氣候控制器的制造方法

氣候控制器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種氣候控制器(1)，其包括：控制單元(7)，其能夠激活和停用HVAC單元(13)；溫度傳感器(3)和濕度傳感器(5)，其能夠將溫度測量值和相對濕度測量值傳達給控制單元(7)；以及連至網絡(10)的接口(9)，控制單元(7)通過該接口(9)連接到聯網服務器(14)并傳輸溫度和相對濕度的測量值；該激活和停用能夠被控制單元(7)所控制，該控制單元(7)測量溫度和濕度水平，獲得溫度設定值和HVAC單元(13)的操作模式，并且將信號傳送給HVAC單元(13)以實現該激活和停用。氣候控制是參考舒適程度優先于絕對溫度來實現的，且通過機器學習方法來實現節能，該機器學習方法根據氣候控制器(1)所采集的數據集來操作。
【專利說明】
氣候控制器
技術領域
[0001]本發明涉及室內氣候控制，且更具體地，涉及用于控制室內氣候控制設備的控制器和方法。本發明主要涉及控制HVAC單元，但本發明并不限于這個特定應用。
【背景技術】
[0002]采暖、通風和空調單元(一般稱為HVAC單元)一般是”啞”裝置，其并不利用現代技術進展(例如，機器學習和用戶體驗設計)。典型HVAC單元的用戶被提供有許多模式，例如采暖、制冷、干燥(從空氣去除水分)、吹風和關閉以及所需要的室內溫度。用戶選擇他喜歡的模式，設定所需的溫度，并且HVAC單元將運行其加熱或制冷元件直到達到該溫度，然后將其關閉，然后當再次出現溫差時，HVAC單元將再次開啟，如此往復。在干燥和吹風模式的情況下，絕不會達到該絕對溫度，因此該單元將持續不停地運行而不考慮用戶的舒適度。更先進的HVAC單元可通過變頻器來控制其加熱或制冷元件的頻率，這意味著該元件無需重復地開啟和關閉，但仍然沒有考慮到用戶的舒適度。
[0003]這種基本”啞”的功能的問題很快地顯現出來。眾所周知，相對濕度影響人對溫度的感知，因此人們所感覺的舒適程度(體感溫度，感覺如何)是隨絕對溫度和相對濕度而增加的。對空氣制冷是不夠的，這將會增加室內氣候環境中的相對濕度，這正是為什么HVAC單元既對空氣制冷又將水分從空氣移除的原因。
[0004]將室內氣候條件調節到舒適程度而非絕對溫度將有益于節能。如果濕度較低，那么可改善用戶的舒適程度，但更多的現有的典型HVAC單元并不測量濕度。美國專利5，737，934和8,356,760描述了根據體感溫度來控制HVAC單元的方法，其中考慮了相對濕度以及絕對溫度。或者當HVAC單元以干燥或吹風模式運行時，用戶可由于體感溫度的降低或濕氣自皮膚蒸發的作用而感覺到更冷。典型的HVAC單元的控制機構沒有考慮到這些因素，其不顧一切地繼續運行，從而浪費能量。
[0005]監測并控制濕度具有額外益處:更干燥的環境將減少霉菌生長，而更潮濕的環境對皮膚更好。眾所周知，調節濕度對細菌和病毒的生存和繁殖具有影響。
[0006]此外，如果HVAC單元能夠進行智能操作，那么其可緩慢地使溫度朝目的終點“滑行”(例如，根據普通PID(比例-積分-微分)算法)，從而在與簡單開/關控制系統相比時產生能量節約。此外，HVAC單元的每種模式將具有其自己的特征性能量消耗，因此，當激活該單元以使用戶處于舒適溫度時可以使不同模式組合，同時使耗能最小化。
[0007]當與簡單的HVAC系統(其是基于絕對溫度通過開與關來增加熱量或者從空氣移除熱量)相比時，復雜的控制方法可減少能量消耗但有增加耗時以達到目標終點體感溫度的風險。因此，與達到目標終點體感溫度所需能量和時間相比，所需的控制器將向用戶提供對于控制方法或可能的溫度/相對濕度舒適程度的范圍的可能選擇。
