用于控制建筑物自动化系统的方法与流程

本发明涉及一种用于控制建筑物自动化系统的方法。

背景技术：

1、人们在室内度过他们的时间的平均大约90％。世界卫生组织承认每一个人呼吸健康的室内空气的权利，并且发布了对于空气质量的指导方针。人们在室内呼吸的空气的质量直接影响他们的健康、幸福感和生产力，并且构成健康建筑物的最重要的方面中的一个。为了保护人民，已经就室内环境质量参数的可接受范围和阈值制定了组合对于能量效率、热舒适度和改进的室内空气质量的规定的许多标准。

2、节能和室内环境质量改进是相互关联的，但是可以同时实现二者。热、吸湿和室内空气质量方面被认为影响建筑物中的幸福感和生产力，而且还影响保持适当的舒适条件的能量成本。

3、因此，这些室内环境质量参数的评估对于评定室内环境的性能和相应地调整建筑物自动化系统的控制以保持和/或改进室内环境是重要的。大多数建筑物自动化系统装置可以根据检测的温度和湿度信息自动操作，例如，当温度太高时，自动选择冷却模式，当温度太低时，自动选择加热模式，当湿度太高时，自动开启去湿模式。然而，大多数建筑物自动化系统依赖于单个传感器来采取控制动作，而该传感器仅测量温度和湿度。室内空气质量参数的其余参数，诸如颗粒物、总挥发性有机化合物和/或co2，在大多数情况下被忽略。

4、当开发用于建筑物自动化系统的新的控制方法时，至关重要的是合并来自传感器的所有的可用数据来确保具有高水平的室内空气质量的热舒适内部环境。后者在新型冠状病毒(covid-19)大流行之后吸引了更多的关注。尽管有研究已经强调了将所有的室内空气质量和热舒适参数包括在评定室内环境中的重要性，但是在关于如何使用该信息来控制建筑物自动化系统的知识上仍有空缺。

5、室内环境的质量取决于控制热舒适度和/或室内空气质量的建筑物系统的设计和操作。在保持能量成本和碳排放量低的同时提供并且保持可接受的水平是需要建筑物的设计者、所有者和用户在节能必要要求和提供舒适度之间做出适当的平衡的高能量运用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供计算评定室内环境的控制指数的方法。控制指数将考虑室内空气质量和热舒适度二者。该控制指数然后将被用于通知作为本发明的一部分开发的控制算法。考虑到关于系统操作、环境条件(户外温度、相对湿度等)、以及各种室内条件(包括但不限于，空气温度、相对湿度、颗粒物、总挥发性有机化合物、co2)的实时数据的目前的可用性，提出了控制建筑物自动化系统以确保节能和热舒适内部环境的方法。

2、该目的通过根据本公开的方法来实现。本公开还包括优选的实施例。

3、本发明涉及一种用于控制建筑物自动化系统bas的方法。所述建筑物自动化系统是可以移动、更换、冷却和/或加热空气、和/或一般地改变建筑物内部的空气的物理性质的系统。在一些实施例中，bas可以包括或者是暖通空调(hvac)系统、用于带热回收的机械通风(mvhr)的单元、加湿器、空气净化器和带过滤器的风扇。

4、在根据本发明的方法的第一步骤中，测量至少两个室内环境质量参数值。室内环境质量参数每个都描述空气的可测的物理性质。从这个意义上来说，空气的组成或空气的成分的量也可以被认为是空气的物理性质。

5、术语“室内环境质量参数值”描述对应的室内环境质量参数的测定值。

6、空气的物理性质一般来说可以例如影响人感知的舒适度和/或空气质量。因此，室内环境质量参数可以例如与个人感知的舒适度和/或空气质量有关。舒适度和空气质量从这个意义上来说可以被理解为满意度、幸福感和/或对人的健康的正面或负面影响的测度。在下面，术语“空气的质量”也将被用于以上提及的舒适度和/或空气质量。

7、在本发明的下一步骤中，对测定的室内环境质量参数值计算无量纲的室内环境质量指数。室内环境质量指数可以是数值。室内环境质量指数可以例如将对应的测定的室内环境质量参数值与由该室内环境质量参数引起的空气的质量联系起来。

