Устройство и способ для управления уровнями характеристик искусственного микроклимата в помещении

 

Устройство и способ предназначены для управления работой оборудования в системах нагрева, вентиляции и воздушного кондиционирования по управлению искусственным микроклиматом. Пользователь может задавать пользовательскую контрольную точку. Система определяет, присутствуют ли в помещении люди в любое данное время, и если да, поддерживает температуру на пользовательской контрольной точке в пределах заранее заданных разрешенных границ. Если в помещении нет людей, а температура дрейфует за пределы разрешенных границ, то система разрешает температуре дрейфовать до той из максимально разрешенных границ или до заново определенной границы, которая меньше. Заново определенная граница основана на определении максимальной температурной границы, до которой может дрейфовать система, будучи в состоянии вернуть температуру на пользовательскую контрольную точку за заданное максимальное время восстановления. Время восстановления рассчитывается на основании предыдущих температурно-временных данных, хранящихся для предыдущих циклов дрейфа и управления. Техническим результатом изобретения является минимизация потребления энергии, с одновременным достижением заранее заданных условий комфортности, санитарных норм и других критериев. 2 с. и 45 з.п.ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к устройству и способу управления уровнями характеристик искусственного микроклимата в помещении, например, температурой, влажностью и т.п., в частности к устройству или системе управления температурой искусственного микроклимата по заранее заданным критериям, к которым относятся, включая наличие или отсутствие людей в помещении, программируемые диапазоны комфортности и программируемые допуска на время, необходимое для достижения этих диапазонов комфортности.

В существующих системах управления температурой или микроклиматом (в частности в системах нагрева, вентиляции и воздушного кондиционирования, называемых в настоящем описании системами "НВВК") для включения и выключения системы НВВК используют термостаты. Пользователь задает требуемую температуру, называемую "контрольной точкой", и при отличии температуры окружающего воздуха от заданной система НВВК нагревает или охлаждает воздух до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура.

При этом обычные термостаты, используемые в замкнутых помещениях, являются простыми выключателями электропитания с датчиком для измерения температуры в помещении и устройствами, которыми пользователь задает необходимую температуру. Недостаток таких термостатов состоит в том, что температура в помещении поддерживается на заданной контрольной точке независимо от того, находятся ли в помещении люди или нет, из-за чего неоправданно возрастают затраты, связанные с излишним потреблением мощности. При нагреве или охлаждении помещения при отсутствии в нем людей расходуется большая часть всей потребляемой системой энергии.

Некоторые термостаты для замкнутых помещений поставляются со встроенными таймерами и позволяют программировать систему на различные задаваемые пользователем контрольные точки для различного времени и на различные дни. Такие термостаты с таймерами обеспечивают различные режимы работы системы НВВК с учетом ожидаемого появления людей в помещении или, наоборот, с учетом их отсутствия в помещении. Недостатки такого подхода связаны с достаточно сложным программированием термостатов с таймерами, а также с тем, что реально нахождение людей в помещении не всегда совпадает с заложенным в программу таймера графиком работы системы.

Некоторые термостаты для замкнутых помещений поставляются с датчиками наличия людей. Такие датчики включают в работу либо один обычный термостат, рассчитанный на работу при наличии людей в помещении, либо другой обычный термостат, рассчитанный на работу при отсутствии людей в помещении. Второй термостат можно настроить на вторую фиксированную температуру, сдвинув ("сбросив" или "установив") ее на определенное количество градусов относительно первой температуры. Недостаток этих термостатов состоит в том, что вторая температура часто либо должна очень сильно отличаться от первой температуры для того, чтобы обеспечить необходимый комфорт в том случае, если кто-то неожиданно вернется в пустое помещение, либо с целью экономии энергии должна быть очень близкой к первой температуре. Кроме того, условия в замкнутом кондиционируемом помещении и окружающие условия постоянно меняются, поэтому такие термостаты очень сложно отрегулировать на достижение оптимального баланса между экономией энергии и необходимым комфортом. Даже при оптимальной с точки зрения обеспечения необходимого комфорта и максимальной экономии энергии настройке второго термостата на определенный момент времени из-за постоянно меняющихся окружающих условий такая настройка может быстро стать не оптимальной. В контексте данного описания термин "окружающий", в частности в выражении "окружающая температура", используется для характеристики температуры или других характеристик пространства, окружающего обычно закрытое помещение или иное обычно замкнутое пространство, в котором осуществляется управление искусственным микроклиматом. При этом "температура помещения" характеризует температуру внутри помещения, в котором осуществляется управление микроклиматом.

Таким образом, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать такую систему управления микроклиматом, которая учитывала бы состояние или степень заполненности людьми контролируемого помещения и автоматически реагировала бы на изменения условий в помещении и в окружающей среде, минимизируя при этом потребление энергии с одновременным достижением заранее заданных условий комфортности, санитарных норм и других критериев, которые могут быть определены пользователем. Такая система должна учитывать различные настройки по обеспечению комфортности для разного количества людей в помещении как в отношении температуры, так и в отношении времени (называемого в дальнейшем "временем восстановления"), в течение которого при возвращении людей в помещение, в котором они отсутствовали, температура достигнет или восстановится до заданного уровня. Система должна также автоматически подстраиваться под различные характеристики замкнутого помещения, включая меняющиеся условия передачи тепловой энергии в помещение или из него и наличие в помещении различных теплоотводов (мебель, оборудование, покрытия стен и пола и т.д.). Кроме того, система должна учитывать и различные внешние условия (такие, как время суток (день или ночь), время года (лето или зима), погодные условия (ясно или дождливо, безветренно или ветрено)), а также должна компенсировать изменения рабочих характеристик оборудования НВВК. Все эти задачи автоматически решаются с помощью устройства и способа, предлагаемых в настоящем изобретении.

В обычных системах не учитываются нелинейные временные зависимости между работой оборудования НВВК и происходящими изменениями условий (температура, влажность и т.д.) в контролируемом помещении. Поэтому разрабатываемая система управления микроклиматом должна распознавать и использовать такие нелинейные зависимости, путем, например, их аппроксимации по экспоненте.

Предлагаемое устройство для управления уровнями характеристик искусственного микроклимата в помещении содержит интерфейс, связанный с блоком управления микроклиматом, включающим, во-первых, контроллер с памятью, в которой хранятся программные команды для управления работой блока управления микроклиматом путем генерирования управляющих сигналов, и таймер, связанный с контроллером, для синхронизации событий, относящихся к управлению искусственным микроклиматом и включающих генерирование управляющих сигналов и прием сигналов, представляющих собой уровни характеристик в помещении, во-вторых, устройство ввода, связанное с контроллером, для ввода по меньшей мере одной из заданных контрольных точек, максимального диапазона, минимального диапазона и времени восстановления, в-третьих, датчик характеристики искусственного микроклимата, связанный с контроллером, для выдачи в любое заданное время сигнала, представляющего собой уровень характеристики в помещении, и, в-четвертых, датчик наличия людей, связанный с контроллером, для посылки управляющего сигнала на контроллер, причем в памяти контроллера также хранятся данные о зависимости дрейфа и управления, о заданной контрольной точке, представляющей собой заданный уровень характеристики, о заданных максимальном и минимальном диапазонах вблизи контрольной точки и о заданном максимальном времени восстановления, а по управляющему сигналу от датчика наличия людей при отсутствии в помещении людей осуществляется дрейф уровня характеристики в направлении к уровню характеристики окружающей среды в соседней с помещением области, а при наличии в помещении людей осуществляется смещение уровня характеристики в помещении в направлении от уровня указанной характеристики окружающей среды, при этом в программные команды заложено разрешение дрейфа только в пределах максимального диапазона, когда в помещении нет людей, а затем в случае появления людей - активизация управляемого смещения уровня характеристики в помещении в сторону заданного уровня характеристики в пределах максимального диапазона вблизи контрольной точки, причем максимальный диапазон ограничен таким образом, чтобы для блока управления микроклиматом величина времени управления, необходимого для смещения уровня характеристики микроклимата в помещении от максимального диапазона до заданного уровня, не превышала заданное максимальное время восстановления. Предлагаемый в изобретении способ управления уровнями характеристик искусственного микроклимата в помещении, осуществляемый при помощи программы, хранящейся в памяти компьютера, управляющего работой блока управления микроклиматом, воздействующего на уровни характеристик, состоит в том, что (1) в памяти сохраняют данные о заданном уровне характеристики, о заданной границе вблизи заданного уровня, о максимально разрешенном отклонении дрейфа при отсутствии людей в помещении, о минимальном отклонении дрейфа и о максимально разрешенном времени восстановления для возврата к минимальному отклонению дрейфа, (2) определяют наличие или отсутствие людей в помещении, (3) определяют текущий уровень характеристики микроклимата в помещении, (4) определяют, попадает ли текущий уровень в граничные пределы заданного уровня и, если не попадает, то осуществляют переход к стадии (5), а если попадает, то осуществляют остановку работы блока управления микроклиматом, если он работал, и осуществляют переход к стадии (2), (5) если на стадии (2) определяют наличие людей, то осуществляют переход к стадии (6), в противном случае осуществляют переход к стадии (7), (6) осуществляют включение в работу блока управления микроклиматом для смещения текущего уровня к заданному уровню, а затем осуществляют переход к стадии (2), (7) устанавливают динамическое отклонение характеристики от заданного уровня на меньшее из значений максимально разрешенного отклонения дрейфа и нового разрешенного отклонения дрейфа, для которого время на возврат к минимальному отклонению дрейфа за счет работы блока управления микроклиматом не превышает максимально разрешенного времени восстановления, (8) определяют, находится ли текущий уровень в пределах динамического отклонения от заданного уровня характеристики, и если нет, то (8А) осуществляют переход к стадии (6), а если находится, то (8Б) осуществляют остановку работы блока управления микроклиматом, если он работал, и осуществляют переход к стадии (2), позволяя текущему уровню дрейфовать дальше от заданного уровня, когда в помещении нет людей, но с одновременным обеспечением возврата к заданному уровню в течение максимального времени восстановления.

Предпочтительные варианты выполнения предлагаемого устройства, соответственно предпочтительные варианты осуществления предлагаемого способа представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагаемая в настоящем изобретении система использует один или несколько телеметрических датчиков и базовые станции. Телеметрический датчик представляет собой устройство, которое периодически или постоянно фиксирует наличие или отсутствие людей в помещении и передает полученные результаты "состояния заполненности" на базовую станцию. Телеметрические датчики снабжены температурными датчиками для передачи значений температуры на базовую станцию, которая может иметь дополнительные температурные датчики. Базовая станция и телеметрические датчики управляются микроконтроллерами с хранящимися в их памяти управляющими программами для реализации предусмотренных настоящим изобретением операций и для управления оборудованием нагрева/вентиляции/воздушного кондиционирования (НВВК) с целью поддержания температуры в помещении на заданной пользователем контрольной точке в условиях меняющихся в широком диапазоне параметров, как описано ниже. Базовая станция управляет оборудованием НВВК, учитывая динамику (т.е. изменение во времени) предыдущего режима работы системы и реакцию системы на изменение условий в контролируемом помещении.

При возвращении людей в помещение, в котором они отсутствовали, температура в помещении, контролируемом предлагаемой системой, достигает установленного значения с учетом заданных пределов в течение определенного времени. Базовая станция, таким образом, является самоадаптирующейся, самообучающейся машиной, управляющей оборудованием НВВК и создает в помещении заданную температуру в течение заданного времени. Базовая станция обеспечивает возможность регулирования контрольной точки, т.е. заданной пользователем температуры. Станция также обеспечивает возможность установки: (А) определенного максимального температурного диапазона, в пределах которого температура может отклоняться от контрольной точки, (Б) определенного максимального времени восстановления температуры и ее возврата в допустимые пределы отклонения от контрольной точки (при постоянном поддержании температуры на уровне контрольной точки это максимальное время восстановления равно нулю, а при постоянном возврате к фиксированной максимальной температуре оно может быть очень большим ("бесконечным")) и (В) определенного минимального температурного диапазона (который может быть практически равен нулю) вблизи контрольной точки, в который должна вернуться система в течение заданного времени восстановления.

Базовая станция принимает данные о состоянии заполненности помещения от связанного с ней телеметрического датчика или датчиков. Станция измеряет, вычисляет и анализирует нелинейные зависимости температуры от времени, когда оборудование НВВК включено ("управление"), а также аналогичные, но другие зависимости, когда оборудование НВВК выключено ("дрейф"). После анализа кривых дрейфа и управления (т.е. зависимостей характеристик климата при дрейфе и управлении от времени) система использует эту информацию для последующего выбора режима управления и определяет, насколько перед включением оборудования НВВК температура может выйти за пределы заданного диапазона. Обычно, когда в помещении нет людей, температура в помещении может "уходить", т.е. дрейфовать, на большую величину, чем при наличии людей в помещении.

Базовая станция управляет оборудованием НВВК, постоянно собирая и регистрируя зависимости температуры в помещении от времени и используя эти данные для максимальной экономии энергии, обеспечивая, когда в помещении нет людей, работу оборудования НВВК на минимальном уровне и одновременно создавая условия для возврата температуры на уровень контрольной точки или в пределы минимального диапазона температур вблизи этой точки в течение определенного времени восстановления.

Предлагаемая в настоящем изобретении система может увеличивать разрешенное время дрейфа при выполнении определенных условий, например, когда пользователь не указал дискретное приращение температуры во времени для ее возврата к заданной температуре. Работа системы в таком режиме обеспечивает дополнительную экономию энергии.

Экономия энергии и фактическое время использования оборудования могут быть получены на основании данных, хранящихся в памяти системы. В систему в виде управляющих параметров можно заложить и другие дающие экономию энергии изменения, например, расширить разрешенный диапазон температур в случае, когда в помещении длительное время отсутствуют люди.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере различных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - блок-схема предлагаемой в настоящем изобретении системы, на фиг. 1А - регулятор пользовательского интерфейса, используемый в системе по фиг. 1, на фиг. 2 - блок-схема алгоритма, иллюстрирующая предпочтительный вариант осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа, на фиг. 3 - графики изменения температуры в помещении при дрейфе и управлении, на фиг. 4 - график изменения температуры в помещении при дрейфе, согласно которому параметры определяются по экспоненте, описывающей эту зависимость, на фиг. 5 - график зависимости температуры в помещении при управлении, согласно которому параметры определяются по экспоненте, описывающей эту зависимость,
на фиг. 6 - схема предлагаемой в настоящем изобретении базовой станции, в которой используется несколько телеметрических датчиков,
на фиг. 7 - блок-схема телеметрического датчика, используемого в настоящем изобретении,
на фиг. 8-10 - блок-схемы различных вариантов выполнения базовой станции,
на фиг. 11 - блок-схема программируемого адаптера установок, используемого в настоящем изобретении, и
на фиг. 12 - схема переключения, срабатывающая при пересечении нулевого напряжения и используемая в одном из вариантов предлагаемой в настоящем изобретении системы.

