(57)【要約】建物の居住者の熱的快適性を制御する温度調節システムは、建物空間内の気温を制御する蒸気圧縮システムと、建物空間内の放射温度を制御する放射システムとを備える。本システムはまた、建物空間内の設定値気温と現気温との誤差を低減させるように蒸気圧縮システムの状態を制御する第１の制御信号を生成するフィードバックコントローラも備え、蒸気圧縮システムの状態に基づいて放射システムの状態を制御する第２の制御信号を生成するフィードフォワードコントローラも備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内の環境の居住者の熱的快適性を制御する温度調節システムであって、
前記環境内の気温を制御するように構成された蒸気圧縮システムと、
前記環境内の設定値気温と現気温との誤差を低減させるように前記蒸気圧縮システムの状態を制御する第１の制御信号を生成するように構成されたフィードバックコントローラと、
前記環境内の放射温度を制御するように構成された放射システムと、
前記蒸気圧縮システムの前記状態に基づいて前記放射システムの状態を制御する、前記第１の制御信号の関数としての第２の制御信号を生成するように構成されたフィードフォワードコントローラと、
を備える、温度調節システム。
温度調節システム。
【請求項２】
前記第１の制御信号は、前記蒸気圧縮システムにおける冷媒の移動を規定し、前記第２の制御信号は、前記冷媒の前記移動に比例して前記放射システムの放射熱伝達を規定する、請求項１に記載の温度調節システム。
【請求項３】
前記フィードフォワードコントローラは、
前記第２の制御信号が低周波制御信号であるように、前記第１の制御信号をフィルタリングするローパスフィルタ、
を備える、請求項２に記載の温度調節システム。
【請求項４】
前記フィードフォワードコントローラは、
前記放射システムへの制御入力を生成する補償器、
を備え、
前記補償器は、前記放射システム及び前記蒸気圧縮システムの周波数応答の比を示す周波数応答を有する安定したフィルタである、請求項３に記載の温度調節システム。
【請求項５】
前記フィードフォワードコントローラは、
高周波制御信号を生成し、前記高周波制御信号に従って前記蒸気圧縮システムを制御するように、前記第１の制御信号から前記低周波制御信号を減算する減算器、
を備える、請求項４に記載の温度調節システム。
【請求項６】
前記ローパスフィルタは２次フィルタであり、前記補償器は６次線形システムである、請求項４に記載の温度調節システム。
【請求項７】
前記フィードバックコントローラは、前記環境内の温度のフィードバック測定値に基づき前記環境の閉ループ制御を実行し、前記フィードフォワードコントローラは、前記フィードバックコントローラの出力のみに基づいて前記環境の開ループ制御を実行する、請求項１に記載の温度調節システム。
【請求項８】
前記フィードバックコントローラは、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラである、請求項１に記載の温度調節システム。
【請求項９】
前記蒸気圧縮システムは、
冷媒を圧縮して前記蒸気圧縮システムを通して圧送する、可変速度を有する圧縮器と、
前記蒸気圧縮システムの高圧部分と低圧部分との調整可能な圧力降下を提供する膨張弁であって、前記フィードバックコントローラは、前記圧縮器の速度及び前記膨張弁の開放のうちの一方又はそれらの組み合わせを規定する、前記蒸気圧縮システムに対する前記第１の制御信号を生成する、膨張弁と、
を備える、請求項１に記載の温度調節システム。
【請求項１０】
前記放射システムは、
前記環境の少なくとも一部を形成する前記建物の壁に埋め込まれた、液体を通すパイプと、
前記パイプを通して前記液体を圧送する、モーターによって作動するポンプであって、前記フィードフォワードコントローラは、前記圧縮器の前記速度及び前記膨張弁の開放のうちの一方又はそれらの組み合わせに比例する前記モーターの速度を含む、前記放射システムに対する前記第２の制御信号を生成する、ポンプと、
を備える循環水式放射冷暖房システムである、請求項９に記載の温度調節システム。
【請求項１１】
建物内の環境の居住者の熱的快適性を制御する温度調節方法であって、
前記環境内の設定値気温と現気温との誤差を低減させるように蒸気圧縮システムの状態を制御する第１の制御信号を生成することと、
前記第１の制御信号の関数に基づいて放射システムの状態を制御する第２の制御信号を生成することと、
前記第１の制御信号に基づいて前記環境内の気温を制御する前記蒸気圧縮システムと、前記第２の制御信号に基づいて前記環境内の放射温度を制御する前記放射システムとを同時に制御することと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記第１の制御信号を生成することは、
前記設定値気温を受け取ることと、
前記環境内の前記現気温を測定することと、
前記環境内の前記設定値気温と前記現気温との誤差を求めることと、
前記誤差の比例項、積分項及び微分項の重み付き和に基づいて、前記第１の制御信号を求めることと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の制御信号を生成することは、
前記第１の制御信号をローパスフィルタリングして低周波制御信号を生成し、前記放射システムが前記低周波制御信号を用いて制御されるようにすること、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記放射システム及び前記蒸気圧縮システムの周波数応答の比を示す周波数応答を有する安定したフィルタにより、前記低周波制御信号をフィルタリングすること、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の制御信号から前記低周波制御信号を減算して高周波制御信号を生成し、前記蒸気圧縮システムが前記高周波制御信号を用いて制御されるようにすること、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、建物内の熱的快適性の制御に関し、より詳細には、建物内の人の熱的快適性の異なる要因を同時に制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱的快適性は、人の生産性及び全般的な健康に大きく影響を与える。ヒートポンプ、冷凍及び／又は空調システムを備える、室内温度条件を自動的に維持するシステムは、多くの場合、十分に制御されないため、エネルギー効率が悪い方法で準最適な熱的快適性を提供する可能性がある。
【０００３】
大部分の場合、温度調節システムとの通信は、壁付サーモスタット又は遠隔制御装置のいずれかによって行われ、それらの目的は、機器をオン又はオフにすること、および、温度設定値を設定することである。オン／オフスイッチは、運転が必要とされるときと必要とされないときとを示す。温度設定は、建物居住者の必要性及び温度条件に従って、所望のレベルの熱的快適性を示す方法である。原則的に、従来の温度調節システムは、可能な場合に、熱的快適性を提供することができるべきである。しかしながら、実際には、これは、多くの理由で行うことができない。
