(57)【要約】【課題】  費用標的最適化を有する建物デバイスを提供する。【解決手段】  システムは、建物の室内気温に影響を与えるように動作可能な機器と、コントローラとを含む。コントローラは、将来期間にわたって機器を運転する費用を特徴付ける費用関数を取得し、データセットをニューラルネットワークへ適用することにより建物の現在状態を決定し、現在状態に関連付けられた温度限界を選択し、室内気温が温度限界を破ると費用を増加するペナルティ項を含むように費用関数を強化し、将来期間における複数の時間ステップのそれぞれに対して温度設定点を決定するように構成される。温度設定点は、将来期間にわたる費用関数の標的値を達成する。コントローラはまた、複数の時間ステップの第１の時間ステップに対する温度設定点に向けて室内気温を駆動するように機器を制御するように構成される。【選択図】図６
2019196898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
建物の室内気温に影響を与えるべく動作可能な機器と、
コントローラと
を含み、
前記コントローラは、
将来期間にわたって前記機器を運転する費用を特徴付ける費用関数を取得することと、
前記建物に関係する複数のデータ点を含むデータセットを取得することと、
前記建物の現在状態を類別するべく構成されたニューラルネットワークに前記データセットを適用することにより前記建物の現在状態を決定することと、
前記現在状態に関連付けられた温度限界を選択することと、
前記室内気温が前記温度限界を破るときに前記費用を増加させるペナルティ項を含むように前記費用関数を強化することと、
前記将来期間における複数の時間ステップのそれぞれに対して温度設定点を決定することであって、前記温度設定点は、前記将来期間にわたる前記費用関数の標的値を達成することと、
前記複数の時間ステップの第１の時間ステップに対する温度設定点に向けて前記室内気温を駆動するように前記機器を制御することと
を行うべく構成される、システム。
【請求項２】
前記温度限界は前記室内気温に対する上限と前記室内気温に対する下限とを含む、請求項１のシステム。
【請求項３】
前記ペナルティ項は、前記室内気温が前記上限と前記下限との間にあるときに零であり、前記室内気温が前記上限を上回る又は前記下限を下回るときに非零である、請求項２のシステム。
【請求項４】
前記温度限界は、
前記室内気温に対する第１の上限及び前記室内気温に対する第１の下限を含む第１の温度限界と、
前記室内気温に対する第２の上限及び前記室内気温に対する第２の下限を含む第２の温度限界と
を含む、請求項１のシステム。
【請求項５】
前記ペナルティ項は、前記第１の温度限界が破られるときに第１の量だけ、前記第２の温度限界が破られるときに前記第１の量より大きい第２の量だけ、前記費用を増加させる、請求項４のシステム。
【請求項６】
前記第１の上限は前記第２の上限より小さく、前記第１の下限は前記第２の下限より大きい、請求項５のシステム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記費用関数の標的値を入力するようにユーザに促すグラフィカルユーザインタフェースを生成するべく構成される、請求項１のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは前記建物の複数の可能な状態と複数の可能な温度限界との間のマッピングを記憶するように構成され、
前記複数の可能な状態は前記現在状態を含み、
前記複数の可能な温度限界は前記温度限界を含む、請求項１のシステム。
【請求項９】
前記機器は、水供給側システム、空気供給側システム、可変冷媒流量ユニット、室内空調ユニット、又はパッケージ化空調ユニットのうちの１つ以上を含む、請求項１のシステム。
【請求項１０】
方法であって、
将来期間にわたって機器を運転する費用を特徴付ける費用関数を取得することであって、前記機器は空間の室内気温に影響を与えるべく構成されることと、
前記空間に関係する複数のデータ点を含むデータセットを取得することと、
前記空間の現在状態を類別するべく構成されたニューラルネットワークに前記データセットを適用することにより前記空間の現在状態を決定することと、
前記現在状態に関連付けられた温度限界を選択することと、
前記室内気温が前記温度限界を破るときに前記費用を増加させるペナルティ項を含むように前記費用関数を強化することと、
前記将来期間における複数の時間ステップのそれぞれに対して温度設定点を決定することであって、前記温度設定点は、前記将来期間にわたる前記費用関数の標的値を達成することと、
前記複数の時間ステップの第１の時間ステップに対する温度設定点に向けて前記室内気温を駆動するように前記機器を制御することと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記温度限界は前記室内気温に対する上限と前記室内気温に対する下限とを含み、
前記ペナルティ項は、前記室内気温が前記上限と前記下限との間にあるときに零であり、前記室内気温が前記上限を上回る又は前記下限を下回るときに非零である、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記温度限界は、
前記室内気温に対する第１の上限及び前記室内気温に対する第１の下限を含む第１の温度限界と、
前記室内気温に対する第２の上限及び前記室内気温に対する第２の下限を含む第２の温度限界と
を含む、請求項１０の方法。
【請求項１３】
前記第１の上限は前記第２の上限より小さく、前記第１の下限は前記第２の下限より大きく、
前記ペナルティ項は、前記第１の温度限界が破られるときに第１の量だけ、前記第２の温度限界が破られるときに前記第１の量より大きい第２の量だけ、前記費用を増加させる、請求項１２の方法。
【請求項１４】
グラフィカルユーザインタフェースを介して前記費用関数の前記標的値を入力するようにユーザに促す工程を含む、請求項１０の方法。
【請求項１５】
前記将来期間の温度限界及び前記将来期間の温度設定点のグラフ表示を表示することを含む、請求項１０の方法。
【請求項１６】
前記機器は、水供給側システム、空気供給側システム、可変冷媒流量ユニット、室内空調ユニット、又はパッケージ化空調ユニットのうちの１つ以上を含む、請求項１０の方法。
【請求項１７】
プログラム命令を含む１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記プログラム命令は、１つ以上のプロセッサにより実行されると、
将来期間にわたって機器を運転する費用を特徴付ける費用関数を取得することであって、前記機器は１つ以上の建物の室内気温に影響を与えるべく構成されることと、
前記１つ以上の建物に関係する複数のデータ点を含むデータセットを取得することと、
前記１つ以上の建物の現在状態を類別するべく構成されたニューラルネットワークに前記データセットを適用することにより前記１つ以上の建物の現在状態を決定することと、
前記現在状態に関連付けられた温度限界を選択することと、
前記室内気温が前記温度限界を破るときに前記費用を増加させるペナルティ項を含むように前記費用関数を強化することと、
前記将来期間における複数の時間ステップのそれぞれに対して温度設定点を決定することであって、前記温度設定点は、前記将来期間にわたる前記費用関数の標的値を達成することと、
前記複数の時間ステップの第１の時間ステップに対する温度設定点に向けて前記室内気温を駆動するように前記機器を制御することと
を含む動作を前記１つ以上のプロセッサに行わせる、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記温度限界は前記室内気温に対する上限と前記室内気温に対する下限とを含み、
前記ペナルティ項は、前記室内気温が前記上限と前記下限との間にあるときに零であり、前記室内気温が前記上限を上回る又は前記下限を下回るときに非零である、請求項１７の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記温度限界は、
前記室内気温に対する第１の上限及び前記室内気温に対する第１の下限を含む第１の温度限界と、
前記室内気温に対する第２の上限及び前記室内気温に対する第２の下限を含む第２の温度限界と
を含む、請求項１７の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体は、前記１つ以上の建物の複数の可能状態と複数の可能温度限界との間のマッピングを記憶し、
前記複数の可能状態は前記現在状態を含み、
前記複数の可能温度限界は前記温度限界を含む、請求項１９の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年５月７日出願の米国仮特許出願第６２／６６７，９７９号及び２０１８年５月７日出願の米国仮特許出願第６２／６６７，９０１号の利益及び優先権を主張し、これらの双方が、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は一般的に、建物の温度制御を提供する可変冷媒流量（ＶＲＦ：ｖａｒｉａｂｌｅ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  ｆｌｏｗ）システム、室内空調（ＲＡＣ：ｒｏｏｍ  ａｉｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）システム、又はパッケージ化空調（ＰＡＣ：ｐａｃｋａｇｅｄ  ａｉｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）システムにおけるエネルギー費用を管理することに関する。このようなシステムのエネルギー消費量を最小化することは、建物の居住者の不快感をもたらし得る。快適な温度は、電力の増加無しに維持することができないからである。他方、居住者の嗜好に常に正確に合わせようとすると、通常、高エネルギー費用がもたらされる。したがって、居住者の不快感をもたらすこと無く、ＶＲＦ、ＲＡＣ及びＰＡＣシステムのエネルギー消費量を低減するシステム及び方法が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の１つの実施形態はシステムである。本システムは、建物の室内気温に影響を与えるように動作可能な機器と、コントローラとを含む。コントローラは、将来期間にわたって機器を運転する費用を特徴付ける費用関数を取得し、建物に関係する複数のデータ点を含むデータセットを取得し、建物の現在状態を類別するように構成されたニューラルネットワークへデータセットを適用することにより建物の現在状態を決定し、現在状態に関連付けられた温度限界を選択し、室内気温が温度限界を破ると費用を増加するペナルティ項を含むように費用関数を強化し、そして将来期間における複数の時間ステップのそれぞれに対して温度設定点を決定するように構成される。温度設定点は、将来期間にわたり費用関数の標的値を達成する。コントローラはまた、複数の時間ステップの第１の時間ステップの温度設定点に向けて室内気温を駆動するように機器を制御するように構成される。
【０００４】
いくつかの実施形態では、温度限界は室内気温に対する上限及び室内気温に対する下限を含む。いくつかの実施形態では、ペナルティ項は、室内気温が上限と下限との間にあると零であり、室内気温が上限を上回る又は下限を下回ると非零である。
【０００５】
いくつかの実施形態では、温度限界は、室内気温に対する第１の上限及び室内気温に対する第１の下限を含む第１の温度限界と、室内気温に対する第２の上限及び室内気温に対する第２の下限を含む第２の温度限界とを含む。いくつかの実施形態では、ペナルティ項は、第１の温度限界が破られるときに第１の量だけ、及び第２の温度限界が破られるときに第１の量より大きい第２の量だけ、費用を増加する。いくつかの実施形態では、第１の上限は第２の上限より小さく、第１の下限は第２の下限より大きい。
【０００６】
いくつかの実施形態では、コントローラは、ユーザに費用関数の標的値を入力するように促すグラフィカルユーザインタフェースを生成するように構成される。いくつかの実施形態では、コントローラは建物の複数の可能状態と複数の可能温度限界との間のマッピングを記憶するように構成される。複数の可能状態は現在状態を含み、複数の可能温度限界は温度限界を含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、機器は水供給側システム、空気供給側システム、可変冷媒流量ユニット、室内空調ユニット、又はパッケージ化空調ユニットのうちの１つ以上を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、本方法は、将来期間にわたって機器を運転する費用を特徴付ける費用関数を取得する工程を含む。機器は空間の室内気温に影響を与えるように構成される。本方法は、空間に関係する複数のデータ点を含むデータセットを取得する工程と、空間の現在状態を類別するように構成されたニューラルネットワークへデータセットを適用することにより空間の現在状態を決定する工程と、現在状態に関連付けられた温度限界を選択する工程と、室内気温が温度限界を破るときに費用を増加するペナルティ項を含むように費用関数を強化する工程と、将来期間における複数の時間ステップのそれぞれに対して温度設定点を決定する工程とを含む。温度設定点は、将来期間にわたり費用関数の標的値を達成する。本方法は、複数の時間ステップの第１の時間ステップの温度設定点に向けて室内気温を駆動するように機器を制御する工程を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、温度限界は室内気温に対する上限及び室内気温に対する下限を含む。このような実施形態では、ペナルティ項は、室内気温が上限と下限との間にあると零であり、室内気温が上限を上回る又は下限を下回ると非零である。
【００１０】
いくつかの実施形態では、温度限界は、室内気温に対する第１の上限及び室内気温に対する第１の下限を含む第１の温度限界と、室内気温に対する第２の上限及び室内気温に対する第２の下限を含む第２の温度限界とを含む。いくつかの実施形態では、第１の上限は第２の上限より小さく、第１の下限は第２の下限より大きい。ペナルティ項は、第１の温度限界が破られるときに第１の量だけ、及び第２の温度限界が破られるときに第２の量だけ、費用を増加し得る。第２の量は第１の量より大きくてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、本方法は、ユーザにグラフィカルユーザインタフェースを介し費用関数の標的値を入力するように促す工程を含む。いくつかの実施形態では、本方法は、将来期間の温度限界及び温度設定点のグラフ表示を表示する工程を含む。いくつかの実施形態では、機器は水供給側システム、空気供給側システム、可変冷媒流量ユニット、室内空調ユニット、又はパッケージ化空調ユニットのうちの１つ以上を含む。
【００１２】