Настоящее изобретение относится к устройству или системе регулирования уровней заданных характеристик искусственного микроклимата в помещении или замкнутом пространстве путем управления блоком или оборудованием для регулирования искусственного микроклимата в ответ на изменения уровней характеристик таким образом, чтобы текущий уровень характеристики в помещении поддерживался в определенном диапазоне вблизи заданной пользователем контрольной точки, т.е. заданного пользователем требуемого для данной характеристики уровня. Предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения основан на соответствующем регулировании режимов работы оборудования для нагрева, вентиляции и воздушного кондиционирования (НВВК). Практическая реализация настоящего изобретения приводит к значительной по сравнению с существующими системами экономии энергии.

Предлагаемая в изобретении система предпочтительно представляет собой показанную на фиг. 1 компьютерную систему 10 управления соответствующим оборудованием, которая выполнена в виде обычной многоцелевой или специализированной компьютерной базовой станции 20 с микропроцессором 30, соединенным с памятью 40. Ввод данных в систему осуществляется через пользовательское устройство 50 ввода, соединенное с компьютером 20, при этом в качестве такого устройства 50 можно использовать либо клавиатуру, микрофон для речевого управления, инфракрасное или радиоустройство дистанционного управления, сенсорные экраны, либо любое другое обычное устройство ввода для компьютеров, включая порты ввода для связи с другими компьютерами или электронными устройствами. Вывод данных из системы обеспечивается одним или нескольким устройствами 60 вывода, которые могут содержать одно или несколько стандартных устройств вывода, таких, как монитор, принтер, аудиоустройства, коммуникационные порты для других компьютеров или другие устройства, которые могут принимать и использовать выходные данные компьютера.

В системе используется один или несколько датчиков характеристик искусственного микроклимата, таких как температурные датчики 70, напрямую подсоединенные ко входу в компьютер 20 или связанные с компьютером через обычные дистанционные средства, такие как инфракрасные устройства, радиоустройства или через проводку здания. С компьютером 20 аналогичным образом соединены или как-либо иначе связаны и другие датчики 90, например, один или несколько датчиков 100 заполненности, фиксирующих наличие людей в помещении, в котором осуществляется управление микроклиматом.

Датчик(и) 100 заполненности может(гут) представлять собой обычный детектор(ы) наличия людей (например, имеющийся в продаже инфракрасный детектор), который(ые) предпочтительно связан(ны) с компьютером 20 посредством дистанционной связи, например, посредством инфракрасной связи или по радио, либо через проводку здания.

Описанная ниже система и каждая из ее модификаций управляется компьютером 10 в ответ на команды, содержащиеся в программе управления искусственным микроклиматом, хранящейся в памяти 40. Под термином "контроллер" или "процессор" подразумевается обычный или специализированный процессор, такой как процессор 30, который в каждом конкретном случае имеет соответствующую память для хранения как управляющей программы, так и данных, которые вырабатываются и принимаются или вводятся в него каким-либо образом в процессе работы системы.

На фиг. 1А изображен соответствующий управляющий блок 110, который служит пользовательским интерфейсом системы и используется в соответствии с блок-схемой, показанной на фиг. 2.

Конкретные варианты выполнения датчиков и базовых станций, которые могут быть использованы при реализации настоящего изобретения, подробно описаны ниже со ссылками на фиг. 6-11.

На фиг. 2 изображена блок-схема, иллюстрирующая работу системы, предлагаемой в настоящем изобретении. Ниже приведено принципиальное описание этой блок-схемы с последующим описанием различных модификаций ее базового варианта. Предлагаемый в изобретении способ основан на том, что зависимость температуры в помещении от работы оборудования, предназначенного для управления микроклиматом, и от окружающей температуры, отличающейся от температуры в помещении, заранее спрогнозировать крайне сложно. Поэтому в настоящем изобретении используется эмпирический подход к управлению микроклиматом, который сначала со ссылками на фиг. 2 описан в самых общих чертах, а затем рассмотрен более подробно.

Температурная зависимость в помещении для дрейфа и управления
На фиг. 3 показан характер ответной реакции в помещении или другом закрытом пространстве на регулирование температуры и на окружающую температуру, отличающуюся от температуры в помещении. На фиг. 3 показан график изменения температуры в помещении, которая при кондиционировании помещения в жаркий день обычно бывает ниже окружающей температуры. Кондиционирование помещения в холодный день происходит по такому же принципу, а единственное отличие заключается лишь в том, что направление изменения температуры по оси Y будет в этом случае противоположным.

Кривая 400 на фиг. 3 представляет собой экспоненциальную зависимость температуры в помещении от времени, начиная с низкой температуры TEMPSET (которая является температурой, на которую, например, настроен термостат кондиционера) и заканчивая окружающей температурой (т.е. температурой снаружи здания в жаркий день). Кривая 410 является аналогичной экспоненциальной кривой, представляющей собой зависимость температуры в помещении при работе воздушного кондиционера, управление которым осуществляется для постепенного снижения температуры от более высокой окружающей температуры до температуры TEMPSET.

Окружающая (внешняя) температура обычно представляет собой температуру, к которой будет дрейфовать (смещаться) температура в не заполненном людьми закрытом помещении, когда оборудование НВВК отключено. Иными словами, если температура снаружи выше, чем внутри, то температура в закрытом помещении будет иметь тенденцию к дрейфу в направлении к более высокой внешней температуре. (В некоторых случаях температура внутри помещения может превысить температуру снаружи, при этом температура помещения не обязательно будет стремиться к внешней окружающей температуре, что однако никак не влияет на работу предлагаемой системы, которая в любом случае будет направлена на снижение температуры в помещении до TEMPSET. В обоих случаях температура в закрытом помещении дрейфует к некоторой равновесной температуре, которая обычно равна окружающей температуре. В настоящем описании термин "окружающая" температура характеризует равновесную температуру в помещении).

Обычно температура в не заполненном людьми, закрытом помещении дрейфует в направлении окружающей температуры с уменьшающейся скоростью и может с постепенно уменьшающейся скоростью смещаться от нее. Такие изменения температуры с переменной скоростью ("кривые замедления") очень точно описываются экспоненциальными уравнениями вида T=C+Ae^-t/B, где T обозначает температуру, t обозначает время, A, B и C представляют собой известные или полученные в результате анализа параметры, подробно описанные ниже. Уравнения дрейфа и управления имеют один и тот же вид и различные значения параметров. Измеряя изменения температуры во времени, эти уравнения можно решить (т.е. "определить" все шесть их параметров).

Решив уравнения, можно рассчитать время управляемого изменения температуры от одного значения до другого или время, в течение которого температура дрейфует от одного значения к другому. При изменении окружающей температуры параметры A и C в уравнениях дрейфа и управления рассчитываются заново. Затем могут быть рассчитаны времена восстановления при постоянно изменяющихся условиях, что позволяет системе постоянно регулировать и максимально ограничивать пределы дрейфа температуры, сводя тем самым к минимуму время работы оборудования НВВК и одновременно сохраняя его постоянную готовность к работе и возможность управления температурой для возврата к заданной пользователем контрольной точке или в пределы ее возможного отклонения за определенное время восстановления. Конкретная реализация этих функций системы подробно описана ниже.

Вышеприведенные уравнения дают точный, полученный эмпирическим путем прогноз характеристик дрейфа и управления, причем для этого измеряются только температура и время. В систему могут быть введены и дополнительные переменные, такие как влажность, при этом для точного описания зависимостей "комфортных параметров" должны использоваться более сложные нелинейные уравнения, которые для оптимального управления системой необходимо соответствующим образом анализировать.

На фиг. 4 изображена кривая 420, аналогичная кривой 400 по фиг. 3, и показаны параметры A, B и C упомянутых выше уравнений. Эти параметры определяются следующим образом (для дрейфа):
A: отклонение температуры в контролируемом помещении в момент времени t= 0,
B: экспоненциальная постоянная времени (или "постоянная тау") уравнения и
C: температура, к которой будет дрейфовать в течение времени температура в контролируемом помещении (т.е. равновесная температура в помещении при отключенном оборудовании НВВК).

На фиг. 5 изображена кривая 430, которая аналогична кривой 410 по фиг. 3 и которая является кривой управления, соответствующей кривой дрейфа, показанной на фиг. 4. Параметры зависимости, показанной на фиг. 5, определяются аналогично параметрам зависимости, показанной на фиг. 4, при этом параметр C определяется как температура, к которой асимптотически стремится температура в помещении при выключенном в течение длительного времени оборудовании НВВК и при неизменных внешних условиях (окружающая температура, мощность установки НВВК и т.д.).

Параметр A определяется сдвигом температуры, необходимым для того, чтобы температура достигла температуры C, начиная от значения, которому она была равна в момент времени 0.

Параметр B (постоянная времени или тау) представляет собой время, за которое температура сместится на 63% (1-1/e) в направлении температуры C от начального значения, которому она была равна в момент времени 0. Отношение величины смещения температуры к температуре C может быть рассчитано как "n" тау (=1-(1/e)ⁿ).

Параметр C, как отмечено выше, является температурой (как в уравнении дрейфа, так и в уравнении управления), к которой стремится температура в помещении. В уравнении дрейфа - это предельная температура (максимальная или минимальная, в зависимости от того, выше или ниже окружающая температура), которая будет достигнута в замкнутом помещении без какого-либо постороннего воздействия в течение достаточно долгого времени при постоянной окружающей температуре (т.е. равновесная температура в закрытом помещении при не работающем оборудовании НВВК). В уравнении управления - это предельная температура (т. е. максимальная или минимальная, но противоположная предельной в случае дрейфа), значение которой может быть достигнуто с помощью оборудования НВВК при постоянной окружающей температуре (т.е. равновесная температура закрытого помещения при работающем оборудовании НВВК).

Скорость, с которой изменяется температура в замкнутом помещении, уменьшается со временем по мере дрейфа к окружающей температуре. Скорость, с которой изменяется во времени температура в замкнутом помещении, уменьшается в процессе управления по мере удаления от окружающей температуры. Это явление иллюстрируют кривые, показанные на фиг. 3. Согласно кривой 410 для изменения температуры на определенное расстояние (ΔT) от окружающей температуры требуется больше времени при более низкой температуре (см. участок 410L), чем при более высокой (см. участок 410H), т.е. t2 > t4.

Как следует из кривой 400, температура дрейфует на определенное расстояние (ΔT) в сторону окружающей температуры за меньшее время, когда она удалена от окружающей температуры на большее расстояние (см. участок 400L), чем когда она расположена ближе к окружающей температуре (см. участок 400Н), т. е. t1 > t3.

Сравнивая между собой показанные на кривых 400 и 410 участки 400H, 400L, 410H и 410L (в частности участки (410H) и (410L), сдвинутые на графиках для наглядности в сторону участков 400H и 400L соответственно), можно заметить, что при периодических повторениях отношение времени дрейфа к общему времени, затраченному на поддержание температуры в замкнутом помещении в пределах определенного диапазона, (ΔT) тем больше, чем больше значение заданной температуры удалено от окружающей температуры. Математически эту зависимость можно представить как t2/(t1+t2) >t4/(t3+t4).

Предлагаемая в настоящем изобретении система регистрирует в памяти компьютера последовательно выполняемые измерения температуры во времени, когда (1) температура в замкнутом помещении дрейфует и (2) когда она изменяется при работе оборудования НВВК. Эти измерения используются для решения уравнений дрейфа и управления: температура = C+A·e^{-время/B}. Каждое уравнение может быть точно решено с помощью трех пар измерений, при условии, что временные интервалы между измерениями будут равны, как более подробно описано ниже.

По мере изменения окружающей температуры параметры A и C уравнений дрейфа и управления должны корректироваться. Параметры B, определенные для помещения, в котором нет людей, остаются постоянными до тех пор, пока помещение не будет сначала заполнено людьми, а затем вновь освобождено. В уравнении дрейфа начальная температура T₀=C+A, поэтому изменения C линейно связаны с изменениями A, т.е. A=Т₀-C.

Определение параметров дрейфа и управления
Кривые и параметры, показанные на фиг. 3-5, позволяют описать процесс изменения температуры в помещении в ответ на управление температурой. Эти уравнения имеют вид T=C+A·e^-t/B. Ниже рассмотрен пример, когда оборудование НВВК используется в жаркий день для управляемого снижения температуры в помещении, при этом следует отметить, что благодаря математической симметрии полученные в этом примере выводы в равной степени относятся и для управляемого повышения температуры в помещении при низкой окружающей температуре.

С помощью датчиков, измеряющих температуру, предлагаемая система измеряет температуру и время в виде пар конкретных значений, как описано ниже со ссылкой на фиг. 2. В рассматриваемом примере выбраны следующие одинаковые периоды измерений, т. е. все три измерения равноудалены друг от друга во времени:
время (секунды)
t₀ (или t0) = 0,
t₁ (или t0) = 180,
t₂ (или t2) = 360,
температура (^oF)
T₀ = 80,00,
T₁ = 74,59,
T₂ = 71,61.

При (t₁-t₀) = (t₂-t₁) параметры A, B и C будут иметь следующий конечный вид:
B = -(t₁-t₀)/1n{(T₂-T₁)/(T₁-T₀)},
A = (T₁-T₂)/(e^-t1/B-e^-t2/B),
C = T₁-A·e^-t1/B.

После подстановки параметров уравнение управления приобретает следующий вид:
T = 68+12·e^-t/300,
откуда следует, что тау равно 300 секундам, т.е. примерно 1-(1/e)300/300 или составляет 63% от всей разницы температур, которую в конечном итоге при управлении температурой можно преодолеть за 300 секунд после начала управления (в данном случае охлаждения), а всего при этом температура снизится максимум на 12 градусов с отметки 80 градусов (= 68+12).