【０００４】
例えば、建物の居住者は、自身の熱的快適性の最適値を知ることはめったにない。その値は、身体活動の現在のレベル、それぞれの代謝率、空気の湿度、及び居住者が着用している衣類によって決まる。例えば、オフィスで働く人は、冬の寒い日に長時間机に向かってじっと座っていた場合、代謝率の低下により寒さを感じ、温度設定値を上昇させることによって更なる暖房を要求する可能性が高い。同様に、肉体労働者は、夏の高温多湿の日に激しい肉体労働を行った場合、非常に暑いと感じる可能性が高く、温度設定値を低下させることによって更なる冷房を要求する可能性がある。このように、居住者は、熱的快適性のために自身の必要性を過大に見積もるか又は過小に見積もる可能性があり、それにより、不満と、温度調節システムの非効率な使用とに至る可能性がある。
【０００５】
この問題に対処する１つの方法は、敷地内(premises)の居住者の手から制御を取り上げるというものである。例えば、いくつかの方法は、居住者の熱的快適性を自動的に検知し制御するように使用される熱モデルを開発することを目標とする。例えば、特許文献１を参照されたい。しかしながら、熱モデル作成は冗長かつ不確実なプロセスである可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０３２００８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、容易にアクセスできないデータに依存しない、建物居住者の熱的快適性を向上させる新たな戦略及び方法を開発することが、依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
いくつかの実施の形態は、多くの建物ＨＶＡＣ（暖房、換気及び空調）システムは、熱的快適性の代表として気温のみを制御するが、気温と熱的快適性とは等価ではない、という認識に基づく。一般に、建物空間内にいる居住者又は居住者の組の熱的快適性は、空気の温度及び湿度、室内環境内の固体材料の温度、気流の速度、並びに代謝率及び居住者が着用している衣類の量等、いくつかの要因によって決まる。
【０００９】
例えば、熱的快適性は、個人が自身の周囲環境と熱的平衡状態にあるときに達成される。要因の２つの総括的なカテゴリ、すなわち、代謝率、衣類の断熱性及び心理学的パラメータ等、居住者の内的な要因と、建物空間気温、平均放射温度、気流速度及び相対湿度を含む、居住者の外的な要因とが、個々の環境との熱的相互作用に影響を与える。
【００１０】
これらの変数は、高い費用対効果を有して直接測定することは困難であるため、大部分のＨＶＡＣシステムは、建物空間内での居住者の熱的快適性を調節しようとはしない。多くのＨＶＡＣシステムは、大部分、熱的快適性に影響を与える変数の組のうちの１つのみを調節することに有効であるため、従来のＨＶＡＣシステムは、単一の変数を設定値に調節し、この１つの変数が熱的快適性のために適切な代表値であると想定する。例えば、多くの蒸気圧縮式ヒートポンプ及び空調システムは、測定が容易かつ安価であるため、建物空間気温のみを直接調節し、これらのシステムは、気温及び場合によっては気流速度に強く作用する。一方、放射冷暖房システムは、幾分かの対流を伴い、放射熱伝達により、それらシステムの周囲環境と熱を交換し、主に、空間内の平均放射温度に作用し、それにより、熱的快適性に作用する。低代謝率になり軽装である、オフィス状況にある建物居住者の場合、平均放射温度が、気温と全く同様に人の快適性に影響を与える。
【００１１】
いくつかの実施の形態は、居住者が制御することができるもの（例えば、気温）と居住者が達成したいもの（例えば、熱的快適性）とが一致しないという理解に基づく。例えば、暖房用途における一般的なシナリオは、ヒートポンプは使用者の時間尺度にわたって気温にしか作用することができないため、建物空間居住者が建物空間気温を、熱的快適性に達するために実際に必要な値より数度高く設定するというものであるが、平均放射温度もまた上昇する可能性がある場合、居住者はより低い気温で快適である可能性がある。実際に、放射温度が低い場合、居住者は、過度に高い気温で、低い放射温度を過剰に補償する傾向がある。この慣例は、エネルギー的に非効率である傾向があり、保守費用を増大させ、蒸気圧縮システムの寿命を短縮させる。さらに、制御される変数（例えば、気温）と熱的快適性の感覚との間の不一致は、居住者を困惑させ、単一の外的要因を介して熱的快適性を制御するための自身の設定値の選択を複雑にする可能性がある。
【００１２】
いくつかの実施の形態は、或る環境の居住者が、自身の快適性に影響を与える複数の外的要因を制御することによって、その環境における自身の熱的快適性を管理することができることが有益である、という理解に基づく。例えば、放射温度及び気温が、熱的快適性に関連する外的要因に対する２つの最も重要な寄与を含むという事実に起因して、上述した４つの外的要因の間で、少なくとも気温及び放射温度を同時に制御することを望むれることが多い。いくつかの実施の形態は、それら２つの外的要因の制御により、居住者が熱的快適性自体の改善された制御を行えるようにする一方で、温度調節システムを動作させる全体的な費用を削減することができる、という認識に基づく。
【００１３】
そのために、いくつかの実施の形態では、温度調節システムは、同じ建物環境を調節するように構成されている蒸気圧縮システム及び放射システムを含む少なくとも２つのサブシステムを備える。例えば、１つの実施の形態の温度調節システムは、空気源ヒートポンプと、循環水式放射冷暖房システムとを備える。この組み合わせは、環境と作動流体とのより低い温度差で熱的快適性を提供することができ、その結果、エネルギー効率がより高くなるため、居住用建物及び工業用建物に対して有利である。いくつかの実施の形態では、これらの放射システムは、コンクリート平板に埋め込まれている送水管等、建物構造物内に組み込まれているが、他の実施の形態は、材料の表面上の送水管を組み込み、又は代替的に、電熱素子を採用する。いくつかの実施の形態では、このシステムの目的は居住空間を暖房することであるが、他の実施形態では、このシステムの目的は居住空間を冷房することである。
【００１４】
建物内の蒸気圧縮システム及び放射システムの同時制御は、２つの主な理由で困難である可能性がある。これらの理由のうちの第１の理由は、蒸気圧縮システムは気温を迅速かつ正確に制御することができるが、居住空間内の平均放射温度を迅速に変化させる能力ははるかに限られている、ということである。これは、居住空間における建築材料及び他の固形物体の熱慣性が大きいことと、蒸気圧縮システムが空気の温度を変化させ、それにより、対流熱伝達のプロセスを通してこれらの材料の温度が変化するため、平均放射温度は相対的に低速な動態である、ということとに起因する。したがって、居住者が温度設定値を変更する複数の状況において、気温は迅速に変化するが、平均放射温度ははるかに低速に変化し、所望のレベルの快適性は、非常に低速な時間尺度でしか達成されない。
【００１５】
