使用恒温器数据的HVAC故障检测的系统的制作方法

本文所公开的主题大体上涉及加热、通风和空调(hvac)系统，并且更具体地涉及一种用于监测hvac系统的控制系统的设备和方法。

常规的hvac系统经常设计有足够的容量额限，以便在峰值加热或冷却负荷条件下操作时维持封闭区域中的舒适度。然而，当前的系统不能够预测容量何时可能降低至hvac系统不能够维持封闭区域中的舒适度的点。

技术实现要素：

根据一个实施方案，提供一种操作加热、通风和空调(hvac)分析系统的方法。所述方法包括：获得hvac单元的hvac数据；获得所述hvac单元的hvac单元特征；响应于所述hvac数据和所述hvac单元特征来确定hvac单元的性能参数；响应于所述性能参数来识别所述hvac单元的一个或多个系统模型；响应于所述一个或多个系统模型、所述hvac数据和所述hvac单元特征来确定一个或多个hvac性能指数；响应于所述一个或多个性能指数来生成hvac性能报告；以及向用户装置传输所述hvac性能报告。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：当所述一个或多个性能指数中的至少一个处于所选范围以外时，激活报警器。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述一个或多个hvac性能指数包括室内空气温度速率。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述hvac性能报告包括所选时间段内的所述室内空气温度速率。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述一个或多个系统模型包括系统静态模型和系统动态模型中的至少一个。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述一个或多个hvac性能指数包括可用容量比(car)、舒适度室外空气温度(oat)限度、室内空气温度速率(iatr)、以及iat限度中的至少一个。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述hvac数据包括由hvac单元产生的iatr、接近hvac单元的oat和hvac单元的运行时间中的至少一个。

根据一个实施方案，提供一种加热、通风和空调(hvac)分析系统。所述hvac分析系统包括：hvac系统，其包括hvac单元和被配置来向靶向区域递送调节的空气的控制器；hvac分析引擎，其与所述hvac系统进行电子通信。所述hvac分析引擎包括处理器和存储器，并且被配置来：获得hvac数据；获得所述hvac单元的hvac单元特征；响应于所述hvac数据和所述hvac单元特征来确定所述hvac单元的性能参数；响应于所述性能参数来识别所述hvac单元的一个或多个系统模型；响应于所述一个或多个系统模型、所述hvac数据和所述hvac单元特征来确定一个或多个hvac性能指数；响应于所述一个或多个性能指数来生成hvac性能报告；以及向用户装置传输所述hvac性能报告。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述hvac分析引擎还被配置来：当所述一个或多个性能指数中的至少一个处于所选范围以外时，激活报警器。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述一个或多个hvac性能指数包括室内空气温度速率。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述hvac性能报告包括所选时间段内的所述室内空气温度速率。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述一个或多个系统模型包括系统静态模型和系统动态模型中的至少一个。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述一个或多个hvac性能指数包括可用容量比(car)、舒适度室外空气温度(oat)限度、室内空气温度速率(iatr)、以及iat限度中的至少一个。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述hvac数据包括由所述hvac单元产生的iatr、接近hvac单元的oat和所述hvac单元的运行时间中的至少一个。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述hvac分析引擎是单独的并且与所述hvac单元分开，并且所述hvac分析引擎通过无线通信网络进行电子通信。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述hvac分析引擎嵌入在所述hvac单元和与所述hvac单元进行通信的控制器中的至少一个内。

根据另一个实施方案，提供一种有形地体现在计算机可读介质上的计算程序产品。所述计算机程序产品包括当由处理器执行时致使所述处理器进行操作的指令，所述操作包括：获得hvac单元的hvac数据；获得所述hvac单元的hvac单元特征；响应于所述hvac数据和所述hvac单元特征来确定hvac单元的性能参数；响应于所述性能参数来识别所述hvac单元的一个或多个系统模型；响应于所述一个或多个系统模型、所述hvac数据和所述hvac单元特征来确定一个或多个hvac性能指数；响应于所述一个或多个性能指数来生成hvac性能报告；以及向用户装置传输所述hvac性能报告。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述操作还包括：当所述一个或多个性能指数中的至少一个处于所选范围以外时，激活报警器。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述一个或多个hvac性能指数包括室内空气温度速率。

除以上所述的特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可包括：所述hvac性能报告包括所选时间段内的所述室内空气温度速率。