В этом примере самая низкая температура, которую можно создать в помещении с помощью системы, составляет 68^oF, что является значением температуры, к которому она асимптотически стремится при большом времени t (т.е. e^-t/300 стремится к нулю, а t стремится к бесконечности). Произойдет это при небольшой мощности оборудования НВВК, либо при утечке охлажденного воздуха, либо в том случае, когда температура воздуха, подаваемого воздушным кондиционером, будет фактически равна 68^oC. Иными словами, система, предлагаемая в настоящем изобретении, автоматически определяет эмпирическим путем практические ограничения, накладываемые на размеры реального помещения и мощность оборудования, управляющего микроклиматом в помещении.

Полученные таким образом параметры дрейфа и управления используются в предлагаемом способе, блок-схема которого показана на фиг. 2.

Описание способа по фиг. 2
Обычно процесс управления микроклиматом предполагает задание пользователем контрольной точки, которая представляет собой конечную (целевую) температуру, при уходе от которой фактической температуры в контролируемом помещении в ту или иную сторону включается оборудование НВВК, которое продолжает работать до тех пор, пока температура в помещении либо не вернется к контрольной точке, либо не войдет в пределы заданного вблизи нее диапазона ( Δ TEMP). Один из вариантов такого способа основан на использовании детектора заполненности помещения или датчика 100, при наличии которого система в отсутствии в помещении людей разрешает большее отклонение температуры от контрольной точки при условии ее возврата до контрольной температуры с заданными пределами ± ΔТЕМР при наличии людей в помещении.

Первый из этих подходов реализуется по способу, схема которого показана на фиг. 2 в виде последовательности операций (цикла), обозначенной стрелкой A с блоками 200-250 (и обратно через блок 210). Пользователь задает, контрольную точку TEMPSET и границы Δ ТЕМР ее допустимого изменения, которые могут быть заранее заложены в программу. Очевидно, что любые входные переменные, описанные ниже (типа перечисленных ниже применительно к блоку 200), могут быть как заранее запрограммированы, так и заданы администратором/владельцем системы и могут изменяться или не изменяться пользователем. Переменные, вводимые в блоке 200, имеют следующие размерности и значения:
TEMPSET: (температура): задаваемая пользователем контрольная точка,
Δ TEMP: (температура): границы вблизи TEMPSET (или TEMPLIMIT), в пределах которых поддерживается температура,
TEMPMIN: (температура): необязательно задаваемая граница вблизи TEMPSET, используемая совместно с RECOVMAX для определения TEMPLIMIT, как описано ниже,
ТЕМРМАХ: (температура): определяемая пользователем граница вблизи TEMPSET, на уровне которой предпочтительно поддерживать температуру в помещении при отсутствии в нем людей,
RECOVMAX: (время): задаваемое пользователем время, представляющее собой максимальный период времени, за который система должна вернуть температуру в помещении на уровень TEMPSET ( ± Δ ТЕМР или TEMPMIN), когда в пустом помещении появляются люди,
начальные переменные дрейфа/управления: A, B и C в уравнениях дрейфа и управления, при этом A и C представляют собой температуры, а B представляет собой время, и
DD RATIO: (безразмерная величина): переменная величина, представляющая собой коэффициент экономии энергии, определяемый пользователем или администратором системы в виде отношения времени дрейфа ко времени управления вне диапазона ТЕМРМАХ в "специальном" режиме, более подробно рассматриваемом ниже.

Начальные значения параметров дрейфа и управления могут быть заданы администратором системы или пользователем, если он, обладая достаточным объемом информации о системе, может удачно спрогнозировать эти значения. В любом случае эти параметры будут автоматически откорректированы при сборе системы эмпирической информации в процессе нагрева и/или охлаждения помещения, при этом точные данные по дрейфу и управлению предпочтительно получать способом, описанным выше в разделе "Получение параметров дрейфа и управления". Для этого система должна пройти определенный цикл операций с момента включения для сбора необходимых данных, после чего она будет готова точно выполнить необходимые операции по управлению оборудованием НВВК в соответствии со способом, блок-схема которого показана по фиг. 2.

После сбора и сохранения системой всех входных данных на шаге 210 определяется состояние заполненности (т.е. наличие или отсутствие людей в контролируемой комнате или помещении), а на шаге 220 определяется температура TEMP помещения. Эти данные в течение всего процесса хранятся в памяти компьютера, равно как и все переменные и входные данные. На шаге 230 одновременно фиксируются и коррелируются текущие значения TEMP и времени, которые используются затем при расчете кривых дрейфа и управления микроклиматом в контролируемой комнате или ином помещении.

На шаге 240 определяется, попадает ли текущее значение температуры TEMP в помещении в пределы заданной границы Δ TEMP, считая от точки TEMPSET. Например, пользователь может задать в качестве "комфортной" температуры 72^oF, a Δ TEMP может составлять 0,5^o. Если температура в помещении находится в пределах от 71,5^o до 72,5^o, то на шаге 240 будет принято положительное решение, что позволит сделать переход к шагу 250. Если в это время оборудование НВВК работало, то в этот момент оно прекратит работу, если же система к этому моменту еще не включила оборудование НВВК, то оно останется выключенным. Затем осуществляется переход к шагу 210, и цикл A начинается снова. Следует учесть, что поскольку в цикле A (шаги 210-250 на фиг. 2) заполненность помещения остается неизменной, температура в помещении всегда будет равна контрольной точке, и оборудование НВВК никогда включаться не будет.

Цикл B относится к ситуации, когда в помещении находятся люди, а температура в помещении выходит (дрейфует) за заданный диапазон (ТЕМР ± Δ ТЕМР), при этом, поскольку на шаге 260 определяется наличие людей в помещении, на шаге 270 компьютер по заложенной в него программе включает оборудование НВВК. При этом всякий раз при изменении (дрейфе) температуры TEMP вверх (в жаркий день) от значения 72,5^oF либо вниз (в холодный день) от значения 71,5^oF происходит включение оборудования НВВК, и температура возвращается в заданный диапазон 0,5^o от контрольной точки 72^oF (например, понижается до 71,5^o или повышается до 72,5^o соответственно). В альтернативном варианте система может быть выполнена таким образом, что всякий раз, когда в жаркую погоду температура поднимается до отметки 73^o, а контрольная точка равна 72^oF и Δ TEMP 1^o, оборудование НВВК будет снижать температуру до 72^oF. Аналогичным образом без существенных отклонений от рассмотренного принципа осуществляется и поддержание температуры в других границах Δ TEMP относительно контрольной точки.

Цикл B возвращается к шагу 210 и процесс начинается снова. При возврате температуры в пределы (TEMP ± Δ TEMP) выполняется цикл A и оборудование НВВК отключается, в противном случае снова выполняется цикл B, и на шаге 270 (уже включенное) оборудование НВВК снова продолжит работу.

Однако может возникнуть ситуация, когда до момента достижения заданного вблизи контрольной точки диапазона (т.е. до достижения температурного диапазона TEMP ± Δ TEMP) находившийся в помещении человек покинул его. Возможна также и другая ситуация, когда температура в пустом помещении выйдет за счет дрейфа за пределы заданного диапазона. В любом из этих случаев решение, принимаемое на шаге 260, передается на шаг 280, на котором происходит корректировка (обновление) переменных уравнений дрейфа и управления, как показано на фиг. 3-5.

Шаги 280-290: Вычисления переменных дрейфа и управления и TEMPLIMIT
На шаге 290 переменная TEMPLIMIT устанавливается на меньшее из значений, выбранных из (1) TEMPAX и (2) температурного отклонения от TEMPSET, для которого время восстановления до TEMPSET (или возможно TEMPMIN) не превышает RECOVMAX.

Значение TEMPMIN выбирается в виде некоторого температурного диапазона вблизи TEMPSET таким образом, чтобы человек, находящийся в контролируемом помещении, чувствовал себя комфортно даже в том случае, если температура выйдет за пределы диапазона TEMP ± Δ TEMP. Например, если TEMP равна 70^oF, а Δ TEMP составляет 0,5^o, то система обычно поддерживает температуру в интервале от 69,5^oF до 70,5^oF. Однако используя переменную величину TEMPMIN оператор может задать другой диапазон температур вблизи 70^oF, например ± 2^o, который можно считать приемлемым, если система войдет в такой несколько более широкий диапазон за период времени RECOVMAX, т.е. за 6 минут. Затем может понадобиться некоторое время для достижения точно 70±0,5^oF, при этом однако при достижении границы TEMPMIN, равной 2^o, люди в помещении скорее всего просто не почувствуют этой разницы. Следует отметить, что TEMPMIN можно задать равной нулю или при необходимости установить на то же значение, что и Δ TEMP, минуя тем самым процедуру выбора "диапазона комфорта". В этом случае при расчете на шаге 290 в качестве конечной температуры величина (2) заменяется на величину TEMPSET.

Отклонение температуры на шаге 290, т.е. величина (2), определяется по значению RECOVMAX следующим образом: если система НВВК, управляя температурой, понижает ее, например, до 70^oF, и выключается (т.е. контрольная точка равна 70^o, а Δ TEMP в этот момент не учитывается), то из приведенного выше уравнения управления можно определить, что температура в 70^oF будет достигнута за 537,53 с (почти за девять минут). Если RECOVMAX установлено равным, например, шести минутам (или 420 с), то система должна определить пределы допустимого дрейфа температуры, после которого ее можно было бы снова довести до 70^oF за 420 секунд. Из приведенного выше уравнения T_max рассчитывается следующим образом:
T_max = 68 + 12 · e^{-(537,53 - 420)/300} = 76,11.

При этом температура может дрейфовать до 76,11^oF, а система сможет снизить температуру до 70^oF за 420 с.

Предыдущее вычисление выполняется точно так же и в том случае, когда в расчет принимаются Δ TEMP или TEMPMIN, а единственное отличие заключается в учете этих переменных при вычислении времени, необходимого для достижения в процессе управления конечной температуры. Так, если TEMPMIN = 2^o, то после сравнения времени, за которое температура будет доведена до 72^oF, с временем RECOVMAX будет найдено значение T_max, которое будет выше 76,11^oF, поскольку при этом система не должна постоянно возвращать температуру к TEMPSET.

Практически такая же процедура, как и для параметров уравнения управления, используется для нахождения параметров A, B и C уравнения дрейфа, которые отличаются от параметров уравнения управления и определяют другое уравнение такого же вида. Например, для контрольной точки 70^oF при максимальном дрейфе до 90^oF уравнение дрейфа, описывающее изменение температуры при отключенном оборудовании, будет иметь следующий вид:
T = 90-20 · e^-t/270,
откуда следует, что тау дрейфа составляет 720 с и что при отключенном оборудовании НВВК температура будет дрейфовать максимум до 90^oF. (Следует отметить, что при t= 0 температура равна 70^oF.) Наклон кривой уравнения дрейфа при T=76,11^oF определяется следующим уравнением:
dT/dt= -A/B·e^-t/B,
поэтому при T = 76,11 --> t= 262,49:
dT/dt = -(-20)/720 · e^-262,49/720 = 0,01929 град/с.

В режиме дрейфа параметр B изменяется настолько незначительно, что его можно считать постоянным. При заданных в рассматриваемом примере температурных границах дрейфа и при B = 720 и t = 262,49 значительно будет изменяться только параметр A, поскольку из-за влияния окружающей температуры скорость теплопередачи из замкнутого пространства (т.е. наклон кривой) будет меняться. При повышении внешней температуры на температурной границе дрейфа dT/dt будет увеличиваться. Для удержания температуры на отметке 76,11^o система поочередно обеспечивает возможность небольшого дрейфа температуры (на 0,5^o) за верхний предел в 76,11^oF ее последующего снижения (опять же на 0,5^o) ниже 76,11^oF. (В альтернативном варианте температура может дрейфовать до 76,11^oF, а затем снижаться от этой величины, например, на один градус).

При дрейфе температуры на 0,5^o выше предела в 76,11^oF и ее последующем управляемом снижении на 0,5^o ниже 76,11^oF с общим перепадом в 1^o общее время такого дрейфа в 1^o составляет (dT/dt)₀=1/0,01929 = 52 с. При повышении наружной температуры производится замер времени такого дрейфа в 1^o. Если это время составит, например, 35 секунд, то (dT/dt)₁ = 1/35 = 0,02894. Так как dT/dt = -A/720·e^-262,49/720 = -A · константа, то:
(dT/dt)₁/(dT/dt)₀ = -A₁/-A₀ и A₁ = A₀ · (dT/dt)₁/(dT/dt)₀,
и, следовательно,
A₁ = -20 · 0,02894/0,01929 = -30.

Необходимо отметить, что при t=0 из уравнения дрейфа следует, что:
T = C + A · e^-0/B = C + A,
а
T₀ = 90 + (-20)= 70 = C + A
и
C₁ = T₀ - A₁ = 70- (-30) = 100,
а новое уравнение дрейфа выглядит следующим образом:
T = 100-30 · e^-t/720.

Это означает, что тау дрейфа по-прежнему равна 720 с и что при выключенном оборудовании НВВК температура может дрейфовать максимально до 100^oF, т.е. C_дрейфа = 100.

При изменении C_дрейфа на шаге 280 должны вычисляться новые параметры уравнения дрейфа. В уравнении управления C_упр нелинейно связан с C_дрейф, при этом A и B изменяются настолько незначительно, что их можно считать константами. C_упр может быть точно определен из гауссова уравнения:
C_упр = C_дрейфа + D · exp - [(C_дрейфа - Е)/F]².

В этом уравнении D является амплитудой (C_упр - C_дрейфа)_max, E является температурой при (C_упр - C_дрейфа)_max, а F представляет собой тау одной температуры в гауссовом уравнении, которая является приближенным значением Δ C_дрейфа, необходимым для получения точного решения.

Для точного решения уравнения необходимо иметь три набора измерений D, E, F, C_упр и C_дрейфа. После трех циклов дрейфа и управления продолжительностью примерно в одну тау при различных окружающих температурах можно точно рассчитать все девять параметров и полностью составить модель пустого помещения, описав ее двумя экспоненциальными, одним гауссовым и одним линейным уравнениями. Последующие изменения окружающей температуры, измеренные в дрейфовой части цикла поддержания температуры, используются для расчета новых параметров и составления определяемых ими новых уравнений дрейфа и управления.