直面する第２の理由は、放射システムが、設定値の変化に続いて所望の温度設定値をオーバーシュートするか又はアンダーシュートすることが多い、ということである。これは、放射システムが、建築材料を直接加熱し、それにより空気が加熱され、建築材料が空気より高い熱容量を有するためである。従来のサーモスタットにおいて典型的である従来のオンオフタイプの制御が使用される場合、放射システムは、建築材料を空気より高い温度まで加熱し、それにより気温設定値のオーバーシュートをもたらす。これはエネルギーを浪費し、人の快適性に不利益である。
【００１６】
さらに、蒸気圧縮システムは、多くの場合、設定値気温と気温の測定値との誤差を低減させるように制御することができるが、放射システムを使用する平均放射温度のアナログ制御は通常達成可能ではない。その理由は、平均放射温度を直接測定することが困難であるためである。その結果、ヒートポンプサブシステム及び放射サブシステムの双方を使用する目的は熱的快適性を向上させることであるが、制御を十分に使えないため、単一システムで可能であり得るものと比較して熱的快適性が低下することになる可能性がある。したがって、温度調節システム全体の制御は、主に建築材料の大きい熱慣性及び熱容量によって影響を受ける、特に平均放射温度の動態と、サブシステム間の動的相互作用とを考慮することが有利である。
【００１７】
いくつかの実施の形態は、気温及び放射温度が熱的快適性の目標と明確に相関した場合、それらの値は共通の目標に向かって従属的に移動するはずであるという理解に基づく。気温と放射温度との関係は、線形でもあり非線形でもある可能性があり、この関係の概念は、本明細書では、居住者が、気温を上昇（低下）させることを望む場合、放射温度を上昇（低下）させることも望む、ということを示すように広く使用される。同様に、居住者が気温に対して快適である場合、この関係は、居住者が放射温度に対しても同様に快適であることを示唆する。
【００１８】
そのため、いくつかの実施の形態では、蒸気圧縮システムは、フィードバックコントローラによって、蒸気圧縮システムの状態を規定する環境内の気温設定値と気温測定値との誤差を低減させるように制御される一方で、放射システムは、フィードフォワードコントローラによって蒸気圧縮システムの状態に基づいて制御される。こうした協調制御により、２つの異なるシステムの動作の目的を結合しながら、それらシステムの異なる制御の詳細を切り離すことができる。さらに、この結合により、高いロバスト安定余裕のフィードバックループの安定性が確保され、蒸気圧縮システムのレガシーコントローラの再使用が可能となり、追加のフィードバックコントローラの必要性並びに放射温度を測定又は推定する必要性をなくすことにより、放射システムの制御が簡略化する。協調制御は、居住空間の熱的挙動の予測モデルが不要であり、レガシー蒸気圧縮システムによって使用されるもの以外のいかなる追加の検知又は情報も不要である。さらに、相関制御により、放射暖房システムのみ又は蒸気圧縮システムのみを使用するシステムと比較して、設定値変化が発生する時点と設定値温度が達成される時点との間の時間として定義される、測定温度の上昇時間を低減させることにより、建物居住者の熱的快適性を増大させることができる。さらに、協調制御により、平均放射温度を直接測定する必要はないが、平均放射温度の上昇時間を低減させることができる。これにより、人の快適性が向上する結果となる。
【００１９】
いくつかの実施の形態では、蒸気圧縮システムは、可変速度圧縮器及び可変位置弁のうちの一方又はそれらの組み合わせを含む。これらの実施の形態では、フィードバックコントローラは、圧縮器の速度及び／又は弁の開放を決定する。いくつかの実施の形態は、放射システムを制御する制御信号は、蒸気圧縮システムを制御する制御信号の関数として決定することができるという理解に基づく。こうした決定により、放射システムの状態と放射システムのコンポーネントに対する特定の制御入力とを自動的に決定することができる。
【００２０】
いくつかの実施の形態では、蒸気圧縮システムは、１つ以上の定速圧縮器を備える。これらの実施の形態では、フィードバックコントローラは、圧縮器調整の様々な方法を用いて圧縮器のオン−オフサイクルを調整する。いくつかの実施の形態では、放射システムは、定速ポンプ等の１つ以上の定値アクチュエータを備え、放射システムを制御する制御信号は、蒸気圧縮システムを制御する制御信号の関数として決定することができ、放射システムのオン−オフサイクルを調整する。
【００２１】
いくつかの実施の形態では、建物内では、放射システムの熱慣性は蒸気圧縮システムの熱慣性より高いという認識に基づく。このため、放射システムは、蒸気圧縮システムに対する制御信号の低周波成分に基づいて制御することができる。そのために、いくつかの実施の形態は、放射システムを制御する低周波制御信号を生成するために、蒸気圧縮システムに対する制御信号を処理するローパスフィルタを備える。この実施の形態により、蒸気圧縮システムの動作と放射システムの動作との相関を確実にしながら、フィードフォワードコントローラの複雑性が低減する。
【００２２】
さらに、いくつかの実施態様は、制御信号の高周波成分のみを用いて蒸気圧縮システムを制御するように、蒸気圧縮システムの元の制御信号から低周波制御信号を除去する。この実施態様は、相関動作を確実にしながら制御の重複を低減させるように、蒸気圧縮システム及び放射システムの異なる動態を利用する。例えば、１つの実施の形態は、高周波制御信号を生成し、この高周波制御信号に従って蒸気圧縮システムを制御するように、第１の制御信号から低周波制御信号を減算する減算器を備える。
【００２３】
したがって、１つの実施の形態は、建物居住者の熱的快適性を制御する温度調節システムであって、建物空間内の気温を制御する蒸気圧縮システムと、建物空間内の設定値気温と現気温との誤差を低減させるように蒸気圧縮システムの状態を制御する第１の制御信号を生成するフィードバックコントローラと、建物空間内の放射温度を制御する放射システムと、蒸気圧縮システムの状態に基づいて放射システムの状態を制御する第２の制御信号を生成するフィードフォワードコントローラとを備える、温度調節システムを開示する。
【００２４】
更に別の実施の形態は、建物居住者の熱的快適性を制御する温度調節方法を開示する。本方法は、建物空間内の設定値気温と現気温との誤差を低減させるように蒸気圧縮システムの状態を制御する第１の制御信号を生成することと、第１の制御信号の関数に基づいて放射システムの状態を制御する第２の制御信号を生成することと、第１の制御信号に基づいて建物空間内の気温を制御する蒸気圧縮システムと、第２の制御信号に基づいて建物環境内の放射温度を制御する放射システムとを同時に制御することとを含む。
【００２５】
（定義）
本発明の実施形態を説明する際に、全体を通じて（上記を含む）以下の定義が適用可能である。
【００２６】
「蒸気圧縮システム」は、熱力学、流体力学及び／又は熱伝達の原理に基づいて、蒸気圧縮サイクルを用いて、システムのコンポーネントを通して冷媒を流動させるシステムを指している。蒸気圧縮システムは、限定はしないが、ヒートポンプ、冷凍、空調機システムとすることができる。蒸気圧縮システムは、住宅又は商業空間の調整に留まらない適用例において使用される。例えば、蒸気圧縮サイクルを用いて、高性能コンピューティングの適用例においてコンピュータチップを冷却することができる。
