用于预测性地准备供水系统的方法和系统与流程

本公开总体上涉及公用事业(utility)管理。具体地，本公开涉及可用于帮助改变用户的热水使用习惯的方法和系统。

背景技术：

1、无论是在商业环境还是家庭环境中，全年全天都需要热水。不言而喻，提供热水既需要清洁的水，又需要热源。为了提供热水，通常向集中式供水系统提供加热系统以将水加热至例如由用户设定的预定温度，并且所使用的热源通常是一个或更多个电加热元件或燃烧天然气。一般而言，在高能源(例如天然气或电力)需求时期，公用事业提供商会实施峰值费率，这种峰值费率会增加能源的单位成本，实施峰值费率部分地是为了支付必须购买更多能源以供应给客户的额外成本，部分地是为了阻止不必要的能源使用。然后，在低能源需求时期，公用事业提供商将实施非高峰费率，从而降低能源的单位成本，以激励客户在这些非高峰时段而不是高峰时段使用能源，从而实现整体上更加平衡的随时间推移的能源消耗。然而，仅有当客户始终了解费率变化并有意识地努力改变其能源消费习惯时，此类策略才会有效。

2、清洁水作为公用事业目前受到广泛关注。随着清洁水变得越来越稀缺，已付出了很大努力来教育公众保护清洁水，并开发减少用水量的系统和设备，例如减少水流量的曝气淋浴器和水龙头，配备有运动传感器的在未检测到运动时停止水流的淋浴器和水龙头，等等。然而，这些系统和设备仅限于单一特定用途，并且对有问题的用水习惯的影响有限。

3、随着人们对能源消耗的环境影响的日益关注，最近人们对使用热泵技术作为提供生活热水的方式越来越感兴趣。热泵是一种将热能从热源转移到储热器的装置。尽管热泵需要电力来完成将热能从热源转移到储热器的工作，但它通常比电阻加热器(电加热元件)更有效，因为它的性能系数通常至少为3或4。这意味着在相同的用电量下，与电阻加热器相比，热泵可以为用户提供高达3或4倍的热。

4、携带热能的传热介质被称为制冷剂。来自空气(例如，室外空气，或来自房屋内热室的空气)或地源(例如，接地回路或充满水的钻孔)的热能被传递到所包含的制冷剂，例如通过热交换器。此时较高能源的制冷剂被压缩，导致其温度显着升高，并且此时的这种热制冷剂随后通过热交换器将热能交换到热水回路。在提供热水的情况下，热泵提取的热可以转移到充当热能储存器的绝热罐中的水中，并且可以在以后需要时使用热水。根据需要，加热的水可以转移到一个或更多个出口，例如水龙头、淋浴器、散热器。然而，与电阻加热器相比，热泵通常需要更多时间才能将水升至期望温度，部分原因在于热泵通常启动缓慢。

5、由于不同的家庭、工作场所和商业空间对热水的使用有不同的要求和偏好，因此需要新的热水供应方式，以使热泵成为电加热器的实用替代品。此外，为了节约能源和水，可能需要调节能源和清洁水的消耗；然而，调节公用事业消耗不能简单地限制使用量。

6、因此，期望提供用于提供热水的改进的方法和系统。

技术实现思路

1、本技术的一方面提供了一种计算机实现的方法，该计算机实现的方法用于使安装在建筑物中的供水系统进行预测性的准备，该供水系统包括被配置成将热能从周围环境传递到热能储存介质的热泵并且包括被配置成对热泵的操作进行控制的控制模块，供水系统被配置成在一个或更多个出水口处向建筑物的用户(occupant)提供通过热能储存介质而被加热的水，该方法由控制模块执行并且包括：接收用户的当前位置；基于当前位置对用户到达建筑物的预期到达时间进行估计；基于预期到达时间对建筑物的预期利用(occupancy)进行确定；以及在预期到达时间之前，启用热泵以开始将热能储存在热能储存介质中达预定时间长度，从而将热能储存在热能储存介质中。

2、根据本实施方式，控制模块能够基于用户的当前位置(例如从用户的智能手机接收到的gps信号)来估计用户预期何时到达建筑物。该信息可以以多种不同的方式被使用以例如为建筑物被利用时做好准备，例如在寒冷的天气为建筑物供暖，在炎热的天气使建筑物降温，以及提前将热储存在热能储存介质中使得可以提取储存的热能以供以后使用。与基于预设时间表(无法考虑每日、每周或一次性变化)或基于用户的手动远程启用(这可能不切实际，例如，如果用户正在开车的话)而提前使热水系统进行准备(例如以向中央供暖提供热水)的传统方法相比，基于一个或更多个用户的当前位置来确定或估计到达时间提供了对建筑物的预期利用的更准确的指示，这又使供水系统以更节能的方式运行，例如通过对热能储存介质进行预充注以使热泵能够更有效地用作水或建筑物的加热方式，但无需在不需要时不必要地运行水加热系统(例如用于中央供暖)。通过在预期利用上升之前对热能储存介质进行预充注，可以减少使用热泵作为加热水的方式的延迟，从而使热泵能够用作加热水的有效方式，上述延迟通常是由于热能储存介质需要达到一定的操作温度而引起的。