Практически ΔC_упр≈ 0,2·ΔC_дрейфа при малых изменениях C_дрейфа, и эту оценку можно использовать до тех пор, пока (C_{нов.дрейфа} - C_дрейфа/C_дрейфа не станет больше фиксированного коэффициента, заданного пользователем или заложенного в программу.

В итоге система сначала анализирует параметры следующих уравнений:
T_упр = C_упр + A_упр · e^-t/Bупр и
T_дрейфа = C_дрейфа + A_дрейфа · e^{-t/Bдрейфа}.

При изменении дежурного цикла в процессе поддержания температуры на уровне T_max система вычисляет C_{нов.дрейфа}. Используя C_{нов.дрейфа}, система затем вычисляет
A_{нов.дрейфа} = T_дрейфа - C_{нов.дрейфа},
A_{нов.упр} = A_упр,
C_{нов.упр} = C_упр + 0?2 · (C_{нов.дрейфа} - C_дрейфа)
и
T_{нов.упр} = C_{нов.упр} + A_упр · e^-t/Bупр,
T_{нов.дрейфа} = C_{нов.дрейфа} + A_{нов.дрейфа} · e^{-t/Bдрейфа}
Понятие "дежурный цикл" является стандартным, и в данном случае может быть определено как процентное отношение времени, в течение которого работающая система поддерживает температуру на уровне заданной контрольной точки (такой, как TEMPSET ± Δ TEMP); т.е. длительность (время) включения к общему времени работы системы (время включения + время выключения) при поддержании такой температуры.

Когда (C_{нов.дрейфа}-C_дрейфа)/C_дрейфа превышает фиксированное значение (например, 0,15), оборудование НВВК включается на время тау, необходимое для анализа новых параметров дрейфа и управления с сохранением первого набора параметров. Затем осуществляется простое линейное регулирование, которое выполняется до тех пор, пока фиксированный коэффициент еще раз не будет превышен, после чего для анализа новых параметров дрейфа и управления снова включается оборудование НВВК. На этой стадии система вычисляет гауссовы параметры и производит все дополнительные корректировки уравнений дрейфа и управления, используя только изменения времени дежурного цикла, связанные с параметром C_{нов.дрейфа}.

Варианты экспоненциального уравнения
Вышеприведенное уравнение T = C + A · e^-t/B может быть записано в эквивалентном виде как T = C + A · e^-Bt, при этом изменится размерность параметра B. Первое уравнение, в котором тау имеет размерность времени, а не обратную ему размерность (т. е. 1/время), упрощает всю процедуру расчетов, приведенных в рассмотренных выше примерах.

После определения параметров A, B и C в уравнении T = C + A · e^-t/B можно непосредственно вычислить любую величину, необходимую для выполнения показанных на фиг. 2 операций по управлению системой.

Величину (2) на шаге 290 можно определить вышеописанным образом для любых значений TEMPSET и RECOVMAX. При заданной на этом шаге величине TEMPLIMIT на шаге 300 определяется, находится ли значение текущей температуры TEMP в пределах разрешенных границ TEMPLIMIT относительно TEMPSET. В этом случае отпадает необходимость предпринимать какие-либо действия и отключать на шаге 250 оборудование НВВК (отключенное ранее оборудование по-прежнему остается отключенным). Затем осуществляется переход к шагу 210, который завершает прохождение цикла C. Цикл C повторяется (без всякого управления оборудованием) до тех пор, пока контролируемое помещение остается пустым, и температура в нем остается в пределах границ TEMPLIMIT (как определено на шаге 290) вблизи задаваемой пользователем контрольной точки.

Шаг 320: Цикл E и "специальный" режим
При выходе температуры в помещении за счет дрейфа за заданные пределы осуществляется переход к шагу 310, на котором определяется, задан ли "специальный" режим. Этот режим используется в изобретении для большей экономии энергии и может быть помечен в хранящейся в памяти программе флагом или с помощью другого обычного средства, дающего команду на переключение режимов. Пользователь может управлять "специальным" режимом либо с помощью аппаратного переключателя, положение которого фиксируется и передается в управляющую программу, либо программными средствами.

Специальный режим используется для определения, в каком случае даже при достижении текущей температуры TEMP рассчитанного на шаге 290 значения TEMPLIMIT возможно перерегулирование системы или дальнейший дрейф температуры до того, как после появления в помещении людей температура посредством управления будет доведена до TEMPSET. В процессе перерегулирования границы TEMPLIMIT будут расширены в том случае, если время восстановления от нового "расширенного" TEMPLIMIT будет достаточно мало по сравнению со временем дрейфа от рассчитанного TEMPLIMIT к новому "расширенному" TEMPLIMIT. Аналогичным образом на шаге 330 система проверяет, превышает ли вычисленное на шаге 320 отношение DRIFT к RECOV (т.е. дрейф/восстановление) некоторое заданное отношение дрейф/управление DD RATIO. Например, при DD RATIO, равном 5, для возврата температуры к точке TEMPLIMIT для каждых пяти минут температурного дрейфа (когда оборудование НВВК выключено) требуется только одна минута управления оборудованием.

В реальных условиях чем ближе температура помещения к окружающей температуре, тем выше значение DD RATIO. Например, при очень близком приближении к окружающей температуре в течение тридцати минут дрейфа для необходимой коррекции (возврата) температуры может потребоваться всего лишь тридцать секунд времени управления. В этом случае DD RATIO будет равно 60:1, что позволяет на длительные промежутки времени отключать оборудования НВВК и, следовательно, существенно экономить энергию.

В таких условиях пользователь сможет задать "специальный" режим и выбрать величину DD RATIO, обеспечив экономию энергии и не создавая заметные неудобства находящимся в помещении людям. Эта величина определяется эмпирически, при этом очевидно, что дополнительную работу оборудования в течение тридцати секунд вполне можно считать допустимой, тогда как ее дополнительная работа в течение, например, двадцати минут, естественно, неприемлема.

Существуют и другие пути реализации "специального" режима, не основанные на задании величины DD RATIO. Например, во время дрейфа температура может превысить TEMPLIMIT, если:
(а) дополнительный температурный дрейф не превышает определенного процента от разрешенного диапазона температурного дрейфа и/или
(б) дополнительное время восстановления не превышает определенного процента от определенного времени восстановления. Пример (б) является по существу таким же, что и предыдущий, но акцент при этом делается на величину, обратную DD RATIO, т.е. для пользователя может оказаться более удобным использовать величину, заложенную в программу, например, он может задать, чтобы дополнительное время восстановления не превышало 15% от определенного времени восстановления. В альтернативном варианте, т.е. в примере (а), пользователь может задать, чтобы дополнительный температурный дрейф не превышал 10% от разрешенного диапазона дрейфа. В любом из этих случаев при работе в специальном режиме система автоматически увеличивает разрешенный максимальный диапазон дрейфа за пределы TEMPLIMIT на величину, соответствующую диапазону рассчитанного DD RATIO. Увеличение при этом ограничивается DD RATIO (и/или его указанными выше в (а) и (б) эквивалентами); если DD RATIO равно 10:1, то дополнительный разрешенный системой уход температуры за пределы TEMPLIMIT будет практически равен температуре, для которой рассчитанное системой время управления (восстановления) до TEMPLIMIT будет равно или меньше одной десятой от времени дрейфа. (Такой расчет можно выполнить тем же образом, что и в вышеприведенном примере для расчета RECOVMAX на шаге 290.)
При выполнении на шаге 320 условий специального режима система по циклу E переходит к шагу 250 и выключает (или оставляет выключенным) оборудование НВВК. Если DD RATIO недостаточно велико, то выполняется цикл F, во время которого оборудование НВВК включается (или остается включенным), при этом в обоих случаях затем осуществляется переход к шагу 210.

В этом основном варианте предлагаемого в настоящем изобретении способа циклы A и B (без определения и проверки "заполненности помещения" на шагах 210 и 260) соответствуют обычным операциям управления оборудованием НВВК. Если в известных системах учитывалось состояние заполненности, то оно использовалось для увеличения пределов диапазона, такого, как Δ TEMP, однако операции цикла C (в частности шаг 290) до настоящего времени ни в одной из известных систем не реализовывались. Специальный режим цикла E делает предлагаемую систему еще более совершенной и обеспечивает дополнительную экономию энергии.

Из всего вышесказанного следует, что предлагаемый в настоящем изобретении способ не требует сложной и потенциально неточной процедуры моделирования условий в контролируемом помещении. В комнатах и помещениях, в которых необходимо осуществлять управление искусственным микроклиматом, условия постоянно изменяются: в них могут быть добавлены двери и окна, заменена мебель, половые и стеновые покрытия, при этом следует учесть и то, что окружающий микроклимат изменяется сезонно и зависит от появления поблизости новых зданий или сноса старых, количества деревьев и т.п. Даже в течение суток окружающие условия могут заметно меняться, например, в том случае, когда на внешнюю стену во второй половине дня падает прямой солнечный свет, а ночью на нее дует холодный ветер.

Реально, однако, изменяются не только внешние или окружающие условия, но изменяются также и условия работы самого оборудования НВВК: производительность оборудования изменяется при очистке или загрязнении фильтров, при добавлении хладагентов или уменьшении их количества в процессе использования, при замене, усовершенствовании или износе оборудования, а также при прочистке или загрязнении трубок и каналов. Способность оборудования НВВК управлять температурой замкнутого пространства зависит от всех этих изменений, а также от описанных выше изменений в замкнутом пространстве и изменений окружающих условий.

Настоящее изобретение позволяет автоматически учесть все эти изменения путем эмпирического определения параметров в уравнениях дрейфа и управления, которое производится постоянно и в реальном времени, и поэтому система реагирует на изменяющиеся условия непосредственно со скоростью изменения самих условий.

Показанная на фиг. 1А панель 110 управления пользовательским интерфейсом обеспечивает возможность удобной работы с некоторыми переменными, используемыми в предлагаемом способе, схема которого показана на фиг. 2, путем воздействия через пользовательский вход 50 на хранящуюся в памяти 40 программу. Каждой из стрелок 120-140 обозначен многопозиционный переключатель или регулятор непрерывной настройки. Переключатель 120 "ВЫКЛ-АВТО-Нагрев-Охлаждение" позволяет пользователю задавать системе следующие режимы: выключенное состояние, автоматический режим, режим нагрева и режим охлаждения соответственно. (В данном случае установка "АВТО" позволяет автоматически переключать систему с нагрева на охлаждение и наоборот). Регулятор 130 температуры позволяет пользователю задавать TEMPSET по шкале 150, которая, например, имеет диапазон от 65^oF до 95^oF (предпочтительно с более точной градуировкой).

Регулятор 140 экономии энергии предпочтительно является регулятором непрерывной настройки. Когда регулятор 140 установлен на "высок.", значения RECOVMAX и TEMPMAX максимальны, что уменьшает время, в течение которого оборудование НВВК включено. Когда регулятор 140 установлен на "низк.", значения RECOVMAX и TEMPMAX минимальны, что создает максимальный комфорт в помещении при соответственно большем расходе энергии. Например, администратор системы может заранее определить диапазон разрешенных значений для RECOVMAX и TEMPMAX, а пользователь, вращая регулятор 140, изменяет их плавно и одновременно от максимальных до минимальных значений. При этом абсолютных значений этих величин пользователь может и не знать.

При взаимодействии регулятора 140 с программой, хранящейся в памяти 40, программа может выключать или включать специальный режим. При этом в определенной точке шкалы при движении в сторону отметки "высокой" экономии энергии система начинает работать в специальном режиме.

Панель 110 управления пользовательским интерфейсом является аналоговой и содержит обычный аналого-цифровой преобразователь (отдельно не показан) для каждого из регуляторов 140 и 150. Использование для управления компьютерными программами аналоговых устройств, в качестве которых можно использовать любую стандартную аппаратуру, достаточно хорошо известно.

В альтернативе в любом из рассмотренных в настоящем описании вариантов выполнения изобретения можно использовать обычный цифровой интерфейс, обеспечивающий высокую точность установки температуры, RECOVMAX, TEMPMAX и других необходимых переменных.

Модификации основного варианта выполнения предлагаемого в изобретении способа
А. Измерение и управление другими отличными от температуры условиями
Использование датчика наличия людей в помещении и температурного датчика уже было описано выше. Таким же образом, что и температурные датчики, можно использовать и датчики влажности, поскольку для пользователя может оказаться удобным также поддерживать влажность в помещении в пределах определенного диапазона, и он может задать "контрольную точку" влажности точно так же, как и контрольную точку температуры, как описано выше. При этом используются все переменные, о которых шла речь на шаге 200 по фиг. 2, и применяются все рассмотренные выше варианты, за исключением того, что в этом случае управляемой характеристикой микроклимата является не температура, а влажность, а оборудование по управлению микроклиматом представляет собой оборудование для повышения/снижения влажности, а не оборудование для управления температурой. Очевидно, что предлагаемая в настоящем изобретении система может одновременно управлять и температурой, и влажностью.

При этом, если пользователь задает, например, 70%-ную влажность, то при выходе значения влажности за нижнюю границу диапазона (70%-0,5%, где Δ HUMIDITY=0,5) включается увлажнитель, который работает до тех пор, пока влажность в помещении вновь не поднимется до требуемого диапазона. При отсутствии в контролируемом помещении людей влажность дрейфует так же, как и температура, и при этом аналогично показанной на фиг. 2 процедуре определения RECOVMAX и TEMPLIMIT определяется HUMIDLIMIT). Работа системы в специальном режиме происходит в этом случае аналогично описанному выше варианту.

Другим применением настоящего изобретения является определение и изменение концентраций газов, содержащихся в атмосфере контролируемого помещения. Например, в некоторых помещениях очень важно контролировать содержание углекислого газа (CO₂), при этом путем простой замены параметра "температура" на параметр "концентрация углекислого газа" показанным на фиг. 2 способом можно обеспечить и необходимый контроль концентрации углекислого газа. Для этого вместо оборудования для контроля температурой система должна управлять обычным вентиляционным оборудованием и/или стандартным дегазификационным блоком или газопоглотителем, предназначенным для удаления из помещения токсичных или других нежелательных газов. Предлагаемый в изобретении способ позволяет контролировать содержание в помещении и регулировать концентрацию и таких газов, как радон, угарный газ и т.д. В качестве управляемой характеристики при этом можно использовать просто скорость потока проходящего через помещение воздуха.