【００２７】
「放射システム」は、コンクリート製の床等の建築材料に直接熱を供給し、主に放射熱伝達を通して空間及び居住者を暖房するシステムを指している。放射システムは、建築材料に埋め込まれているパイプを通って流れる高温又は低温の水等、伝熱媒体を使用するが、蒸気圧縮器に接続された電熱線又は熱交換器も使用することができる。
【００２８】
「ＨＶＡＣ」システムは、蒸気圧縮サイクルを実施する任意の建物暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ：heating, ventilating, and air-conditioning）システムを指している。ＨＶＡＣシステムは、建物の居住者に外気のみを供給するシステムから、建物の温度を制御するだけのシステム、温度及び湿度を制御するシステムまでの広範な一組のシステムに及ぶ。
【００２９】
「蒸気圧縮システムのコンポーネント」は、制御システムによって制御可能な動作を有する蒸気圧縮システムの任意のコンポーネントを指している。それらのコンポーネントは、限定はしないが、冷媒を圧縮し、システムの中に圧送するための可変速度を有する圧縮器と、システムの高圧部分と低圧部分との間の圧力降下を与えるための膨張弁と、蒸発熱交換器及び凝縮熱交換器とを含む。
【００３０】
「蒸発器」は、熱交換器を通り抜ける冷媒が熱交換器の長さにわたって蒸発し、その結果、熱交換器の出口における冷媒の比エンタルピーが熱交換器の入口における冷媒の比エンタルピーより高くなり、冷媒が全体として液体から気体に変化する、蒸気圧縮システム内の熱交換器を指している。蒸気圧縮システム内に１つ以上の蒸発器が存在する場合がある。
【００３１】
「凝縮器」は、熱交換器を通り抜ける冷媒が熱交換器の長さにわたって凝縮し、その結果、熱交換器の出口における冷媒の比エンタルピーが熱交換器の入口における冷媒の比エンタルピーより低くなり、冷媒が全体として気体から液体に変化する、蒸気圧縮システム内の熱交換器を指している。蒸気圧縮システム内に１つ以上の凝縮器が存在する場合がある。
【００３２】
「電気回路」は、プロセッサ、メモリ又はアクチュエータ等のコンポーネント間で電気信号を伝送する電線の相互接続を指している。
【００３３】
「設定値」は、建物空間温度等、或る変数の所望の値を指している。設定値という用語は、特定の変数の組のうちの任意の特定の値に適用される。
【００３４】
「コンピュータ」は、構造化された入力を受け入れ、その構造化された入力を所定の規則に従って処理し、処理結果を出力として生成することが可能な任意の装置を指している。コンピュータの例としては、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、メインフレーム、スーパーミニコンピュータ、ミニコンピュータ、ワークステーション、マイクロコンピュータ、サーバー、双方向テレビ、コンピュータと双方向テレビとのハイブリッドな組み合わせ、及びコンピュータ及び／又はソフトウェアをエミュレートする特定用途向けハードウェアが挙げられる。コンピュータは単一のプロセッサ、又は並列に動作し及び／又は並列に動作しないことができる複数のプロセッサを有することができる。コンピュータは、コンピュータ間で情報を送信又は受信するネットワークを介して共に接続された２つ以上のコンピュータも指す。そのようなコンピュータの例としては、ネットワークによってリンクされたコンピュータを介して情報を処理する分散コンピュータシステムが挙げられる。
【００３５】
「中央処理ユニット（ＣＰＵ）」又は「プロセッサ」は、ソフトウェア命令を読み出して実行するコンピュータ又はコンピュータのコンポーネントを指している。
【００３６】
「メモリ」又は「コンピュータ可読媒体」は、コンピュータによってアクセス可能なデータを格納するための任意のストレージを指している。例としては、磁気ハードディスク、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤのような光ディスク、磁気テープ、メモリチップ、並びに電子メールを送受信する際に、又はネットワーク及びコンピュータメモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）にアクセスする際に用いられる搬送波等の、コンピュータ可読電子データを搬送するのに用いられる搬送波が挙げられる。
【００３７】
「ソフトウェア」は、コンピュータを動作させるための所定の規則を指している。ソフトウェアの例としては、ソフトウェア、コードセグメント、命令、コンピュータプログラム、及びプログラムロジックが挙げられる。インテリジェントシステムのソフトウェアは自己学習が可能とすることができる。
【００３８】
「モジュール」又は「ユニット」は、タスク又はタスクの一部を実行するコンピュータにおける基本コンポーネントを指している。「モジュール」又は「ユニット」は、ソフトウェアによってもハードウェアによっても実施することができる。
【００３９】
「コントローラ」、「制御システム」及び／又は「レギュレーター」は、他のデバイス又はシステムの挙動を管理するか、命令するか、指示するか、又は調節するデバイス又は一組のデバイスを指している。コントローラは、ハードウェアによって、ソフトウェアによって構成される動作を伴うプロセッサによって、及びその組み合わせによって実現することができる。コントローラは内蔵システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】いくつかの実施形態による建物居住者の熱的快適性を制御する温度調節システムのブロック図である。
【図２】１つの実施形態による温度調節システムの概略図である。
【図３】いくつかの実施形態による、ヒートポンプ及び放射システムの双方を制御するコントローラのブロック図である。
【図４】いくつかの実施形態による、ヒートポンプシステム及び放射システムの双方を備えた建物空間のコンポーネントに関するモデルを示す図である。
【図５】設定値の上昇に対する放射のみのシステムの例示的な時間応答を示すグラフである。
【図６】蒸気圧縮システムのみを使用する建物空間の例示的な時間応答を示すグラフである。
【図７】いくつかの実施形態による熱的快適性システムによって達成される、設定値の上昇に対する時間応答例を提供する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
熱的快適性は、熱環境に対する満足感を表す心の状態である。大部分の人々は、空間気温、一般的には（colloquially）約２０℃〜２２℃（６８°Ｆ〜７２°Ｆ）の範囲の温度で快適であると感じるが、この範囲は、個人間でかつ活動レベル、衣類及び湿度等の要因に応じて大幅に変化する可能性がある。
【００４２】
いくつかの実施形態は、熱的快適性は、熱的中立が維持されるときに達成することができ、人の代謝によって発生する熱は放散され、したがって周囲環境との熱的平衡状態を維持する、という認識に基づく。熱的快適性に影響を与える要因は、広く２つのカテゴリに分類することができる、熱利得及び熱損失を決定する要因である。第１のカテゴリは、代謝率、衣類の断熱性及び心理学的パラメータ、例えば、居住者の個々の期待及び／又は選好等、居住者の内的な要因を含む。この内的要因は、居住者自身によって制御される。