本公开的实施方案的技术效果包括响应于所述室内空气温度的变化速率来利用hvac单元的预测容量损失。

除非另外明确地指示，否则前述特征和元件可非排他性地组合成各种组合。根据以下描述和附图，这些特征和元件及其操作将变得更显而易见。然而，应理解，以下描述和附图意图在本质上是展示性和示例性的并且是非限制性的。

附图说明

被认为是本公开的主题在本说明书完结处的权利要求书中具体地指出并且明确地要求保护。本公开的前述和其他特征和优点根据以下结合附图进行的详细描述是显而易见的，在附图中：

以下描述不应视为以任何方式进行限制。参考附图，相似的元件的编号相同：

图1示出根据本公开的实施方案的基于网络的hvac系统；

图2示出根据本公开的实施方案的hvac分析引擎；并且

图3是示出根据本公开的实施方案的操作hvac分析引擎的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，本文通过举例而非限制的方式呈现所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。

常规的hvac控制系统通常仅监测建筑物或房屋中的一个或多个房间的温度来根据由用户设定的靶标温度设定点值操作hvac单元。然而，各种未知的系统故障可能导致实际hvac性能的退化。

在房主开始意识到舒适度问题之前进行hvac系统的早期故障检测可为房主和经销商服务人员提供重要性。通常，房主在温和天气季节期间可能并不清楚其hvac系统的性能问题。hvac系统可能由于各种hvac问题已经在房主并不知情的情况下较差运行，所述各种hvac问题包括但不限于制冷剂泄漏、装备尺寸不当、房屋外壳渗漏等。一旦hvac问题变得严重并且/或者峰值负荷条件存在(炎热夏天和/或寒冷冬天)，就可能出现舒适度问题。一旦峰值条件存在，房主就可能由于hvac经销商/承包商服务呼叫数量增加而难以使其hvac单元受到服务。

本公开的各种非限制性实施方案提供一种hvac分析引擎，其被配置来自动分析历史hvac操作数据并且在任何舒适度问题之前检测hvac故障并且然后向服务经销商报告hvac故障。hvac分析引擎分析历史hvac操作数据并且与经销商(和/或房主)交互，以支持经销商的服务建议并且提供hvac装备的更有效且多产的服务。故障检测系统可提供hvac系统性能的实时信息，当发生性能退化时生成警报。以上的所有可帮助经销商甚至在房主进行服务呼叫之前向房主提供快速反应。

现在参考图1，框图示出根据一个或多个非限制性实施方案的hvac网络200。hvac网络200与包括一个或多个hvac单元202的hvac系统201进行电子通信。虽然示出单个hvac单元202，但是应理解，hvac系统201可包括额外的hvac单元。例如，hvac单元202可包括在一组hvac单元中。hvac组可包括定位在建筑物或房屋的不同区域处或甚至不同家庭中的额外的hvac单元(未示出)。

hvac单元202与计算系统100进行电子通信。计算系统100可安装在hvac系统201中，或当安装在单独的服务器212或用户装置210上时通过计算网络206无线连接到hvac系统。计算系统100包括存储器102和电子硬件处理器或控制器106。存储器102存储可由控制器106执行的各种指令算法。存储器102还可存储设定操作调度、hvac单元特征354和从hvac单元202获得的历史hvac数据352(参见图2)。

hvac单元202与控制器106例如像数字恒温器的进行电子通信。虽然示出一个控制器106，但是应理解，多个控制器可远离彼此定位。每个控制器106可控制hvac单元202。控制器106可执行各种功能，包括但不限于打开和关闭hvac单元202、选择hvac单元202的模式(例如，加热模式、冷却模式等)、设定在其下操作hvac单元202的所需室温、以及设定在其下操作hvac单元202的操作调度。控制器106包括数字恒温器，其例如被配置来控制hvac单元202的操作。控制器106还与被配置来检测和监测各种条件例如像室温和湿度的一个或多个传感器进行电子通信。以这种方式，控制器106可主动控制hvac单元202以实现和/或维持室温设定点值和/或根据操作调度进行设定。控制器106还被配置来监测hvac单元202的操作。以这种方式，控制器106可基于为实现并维持靶标温度设定点而产生的调节的空气来生成操作hvac数据352(参见图2)。所述操作数据包括但不限于关于一天的时间的hvac单元开始时间、停止时间、运行持续时间、以及温度设定。

