用于预测hvac操作成本的系统和方法_3

文档序号:8303397阅读:来源:国知局
包括与室外单元104分开地定位的室内单元102的所谓的分离系统,然而HVAC系统100的替代性实施例可包括所谓的包装系统,在该包装系统中,室内单元102的部件中的一个或多个和室外单元104的部件中的一个或多个被一起携带在共同的外壳或包装内。HVAC系统100被示为所谓的管道系统,其中室内单元102被定位成远离经调节的区域,从而需要空气管道来发送循环空气。然而,在替代性实施例中,HVAC系统100可被配置为非管道系统,在该系统中,与室外单兀104相关联的室内单兀102和/或多个室内单元102基本上位于由相应的室内单元102调节的空间和/或区域中,从而不需要空气管道来发送由室内单元102所调节的空气。
[0040]仍然参见图2,系统控制器106可被配置用于与彼此的双向通信并且可进一步进行配置从而使得用户可利用系统控制器106中的任何一个监视和/或控制HVAC系统100部件中的任何一个而不管这些部件可关联哪些区域。进一步,每一系统控制器106、每一区域恒温器158以及每一区域传感器160可包括湿度传感器。如此,将理解到结构200在多个不同的位置装备有多个湿度传感器。在某些实施例中,用户可有效地选择此多个湿度传感器中的哪一个被用于控制HVAC系统100中的一个或多个的操作。
[0041]现在参见图3,示出了预测HVAC系统100的未来能量消耗成本的方法300的流程图。方法300可在框310、320和330中的任何一个处开始并且,在某些实施例中,可能需要框310、320和330的动作在方法300前进至框340之前被执行。
[0042]在框310处,天气预测数据可被提供至系统控制器106。在框330处,能量成本数据可被提供至系统控制器106。天气预测数据可响应于系统控制器106的相关的和进行中的操作而从WFDP 133和/或CDP 131中被检索以执行可能需要天气预测数据的检索的功能。天气预测数据可响应于来自HVAC系统100的用户的输入、预定的事件和/或来自WFDP133和⑶P 131中的至少一个的数据推送而从WFDP 133和/或⑶P 131中被检索。数据推送可被定义为不是由系统控制器106发起的天气预测数据到系统控制器106的转移。
[0043]在框320处,系统控制器106可提供界面以配置系统控制器106。替代地,其它设备130或⑶P 131的远程接入终端可提供界面以配置系统控制器106。系统控制器106配置可包括HVAC系统100的任何相关设置,诸如加热温度设定点、冷却温度设定点、室内温度范围、室内相对湿度设定点、室内相对湿度范围、新鲜空气交换率、循环风机速度、空气过滤能力和/或任何其它合适的设置。界面可以是,例如,图形界面、触摸屏界面、菜单驱动界面和/或不同类型的界面的组合。
[0044]在框330处,方法300可包括将能量成本数据提供至系统控制器106。系统控制器106可自动地轮询当地的能量提供者以检索能量成本数据。例如,HVAC系统100可轮询当地的能量提供者关于当前的电费和/或与峰值和非峰值间隔、预测的能量成本数据和/或可变的能量成本结构有关的能量成本计划表。替代地,系统控制器106可从CDP 131、其它设备130和/或通过系统控制器106的触摸屏界面的用户输入中获得能量成本数据。
[0045]在框340处,在接收天气预测数据、能量成本数据并且给用户提供至HVAC系统100的系统控制器106设置的界面之后,系统控制器106可估计操作HVAC系统100的第一预计(projected)成本。第一预计成本可以是基于HVAC系统100设置、能量成本数据和天气预测数据。第一预计成本的估计可通过将HVAC系统的性能建模为与HVAC系统100设置、与安装HVAC系统100的环境有关的因数和天气预测数据有关来完成。所建模的性能可提供第一消耗预测,作为在规定的时间上进入HVAC系统100中的未来能量输入的估计。能量成本数据可被应用至第一消耗预测以达到第一预计成本。
[0046]第一消耗预测可通过使用HVAC系统100和安装HVAC系统100的环境的热力学模型来进行计算。例如,HVAC系统100可接收附加的各种输入以对结构200的热力学特性建模。结构200的操作可包括打开和关闭门和窗、由于与HVAC系统100无关的能量消耗(例如,家用电器)而引起的内部热输入、遮蔽、照明以及与往返内部结构200环境的能量来源和流失有关的其它可量化条件。这些输入可例如由HVAC系统用户、HVAC系统100安装者、HVAC系统100制造商、ODP 129、其它设备130、⑶P 131、WFDP 133和/或其组合来供应。