[0008]當然，室內氣候控制還將取決于建筑物或房間外面的氣候，在該建筑物或房間中由HVAC單元控制氣候條件。對于消耗的能量毫不關心的啞單元來說，外部氣候不是相關因素，因為此類單元僅根據其所在位置的即時室內環境來操作。但是，用于達到所需終點的能量與即時室內環境和外部氣候之間的溫差成比例。一些HVAC單元將室外溫度計整合在其通風孔中，但這樣只能測量溫度。所需智能氣候控制器將考慮到外部條件，并基于用戶所希望消耗的能量大小來向用戶建議可能的舒適程度(為溫度和相對濕度的組合)的范圍。此類智能控制器可連接到網絡以檢索關于外部條件的數據，例如當前的溫度和相對濕度、預測的溫度和相對濕度、云量、UV穿透、氣壓和風速以及可能影響能量消耗和舒適程度的一些次要因素(例如，顆粒物濃度和空氣成分)。美國專利6，853，882描述了一種聯網的、位置感知的HVAC控制系統，不過其針對在一個連續的室內位置中使用多個傳感器且僅提供相對啞的控制水平的情況。美國專利6，975，958描述了一種用于經由從網絡發送的信號來影響價格敏感型用戶對HVAC系統的控制的方法，但并未描述對HVAC單元的直接控制。
[0009]將此類智能控制器連接到網絡帶來很多額外的優點。用戶可以遠程操作控制器，例如以激活他的HVAC單元以使得在下班回家之前家中的室內條件達到所需終點；或確保用戶出門在外時他的寵物的舒適程度。根據外部條件，無人值班的操作也將變得有可能:如果室內溫度下降到某個水平以下且預測天氣在幾天內不改善，那么用戶在假期可(例如)將他的HVAC單元設定為激活;這可使室內植物避免被凍壞。PCT公開文本W02012068517描述了用戶友好、網絡可訪問的用戶接口，但其僅提供相對啞的接口而未描述舒適程度或溫度、濕度、能量和時間的相互作用。
[0010]除溫差之外，用于達到所需終點的能量還取決于許多因素，例如HVAC單元的特征(包含效率、功耗、維護級別)；室內環境的大小;室內環境中是否有任何門或窗戶被打開;室內環境中存在的其它加熱或制冷源。因此，需要室內氣候控制器可認識到更多建立某個舒適程度(優選地無需用戶反饋)所涉及的顯著和/或可預測的因素。理想地，此類系統還將區分較不顯著或不可預測的因素。代替精確的千瓦數或千焦耳數或除精確的千瓦數或千焦耳數之外，此類控制器可將HVAC單元的能量使用量表達為相對值。美國專利5，579，994描述了將模糊邏輯(機器學習的一個分支)用作基于規則的推理引擎的一部分以基于多個輸入來控制汽車的內部氣候。顯然，這些規則是在工廠中建立的一專利權人知道汽車的確切尺寸、HVAC單元的特性和使其有效的其它輸入，但其缺乏適應性。
[0011]當前HVAC基礎設施的另外一個問題是:在許多建筑物中已經安裝有舊版HVAC單元。升級的成本很高，且一些居民可能是不能或不愿更換這些HVAC單元的承租人。因此，需要有一種裝置，其可以將智能功能添加到現有HVAC單元中。
[0012]最后，雖然現代HVAC單元可提供有益于節能的一系列模式，但典型用戶發現這使人困惑且不知道如何將該單元設定成以最低成本提供舒適環境(類似于對VCR編程)，或甚至實際上構成溫度和濕度相關的舒適程度的情況。為實現節能，需要使一般用戶對這一目了然，且特別來說，需要基于普通人對于給定的外部環境所需的室內環境中的舒適程度來建議舒適程度。
[0013]因此，需要設計出能夠與HVAC單元對接并控制其運行的室內氣候控制器。本發明的目標是改善現有技術的如述缺點，同時引進有利的新功能。

【發明內容】

[0014]在第一方面中，本發明提供一種氣候控制器，其包括:控制單元，其用于控制服務于氣候受控制的空間的HVAC單元的一個或多個功能;溫度傳感器，其用于測量溫度測量并將所述溫度測量傳達給控制單元；以及濕度傳感器，其用于測量濕度測量并將所述濕度測量傳達給控制單元。該控制單元基于所述溫度測量和濕度測量來控制HVAC單元的一個或多個功能，以在氣候受控制的空間中達到所需的溫度和濕度。
[0015]在第二方面中，本發明提供一種氣候控制器，其包括:控制單元，其能夠激活和停用HVAC單元;溫度傳感器和濕度傳感器，其能夠將溫度測量和相對濕度測量傳達給控制單元；以及連至網絡的接口，經由所述接口，該控制單元能夠連接到聯網服務器并傳輸溫度和相對濕度的測量;所述激活和停用能夠根據控制單元加以控制，從而測量溫度和濕度水平、獲得溫度設定值和HVAC單元的運行模式并且將信號傳達給HVAC單元以實現所述激活或停用。氣候控制是優先參考舒適程度而不是絕對溫度來實現的，且通過使用基于氣候控制器所采集的數據集來運行的機器學習方法來實現節能，從而可以產生需要的最少能量來達到某種舒適程度的氣候路徑(其為HVAC單元的運行模式和目標絕對溫度的組合)。