8、室内环境质量指数可以优选地从对应的室内环境质量参数值计算，以使得它与空气的质量成正比或反比。优选地，室内环境质量指数使得可以将不同的室内环境质量参数相互进行比较。

9、优选地，所有的室内环境质量指数都可以具有在同一范围内的值。这可以使不同的室内环境质量可比较。

10、在根据本发明的方法的进一步的步骤中，将控制指数计算为室内环境质量指数的加权和。所述加权和优选地是每个在求和前被乘以各自的权重的所有的环境质量指数的总和。

11、控制指数可以量化空气的总质量，并且可以考虑所有的关注的室内环境质量指数。这意味着控制指数可以给予空气的总质量的测度。控制指数可以在后一步骤中被用来决定是否应采取措施来改进舒适度和/或空气质量。

12、加权和的权重可以确定每个参数对控制指数的影响，因此确定人感知的对空气质量、满意度、幸福感的总舒适度和/或对人的健康的正面或负面影响。优选地，权重是无量纲的。权重可以是大于0的数值。优选地，所有的权重的总和可以等于1。权重可以优选地使一个或一些室内环境质量参数优先于其他的室内环境质量参数。

13、优选地，从用户偏好推断加权和的权重。在一些实施例中，一个用户或多个用户可以分别对每个关注的室内环境质量参数设置每个权重。在一些实施例中，一个用户或多个用户可以提供关于他们对室内环境质量参数中的每个的重要性的优先级的输入。该信息然后可以被用于推断加权和的权重。如果室内环境质量指数可选地被计算为使得它们具有在不同范围内的值，则权重也可以被用于对此进行补偿。这样，可以使环境质量指数可比较。

14、bas应该优选地只有在通过控制指数量化的空气的总质量低时才采取措施来改变空气的物理性质。因此，根据本发明的方法进一步包括以下步骤：定义预定的上阈值指数，当控制指数低于该预定的上阈值指数时，开始控制过程；或者定义预定的下阈值指数，当控制指数高于该预定的下阈值指数时，开始控制过程。如果控制指数被计算为与空气质量成正比，则上阈值指数可以被定义为使得控制指数的更高的值指示空气的更高的质量。如果控制指数被计算为与空气质量成反比，则下阈值可以优选地被定义为使得控制指数的更低的值指示空气的更高的质量。

15、控制过程包括控制bas以使得至少一个、多个或所有的室内环境质量指数每个都在各自的第一预定范围内。可以对至少一个、多个或所有的室内环境质量指数中的每个单独地设置第一预定范围。也就是说，可以对一个室内环境质量指数设置特定的第一预定范围，可以对另一个室内环境质量参数设置另一个特定的第一预定范围，依此类推。bas优选地移动、更换、冷却、加热和/或改变空气的物理性质，以使得至少一个、多个或所有的室内环境质量指数每个在它们各自的第一预定范围内。

16、优选地，bas可以移动、更换、冷却和/或加热、或改变空气的物理性质，以使得至少一个、多个或所有的环境质量指数在它们的预定范围内。

17、根据本发明的方法可以优选地在特定的时间段内被执行多次，以便确保该时间段期间的空气质量高。所述时间段的长度、所述方法在该时间段内被执行的速率、和/或所述方法在该时间段期间被执行的次数可以是预先确定的或者由用户设置。所述方法在一段时间段内被执行的速率可以优选地是恒定的速率。可选地，所述时间段的长度可以是未定义的，并且所述方法以限定的速率被执行多次，直到用户停止执行为止。

18、在有利的实施例中，测量至少两个室内环境质量参数值可以包括以下步骤：获取时间段tm期间的所述至少两个室内环境质量参数值中的每个的时间序列，并确定所述时间序列上的质量参数值中的每个的平均值，并且将各自的平均值设置为测定的室内环境质量参数。室内环境质量参数的时间序列优选地包含在时间段tm内的不同时间点测量的至少两个测定值。优选地，以恒定的速率执行所述时间序列的测定值的测量。优选地，时间段tm的长度对于每个室内环境质量参数可以是不同的。