[0047]安装HVAC系统100的环境的热力学模型可以是一简单模型,该简单模型仅包括几个关于结构200的参数,诸如可控气候生活空间的面积(平方英尺)、楼层数量和建设类型(砖、原木、传统框架等)。热力学模型可以是更为精确的,包括屋顶的三维模型(包括表面反射率、保温隔热、间距、取向)、外墙、通过外墙的热传导、墙构造、墙面反射率、墙取向、窗布置、窗类型(包括,例如,窗性质,诸如反射率、装配玻璃的数量、装配玻璃的类型、气体绝缘的类型、年龄、密封等)、门(材料、类型、面积、密封等)、地基、有效的漏风率、归因于门和窗的正常使用的空气交换、周围景观(山、丘陵、山谷、附近的人工结构、水、树木、灌木丛)和/或任何其它的结构200数据。进一步,此热力学模型可利用天气的简单或精确表示。天气计算可包括利用天空辐射、云量、太阳和阴影计算、从结构200的外部表面反射的辐射、空气和热平衡、地热转移过程、红外辐射热交换、对流热交换、湿气转移、风速和风向、和/或任何其它适当的天气相关因素的模型。
[0048]热力学模型还可利用从提供卫星和航拍图像数据的地图服务(诸如美国地质调查局(USGS)或基于因特网的服务)获得的现实世界信息。可获得结构200的性质连同结构200的取向、周围特征和地貌一起的图像以扩充或取代由用户所提供的数字照片。替代地,结构200的施工计划可被用于给结构200建模。
[0049]—旦构造了结构200和相关的环境的热力学模型,则建筑物和相关的环境之间的相互作用的物理现象可以不同的细节层次进行建模。在某些实施例中,温度、太阳能输入、风冷却和漏风可被减少至表示平均值的仅几个简单数。这些平均值可被用在具有历史天气预测数据的计算中以计算第一消耗预测。在某些实施例中,结构200的物理现象可以是非常特定的。热力学模型可包括以平方英寸或平方英尺为单位的结构200的每一表面的位置、取向、热阻值和反射率。太阳能输入可通过光线追踪算法进行建模。风冷却和对流冷却可通过矢量场进行建模。代替将热平衡方程应用至整个墙或窗,可计算结构200的表面上的每一平方英寸。
[0050]可生成第一消耗预测的热力学模型可包括每小时的天气数据(或包括在更精细或更粗糙的时间尺度上的任何可用的天气数据)并且可依赖在先前场合由系统控制器106所保存的历史天气数据和能量使用数据。此计算可涉及插入先前天气数据以拟合当前的天气预测数据。例如,如果保存的天气数据不包括匹配预计预测(包括大约一年的时间,其对于给太阳能输入建模可能是重要的)的连续的天的组,则这些计算可集合最紧密地匹配预测中的周期的非连续周期。此模型还可集合来自多个周期的紧密数据并且在它们之间插值。例如,如果天气预测数据指示了具有50华氏度的高温和40华氏度的低温的三月中的多云天,则可能不存在具有此一般的温度曲线的相关已保存的多天。此建模可通过在两个已保存的多云的三月天,一个具有55华氏度的高温和45华氏度的低温和另一个具有45华氏度的高温和35华氏度的低温之间插值来完成。此插值可发生在一刻钟、小时、天或天气数据被保存的任何相关周期的时间尺度上。
[0051]在某些实施例中,一模型可考虑房屋的半内部特征,包括任何阁楼结构、未加热的车库区域和这些区域的通风。阁楼、车库、三季节房间和其它非气候控制的区域可提供在住宅的气候控制部分和非气候控制外部之间的缓冲区。可基于这些区域的热质量来考虑这些区域。这些区域可包括HVAC系统100装备、管道系统(duct work)或在系统上创建热负荷的其它家庭实用工具。
[0052]第一预计成本可以包括HVAC系统100的简化的、适当详细说明的或非常详细说明的热力学模型为基础。HVAC系统100的热力学模型可利用HVAC系统100的额定吨位、HVAC系统100的额定季节能效等级(S.E.E.R.) ,HVAC系统100的加热和季节性能因数(HSPF)、额定炉子效率、额定炉子容量、室内风机容量、室内温度设置、管道系统设计和/或任何其它适当的HVAC系统100特性中的任何一个。
[0053]在某些实施例中,生成第一消耗预测可包括利用HVAC系统100的额定容量和HVAC系统100是正确地容性匹配于结构200这一假设。进一步,由于呈现在第一消耗预测中的系统误差可同样出现在第二消耗预测中,因而当将第一消耗预测与第二消耗预测进行比较时,系统误差可彼此抵消。类似地,当将第一预计成本与第二预计成本进行比较时,系统误差可彼此抵消。
[0054]第一预计成本的估计可以是基于与基本上类似于结构200的其它结构有关的
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