本開示の別の実施形態は、１つ以上のプロセッサにより実行されると１つ以上のプロセッサにいくつかの動作を実行させるプログラム命令を含む１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体である。これらの動作は、将来期間にわたって機器を運転する費用を特徴付ける費用関数を取得する工程を含む。機器は１つ以上の建物の室内気温に影響を与えるように構成される。これらの動作はまた、１つ以上の建物に関係する複数のデータ点を含むデータセットを取得する工程と、１つ以上の建物の現在状態を類別するように構成されたニューラルネットワークへデータセットを適用することにより１つ以上の建物の現在状態を決定する工程と、現在状態に関連付けられた温度限界を選択する工程と、室内気温が温度限界を破るときに費用を増加するペナルティ項を含むように費用関数を強化する工程と、将来期間における複数の時間ステップのそれぞれに対して温度設定点を決定する工程とを含む。温度設定点は、将来期間にわたり費用関数の標的値を達成する。本動作はまた、複数の時間ステップの第１の時間ステップに対する温度設定点に向けて室内気温を駆動するように機器を制御する工程を含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、温度限界は室内気温に対する上限及び室内気温に対する下限を含み、ペナルティ項は、室内気温が上限と下限との間にあると零であり、室内気温が上限を上回る又は下限を下回ると非零である。
【００１４】
いくつかの実施形態では、温度限界は、室内気温に対する第１の上限及び室内気温に対する第１の下限を含む第１の温度限界と、室内気温に対する第２の上限及び室内気温に対する第２の下限を含む第２の温度限界とを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体は１つ以上の建物の複数の可能状態と複数の可能温度限界との間のマッピングを記憶する。複数の可能状態は現在状態を含み、複数の可能温度限界は温度限界を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的実施形態によるＨＶＡＣシステムを備えた建物の図である。
【図２】例示的実施形態による図１の建物にサービスを提供するように使用され得る水供給側システムのブロック図である。
【図３】例示的実施形態による図１の建物にサービスを提供するように使用され得る空気供給側システムのブロック図である。
【図４】例示的実施形態による図１の建物を監視及び制御するために使用され得る建物管理システム（ＢＭＳ：ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）のブロック図である。
【図５】例示的実施形態による図１の建物を監視及び制御するために使用され得る別のＢＭＳのブロック図である。
【図６】例示的実施形態による可変冷媒流量システム、室内空調機システム、窓空調機、及び／又はパッケージ化空調機と共に使用するためのシステムマネージャのブロック図である。
【図７】例示的実施形態による図６のシステムマネージャにより解決される費用標的最適化問題を示す第１のグラフを示すグラフィカルユーザインタフェースである。
【図８】例示的実施形態による図６のシステムマネージャにより解決される費用標的最適化問題を示す第２のグラフを示すグラフィカルユーザインタフェースである。
【図９】例示的実施形態による図６のシステムマネージャにより解決される費用標的最適化問題を示す第３のグラフを示すグラフィカルユーザインタフェースである。
【図１０】例示的実施形態による図６のシステムマネージャの分類器回路及びプロファイル選択回路のブロック図である。
【図１１】例示的実施形態による図６のシステムマネージャによる使用のための分類の表である。
【図１２】例示的実施形態による図６のシステムマネージャと共に使用するためのトレーニング回路のブロック図である。
【図１３】例示的実施形態による図６のシステムマネージャのリアルタイムプロファイル更新回路のブロック図である。
【図１４】例示的実施形態による可変冷媒流量システムによりサービスが提供される建物の図である。
【図１５】例示的実施形態による図１３の可変冷媒流量システムの図である。
【図１６】例示的実施形態による可変冷媒流量システムの詳細な図である。
【図１７】例示的実施形態による窓空調機のブロック図である。
【図１８】例示的実施形態による室内空調システムのブロック図である。
【図１９】例示的実施形態によるパッケージ化空調機システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
建物ＨＶＡＣシステム及び建物管理システム
【００１８】
次に図１〜５を参照すると、本開示のシステム及び方法が実装され得るいくつかの建物管理システム（ＢＭＳ）及びＨＶＡＣシステムがいくつかの実施形態に従って示される。要約すると、図１はＨＶＡＣシステム１００を備えた建物１０を示す。図２は建物１０にサービスを提供するように使用され得る水供給側システム２００のブロック図である。図３は建物１０にサービスを提供するように使用され得る空気供給側システム３００のブロック図である。図４は建物１０を監視及び制御するために使用され得るＢＭＳのブロック図である。図５は建物１０を監視及び制御するために使用され得る別のＢＭＳのブロック図である。
【００１９】
建物及びＨＶＡＣシステム
【００２０】
特に図１を参照すると、建物１０の斜視図が示される。建物１０はＢＭＳによりサービスが提供される。ＢＭＳは、一般的には、建物又は建物領域内の若しくはその周囲の機器を制御、監視、及び管理するように構成されるデバイス群のシステムである。ＢＭＳは例えば、ＨＶＡＣシステム、セキュリティシステム、照明システム、火事警報システム、建物機能又はデバイスを管理することができる任意の他のシステム、又はそれらの任意の組合せを含み得る。
【００２１】
建物１０にサービスを提供するＢＭＳはＨＶＡＣシステム１００を含む。ＨＶＡＣシステム１００は、建物１０への暖房、冷房、換気又は他のサービスを提供するように構成された多数のＨＶＡＣデバイス（例えば、加熱機、冷凍機、空気処理ユニット、ポンプ、ファン、熱エネルギー貯蔵など）を含み得る。例えば、ＨＶＡＣシステム１００は、水供給側システム１２０及び空気供給側システム１３０を含むように示されている。水供給側システム１２０は、空気供給側システム１３０の空気処理ユニットに加熱又は冷却流体を提供することができる。空気供給側システム１３０は、加熱又は冷却流体を使用して、建物１０に提供される気流を加熱又は冷却することができる。ＨＶＡＣシステム１００で使用することができる例示的な水供給側システム及び空気供給側システムの例は、図２〜３を参照してさらに詳細に説明する。
【００２２】
ＨＶＡＣシステム１００は、冷凍機１０２、ボイラ１０４及び屋上空気処理ユニット（ＡＨＵ）１０６を含むように示されている。水供給側システム１２０は、ボイラ１０４及び冷凍機１０２を使用して動作流体（例えば、水、グリコールなど）を加熱又は冷却することができ、動作流体をＡＨＵ １０６まで循環させることができる。様々な実施形態では、水供給側システム１２０のＨＶＡＣデバイスは、建物１０内又は建物１０の周りに位置することも（図１に示されるように）、中央プラントなどの現場を離れた場所に位置することも（例えば、冷却プラント、蒸気プラント、熱プラントなど）可能である。動作流体は、建物１０において暖房が必要か又は冷房が必要かに応じて、ボイラ１０４で加熱することも、冷凍機１０２で冷却することもできる。ボイラ１０４は、可燃性物質（例えば、天然ガス）を燃やすことによって又は電熱要素を使用することによって循環流体に熱を加えることができる。冷凍機１０２は、循環流体から熱を吸収するために、循環流体と熱交換器（例えば、蒸発器）内の別の流体（例えば、冷媒）とを熱交換関係に置くことができる。冷凍機１０２及び／又はボイラ１０４からの動作流体は、配管１０８を介してＡＨＵ １０６に輸送することができる。
【００２３】
ＡＨＵ １０６は、動作流体とＡＨＵ １０６中を流れる気流とを熱交換関係に置くことができる（例えば、冷却コイル及び／又は加熱コイルの１つ以上の段を介して）。気流は、例えば、外気、建物１０内からの還気又は両方の組合せであり得る。ＡＨＵ １０６は、気流に対する加熱又は冷却を提供するために、気流と動作流体との間で熱を伝達することができる。例えば、ＡＨＵ １０６は、動作流体を含む熱交換器上又は熱交換器中で気流を通過させるように構成された１つ以上のファン又はブロワを含み得る。次いで、動作流体は、配管１１０を介して、冷凍機１０２又はボイラ１０４に戻ることができる。
【００２４】
空気供給側システム１３０は、給気ダクト１１２を介して、ＡＨＵ １０６によって供給された気流（すなわち、給気流）を建物１０に送ることができ、還気ダクト１１４を介して、建物１０からＡＨＵ １０６に還気を提供することができる。いくつかの実施形態では、空気供給側システム１３０は、複数の可変空気量（ＶＡＶ）ユニット１１６を含む。例えば、空気供給側システム１３０は、建物１０の各階又はゾーンに別個のＶＡＶユニット１１６を含むように示されている。ＶＡＶユニット１１６は、建物１０の個々のゾーンに提供される給気流の量を制御するように動作することができるダンパ又は他のフロー制御要素を含み得る。他の実施形態では、空気供給側システム１３０は、中間ＶＡＶユニット１１６又は他のフロー制御要素を使用することなく、給気流を建物１０の１つ以上のゾーンに送る（例えば、供給ダクト１１２を介して）。ＡＨＵ １０６は、給気流の属性を測定するように構成された様々なセンサ（例えば、温度センサ、圧力センサなど）を含み得る。ＡＨＵ １０６は、建物ゾーンのセットポイント条件を達成するために、ＡＨＵ １０６内及び／又は建物ゾーン内に位置するセンサから入力を受信し、ＡＨＵ １０６中の給気流の流速、温度又は他の属性を調整することができる。
【００２５】
水供給側システム
【００２６】
次に図２を参照すると、水供給側システム２００のブロック図がいくつかの実施形態に従って示される。様々な実施形態では、水供給側システム２００は、ＨＶＡＣシステム１００内の水供給側システム１２０を補完又は置換することができ、又はＨＶＡＣシステム１００から離れるように実装することができる。ＨＶＡＣシステム１００内に実装されるとき、水供給側システム２００は、ＨＶＡＣシステム１００内のＨＶＡＣデバイスのサブセット（例えばボイラ１０４、冷凍機１０２、ポンプ、バルブなど）を含み得、加熱又は冷却された流体をＡＨＵ １０６へ供給するように動作し得る。水供給側システム２００のＨＶＡＣデバイスは、建物１０内に（例えば水供給側システム１２０の部品として）又は中央プラントなどの現場を離れた場所に位置し得る。
【００２７】
図２において、水供給側システム２００は、多数のサブプラント２０２〜２１２を有する中央プラントとして示されている。サブプラント２０２〜２１２は、加熱機サブプラント２０２、熱回収冷凍機サブプラント２０４、冷凍機サブプラント２０６、冷却塔サブプラント２０８、温熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）サブプラント２１０及び冷熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）サブプラント２１２を含むように示されている。サブプラント２０２〜２１２は、建物又はキャンパスの熱エネルギー負荷（例えば、湯水、冷水、加熱、冷却など）を提供するために、公益事業から資源（例えば、水、天然ガス、電気など）を消費する。例えば、加熱機サブプラント２０２は、加熱機サブプラント２０２と建物１０との間で温水を循環させる温水ループ２１４において水を加熱するように構成することができる。冷凍機サブプラント２０６は、冷凍機サブプラント２０６と建物１０との間で冷水を循環させる冷水ループ２１６において水を冷却するように構成することができる。熱回収冷凍機サブプラント２０４は、温水の追加の加熱及び冷水の追加の冷却を提供するために、冷水ループ２１６から温水ループ２１４に熱を伝達するように構成することができる。復水器水ループ２１８は、冷凍機サブプラント２０６の冷水から吸熱し、冷却塔サブプラント２０８の吸熱を排熱するか又は吸熱を温水ループ２１４に伝達することができる。温熱ＴＥＳサブプラント２１０及び冷熱ＴＥＳサブプラント２１２は、後の使用のために、温熱及び冷熱エネルギーをそれぞれ貯蔵することができる。
【００２８】
温水ループ２１４及び冷水ループ２１６は、建物１０の屋上に位置するエアハンドラーに（例えば、ＡＨＵ １０６）又は建物１０の個々の階若しくはゾーンに（例えば、ＶＡＶユニット１１６）加熱及び／又は冷却水を送ることができる。エアハンドラーは、空気の加熱又は冷却を提供するために水が流れる熱交換器（例えば、加熱コイル又は冷却コイル）を通り過ぎる形で空気を押し進める。加熱又は冷却された空気は、建物１０の熱エネルギー負荷を供給するために、建物１０の個々のゾーンに送ることができる。次いで、水は、さらなる加熱又は冷却を受けるためにサブプラント２０２〜２１２に戻る。
【００２９】
サブプラント２０２〜２１２は建物への循環のために水を加熱及び冷却するものとして示され、説明されているが、熱エネルギー負荷を供給するために、水の代わりに又は水に加えて、他のいかなるタイプの動作流体（例えば、グリコール、ＣＯ２など）も使用できることが理解されよう。他の実施形態では、サブプラント２０２〜２１２は、中間熱伝達流体を必要とすることなく、建物又はキャンパスに加熱及び／又は冷却を直接提供することができる。水供給側システム２００のこれらの又は他の変形形態は、本開示の教示の範囲内である。
【００３０】
サブプラント２０２〜２１２の各々は、サブプラントの機能を促進するように構成された様々な機器を含み得る。例えば、加熱機サブプラント２０２は、温水ループ２１４において温水に熱を加えるように構成された多数の加熱要素２２０（例えば、ボイラ、電気加熱機など）を含むように示されている。また、加熱機サブプラント２０２は、いくつかのポンプ２２２、２２４を含むようにも示されており、いくつかのポンプ２２２、２２４は、温水ループ２１４において温水を循環させ、個々の加熱要素２２０中を流れる温水の流速を制御するように構成される。冷凍機サブプラント２０６は、冷水ループ２１６において冷水から熱を除去するように構成された多数の冷凍機２３２を含むように示されている。また、冷凍機サブプラント２０６は、いくつかのポンプ２３４、２３６を含むようにも示されており、いくつかのポンプ２３４、２３６は、冷水ループ２１６において冷水を循環させ、個々の冷凍機２３２中を流れる冷水の流速を制御するように構成される。
【００３１】
熱回収冷凍機サブプラント２０４は、冷水ループ２１６から温水ループ２１４に熱を伝達するように構成された多数の熱回収熱交換器２２６（例えば、冷蔵回路）を含むように示されている。また、熱回収冷凍機サブプラント２０４は、いくつかのポンプ２２８、２３０を含むようにも示されており、いくつかのポンプ２２８、２３０は、熱回収熱交換器２２６を通じて温水及び／又は冷水を循環させ、個々の熱回収熱交換器２２６中を流れる水の流速を制御するように構成される。冷却塔サブプラント２０８は、復水器水ループ２１８において復水器水から熱を除去するように構成された多数の冷却塔２３８を含むように示されている。また、冷却塔サブプラント２０８は、いくつかのポンプ２４０を含むようにも示されており、いくつかのポンプ２４０は、復水器水ループ２１８において復水器水を循環させ、個々の冷却塔２３８中を流れる復水器水の流速を制御するように構成される。