[0016]HVAC單元和氣候控制器位于待調節的同一個室內氣候環境中。
[0017]優選地，通過運行于計算機上的用戶接口經由網絡來設定室內氣候環境所需的(或“終點”)相對濕度和所需的(或“終點”)溫度值。計算機可位于用戶之所在地(例如，觸摸屏智能手機)，或遠離用戶的服務器，用戶經由標準協議(例如，HTML)與其對接。氣候控制器的網絡接口優選地為wifi模塊，但可為任何類型的網絡接口(例如，無線電、以太網或藍牙)。
[0018]在第一次接通之后，用戶可使氣候控制器進入初始學習模式，在該初始學習模式中，氣候控制器基于控制器的位置從聯網服務器檢索表示外部條件的值，優選地包括溫度、風速和云量。用戶可任選地輸入HVAC單元的已知參數，例如其功率消耗和/或制冷能力，或可自動地從聯網服務器檢索這些已知參數。可選地，可在控制器的學習模式期間或在其操作模式期間估計HVAC單元的這些參數。
[0019]優選地，該氣候控制器還能夠在試圖調節室內氣候時估計室內氣候環境的參數以便可影響HVAC單元的運行，或在可選實施例中，用戶可任選地輸入此類參數。此類參數可包含氣流和房間尺寸。
[0020]優選地，該氣候控制器能夠通過非侵入式裝置與HVAC單元通信，例如復制HVAC單元的遙控裝置的紅外信號。在可選實施例中，該氣候控制器可替代地(例如)通過在交流電源插座和HVAC單元的電源插頭之間進行調解來直接控制HVAC單元的交流電源。在另一可選實施例中，該氣候控制器可直接與HVAC單元的控制電路對接。
[0021]在學習模式期間，該氣候控制器循環地在各種模式(例如，采暖、干燥、制冷和吹風)中激活HVAC單元，同時測量溫度變化和相對濕度變化。因此能夠計算所估計的能量消耗參數。優選地，使用HVAC單元和/或室內氣候環境的已知參數，可以更準確地計算所估計的能量消耗參數。在學習模式結束時，可將所述參數存儲在氣候控制器或聯網服務器上。
[0022]在其運行模式期間，該氣候控制器能夠循環地在其各種模式中激活HVAC單元，以達到所需的終點舒適程度。HVAC單元的激活循環是根據標準機器學習技術從以下三者來確定的:存儲在氣候控制器或聯網服務器上的已知參數，其包含能量消耗和其它參數;室內氣候環境的已知參數；以及從聯網服務器檢索到的已知外部條件。優選地，該機器學習技術還能夠根據氣候控制器的真實操作來學習和完善所存儲的參數。
[0023]因此，用戶接口能夠向用戶提供組合了溫度、相對濕度、能量消耗和達成某個舒適程度所花時間的所需終點的顯示。所使用的機器學習技術優選地能夠向用戶建議可能的舒適程度、能量消耗和所花費的時間的范圍，由此對一個或多個該范圍進行約束將影響并向用戶直觀地呈現其它所需終點的可達成范圍。
[0024]在所附權利要求書中定義了本發明的各種實施例的另外的特征。應理解，在本發明的各種實施例中，可以各種組合來組合這些特征。
[0025]貫穿本說明書(包含權利要求書)，除非另有明確陳述或上下文另有明確要求，否則詞語“包括(?0!11?1^86/00111?1^8；[1^)”及其它相似術語將在包含性意義上(8卩，在“包括但不限于”的意義上而非在排他性或窮盡性意義上)加以解釋。
[0026]為更好地理解本發明且為示出如何執行本發明，現將僅通過非限制性示例并參考附圖來描述其優選實施例。
【附圖說明】
[0027]參考以下附圖來描述非限制性示例，其中:
[0028]圖1示出根據本發明的一個實施例的氣候控制器的框圖；
[0029]圖2示出根據本發明的一個實施例的氣候控制器的用戶接口的三種配置；
[0030]圖3示出根據本發明的另一實施例的氣候控制器的用戶接口的三種配置；
[0031]圖4是根據本發明的另一實施例的氣候控制器在學習模式中的操作的框圖；
[0032]圖5是根據本發明的另一實施例的氣候控制器在操作模式中的操作的框圖；
[0033]圖6示出根據本發明的另一實施例的在計算氣候路徑中所使用的示例凸包；以及
[0034]圖7示出在相對濕度-溫度平面中的可能氣候路徑，該氣候路徑用于通過在不同模式中操作HVAC單元從起點相對濕度/溫度達到所需的相對濕度/溫度，其中所選路徑是由根據本發明的一個實施例的氣候控制器計算得出。