19、室内环境质量指数可以例如在0和100之间的范围内。当室内环境质量指数被计算为使得它与感知质量成正比时，室内环境质量指数的最高值(例如，100)可以指示最高的感知质量。在另一种情况下，当室内环境质量指数被计算为使得它与感知质量成反比时，室内环境质量指数的最低值(例如，0)可以指示最高的感知质量。

20、在一些实施例中，室内环境质量参数、室内环境质量参数值、室内环境质量指数和/或控制指数可以被显示给一个用户或多个用户。bas可以包括显示器，该显示器可以显示室内环境质量参数、室内环境质量参数值、室内环境质量指数和/或控制指数可以被显示给一个用户或多个用户。

21、在优选的实施例中，室内环境质量参数p的可能的值范围可以被划分为一个或多个质量类别qp。每个室内环境质量参数的值范围可以优选地被划分为不同数量的质量类别。每个质量类别可以通过各自的室内环境质量参数的可能的值范围的至少一个区间来定义。每个质量类别可以包括上限cqp和下限bqp。

22、测定的室内环境质量参数值ap落在质量类别qp内的表达描述ap大于该特定质量类别qp的下限bqp且小于该特定质量类别qp的上限cqp。

23、每个质量类别qp进一步包括室内质量参数指数eqp的上限和室内质量参数指数dqp的下限，室内质量参数指数eqp的上限和室内质量参数指数dqp的下限描述与质量类别qp的上限和下限相关联的空气的质量。指数eqp的上限表示比指数dqp的下限高的空气的质量。当室内环境质量指数被计算为使得它与空气的质量成正比时，eqp的数值大于dqp的数值。当室内环境质量指数被计算为使得它与空气的质量成反比时，eqp的数值小于dqp的数值。

24、室内环境质量指数kap可以优选地被计算为

25、kap＝(ap-bqp)/(cqp-bqp)*(dqp-eqp)+eqp，

26、其中bqp、cqp、dqp、eqp是ap落于其中的质量类别qp的上述限值。

27、在一些有利的实施例中，至少一个室内环境参数的每个质量类别的室内环境质量指数的上限和室内环境质量指数的下限可以是等间距的。这可以意味着差值(eqp-dqp)和(eq’p-dq’p)相等，其中，qp和q'p是相同参数p的不同的质量类别。可替代地或另外，一个质量类别的室内环境质量指数的上限可以是相邻的质量类别中的一个的室内环境质量指数的下限。

28、优选地，根据本发明的方法进一步包括以下步骤：获取一段时间段期间的室内环境质量指数中的每个的时间序列，并且计算所述时间序列上的质量指数中的每个的平均值。质量指数中的每个的这些平均值在下面被表示为平均化的室内环境质量指数。控制指数然后可以被计算为所有的平均化的室内环境质量指数的加权和。可选地，各权重可以都等于1除以平均化的室内环境质量指数的数量，以使得加权和表示所有的平均化的室内环境质量指数的均值。

29、在一些实施例中，如上所述的对每个室内环境质量参数p确定的室内环境质量指数kap可以在使用它们计算控制指数之前被进一步处理。在该处理的第一步骤中，可以获取时间段tp期间的室内环境质量指数kap中的每个的时间序列。在下一步骤中，可以将时间份额tqp确定为室内环境质量参数值ap或室内环境质量指数kap落在质量类别qp内的时间量。在进一步的处理步骤中，可以将平均值vtqp确定为在时间份额tqp期间获得的室内环境质量指数kap的时间序列的平均值。在下一步骤中，可以对每个参数计算这些平均值vtqp的加权和sp，其中各自的时间份额tqp被用作权重。sp之后可以被除以所有的时间份额tqp的总和。各自的室内环境参数p的所有的tqp的总和可以等于tp。结果可以被用作与各自的室内环境质量参数p相对应的室内环境质量指数。控制指数然后可以被计算为所有的这些室内环境质量指数的加权和。可选地，各权重可以都等于1除以这些室内环境质量指数的数量，以使得加权和表示所有这些室内环境质量指数的均值。