【００３２】
温熱ＴＥＳサブプラント２１０は、後の使用のために温水を貯蔵するように構成された温熱ＴＥＳタンク２４２を含むように示されている。また、温熱ＴＥＳサブプラント２１０は、温熱ＴＥＳタンク２４２への又は温熱ＴＥＳタンク２４２からの温水の流速を制御するように構成された１つ以上のポンプ又はバルブも含み得る。冷熱ＴＥＳサブプラント２１２は、後の使用のために冷水を貯蔵するように構成された冷熱ＴＥＳタンク２４４を含むように示されている。また、冷熱ＴＥＳサブプラント２１２は、冷熱ＴＥＳタンク２４４への又は冷熱ＴＥＳタンク２４４からの冷水の流速を制御するように構成された１つ以上のポンプ又はバルブも含み得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、水供給側システム２００のポンプ（例えば、ポンプ２２２、２２４、２２８、２３０、２３４、２３６及び／又は２４０）又は水供給側システム２００のパイプラインの１つ以上は、それらのポンプ又はパイプラインと関連付けられた遮断バルブを含む。遮断バルブは、水供給側システム２００の流体の流れを制御するために、ポンプと統合することも、ポンプの上流又は下流に配置することもできる。様々な実施形態では、水供給側システム２００は、水供給側システム２００の特定の構成及び水供給側システム２００によって供給される負荷のタイプに基づいて、より多くの、より少ない又は異なるタイプのデバイス及び／又はサブプラントを含み得る。
【００３４】
空気供給側システム
【００３５】
次に図３を参照すると、空気供給側システム３００のブロック図がいくつかの実施形態に従って示される。様々な実施形態では、空気供給側システム３００は、ＨＶＡＣシステム１００内の空気供給側システム１３０を補完又は置換し得る、又はＨＶＡＣシステム１００から離れて実装され得る。ＨＶＡＣシステム１００内に実装される際、空気供給側システム３００は、ＨＶＡＣシステム１００内のＨＶＡＣデバイスのサブセット（例えばＡＨＵ１０６、ＶＡＶユニット１１６、ダクト１１２−１１４、ファン、ダンパなど）を含み得、建物１０内又はその周囲に位置し得る。空気供給側システム３００は、水供給側システム２００により供給される加熱又は冷却された流体を使用することにより、建物１０へ供給される気流を加熱又は冷却するように動作し得る。
【００３６】
図３において、空気供給側システム３００は、エコノマイザタイプの空気処理ユニット（ＡＨＵ）３０２を含むように示されている。エコノマイザタイプのＡＨＵは、加熱又は冷却のために空気処理ユニットによって使用される外気及び還気の量を変動させる。例えば、ＡＨＵ ３０２は、還気ダクト３０８を介して建物ゾーン３０６から還気３０４を受け取り、給気ダクト３１２を介して給気３１０を建物ゾーン３０６に送ることができる。いくつかの実施形態では、ＡＨＵ ３０２は、建物１０の屋根に位置する屋上ユニットでも（例えば、図１に示されるＡＨＵ １０６）、還気３０４と外気３１４の両方を受け取るように別の方法で配置することも可能である。ＡＨＵ ３０２は、組み合わせて給気３１０を形成する外気３１４及び還気３０４の量を制御するように排気ダンパ３１６、混合ダンパ３１８及び外気ダンパ３２０を操作するように構成することができる。混合ダンパ３１８を通過しないいかなる還気３０４も、排気３２２として排気ダンパ３１６を通じてＡＨＵ ３０２から排気することができる。
【００３７】
ダンパ３１６〜３２０の各々は、アクチュエータによって操作することができる。例えば、排気ダンパ３１６は、アクチュエータ３２４によって操作することができ、混合ダンパ３１８は、アクチュエータ３２６によって操作することができ、外気ダンパ３２０は、アクチュエータ３２８によって操作することができる。アクチュエータ３２４〜３２８は、通信リンク３３２を介してＡＨＵコントローラ３３０と通信することができる。アクチュエータ３２４〜３２８は、ＡＨＵコントローラ３３０から制御信号を受信し、ＡＨＵコントローラ３３０にフィードバック信号を提供することができる。フィードバック信号は、例えば、現在のアクチュエータ若しくはダンパ位置の表示、アクチュエータによって与えられるトルク若しくは力の量、診断情報（例えば、アクチュエータ３２４〜３２８によって実行された診断テストの結果）、ステータス情報、試運転情報、構成設定、較正データ、及び／又は、アクチュエータ３２４〜３２８によって収集、格納若しくは使用することができる他のタイプの情報若しくはデータを含み得る。ＡＨＵコントローラ３３０は、１つ以上の制御アルゴリズム（例えば、状態ベースアルゴリズム、極値探索制御（ＥＳＣ）アルゴリズム、比例・積分（ＰＩ）制御アルゴリズム、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズム、モデル予測制御（ＭＰＣ）アルゴリズム、フィードバック制御アルゴリズムなど）を使用してアクチュエータ３２４〜３２８を制御するように構成されたエコノマイザコントローラであり得る。
【００３８】
依然として図３を参照すると、ＡＨＵ ３０２は、給気ダクト３１２内に配置された冷却コイル３３４、加熱コイル３３６及びファン３３８を含むように示される。ファン３３８は、給気３１０に強制的に冷却コイル３３４及び／又は加熱コイル３３６を通過させ、建物ゾーン３０６に給気３１０を提供するように構成することができる。ＡＨＵコントローラ３３０は、給気３１０の流速を制御するために、通信リンク３４０を介してファン３３８と通信することができる。いくつかの実施形態では、ＡＨＵコントローラ３３０は、ファン３３８の速度を変調することによって、給気３１０に適用される加熱又は冷却の量を制御する。
【００３９】
冷却コイル３３４は、配管３４２を介して水供給側システム２００から（例えば、冷水ループ２１６から）冷却流体を受け取り、配管３４４を介して水供給側システム２００に冷却流体を戻すことができる。バルブ３４６は、冷却コイル３３４中を流れる冷却流体の流速を制御するために、配管３４２又は配管３４４に沿って配置することができる。いくつかの実施形態では、冷却コイル３３４は、給気３１０に適用される冷却の量を変調するために独立して起動及び解除を行うことができる（例えば、ＡＨＵコントローラ３３０によって、ＢＭＳコントローラ３６６によってなど）冷却コイルの複数の段を含む。
【００４０】
加熱コイル３３６は、配管３４８を介して水供給側システム２００から（例えば、温水ループ２１４から）加熱流体を受け取り、配管３５０を介して水供給側システム２００に加熱流体を戻すことができる。バルブ３５２は、加熱コイル３３６中を流れる加熱流体の流速を制御するために、配管３４８又は配管３５０に沿って配置することができる。いくつかの実施形態では、加熱コイル３３６は、給気３１０に適用される加熱の量を変調するために独立して起動及び解除を行うことができる（例えば、ＡＨＵコントローラ３３０によって、ＢＭＳコントローラ３６６によってなど）加熱コイルの複数の段を含む。
【００４１】
バルブ３４６及び３５２の各々は、アクチュエータによって制御することができる。例えば、バルブ３４６は、アクチュエータ３５４によって制御することができ、バルブ３５２は、アクチュエータ３５６によって制御することができる。アクチュエータ３５４〜３５６は、通信リンク３５８〜３６０を介してＡＨＵコントローラ３３０と通信することができる。アクチュエータ３５４〜３５６は、ＡＨＵコントローラ３３０から制御信号を受け取り、コントローラ３３０にフィードバック信号を提供することができる。いくつかの実施形態では、ＡＨＵコントローラ３３０は、給気ダクト３１２（例えば、冷却コイル３３４及び／又は加熱コイル３３６の下流）に配置された温度センサ３６２から給気温度の測定値を受信する。また、ＡＨＵコントローラ３３０は、建物ゾーン３０６に配置された温度センサ３６４から建物ゾーン３０６の温度の測定値を受信することもできる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、ＡＨＵコントローラ３３０は、給気３１０に提供される加熱又は冷却の量を変調するために（例えば、給気３１０のセットポイント温度を達成するか又は給気３１０の温度をセットポイント温度範囲内に維持するために）、アクチュエータ３５４〜３５６を介してバルブ３４６、３５２を操作する。バルブ３４６、３５２の位置は、冷却コイル３３４又は加熱コイル３３６によって給気３１０に提供される加熱又は冷却の量に影響を及ぼし、所望の給気温度を達成するために消費されるエネルギーの量と相関し得る。ＡＨＵ３３０は、コイル３３４〜３３６を起動若しくは解除することによって、ファン３３８の速度を調整することによって、又は、両方の組合せによって、給気３１０及び／又は建物ゾーン３０６の温度を制御することができる。
【００４３】
依然として図３を参照すると、空気供給側システム３００は、建物管理システム（ＢＭＳ）コントローラ３６６及びクライアントデバイス３６８を含むように示されている。ＢＭＳコントローラ３６６は、空気供給側システム３００、水供給側システム２００、ＨＶＡＣシステム１００、及び／又は建物１０に資源供給する他の制御可能システム用のシステムレベルコントローラ、アプリケーション又はデータサーバ、ヘッドノードあるいはマスタコントローラとして機能する１つ以上のコンピュータシステム（例えば、サーバ、監視コントローラ、サブシステムコントローラなど）を含み得る。ＢＭＳコントローラ３６６は、同様の又は異種のプロトコル（例えば、ＬＯＮ、ＢＡＣｎｅｔなど）に従って、通信リンク３７０を介して、複数の下流建物システム又はサブシステム（例えば、ＨＶＡＣシステム１００、セキュリティシステム、照明システム、水供給側システム２００など）と通信することができる。様々な実施形態では、ＡＨＵコントローラ３３０及びＢＭＳコントローラ３６６は、分離することも（図３に示されるように）、統合することもできる。統合された実装形態では、ＡＨＵコントローラ３３０は、ＢＭＳコントローラ３６６のプロセッサによって実行するように構成されたソフトウェアモジュールであり得る。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ＡＨＵコントローラ３３０は、ＢＭＳコントローラ３６６から情報（例えば、コマンド、セットポイント、動作境界など）を受信し、ＢＭＳコントローラ３６６に情報（例えば、温度測定値、バルブ又はアクチュエータ位置、動作ステータス、診断など）を提供する。例えば、ＡＨＵコントローラ３３０は、温度センサ３６２〜３６４からの温度測定値、機器オン／オフ状態、機器動作能力、及び／又は、建物ゾーン３０６内の可変状態若しくは条件のモニタ及び制御を行うためにＢＭＳコントローラ３６６によって使用することができる他の任意の情報をＢＭＳコントローラ３６６に提供することができる。
【００４５】
クライアントデバイス３６８は、ＨＶＡＣシステム１００、そのサブシステム、及び／又はデバイスを制御、閲覧又は別の方法で相互作用するための１つ以上のヒューマンマシンインタフェース又はクライアントインタフェース（例えば、グラフィカルユーザインタフェース、報告用のインタフェース、テキストベースのコンピュータインタフェース、顧客に直接対応するウェブサービス、ウェブクライアントにページを提供するウェブサーバなど）を含み得る。クライアントデバイス３６８は、コンピュータワークステーション、クライアント端末、リモート若しくはローカルインタフェース、又は、他の任意のタイプのユーザインタフェースデバイスであり得る。クライアントデバイス３６８は、据置型端末でも、モバイルデバイスでもよい。例えば、クライアントデバイス３６８は、デスクトップコンピュータ、ユーザインタフェースを有するコンピュータサーバ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、ＰＤＡ、又は、他の任意のタイプのモバイル若しくは非モバイルデバイスであり得る。クライアントデバイス３６８は、通信リンク３７２を介して、ＢＭＳコントローラ３６６及び／又はＡＨＵコントローラ３３０と通信することができる。
【００４６】
建物管理システム
【００４７】
ここで図４を参照すると、いくつかの実施形態による、建物管理システム（ＢＭＳ）４００のブロック図が示されている。ＢＭＳ ４００は、様々な建物機能の自動的なモニタ及び制御を行うために建物１０において実装することができる。ＢＭＳ ４００は、ＢＭＳコントローラ３６６及び多数の建物サブシステム４２８を含むように示されている。建物サブシステム４２８は、建物電気サブシステム４３４、情報通信技術（ＩＣＴ）サブシステム４３６、セキュリティサブシステム４３８、ＨＶＡＣサブシステム４４０、照明サブシステム４４２、エレベータ／エスカレータサブシステム４３２及び火災安全サブシステム４３０を含むように示されている。様々な実施形態では、建物サブシステム４２８は、より少ない、追加の又は代替のサブシステムを含み得る。例えば、建物サブシステム４２８は、冷蔵サブシステム、広告若しくは看板サブシステム、調理サブシステム、自動販売サブシステム、プリンタ若しくはコピーサービスサブシステム、又は、建物１０のモニタ及び制御を行うために制御可能な機器及び／又はセンサを使用する他の任意のタイプの建物サブシステムを同様に含むことも、それらを代替として含むこともできる。いくつかの実施形態では、建物サブシステム４２８は、図２〜３を参照して説明されるような、水供給側システム２００及び／又は空気供給側システム３００を含む。
【００４８】
建物サブシステム４２８の各々は、その個々の機能及び制御活動を完了するためのいかなる数のデバイス、コントローラ及び接続も含み得る。ＨＶＡＣサブシステム４４０は、図１〜３を参照して説明されるような、ＨＶＡＣシステム１００と同じコンポーネントの多くを含み得る。例えば、ＨＶＡＣサブシステム４４０は、冷凍機、ボイラ、任意の数の空気処理ユニット、エコノマイザ、フィールドコントローラ、監視コントローラ、アクチュエータ、温度センサ、及び、建物１０内の温度、湿度、気流又は他の可変条件を制御するための他のデバイスを含み得る。照明サブシステム４４２は、任意の数の照明器具、バラスト、照明センサ、調光器、又は、建物空間に提供される光の量を制御可能に調整するように構成された他のデバイスを含み得る。セキュリティサブシステム４３８は、占有センサ、映像監視カメラ、デジタル映像レコーダ、映像処理サーバ、侵入検出デバイス、アクセス制御デバイス及びサーバ又は他のセキュリティ関連デバイスを含み得る。
【００４９】
依然として図４を参照すると、ＢＭＳコントローラ３６６は、通信インタフェース４０７及びＢＭＳインタフェース４０９を含むように示されている。インタフェース４０７は、ＢＭＳコントローラ３６６及び／又はサブシステム４２８のユーザ制御、モニタリング及び調整を可能にするために、ＢＭＳコントローラ３６６と外部のアプリケーション（例えば、モニタリング及び報告アプリケーション４２２、企業制御アプリケーション４２６、リモートシステム及びアプリケーション４４４、クライアントデバイス４４８上に存在するアプリケーションなど）との間の通信を容易にすることができる。また、インタフェース４０７は、ＢＭＳコントローラ３６６とクライアントデバイス４４８との間の通信を容易にすることもできる。ＢＭＳインタフェース４０９は、ＢＭＳコントローラ３６６と建物サブシステム４２８（例えば、ＨＶＡＣ、照明セキュリティ、エレベータ、配電、ビジネスなど）との間の通信を容易にすることができる。