【具體實施方式】
[0035]參考附圖，氣候控制器I包括控制單元7，所述控制單元7用于控制服務于氣候受控制的空間的HVAC單元13的一個或多個功能。溫度傳感器3進行溫度測量并將所述溫度測量值傳達給控制單元7。濕度傳感器5進行濕度測量并將所述濕度測量傳達給控制單元7。控制單元7基于所述溫度測量和濕度測量來控制HVAC單元13的一個或多個功能，以在氣候受控制的空間中達成所需溫度和所需濕度。所述一個或多個功能可以選自以下各者:溫度設定、風扇速度設定、模式、采暖/制冷/干燥/通風模式設定以及開/關設定。但是，HVAC單元可以包含其它功能且也可以選擇這些功能。
[0036]控制單元7通過將信號發送到HVAC單元來控制HVAC單元的功能，以設定一個或多個所述功能的設定點。所述設定點是從基于以往的溫度測量和濕度測量進行訓練的機器學習方法計算得到，以預測未來溫度和濕度。因此，所述設定點對應于相應預測的未來溫度和濕度。合適的機器學習方法包含基于機器學習算法的機器學習方法(例如，支持向量機(Support Vector Machines )、隨機森林(Random Forests )和神經網絡(NeuralNetworks))。這些機器學習方法執行例如特征選擇、降維和回歸分析的過程，以便產生設定點或目標向量。
[0037]除以往的溫度測量值和濕度測量值之外，機器學習方法還基于一個或多個另外的環境參數來計算設定點。所述一個或多個另外的環境參數可以選自以下各者:光度、當日時間、被動紅外活性計數、室外溫度和室外濕度。這些參數可以通過傳感器來測量，或可以獲自互聯網，或可以簡單地由用戶輸入。舉例來說，可以從互聯網上的網站抓取室外溫度和濕度。
[0038]氣候控制器I還包括網絡接口 9，所述網絡接口 9用于將控制單元7通信地連接到計算機處理器。該計算機處理器實施機器學習方法以計算設定點。在另一實施例中，該計算機處理器還獲得一個或多個環境參數。該計算機處理器可以為以下各者中的一個的一部分:聯網服務器、桌上型計算機、筆記本電腦、智能手機。圖1示出一個實施例，其中計算機處理器是聯網服務器14的一部分。
[0039]該氣候控制器還包括通信地連接到計算機處理器的數據存儲裝置。該數據存儲裝置存儲一個或多個環境參數以供由機器學習方法用作以往的數據以計算設定點。在圖1中，數據存儲裝置形成聯網服務器14的一部分。
[0040]設定所需的體感溫度(例如，使用濕熱指數計算得到的體感溫度)常常是方便的。體感溫度考慮了溫度(干球溫度計)和濕度，且作為人們感覺環境有多熱的一個度量。
[0041]網絡接口9將控制單元通信地連接到計算機處理器。該計算機處理器接收如由用戶選擇的所需溫度、濕度和體感溫度中的一個或多個。在這種情況下，計算機處理器可為實施上述機器學習方法的同一個計算機處理器，或其可為獨立裝置的一部分。在圖1中，該計算機處理器是獨立裝置的一部分(即，計算機12)。計算機12具有用戶接口 11，所述用戶接口11允許用戶輸入所需溫度、濕度或體感溫度。可選地或額外地，計算機處理器通信地連接到數據存儲裝置，并檢索預先存儲在數據存儲裝置上的所需溫度、濕度和體感溫度中的一個或多個。
[0042]在一些實施例中，所需溫度、濕度和體感溫度中的一個或多個位于由最小和最大的相應所需溫度、濕度或體感溫度限定的相應舒適帶內。計算機處理器可以接收用戶選擇的舒適帶。可選地或額外地，計算機處理器通信地連接到數據存儲裝置，并檢索預先存儲在數據存儲裝置上的舒適帶。以此方式，氣候控制器I可以完全自動地運行，而無需用戶輸入所需溫度、濕度或體感溫度。在一個實施例中，舒適帶是為特定用戶定制的。在另一個實施例中，限定舒適帶的最小值和最大值在一天當中是變化的。在另外的實施例中，計算機處理器向用戶推薦舒適帶。
[0043]可以基于達成所需溫度和濕度所需的最小功率消耗來選擇設定點。還可以基于達成所需溫度和濕度所需的目標時間來選擇設定點。
[0044]用戶接口11可以即時顯示溫度測量和濕度測量。如圖2和圖3中所示，用戶接口包括溫度滑塊、濕度滑塊、能量滑塊和時間滑塊，每個滑塊顯示所需值、當前值和考慮到其它滑塊的設定值而計算的可能值的范圍。