Аналогичным образом изобретение можно использовать для управления и любой другой характеристикой микроклимата, на которую может оказывать воздействие управляемое компьютером оборудование. Применительно к условиям освещенности (для управления соответственно включением и выключением источников света при наличии или отсутствии людей в помещениях) изобретение обладает особым преимуществом, поскольку оно позволяет решить задачу управления с некоторым запаздыванием, т.е. задачу управления условиями, которые изменяются в течение достаточно большого промежутка времени (по меньшей мере в течение минут, а не секунд).

Б. Индикатор профилактического технического обслуживания и ремонта.

Для замкнутых пространств, обслуживаемых одним управляемым блоком НВВК при постоянном параметре C_дрейфа, эффективность потребляемой мощности EFF может быть определена из следующего принятого заявителем соотношения:
EFF = (C_дрейфа - C_упр)/B_упр.

В этом соотношении, которое отражает влияние работы оборудования НВВК на микроклимат в замкнутом помещении, знаменатель B_упр нормирует величину эффективности EFF и зависит от собственной частоты (" τ ") характеристики помещения.

Общеизвестно, что при снижении эффективности оборудования по управлению микроклиматом время, необходимое для изменения условий (температуры, влажности или другой характеристики) на фиксированную величину, возрастает.

Предлагаемая в изобретении система может, таким образом, выполнять роль индикатора профилактического технического обслуживания и ремонта, сохраняя в памяти значения EFF и/или значения C_дрейфа, C_упр и B_упр, привязанные ко времени. Затем по мере изменения абсолютной эффективности в любой необходимый момент может быть определена относительная (для разных моментов времени) эффективность работы оборудования по управлению микроклиматом.

Систему можно легко запрограммировать на регулярную, например, ежедневную, запись такого коэффициента эффективности, эмпирически определяя кривую изменения эффективности во времени. Такая кривая может быть описана уравнением вида EFF = 100e^-Kt, где EFF обозначает пиковую (100%-ную) эффективность, t обозначает время, а К представляет собой эмпирический коэффициент, зависящий от времени (с размерностью, обратной времени).

Такое уравнение относительной эффективности постоянно корректируется и передается пользователю через устройство вывода с частотой, заданной пользователем, предпочтительно каждый раз при определении нового коэффициента эффективности. Кроме того, по уравнению эффективности всегда можно предсказать относительную эффективность для некоторого будущего момента времени. Если администратор системы задает требование минимальной относительной эффективности, то система может при помощи выходного сообщения или сигнала зафиксировать не только ту ситуацию, когда фактическая эффективность оборудования будет ниже требуемой границы, но может и заранее предупредить администратора о том, когда ожидается падение эффективности оборудования ниже заданного уровня. Например, каждый день в течение двух недель до намеченной даты система может выдавать персоналу соответствующие предупреждения в виде, например, компьютерной распечатки, по электронной почте или в виде другого сообщения, в виде мигающего светового индикатора, установленного на базовой станции и/или на самом оборудовании, в виде звукового сигнала тревоги и т.п. При этом система может иметь устройство запроса, например кнопку на базовой станции или оборудовании, которая при нажатии высвечивает на соответствующем экране фактическое значение показателя эффективности. Такие предупреждения можно оценить по вероятности падения эффективности оборудования, которая может быть определена методом наименьших квадратов или другим методом получения на основе эмпирических данных кривой отклонений от теоретического уравнения EFF = 100e^-Kt. Для возможности предсказания вероятного отклонения эффективности и ее выхода за пределы заданной минимально допустимой эффективности предлагаемую в изобретении систему можно запрограммировать таким образом, чтобы она планировала время вероятного выхода оборудования НВВК за пределы заданного минимума и выдавала значение этого времени вместе с прогнозируемым значением вероятности, например, в виде общепринятого значения показателя "r²", используемого при построении эмпирической кривой методом наименьших квадратов.

Прогнозы, сделанные системой, могут затем использоваться для составления графика технического обслуживания оборудования в зданиях с большим количеством оборудования (например, в гостинице или системе гостиниц) и повышения таким образом эффективности технического обслуживания. При разработке соответствующих программ очень важным является: (1) возможность осуществления периодических проверок эффективности (или регулярного получения данных об эффективности по характеристикам нормального режима работы оборудования по управлению микроклиматом), (2) возможность выполнения расчета эффективности, в том числе относительной эффективности, и (3) возможность выдачи по мере необходимости отчетов об эффективности и графиков планово-профилактического ремонта.

Определение эффективности оборудования НВВК может обеспечить экономию энергии за счет того, что после установления всех случаев неэффективной работы оборудования и устранения вызвавших это причин, дрейф температуры может быть увеличен, поскольку условия, связанные с RECOVMAX, выполняются после этого легче, и поэтому время работы оборудования в процентом отношении к общему времени будет меньше, а в дежурных (поддерживающих) циклах будут присутствовать меньшие (по времени) составляющие управления.

В. Сигнал тревоги при неправильном управлении
Когда система включает оборудование по управлению искусственным микроклиматом, то это оборудование изменяет заданную характеристику микроклимата в контролируемом помещении, такую как температура, влажность, концентрация газа или какую-либо иную характеристику. Известное направление дрейфа управляемой характеристики позволяет использовать эту информацию для дальнейшего управления работой оборудования.

Например, можно рассмотреть ситуацию, когда наружное окно в комнате непреднамеренно оставлено открытым. В этом случае попытка охлаждения помещения (в жаркий день) вначале может не дать нужного результата. Это обстоятельство может быть обнаружено предлагаемой в настоящем изобретении системой путем проверки температуры в помещении через фиксированные промежутки времени работы оборудования при управлении им в направлении дрейфа. Если при этом окажется, что по истечении N минут (например N = 15) направление изменения температуры при управлении осталось таким же, как и при дрейфе, то система зафиксирует наличие серьезной утечки охлажденного воздуха из помещения. При таком "неправильном" управлении заложенная в систему программа автоматически выключит оборудование по управлению микроклиматом и прекратит бесполезный расход энергии.

Особую важность такая проблема приобретает в гостиницах, в которых постояльцы часто уходят из номера, оставив открытым окно или балконную дверь, что требует автоматического выключения воздушного кондиционера или нагревателя. В некоторых помещениях имеются оснащенные соответствующими устройствами раздвижные стеклянные двери (например, балконные двери в высотных гостиницах) с переключателем, который, когда дверь приоткрыта или открыта, автоматически отключает систему НВВК. Такие системы имеют высокую стоимость и сложны в установке и в обслуживании, поскольку используемые в них датчики должны быть установлены у каждого окна и у каждой двери. В отличие от таких систем предлагаемая в настоящем изобретении система автоматически определяет для любого закрытого помещения возможность заметной утечки тепла через его любые границы (стены, потолок и т.д.) и может при необходимости независимо от наличия или отсутствия людей в помещении выключить систему НВВК сразу же или через заданный или полученный в результате соответствующего анализа промежуток времени (см. ниже алгоритм анализа времени задержки). Например, при наличии в помещении людей даже при заметной утечке тепла система может "ждать" в течение 15 минут для того, чтобы обслуживающий персонал успел произвести уборку помещения при открытой двери, и только после этого прекратить работу оборудования НВВК в неэкономичном режиме. В альтернативе система может отключать оборудование НВВК при утечке тепла из помещения только при отсутствии в нем людей.

В таком режиме система может работать и при контроле влажности. Такой вариант системы, который можно использовать и для определения наличия в помещении примесей газа, позволяет по сигналу тревоги установить, что работающая система вентиляции газов не дает требуемого эффекта.

В любом из вышеперечисленных вариантов можно использовать программу автоматической выдачи отчетов пользователю или администратору системы, содержащих информацию о всех случаях "неправильного" управления системой.

Г. Фиксированный диапазон установки температуры при управлении
Исходя из высокой стоимости энергии, используемой для нагрева и охлаждения помещения, некоторые домовладельцы в настоящее время предпочитают ограничивать диапазон температур, который арендаторы их помещений могут устанавливать сами по собственному желанию. В качестве примера можно рассмотреть случай, когда администрация гостиницы полагает, что диапазон температур от 64^oF до 80^oF достаточен для обеспечения комфорта постояльцев во время их пребывания в номере. Даже если оборудование НВВК способно доводить температуру до значений ниже 64^oF или выше 80^oF, предлагаемая в настоящем изобретении система может быть выполнена таким образом, чтобы она всегда могла ограничить возможные изменения температуры заданными пределами. В такой системе температура по-прежнему может дрейфовать, выходя за эти пределы, но только при определенном времени восстановления заданного режима и необходимой экономии энергии.

Такие ограничения могут быть введены для любой управляемой характеристики, например для влажности. Возможные пределы изменения соответствующей характеристики микроклимата задаются по-разному в зависимости от того, находятся в помещении люди или нет. Программа, предназначенная для реализации способа, блок-схема которого показана на фиг. 2, может быть легко адаптирована для задания необходимых ограничений и их контроля со станции администратора и возврата измененного пользователем диапазона, выходящего за рамки разрешенного, в заданный диапазон (например, замены введенных пользователем 60^oF на 64^oF). При этом администратор, изменяя границы диапазона со своей базовой станции, в любой момент всегда может обеспечить работу системы в экономичном режиме.

Д. Адаптируемое время задержки для незаполненного помещения
Люди могут покидать помещение, в частности номер гостиницы, как на непродолжительное время для того, чтобы, например, взять лед в холле, купить газету в киоске, выйти в соседнюю ванную комнату, так и на достаточно длительный срок. Вместо того, чтобы переключиться в режим "незаполненности" (как на шаге 260 по фиг. 2) сразу же после того, как помещение освободилось, система может быть запрограммирована на работу с задержкой на некоторое время, например, на N минут (где, например, N = 15) с той целью, чтобы в случае скорого возвращения людей в помещение обеспечить выполнение в нем необходимых требований по комфортности. Для этого на шаге 260 по фиг. 2 требуется определить, (а) заполнено ли помещение и (б) оставалось ли оно незаполненным в течение последних N минут.

Сохраняя данные о заполненности помещения в течение многих циклов ухода-возвращения людей, система может проанализировать, какое количество людей в процентах P% (например, P=90%) от всего количества недавно находившихся в помещении людей не вернется в него обратно как минимум в течение М минут (например, М = 30). При этом, например, может оказаться, что после 9 минут нахождения помещения в незаполненном состоянии только в 10% из всех возможных случаев люди действительно возвращаются в помещение в последующие 30 минут; в этом случае "время задержки для незаполненного помещения" может быть задано равным 9 минутам, откуда следует, что только после 9 минут система перейдет в режим работы для "незаполненного помещения" (т.е. к шагу 280 на фиг. 2).

Таким образом, несмотря на то, что заполненность помещения, строго говоря, меняется сразу же, как только люди покинули комнату, система будет продолжать работать в режиме пустого помещения до тех пор, пока не истечет заданное время задержки, после чего система сможет предсказать, что отсутствие людей в помещении будет достаточно длительным.

Предлагаемый в изобретении способ можно дополнительно модифицировать путем установки двух задержек: одной для случая, когда помещение освещено, и другой для случая, когда в помещении темно. Время задержки для темного помещения может быть большим, поскольку в это время люди обычно спят, и датчики обнаруживают их движения менее часто. Такой вариант способа позволяет системе минимизировать время задержки и обеспечивает максимальную экономию энергии, одновременно снижая вероятность того, что находящиеся в неконтролируемом с точки зрения микроклимата помещении люди будут испытывать чувство дискомфорта.

Е. Измеритель экономии/пользования
Когда система поддерживает температуру на максимальной границе дрейфа TEMPLIMIT, длительность работы оборудования НВВК составляет несколько процентов от общего времени цикла [включено/(включено+выключено)]. Предлагаемая система может определить расчетом процент работы системы при поддержании температуры на уровне контрольной точки и сравнить его с указанной выше величиной. Например, за один цикл на уровне границы дрейфа оборудование работает в течение 4 минут и не работает 16 минут, при этом указанное соотношение составит 20% [4/(4+16)]. В то же самое время, если система будет поддерживать температуру на заданной пользователем контрольной точке, то она будет включена в течение 12 минут, а выключена в течение 6 минут при соотношении, равном 66,67% [12/(12+6)].

Количество сэкономленной при этом энергии определяется разностью полученных соотношений при управлении температурой на уровне контрольной точки (66,67% в вышеприведенном примере) и при дрейфе температуры, т.е. 66,67%-20% [2/3-1/5= 7/15] или 47%. В этом примере в течение одного цикла поддержания температуры на границе дрейфа экономится 47% от времени, равного 20 [4+16] минутам, т.е. 9 и 1/3 минуты, в течение которых система НВВК будет находиться в отключенном состоянии, а должна была бы быть включена для поддержания температуры на уровне контрольной точки.

Экономия энергии дополнительно определяется величиной, имеющей следующий вид:
(дежурный цикл TEMPSET) · (время дрейфа до TEMPLIMIT)
минус
(1-дежурный цикл TEMPSET) · (время дрейфа от TEMPLIMIT до TEMPSET),
где дежурный цикл TEMPSET определяется как (время включения), деленное на (время включения+выключения) при поддержании температуры на уровне TEMPSET. После расчета эту величину целесообразно учитывать, включая в предназначенные для пользователя выходные данные системы.

Предлагаемая в настоящем изобретении система может быть запрограммирована таким образом, чтобы она сохраняла эти величины в памяти через определенные промежутки времени, например, через каждый час, и формировала отчет для оператора системы с указанием экономии общего времени работы системы и доли в нем времени фактической работы оборудования при условии постоянного поддержания температуры на уровне заданной пользователем контрольной точки. При этом также несложно составить программу определения выходной активной мощности, которая потребовалась бы в последнем случае, поскольку потребляемая мощность оборудования, как правило, известна или может быть определена эмпирически при помощи ваттметра, а числовые значения потребления энергии могут быть преобразованы в цифровую форму и введены в качестве данных в компьютер 20 для получения текущих числовых значений экономии энергии. Такие числовые значения могут быть легко пересчитаны в выдаваемом оператору отчете в числовые значения сэкономленных при такой работе системы денежных средств.