【００５０】
インタフェース４０７、４０９は、建物サブシステム４２８又は他の外部のシステム若しくはデバイスとのデータ通信を実施するための有線又は無線通信インタフェース（例えば、ジャック、アンテナ、送信機、受信機、トランシーバ、ワイヤ端子など）であることも、それらを含むことも可能である。様々な実施形態では、インタフェース４０７、４０９を介する通信は、直接的であることも（例えば、ローカル有線又は無線通信）、通信ネットワーク４４６を介することも（例えば、ＷＡＮ、インターネット、セルラネットワークなど）可能である。例えば、インタフェース４０７、４０９は、イーサネット（登録商標）ベース通信リンク又はネットワークを介してデータを送信及び受信するためのイーサネットカード及びポートを含み得る。別の例では、インタフェース４０７、４０９は、無線通信ネットワークを介して通信するためのＷｉ−Ｆｉトランシーバを含み得る。別の例では、インタフェース４０７、４０９の一方又は両方は、セルラフォン又は携帯電話通信トランシーバを含み得る。一実施形態では、通信インタフェース４０７は送電線通信インタフェースであり、ＢＭＳインタフェース４０９はイーサネットインタフェースである。他の実施形態では、通信インタフェース４０７及びＢＭＳインタフェース４０９は両方とも、別個のイーサネットインタフェースであるか又は同じイーサネットインタフェースである。
【００５１】
依然として図４を参照すると、ＢＭＳコントローラ３６６は、処理回路４０４を含むように示されており、処理回路４０４は、プロセッサ４０６及びメモリ４０８を含む。処理回路４０４は、処理回路４０４及びその様々なコンポーネントがインタフェース４０７、４０９を介してデータの送信及び受信を行えるように、ＢＭＳインタフェース４０９及び／又は通信インタフェース４０７に通信可能に接続することができる。プロセッサ４０６は、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、処理コンポーネントのグループ、又は、他の適切な電子処理コンポーネントとして実装することができる。
【００５２】
メモリ４０８（例えば、メモリ、メモリユニット、記憶装置など）は、本出願で説明される様々なプロセス、層及びモジュールを完了及び／又は促進するためのデータ及び／又はコンピュータコードを格納するための１つ以上のデバイス（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク記憶装置など）を含み得る。メモリ４０８は、揮発性メモリ又は不揮発性メモリであることも、それらを含むことも可能である。メモリ４０８は、データベース構成要素、オブジェクトコード構成要素、スクリプト構成要素、又は、他の任意のタイプの様々な活動をサポートするための情報構造及び本出願で説明される情報構造を含み得る。いくつかの実施形態によれば、メモリ４０８は、処理回路４０４を介してプロセッサ４０６に通信可能に接続することができ、本明細書で説明される１つ以上のプロセスを実行する（例えば、処理回路４０４及び／又はプロセッサ４０６によって）ためのコンピュータコードを含む。
【００５３】
いくつかの実施形態では、ＢＭＳコントローラ３６６は、単一のコンピュータ（例えば、１つのサーバ、１つのハウジングなど）内で実装される。様々な他の実施形態では、ＢＭＳコントローラ３６６は、複数のサーバ又はコンピュータ（例えば、分散した場所に存在することができる）にわたって分散させることができる。さらに、図４はＢＭＳコントローラ３６６の外部に存在するものとしてアプリケーション４２２、４２６を示しているが、いくつかの実施形態では、アプリケーション４２２、４２６は、ＢＭＳコントローラ３６６内（例えば、メモリ４０８内）でホストすることができる。
【００５４】
依然として図４を参照すると、メモリ４０８は、企業統合層４１０、自動化測定及び検定（ＡＭ＆Ｖ）層４１２、需要応答（ＤＲ）層４１４、欠陥検出及び診断（ＦＤＤ）層４１６、統合制御層４１８及び建物サブシステム統合層４２０を含むように示されている。層４１０〜４２０は、建物サブシステム４２８及び他のデータ源から入力を受信し、入力に基づいて建物サブシステム４２８の最適な制御動作を決定し、最適な制御動作に基づいて制御信号を生成し、生成された制御信号を建物サブシステム４２８に提供するように構成することができる。以下の段落は、ＢＭＳ ４００の層４１０〜４２０の各々によって実行される一般機能のいくつかを説明する。
【００５５】
企業統合層４１０は、様々な企業レベルのアプリケーションをサポートするために情報及びサービスをクライアント又はローカルアプリケーションに供給するように構成することができる。例えば、企業制御アプリケーション４２６は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）又は任意の数の企業レベルビジネスアプリケーション（例えば、会計システム、ユーザ識別システムなど）にサブシステム全体に及ぶ制御を提供するように構成することができる。企業制御アプリケーション４２６は、ＢＭＳコントローラ３６６を構成するための構成ＧＵＩを提供するように同様に構成することも、そのように代替として構成することもできる。さらなる他の実施形態では、企業制御アプリケーション４２６は、インタフェース４０７及び／又はＢＭＳインタフェース４０９で受信された入力に基づいて建物性能（例えば、効率、エネルギー使用、快適性又は安全性）を最適化するために、層４１０〜４２０と連動することができる。
【００５６】
建物サブシステム統合層４２０は、ＢＭＳコントローラ３６６と建物サブシステム４２８との間の通信を管理するように構成することができる。例えば、建物サブシステム統合層４２０は、建物サブシステム４２８からセンサデータ及び入力信号を受信し、建物サブシステム４２８に出力データ及び制御信号を提供することができる。また、建物サブシステム統合層４２０は、建物サブシステム４２８間の通信を管理するように構成することもできる。建物サブシステム統合層４２０は、多数のマルチベンダ／マルチプロトコルシステムにわたって通信（例えば、センサデータ、入力信号、出力信号など）を翻訳する。
【００５７】
需要応答層４１４は、建物１０の需要を満たすことに応答して、資源使用量（例えば、電気使用、天然ガス使用、水使用など）及び／又はそのような資源使用量の金銭的費用を最適化するように構成することができる。最適化は、使用時間価格、削減信号、エネルギー利用可能性、又は、ユーティリティプロバイダ、分散型エネルギー生成システム４２４、エネルギー貯蔵４２７（例えば、温熱ＴＥＳ ２４２、冷熱ＴＥＳ ２４４など）若しくは他の供給源から受信された他のデータに基づき得る。需要応答層４１４は、ＢＭＳコントローラ３６６の他の層（例えば、建物サブシステム統合層４２０、統合制御層４１８など）から入力を受信することができる。他の層から受信される入力は、温度、二酸化炭素レベル、相対湿度レベル、大気質センサ出力、占有センサ出力、部屋スケジュール及び同様のものなどの環境又はセンサ入力を含み得る。また、入力は、電気使用（例えば、ｋＷｈで表現される）、熱負荷測定値、価格情報、予想価格、平準化価格、公益事業からの削減信号及び同様のものなどの入力も含み得る。
【００５８】
いくつかの実施形態によれば、需要応答層４１４は、受信したデータ及び信号に応答するための制御論理を含む。これらの応答は、統合制御層４１８の制御アルゴリズムと通信すること、制御戦略を変更すること、セットポイントを変更すること、又は、制御の下で建物機器若しくはサブシステムを起動／解除することを含み得る。また、需要応答層４１４は、貯蔵されたエネルギーをいつ利用するかを決定するように構成された制御論理も含み得る。例えば、需要応答層４１４は、ピーク使用時間が始まる直前に、エネルギー貯蔵４２７からのエネルギーの使用を開始すると決定することができる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、需要応答層４１４は、需要（例えば、価格、削減信号、需要レベルなど）を表す１つ以上の入力に基づいて又は同需要に基づいてエネルギー費用を最小化する制御動作を能動的に開始する（例えば、自動的にセットポイントを変更する）ように構成された制御モジュールを含む。いくつかの実施形態では、需要応答層４１４は、制御動作の最適なセットを決定するために、機器モデルを使用する。機器モデルは、例えば、建物機器の様々なセットによって実行される入力、出力及び／又は機能を説明する熱力学モデルを含み得る。機器モデルは、建物機器の集合体（例えば、サブプラント、冷凍機アレイなど）又は個々のデバイス（例えば、個々の冷凍機、加熱機、ポンプなど）を表し得る。
【００６０】
需要応答層４１４は、１つ以上の需要応答ポリシ定義（例えば、データベース、ＸＭＬファイルなど）をさらに含むことも、それらを活用することも可能である。ポリシ定義は、ユーザのアプリケーション、所望の快適レベル、特定の建物機器に合わせて又は他の関心事に基づいて、需要入力に応答して開始された制御動作を調整できるように、ユーザによって（例えば、グラフィカルユーザインタフェースを介して）編集又は調整することができる。例えば、需要応答ポリシ定義は、特定の需要入力に応答してどの機器をオン又はオフにするか、システム又は機器の部品をどのくらいの時間オフにするべきか、どのようなセットポイントを変更することができるか、許容セットポイント調整範囲はどれほどか、通常のスケジューリングされたセットポイントに戻る前に高需要セットポイントをどのくらいの時間保持するか、能力限界にどれほど近づいているか、どの機器モードを利用するか、エネルギー貯蔵デバイス（例えば、熱貯蔵タンク、バッテリバンクなど）への及びエネルギー貯蔵デバイスからのエネルギー伝達料金（例えば、最大料金、警報料金、他の料金限界情報など）、現場生成されたエネルギーをいつ送り出すか（例えば、燃料電池、電動発電機セットを介して）を指定することができる。
【００６１】
統合制御層４１８は、制御決定を行うために建物サブシステム統合層４２０及び／又は需要応答層４１４のデータ入力又は出力を使用するように構成することができる。建物サブシステム統合層４２０によって提供されるサブシステム統合により、統合制御層４１８は、サブシステム４２８が単一の統合上位体系として挙動するように、サブシステム４２８の制御活動を統合することができる。いくつかの実施形態では、統合制御層４１８は、別個のサブシステムが単独で提供できる快適性及びエネルギー節約と比べて、より優れた快適性及びエネルギー節約を提供するために、多数の建物サブシステムからの入力及び出力を使用する制御論理を含む。例えば、統合制御層４１８は、第２のサブシステムに対するエネルギー節約制御決定を行うために、第１のサブシステムからの入力を使用するように構成することができる。これらの決定の結果は、建物サブシステム統合層４２０に送り返すことができる。
【００６２】
統合制御層４１８は、論理的には、需要応答層４１４の下であるように示されている。統合制御層４１８は、需要応答層４１４と協力して建物サブシステム４２８及びそれらのそれぞれの制御ループの制御を可能にすることによって、需要応答層４１４の有効性を強化するように構成することができる。この構成は、有利には従来のシステムと比べて、破壊的な需要応答挙動を低減することができる。例えば、統合制御層４１８は、冷却水温度のセットポイントの需要応答駆動上方調整（又は温度に直接若しくは間接的に影響を及ぼす別の成分）が、冷凍機で保存されたものより多くの総建物エネルギー使用をもたらすことになるファンエネルギー（又は空間を冷却するために使用される他のエネルギー）の増加をもたらさないことを保証するように構成することができる。
【００６３】
統合制御層４１８は、需要負荷制限が進行中の間でさえも制約（例えば、温度、照明レベルなど）が適切に維持されることを需要応答層４１４がチェックするように、需要応答層４１４にフィードバックを提供するように構成することができる。また、制約は、安全性、機器動作制限及び性能、快適性、消防規則、電気工事規定、エネルギー規定及び同様のものに関連するセットポイント又は検知境界も含み得る。また、統合制御層４１８は、論理的には、欠陥検出及び診断層４１６及び自動化測定及び検定層４１２の下でもある。統合制御層４１８は、複数の建物サブシステムからの出力に基づいて、これらのより高いレベルに計算済みの入力（例えば、集計）を提供するように構成することができる。
【００６４】
自動化測定及び検定（ＡＭ＆Ｖ）層４１２は、統合制御層４１８又は需要応答層４１４によって命令される制御戦略が正しく機能していることを検証するように構成することができる（例えば、ＡＭ＆Ｖ層４１２、統合制御層４１８、建物サブシステム統合層４２０、ＦＤＤ層４１６によって集計されたデータを使用して又は別の方法で）。ＡＭ＆Ｖ層４１２によって行われる計算は、建物システムエネルギーモデル及び／又は個々のＢＭＳデバイス若しくはサブシステムに対する機器モデルに基づき得る。例えば、ＡＭ＆Ｖ層４１２は、モデルの精度を決定するために、モデル予測出力を建物サブシステム４２８からの実際の出力と比較することができる。
【００６５】
欠陥検出及び診断（ＦＤＤ）層４１６は、建物サブシステム４２８、建物サブシステムデバイス（すなわち、建物機器）、並びに、需要応答層４１４及び統合制御層４１８によって使用される制御アルゴリズムに対する進行中の欠陥検出を提供するように構成することができる。ＦＤＤ層４１６は、統合制御層４１８から、１つ以上の建物サブシステム若しくはデバイスから直接、又は、別のデータ源から、データ入力を受信することができる。ＦＤＤ層４１６は、検出された欠陥を自動的に診断し、応答することができる。検出又は診断された欠陥への応答は、ユーザ、保守スケジューリングシステム、又は、欠陥の修理を試みるか若しくは欠陥に対処するように構成された制御アルゴリズムに警告メッセージを提供することを含み得る。
【００６６】
ＦＤＤ層４１６は、建物サブシステム統合層４２０で利用可能な詳細なサブシステム入力を使用して、欠陥コンポーネントの具体的な識別又は欠陥の原因（例えば、緩んだダンパリンク機構）を出力するように構成することができる。他の例示的な実施形態では、ＦＤＤ層４１６は、統合制御層４１８に「欠陥」事象を提供するように構成され、統合制御層４１８は、受信された欠陥事象に応答して、制御戦略及びポリシを実行する。いくつかの実施形態によれば、ＦＤＤ層４１６（又は、統合制御エンジン若しくはビジネスルールエンジンによって実行されるポリシ）は、エネルギー浪費を低減するため、機器の寿命を延ばすため又は正しい制御応答を保証するために、欠陥デバイス又はシステムの周りのシステム若しくは直接制御活動を停止することができる。
【００６７】