[0045]在一個優選實施例中，氣候控制器I通過非侵入式裝置與HVAC單元通信。在一個特定示例中，通過由用戶操作的遙控裝置來控制HVAC單元13。所述遙控裝置將紅外信號發送至IjHVAC單元13，以控制HVAC單元13的一個或多個或所有功能。氣候控制器I包含紅外模塊15，且控制單元7通過使用紅外模塊15復制通常由遙控裝置提供的一個或多個或所有紅外信號來控制HVAC單元13的一個或多個功能。這個實施例特別有利，因為可以在不對HVAC單元自身作任何修改的情況下將氣候控制器I與現有HVAC單元一起使用。
[0046]本發明還提供一種使用氣候控制器來控制氣候受控制的空間中的氣候的方法。在一個實施例中，該氣候控制器包括:溫度傳感器3，其用于進行溫度測量；以及濕度傳感器5，其用于進行濕度測量。該實施例包括:基于所述溫度測量和濕度測量來控制服務于氣候受控制的空間的HVAC單元13的一個或多個功能，以在氣候受控制的空間中達成所需溫度和所需濕度。
[0047]所述實施例更具體地包括:使用基于以往的溫度測量和濕度測量訓練的機器學習方法來預測未來溫度和濕度，以便計算在氣候受控制的空間中達成所需溫度和所需濕度的一個或多個所述功能的設定點；以及將信號發送到HVAC單元13以設定設定點。
[0048]可以從前述描述來了解根據本發明的在氣候受控制的空間中控制氣候的方法的其它實施例。
[0049]以下描述記載了其它實施例的另外的細節，且一般來說，它們涉及一種經由實施于氣候控制器中的HVAC單元所實現的室內氣候控制系統和方法。
[0050]圖1示出了根據本發明的氣候控制器的優選實施例。該氣候控制器I整合有溫度傳感器3、相對濕度傳感器5、控制單元7和網絡接口 9。該氣候控制器能夠通過(在本發明的優選實施例中)經由紅外模塊15產生與HVAC單元的遙控協議相容的紅外信號來控制HVAC單元13的模式與激活。
[0051]在計算機12(在優選實施例中，觸摸屏智能手機或平板電子裝置)上向氣候控制器I的用戶提供用戶接口 11。該用戶接口 11經由網絡接口 9與氣候控制器I通信。在優選實施例中，該用戶接口 11顯示滑塊20，所述滑塊20指示并能夠設定如由溫度傳感器3在干球溫度計處測得的室內溫度T、如由濕度傳感器5測得的室內相對濕度H和HVAC單元13的能量消耗E。已經由測試發現，以下線性模型是T、H和E之間的關系的可用近似法:
[0052]針對變化的T:
[0053]H(T) =aT.T+bT
[0054]E(T)=Qe.| T-T^l
[0055]針對變化的H:
[0056]T(H) =aH.H+bH= (l/ai).T_(bT/aT)
[0057]E(H) =αΕ.I T(H)-T外I
[0058]針對變化的E:
[0059]T(E)=I>h±(E/aE)
[0060]H(E)=Be.T(E)+bx[0061 ]其中:
[0062]T外是在受HVAC單元13影響的室內氣候之外的外部溫度，其由控制單元7經由網絡接口 9從網絡10檢索得到。在優選實施例中，使用計算機12的地理定位調整來精確地定位控制器I并使得能夠精確識別T外，
[0063]aT、bT和aE是待由控制器識別的室內氣候環境的參數；
[0064]|x|指示X的絕對或模量值；以及
[0065]土是取決于控制器必須對室內氣候環境采暖還是制冷以達到所需舒適程度來選擇的。
[0066]氣候控制器的優選實施例擁有圖4中所示的學習模式，所述學習模式被設計成當第一次結合新的HVAC單元13來操作控制器I或控制器I移到新位置時加以使用。在該學習模式中，控制器根據在HVAC單元13上的或者由用戶輸入、從網絡10采集得到或者存儲在控制單元7上的數據來檢查是否存在未經測試的模式。如果不存在未經測試的模式，那么控制器退出學習模式。如果存在未經測試的模式，那么控制單元7從網絡10獲得在HVAC單元13之外的溫度的值(稱為T。控制單元7接著等待，直到T和由溫度傳感器3測得的室內溫度T之間的差的絕對值或模量值小于被預設至較小數(經由測試發現2°C是有效的)的閾值溫度T_t。這樣的真實重要性是，控制單元7經由溫度傳感器3不斷地監測室內溫度T并等待其與外部溫度T _^圓達到近似平衡。