Ниже приведен расчет экономии для рассмотренного выше примера, в котором уравнения дрейфа и управления имеют следующий вид:
уравнение управления: T = 68 + 12 · e^-t/300 --> t = -300 · 1n [(T-68)/12]
уравнение дрейфа: T = 90-20 · e^-t/720 --> t = -720 · ln [(T-90)/(-20)]
Время дрейфа и управления в цикле поддержания температуры (1) на температурной границе дрейфа и (2) на контрольной точке рассчитываются следующим образом.

E. 1. На уровне границы дрейфа температуры с учетом времени восстановления (6 минут --> 76,11 градусов)
В данном примере предполагается, что температура поддерживается на уровне 76,11 ± 0,5^oF.

Время управления
T₁ = 76,11-0,5=75,61 --> - t₁ = 136,63
T₂ = 76,11+0,5=76,61 --> - -t₂ = 99,59
- 37,04 секунды
Время дрейфа
T₁= 7 6,61 --> - t₁ = 288,88
T₂ = 75,61 --> - -t₂ = 237,02
- 51,86 секунды
Общее время цикла (дрейф+управление), таким образом, равно 37,04+51,85= 88,90 с, а доля управления составляет 37,04/88,90=0,417 или 41,7% от общего времени цикла.

Е.2. На уровне заданной пользователем контрольной точки (70 градусов)
В этом случае для расчета цикла, который был бы необходим для поддержания температуры на контрольной точке используется такое же значение Δ TEMP, что и для границ дрейфа (± 0,5^o):
Время управления
T₁ = 70-0,5=69,5 --> - t₁ = 623,83
T₂ = 70+0,5=70,5 --> - -t₂ = 470.58
- 153,25 секунды
Время дрейфа
T₁=70,5 --> - t₁ = 18,23
T₂ = 69,5 --> - -t₂ = -17,78
- 36,01 секунды
Общее время цикла (дрейф+управление), таким образом, равно 153,25+36,01 = 189,26 с, а доля управления составляет 153,25/189,26 = 0,810 или 81,0% от общего времени цикла.

Е.З. Экономия
При поддержании температуры на границе дрейфа время работы оборудования при управлении в процентном отношении к общему времени цикла меньше, чем при поддержании температуры на заданной пользователем контрольной точке. Для одного часа или любого заданного промежутка времени суммарная величина экономии определяется как (разница во времени управления), умноженная на (стоимость работы оборудования НВВК). Например, если система экономит 20 минут в час, а стоимость работы оборудования НВВК составляет $0,15 в час, то величина экономии для данной системы составит 20/60 · $0,15 = $0,05 в час. Десять часов такой экономии в день за 30 дней дадут экономию $0,05 · 10 · 30 = $15,00 в месяц. Такая экономия может оказаться весьма ощутимой по отношению к общей стоимости работы оборудования, при этом для крупных организаций с большим количеством установок по управлению температурой экономия возрастает многократно.

В данном примере, где (Заданная Пользователем Контрольная Точка_{соотношения управления}) минус величина (Граница Дрейфа_{соотношения управления}) = 0,8100,417 = 0,393, экономия определяется как произведение 0,393 и общего времени работы системы. Для каждых 60 минут поддержания температуры на границе дрейфа оборудование работает в течение 60 · 0,417 = 25,0 минут. Если бы температура поддерживалась на уровне контрольной точки, то оборудование должно было бы работать в течение 60 · 0,810 = 48,6 минут. Таким образом, когда температура поддерживается на границе дрейфа, а не на контрольной точке, система экономит 60 · 0,393 = (48,6-25,0) = 23,6 минуты работы оборудования в час.

Систематизируя эти данные в течение дней и месяцев, система накапливает информацию: (а) о реальном времени управления, (б) о расчетном времени управления без использования предлагаемой системы (т.е. если бы температура поддерживалась строго на заданной пользователем контрольной точке), (в) о разнице между этими двумя временами управления (что соответствует экономии времени управления) и (г) о частном от деления данной разницы на расчетное время управления без использования системы (что соответствует проценту экономии, полученной за счет применения системы, предлагаемой в настоящем изобретении).

Ж. Ограничения на повтор циклов работы оборудования
Минимальное время выключения. Давление в трубопроводах системы НВВК создается работающими компрессорами. Когда оборудование НВВК выключается, давление в системе медленно падает в течение 2-4 минут. При попытке повторного включения компрессора до полного падения давления электрический ток в обмотке двигателя на сможет преодолеть оставшееся в системе давление. Поэтому обмотки двигателя компрессора часто перегреваются и сгорают, что приводит к полному выходу оборудования из строя и требует его ремонта.

В предлагаемой в настоящем изобретении системе эта проблема решается благодаря наличию в ней регулятора, который автоматически поддерживает компрессор НВВК в выключенном состоянии в течение минимального промежутка времени между циклами включения и предотвращает таким образом его преждевременный выход из строя из-за слишком частого повторения циклов. Такой минимальный промежуток времени, в течение которого оборудование находится в выключенном состоянии, обычно длится 4 минуты, однако для некоторых новых типов оборудования НВВК это время может быть и меньше.

Максимальная частота повтора циклов. Каждый раз, когда компрессор включается, возникает бросок электрического тока, аналогично тому, как это происходит при трогании автомобиля. Нагрузка на электрические компоненты оборудования НВВК больше при пуске и меньше при непрерывной работе, что во многом аналогично разнице между износом автомобиля при его разгоне и движении с нормальной скоростью. Чем реже происходит включение оборудования НВВК, тем больше срок его службы.

В предпочтительном варианте предлагаемая в настоящем изобретении система автоматически ограничивает частоту повтора циклов работы компрессорного оборудования величиной R раз в час, и поэтому минимальный цикл длится 60/R минут. При R = 6 оборудование будет включаться 6 раз в час или будет работать минимум 10 минут во время одного цикла включения/выключения. При таких 10-минутных циклах работы может возникнуть необходимость в расширении температурного диапазона в верхнюю и нижнюю стороны от точки, на которой поддерживается температура, за пределы заданного или запрограммированного значения Δ TEMP, т.е. расширить стандартное отклонение температуры, равное ± 0,5^oF, до ± 0,75^o или больше.

3. Переключение по нулевому напряжению
Напряжение, под которым переменный ток подается к оборудованию, изменяется по синусоиде от максимального значения до нулевого. Предлагаемая в настоящем изобретении система может фиксировать переходную точку с нулевым напряжением и автоматически отключать в этот момент электрический ток, минимизируя возможность искрения и снижая перегрузку оборудования, которая может возникнуть из-за неожиданных изменений электродвижущей силы.

На фиг. 12 показана соответствующая схема переключения, которая срабатывает при нулевом напряжении переменного тока и в которой использована обычная интегральная схема 950 со встроенным переключателем, чувствительным к нулевому напряжению (переключение по нулевому напряжению выполняется аппаратно и не требует никакого микрокода). ИС 950 соединена с микропроцессором 960, который подключен соответственно к выходам, входам и периферии и может представлять собой любой микропроцессор или микроконтроллер, предназначенный для управления оборудованием НВВК или оборудованием по управлению микроклиматом. ИС 950 заземлена через стандартное реле 970. При этом выходы микропроцессора 960 автоматически синхронизируются с линейным напряжением.

И. Коррекция коэффициента мощности
Напряжение и ток редко подаются к потребителю строго синфазно. Их несовпадение по фазе сопровождается определенной потерей мощности. Электрическая мощность равна произведению напряжения и тока, поэтому для оптимального расхода мощности они должны быть синфазны. Предлагаемая в настоящем изобретении система автоматически регулирует фазу тока и синхронизирует ее с фазой напряжения, обеспечивая оптимальный расход мощности.

Фазовый угол между напряжением и током может быть измерен обычным образом. Один из таких способов состоит в измерении напряжения и тока и подачей их на разные входы выполненного в виде интегральной схемы детектора-умножителя. Выходным сигналом детектора-умножителя является сигнал, амплитуда которого изменяется при изменении фазового угла. Этот сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микропроцессора, который с помощью переменного конденсатора осуществляет оптимальную настройку фазового угла и коэффициента мощности.

К. Оптимальная работа многоступенчатых НВВК
При использовании многоступенчатого оборудования НВВК включение второй и даже третьей ступеней оборудования позволяет быстрее довести температуру в помещении до заданной пользователем контрольной точки (см. фиг. 10). Например, при очень низкой температуре в помещении через обмотки двигателей теплонасосных установок (с использованием теплового насоса в качестве 1-ой ступени) пропускается воздух, который, нагреваясь, дополнительно увеличивает тепловую энергию, используемую для повышения температуры в помещении. Такие обмотки двигателей представляют собой вторую ступень нагрева. В качестве дополнительных источников тепла для очень холодных климатических условий можно использовать нефтяные горелки и другие аналогичные устройства. Обычно первая ступень работает более эффективно и потому менее дорога в эксплуатации, чем вторая ступень, которая в свою очередь более эффективна и менее дорога в эксплуатации, чем третья ступень. В некоторых климатических условиях пользователям следует стремиться к тому, чтобы постоянно работало только оборудование НВВК первой ступени, исключив необходимость для достижения необходимой температуры в заполненном людьми помещении использования других более дорогостоящих ступеней.

Система, предлагаемая в предпочтительном варианте настоящего изобретения, позволяет анализировать кривые управления при работе первой ступени, а также при совместной работе первой и второй ступеней и совместной работе первой, второй и третьей ступеней. Коэффициенты относительной стоимости при работе различных ступеней в многоступенчатых системах управления микроклиматом для разных географических регионов хранятся на базовой станции (в памяти компьютера) и могут периодически обновляться. По заданным кривым управления и коэффициентам относительной стоимости система может определять оптимальные (по минимальной стоимости) границы экономии энергии. Реализовать это можно, например, путем определения, каким для каждой ступени должен быть дежурный цикл поддержания температуры (в данном случае это может быть TEMPSET или TEMPLIMIT).

При этом система сначала определяет, каким будет дежурный цикл для ступени 1, затем для ступени 2, затем для ступени 3 (если она имеется). Поскольку потребление энергии на ступени 1 ниже, дежурный цикл при работе этой ступени будет длиться больше, чем на ступени 2, у которой выше выходная мощность. Общее потребление энергии для данной ступени равно произведению (дежурный цикл) · (выходная мощность). Например, если ступень 2 использует в 1,2 раза больше энергии, чем ступень 1, то точкой равного потребления энергии, т. е. точкой, в которой общая стоимость энергии будет одной и той же, независимо от того, используется ли ступень 1 или ступень 2, будет точка, в которой:
(дежурный цикл на ступени 2) = (дежурный цикл на ступени 1)/1,2.

Если левая часть этого уравнения окажется меньше правой, то с точки зрения экономии энергии необходимо работать на ступени 2, т.к. сокращение времени дежурного цикла при работе этой ступени более чем достаточно компенсирует излишек энергии, потребляемой за единицу времени. Если же больше будет левая часть, то целесообразно работать на ступени 1.

Точно такой же подход используется и для определения целесообразности перехода к ступени 3. Всегда следует использовать ту ступень, которая работает с наименьшим потреблением энергии, при этом систему можно легко настроить (простым программированием) на поиск оптимального решения, связанного с переходом к новой ступени и, кроме того, на постоянное отслеживание ситуации путем анализа и обновления кривых дрейфа и управления, что позволяет в любое заданное время определять, следует ли системе переходить на работу с другой ступенью.

Кроме того, несмотря на то, что система может быть запрограммирована на ограниченное использование первой ступени для создания в помещении необходимого микроклимата, иногда при изменении внешних условий по экономическим соображениям более целесообразно допустить больший дрейф температуры и вернуть температуру к заданному значению, вообще не включая в работу вторую или третью ступени, а продолжая работу первой ступени. Анализ кривых многоступенчатой работы системы в сочетании с коэффициентами относительной стоимости работы ступеней дает точную информацию, позволяющую обеспечить в таких системах максимальную экономию энергии.

Л. Дистанционная установка параметров базовой станции
Параметры, используемые в качестве входных (в предлагаемом в изобретении способе), предпочтительно задавать дистанционно. К таким параметрам относятся время восстановления, максимальный диапазон дрейфа, минимальный диапазон времени восстановления и рабочий режим ("включено" для работы по обычной схеме, "оптимальный" при использовании цикла C по фиг. 2 и "специальный"). На фиг. 1A, рассмотренной выше, показан один из вариантов такой системы, а на фиг. 11 (описанной ниже) показан другой ее вариант.

Один из способов дистанционного задания параметров системы заключается в передаче соответствующей информации по имеющейся в здании проводке в локальные, региональные или глобальные блоки. Другой способ состоит в беспроводной передаче данных (с помощью радиоволн или инфракрасных волн) на промежуточные приемопередатчики, расположенные в привязанных к определенному региону базовых станциях, которые в свою очередь передают параметры всем базовым станциям своего региона. Такой способ позволяет работать с изменяемыми значениями параметров с любого обычного компьютера в здании или даже с портативного компьютера, не находясь при этом в помещении, с необходимой защитой передаваемой информации протоколами идентификационной проверки системы, предлагаемой в настоящем изобретении.

М. Продолжительные периоды незаполненности (отсутствие людей в помещении)
Предлагаемую в изобретении систему можно модифицировать таким образом, чтобы она сохраняла информацию о продолжительности заполненности и незаполненности помещения, которую в любой момент мог бы просмотреть администратор системы. Такая информация может использоваться для дополнительной экономии энергии путем программирования системы с использованием заранее заданного графика изменений TEMPSET для случаев, когда в контролируемом помещении длительное время отсутствуют люди.