ＦＤＤ層４１６は、様々な異なるシステムデータストア（又はライブデータ用のデータポイント）に格納するか又はアクセスするように構成することができる。ＦＤＤ層４１６は、データストアの何らかのコンテンツを使用して、機器レベル（例えば、特定の冷凍機、特定のＡＨＵ、特定の端末ユニットなど）で欠陥を識別することができ、他のコンテンツを使用して、コンポーネント又はサブシステムレベルで欠陥を識別することができる。例えば、建物サブシステム４２８は、ＢＭＳ ４００及びその様々なコンポーネントの性能を示す時間的な（すなわち、時系列）データを生成することができる。建物サブシステム４２８によって生成されるデータは、統計特性を呈する測定済みの又は計算済みの値を含み得、対応するシステム又はプロセス（例えば、温度制御プロセス、フロー制御プロセスなど）がそのセットポイントからの誤差の観点からどのように機能しているかについての情報を提供することができる。これらのプロセスは、システムの性能がいつ劣化し始めるかを暴露し、その劣化がより深刻になる前に欠陥を修理するようにユーザに警告するために、ＦＤＤ層４１６によって検査することができる。
【００６８】
ここで図５を参照すると、いくつかの実施形態による、別の建物管理システム（ＢＭＳ）５００のブロック図が示されている。ＢＭＳ ５００は、ＨＶＡＣシステム１００、水供給側システム２００、空気供給側システム３００、建物サブシステム４２８のデバイス、並びに、他のタイプのＢＭＳデバイス（例えば、照明機器、セキュリティ機器など）及び／又はＨＶＡＣ機器のモニタ及び制御を行うために使用することができる。
【００６９】
ＢＭＳ ５００は、自動機器発見及び機器モデル分散を促進するシステムアーキテクチャを提供する。機器発見は、複数の異なる通信バス（例えば、システムバス５５４、ゾーンバス５５６〜５６０、５６４、センサ／アクチュエータバス５６６など）にわたって及び複数の異なる通信プロトコルにわたってＢＭＳ ５００の複数のレベルで起こり得る。いくつかの実施形態では、機器発見は、各通信バスに接続されたデバイスのステータス情報を提供するアクティブノードテーブルを使用して遂行される。例えば、各通信バスは、新しいノードに対して対応するアクティブノードテーブルをモニタすることによって、新しいデバイスに対するモニタを行うことができる。新しいデバイスが検出されると、ＢＭＳ ５００は、ユーザが対話することなく、新しいデバイスとの相互作用を開始することができる（例えば、制御信号を送信する、デバイスからのデータを使用する）。
【００７０】
ＢＭＳ ５００のいくつかのデバイスは、機器モデルを使用して、それら自体をネットワークに提示する。機器モデルは、他のシステムとの統合のために使用される機器オブジェクト属性、ビュー定義、スケジュール、傾向及び関連ＢＡＣｎｅｔ値オブジェクト（例えば、アナログ値、２進値、多状態値など）を定義する。ＢＭＳ ５００のいくつかのデバイスは、それら自体の機器モデルを格納する。ＢＭＳ ５００の他のデバイスは、外部（例えば、他のデバイス内）に格納された機器モデルを有する。例えば、ゾーンコーディネータ５０８は、バイパスダンパ５２８の機器モデルを格納することができる。いくつかの実施形態では、ゾーンコーディネータ５０８は、バイパスダンパ５２８又はゾーンバス５５８の他のデバイスの機器モデルを自動的に作成する。また、他のゾーンコーディネータも、それらのゾーンバスに接続されたデバイスの機器モデルを作成することができる。デバイスの機器モデルは、ゾーンバスのデバイスによって暴露されたデータポイントのタイプ、デバイスタイプ及び／又は他のデバイス属性に基づいて自動的に作成することができる。自動機器発見及び機器モデル分散のいくつかの例は、以下でさらに詳細に論じる。
【００７１】
依然として図５を参照すると、ＢＭＳ ５００は、システムマネージャ５０２、いくつかのゾーンコーディネータ５０６、５０８、５１０、５１８及びいくつかのゾーンコントローラ５２４、５３０、５３２、５３６、５４８、５５０を含むように示されている。システムマネージャ５０２は、データ通信リンク５７４（例えば、ＢＡＣｎｅｔ ＩＰ、イーサネット、有線又は無線通信など）を介してクライアントデバイス５０４（例えば、ユーザデバイス、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、モバイルデバイスなど）と通信することができる。システムマネージャ５０２は、データ通信リンク５７４を介してクライアントデバイス５０４にユーザインタフェースを提供することができる。ユーザインタフェースは、ユーザがクライアントデバイス５０４を介してＢＭＳ ５００のモニタ及び／又は制御を行えるようにする。
【００７２】
いくつかの実施形態では、システムマネージャ５０２は、システムバス５５４を介してゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８と接続される。システムマネージャ５０２は、マスタスレーブトークンパッシング（ＭＳＴＰ）プロトコル又は他の任意の通信プロトコルを使用して、システムバス５５４を介してゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８と通信するように構成することができる。また、システムバス５５４は、システムマネージャ５０２を、定容（ＣＶ）屋上ユニット（ＲＴＵ）５１２、入力／出力モジュール（ＩＯＭ）５１４、サーモスタットコントローラ５１６（例えば、ＴＥＣ５０００シリーズサーモスタットコントローラ）、及び、ネットワークオートメーションエンジン（ＮＡＥ）又は第三者コントローラ５２０などの他のデバイスと接続することもできる。ＲＴＵ ５１２は、システムマネージャ５０２と直接通信するように構成することができ、システムバス５５４に直接接続することができる。他のＲＴＵは、中間デバイスを介してシステムマネージャ５０２と通信することができる。例えば、有線入力５６２は、第三者ＲＴＵ ５４２をサーモスタットコントローラ５１６に接続することができ、サーモスタットコントローラ５１６は、システムバス５５４に接続される。
【００７３】
システムマネージャ５０２は、機器モデルを含むいかなるデバイスに対するユーザインタフェースも提供することができる。ゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８及びサーモスタットコントローラ５１６などのデバイスは、システムバス５５４を介してシステムマネージャ５０２にそれらの機器モデルを提供することができる。いくつかの実施形態では、システムマネージャ５０２は、機器モデルを含まない接続バイス（例えば、ＩＯＭ ５１４、第三者コントローラ５２０など）の機器モデルを自動的に作成する。例えば、システムマネージャ５０２は、デバイス木（ｄｅｖｉｃｅ  ｔｒｅｅ）要求に応答するいかなるデバイスの機器モデルも作成することができる。システムマネージャ５０２によって作成された機器モデルは、システムマネージャ５０２内に格納することができる。次いで、システムマネージャ５０２は、システムマネージャ５０２によって作成された機器モデルを使用して、それら自体の機器モデルを含まないデバイスに対するユーザインタフェースを提供することができる。いくつかの実施形態では、システムマネージャ５０２は、システムバス５５４を介して接続された機器の各タイプのビュー定義を格納し、格納されたビュー定義を使用して機器に対するユーザインタフェースを生成する。
【００７４】
各ゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８は、ゾーンバス５５６、５５８、５６０、５６４を介してゾーンコントローラ５２４、５３０〜５３２、５３６、５４８〜５５０のうちの１つ以上と接続することができる。ゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８は、ＭＳＴＰプロトコル又は他の任意の通信プロトコルを使用してゾーンバス５５６〜５６０、５６４を介してゾーンコントローラ５２４、５３０〜５３２、５３６、５４８〜５５０と通信することができる。また、ゾーンバス５５６〜５６０、５６４は、ゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８を、可変空気量（ＶＡＶ）ＲＴＵ ５２２、５４０、切替バイパス（ＣＯＢＰ）ＲＴＵ ５２６、５５２、バイパスダンパ５２８、５４６及びＰＥＡＫコントローラ５３４、５４４などの他のタイプのデバイスと接続することもできる。
【００７５】
ゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８は、様々なゾーニングシステムに対するモニタ及び命令を行うように構成することができる。いくつかの実施形態では、各ゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８は、別個のゾーニングシステムに対するモニタ及び命令を行い、別個のゾーンバスを介してゾーニングシステムに接続される。例えば、ゾーンコーディネータ５０６は、ゾーンバス５５６を介してＶＡＶ ＲＴＵ ５２２及びゾーンコントローラ５２４に接続することができる。ゾーンコーディネータ５０８は、ゾーンバス５５８を介してＣＯＢＰ ＲＴＵ ５２６、バイパスダンパ５２８、ＣＯＢＰゾーンコントローラ５３０及びＶＡＶゾーンコントローラ５３２に接続することができる。ゾーンコーディネータ５１０は、ゾーンバス５６０を介してＰＥＡＫコントローラ５３４及びＶＡＶゾーンコントローラ５３６に接続することができる。ゾーンコーディネータ５１８は、ゾーンバス５６４を介してＰＥＡＫコントローラ５４４、バイパスダンパ５４６、ＣＯＢＰゾーンコントローラ５４８及びＶＡＶゾーンコントローラ５５０に接続することができる。
【００７６】
ゾーンコーディネータ５０６〜５１０、５１８の単一のモデルは、複数の異なるタイプのゾーニングシステム（例えば、ＶＡＶゾーニングシステム、ＣＯＢＰゾーニングシステムなど）を処理するように構成することができる。各ゾーニングシステムは、ＲＴＵ、１つ以上のゾーンコントローラ及び／又はバイパスダンパを含み得る。例えば、ゾーンコーディネータ５０６、５１０は、ＶＡＶ ＲＴＵ ５２２、５４０にそれぞれ接続されたＶｅｒａｓｙｓ（登録商標）ＶＡＶエンジン（ＶＶＥ）として示されている。ゾーンコーディネータ５０６は、ゾーンバス５５６を介してＶＡＶ ＲＴＵ ５２２に直接接続されるのに対して、ゾーンコーディネータ５１０は、ＰＥＡＫコントローラ５３４に提供された有線入力５６８を介して第三者ＶＡＶ ＲＴＵ ５４０に接続される。ゾーンコーディネータ５０８、５１８は、ＣＯＢＰ ＲＴＵ ５２６、５５２にそれぞれ接続されたＶｅｒａｓｙｓ ＣＯＢＰエンジン（ＶＣＥ）として示されている。ゾーンコーディネータ５０８は、ゾーンバス５５８を介してＣＯＢＰ ＲＴＵ ５２６に直接接続されるのに対して、ゾーンコーディネータ５１８は、ＰＥＡＫコントローラ５４４に提供された有線入力５７０を介して第三者ＣＯＢＰ ＲＴＵ ５５２に接続される。
【００７７】
ゾーンコントローラ５２４、５３０〜５３２、５３６、５４８〜５５０は、センサ／アクチュエータ（ＳＡ）バスを介して個々のＢＭＳデバイス（例えば、センサ、アクチュエータなど）と通信することができる。例えば、ＶＡＶゾーンコントローラ５３６は、ＳＡバス５６６を介してネットワーク接続センサ５３８に接続されるように示されている。ゾーンコントローラ５３６は、ＭＳＴＰプロトコル又は他の任意の通信プロトコルを使用してネットワーク接続センサ５３８と通信することができる。図５では１つのＳＡバス５６６しか示されていないが、各ゾーンコントローラ５２４、５３０〜５３２、５３６、５４８〜５５０は異なるＳＡバスに接続できることを理解すべきである。各ＳＡバスは、ゾーンコントローラを、様々なセンサ（例えば、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ、光センサ、占有センサなど）、アクチュエータ（例えば、ダンパアクチュエータ、バルブアクチュエータなど）及び／又は他のタイプの制御可能な機器（例えば、冷凍機、加熱機、ファン、ポンプなど）と接続することができる。
【００７８】
各ゾーンコントローラ５２４、５３０〜５３２、５３６、５４８〜５５０は、異なる建物ゾーンのモニタ及び制御を行うように構成することができる。ゾーンコントローラ５２４、５３０〜５３２、５３６、５４８〜５５０は、それらのＳＡバスを介して提供された入力及び出力を使用して、様々な建物ゾーンのモニタ及び制御を行うことができる。例えば、ゾーンコントローラ５３６は、温度制御アルゴリズムにおけるフィードバックとして、ＳＡバス５６６を介してネットワーク接続センサ５３８から受信された温度入力（例えば、建物ゾーンの測定温度）を使用することができる。ゾーンコントローラ５２４、５３０〜５３２、５３６、５４８〜５５０は、様々なタイプの制御アルゴリズム（例えば、状態ベースアルゴリズム、極値探索制御（ＥＳＣ）アルゴリズム、比例・積分（ＰＩ）制御アルゴリズム、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズム、モデル予測制御（ＭＰＣ）アルゴリズム、フィードバック制御アルゴリズムなど）を使用して、建物１０内又は建物１０の周りの可変状態又は条件（例えば、温度、湿度、気流、照明など）を制御することができる。
【００７９】
費用標的最適化を有するシステムマネージャ
【００８０】
次に図６を参照すると、システムマネージャ５０２をより詳細に示すブロック図が例示的実施形態に従って示される。以下に詳述されるように、システムマネージャ５０２は、機器６００の制御入力を決定するために最大エネルギー費用により制約される一方で居住者快適性を考慮し費用関数を最適化するためにペナルティ項を使用する費用関数を生成するように構成され得る。システムマネージャ５０２は、ニューラルネットワークを使用して建物の状態の分類を識別し、次にこの分類と最大及び最低温度のプロファイルとを関連付けることによりペナルティ項を決定し得る。システムマネージャ５０２のこれら及び他の機能が以下に詳細に説明される。
【００８１】
システムマネージャ５０２は機器６００及びセンサ６１８へ通信可能に結合され得る。様々な実施形態によると、機器６００は、図１〜５に示す様々なＨＶＡＣ機器（例えばＨＶＡＣシステム１００、水供給側システム２００、空気供給側システム３００及びその部品）、図１３〜１４のＶＲＦシステム２１００、図１６のＶＲＦシステム２２００、図１７の窓空調機２３００、図１８の室内空調システム２４００、及び／又は図１９のパッケージ化空調機システム２５００を含む。機器６００は、１つの部屋、複数の部屋、１つの建物、複数の建物などのうちの１つ以上のものの室内気温に影響を与えるように動作可能である。センサ６１８は、機器６００及びシステムマネージャ５０２の動作を容易にする測定結果を提供する。センサ６１８は、部屋又は建物の室内気温、室外気温、及び／又は部屋又は建物の湿度を測定し得る。
【００８２】