[0067]當所述條件為真時，在優選實施例中，控制單元7將經由紅外模塊15來激活HVAC單元13的未經測試的模式，以使用戶設定該模式所需的溫度設定值T_S(3T_S是用戶覺得感到舒適所處的溫度。控制單元7開始記錄如由傳感器3和5在固定的時間間隔測得的室內干球溫度和相對濕度，并將所述記錄值存儲在控制單元7上或者在優選實施例中存儲在網絡服務器14上。已經由測試發現，優選的時間間隔是5分鐘。
[0068]控制單元7將維持HVAC單元13的激活，直到在處于制冷模式的情況下室內溫度T達到低于T_s的值T_學習，或在處于采暖模式的情況下室內溫度T達到高于T_s的值Τ_學習。Τ_學習由控制單元7自動地設定為比T_s差幾度而處于用戶感到不舒適的溫度。
[0069]經由測試發現，T_學習的最佳值是乙設定的±2°C。如果無法達到T_學習，那么控制單元7將在適當的一段時間之后停止HVAC單元的激活，所述適當的一段時間已經測試被確定為2小時。當不再需要激活時，控制單元7將經由(在優選實施例中)紅外模塊15來停用HVAC 單元13。
[0070]在停用HVAC單元13之后，控制單元7繼續經由傳感器3和5來監測并存儲溫度和相對濕度的值，直到室內溫度T再次處于乙外部的T_t度數內(S卩，室內溫度和外部溫度恢復到近似平衡)。在這個時間期間，控制單元仍記錄由傳感器3和5在固定的時間間隔測得的室內干球溫度和相對濕度，并將所述記錄值存儲在控制單元7上或者在優選實施例中存儲在網絡服務器14上。
[0071]因此，控制單元7或在優選實施例中網絡服務器14能夠基于HVAC單元13的已知特性和在學習周期期間的時間間隔來估計解決所需(或“終點”)溫度和起點室內溫度之間的差值所需的能量消耗，以及在給定為控制單元7或優選地網絡服務器14所已知的一組外部條件的情況下，先前未經測試的模式的激活如何在該周期內影響相對濕度。
[0072]圖6示出針對一組時間間隔和一組給定的外部條件的室內溫度T和室內相對濕度H的記錄值21的圖表。這些值21是在用于在14小時時間段內的HVAC單元的未經測試的制冷模式的學習模式期間獲得的，并被存儲在控制單元7或優選地在存儲網絡服務器14上。根據在該周期內的記錄數據產生了凸包23。在機器學習中，凸包是容納在所述時間段內T和H的所有存儲值所需的最小凸集。因此，如圖6中所示，針對一組已知的外部條件，控制單元7或優選地網絡服務器14能夠從其針對就位于給定室內環境中的給定HVAC單元的給定模式所記錄的數據集來識別針對給定的室內溫度的可能相對濕度值的范圍(且反之亦然)。針對一組已知的外部條件，控制單元7或優選地網絡服務器14還能夠估計從給定起點達到某個終點相對濕度值和溫度所花費的時間(及對應的能量)。在優選實施例中，控制單元7或優選地網絡服務器14于是經由支持向量機(一種眾所周知的機器學習技術)在許多超平面中分離數據集，且針對具有最佳分離的超平面來計算HVAC單元13的先前未經測試的模式的參數aT、bT和αΕ。在該優選實施例中，所述超平面計算和所述參數被存儲在聯網服務器14中。支持向量機的替代性機器學習技術包含線性近似或經由最小二乘回歸、線性判別分析、貝葉斯方法、高階多項式或神經網絡來估計新的方程式。
[0073]由于外部條件變化，可以對參數aT、bT和αΕ進行調整，以粗略估計此類變化對HVAC單元13的影響。在優選實施例中，針對不同組外部條件重復學習模式使得可以作出最佳調整。
[0074]在圖5中所示的氣候控制器的操作模式的優選實施例中，控制單元7或在優選實施例中網絡服務器14將從凸包23采集到的一組相互依賴的范圍連同針對在氣候控制器的近似位置處當前外部條件的超平面分離計算和參數傳達給計算機12，這些都顯示在用戶接口11中的滑塊20上。當前濕度、溫度和能量使用量(根據HVAC單元13的激活的當前狀態)也通過控制單元7經由網絡接口 9傳達給計算機12。圖2和圖3中示出了用戶接口 11的實施例。因此，對于Τ、Η、Ε或者時間的約束滑塊值來說，可以通過計算機12來計算三個其它滑塊的值，并相應地調整范圍。在氣候控制器的操作模式的替代性實施例中，在網絡服務器14上執行所有計算，并將滑塊20的值直接傳達給用戶接口 11。