【００４３】
第２のカテゴリは、気温、平均放射温度、気流速度及び相対湿度等、外的要因を含む。それらの外的要因は、温度調節システムによって制御することができる可能性があるが、実際には、様々な温度調節システムが、多くの外的パラメータのうちの１つの外的パラメータしか制御しない。例えば、工業用途及び居住用途において、気温のみを直接制御するために、ヒートポンプ、冷凍及び空調システム等の蒸気圧縮システムが広く使用されている。同様に、放射冷暖房システムは、放射温度を直接制御するために、対流及び放射を通して周囲環境と熱を交換する。
【００４４】
いくつかの実施形態は、１つの外的要因のみが構内の居住者によって制御される場合、その居住者は、自身の熱的快適性に対して必要な制御される要因の値を過大に見積もるか又は過小に見積もる傾向がある可能性がある、という観察に基づく。例えば、熱的快適性を達成するために、居住者は、空気の温度を調節するために設定値温度を７４°Ｆに設定する可能性があるが、放射温度の値を上昇させることができる場合、７０°Ｆまでの温度で十分に快適であると想定される。実際に、放射温度が低い場合、居住者は、低放射温度を過度に高い気温で過剰に補償する傾向があり、それは、エネルギー非効率であり、保守費用が増大し、蒸気圧縮システムの寿命を短縮する。
【００４５】
いくつかの実施形態は、この問題が、建物居住者が制御することができるものと建物居住者が達成したいものとの不一致によってもたらされる、という理解に基づく。具体的には、建物居住者は、自身の内的要因を考慮して自身の温度制御を達成したいと欲するが、居住者の目的に間接的にのみ関連する気温等、何らかの外的要因を制御するように提案される。言い換えれば、気温又は放射温度のみ等、単一の外的要因は、熱的快適性に等しくない。この不一致は、居住者を困惑させ、熱的快適性の単一の外的要因を制御するための居住者による設定値の選択を複雑にする可能性がある。
【００４６】
いくつかの実施形態は、建物居住者が、自身の快適性を形成する複数の外的要因を制御することによって、その環境における自身の熱的快適性を制御することができることが有益である、という理解に基づく。例えば、これらの４つの上述した外的要因の間で、少なくとも気温及び放射温度を制御することが望まれる。いくつかの実施形態は、それら２つの外的要因の制御により、建物居住者が熱的快適性自体の制御を行えるようにする一方で、温度調節システムの全体的な費用を削減することができる、という認識に基づく。
【００４７】
このように、熱的快適性の異なる要因が合わせて制御される場合、建物居住者は、実際には気にかけない何らかの外的要因ではなく、建物居住者が直観的により熟知しており、したがってより効率的に調節することができる、自身の熱的快適性自体を制御し、それにより、追加の熱モデルを展開する必要が低減する。
【００４８】
そのために、いくつかの実施形態では、温度調節システムは、同じ環境を調節するように構成されている蒸気圧縮システム及び放射システムを含む少なくとも二要素システムである。例えば、１つの実施形態の温度調節システムは、空気源ヒートポンプと、循環水式放射冷暖房システムとを備える。この組み合わせは、低い温度差で熱的快適性を提供することができるため、居住用建物及び工業用建物に対して有利である。
【００４９】
しかしながら、いくつかの実施形態は、蒸気圧縮システム及び放射システムの同時制御は、こうした二要素温度調節システムの動作を不安定にする可能性がある困難な問題である、という認識に基づく。理論的には、蒸気圧縮システムは、設定値気温と現気温との誤差を低減させるように制御することができ、一方で、放射システムは、設定値放射温度と現放射温度との誤差を低減させるように制御することができる。しかしながら、実際には、放射温度を測定及び／又は推定することは困難である。
【００５０】
さらに、気温と放射温度との疎結合関係に起因して、気温に基づいて放射システムを制御することは非効率である。さらに、循環水式放射システムを通過する液体の温度等、放射システムの他のパラメータの制御は、気温制御とは十分に異なり、したがって、二要素温度調節システムの動作を不安定にする可能性がある。
【００５１】
いくつかの実施形態は、気温及び放射温度が、独立して制御することができる２つの独立した変数であるという認識に基づく。しかしながら、いくつかの実施形態は、気温及び放射温度が、熱的快適性の目的を考慮して制御される場合、それらの変数は相関し、それらの値は共通の目的に向かって従属的に移動するはずである、という理解に基づく。それらの気温変数と放射温度変数との相関は、線形である場合も非線形である場合もあり、本明細書では、居住者は、気温を上昇させることを望む場合、放射温度も上昇させるように望むことを示すように広く使用される。同様に、居住者が気温を低下させることを望む場合、相関は、居住者が放射温度も低下させることを望むことを意味し、居住者が気温に対して快適である場合、相関は、居住者が放射温度に対しても同様に快適であることを提供する。
【００５２】
こうした理解により、同じ環境を調節する蒸気圧縮システム及び放射システムの協調制御が同様に相関するはずであるということが理解される。言い換えれば、放射システムは、少なくとも蒸気圧縮システムの状態を模倣するはずである。例えば、蒸気圧縮システムの状態は、オン状態及びオフ状態を含み、蒸気圧縮システム及び放射システムの双方が、環境を合わせて調節すること、又は全く調節しないことのいずれかであるべきである。
【００５３】
図１は、いくつかの実施形態による、建物内の環境の居住者の熱的快適性を制御する温度調節システムのブロック図を示す。温度調節システムは、環境内の気温を制御する蒸気圧縮システム１１１と、環境内の放射温度を制御する放射システム１１０とを備える。具体的には、蒸気圧縮システム１１１及び放射システム１１０は、矢印１１２及び１１３によって示すように、環境の同じ居住空間と動的に相互作用する。建物の例としては、商用建物及び居住用建物が挙げられる。建物内の環境の例としては、部屋、及び建物の壁の内側の他の構内が挙げられる。
【００５４】
これらのシステムの間の相互作用により、蒸気圧縮システム１１１は、第１の制御信号、例えば入力１２２を生成するフィードバックコントローラ１２０によって、蒸気圧縮システムの状態１３１を規定するその環境内の設定値気温１２３と現気温１２４との誤差を低減させるように制御され、一方、放射システム１１０は、第２の制御信号、例えば、蒸気圧縮システムの状態１３１に基づいてフィードフォワードコントローラ１３０によって生成される入力１２１によって制御される。これらの制御入力は、システムの双方に対して、システムとこの建物内の居住環境との動的相互作用を管理するように、同時に計算される。
【００５５】
第１の制御信号は、蒸気圧縮システムにおける冷媒の移動を規定する。第１の制御信号の例としては、蒸気圧縮システムの圧縮器の周波数又は速度の値、蒸気圧縮システムの膨張弁の開放、及びそれらの組み合わせが挙げられる。第２の制御信号は、放射システムの放射熱伝達を規定する。第２の制御信号の例としては、放射システムのパイプを通して水を移動させるモーターの周波数又は速度、水及び／又は他の放射熱の温度が挙げられる。
