针对用于建筑物中加热系统的温度控制单元的改善的制作方法

针对用于建筑物中加热系统的温度控制单元的改善的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于建筑物的加热控制单元。控制系统包括由锅炉供应的热交换器；用于循环加热流体的回路，该回路包括混合阀、散热器、返回回路和控制电路，其中该控制电路接收室内和室外状况的信息，以便控制混合阀。该控制单元包括装置，用于预测和优化建筑物的用户所需的加热，并且用于以可能的经修正的室外温度的信息提供所述控制电路，从而调整加热系统的参数以满足用于需求并且使功率消耗最小化。
【专利说明】针对用于建筑物中加热系统的温度控制单元的改善

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于建筑物的加热控制系统或者运行神经网络建立的结构，或等 价物，以便执行预测功能和旨在学习建筑物的行为、气象功能和/或用户舒适度的功能。

【背景技术】
[0002] 这样的加热控制系统已在欧洲专利EP 098003481中被描述。现有技术的这种系 统已被设计用于开发，基于由内部以及外部传感器通过神经网络提供的各种类型的信息， 设定点温度被应用于常规加热系统的控制块。在常规加热系统中，这样的设定点温度与加 热电路的输入温度进行比较，并且该差被用于控制调整供应至所述加热电路的传热流体的 温度的混合阀。
[0003] 根据现有技术的系统考虑如下因素，如外部环境、建筑物的热行为和/或用户舒 适度以及它们的预测性的演变，以便优化供应到加热系统安装的能量；此能量依赖于输入 流体的温度和返回流体的温度之间的差。然而，用于优化有待供应的能量的这样的想法具 有不良的缺点或者甚至根本不适用于利用诸如在散热器上的恒温阀的加热系统安装。事实 上，如果关闭所有的恒温阀，供应给定量的能量是没有意义的，因为这种能量不能被消耗。 因此，这样接着可能难以控制加热系统的漂移。
[0004] 现有技术中描述的系统的另一个缺点是其安装需要适应现有常规系统，且因此， 在一个方面，需要专业技术人员的干预，另一个方面，增加安装的总成本。


【发明内容】

[0005] 本发明的目标是用于建筑物的加热控制系统，该系统旨在克服上述本文以上所提 到的缺点。
[0006] 本发明的目标是用于建筑物的加热控制系统，该系统可与常规加热系统一起使 用，包括那些利用恒温阀的系统。
[0007] 本发明的另一个目的是加热控制系统，在其安装期间不需要在现场安装的常规系 统的显著修改。
[0008] 本发明的另一个目的是加热控制系统，其可以很容易地断开，以便只运行常规系 统安装。
[0009] 本发明的另一个目的是加热控制系统，其可以经由来自远程站点的互联网连接运 转。
[0010] 因此，本发明的对象涉及用于建筑物的加热控制系统，其包括：用于预测气候条件 的装置；用于预测建筑物内的内部温度的装置；用于产生与该建筑物用户的舒适度相关的 信息变量的装置；用于优化供应给加热电路的传热流体的初始流温度的装置和用于确定修 正的外部温度的装置。
[0011] 根据本发明的一个性能特征，所述修正的外部温度提供给所述控制电路，该控制 电路控制替代用于混合加热系统的输入电路的混合阀并代替外部温度的值。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 根据阅读实施本发明的示例的以下描述，本发明的其它性能特征和优点将变得更 加明显；所述描述仅仅被提供用于说明目的且与附图有关，其中：
[0013] 图1示出用于建筑物的常规加热系统安装的示意图；
[0014] 图2示出根据本发明的加热系统安装的一般框图，该加热系统包括用于确定修正 的外部温度的系统；
[0015] 图3示出用于确定修正的外部温度的所述系统的详细图示；以及 [0016] 图4示出由用户使用的控制面板的例子。