[0075]在優選實施例中，用戶能夠將舒適程度輸入到用戶接口11中。根據基于R.G.Steadman著作的眾所周知的熱指數方程式，舒適程度是室內干球溫度和相對濕度的組合。在優選實施例中，用戶接口 11還能夠向用戶提供所建議的舒適程度以在給定當前外部條件的情況下使其舒適度最大化同時使得達到這種舒適程度所花費的能量或時間最小化。用戶的理想舒適程度的知識來自于記錄用戶的過去輸入情況和經由用戶接口 11做出的選擇。
[0076]一旦用戶經由用戶接口 11選擇了舒適程度，那么該舒適程度將被傳達給控制單元7或在優選實施例中傳達給網絡服務器14。如果HVAC單元13上的可能模式的數目為M且從初始起點達到所需舒適程度所采取的路徑上的步驟數(即，由彼此繼續下去的不同HVAC單元激活模式)為n，那么存在的不同路徑有M~n個可能組合。因此，針對從當前室內氣候條件到所需舒適程度的最佳或最短(使耗能或時間最小化)路徑來實施窮舉搜索并非切實可行。但是，控制單元7或在優選實施例中網絡服務器14大幅度地減小搜索空間，所述搜索空間已經根據上文列舉的機器學習方法獲得了凸包23的線性或多項式近似。圖7中示出了路徑計算及其線性替代例，其中可以看到，在給定一組外部條件的情況下且針對具有已知特性的HVAC單元，從初始室內氣候條件30到目標舒適程度32的最短路徑是路徑34，這在優選實施例中翻譯為:在HVAC單元13的干燥模式中經由紅外模塊15來激活該HVAC單元13并持續一定時間，之后停用HVAC單元13。
[0077]在操作模式期間，采集關于HVAC單元13的當前激活模式的額外數據點，并將它們存儲在控制單元7上或優選地存儲在網絡服務器14上。在優選實施例中，周期性地再生凸包23，且經由上述機器學習技術、該HVAC單元模式的參數且取決于所選的機器學習方法，重新計算超平面計算和/或方程式，使得氣候控制器I能夠持續地使其性能最佳化。
[0078]圖5中概述了氣候控制器I的操作模式。
[0079]可理解的是，上述實施例僅為被采用來描述本發明的原理的例示性實施例，且本發明并非僅限于此。在不背離本發明的精神和本質的情況下，本領域的普通技術人員可做出各種變化和修改，且這些變化和修改也涵蓋于本發明的范圍內。因此，雖然已參考特定示例描述了本發明，但本領域的技術人員可了解，可以許多其它形式來體現本發明。本領域的技術人員還可了解，可以以其它組合來組合所描述的各種示例的特征。特別來說，上述電路布置存在許多可能的排列，其使用同一種被動方法來達成被動功率因數校正，且其對于本領域的技術人員來說是顯而易見的。
【主權項】
1.一種氣候控制器，包括: 控制單元，所述控制單元用于控制服務于氣候受控制的空間的HVAC單元的一個或多個功能； 溫度傳感器，所述溫度傳感器用于進行溫度測量并將所述溫度測量傳達給所述控制單元；以及 濕度傳感器，所述濕度傳感器用于進行濕度測量并將所述濕度測量傳達給所述控制單元； 所述控制單元基于所述溫度測量和濕度測量來控制所述HVAC單元的所述一個或多個功能，以在所述氣候受控制的空間中達到所需溫度和濕度。2.根據權利要求1所述的氣候控制器，其特征在于，所述一個或多個功能選自:溫度設定、風扇速度設定、模式和開/關設定。3.根據權利要求1到2中的任一項所述的氣候控制器，其特征在于，所述控制單元通過將信號發送到所述HVAC單元來控制所述HVAC單元的功能，以設定一個或多個所述功能的設定點，所述設定點是從基于以往溫度測量和濕度測量訓練的機器學習方法計算得到，以預測未來溫度和濕度。4.根據權利要求3所述的氣候控制器，其特征在于，所述機器學習方法基于一個或多個另外的環境參數來計算所述設定點。5.根據權利要求4所述的氣候控制器，其特征在于，所述一個或多個另外的環境參數選自:光度、當日時間、被動紅外活性點數、室外溫度和室外濕度。6.根據權利要求3到5中的任一項所述的氣候控制器，其特征在于，所述氣候控制器包括用于將所述控制單元通信地連接到計算機處理器的網絡接口，所述計算機處理器執行所述機器學習方法以計算所述設定點。7.