以前的溫度傳感器6和7借助于開(kāi)關(guān)11和12的相應(yīng)調(diào)整重新連接至控制 塊2。
[0021] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的具體方式中的控制單元8。該控制單元包括兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)21和22的組件20,用于確定設(shè)定點(diǎn)溫度的塊30,用于確定修正的外部溫度的電路50和 用于確定舒適溫度的電路40?？蛇x地，控制單元可以包括用于計(jì)算太陽(yáng)光的預(yù)測(cè)值的計(jì)算 塊25。
[0022] 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)21和22以分別來(lái)自于外部溫度傳感器6和太陽(yáng)光傳感器11的信號(hào)60 和110為基礎(chǔ)，確定外部溫度的預(yù)測(cè)值（輸出201)和太陽(yáng)光的預(yù)測(cè)值（輸出202)的向量。 如在現(xiàn)有技術(shù)的上述文件中描述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)21和22的功能。對(duì)于電路25也是一樣的，基 于由連接60上的外部溫度傳感器提供的值和由氣象服務(wù)提供的與太陽(yáng)光有關(guān)的信息并應(yīng) 用于輸入120,電路25可以提供太陽(yáng)光的預(yù)測(cè)值的向量。當(dāng)電路25被提供時(shí)，其輸出向量 應(yīng)用于連接202到塊30。此塊30包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)31和用于優(yōu)化初始流溫度的優(yōu)化電路32。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)31接收塊20 (電路25的最終輸出）的輸出向量，連接301上的內(nèi)部溫度（或環(huán) 境溫度）的值，以及電路32的輸出和它自己的輸出作為輸入。
[0023] 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)31，其中該操作類似于以上引用的現(xiàn)有技術(shù)專利所公開(kāi)的操作，表示建 筑物的熱模型，并且它的輸出為代表在給定時(shí)間間隔期間（例如，在隨后的六個(gè)小時(shí)期間） 的預(yù)測(cè)的內(nèi)部溫度的向量。因此，網(wǎng)絡(luò)31的第一輸出值對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度值，并且隨后輸出 值也將依賴于預(yù)測(cè)的內(nèi)部溫度的過(guò)去值。
[0024] 電路32在其輸出320處確定并提供優(yōu)化的初始流溫度。如前面所指出的，其輸出 向量循回至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)31的輸入，以便網(wǎng)絡(luò)31的輸出最接近于由電路40在其輸出401處提 供的舒適溫度向量的值，而對(duì)于電路32具有盡可能低的輸出值。用于確定舒適溫度的電路 40接收用戶所希望的的溫度值（輸入90)，存在/不存在后者的指示（該指示可以以前一時(shí) 期的歷史數(shù)據(jù)組為基礎(chǔ)建立存在預(yù)測(cè)的向量形式存在），開(kāi)窗的指示或任何其它類似舒適 (例如，舒適或經(jīng)濟(jì)的模式）的指示作為輸入。構(gòu)成期望的舒適溫度的值的電路40的輸出 信息很明顯取決于所有的輸入值。因此，應(yīng)當(dāng)理解，如果用戶不存在，如果窗口打開(kāi)或如果 選擇的模式是經(jīng)濟(jì)模式，輸出信息401的值可以相應(yīng)地減小。用于確定修正的外部溫度的 所謂的確定塊50接收連接320上優(yōu)化的初始流溫度和連接501上測(cè)量的流溫度作為輸入， 并且塊50通過(guò)連接80提供給塊2信號(hào)，以修正外部溫度值。塊50可以為被稱為PID("比 例積分微分"）控制器的類型，或者等效物，它表示控制部件，該控制部件確保執(zhí)行閉環(huán)控制 的能力。其輸入之間的差別越大，其輸出信號(hào)將越大。
[0025] 圖4示出了由用戶使用的控制面板的例子。它包括用于調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)溫度的按鈕 13,打開(kāi)/關(guān)閉開(kāi)關(guān)14,用于開(kāi)啟舒適或經(jīng)濟(jì)模式的接合開(kāi)關(guān)15,用于指示加熱系統(tǒng)安裝的 正確操作的指示燈16,用于指示操作故障的指示燈17和用于顯示錯(cuò)誤代碼（參考提供給 用戶或負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的安裝的專門(mén)的技術(shù)人員的手冊(cè)）的顯示屏18。開(kāi)關(guān)14控制本發(fā)明的 系統(tǒng)安裝的打開(kāi)或關(guān)閉（短路）。開(kāi)關(guān)15確保用戶選擇所期望的系統(tǒng)運(yùn)行模式。該信息 被發(fā)送到電路40用于確定舒適溫度，以及發(fā)送到電路32用于優(yōu)化初始流溫度。電路40的 該信息的效果已經(jīng)被說(shuō)明。關(guān)于電路32,應(yīng)該提到的是，如果"舒適"位置被選擇，電路32 將在優(yōu)先基礎(chǔ)上使其兩個(gè)輸出之間的差別最小化（也就是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)31的輸出值盡可能接近 電路40的輸出值），且如果"經(jīng)濟(jì)"位置被選擇，那么電路32將在優(yōu)先基礎(chǔ)上使其輸出值最 小化。按鈕13提供采取行動(dòng)的能力，以提高或降低設(shè)定點(diǎn)溫度的值；該動(dòng)作被傳遞到電路 40，用于確定舒適溫度。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的有利變體，控制單元在遠(yuǎn)程站點(diǎn)被實(shí)施并且用戶的加熱系統(tǒng)安裝配 備有能夠（例如，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)）發(fā)送所需信息和讀數(shù)（即：內(nèi)部和外部溫度、流水溫度、太陽(yáng) 光的水平、用戶的存在、設(shè)定點(diǎn)溫度等）和接收與由遠(yuǎn)程站點(diǎn)上的控制單元所確定的修正 的外部溫度相關(guān)的信息的調(diào)制解調(diào)器。另外，傳送到加熱系統(tǒng)安裝的信息將是涉及優(yōu)化的 初始流溫度的信息（即，在輸出320上的信息）。這樣的安排對(duì)已經(jīng)配備有IT裝置的大型 安裝和設(shè)備特別有利。