【具体实施方式】
[0017] 在图1中，已经示意性地示出了建筑物的常规加热控制系统。传热流体（例如水） 的网络由粗线表示，而信息网络用细线表示。由锅炉1加热的水被送到混合阀3,其输出供 给散热器4。回水（return water)在散热器中循环后，返回到锅炉1和到混合阀3。由混合 阀摄取的回水量的比例通过从控制块2发送的指令来确定。基于信息和诸如由外部温度传 感器6和内部温度传感器7所提供的那些读数、以及与系统本身、建筑物以及其他由安装者 定义的内部参数（例如，加热曲线等）相关的其它信息，后者产生控制信号。泵（未示出） 可以是输入电路的一部分，并且可以由所述控制电路进行控制。还表示用于供应电能至控 制块2的电源电路5。
[0018] 图2示意性地示出了根据本发明的原理的控制系统。正如前面提到的，该控制系 统被添加到常规系统中，如图1所示的一个系统。因此，该一个系统包括锅炉1、控制块2、 混合阀3、热扩散装置或散热器4、电源供应单元5以及分别用于外部温度和内部温度的传 感器6和7。除了常规系统中的部件，还有控制单元8、以及连接到电源供应单元5的其自 身的电源12、输入流体温度传感器9、存在检测器10和太阳光传感器11。当本发明的控制 系统是活跃时，在控制单元8的控制下操作的开关11，12分别确保断开温度传感器6和7 与控制块2之间连接的能力。在这种情况下，传感器6和7的输出60和70,以及那些太阳 光传感器11的输出110,存在检测器10的输出100和输入流体温度传感器9的输出90被 应用于控制单元8。控制单元8的输出80经由开关13 (也由控制单元8控制）应用于最初 连接到外部温度传感器6的控制块2的输入Tem。然而，应当理解，这取决于现有的安装，有 时可能需要以等价的传感器（未示出）来代替常规系统安装的外部温度传感器和内部温度 传感器，该等价的传感器不管怎样可与控制装置8兼容。
[0019] 根据本发明，基于接收到的信息和读数，控制单元8产生用于应用于控制块2的输 入的修正的外部温度Tem的信号，其通常连接到外部温度传感器的输出。控制块2准确地 起作用当它好像已经收到了外部温度的值，而实际上它接收由控制单元8修正的值，如结 合图3所说明的。因此，如在上述现有技术的控制系统的情况下，不再存在需要用于确定有 待提供至系统的能量的量，因此，在加热系统中，由于恒温阀的使用故障不再危险。
[0020] 此外，图2示出了根据本发明的连接至常规加热系统安装的而无需常规加热系统 改变的系统。一方面，其后果是显而易见的降低安装成本，并且另一方面，根据本发明的用 于与它的维护或其它方面相关的原因更易于关闭系统。在该情况下，温度传感器6和7必 须改变以便与控制单元8兼容，然后，开关11和12以一种方式被安装，以便断开旧的传感 器并在其位置上连接新的传感器（未示出）。此外，如果控制单元8断开（开关13打开）， 开关11和12自动地以一种方式重新连接传感器6和7至控制块2,使得后者恢复到它原先 的正常运行。如果如上面先前所指出的，传感器6和7已经改变，以便与控制单元8兼容， 后者的断开导致以前的温度传感器6和7借助于开关11和12的相应调整重新连接至控制 块2。
[0021] 图3示出了根据本发明的具体方式中的控制单元8。该控制单元包括两个神经网 络21和22的组件20,用于确定设定点温度的块30,用于确定修正的外部温度的电路50和 用于确定舒适温度的电路40。可选地，控制单元可以包括用于计算太阳光的预测值的计算 块25。
[0022] 神经网络21和22以分别来自于外部温度传感器6和太阳光传感器11的信号60 和110为基础，确定外部温度的预测值（输出201)和太阳光的预测值（输出202)的向量。 如在现有技术的上述文件中描述的神经网络21和22的功能。对于电路25也是一样的，基 于由连接60上的外部温度传感器提供的值和由气象服务提供的与太阳光有关的信息并应 用于输入120,电路25可以提供太阳光的预测值的向量。当电路25被提供时，其输出向量 应用于连接202到块30。此块30包括神经网络31和用于优化初始流温度的优化电路32。 神经网络31接收块20 (电路25的最终输出）的输出向量，连接301上的内部温度（或环 境温度）的值，以及电路32的输出和它自己的输出作为输入。
[0023] 神经网络31，其中该操作类似于以上引用的现有技术专利所公开的操作，表示建 筑物的热模型，并且它的输出为代表在给定时间间隔期间（例如，在随后的六个小时期间） 的预测的内部温度的向量。因此，网络31的第一输出值对应于环境温度值，并且随后输出 值也将依赖于预测的内部温度的过去值。
[0024] 电路32在其输出320处确定并提供优化的初始流温度。如前面所指出的，其输出 向量循回至神经网络31的输入，以便网络31的输出最接近于由电路40在其输出401处提 供的舒适温度向量的值，而对于电路32具有尽可能低的输出值。用于确定舒适温度的电路 40接收用户所希望的的温度值（输入90)，存在/不存在后者的指示（该指示可以以前一时 期的历史数据组为基础建立存在预测的向量形式存在），开窗的指示或任何其它类似舒适 (例如，舒适或经济的模式）的指示作为输入。构成期望的舒适温度的值的电路40的输出 信息很明显取决于所有的输入值。因此，应当理解，如果用户不存在，如果窗口打开或如果 选择的模式是经济模式，输出信息401的值可以相应地减小。用于确定修正的外部温度的 所谓的确定块50接收连接320上优化的初始流温度和连接501上测量的流温度作为输入， 并且块50通过连接80提供给块2信号，以修正外部温度值。块50可以为被称为PID("比 例积分微分"）控制器的类型，或者等效物，它表示控制部件，该控制部件确保执行闭环控制 的能力。其输入之间的差别越大，其输出信号将越大。