30、在本发明的优选实施例中，对于至少一个室内环境质量参数，一个类别的上限可以是相邻的更高的质量类别的下限，和/或对于至少一个室内环境质量参数，一个类别的上限可以是相邻的更高的质量类别的下限。

31、可选地，室内环境质量参数值中的至少一个可以是单个传感器的测定值、或相同种类的多个传感器的测定值的平均值。相同种类的传感器是能够测量相同的物理性质的传感器，即，可以获得相同的室内环境质量参数的值的传感器。优选地，测量相同的物理性质的传感器是相同类型的传感器。可选地，这些可以是不同类型的传感器，只要它们能够测量相同的物理性质即可。

32、在一些优选的实施例中，测量室内环境质量参数值的传感器中的至少一个可以优选地与控制bas的控制器进行无线通信，和/或无线地发送测定的室内环境质量参数值。

33、建筑物可以包括可以被bas单个地寻址的一个或几个热区。热区可以是建筑物的局部限制区域。如果存在多于一个的热区，则这些热区可以优选地被布置为使得它们不会强烈地相互影响。这可以意味着没有大量的空气可以在不被建筑物自动化系统输送的情况下从一个热区移动到另一个热区、和/或不同的热区相互热隔离。热区在一些情况下也可以被布置在建筑物的外部。

34、在有利的实施例中，每个室内环境质量参数可以局部限于一个热区。在这种情况下，室内环境质量参数值可以是这个局部限制的热区中的空气的各自的物理量的测定值。室内环境参数值可以利用一个或多个适当的传感器获得和/或被传送给bas。

35、可选地，环境质量指数也可以对于不同的热区、从各自的测定的室内环境质量参数值计算。优选地，控制指数因此也可以对于一个、多个或所有的热区、通过使用各自的环境质量指数来计算。控制指数在这种情况下可以提供一个、多个或所有的热区中的每个中的空气的总质量的测度。

36、在有利的实施例中，所述方法可以进一步包括以下步骤：测量与室内环境质量参数中的一个相同种类的(即，测量与室内环境质量参数中的一个相同的物理性质的)至少一个户外环境质量参数值。相同种类是指相同的物理性质。户外环境质量参数因此可以是空气的可测的物理性质。户外环境质量参数值可以是对应的户外环境质量参数的测定值。户外环境质量参数优选地可以在建筑物的外部测量，即，在户外环境中测量。室内环境质量参数可以在建筑物的内部测量，即，在室内环境中测量。

37、其中可以测量户外环境质量参数的热区可以有利地被定义为户外环境。其中可以测量室内环境质量参数的热区可以有利地被定义为室内环境。户外环境因此可以是不同于室内环境的热区。在优选的实施例中，户外环境质量参数可以在建筑物的外部测量，以使得户外环境也在建筑物的外部。可选地，户外环境质量参数可以在建筑物的内部测量，但是是在不同于室内环境参数的另一个热区中测量。

38、控制过程可以优选地进一步包括控制bas以使得在某些条件下空气从户外环境被进给到室内环境中的步骤。这可以有助于节省能量。

39、存在应优选地得到满足以使得进给空气从户外环境被进给到室内环境中的至少三个条件。首先，为了使室内环境质量参数中的至少一个保持在其第一预定范围内，可能需要附加通风。附加通风优选地意味着空气将在相应的热区中被更换、和/或被移到或移离相应的热区。

40、第二，户外环境参数中的每个优选地具有在各自的预定范围内的值。所述预定范围优选地被设置为使得将具有在这些范围内的参数的空气进给到室内环境中不会破坏室内环境中的空气质量。

41、第三个要求是与户外环境参数相同种类的室内环境质量参数也应优选地在相同的各自的预定范围内。

42、优选的，所述至少两个室内环境参数和所述至少一个户外环境参数选自包括以下项的组：空气温度、相对湿度、总挥发性有机化合物、二氧化碳和颗粒物(如例如具有小于2.5微米的直径的颗粒物(pm2.5)、或具有小于10微米的直径的颗粒物(pm 10))。