[0027] 此外，應(yīng)當(dāng)注意的是，遠(yuǎn)程連接還提供了更新根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的能力。
[0028] 已經(jīng)參考實(shí)施例的特定示例進(jìn)行了以上描述。然而，顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以根 據(jù)定義的需要來(lái)配置，但是不脫離其范圍。此外，雖然已經(jīng)通過(guò)使用水作為熱傳遞流體以及 指示使用散熱器作為熱分配器的常規(guī)應(yīng)用進(jìn)行了介紹，盡管如此，顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明也 可應(yīng)用在以地板加熱或甚至以其它液體或介質(zhì)（例如，空氣）的建筑物中。
【權(quán)利要求】
1. 一種通過(guò)使用由鍋爐加熱的傳熱流體用于建筑物的加熱系統(tǒng)安裝中的溫度控制系 統(tǒng)，其包括：輸入流體電路、散熱器、流體返回電路、為了饋送所述輸入流體電路混合返回流 體和來(lái)自所述鍋爐的流體的混合閥、和用于控制所述混合閥以某一方式起作用以便所述輸 入流體的溫度到設(shè)定點(diǎn)溫度的控制裝置，并且還包含：用于預(yù)測(cè)氣候狀況的第一裝置、用于 預(yù)測(cè)所述建筑物內(nèi)的內(nèi)部溫度的第二裝置、以及用于為所述建筑物的用戶產(chǎn)生舒適溫度的 第三裝置，特征在于其包括： 用于基于通過(guò)所述第二裝置（31)和所述第三裝置（40)所提供的信息優(yōu)化初始流溫度 的第四裝置（32)，和 用于確定修正的外部溫度的電路（50)，該電路基于所述第四裝置（32)的輸出和所述 返回流體（501)的溫度為所述控制電路（2)提供對(duì)應(yīng)于修正的外部溫度（Tem)值的信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述第一裝置（20)接收對(duì)應(yīng)于外部溫度 (60)的讀數(shù)和太陽(yáng)光（110)的讀數(shù)的信息并且提供第一外部溫度向量（201)和第二太陽(yáng)光 向量的k個(gè)分量，所述k個(gè)分量代表用于所述外部溫度和太陽(yáng)光的k個(gè)將來(lái)基本周期的預(yù) 測(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第一裝置（20)包括產(chǎn)生輸入值 的線性組合的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述輸入值中的每一個(gè)被分配加權(quán)系數(shù)，從而可能通過(guò)調(diào)整裝置 被校正作為預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的函數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第二裝置（31)接 收與外部條件（201，202)的預(yù)測(cè)相關(guān)的所述信息和讀數(shù)、內(nèi)部溫度值（301)、其自身輸出信 息、以及所述第四裝置（32)的輸出信息作為輸入。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第二裝置（31)包括產(chǎn)生輸入值 的線性組合的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述輸入值中的每一個(gè)被分配加權(quán)系數(shù)，從而可能通過(guò)所述調(diào)整 裝置被校正作為所述預(yù)測(cè)值和所述實(shí)際值的函數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：用于所述確定修正的外部溫度的所 述電路（50)是PID類型的控制電路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第三裝置（40)接 收對(duì)應(yīng)于所述建筑物的所述用戶所期望的溫度的值（90)、指示所述用戶的存在的值和/或 指示操作模式的值和開(kāi)窗的信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第三裝置（40)提供能夠考慮與 用戶相關(guān)的之前歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)功能。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第一裝置（20)、第 二裝置（31)、第三裝置（40)和第四裝置（32)和用于確定所述修正的外部溫度的所述電路 (50)在遠(yuǎn)程站點(diǎn)處被實(shí)施，該遠(yuǎn)程站點(diǎn)經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接連接到所述建筑物的所述加熱系 統(tǒng)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：所述散熱器被安裝在 所述建筑物的地板中。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：所述傳熱流體介質(zhì)為 空氣。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于：該控制系統(tǒng)可以連接 到常規(guī)的現(xiàn)有系統(tǒng)安裝，而沒(méi)有對(duì)后者進(jìn)行修正。
【文檔編號(hào)】G05D23/19GK104220948SQ201280069451
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月12日
【發(fā)明者】D·林德勒夫, A·吉耶曼, S·馬利克 申請(qǐng)人:紐貝特公司