3、在一些实施方式中，该方法可以至少部分地由在控制模块上执行的第一机器学习算法mla来执行，第一mla已被训练为基于用户的当前位置来对建筑物的利用进行预测。

4、在一些实施方式中，接收用户的当前位置可以包括与先前在控制模块上注册的电子设备进行通信，该电子设备包括智能手机、平板电脑和/或卫星导航系统中的一种或更多种。

5、在这些实施方式中，用户可以在控制模块上注册一个或更多个电子设备，作为初始设置过程的一部分。例如，注册过程可以使得控制模块能够在一个或更多个电子设备试图通过通信信道与控制模块无线通信以例如传输当前位置、当前交通状况和/或预期到达时间等信息时识别出该一个或更多个电子设备。

6、在一些实施方式中，对预期到达时间进行估计可以包括从电子设备获取预期到达时间。

7、在一些实施方式中，可以基于当前位置处的当前交通状况来对预期到达时间进行估计。

8、在一些实施方式中，可以基于预期利用来设置预定时间长度，其中对于较高的预期利用，预定时间长度被设置为较长。较高的利用可能需要较多的热水，例如用于供暖和一般用途(例如洗手、淋浴)，并且为了满足对热水的较高需求，在用户预期到达建筑物之前，可以通过使热泵运行较长时间来将热能储存介质预充注至较高的工作温度。

9、在一些实施方式中，可以基于预期热水使用来设置预定时间长度，预期热水使用是利用公用事业使用模式来估计得出的，公用事业使用模式是由第二mla基于从供水系统获得的传感器数据而为供水系统建立的。在某些情况下，低利用并不意味着对热水的需求低，例如，当用户到达建筑物后频繁洗澡或在其他用户到达之前使用热水准备饭菜时。通过基于预期的热水使用对热能储存介质预充注达一时间长度，可以确保通过热泵提供充足的热水并减少例如电加热元件的使用。

10、在一些实施方式中，公用事业使用模式可以包括：关于时间、星期和/或日期的预期冷水使用；关于时间、星期和/或日期的预期热水使用；关于时间、星期和/或日期的预期能源使用；或以上各者的组合。

11、在一些实施方式中，该方法还可以包括将由热泵提取的热能的一部分转移用以将建筑物从当前室内温度加热到第一室内温度，其中预定时间长度是基于当前室内温度和第一室内温度来设置的。热泵提取的部分热能可直接用于在寒冷天气为建筑物供暖，也可通过中央供暖系统中的循环热水为建筑物在寒冷天气供暖。将建筑物加热至预设的第一室内温度所需的热能的量将取决于当前的室内温度。因此，通过根据当前室内温度和预设的第一温度对热能储存介质进行预充注达一时间长度，可以确保建筑物在用户到达时达到第一温度，同时在热能储存介质中储存足够量的能源以提供热水。

12、在一些实施方式中，预定时间长度可以由用户手动设置。

13、在一些实施方式中，可能期望热能储存介质在用户到达之前被预充注至最佳操作温度。因此，在一些实施方式中，预定时间长度可以基于热能储存介质达到最佳操作温度的时间来设置。

14、在一些实施方式中，热能储存介质达到最佳操作温度的时间可以基于热能储存介质达到最佳操作温度的多个先前时间的平均值来估计。

15、虽然在之前的多次情况下对热能储存介质进行预充注的平均时间是状况相似时所需时间长度的良好指示，但也可能存在这样的情况：例如，当天气状况突然变化时，平均时间成为不太准确的指示。因此，在一些实施方式中，热能储存介质达到最佳操作温度的时间可以由第三mla确定，该第三mla被训练为基于从供水系统获得的传感器数据来确定热能储存介质达到最佳操作温度的时间。

16、在一些实施方式中，传感器数据可包括室内温度、室外温度、热泵最后被启用的时间或其组合。

17、本技术的另一方面提供了一种包括机器可读代码的计算机可读介质，机器可读代码当由处理器执行时使得处理器执行如上所述的方法。

18、本技术的另一方面提供了一种被配置为控制供水系统的控制模块，该控制模块包括处理器，该处理器具有在其上运行的机器学习算法，该机器学习算法被训练以执行如上所述的方法。

19、在一些实施方式中，控制模块还可以包括通信接口，通信接口被配置为通过通信信道与在控制模块上注册的电子设备通信，其中，电子设备包括智能手机、平板电脑和/或卫星导航系统中的一种或更多种。

20、本技术的每个实施方式均具有上述目的和/或方面中的至少一个，但不一定具有全部。应当理解，由于试图实现上述目的而产生的本技术的一些方面可能不满足该目的和/或可能满足本文未具体叙述的其他目的。

21、本技术的实施方式的附加和/或替选特征、方面和优点将从以下描述、附图和所附权利要求中变得明显。