システムマネージャ５０２は、分類器回路６０２、プロファイル選択回路６０４、プロファイルデータベース６０６、リアルタイムプロファイル更新回路６０８、費用関数生成器６１０、費用関数オプティマイザ６１２、及びグラフィカルユーザインタフェース生成器６１４を含むように示される。システムマネージャ５０２はトレーニング回路６１６と通信可能である。以下にさらに詳細に説明されるように、分類器回路６０２は、建物の現在状態を類別するために、ニューラルネットワークと、分類器回路６０２がサービスする機器６００及び建物に関するデータとを使用する。分類器回路６０２は分類をプロファイル選択回路６０４へ提供し、プロファイル選択回路６０４は、プロファイルデータベース６０６内に記憶された参照テーブルを使用することにより、分類と最高温度プロファイル及び最低温度プロファイルとを関連付ける。最高温度プロファイル及び最低温度プロファイルは計画期間（例えば次の２４時間の各時間）中の各時間ステップの快適温度の範囲に関する限界を表す。リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、温度設定点又は他のユーザ入力に対するユーザ変更に基づき最高温度プロファイル及び／又は最低温度プロファイルをリアルタイムに更新するように構成される。
【００８３】
費用関数生成器６１０は最高温度プロファイル及び最低温度プロファイルを受信し、これらプロファイルを、費用関数を生成するために使用する。費用関数は、エネルギー消費費用項と、最高温度プロファイル及び最低温度プロファイルにより定義されるペナルティ項とを含む。費用関数は次のように表され得る。
【数１】
2019196898.tif 000003
式中、ＮＨは期間中の時間ステップの総数であり、Δｔｉは各時間ステップの長さであり、Ｐｉは、時間ステップｉ内に機器６００により消費される電力であり、Ｃｉは、時間ステップｉ中に公益事業会社により請求される単位電力当たりの価格であり、Ｓｏｆｔｉはソフトペナルティ関数であり、Ｈａｒｄｉはハードペナルティ関数である。項
【数２】
2019196898.tif 000004
は、デマンドチャージ（需要電力料金）期間内のｊ＝１〜Ｍ間の時間ステップ毎に要求される最大電力に対し公益事業会社により課金される最大需要電力料金を捕捉する。費用関数生成器６１０はまた、全費用を最大エネルギー消費費用未満として制限するために不等式制約を設定する。いくつかの実施形態では、最大費用制約は上記費用関数全体の合計値に関する限界を設定する。他の実施形態では、最大費用制約はペナルティ項に当てはまらない（すなわち
【数３】
2019196898.tif 000005
の値は最大費用制約により制限される）。したがって、不等式制約は、期間中に公共料金のユーザの予算が越えないということを保証し得る。
【００８４】
費用関数オプティマイザ６１２は費用関数生成器６１０から費用関数を受信する。費用関数オプティマイザ６１２は、計画期間中の最大費用制約を越えることなく費用関数を最小化する計画期間中の温度設定点軌道を決定する。温度設定点軌道は計画期間中の時間ステップ毎の温度設定点を含む。費用関数オプティマイザ６１２は、計画期間全体にわたる最適化を容易にするために計画期間中の将来温度、価格などを予測するためにモデル予測制御手法を使用し得る。次に、温度設定点軌道は機器６００へ提供される。機器６００は、温度設定点軌道を追跡するために建物の室内気温に影響を与えるように動作する。
【００８５】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェース生成器６１４は、費用関数オプティマイザ６１２が直面する最適化問題を視覚化するグラフィカルユーザインタフェースを生成するように、そしてユーザに最大費用制約を定義する最大エネルギー消費費用を入力できるようにするように構成される。このようなグラフィカルユーザインタフェースの例が図７〜９に示され、それを参照し詳細に説明される。
【００８６】
次に図７〜９を参照すると、費用関数オプティマイザ６１２により解決される最適化問題を示すグラフ７０２、グラフ８００、グラフ９００を示すグラフィカルユーザインタフェース７００が例示的実施形態に従って示される。図７はグラフ７０２を示し、図８はグラフ８００を示し、図９はグラフ９００を示す。グラフィカルユーザインタフェース７００は、グラフィカルユーザインタフェース生成器６１４により生成され、ユーザのパーソナルコンピュータデバイス（例えばスマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ）上、機器６００のディスプレイ上、又はいくつかの他のインタフェース上に提示される。
【００８７】
図７のグラフ７０２は、室内気温Ｔｚ線７０３、温度設定点線７０４、ハード制約温度最大線７０６、ソフト制約温度最大線７０８、ハード制約温度最小線７１０、及びソフト制約温度最小線７１２を示す。バー７１４は現在時刻を示すので、バー７１４の右側の線７０３−７１２は将来のものであり、バー７１４の左側の線７０３−７１２は履歴データを表す。グラフィカルユーザインタフェース７００はまた、計画期間中の最大エネルギー消費費用を設定する標的費用７１６を示す。標的費用７１６は、計画期間中の最大エネルギー消費費用を変更するためにユーザにより変更され得る。いくつかの実施形態では、ユーザはまた、ハード制約温度最大線７０６、ソフト制約温度最大線７０８、ハード制約温度最小線７１０、及び／又はソフト制約温度最小線７１２を再配置することにより温度制約を変更し得る。
【００８８】
ハード制約温度最大線７０６、ソフト制約温度最大線７０８、ハード制約温度最小線７１０、及びソフト制約温度最小線７１２は、費用関数生成器６１０により生成されるペナルティ関数において使用される閾値を示す。ソフト制約ペナルティ関数Ｓｏｆｔｉは、室内気温Ｔｚ線７０３がソフト制約温度最大線７０８とソフト制約温度最小線７１２との間であると零であり、室内気温Ｔｚ線７０３がソフト制約温度最大線７０８を越える又はソフト制約温度最小線７１２を下回るとソフトペナルティ値である。すなわち、Ｓｏｆｔｉは、室内気温Ｔｚが好適温度範囲外であるとソフトペナルティ値を費用関数へ適用する。ソフト制約ペナルティ関数Ｓｏｆｔｉの一例は以下の通りである。
【数４】
2019196898.tif 000006
式中、Ｔｍａｘ，ｓｏｆｔ，ｉは時間ステップｉにおけるソフト制約温度最大線７０８の値であり、Ｔｍｉｎ，ｓｏｆｔ，ｉは時間ステップｉにおけるソフト制約温度最小線７１２の値であり、Ｔｚ，ｉは時間ステップｉにおける室内気温線７０３の値であり、ｗｓｏｆｔはソフトペナルティへ適用されるペナルティ重み付けである。
【００８９】
ハード制約ペナルティ関数Ｈａｒｄｉは、室内気温Ｔｚ線７０３がハード制約温度最大線７０６とハード制約温度最小線７１０との間にあると零であり、室内気温Ｔｚ線７０３がハード制約温度最大線７０６を越える又はハード制約温度最小線７１０を下回ると、ハードペナルティ値を有する。すなわち、Ｈａｒｄｉは、室内気温Ｔｚが快適温度範囲外である（すなわち、室内空気は不快な程度に寒い又は暑い）とハードペナルティ値を費用関数へ適用する。ハードペナルティ値は実質的にソフトペナルティ値より大きい（例えば、１０倍大きい、１００倍大きい、１０００倍大きい）。ハード制約ペナルティ関数Ｈａｒｄｉの一例は以下の通りである。
【数５】
2019196898.tif 000007
式中、Ｔｍａｘ，ｈａｒｄ，ｉは時間ステップｉにおけるハード制約温度最大線７０６の値であり、Ｔｍｉｎ，ｈａｒｄ，ｉは時間ステップｉにおけるハード制約温度最小線７１０の値であり、Ｔｚ，ｉは時間ステップｉにおける室内気温線７０３の値であり、ｗｈａｒｄはハードペナルティへ適用されるペナルティ重み付け（ｗｈａｒｄ＞ｗｓｏｆｔ）である。
【００９０】
これにより、ソフト制約ペナルティ関数Ｓｏｆｔｉ及びハード制約ペナルティ関数Ｈａｒｄｉは居住者快適性を費用関数に取り込む。さらに、Ｓｏｆｔｉ及びＨａｒｄｉは最適化問題に対する不等式制約よりむしろペナルティ関数として実施されるので、最適化問題に対する解決策は、エネルギー消費費用節約とのトレードオフが十分に大きい場合に室内気温Ｔｚが不快温度までドリフトする（すなわち、ソフト又はハード制約を越える）ことを可能にする工程を含み得る。別の言い方をすれば、ソフト制約ペナルティ関数Ｓｏｆｔｉ及びハード制約ペナルティ関数Ｈａｒｄｉは居住者快適性を定量化する費用関数に含まれる。したがって、費用関数を最適化することは居住者快適性を最適化する工程を含む。
【００９１】
図８のグラフ８００はまた、室内気温Ｔｚ線７０３、温度設定点線７０４、ハード制約温度最大線７０６、ソフト制約温度最大線７０８、ハード制約温度最小線７１０、及びソフト制約温度最小線７１２を示す。グラフ８００は、ハード制約温度最大線７０６、ソフト制約温度最大線７０８、ハード制約温度最小線７１０、及びソフト制約温度最小線７１２が時間の経過と共に変わり得るということを示すために含まれる。以下に詳述されるように、ハード制約温度最大線７０６、ソフト制約温度最大線７０８、ハード制約温度最小線７１０、及びソフト制約温度最小線７１２は、分類器回路６０２により決定された分類に基づきプロファイル選択回路６０４により選択される最高温度プロファイル及び最低温度プロファイルに基づき決定される。
【００９２】
図９のグラフ９００は電力線９０２及び価格線９０４を示す。電力線９０２は、過去動作電力と予測動作電力との両方を含む機器６００の動作電力を時間の経過と共に示す。価格線９０４は、機器６００により消費される電力の価格（例えば機器６００の電力を供給する公益事業会社により設定される）を示す。グラフ９００は、エネルギー価格が時間の経過と共に変わり得るということと、費用関数オプティマイザ６１２が計画期間中の温度設定点軌道を決定する際に時間の経過に伴うエネルギー価格の変化を考慮し得るということとを示す。例えば、費用関数オプティマイザ６１２は費用関数を最適化する際に使用される将来エネルギー価格を予測し得る。
【００９３】
次に図１０を参照すると、システムマネージャ５０２の分類器回路６０２及びプロファイル選択回路６０４の詳細な図が例示的実施形態に従って示される。
【００９４】
分類器回路６０２は様々な入力を受信し、建物の現在分類を出力する。入力は、期間中の複数時間ステップの建物外の気温を提供する室外気温（Ｔｏａ）プロファイルを含み得る。Ｔｏａプロファイルは、記録された測定、気象予報、又はそれらのいくつかの組合せに基づき得る。入力はまた、期間中の複数時間ステップの部屋／建物の湿度を提供する部屋湿度又は相対湿度（ＲＨ：ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｈｕｍｉｄｉｔｙ）プロファイルを含み得る。ＲＨプロファイルは、記録された測定、湿度予測、又はいくつかのそれらの組合せに基づき得る。分類器回路６０２はまた、冷却負荷（Ｃｌｏａｄ）プロファイル及び加熱負荷（Ｈｌｏａｄ）プロファイルを受信する。冷却負荷プロファイル及び加熱負荷プロファイルは、期間中の時間ステップ毎の冷却及び加熱要求のレベルを捕捉する。分類器回路６０２はまた、建物の削減モードだけでなく機器６００及び／又は建物の日付、時刻、及び場所も取り込む。
【００９５】
分類器回路６０２はそれらの入力を処理し、建物及び機器６００の現在分類を決定する。現在分類は一組の可能な分類から選択される。様々な実施形態では、多くの分類システムが可能である。示された実施形態では、一組の可能な分類は図１１の表１１００により示される。表１１００は、外気温度Ｔｏａ、部屋湿度ＲＨ、冷熱負荷、温熱負荷、季節、及び削減を含む６つのカテゴリを含む。６つのカテゴリのそれぞれは５つの関連状態を有する。現在分類を選び出すために、１つの状態が６つのカテゴリのそれぞれから選択される。したがって、表１１００は５６＝１５６２５の可能な分類を含む一組の可能な分類を示す。
【００９６】
入力と分類とを関連付けるために、分類器回路６０２はニューラルネットワーク（例えば畳み込みニューラルネットワーク）を利用する。ニューラルネットワークは、関連性を決定する規則の明示的ステートメントを要求すること無しに入力と出力とを関連付けるプログラムを生成するべく、ニューロンをモデル化する人工的インテリジェントソフトウェアプログラムである。畳み込みニューラルネットワークは、層で編成されており、複数の隠れ層を介してデータを入力層から出力層へと渡す。畳み込みニューラルネットワークは、データを処理し出力を生成するときに、学習された重みを使用する。ここで、学習された重みは、図１２を参照して以下に詳述されるようにトレーニング回路６１６により生成される。
【００９７】
したがって、分類器回路６０２は、建物及び／又は機器６００に関係する入力を受信し、次に現在分類を決定するために畳み込みニューラルネットワークにおいて学習された重みを使用する。次に、分類器回路６０２は現在分類をプロファイル選択回路６０４へ提供する。
【００９８】
プロファイル選択回路６０４は現在分類とＴｍａｘプロファイル及びＴｍｉｎプロファイルとを関連付ける。プロファイル選択回路６０４は、各可能入力とＴｍａｘプロファイルとＴｍｉｎプロファイルとの間の関連性の参照テーブルへアクセスするためにプロファイルデータベース６０６と通信し得る。次に、プロファイル選択回路６０４は、参照テーブル上で現在分類を見出し、対応するＴｍａｘ及びＴｍｉｎプロファイルを識別し得る。各Ｔｍａｘプロファイルは計画期間全体にわたる時間ステップ毎（例えば２４時間中の各時間）の内部気温に対する上側制約を定義し、一方、各Ｔｍｉｎプロファイルは計画期間全体にわたる時間ステップ毎の外気温度に対する下側制約を定義する。いくつかの実施形態では、Ｔｍａｘ及びＴｍｉｎプロファイルは、上に論述されたペナルティ関数Ｓｏｆｔｉ及びＨａｒｄｉに対応する時間ステップ毎のハード制約とソフト制約との両方を定義する。すなわち、このような実施形態では、Ｔｍａｘプロファイルは図７及び図８のソフト制約温度最大線７０８及びハード制約温度最大線７０６を定義し、一方、Ｔｍｉｎプロファイルは図７及び図８のソフト制約温度最小線７１２及びハード制約温度最大線７１４を定義する。他の実施形態では、ハード及びソフト制約は他のいくつかのやり方で（例えばソフト制約としてＴｍａｘプロファイルを使用し、次にハード制約を決定するために一定量を加えることにより）Ｔｍａｘ及びＴｍｉｎのプロファイルから導出される。
【００９９】
併せて、図１０に示すように、分類器回路６０２及びプロファイル選択回路６０４は建物及び／又は機器に関係する様々な入力を受信し、この入力に基づき最適化問題の温度制約を決定する。
【０１００】
次に図１２を参照すると、トレーニング回路６１６が例示的実施形態に従って示される。トレーニング回路６１６は、分類器回路６０２のニューラルネットワークに使用される学習された重みを決定する。トレーニング回路６１６は、オフラインで（すなわち、システムマネージャ５０２の動作制御ループの外で）実行され、システムマネージャ５０２の生成及びインストール中に主として使用され得る。学習された重みは、システムマネージャ５０２のリアルタイム動作より先に決定され得、これにより類別処理が実質的に効率的となる。
【０１０１】