根據權利要求4到5中的任一項所述的氣候控制器，所述氣候控制器包括用于將所述控制單元通信地連接到計算機處理器的網絡接口，所述計算機處理器獲得一個或多個所述環境參數并執行所述機器學習方法以計算所述設定點。8.根據權利要求6到7中的任一項所述的氣候控制器，其特征在于，所述計算機處理器為以下中的一個的一部分:聯網服務器、桌上型計算機、筆記本電腦、智能手機。9.根據權利要求7所述的氣候控制器，所述氣候控制器包括通信地連接到所述計算機處理器的數據存儲裝置，所述數據存儲裝置存儲一個或多個所述環境參數以供由所述機器學習方法用作以往數據以計算所述設定點。10.根據權利要求1到9中的任一項所述的氣候控制器，其特征在于，所述所需溫度和濕度對應于一所需體感溫度。11.根據權利要求10所述的氣候控制器，所述氣候控制器包括用于將所述控制單元通信地連接到計算機處理器的網絡接口，所述計算機處理器接收由用戶選擇的所需溫度、濕度和體感溫度中的一項或多項。12.根據權利要求10所述的氣候控制器，所述氣候控制器包括用于將所述控制單元通信地連接到計算機處理器的網絡接口，所述計算機處理器通信地連接到數據存儲裝置并檢索預先存儲在所述數據存儲裝置上的所述所需溫度、濕度和體感溫度中的一項或多項。13.根據權利要求10所述的氣候控制器，其特征在于，所述所需溫度、濕度和體感溫度中的一項或多項位于由最小和最大的相應所需溫度、濕度或體感溫度限定的相應舒適帶內。14.根據權利要求13所述的氣候控制器，所述氣候控制器包括用于將所述控制單元通信地連接到計算機處理器的網絡接口，所述計算機處理器接收由用戶選擇的所述舒適帶。15.根據權利要求13所述的氣候控制器，所述氣候控制器包括用于將所述控制單元通信地連接到計算機處理器的網絡接口，所述計算機處理器通信地連接到數據存儲裝置并檢索預先存儲在所述數據存儲裝置上的所述舒適帶。16.根據權利要求15所述的氣候控制器，其特征在于，所述計算機處理器向用戶推薦所述舒適帶。17.根據權利要求3所述的氣候控制器，其特征在于，所述設定點是基于達成所需溫度和濕度所需要的最小功率消耗來選擇的。18.根據權利要求3所述的氣候控制器，其特征在于，所述設定點是基于達成所需溫度和濕度所需要的目標時間來選擇的。19.根據權利要求1到18中的任一項所述的氣候控制器，所述氣候控制器包括用于將所述控制單元通信地連接到計算機處理器的網絡接口，所述計算機處理器通信地連接到用戶接口并在所述用戶接口上顯示所述溫度測量和所述濕度測量。20.根據權利要求19所述的氣候控制器，其特征在于，所述用戶接口包括溫度滑塊、濕度滑塊、能量滑塊和時間滑塊，每個滑塊顯示所需值、當前值和考慮到所述其它滑塊的設定而計算的可能值的范圍。21.根據權利要求1到20中的任一項所述的氣候控制器，所述氣候控制器包括紅外模塊，所述控制單元使用所述紅外模塊來將紅外信號發送到所述HVAC單元以控制所述HVAC單元的一個或多個功能。22.根據權利要求21所述的氣候控制器，其特征在于，所述HVAC單元包括遙控裝置，所述遙控裝置用于將紅外信號發送到所述HVAC單元以控制所述HVAC單元的一個或多個功能，所述紅外模塊復制由所述遙控裝置發送的一個或多個紅外信號。23.一種使用氣候控制器來控制氣候受控制的空間中的氣候的方法，包括: 溫度傳感器，所述溫度傳感器用于進行溫度測量；以及 濕度傳感器，所述濕度傳感器用于進行濕度測量； 所述方法包括: 基于所述溫度測量和濕度測量來控制服務于所述氣候受控制的空間的HVAC單元的一個或多個功能，以在所述氣候受控制的空間中達到所需溫度和所需濕度。24.根據權利要求23所述的控制氣候受控制的空間中的氣候的方法，所述方法包括: 使用基于以往溫度測量和濕度測量訓練的機器學習方法來預測未來溫度和濕度，以便計算在所述氣候受控制的空間中達到所需溫度和所需濕度的一個或多個所述功能的設定點；以及 將信號發送到所述HVAC單元以設定所述設定點。
【文檔編號】F24F11/00GK105900035SQ201480050722
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年7月23日
【發明人】李尚行, 馬蒂斯·安東尼
【申請人】安比實驗室有限公司