控制器106可通过一个或多个输入/输出(i/o)装置108与存储器102进行电通信。在一些实施方案中，i/o装置108可包括键盘或键区、触摸屏或触摸面板、显示屏、麦克风、扬声器、鼠标、按钮、遥控器、操纵杆、打印机、电话或移动装置(例如智能电话)、传感器诸如温度、压力和占用率等中的一个或多个。i/o装置108可被配置来提供接口诸如恒温器接口例如以允许用户与计算系统100交互。

计算系统100还包括能够与网络206进行通信的网络接口110。网络206可实现为本地站点网络数据网络、计算机网络、电话网络、云计算网络等。网络接口110包括根据与网络206建立有线和/或无线通信的网络协议(例如，wi-fi、以太网、卫星、电缆通信等)进行操作的任何通信装置(例如，调制解调器、无线网络适配器等)。网络206可与一个或多个电子用户装置210和各种服务器212进行电子通信。例如，天气数据370(参见图2)可通过网络206从各种服务器212获得。

用户装置210包括但不限于台式计算机、膝上型计算机和移动装置(例如，蜂窝电话、智能电话、智能可佩戴装置等)。用户装置210还包括显示单元，其可显示hvac性能报告320(参见图2)。在一些实施方案中，控制器106可通过网络206与用户装置210进行通信。在一些实施方案中，控制器106可直接与用户装置210进行通信。例如，控制器106可能够通过短程通信协议例如像蓝牙直接与用户装置210进行通信。

现在转到图2并继续参考图1，示出根据非限制性实施方案的hvac分析系统300。hvac分析系统300包括hvac系统201，其与采用hvac分析引擎306的计算网络206进行电子通信。计算网络206可包括基于云的网络，并且hvac分析引擎306可以是安装在云网络206中的基于云的hvac分析引擎306，其包括处理器和存储器。hvac分析引擎306还可本地地存储，例如在本地控制器106(例如，hvac系统201的数字恒温器)中实现。计算网络206和hvac分析引擎306还可与一个或多个用户装置210进行电子通信。

在至少一个实施方案中，hvac系统201向hvac分析引擎306发送hvac数据352和hvac单元特征354。hvac单元特征354包括hvac单元202的类型、hvac单元202的性能分级数据(例如，性能分级最大分级的输出性能/单位消耗的能量)、待加热/冷却的靶标区域(即，房间)、总hvac单元202的数量/靶向区域、冷却容量、加热容量、以及hvac系统201的地理位置。hvac单元特征354还可包括更新的hvac装备信息，其可指示新的hvac单元202是否已安装在hvac系统201中。

hvac分析引擎306包括hvac数据处理模块310、hvac数据学习模块312、hvac健康性能指数计算模块314、以及hvac报告模块316。hvac数据处理模块310、hvac数据学习模块312、hvac健康性能指数计算模块314、以及hvac报告模块316中的任一个可构造为电子硬件控制器，其包括存储器和被配置来执行存储在存储器中的算法和/或计算机可读程序指令的处理器。

hvac数据处理模块310被配置来预处理来自控制器106的原始hvac数据352，以便从数据提取精华(即，有用信息)并且去除杂质(即，数据噪音和无用信息数据)。原始hvac数据352可包括hvac信息例如像室外空气温度(oat)、室内空气温度(iat)、hvac设定点、用户输入、hvac系统201的地理位置、hvac单元运行时间、功率使用(例如，kw/小时)、冷却容量(例如，kw/小时)、气体使用(例如，kw/小时)、加热容量例如(kw/小时)、设定温度/小时、以及实际室温/小时。当从hvac数据352观察到严重故障诸如呈两个非限制性实例的室内舒适度问题或hvac意外关闭时，hvac分析引擎306可执行从hvac数据处理模块310到hvac报告模块316的第一环路。hvac分析引擎306可执行从hvac数据处理模块310到hvac数据学习模块312、hvac健康性能指数计算模块314和hvac报告模块316的第二环路。

hvac数据学习模块312被配置来基于具有需要针对来自hvac数据处理模块310的hvac数据352进行识别和校准的性能参数的定义系统模型(即，公式)来确定(即，学习)动态系统行为和/或静态系统行为。如在等式1和等式2中看到的，性能参数可包括a1、a2、a3、a3、b、以及c，其在以下进一步进行讨论。

hvac数据学习模块312的输出是识别/校准的系统模型。当发生可反映在系统模型中的性能参数中的故障时，系统行为可改变。系统模型可包括系统动态模型(参见等式1)和系统静态模型(参见等式2)。系统动态模型(参见等式1)在较短时间段内(例如，5分钟)捕获系统行为，而系统静态模型(参见等式2)在较长时间段内捕获系统行为(例如，平均行为/天)。

iart(t)＝a1·(iat-oat)+a2·cap(t)+a3·cap(t-1)+a4·iatr(t-1+c[等式1]

cap＝a·(iat-oat)+b[等式2]