トレーニング回路６１６は教師付き学習（ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ  ｌｅａｒｎｉｎｇ）、モデル駆動型教師無し学習（ｍｏｄｅｌ−ｄｒｉｖｅｎ  ｕｎｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ  ｌｅａｒｎｉｎｇ）又はいくつかの他の手法を使用し得る。教師付き学習では、トレーニング回路６１６は、分類器回路６０２と同じカテゴリの入力データ（Ｔｏａプロファイル、ＲＨプロファイル、Ｃｌｏａｄプロファイル、Ｈｌｏａｄプロファイル、日付、時刻、場所、削減モード）を受信し、現在分類をユーザ（すなわち人）から受信し、入力とユーザが決定した現在分類との間の関連性に基づきニューラルネットワークの重み付けを学習する。入力と出力との大きなデータセットをこのようにして受信することにより、トレーニング回路６１６は、トレーニング回路６１６が一組の学習された重みを自動的に決定できるようにするデータを提供される。この一組の学習された重みは、それらの同じ関連性を自動的に作製するようにニューラルネットワークを調節する。教師付き学習は、建物及び／又は機器６００からの実データにより行われ得る、又は模擬入力を使用して適用され、それらの模擬入力に基づく分類のユーザ決定を促す。
【０１０２】
モデル駆動型教師無し学習手法では、建物及び機器６００のモデルは、現在分類を決定するために使用される（教師付き学習手法のようにユーザ提供現在分類を有するのとは対照的に）。出力は、同じ入力に基づき正確な分類を提供することができるがオンライン制御に使用するにはコンピュータ的に余りに高価であり得る事前プログラム可能モデリング技術により予測される。したがって、モデルは、トレーニング回路６１６により受信されるデータを生成するために使用され、そしてニューラルネットワークをトレーニングする（すなわち学習された重みを決定する）ために使用される。分類器回路６０２の畳み込みニューラルネットワークは、教師無し学習のデータを生成するために使用される非ＡＩモデリング手法より実質的により効率的（すなわち、より高速、より少ない計算資源を必要するなど）である。
【０１０３】
様々な他の実施形態では、ニューラルネットワークをトレーニングする他の今知られ又は将来開発される手法もまた、分類器回路６０２により使用される学習された重みを提供するためにトレーニング回路６１６により使用され得る。
【０１０４】
次に図１３を参照すると、システムマネージャ５０２のリアルタイムプロファイル更新回路６０８が例示的実施形態に従って示される。リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、温度設定点を変更するためにユーザ入力に基づき現在分類、Ｔｍａｘプロファイル、及び／又はＴｍｉｎプロファイルを更新するように構成される。
【０１０５】
機器へ提供される温度設定点は、システムマネージャ５０２により（例えば費用関数オプティマイザ６１２により）決定され得、そしてまたユーザにより変更され得る（例えばグラフィカルユーザインタフェース生成器６１４により生成されるグラフィカルユーザインタフェースを介し）。ユーザが温度設定点を変更すると、温度設定点Ｔｓｐの変更がリアルタイムプロファイル更新回路６０８へ提供される。リアルタイムプロファイル更新回路６０８はまた、現在室内気温Ｔｚ及び現在温度制約（Ｔｍａｘ、Ｔｍｉｎ）を受信する。
【０１０６】
リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、温度設定点Ｔｓｐの変更が現在分類、Ｔｍａｘプロファイル、及び／又はＴｍｉｎプロファイルの変更を必要とするかどうかを決定し、そうであれば、新しい現在分類、Ｔｍａｘプロファイル、及び／又はＴｍｉｎプロファイルを決定する。例えば、Ｔｓｐの変更がＴｓｐをＴｍａｘより大きくなるように変更すれば、リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、Ｔｍａｘプロファイルが計画期間の残りの期間中は上方にシフトされるべきであるということを決定し得る。別の例として、Ｔｓｐの変更がＴｓｐをＴｍｉｎより小さくなるように変更すれば、リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、Ｔｍｉｎプロファイルが計画期間の残りの期間中は下方にシフトされるべきであるということを決定し得る。リアルタイムプロファイル更新回路６０８はまた、これに応じて現在分類のＴｍａｘプロファイルを更新するためにプロファイルデータベース６０６と通信し得る。ＴｓｐがＴｍｉｎとＴｍａｘとの間の値へ変更されれば、リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、現在分類、Ｔｍａｘプロファイル、及びＴｍｉｎプロファイルが更新される必要がないということを決定し得る。
【０１０７】
いくつかのケースでは、リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、Ｔｓｐのユーザの変更が、現在分類が変更分類へ更新されるべきであるということを示すということを決定し得る。次に、リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、新分類を決定するためにプロファイルデータベース６０６へアクセスし、当該変更分類をプロファイル選択回路６０４へ提供する。
【０１０８】
したがって、リアルタイムプロファイル更新回路６０８は、システムマネージャ５０２が居住者不快感をよりうまく最小化するために費用関数最適化問題に対する制約をリアルタイムで解析し得るようにする。
【０１０９】
可変冷媒流量システム
【０１１０】
ここで図１３〜１４を参照すると、可変冷媒流量（ＶＲＦ）システム２１００がいくつかの実施形態に従って示される。ＶＲＦシステム２１００は１つ以上の室外ＶＲＦユニット２１０２と複数の室内ＶＲＦユニット２１０４とを含むように示される。室外ＶＲＦユニット２１０２は、建物外に位置し得、冷媒を加熱又は冷却するように動作し得る。室外ＶＲＦユニット２１０２は、液相、気相、及び／又は加熱気相（ｓｕｐｅｒ−ｈｅａｔｅｄ  ｇａｓ  ｐｈａｓｅ）間で冷媒を変換するために電気を消費し得る。室内ＶＲＦユニット２１０４は建物内の様々な建物ゾーン全体にわたって分散され得、加熱又は冷却された冷媒を室外ＶＲＦユニット２１０２から受け取り得る。各室内ＶＲＦユニット２１０４は、室内ＶＲＦユニット２１０４が位置する特定建物ゾーンの温度制御を提供し得る。用語「室内」は、室内ＶＲＦユニット２１０４が通常は建物内に位置するということを表すために使用されるが、いくつかのケースでは、１つ以上の室内ＶＲＦユニットが例えばパティオ、入口通路、歩道などを加熱／冷却するために「室外」（すなわち建物外に）位置する。
【０１１１】
ＶＲＦシステム２１００の１つの利点は、他の室内ＶＲＦユニット２１０４が加熱モードで動作する一方でいくつかの室内ＶＲＦユニット２１０４が冷却モードで動作し得ることである。例えば、室外ＶＲＦユニット２１０２及び室内ＶＲＦユニット２１０４のそれぞれは加熱モード、冷却モード、又はオフモードで動作し得る。各建物ゾーンは独立に制御され得、様々な温度設定点を有し得る。いくつかの実施形態では、各建物は、建物外（例えば屋上）に位置する最大３つの室外ＶＲＦユニット２１０２と、建物全体にわたって（例えば様々な建物ゾーン内に）分散される最大１２８個の室内ＶＲＦユニット２１０４とを有する。建物ゾーンは、他の可能性もあるが、アパートユニット、オフィス、小売りスペース、及び共用領域を含み得る。いくつかのケースでは、様々な建物ゾーンは、多様なテナントにより所有される、リースされる、又はそうでなければ占有され、すべてＶＲＦシステム２１００によりサービスされる。
【０１１２】
多くの様々な構成がＶＲＦシステム２１００には存在する。いくつかの実施形態では、ＶＲＦシステム２１００は、各室外ＶＲＦユニット２１０２が単一冷媒戻りラインと単一冷媒出口ラインとへ接続する二重配管システムである。二重配管システムでは、室外ＶＲＦユニット２１０２のすべては、加熱された冷媒又は冷却された冷媒のうちの一方だけが単一冷媒出口ラインを介し供給され得るので、同じモードで動作し得る。他の実施形態では、ＶＲＦシステム２１００は、各室外ＶＲＦユニット２１０２が冷媒戻りライン、温熱冷媒出口ライン、及び冷熱冷媒出口ラインへ接続する三重配管システムである。三重配管システムでは、加熱と冷却の両方がデュアル冷媒出口ラインを介し同時に提供され得る。三重配管ＶＲＦシステムの例は図１６を参照し詳細に説明される。
【０１１３】
次に図１６を参照すると、ＶＲＦシステム２２００を示すブロック図がいくつかの実施形態に従って示される。ＶＲＦシステム２２００は、室外ＶＲＦユニット２０２、いくつかの熱回収ユニット２２０６、及びいくつかの室内ＶＲＦユニット２２０４を含むように示される。室外ＶＲＦユニット２０２は、コンプレッサ２２０８、ファン２２１０、又は液相、気相、及び／又は加熱気相間で冷媒を変換するように構成された他の電力消費冷却部品を含み得る。室内ＶＲＦユニット２２０４は建物内の様々な建物ゾーン全体にわたって分散され得、加熱又は冷却された冷媒を室外ＶＲＦユニット２０２から受け取り得る。各室内ＶＲＦユニット２２０４は、室内ＶＲＦユニット２２０４が位置する特定建物ゾーンの温度制御を提供し得る。熱回収ユニット２２０６は、室外ＶＲＦユニット２０２と室内ＶＲＦユニット２２０４との間の冷媒の流れを（例えばバルブを開閉することにより）制御し得、室外ＶＲＦユニット２０２によりサービスされる加熱又は冷却負荷を最小化し得る。
【０１１４】
室外ＶＲＦユニット２０２はコンプレッサ２２０８及び熱交換器２２１２を含むように示される。コンプレッサ２２０８は冷媒を熱交換器２２１２と室内ＶＲＦユニット２２０４との間で循環する。コンプレッサ２２０８は室外ユニット制御回路２１４により制御される可変周波数で動作する。高周波では、コンプレッサ２２０８はより大きな伝熱容量を室内ＶＲＦユニット２２０４に与える。コンプレッサ２２０８の消費電力はコンプレッサ周波数に比例して増加する。
【０１１５】
熱交換器２２１２は、ＶＲＦシステム２２００が冷却モードで動作するときは凝縮器（冷媒が熱を外気へ廃棄し得るようにする）として又はＶＲＦシステム２２００が加熱モードで動作するときには蒸発器（冷媒が外気から熱を吸収し得るようにする）として機能し得る。ファン２２１０は熱交換器２２１２を介し気流を供給する。ファン２２１０の速度は熱交換器２２１２内の冷媒への又はそれからの伝熱速度を変調するように調整され得る（例えば室外ユニット制御回路２１４により）。
【０１１６】
各室内ＶＲＦユニット２２０４は熱交換器２２１６及び膨張バルブ２２１８を含むように示される。熱交換器２２１６のそれぞれは、室内ＶＲＦユニット２２０４が加熱モードで動作するときは凝縮器（冷媒が熱を部屋又はゾーン内の大気へ廃棄し得るようにする）として又は室内ＶＲＦユニット２２０４が冷却モードで動作するときには蒸発器（冷媒が部屋又はゾーン内の大気から熱を吸収し得るようにする）として機能し得る。ファン２２２０は熱交換器２２１６を介し気流を供給する。ファン２２２０の速度は熱交換器２２１６内の冷媒への又はそれからの伝熱速度を変調するように調整され得る（例えば室内ユニット制御回路２２２２により）。
【０１１７】
図１６では、室内ＶＲＦユニット２２０４は冷却モードで動作するように示される。冷却モードでは、冷媒は冷却ライン２２２４を介し室内ＶＲＦユニット２２０４へ供給される。冷媒は、膨張バルブ２２１８により冷たい低圧状態へ膨張され、そして建物内の部屋又はゾーンから熱を吸収するために熱交換器２２１６（蒸発器として機能する）を貫流する。次に、加熱された冷媒は戻りライン２２２６を介し室外ＶＲＦユニット２０２へ逆流し、コンプレッサ２２０８により熱い高圧状態に圧縮される。圧縮された冷媒は、熱交換器２２１２（凝縮器として機能する）を貫流し、熱を外気へ廃棄する。冷却された冷媒は冷却ライン２２２４を介し室内ＶＲＦユニット２２０４へ戻すことができる。冷却モードでは、流量調節バルブ２２２８が閉じられ、膨張バルブ２３０は完全に開放され得る。
【０１１８】
加熱モードでは、冷媒は加熱ライン２２３２を介し熱い状態の室内ＶＲＦユニット２２０４へ供給される。温熱冷媒は、熱交換器２２１６（凝縮器として機能する）を貫流し、熱を建物の部屋又はゾーン内の大気へ廃棄する。次に、冷媒は、冷却ライン２２２４を介し室外ＶＲＦユニット（図１６に示す流れ方向とは反対方向）へ逆流する。冷媒は膨張バルブ２３０により冷たい低圧状態へ膨張され得る。膨張された冷媒は熱交換器２２１２（蒸発器として機能する）を貫流し、外気から熱を吸収する。加熱された冷媒は、コンプレッサ２２０８により圧縮され、熱い圧縮状態の加熱ライン２３０２を介し室内ＶＲＦユニット２２０４へ戻すことができる。加熱モードでは、流量調節バルブ２２２８は、コンプレッサ２２０８からの冷媒が加熱ライン２３０２に流入し得るように完全に開放され得る。
【０１１９】
図１６に示すように、各室内ＶＲＦユニット２２０４は室内ユニット制御回路２２２２を含む。室内ユニット制御回路２２２２は、建物ゾーン温度設定点に応答して、又は建物ゾーンへ加熱／冷却を提供する他の要求に応答してファン２２２０及び膨張バルブ２２１８を含む室内ＶＲＦユニット２２０４の部品の動作を制御する。例えば、室内ユニット制御回路２２２２はファン２２２０をオン／オフする信号を生成し得る。室内ユニット制御回路２２２２はまた、室内ＶＲＦユニット２２０４により必要とされる伝熱容量とこの容量に対応するコンプレッサ２２０８の周波数とを決定する。室内ＶＲＦユニット２２０４がある容量の加熱又は冷却を提供しなければならないということを室内ユニット制御回路２２２２が決定すると、室内ユニット制御回路２２２２は、必要とされる容量に対応するコンプレッサ周波数を含むコンプレッサ周波数要求を生成し、これを室外ユニット制御回路２１４へ送信する。
【０１２０】
室外ユニット制御回路２１４は、１つ以上の室内ユニット制御回路２２２２からコンプレッサ周波数要求を受信し、次に例えばこれらのコンプレッサ周波数要求を合計することによりコンプレッサ全周波数に集約する。いくつかの実施形態では、コンプレッサ周波数は上限を有し、コンプレッサ全周波数が上限を越えることができないようにする。室外ユニット制御回路２１４は、例えばコンプレッサのＤＣインバータコンプレッサモータに与えられる入力周波数としてコンプレッサ全周波数をコンプレッサへ提供する。したがって、室内ユニット制御回路２２２２及び室外ユニット制御回路２１４は共同して、加熱／冷却要求に整合するようにコンプレッサ周波数を変調する。室外ユニット制御回路２１４はまた、流量調節バルブ２２２８及び膨張バルブ２２３０のバルブ位置、コンプレッサ電力設定点、冷媒流量設定点、冷媒圧力設定点（例えば圧力センサ２３０６により測定される圧力の差圧設定点）、オン／オフ命令、ステージング（ｓｔａｇｉｎｇ）命令を制御する信号、又はコンプレッサ２２０８の動作に影響を与える他の信号、及びファン速度設定点、ファン電力設定点、気流設定点、オン／オフ命令、又はファン２２１０の動作に影響を与える他の信号を含むファン２２１０へ提供される制御信号を生成し得る。
【０１２１】