【００５６】
いくつかの実施態様では、放射熱伝達を規定する第２の制御信号は、第１の制御信号の関数である。例えば、第２の制御信号は、第１の制御信号に（線形に又は非線形に）比例する。このように、放射熱伝達は、冷媒の移動に相関し、例えば比例し、例えば、蒸気圧縮サイクルにおいて移動する冷媒の質量に比例する。
【００５７】
こうした相関動作により、２つの異なるシステムの動作の目的を結合しながら、それらシステムの異なる制御の詳細を切り離すことができる。さらに、この結合により、フィードバックループの安定性が確保され、蒸気圧縮システムのレガシーコントローラの再使用が可能となり、追加のフィードバックコントローラの必要性並びに放射温度を測定又は推定する必要性をなくすように放射システムの制御が簡略化する。さらに、相関制御により、建物居住者の熱的快適性を達成するように建物居住者の満足感を増大させ、建物居住者の設定値選択を改善し、それによりエネルギー消費量を低減させ、蒸気圧縮システム及び放射システムの寿命を延長することができる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、蒸気圧縮システムの状態１３１及び放射システムの状態は、オフ状態及びオン状態を含み、そこでは、フィードフォワードコントローラは、放射システムの状態を蒸気圧縮システムの状態に整合させる。これらの実施形態の１つの実施態様では、フィードフォワードコントローラは、放射システムの状態を蒸気圧縮システムの状態に整合させる。これにより、レガシーシステムの最小限の変更で、互いに従属的にシステム双方を均等に制御することができる。
【００５９】
さらに又は代替的に、１つの実施形態では、蒸気圧縮システムの状態及び放射システムの状態は、オフ状態、冷房状態及び暖房状態を含む。冷房状態の間、双方のシステムは、環境を冷房し、暖房状態の間、双方のシステムは、環境を暖房する。この実施形態では、フィードフォワードコントローラは、放射システムの動作のモードを蒸気圧縮システムの状態に応じて自動的に制御することを可能にしながら、放射システムの状態を蒸気圧縮システムの状態に整合させる。
【００６０】
図２は、１つの実施形態による温度調節システムの概略図を示す。この実施形態では、建物環境２００は、ヒートポンプ２１０及び放射システム２２０の双方によって調節される。ヒートポンプは、圧縮器２１１と、室内熱交換器２１２と、膨張弁２１３と、室外熱交換器２１４とを備え、サイクルは、室内熱交換器が居住空間に熱エネルギーを提供し、室外熱交換機が周囲環境から熱エネルギーを吸収する、暖房モードで動作する。
【００６１】
いくつかの実施態様では、サイクルは、以下のように居住空間に熱を提供する。すなわち、圧縮器（２１１）は、低圧、低温の冷媒蒸気を受け取り、それを高圧、高温の蒸気に圧縮する。高圧、高温の蒸気は第１の熱交換器２１２に送出され、そこで、冷媒は、高圧、低温の液体まで冷却され、空間に熱エネルギーを提供する。冷媒は、膨張弁２１３を通過した後、低圧の液体又は二相冷媒となる。冷媒は、第２の熱交換器２１４を通って移動する際に気化し、周囲環境から熱エネルギーを吸収する。冷媒は、低圧、低温の蒸気状態で室外熱交換器を離れて、圧縮器に戻る。このシステムの他の実施形態は、室内熱交換器が居住空間から熱を吸収し、熱エネルギーは周囲環境に対して排出される、逆サイクルで動作するヒートポンプ、又は、複数の室内熱交換器及び／又は複数の室外熱交換器がある可能性があるマルチゾーンヒートポンプを備える。
【００６２】
１つの実施形態では、放射システム２２０は、コンクリート平板２２３内に埋め込まれた管２２２の組に水を押し通すために十分な圧力で、温度Ｔ１での液体水又は他の任意の好適な液体の供給源２２１を備える。水はまた、管を通過する際、コンクリート平板２２３に熱エネルギーを提供し、それにより、コンクリート平板２２３は建物環境２００に熱エネルギーを提供し、水は、温度Ｔ２＜Ｔ１で離れ、シンク２２４に戻る。１つの実施形態では、温水器が、システムのための温水の供給源としての役割を果たし、放射システムからの戻り水は、温水器に戻り、及び／又は、放射システムに供給される水の温度を管理するように、放射暖房システムに供給される水と混合される。他の実施形態では、この放射暖房システムは、床の表面に位置する給水管も備えることができ、又は、同様に床の表面に又はその近くに位置する電熱素子からなることができる。
【００６３】
いくつかの実施形態により、蒸気圧縮システムと、蒸気圧縮システムの定速圧縮器等、定速コンポーネントによって操作される放射システムの状態とを制御することができる。しかしながら、蒸気圧縮サイクルに可変速度圧縮器、可変位置弁及び可変速度ファンを導入することにより、温度調節システムの動作の柔軟性が大幅に向上した。いくつかの実施形態は、システムの状態の相関のみでなくこの相関の程度も制御することにより、蒸気圧縮システムの効率を向上させるように、これらの新たなコンポーネントを使用することができる、という理解に基づく。
【００６４】
例えば、いくつかの実施形態では、蒸気圧縮システムは、可変速度圧縮器及び可変位置弁のうちの一方又はそれらの組み合わせを含む。これらの実施形態では、フィードバックコントローラは、圧縮器の速度及び／又は弁の開放を決定する。いくつかの実施形態は、放射システムを制御する制御信号は、蒸気圧縮システムを制御する制御信号の関数によって規定される蒸気圧縮システムの状態に基づいて、決定することができるという理解に基づく。こうした決定により、放射システムの状態と放射システムのコンポーネントに対する特定の制御入力とを自動的に決定することができる。
【００６５】
様々な実施態様において、この関数は、所定の相関係数を用いて制御の相関及び／又は制御される変数の相関を維持する。相関係数の例としては、特に、ピアソン相関係数及び順位相関係数の正の値が挙げられる。
【００６６】
図３は、いくつかの実施形態による、ヒートポンプ及び放射システムの双方を制御するコントローラ３００のブロック図を示す。このコントローラは、２つの相互作用するコンポーネント、すなわち、ヒートポンプ用のコントローラ３１０と放射システム用のコントローラ３２０とに分解することができる。これらのコントローラ間の相互作用は、これらの２つのコンポーネントコントローラの間で情報を交換する矢印３１１及び３１２によって見ることができる。これらのコントローラについて個々に考察し、その後、コントローラ間の相互作用について説明する。
【００６７】
ヒートポンプコントローラ３１０は、使用者が指定した温度設定値３８１と、建物空間３８０から得られる測定された建物空間気温３８２との誤差信号３８３を取得する。この誤差信号３８３は、ヒートポンプの圧縮器速度の安定動作を確実にするように設計されている、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラ３３０を駆動する。そして、ＰＩＤコントローラの出力３１１は、建築材料の大きい熱慣性及び熱容量に起因する、放射システムの遅延型挙動を補償する、放射システムコントローラ３２０からの信号３１２と結合され、ヒートポンプ３５０の圧縮器速度３３１を駆動するために使用される。信号３１１と信号３１２との差は、圧縮器速度に適用され、その理由は、この差により、ヒートポンプ圧縮器速度は建物空間気温を迅速に変化させることができるということに起因して、制御信号３１１の高周波成分が圧縮器周波数を駆動することができるためである。