等式1所示的系统动态模型计算室内空气温度变化速率(iatr)，它是hvac单元202的性能的指示物。如果hvac系统201发生某一容量相关故障，hvac系统201不能够提供如平常那样多的容量，则iatr将接近0或甚至反转，从而导致室内温度舒适度失去控制。在冷却模式中，iatr从负值走向0或甚至变为正值(不能维持室内温度)。在加热模式中，iatr从正值走向0或甚至变为负值。iatr计算中涉及的性能参数包括室内空气温度(iat)、室外空气温度(oat)、hvac系统的容量(cap)、时间(t)、a1、a2、a3、a3、以及c。参数a1是iat和oat的差值对于iatr的影响。参数a2和a3是容量对于iatr的影响，并且容量与iatr之间的时间延迟考虑在内。参数c是所有其他因素诸如太阳、内部负荷、人类活动等的总体影响。等式2所示的系统静态模型计算cap。cap计算中涉及的变量包括室内空气温度(iat)、室外空气温度(oat)、a以及b。参数a是iat与oat之间的差值对于房屋负荷的影响，并且参数c是所有其他因素诸如太阳、内部负荷、人类活动等的影响。

hvac健康性能指数计算模块314被配置来使用通过hvac数据学习模块312识别/校准的系统模型来计算定义的标准条件下的hvac性能指数。表示hvac健康状态的hvac性能指数包括：可用容量比(car)(参见等式3)；舒适度oat限度(参见等式4)；iatr(参见等式5)；以及iat限度(参见等式6)。

caphvac图(iat标准，oat限度)＝a·(iat标准-oat限度)+b[等式4]

iatr标准＝(a2+a3)·caphvac图(iat标准，oat标准)[等式5]

caphvac图(iat限度，oat标准)＝a·(iat限度-oat标准)+b[等式6]

等式3的car是hvac可用容量相对于针对舒适度的靶标区域所需容量的比率。等式3计算在定义的标准条件下hvac可用容量与靶标区域负荷的比率，其表示与靶标区域负荷相比hvac系统201具有的过量容量的量(例如，car＝1意指零过量容量，并且car＝1.2意指20％过量容量)。

等式4的舒适度oat限度是hvac系统201可维持室内设定点的最小/最大oat。等式4是计算高于/低于舒适度oat限度的隐式表达，其确定在冷却/加热模式过程中是否存在室内舒适度问题。等式5的iatr是hvac系统201能够降低/升高iat的速度。等式5计算在定义的标准条件下的iatr。等式6的iat限度是在内部空间内hvac系统201能够冷却/加热至的最小/最大iat。等式6是计算iat限度的隐式表达，其意指在定义的室外条件下使用完全hvac容量可实现的iat。

hvac报告模块316还被配置来响应于由hvac健康性能指数计算模块314计算的性能指数来生成一个或多个hvac性能报告320。如果所计算的性能指数和/或变化速率中的至少一个触发某一阈值，则hvac报告模块316也生成并且向用户装置210传输hvac性能报告320。用户装置210还包括显示单元，其可显示hvac性能报告320。hvac性能报告320可帮助支持经销商关于hvac服务的决定。如果所计算的性能指数和/或变化速率中的至少一个处于所选范围以外，则hvac报告模块316生成警报。

在图2所示的实施例中，iatr显示hvac系统201在2016年中夏期间经历从初始基线的大于20％的容量损失，因此可生成hvac性能报告320并且传输至用户装置210以便警告经销商hvac系统201可能需要预先检查。可生成警报以引起对hvac系统201的iatr预测容量损失的关注。

hvac报告模块316还被配置来生成一个或多个hvac性能报告320。hvac性能报告可在各种图形展示中描绘iatr值和car值。在每个展示中，iatr是hvac系统201的“性能”的量度，并且car是hvac系统201的“能力”的量度。hvac报告模块316随时间追踪hvac性能指数，并且如果hvac性能指数超过定义的阈值则触发标记。如果在一段时间段内触发多个标记，则生成警报。

