(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内の環境条件を制御する制御システムであって、
前記建物に配置される少なくとも１つのオンサイト機器であって、
中央コントローラ、
前記建物の内部から少なくとも１つの環境測定値を収集し、前記環境測定値を前記中央コントローラに送信する、少なくとも１つのセンサユニット、
および
ＨＶＡＣシステムに操作可能に接続される、少なくとも１つの二次制御ユニット、
を有し、
前記中央コントローラが、前記建物内で所望の環境条件を達成するため、前記ＨＶＡＣシステムの動作を管理する前記二次制御ユニットに少なくとも１つの動作命令を送信する、オンサイト機器と、
前記建物から離れて配置されるとともに、少なくとも１つの前記オンサイト機器にネットワーク接続されて、前記中央コントローラから前記二次制御ユニットに送信される前記動作命令を遠隔変更するオフサイト機器と、
を備え、
前記環境測定値に基づいて前記動作命令を計算するための制御アルゴリズムが、前記オフサイト機器に記憶され、
前記中央コントローラは、前記オフサイト機器へと送信する環境測定値を集め、前記オフサイト機器から前記オンサイト機器に送信される動作命令を前記二次制御ユニットへと中継する、
制御システム。
【請求項２】
前記二次制御ユニットに送信される前記動作命令を変更するために、前記制御アルゴリズムが前記オフサイト機器において変更される、
請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
建物内の環境条件を制御する方法であって、
中央コントローラと、センサユニットと、ＨＶＡＣシステムに操作可能に接続される二次制御ユニットと、を有するオンサイト機器を建物に設置する工程と、
前記オンサイト機器から離れたオフサイト機器に、前記オンサイト機器をネットワーク接続する工程と、
前記センサユニットを用いて前記建物内の環境測定値を収集する工程と、
前記環境測定値を前記中央コントローラに無線送信する工程と、
前記環境測定値に対応する制御命令を、前記二次制御ユニットに無線送信する工程と、
前記制御命令に応じて前記ＨＶＡＣシステムを動作させる工程と、
前記オフサイト機器を介して前記制御命令を遠隔変更する工程と、
前記オフサイト機器に制御アルゴリズムを記憶させる工程と、
前記オフサイト機器に前記環境測定値を送信する工程と、
前記環境測定値に基づいて前記制御命令を計算する工程と、
前記オフサイト機器から前記オンサイト機器に前記制御命令を送信する工程と、
を備える方法。
【請求項４】
前記オフサイト機器に記憶された前記制御アルゴリズムを変更し、変更制御アルゴリズムを生成するため、前記オフサイト機器において前記制御命令を変更する工程、
を更に備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記環境測定値に基づき、前記変更制御アルゴリズムを用いて、変更制御命令を計算する工程、
を更に備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記センサユニットを用いて、前記建物内の第二環境測定値を収集する工程と、
前記第二環境測定値を前記オフサイト機器に送信する工程と、
前記第二環境測定値を所望の環境測定値と比較する工程と、
を更に備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
中央コントローラと、センサユニットと、ＨＶＡＣシステムに操作可能に接続される二次制御ユニットと、を有する第二のオンサイト機器を第二の建物に設置する工程と、
前記第二のオンサイト機器から離れた前記オフサイト機器に、前記第二のオンサイト機器をネットワーク接続する工程と、
を更に備える、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記オフサイト機器を介して前記第二のオンサイト機器の中央コントローラによって送信される制御命令を遠隔変更する工程、
を更に備える、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願＞
本願は、２０１２年５月１５日出願の米国仮特許出願番号６１／６４７，３５０、発明の名称「クラウドベースのビルオートメーションシステム（CLOUD BASED BUILDING AUTOMATION SYSTMES）」の優先権を主張し、その内容全体を参照によって援用する。
【０００２】
本発明は、概して、モニタリングされた建物内の環境条件に基づいた、暖房・換気・空調（ＨＶＡＣ）システムの動作の制御システムに関する。より具体的には、本発明は、ＨＶＡＣシステムを動作させる制御アルゴリズムを記憶するとともに、更新制御アルゴリズムを受信するようクラウドに接続可能である、ＨＶＡＣシステムの中央制御システムに対してなされたものである。
【背景技術】
【０００３】