[0025] 图4示出了由用户使用的控制面板的例子。它包括用于调节设定点温度的按钮 13,打开/关闭开关14,用于开启舒适或经济模式的接合开关15,用于指示加热系统安装的 正确操作的指示灯16,用于指示操作故障的指示灯17和用于显示错误代码（参考提供给 用户或负责该系统的安装的专门的技术人员的手册）的显示屏18。开关14控制本发明的 系统安装的打开或关闭（短路）。开关15确保用户选择所期望的系统运行模式。该信息 被发送到电路40用于确定舒适温度，以及发送到电路32用于优化初始流温度。电路40的 该信息的效果已经被说明。关于电路32,应该提到的是，如果"舒适"位置被选择，电路32 将在优先基础上使其两个输出之间的差别最小化（也就是说，网络31的输出值尽可能接近 电路40的输出值），且如果"经济"位置被选择，那么电路32将在优先基础上使其输出值最 小化。按钮13提供采取行动的能力，以提高或降低设定点温度的值；该动作被传递到电路 40，用于确定舒适温度。
[0026] 根据本发明的有利变体，控制单元在远程站点被实施并且用户的加热系统安装配 备有能够（例如，经由互联网）发送所需信息和读数（即：内部和外部温度、流水温度、太阳 光的水平、用户的存在、设定点温度等）和接收与由远程站点上的控制单元所确定的修正 的外部温度相关的信息的调制解调器。另外，传送到加热系统安装的信息将是涉及优化的 初始流温度的信息（即，在输出320上的信息）。这样的安排对已经配备有IT装置的大型 安装和设备特别有利。
[0027] 此外，应当注意的是，远程连接还提供了更新根据本发明的控制系统的能力。
[0028] 已经参考实施例的特定示例进行了以上描述。然而，显而易见的是，本发明可以根 据定义的需要来配置，但是不脱离其范围。此外，虽然已经通过使用水作为热传递流体以及 指示使用散热器作为热分配器的常规应用进行了介绍，尽管如此，显而易见的是，本发明也 可应用在以地板加热或甚至以其它液体或介质（例如，空气）的建筑物中。
【权利要求】
1. 一种通过使用由锅炉加热的传热流体用于建筑物的加热系统安装中的温度控制系 统，其包括：输入流体电路、散热器、流体返回电路、为了馈送所述输入流体电路混合返回流 体和来自所述锅炉的流体的混合阀、和用于控制所述混合阀以某一方式起作用以便所述输 入流体的温度到设定点温度的控制装置，并且还包含：用于预测气候状况的第一装置、用于 预测所述建筑物内的内部温度的第二装置、以及用于为所述建筑物的用户产生舒适温度的 第三装置，特征在于其包括： 用于基于通过所述第二装置（31)和所述第三装置（40)所提供的信息优化初始流温度 的第四装置（32)，和 用于确定修正的外部温度的电路（50)，该电路基于所述第四装置（32)的输出和所述 返回流体（501)的温度为所述控制电路（2)提供对应于修正的外部温度（Tem)值的信息。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一装置（20)接收对应于外部温度 (60)的读数和太阳光（110)的读数的信息并且提供第一外部温度向量（201)和第二太阳光 向量的k个分量，所述k个分量代表用于所述外部温度和太阳光的k个将来基本周期的预 测。
3. 根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述第一装置（20)包括产生输入值 的线性组合的神经网络，所述输入值中的每一个被分配加权系数，从而可能通过调整装置 被校正作为预测值和实际值的函数。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的控制系统，其特征在于：所述第二装置（31)接 收与外部条件（201，202)的预测相关的所述信息和读数、内部温度值（301)、其自身输出信 息、以及所述第四装置（32)的输出信息作为输入。
5. 根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述第二装置（31)包括产生输入值 的线性组合的神经网络，所述输入值中的每一个被分配加权系数，从而可能通过所述调整 装置被校正作为所述预测值和所述实际值的函数。
6. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：用于所述确定修正的外部温度的所 述电路（50)是PID类型的控制电路。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的控制系统，其特征在于：所述第三装置（40)接 收对应于所述建筑物的所述用户所期望的温度的值（90)、指示所述用户的存在的值和/或 指示操作模式的值和开窗的信息。
8. 根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于：所述第三装置（40)提供能够考虑与 用户相关的之前历史数据的学习功能。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其特征在于：所述第一装置（20)、第 二装置（31)、第三装置（40)和第四装置（32)和用于确定所述修正的外部温度的所述电路 (50)在远程站点处被实施，该远程站点经由互联网联接连接到所述建筑物的所述加热系 统。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其特征在于：所述散热器被安装在 所述建筑物的地板中。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其特征在于：所述传热流体介质为 空气。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的控制系统，其特征在于：该控制系统可以连接 到常规的现有系统安装，而没有对后者进行修正。
【文档编号】G05D23/19GK104220948SQ201280069451
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2012年12月24日 优先权日:2012年1月12日
【发明者】D·林德勒夫, A·吉耶曼, S·马利克 申请人:纽贝特公司