【００６８】
ＰＩＤコントローラ３３０は、モデル予測制御（ＭＰＣ）により、蒸気圧縮システム及び放射システムの協調制御を回避し又は最小限にしながら、放射システム３７０の制御と協調するヒートポンプ３５０の制御を簡略化することができる、フィードバックコントローラである。いくつかの実施形態では、ＭＰＣが、設定値変化に続いて放射システムによる温度オーバーシュートを防止する等、望ましい熱応答を達成するために熱応答を予測し制御変数を調整するために、最適化及びロジックと併せて、建物空間の熱的挙動の同定された動的モデルを使用する、という認識に基づく。しかしながら、測定データから同定されるモデルは、建物環境における変化に対してロバストではない可能性がある。例えば、モデルは、１つのタイプの天候又は室内使用状態の間に同定される可能性があり、他の状況に対して正確ではない可能性がある。さらに、一般的方法論としてのＭＰＣは、フィードバック制御システムに関連付けられるロバスト性保証がないことが知られている。具体的には、ＭＰＣは、非常に不十分なロバスト安定余裕を有する可能性があり、それは、モデルと実際の建物の物理的特性とのわずかなずれにより、閉ループフィードバックシステムが不安定になる可能性があることを意味する。さらに、この手法は、追加の測定値、及び／又は、インターネット接続の使用を必要とする天候等の情報を必要とする可能性がある。
【００６９】
しかしながら、いくつかの実施形態は、気温及び放射温度は、独立して制御することができる２つの独立した変数であるという認識に基づく。気温及び放射温度は、熱的快適性の目的を考慮して制御される場合、それらの変数は相関し、それらの値は共通の目的に向かって従属的に移動するはずであり、ＰＩＤコントローラ３３０はこの共通の目的を満足させることができる。
【００７０】
ヒートポンプ３５０はまた、蒸発器過熱度３４２等、内部プロセス変数を調節する１つ以上の二次制御ループも含むことができる。１つの実施態様では、この制御ループは、プロセス設定値３４１とその設定値の測定値３４２との差３４３に対して作動する。１つの実施形態では、使用される内部プロセス変数は蒸発器過熱度であり、それは、蒸発器を離れる冷媒の測定温度と、その冷媒が沸騰する蒸発器における圧力に対応する飽和温度との差である。そして、この誤差信号３４３は、第２のＰＩＤコントローラ３４０を駆動するために使用され、この第２のＰＩＤコントローラ３４０は、膨張弁位置に対する入力値３４４を計算して、ヒートポンプが安定して信頼性高く作動するのを確実にする。この実施形態では、このコントローラに対するプロセス設定値３４１は、デバイスに対する物理的要件の知識に基づいて選択され、例えば、多くのヒートポンプの場合、蒸発器過熱度は、摂氏２度の値に制御されることが望まれる。ヒートポンプの出力は、居住空間３８０に追加されるか又は居住空間３８０から除去される熱エネルギーの第１の量３５１である。
【００７１】
しかしながら、他の実施形態は、作動される膨張弁がなく、代わりに、毛細管等の受動膨張デバイスを使用することができ、その場合、二次制御ループは不要である。
【００７２】
放射システムコントローラ３２０は、第１のヒートポンプＰＩＤコントローラ３３０の出力３１１によって駆動される。放射システムは、出力３１１に基づいて放射システムを制御する回路を含むことができる。例えば、フィードバックコントローラが蒸気圧縮システムに対する第１の制御信号３１１を生成する場合、フィードフォワードコントローラは、第１の制御信号の関数に基づき、第２の制御信号３１２を生成する。そのために、実施形態は、第１の制御信号に基づいて蒸気圧縮システムを制御するとともに、第２の制御信号に基づいて放射システムを制御する回路を含むことができる。
【００７３】
例えば、第１の制御信号３１１は、ローパスフィルタ３６０により、３１１における高周波成分を減衰させるように処理され、これは、放射システムに対する入力の変化に対する建物空間温度の応答が、圧縮器周波数に対する変化からもたらされる建物空間気温の類似する変化より低速であるという認識に起因する。そして、ローパスフィルタ３６０によって生成される結果としての低周波信号３１２は、補償器３６１に入力され、補償器３６１は、気温のオーバーシュートなしに安定した動作を達成する、放射システムに対する入力３６２を計算する。
【００７４】
ローパスフィルタ３６０は、蒸気圧縮システムの動態より低速な動態を有する放射システムの周波数応答を分離する。１つの実施形態では、ローパスフィルタ３６０は、連続時間伝達関数
【数１】
2021515177.tif 000003
を有する２次フィルタであり、式中、ｋは、定常状態にある放射システムからの暖房又は冷房の寄与の割合を求めるように設定される定常状態利得であり、ω＝２π／Ｔは帯域幅であり、Ｔは時定数である。いくつかの実施態様では、ｋ＝０．７５であり、Ｔ＝２時間〜４時間である。ローパスフィルタは、本技術分野に一般に既知である方法を用いてコンピュータにおいて具現化されるように時間で離散化することができる。
【００７５】
補償器３６１は、周波数応答Ｔ２／Ｔ１を有する安定したフィルタであり、Ｔ１は、建物空間気温３８２に対する入力３６２からの放射システムの周波数応答の低次の最小位相近似であり、Ｔ２は、建物空間気温３８２に対する圧縮器速度入力３３１からの蒸気圧縮システムの周波数応答の低次近似である。放射システム３７０への入力３６２は、ポンプ速度、弁位置、又は調整可能な入口水温のうちの１つ又はそれらの組み合わせとすることができる。入力３６２は、放射システム３７０に適用され、放射システム３７０は、建物空間３８０に追加されるか又は建物空間３８０から除去される熱エネルギーの第２の量３７１を提供する。
【００７６】
異なる実施形態では、周波数応答Ｔ１及びＴ２は、蒸気圧縮システム、放射システム及び調節される空間のシミュレーションモデルを用いて計算され、及び／又は、ステップ応答等のシステム同定実験から得られるデータから同定される。１つの実施形態では、蒸気圧縮システム及び放射システムは、各々、３次線形システムであり、補償器３６１は、本技術分野には一般に既知である方法を用いてコンピュータにおいて離散時間具現化されるように離散化することができる、６次線形システムである。低次近似、又は天候の変化、空間の使用等に起因する建物空間における変動によってもたらされる、Ｔ１及びＴ２の不確実性は、フィードバック３８２によって補償され、システム全体が、オーバーシュートなしに安定した温度調節を与えるように合わせて機能することが確実になる。
【００７７】