Например, если люди отсутствовали в помещении в течение 24 часов или более, система может ввести в режим временную температуру PROVTEMPSET, которая на 5^oF (или на некоторый процент) выше запрограммированной температуры TEMPSET (для установок с охлаждением помещения) либо на 5^oF (или опять же на некоторый процент) ниже запрограммированной температуры TEMPSET (для установок с нагревом помещения). При охлаждении помещения система допускает возможность увеличения температуры на 5^o по сравнению с температурой помещения, в котором в любой момент в течение предыдущих 24 часов находились люди. Еще через 24 часа к PROVTEMPSET можно добавить еще 5^o (или увеличить ее на определенный процент) и т. д. Через неделю система временно может вообще прекратить работать до тех пор, пока в помещении не появятся люди. Такую работу предпочтительно ограничивать фиксированными абсолютными границами, например, 40^oF и 100^oF, которые позволяют избежать повреждения арматуры или обстановки в контролируемом помещении из-за слишком низкой или слишком высокой температуры. Любые изменения заданных температур и времени их достижения можно, как очевидно, привязать к определенной настройке системы.

Такой же принцип может быть использован и при изменениях RECOVMAX, когда максимально допустимое время восстановления можно каждый день или в течение другого промежутка времени увеличивать на определенный процент или определенное время, запрограммировав при этом систему на отключение после определенного длительного промежутка времени вплоть до ее последующего включения вручную или до появления в помещении людей.

Такая система позволяет пользователям настроить ее на определенные сроки, в течение которых, по их мнению, в помещении предположительно будут отсутствовать люди, прекратив или ограничив на это время работу оборудования НВВК.

Базовые станции и датчики: фиг. 6-10
Ниже рассмотрены предпочтительные варианты выполнения предлагаемых в настоящем изобретении элементов системы, связанных с использованием температурных датчиков. В этих вариантах температурные датчики можно заменять на другие, описанные выше датчики, либо использовать их вместе с другими датчиками при соответствующем изменении управляющей программы. Если, например, как описано выше, в системе кроме температурного датчика используется датчик CO₂, то программа должна управлять только вентиляторным блоком оборудования НВВК, т. е. одними вентиляторами. В этой связи следует подчеркнуть, что к показанным на фиг. 6-11 вариантам системы с управлением только температурой можно при необходимости добавить любое количество датчиков других типов.

В общем случае во всех вариантах система работает от простых команд пользователя, который может задать контрольную точку или диапазон поддержания температуры в помещении, в котором находятся люди, или время восстановления температуры в помещении, в которое они возвращаются. В любом варианте система автоматически обеспечивает создание в помещении требуемых климатических условий (в данном случае температуры) при заданном времени восстановления, ограничивая неэкономичную работу оборудования при отсутствии людей в помещении.

На фиг. 6 изображена блок-схема системы 500, в которой используется базовая станция 510 с несколькими блоками 520-540 телеметрических датчиков. В качестве таких датчиков можно использовать показанные на фиг. 1 датчики температуры, датчики наличия людей в помещении и датчики других характеристик помещения, таких как освещенность и наличие в помещении CO₂ и других газов. На этой блок-схеме, как и на фиг. 1, показаны устройство (а) 550 ввода/вывода, соединенное(ые) с компьютером базовой станции 510, и оборудование 560 управления микроклиматом.

Блок 520 телеметрического датчика, который показан на фиг. 7, может осуществлять передачу информации на базовую станцию 510 по радио, с помощью инфракрасного излучения, по имеющимся в здании проводам с соответствующим образом выполненными соединениями или с помощью других аналогичных средств. В качестве микроконтроллера 570 можно использовать, например, микропроцессор PIC16C54 (серии PIC16C5X, выпускаемой фирмой Microchip Corporation), который легко доступен и работает на языке ассемблера. Этот микропроцессор питается от источника 580 питания, который при использовании телеметрических датчиков, передающих информацию с помощью беспроводных средств или расположенных в труднодоступных местах, предпочтительно выполняется на батареях, заряжающихся от солнечных элементов. Такое решение упрощает техническое обслуживание системы и дает экономию по стоимости энергии, необходимой для работы телеметрического датчика.

В блоке 520 содержится один или несколько используемых в различных комбинациях датчиков 590 перечисленных ниже типов.

Типы датчиков
1. Датчики наличия людей:
- пассивный инфракрасный (ПИК),
- акустический,
- сверхвысокочастотный (предпочтительно объединенный с ПИК),
- лазерный.

2. Датчики температуры.

3. Датчики влажности.

4. Датчики определения времени суток день/ночь (фотоэлемент).

5. Измерители концентраций примесей в воздухе.

6. Расходомеры воздуха.

Некоторые из этих датчиков уже были упомянуты ранее. Использование расходомеров воздуха позволяет работать с минимальной объемной скоростью потока воздуха или минимальным расходом воздуха, подаваемого в помещение, которое необходимо хорошо проветрить.

На фиг. 8 изображена базовая станция 620 предлагаемой в настоящем изобретении системы с воздушным кондиционером настенного типа и/или нагревателем (например, обычным воздушным кондиционером, установленным в номере гостиницы), которая может работать с передатчиком 600 и блоком 610 переключателей/индикаторов, показанных на фиг. 7. Базовая станция имеет обычный источник 630 питания, включенный в настенную розетку и питающий оборудование 640 НВВК и микроконтроллер 650, в качестве которого можно использовать любой доступный микроконтроллер, например микроконтроллер серии TMS 370, выпускаемой фирмой Texas Instruments (программируется на языке C++).

Микроконтроллер 650 включает и выключает оборудование 640 НВВК по управляющей линии 690, которой он соединен с источником 630 питания. Микроконтроллер 650 можно соединить не только с датчиком(ами) 590 блока 520 телеметрических датчиков, показанного на фиг. 7, но и с одним или несколькими другими датчиками 660.

Микроконтроллер 650 управляет приемопередатчиком 670, который связан с блоком 520 телеметрических датчиков. С микроконтроллером 650 также соединен блок 680 переключателей/индикаторов. В предпочтительном варианте выполнения системы микроконтроллеры 650 (базовой станции 620) и 570 (блока 520 телеметрических датчиков) программируются на совместную работу, в процессе которой с базовой станции можно идентифицировать все телеметрические датчики. Для этого пользователь включает определенный переключатель на блоке 680 и переводит контроллер в режим приема через приемопередатчик 670 идентифицирующего телеметрический датчик сигнала. Любой телеметрический датчик, который посылает пользователю идентифицирующий сигнал в течение определенного времени, "регистрируется" базовой станцией и с этого момента его показания контролируются с базовой станции, которая в ответ на запрос собирает все показания телеметрического(их) датчика(ов). При этом пользователь, включающий переключатель приема пользовательского идентификатора на блоке 680, в течение заданного интервала времени (например, 90 с) удерживает во включенном состоянии определенный переключатель идентифицирующего сигнала на блоке 610 (см. фиг. 7). В течение этого времени микроконтроллер 570 телеметрического датчика передает код соответствующего датчика на базовую станцию. Базовая станция, на которую поступает эта информация, непрерывно регистрирует показания выбранного телеметрического датчика.

Такая система обеспечивает надежную связь (по радио или другим способом) каждого из двух телеметрических датчиков с двумя базовыми станциями и связь базовых станций друг с другом.

К другим переключателям или регуляторам блока 680, используемым в предлагаемой в изобретении системе, относятся:
- переключатель режима ("включено", "разумный", "специальный"),
- регулятор TEMPSET (для задаваемой пользователем контрольной точки),
- регулятор TEMPMIN,
- регулятор TEMPMAX,
- регулятор Δ TEMP,
- регулятор RECOVMAX,
- регулятор DD RATIO.

Имеющиеся в системе индикаторы (например, лампочки или светодиоды) используются в качестве индикаторов:
- состояния "включено/выключено",
- принимаемого/принятого пользовательского идентификатора,
- слабого сигнала телеметрического датчика,
- неисправности телеметрического датчика.

На фиг. 9 показана схема базовой станции 700 центральной установки НВВК, которая работает от стандартной линии электропередачи переменного тока напряжением 110/120 В, которая имеется в большинстве зданий. Такая базовая станция 700 заменяет собой обычную настенную базовую станцию и содержит микроконтроллер 710, датчики 720, приемопередатчик 730 и блок 740 переключателей/индикаторов, которые по существу идентичны соответствующим имеющим такие же обозначения элементам системы, показанной на фиг. 8, за исключением микроконтроллера 710, который, как очевидно, должен программироваться иначе, поскольку в этом варианте управление оборудованием НВВК не осуществляется с помощью одного настенного блока. Базовая станция 700 связана с телеметрическими датчиками, как и в описанном выше варианте, через приемопередатчик 730.

Оборудование НВВК в этом варианте изобретения содержит блок 750 нагревателя, блок 760 охладителя и блок 770 вентилятора, которые представляют собой обычные элементы оборудования НВВК, и может быть выполнено в виде системы с трубами для горячей и холодной воды и вентилятором или в виде работающего на сжатом воздухе и жидком топливе оборудования с вентилятором или другого стандартного оборудования. Всем оборудованием 750-770 НВВК управляет микроконтроллер 710, который соединен с соответствующими агрегатами отдельными линиями 780, по которым передаются соответствующие сигналы на переключение различных реле блока 790 питания, осуществляющих включение/выключение нагрева, охлаждения и вентиляции (вентилятора) соответственно.

На фиг. 10 показана блок-схема структуры базовой станции 800, предназначенной для управления стандартным многоступенчатым оборудованием 850 НВВК (например, стандартным настенным кондиционером), в котором имеются три ступени нагрева и две ступени охлаждения, управляемые от блока 860 питания. Использование многоступенчатого оборудования НВВК обеспечивает возможность более быстрого нагрева или охлаждения (с большим потреблением энергии) с одновременным использованием более низких ступеней работы для работы в более мягких условиях или для более медленного нагрева и охлаждения.

В рассматриваемом варианте системы микроконтроллер 810, равно как и в других рассмотренных выше вариантах (фиг. 8 и 9), имеет память, в которой хранится соответствующая управляющая программа. Датчики 820, приемопередатчик 830 и блок 840 переключателей/индикаторов могут быть выполнены по существу аналогично соответствующим блокам 720- 740 по фиг. 9 с учетом того, что они, как и микроконтроллер 710 и его программа, предназначены для работы с многоступенчатым оборудованием 850 НВВК. Каждая ступень управляется микроконтроллером 810 отдельно по линиям 870 передачи сигналов включения/выключения от отдельных каскадов блока 860 питания, который работает от обычного 24-вольтового блока 880.

Для работы предлагаемой в изобретении системы целесообразно использовать соответствующую программу, позволяющую выполнять анализ кривых дрейфа и управления (фиг. 4-5) для каждой ступени работы оборудования, хранить в памяти рабочие параметры системы и определять вычислением ее эффективность во время работы на каждой ступени.

В каждой из базовых станций, показанных на фиг. 8-10, а также в других известных базовых станциях предлагаемый в изобретении способ осуществляется по схеме, показанной на фиг. 2, при помощи программы, хранящейся в памяти соответствующего микропроцессора. Для управления другими типами оборудования НВВК, не упомянутыми в описании, могут потребоваться другие базовые станции, к которым также применимы предлагаемые в настоящем изобретении принципы работы, предполагающие в любом случае нагрева и охлаждения помещения анализ полученных эмпирически кривых дрейфа и управления, позволяющих эффективно управлять работой оборудования.

Программируемые настройки: фиг. 11
На фиг. 11 показан адаптер 900 настроек, позволяющий выполнять программируемые, определяемые пользователем настройки системы. Этот адаптер содержит соответствующий микроконтроллер 910, который питается от блока 920 питания и соединен с передатчиком 930, который может быть непосредственно связан с соответствующей базовой станцией. В системе имеется также блок 940 переключателей/индикаторов, соединенный с микроконтроллером 910. Как и для любого телеметрического датчика, микроконтроллер содержит микропроцессор и память для хранения и выполнения программы, реализующей предлагаемый в изобретении способ.

В данном случае речь идет о создании станции, при помощи которой пользователь может задавать предпочтительные температуры для разного времени суток и разных дней и изменять их. При изменении пользователем заложенного в программу графика поддержания температуры система сама возвращается к заложенным в программу установкам для следующего момента времени. Так, если пользователь установил, что температура должна достичь 70^oF в 8:00 утра в субботу, а затем снизиться до 65^oF в 11:00 вечера в субботу, то система автоматически установит TEMPSET на уровне 70^oF в 8:00 утра в субботу. Если пользователь меняет установку во второй половине дня в субботу, доводя температуру, например, до 75^oF, то система автоматически в 11:00 вечера снизит температуру до 65^oF.

Адаптер 900 имеет следующие переключатели, позволяющие пользователю задавать необходимые установки, и дисплеи, которые облегчают процесс программирования:
Дисплеи:
- температуры,
- времени,
- дней недели и/или дат,
Переключатели:
- температуры (вручную вверх/вниз),
- времени (вручную вверх/вниз),
- установки дня/даты (вверх/вниз),
- установок [температуры/времени/дня-даты] программы,
- исключения параметров [температура/время/день-дата] из программы,
- отображения запрограммированных параметров [температура/время/день-дата].

Выбор таких переключателей и дисплеев зависит от пожеланий пользователя, при этом такие системы могут комплектоваться любыми запрограммированными по стандартной программе или по техническим условиям заказчика интерфейсами, в том числе обычной клавиатурой к микроконтроллеру 910. Очевидно, что в любых микроконтроллерах, используемых для реализации предлагаемого в настоящем изобретении способа, интерфейсом, как и в обычных персональных компьютерах, может служить клавиатура и/или мышь. Для коммерческих систем управления оборудованием НВВК в качестве интерфейса предпочтительно использовать интерфейс, схема которого показана на фиг. 11.

На основании описанного выше способа, блок-схема которого показана на фиг. 2, и его модификаций, а также на основании описания блок-схем различных возможных вариантов его осуществления специалист в данной области техники легко может решить, какие именно стандартные процессоры, запоминающие устройства, пользовательские интерфейсы и интерфейсы компьютер/оборудование НВВК можно использовать для реализации настоящего изобретения. При этом использование какого-либо специального оборудования не требуется. Необходимое программирование является стандартной и относительно простой процедурой и может быть выполнено на любом из многих языков, например, на языке ассемблера, бейсике, фортране, C++ или на других общеизвестных языках.