室内ユニット制御回路２２２２及び室外ユニット制御回路２１４は、制御回路２２１４、２２２２により生成される又はそれへ提供される１つ以上の制御信号のデータ履歴を提供及び／又は格納し得る。例えば、室内ユニット制御回路２２２２は、生成されたコンプレッサ要求周波数、ファンオン／オフ時間及び室内ＶＲＦユニット２２０４オン／オフ時間のログを提供及び／又は格納し得る。室外ユニット制御回路２１４は、コンプレッサ要求周波数及び／又はコンプレッサ全周波数及びコンプレッサランタイムのログを格納及び／又は提供し得る。
【０１２２】
ＶＲＦシステム２２００は、室外メータ２２５２及び室内メータ２２５４を介しエネルギーグリッド２２５０により供給される電力で動作するものとして示される。様々な実施形態によると、エネルギーグリッド２２５０は、電力の任意の供給源（例えば公益事業会社により維持され、１つ以上の電力プラントにより電力が供給される電気グリッド）である。室外メータ２２５２は、室外ＶＲＦユニット２０２の時間の経過に伴う消費電力を例えばキロワット時（ｋＷｈ）で測定する。室内メータ２２５４は室内ＶＲＦユニット２２０４の時間の経過に伴う消費電力を例えばｋＷｈで測定する。ＶＲＦシステム２２００は、電力を供給する公益事業会社により課金されるエネルギー消費費用を室外メータ２２５２及び／又は室内メータ２２５４の測定消費電力に基づき発生する。電力の価格（例えばｋＷｈ当たりドル）は時間の経過に伴って変動し得る。
【０１２３】
ＶＲＦシステム２２００はまた、システムマネージャ５０２を含む。図６〜１３を参照して上に詳細に説明されたように、システムマネージャ５０２は、居住者快適性も維持しながらＶＲＦシステム２２００のエネルギー消費費用を最小化するように構成される。
【０１２４】
窓空調機
【０１２５】
次に図１７を参照すると、窓空調機２３００が例示的実施形態に従って示される。窓空調機２３００は、建物の外壁２３０２に跨るように建物の窓に取り付けられるように構成される。したがって、窓空調機２３００は、室内（すなわち建物内）と室外（すなわち建物外）との両方へ気流を供給する及び／又はそれらから空気を受け取ることができる。窓空調機２３００は時に、当該技術分野では室内空調機とも呼ばれる。
【０１２６】
窓空調機２３００は、熱を室内空気から外気へ転送するヒートポンプとして働く。図１７に示すように、窓空調機２３００は室内空気を取り入れ、冷却された空気を部室内に出力する。窓空調機２３００はまた、外気を取り入れ、排気を建物外に出力する。窓空調機２３００は、コンプレッサ、復水器、蒸発器、及び外壁２３０２を横断する（すなわち室内から室外への）熱の転送を容易にする１つ以上のファンを含み得る。したがって、窓空調機２３００は室内空気の温度を温度設定点に向けて低下させるように構成される。
【０１２７】
窓空調機２３００は、外壁２３０２を横断するように熱を転送するべく動作するとき、エネルギーグリッド２２５０から電力を消費する。窓空調機２３００は、例えば温度設定点に基づき様々なレベルの冷却を建物へ提供するために様々な電力で動作するように制御可能であり得る。窓空調機２３００はまた、必要に応じオン／オフされ得る。したがって、窓空調機２３００は、より多くの冷却を提供する際により多くの電力を、より少ない冷却を提供する際により少ない電力を消費する。
【０１２８】
システムマネージャ５０２は、窓空調機２３００の制御信号を提供するとともに窓空調機２３００からデータを受信するために窓空調機２３００へ通信可能に結合される。例えば、システムマネージャ５０２は温度設定点を窓空調機２３００へ提供し得る。システムマネージャ５０２は図６〜１３を参照して詳細に説明される。いくつかの実施形態では、システムマネージャ５０２は窓空調機２３００に一体化される。いくつかの実施形態では、システムマネージャ５０２は遠隔的に（例えばクラウドサーバ上で）動作する及び／又は複数の窓空気調節器２３００にサービスする。
【０１２９】
室内空調システム
【０１３０】
次に図１８を参照すると、室内空調システム２４００が例示的実施形態に従って示される。室内空調システム２４００は建物の部屋の冷却を提供する。室内空調システム２４００は室外ユニット２４０２及び室内ユニット２４０４を含む。室内ユニット２４０４が建物の外壁２３０２により室外ユニット２４０２から分離されるように、室外ユニット２４０２は建物外に位置し、一方室内ユニット２４０４は建物内に位置する。室内ユニット２４０４は外壁２３０２の室内面上に取り付けられ得る。室内ユニット２４０４及び室外ユニット２４０２は制御信号及びデータを交換するようへ通信可能に結合される。室内ユニット２４０４はまた、室外ユニット２４０２を介し電力を受け取り得、その逆も同様である。
【０１３１】
室外ユニット２４０２は冷媒を冷却するためにエネルギーグリッド２２５０から電力を消費する。次に、冷媒は、室外ユニット２４０２から室内ユニット２４０４へ外壁４０６を貫通するパイプ２４０８を通して送られる。ファン２４１０は、熱を部屋から冷媒へ転送するために空気を部屋からパイプ２４０８全体にわたって吹き付ける。次に、冷媒は、室外ユニット２４０２へ逆流し、ここで再冷却され室内ユニット２４０４へ循環して戻る。したがって、室内空調システム２４００は、熱を室内から室外へ外壁２３０２全体にわたって転送するように動作する。
【０１３２】
室外ユニット２４０２及び室内ユニット２４０４は部屋の温度設定点を追跡するように制御され得る。例えば、室外ユニット２４０２は、冷媒流の可変速度及び／又は様々な冷媒温度を室内ユニット２４０４へ提供するために様々な電力で動作するように制御され得る。ファン２４１０は様々な速度で動作するように制御され得る。室内空調システム２４００はまた、必要に応じオン／オフするように制御可能である。したがって、室内空調システム２４００は、より多くの冷却を部屋へ提供する際により多くの電力をエネルギーグリッド２２５０から消費する。
【０１３３】
システムマネージャ５０２は、室内空調機システム２４００の制御信号を提供するとともにデータを室内空調機システム２４００から受信するために室外ユニット２４０２及び／又は室内ユニット２４０４へ通信可能に結合される。例えば、システムマネージャ５０２は温度設定点を室内空調機システム２４００へ提供し得る。システムマネージャ５０２は図６〜１３を参照して詳細に説明される。いくつかの実施形態では、システムマネージャ５０２は室外ユニット２４０２及び／又は室内ユニット２４０４に一体化される。いくつかの実施形態では、システムマネージャ５０２は遠隔的に（例えばクラウドサーバ上で）動作する及び／又は複数の室内空調機システム２４００にサービスする。
【０１３４】
パッケージ化空調機
【０１３５】
次に図１９を参照すると、パッケージ化空調機システム２５００が例示的実施形態に従って示される。パッケージ化空調機システム２５００は、パッケージ化空調機２５０４、吸気ベント２５０６、及び冷気ダクト２５０８を含む。パッケージ化空調機２５０４は室外に位置し、一方、吸気ベント２５０６及び冷気ダクト２５０８は、空気がパッケージ化空調機２５０４と建物の内部との間に流れ得るようにするために、パッケージ化空調機２５０４から建物の外壁２３０２を貫通する。
【０１３６】
パッケージ化空調機システム２５００は、吸気ベント２５０６を介し建物の内部から室内空気を吸い込むためにエネルギーグリッド２２５０から電力を消費し、空気を冷却するために室内空気から熱を除去し、冷気を冷気ダクト２５０８へ供給する。パッケージ化空調機システム２５００は熱を外気へ追い出す。冷気ダクト２５０８は、建物の室内気温を下げるために、冷気が外壁２３０２を横断して流れ、建物の空気内に流れることを可能にする。
【０１３７】
パッケージ化空調機２５０４は建物の温度設定点を追跡するように制御され得る。例えば、パッケージ化空調機２５０４は、様々な温度の冷気及び／又は様々な流速の冷気を冷気ダクト２５０８へ供給するために様々な電力で動作し得る。パッケージ化空調機２５０４は、より高い比率の電力消費量で動作することにより及び／又はより多くの時間、動作することにより、より多くの冷却を部屋へ提供する際に、エネルギーグリッド２２５０からより多くの電力を消費する。
【０１３８】
システムマネージャ５０２は、室内空調機システム２４００の制御信号を提供するとともにパッケージ化空調機２５０４からデータを受信するためにパッケージ化空調機２５０４へ通信可能に結合される。例えば、システムマネージャ５０２は温度設定点をパッケージ化空調機２５０４へ提供し得る。システムマネージャ５０２は図６〜１３を参照して詳細に説明される。いくつかの実施形態では、システムマネージャ５０２はパッケージ化空調機２５０４に一体化される。いくつかの実施形態では、パッケージ化空調機２５０４は、遠隔的に（例えばクラウドサーバ上で）動作する及び／又は複数の室内空調機システム２４００にサービスする。
【０１３９】
例示的な実施形態の構成
【０１４０】
様々な例示的な実施形態に示されるようなシステム及び方法の構築及び配列は単なる例示である。この開示ではほんのわずかの実施形態のみを詳細に説明してきたが、多くの変更形態（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び割合、パラメータの値、取り付け方法、材料の使用、色、配向などの変化）が可能である。例えば、要素の位置を逆にするか又は別の方法で変化させることができ、個別の要素又は位置の性質又は数を変更するか又は変化させることができる。それに従って、そのような変更形態はすべて本開示の範囲内に含まれることが意図される。いかなるプロセス又は方法ステップの順序又は順番も代替の実施形態に従って変化させるか又は並べ替えることができる。本開示の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態の設計、動作条件及び配列における他の置換、変更、変化及び省略を行うことができる。
【０１４１】
本明細書で使用される用語「回路」は、本明細書で説明された機能を実行するように構造化されたハードウェアを含み得る。いくつかの実施形態では、各「回路」は、本明細書で説明された機能を実行するようにハードウェアを構成するための機械可読媒体を含み得る。回路は、限定しないが処理回路系、ネットワークインタフェース、周辺デバイス、入力デバイス、出力デバイス、センサなどを含む１つ以上の回路系部品として具現化され得る。いくつかの実施形態では、回路は、１つ以上のアナログ回路、電子回路（例えば集積回路（ＩＣ）、ディスクリート回路、システムオンチップ（ＳＯＣ：ｓｙｓｔｅｍ  ｏｎ  ａ  ｃｈｉｐ）回路など）、通信回路、ハイブリッド回路、及び任意の他のタイプの「回路」の形式を採用し得る。この点に関し、「回路」は、本明細書で説明された動作を遂行するための又はその実現を容易にするための任意のタイプの部品を含み得る。例えば、本明細書で述べた回路は、１つ以上のトランジスタ、論理ゲート（例えばＮＡＮＤ、ＡＮＤ、ＮＯＲ、又はＸＯＲ、ＮＯＴ、ＸＮＯＲなど）、抵抗器、マルチプレクサ、レジスタ、キャパシタ、インダクタ、ダイオード、配線などを含み得る。
【０１４２】
「回路」はまた、１つ以上のメモリデバイスへ通信可能に結合された１つ以上のプロセッサ又は１つ以上のメモリデバイスを含み得る。この点に関し、１つ以上のプロセッサは、メモリ内に記憶された命令を実行し得る、又はそうでなければ１つ以上のプロセッサへアクセス可能な命令を実行し得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサは様々なやり方で具現化され得る。１つ以上のプロセッサは、少なくとも本明細書で説明された動作を実行するのに十分なやり方で構築され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサは複数の回路により共有され得る（例えば、回路Ａ及び回路Ｂが同じプロセッサを含み得る又はそうでなければ共有し得、いくつかの例示的実施形態では、メモリの様々な領域を介して記憶される又はそうでなければアクセスされる命令を実行し得る）。その代りに又は追加的に、１つ以上のプロセッサは、１つ以上のコプロセッサとは独立にいくつかの動作を実行するように構造化され得る。他の例示的実施形態では、２つ以上のプロセッサが、独立した、並列の、パイプライン化された、又はマルチスレッド化された命令実行を可能にするためにバスを介し結合され得る。各プロセッサは、１つ以上の汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、又はメモリにより提供される命令を実行するように構造化された他の好適な電子データ処理部品として実装され得る。１つ以上のプロセッサは、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ（例えばデュアルコアプロセッサ、トリプルコアプロセッサ、クワッドコアプロセッサなど）、マイクロプロセッサなどの形式を採用し得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサは装置外にあってもよく、例えば１つ以上のプロセッサは遠隔プロセッサ（例えば、クラウドベースプロセッサ）でもよい。その代りに又は追加的に、１つ以上のプロセッサは装置の内部及び／又は局所に存在し得る。この点に関し、その所与の回路又は部品は、局所的に（例えばローカルサーバ、ローカルコンピューティングシステムなどの一部として）又は遠隔的に（例えばクラウドベースサーバなどの遠隔サーバの一部として）配置され得る。そのために、本明細書で説明した「回路」は１つ以上の場所全体にわたり分散された部品を含み得る。本開示は、様々な動作を遂行するためのいかなる機械可読媒体における方法、システム及びプログラム製品をも企図する。本開示の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを使用して、この又は別の目的のために組み込まれた適切なシステム用の専用コンピュータプロセッサによって、あるいは、配線接続されたシステムによって実装することができる。本開示の範囲内の実施形態は、格納された機械実行可能命令又はデータ構造を保持するか又は有するための機械可読媒体を含むプログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、汎用若しくは専用のコンピュータ又はプロセッサを��う他の機械によるアクセスが可能な利用可能ないかなる媒体でもあり得る。例示として、そのような機械可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、あるいは、機械実行可能命令又はデータ構造の形態の所望のプログラムコードを保持又は格納するために使用することができ、汎用若しくは専用コンピュータ又はプロセッサを伴う他の機械によるアクセスが可能な他の任意の媒体を含み得る。上記の組合せもまた、機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、ある特定の機能又は機能グループを汎用コンピュータ、専用コンピュータ又は専用処理機械に実行させる命令及びデータを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2019196898.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
2019196898000001.pdf