個々のコントローラ３１０及び３２０の間の相互作用の構造は、ヒートポンプコントローラ３１０の基礎となる構造が、独立型ヒートポンプの基礎となる構造と同様であるとみなす。このヒートポンプは、単独で動作する場合、レガシーヒートポンプシステムから利益を得るためにいかなる他の変更もなしに、予期されるように機能する。ヒートポンプが放射システムなしで設置される場合、入力３１２はゼロに設定され、独立型ヒートポンプは、予期されるように機能する。一方、追加の放射システムが設置される場合、その放射システムは出力３１１に接続され、放射システムコントローラからの低周波信号３１２は、ヒートポンプコントローラに対する入力として追加される。このモジュラリティーは、このシステムアーキテクチャの魅力的な特徴である。
【００７８】
さらに又は代替的に、いくつかの実施形態は、第１の制御信号に基づいて蒸気圧縮システムを制御する回路の追加要素を備えることができる。例えば、信号３１１がローパスフィルタ３６０によってフィルタリングされるとき、第２の制御信号３１２は、低周波制御信号である。１つの実施態様では、この回路は、高周波制御信号３３１を生成し、高周波制御信号に従って蒸気圧縮システムを制御するために、第１の制御信号から低周波制御信号を減算する減算器３３５を備える。この実施態様は、相関動作を確実にしながら、制御の重複を低減させるようにシステムの異なる動態を利用する。
【００７９】
図４は、いくつかの実施形態による、ヒートポンプシステム４１０及び放射システム４２０の双方を含む建物空間４００のコンポーネントに関するモデルを示す。使用者が指定した建物空間温度設定値４０１は、ヒートポンプコントローラ４１１に提供され、そのコントローラは、信号４３３を介して圧縮器速度４１２を調節するとともに、信号４３４を介して膨張弁４１４の位置を調節するように設計されている。この実施形態では、ヒートポンプシステムに対する室内熱交換器４１３は、建物空間に熱エネルギーを提供し、室外熱交換器４１５は、周囲環境から熱エネルギーを吸収する。コントローラ４１１の内部構造は、図３のブロック３１０に含まれ、コントローラがシステムから得る測定値は、建物空間気温４３１及び蒸発器過熱温度４３２を含む。コントローラ４１１はまた、放射システム用のコントローラ４２１と情報を交換する。この情報交換は、図３の矢印３１１及び３１２に対応する。
【００８０】
放射システム４２０では、暖房動作中、温水システム４２２は、水に熱エネルギーを提供し、この温水は、混合弁４２５を通過し、ポンプ４２３を介して放射システム内に圧送される。そして、この水は、放射暖房システムの管４２４を通過し、戻り水は、温水と混合されるか又は温水システムに戻る。異なる実施態様では、放射システムコントローラ４２１は、放射暖房システムを構成する管に対する入口水温、及び／又はポンプ４２３の速度及び温水システム４２２の挙動を制御するように、混合弁４２５の位置を調節するように設計されている。このコントローラのいくつかの実施態様は、一定のポンプ速度及び温水システムに対するオン／オフ挙動で動作し、温水器によって送出される温水の、放射暖房システムから戻るより低温の水に対する比を調整するために、混合弁を用いることにより、放射暖房管に対する入口水温を制御する。このシステムの代替実施形態は、例えば、温水器に対して、従来の化石燃料燃焼式加熱器の代わりに水源ヒートポンプが使用される場合、ポンプの可変速度制御とともに、温水システムの可変制御を含む。冷房動作では、システムは、温水システム４２２を冷却器等の水冷システムに置き換えて、同様に動作する。
【００８１】
図５は、設定値の上昇に対する放射のみのシステムの例示的な時間応答を例示するグラフを示す。図５は、例示的な時間応答において低速の応答及び設定値オーバーシュート（５０１）を示す。
【００８２】
図６は、設定値の上昇に対する蒸気圧縮システムのみを使用する建物空間の例示的な時間応答を例示するグラフを示し、気温に対する高速の応答を示すが、平均放射温度６０１の非常に低速な応答を示す。
【００８３】
図７は、いくつかの実施形態による熱的快適性システムによって達成される、設定値の上昇に対する時間応答例を提供する。温度オーバーシュート７０２はなく、平均放射温度応答７０１は、図６に示す蒸気圧縮システムのみを有するシステムを用いる場合の平均放射温度６０１より高速である。
【００８４】
本発明の上記の実施形態は数多くの方法のいずれかにおいて実現することができる。例えば、それらの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせを用いて実現することができる。ソフトウェアにおいて実現されるとき、そのソフトウェアコードは、単一のコンピュータ内に設けられるにしても、複数のコンピュータ間に分散されるにしても、任意の適切なプロセッサ、又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは集積電気回路として実現することができ、集積回路コンポーネント内に１つ以上のプロセッサが含まれる。しかしながら、プロセッサは、任意の適切な構成の電気回路を用いて実現することができる。
【００８５】
また、本明細書において概説される種々の方法又はプロセスは、種々のオペレーティングシステム又はプラットフォームのいずれか１つを利用する１つ以上のプロセッサ上で実行可能であるソフトウェアとしてコード化することができる。さらに、そのようなソフトウェアは、いくつかの適切なプログラミング言語及び／又はプログラミングツール若しくはスクリプト記述ツールのいずれかを用いて書くことができ、フレームワーク又は仮想機械上で実行される実行可能機械語コード又は中間コードとしてコンパイルすることもできる。通常、プログラムモジュールの機能は、種々の実施形態において望ましいように、組み合わせることもできるし、分散させることもできる。
【００８６】
また、本発明の実施形態は方法として具現することができ、その一例が提供されてきた。その方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法において順序化することができる。したがって、例示的な実施形態において順次の動作として示される場合であっても、例示されるのとは異なる順序において動作が実行される実施形態を構成することもでき、異なる順序は、いくつかの動作を同時に実行することを含むことができる。
【００８７】
請求項要素を変更するために特許請求の範囲において「第１の」、「第２の」のような序数の用語を使用することは、それだけで、或る請求項要素が別の請求項要素よりも優先度が高いこと、優位であること、若しくは上位にあることを、又は方法の動作が実行される時間的な順序を暗示するのではなく、請求項要素を区別するために、或る特定の名称を有する１つの請求項要素を（序数用語を使用しなければ）同じ名称を有する別の要素から区別するラベルとして単に使用される。
【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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【国際調査報告】
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2021515177.tif 000012
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