Формула изобретения

1. Устройство для управления уровнями характеристик искусственного микроклимата в помещении, содержащее интерфейс, связанный с блоком управления микроклиматом, включающим, во-первых, контроллер с памятью, в которой хранятся программные команды для управления работой блока управления микроклиматом путем генерирования управляющих сигналов, и таймер, связанный с контроллером, для синхронизации событий, относящихся к управлению искусственным микроклиматом и включающих генерирование управляющих сигналов и прием сигналов, представляющих собой уровни характеристик в помещении, во-вторых, устройство ввода, связанное с контроллером, для ввода по меньшей мере одной из заданных контрольных точек, максимального диапазона, минимального диапазона и времени восстановления, в-третьих, датчик характеристики искусственного микроклимата, связанный с контроллером, для выдачи в любое заданное время сигнала, представляющего собой уровень характеристики в помещении, и, в-четвертых, датчик наличия людей, связанный с контроллером, для посылки управляющего сигнала на контроллер, при этом в памяти контроллера также хранятся данные о зависимости дрейфа и управления, о заданной контрольной точке, представляющей собой заданный уровень характеристики, о заданных максимальном и минимальном диапазонах вблизи контрольной точки и о заданном максимальном времени восстановления, а по управляющему сигналу от датчика наличия людей при отсутствии в помещении людей осуществляется дрейф уровня характеристики в направлении к уровню характеристики окружающей среды в соседней с помещением области, а при наличии в помещении людей осуществляется смещение уровня характеристики в помещении в направлении от уровня указанной характеристики окружающей среды, при этом в программные команды заложено разрешение дрейфа только в пределах максимального диапазона, когда в помещении нет людей, а затем в случае появления людей - активизация управляемого смещения уровня характеристики в помещении в сторону заданного уровня характеристики в пределах минимального диапазона вблизи контрольной точки, причем максимальный диапазон ограничен так, чтобы для блока управления микроклиматом величина времени управления, необходимого для смещения уровня характеристики микроклимата в помещении от максимального диапазона до заданного уровня, не превышала заданное максимальное время восстановления.

2. Устройство по п.1, в котором характеристикой микроклимата в помещении является температура, датчик характеристики микроклимата представляет собой температурный датчик, а блок управления микроклиматом представляет собой по меньшей мере один блок, выбранный из группы, включающей блок нагрева, блок воздушного кондиционирования и вентиляционный блок.

3. Устройство по п.1, в котором характеристикой микроклимата в помещении является влажность, датчик характеристики микроклимата представляет собой датчик влажности, а блок управления микроклиматом представляет собой по меньшей мере один блок, выбранный из группы, включающей увлажнитель и осушитель.

4. Устройство по п.1, в котором характеристикой микроклимата в помещении является наличие определенного газа, датчик характеристики микроклимата представляет собой датчик определения количества газа в помещении, а блок управления микроклиматом представляет собой по меньшей мере один блок, выбранный из группы, включающей вентиляционный блок и дегазафикационный блок.

5. Устройство по п.1, в котором характеристикой микроклимата в помещении является воздушный поток, датчик характеристики микроклимата представляет собой расходомер воздуха, а блок управления микроклиматом представляет собой вентиляционный блок.

6. Устройство по п.1, в котором зависимости дрейфа и управления, хранящиеся в памяти, представляют собой зависимости, эмпирически определенные для помещения и блока управления микроклиматом.

7. Устройство по п.1, в котором в памяти дополнительно хранится команда для автоматического обеспечения режима переопределения, позволяющего уровню характеристики микроклимата в помещении дрейфовать за пределы максимального диапазона в пределах расширенного максимального диапазона до момента начала управления блоком управления микроклиматом до тех пор, пока не будет выполнен по меньшей мере один заданный критерий.

8. Устройство по п.7, в которой по меньшей мере один заданный критерий представляет собой критерий, по которому определяется, что соотношение времени управления уровнем характеристики от расширенного максимального диапазона до возврата в пределы максимального диапазона ко времени дрейфа от максимального диапазона до расширенного максимального диапазона не превышает заранее заданной величины.

9. Устройство по п.6, в котором предусмотрено связанное с контроллером устройство вывода информации пользователю, обеспечивающее сохранение данных о второй зависимости управления, определяемой в более поздний момент времени, чем момент определения первой зависимости управления, а в память дополнительно введены команды для вывода предупредительного сигнала на устройство вывода, когда соотношение второй зависимости управления к первой зависимости управления превышает заданный допустимый коэффициент.

10. Устройство по п.6, в котором в память дополнительно введены команды для измерения эффективности блока управления микроклиматом и для выдачи пользователю информации, относящейся к эффективности.

11. Устройство по п.10, в котором команды для измерения эффективности представляют собой команды для определения коэффициента эффективности, рассчитываемого как разность между уровнем дрейфа характеристики, в сторону которого смещается температура помещения, когда блок управления микроклиматом выключен, и уровнем управления характеристикой, до которого доводится температура помещения, когда блок управления микроклиматом включен, причем эта разность нормируется множителем, представляющим собой временную норму управления уровнями характеристик при включенном блоке управления микроклиматом.

12. Устройство по п.10, в котором команды представляют собой команды для определения изменений в коэффициенте эффективности с течением времени.

13. Устройство по п.6, в котором в память дополнительно введены команды для прекращения активизации блока управления микроклиматом, если по истечении заданного максимального времени управления направление изменения уровня характеристики при управлении блоком управления микроклиматом совпадает с направлением изменения уровня характеристики, когда управление блоком управления микроклиматом не производится.

14. Устройство по п.6, в котором в память дополнительно введены команды для прекращения активизации блока управления микроклиматом, если по истечении заданного максимального времени управления уровень характеристики микроклимата в помещении не приблизился к минимальному диапазону по меньшей мере на величину заданного предельного отклонения от него.

15. Устройство по п.1, в котором в память дополнительно введены команды для установления ожидаемого времени задержки отсутствия людей в помещении.

16. Устройство по п.15, в котором в память дополнительно введены команды для переопределения заданного максимального времени восстановления на основании ожидаемого времени задержки.

17. Устройство по п.15, в котором ожидаемое время задержки установлено путем определения первого минимального количества времени, в течение которого в помещении отсутствуют люди, для заданного процента заранее определенных периодов времени.

18. Устройство по п.1, в котором в память дополнительно введены команды для задания минимального времени, в течение которого блок управления микроклиматом должен находиться в выключенном состоянии.

19. Устройство по п.1, в котором в память введены команды для ограничения частоты, с которой блок управления микроклиматом может попеременно включаться и выключаться.

20. Устройство по п.1, в котором блок управления микроклиматом выполнен с конфигурацией, позволяющей осуществлять управление при каждой из множества различных установок мощности.

21. Устройство по п.20, в котором в память введены команды для определения, при какой из установок мощности требуется самое низкое потребление энергии для поддержания уровня характеристики микроклимата в помещении на контрольной точке и для работы блока управления микроклиматом при этой установке мощности.

22. Устройство по п.20, в котором каждая из установок мощности для помещения и для блока управления микроклиматом определена эмпирически.

23. Устройство по п.1, в котором в памяти дополнительно хранятся вторые зависимости дрейфа и управления, определяемые для помещения и для блока управления микроклиматом после первых зависимостей дрейфа и управления, а также команды для перерасчета максимального диапазона и максимального времени восстановления на основании вторых зависимостей дрейфа и управления.

24. Устройство по п.6, в котором зависимость управления установлена путем определения уровня характеристики в первый и второй моменты времени в течение работы блока управления микроклиматом в управляющем режиме, а зависимость дрейфа установлена путем определения уровня характеристики в третий и четвертый моменты времени в течение периода дрейфа для блока управления микроклиматом.

25. Устройство по п.1, в котором максимальный диапазон дополнительно ограничен заранее установленным максимальным диапазоном, хранящимся в памяти.

26. Устройство по п.1, в котором предусмотрено связанное с контроллером устройство вывода пользователю информации, при этом в память дополнительно введены команды для поддержания записи реально текущего времени, в течение которого работает блок управления микроклиматом, и записи планируемого времени, в течение которого работал бы блок управления микроклиматом, если бы характеристика поддерживалась практически на заданной контрольной точке, для хранения реально текущего времени и планируемого времени в памяти, для определения разности между реально текущим временем и планируемым временем и для вывода информации, представляющей собой эту разность, на устройство вывода.

27. Устройство по п.26, в котором в память дополнительно введены команды для определения отношения разности к планируемому времени и для вывода полученного отношения на устройство вывода.

28. Устройство по п.1, в котором в память дополнительно введены команды для ограничения контрольной точки характеристики заданным абсолютным максимумом.

29. Устройство по п.1, в котором в память дополнительно введены команды для ограничения контрольной точки характеристики заданным абсолютным минимумом.

30. Способ управления уровнями характеристик искусственного микроклимата в помещении, осуществляемый при помощи программы, хранящейся в памяти компьютера, управляющего работой блока управления микроклиматом, воздействующего на уровни характеристик, при этом (1) в памяти сохраняют данные о заданном уровне характеристики, о заданной границе вблизи заданного уровня, о максимально разрешенном отклонении дрейфа при отсутствии людей в помещении, о минимальном отклонении дрейфа и о максимально разрешенном времени восстановления для возврата к минимальному отклонению дрейфа, (2) определяют наличие или отсутствие людей в помещении, (3) определяют текущий уровень характеристики микроклимата в помещении, (4) определяют, попадает ли текущий уровень в граничные пределы заданного уровня и, если не попадает, то осуществляют переход к стадии (5), а если попадает, то осуществляют остановку работы блока управления микроклиматом, если он работал, и осуществляют переход к стадии (2), (5) если на стадии (2) определяют наличие людей, то осуществляют переход к стадии (6), в противном случае осуществляют переход к стадии (7), (6) осуществляют включение в работу блока управления микроклиматом для смещения текущего уровня к заданному уровню, а затем осуществляют переход к стадии (2), (7) устанавливают динамическое отклонение характеристики от заданного уровня на меньшее из значений максимально разрешенного отклонения дрейфа и нового разрешенного отклонения дрейфа, для которого время на возврат к минимальному отклонению дрейфа за счет работы блока управления микроклиматом не превышает максимально разрешенного времени восстановления, (8) определяют, находится ли текущий уровень в пределах динамического отклонения от заданного уровня характеристики, и если нет, то (8А) осуществляют переход к стадии (6), а если находится, то (8Б) осуществляют остановку работы блока управления микроклиматом, если он работал, и осуществляют переход к стадии (2), позволяя текущему уровню дрейфовать дальше от заданного уровня, когда в помещении нет людей, но с одновременным обеспечением возврата к заданному уровню в течение максимального времени восстановления.

31. Способ по п.30, в котором осуществляют сохранение текущего уровня, согласованного со временем, в которое был определен текущий уровень.

32. Способ по п.30, в котором дополнительно после стадии (8), но перед стадией (8А), если при определении на стадии (8) получен положительный ответ, осуществляют (9) вычисление отношения времени дрейфа от текущего уровня до динамического отклонения от заданного уровня ко времени восстановления от текущего уровня до динамического отклонения от заданного уровня и (10) определяют, превышает ли полученное отношение заданную величину и, если нет, то осуществляют переход к стадии (8А), а если превышает, то осуществляют переход к стадии (8Б).

33. Способ по п.32, в котором расчет на стадии (9) выполняют на основании эмпирически определенных для помещения данных.

34. Способ по п.30, отличающийся тем, что характеристикой микроклимата является температура и на стадии (6) осуществляют включение в работу по меньшей мере одного блока, выбранного из группы, включающей блок нагрева, блок охлаждения и вентиляционный блок.

35. Способ по п.30, отличающийся тем, что характеристикой микроклимата является влажность и на стадии (6) осуществляют включение в работу по меньшей мере одного блока, выбранного из группы, включающей увлажнитель и осушитель.

36. Способ по п.30, отличающийся тем, что характеристикой микроклимата является наличие определенного газа и на стадии (6) осуществляют включение в работу по меньшей мере одного блока, выбранного из группы, включающей вентиляционный блок и дегазификационный блок.

37. Способ по п.30, отличающийся тем, что характеристикой микроклимата является воздушный поток и на стадии (6) осуществляют включение в работу вентиляционного блока.

38. Способ по п.30, отличающийся тем, что на стадии (1) дополнительно осуществляют сохранение зависимостей дрейфа и управления, представляющих собой реакцию уровней характеристик микроклимата в помещении соответственно на нахождение блока управления микроклиматом в работающем или не работающем режиме.

39. Способ по п.38, в котором на стадии (1) дополнительно осуществляют сохранение второй зависимости управления, определяемой позже первой зависимости управления, а также дополнительно определяют, отклоняется ли вторая зависимость управления от первой зависимости управления более чем на заданную величину, и, если да, то генерируют сигнал, характеризующий это отклонение.

40. Способ по п.30, в котором дополнительно определяют, сменится ли через определенный период времени с момента начала работы блока управления микроклиматом направление изменения текущего уровня характеристики в помещение, и если нет, то работу блока управления микроклиматом прекращают.

41. Способ по п.30, в котором дополнительно определяют, находится ли через определенный период времени с момента начала работы блока управления микроклиматом текущий уровень в пределах заранее заданного значения вблизи контрольной точки, и, если нет, то работу блока управления микроклиматом прекращают.

42. Способ по п.30, в котором определяют ожидаемое время задержки текущего долгосрочного отсутствия людей в помещении в момент времени после состояния, которое соответствует наличию людей в помещении, когда состояние, соответствующее наличию людей в помещении, сменилось на состояние, соответствующее их отсутствию в помещении.

43. Способ по п.42, в котором на стадии (7) осуществляют замену максимально разрешенного времени восстановления для разрешения большего динамического отклонения, когда ожидаемое время задержки превышает заранее заданную величину.

44. Способ по п.30, в котором после стадии (8Б) блок управления микроклиматом поддерживают в выключенном состоянии в течение заданного минимального времени, препятствуя его включению.

45. Способ по п.30, в котором на стадии (6) блок управления микроклиматом включают в работу на одной из множества установок мощности.

46. Способ по п. 45, в котором на стадии (6) дополнительно определяют одну установку мощности, требующую наименьшего потребления энергии для поддержания текущего уровня характеристики микроклимата практически на контрольной точке, и блок управления микроклиматом включают в работу с этой установкой мощности.

47. Способ по п.30, в котором контрольная точка лежит в заранее запрограммированном максимальном диапазоне уровней характеристик микроклимата.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12