现在也参考图3并继续参考图1-图2。图3示出展示根据本公开的实施方案的操作hvac分析系统300的方法400的流程图。如上所述，hvac分析系统300可以是基于云的系统，并且/或者hvac分析系统300可并入到hvac系统201的控制器106中。

在方框402处，获得hvac系统201的hvac数据352。hvac数据352可从hvac控制器106获得，并且可实时传达到hvac分析引擎306，和/或可响应于hvac分析引擎306发送的数据请求进行递送。hvac数据353包括例如oat、iat、hvac设定点、用户输入、地理位置、hvac单元运行时间、设定温度/小时、以及实际室温/小时。如果hvac系统201的类型(空气调节器、燃气炉、电加热器、热泵、地热等)不可从hvac控制器获得，则用户输入可包括此信息。

在方框404处，获得hvac系统201的hvac单元特征354。hvac单元特征354可从hvac控制器106获得，并且可实时传达到hvac分析引擎306，和/或可响应于hvac分析引擎306发送的数据请求进行递送。在另一个实施方案中，hvac单元特征354可从单独的服务器212获得(例如，服务器212被配置来存储每个hvac系统201的hvac单元特征354)，并且可实时传达到hvac分析引擎306，和/或可响应于hvac分析引擎306发送的数据请求进行递送。

在方框406处，响应于hvac数据352和hvac单元特征354针对系统模型(例如，公式1-2)和hvac性能指数(例如，公式3-6)确定(即，学习)性能参数。在方框408处，可响应于在方框406中确定的性能参数来识别/校准hvac系统201的系统模型。在方框410处，使用在方框408处识别/校准的系统模型、hvac数据352和hvac单元特征354在定义的标准条件下计算hvac性能指数(例如，公式3-6)。

在方框412处，响应于hvac性能指数生成一个或多个hvac性能报告320。hvac性能报告320包括随时间预测hvac系统201的性能的各种分析数据。在方框414处，hvac性能报告320传输到与计算网络进行电子通信的用户装置210。报告可通过用户装置210显示，使得用户(例如，经销商、维护员、或房主)能够监测hvac系统201的操作性能。

虽然以上描述已经以特定顺序描述了图3的流程过程，但是应理解，除非在所附权利要求书中另外特别要求，否则步骤顺序可改变。

如本文所用，术语“模块”或“单元”可指代专用集成电路(asic)、电子电路、微处理器、执行一个或多个软件或固件程序的计算机处理器(共用、专用或组)和存储器、组合逻辑电路、包括各种输入端和输出端的微控制器、和/或提供所描述的功能的其他合适的部件。所述模块被配置来执行各种算法、变换和/或逻辑过程来生成控制部件或系统的一个或多个信号。当在软件中实现时，模块可在存储器中体现为处理电路(例如，微处理器)可读的非暂时性机器可读存储介质和用于由处理电路执行以用于执行方法的存储指令。控制器指代电子硬件控制器，其包括能够存储算法、逻辑或计算机可执行指令的存储单元并且包含翻译和执行指令所需要的电路。

如上所述，实施方案可呈处理器实现过程和用于实践这些过程的装置(诸如处理器)的形式。实施方案还可呈包含体现在有形介质中的指令的计算机程序代码的形式，所述有形介质诸如网络云存储、sd卡、快闪驱动器、软盘、cdrom、硬盘驱动器或任何其他计算机可读存储介质，其中当计算机程序代码被加载到计算机中并由其执行时，所述计算机成为实践实施方案的装置。实施方案还可呈计算机程序代码的形式，例如，不管所述计算机程序代码存储在存储介质中、加载到计算机中/或由其执行，或者通过某种传输介质传输、加载到计算机中和/或由其执行，或者通过某种传输介质诸如通过电线或电缆、通过光纤或通过电磁辐射传输，其中当计算机程序代码被加载到计算机中并由其执行时，所述计算机成为实践实施方案的装置。当在通用微处理器上实现时，计算机程序代码段配置所述微处理器以产生特定的逻辑电路。

术语“约”意图包括基于提交申请时可用的装备的与测量特定的量相关联的误差的度。例如，“约”可包括给定值的±8％或5％或2％的范围。

本文所用的术语仅出于描述特定实施方案的目的并且不意图限制本公开。如本文所用，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”意图也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。还应理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时，规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或更个其他特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或其群组的存在或增加。

虽然已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可作出各种改变，并且其元件可替换成等效物。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教义。因此，意图本公开不限于作为用于实施本公开所涵盖的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。