自動ＨＶＡＣシステムは、建物内の環境条件をモニタリングし、それに応じてＨＶＡＣシステムの動作を調整することによって、建物内の環境条件を維持する。典型的には、建物全体にわたって配置されたセンサ又はサーモスタットによって測定された環境条件が、中央コントローラにおいて収集される。中央コントローラは、記憶された制御アルゴリズムに基づいてＨＶＡＣシステムの適切な動作命令を計算する。ＨＶＡＣシステムは、多くの場合、高エネルギー集約的に動作するので、制御アルゴリズムは、典型的には、ＨＶＡＣシステムを所望の環境条件を最小限で達成するよう動作させ、消費エネルギー量を最小化するように設計されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＨＶＡＣシステムの制御アルゴリズムを設計する際の固有の問題は、各建物は独特（ユニーク）で、ＨＶＡＣシステムに対して求められる動作パラメータがそれぞれ異なる点にある。建物の寸法および内部構造等の恒常的な要因によって、ＨＶＡＣシステムの適切な動作パラメータは変化することになる。同様に、日々の天候、移りゆく季節条件、変化していく建物内を通過する人数等の可変的な要因によっても、適切な動作パラメータは変化することになる。その結果、第一の建物のＨＶＡＣシステムを最適に動作させることができる制御アルゴリズムでは、第二の建物のＨＶＡＣシステムをそれほど効率的に動作させることができないこともある。ある建物に対して最適化された最適制御アルゴリズムが、建物の条件が時間とともに変化するに連れて、不適当となる場合もある。
【０００５】
制御システムの効率を向上するよう制御アルゴリズムを変更することはできるが、制御アルゴリズムの更新を実行する工程は、一般的に面倒で、時間がかかる。制御アルゴリズムを正しく変更するためには、変更が現場（オンサイト）で実行され、システムが定常状態に達するまで継続的にモニタリングされ、変更が有効であるか否かを判断する必要がある。ＨＶＡＣシステムの動作に影響する要因が多いので、変更が可能な限り多くの要因に対処していること、又は、変更が可能な限り多くの要因を緩和していることを確認するためには、通常、非常に長い時間、変更がモニタリングされなければならない。現場での変更および長時間のモニタリングは、非効率的であり、正しく実行するには相当長い時間がかかる可能性がある。また、建物内又は周辺の条件の変化により、その変更が意味のないものとなる可能性がある。
【０００６】
エネルギーコストが上昇しているので、中央コントローラが、確実に、ＨＶＡＣシステムを達成可能な最大効率で動作させることが要求されている。そのため、できるだけ高い効率でＨＶＡＣシステムの動作を維持するために行われる面倒な変更工程を低減する手段が、強く望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、建物内のＨＶＡＣシステムを動作させて建物内の環境条件を制御する制御システム、およびそれに関連する動作方法に対してなされたものである。制御システムは、制御されるそれぞれの建物に設置された少なくとも１つのオンサイト機器と、それぞれのオンサイト機器にネットワーク接続されるオフサイト機器と、を備える。オンサイト機器は、建物内の条件をモニタリングし、ＨＶＡＣシステムを直接動作させる。一方、オフサイト機器は、オンサイト機器に更新を送信し、ＨＶＡＣシステムを動作させるために用いられる制御アルゴリズムの有効性を遠隔モニタリングするために、システムプロバイダーによって使用可能である。したがって、システムプロバイダーは、制御アルゴリズム変更をオンサイト機器に遠隔的に行わせ、その制御アルゴリズム変更の有効性を遠隔モニタリングすることができる。オフサイト機器は、システムプロバイダーによってアクセス可能な少なくとも１つのオフサイトサーバーを備えており、遠隔的に、制御アルゴリズムを更新し、建物内の条件をモニタリングする。同様に、オフサイト機器の配置により、サービスプロバイダーは、定期更新や、制御アルゴリズムの有効性をモニタリングするオンサイト機器のモニタリング等のサブスクリプションサービス（subscription service）を提供することができる。
【０００８】
各オンサイト機器は、中央コントローラと、中央コントローラに無線接続される複数の二次ユニットと、を備える。二次ユニットは、建物における現在の条件に関する情報を収集し送信するためのセンサ又はサーモスタットを有する、少なくとも１つのセンサユニットを含むことができる。また、二次ユニットは、ＨＶＡＣユニットに接続され、中央コントローラからコマンド命令を受信し、ＨＶＡＣユニットの現在の動作条件に関する情報を送信する、少なくとも１つの二次コントローラを有することができる。
【０００９】
本発明の一実施形態では、オフサイト機器は、制御アルゴリズムを受信し記憶するサーバーを有する。オフサイトサーバーは、サービスプロバイダー側に配置することができ、サービスプロバイダーが容易に新しい制御アルゴリズムをアップロードし、メモリ部品に記憶されている既存のアルゴリズムを変更することができる。この構成により、建物の情報および動作条件を二次ユニットによって集め、中央コントローラに送信することができる。中央コントローラはデータを集め、データをオフサイトサーバーへと転送する。送信されたデータは、建物のＨＶＡＣシステムに対する１セットの動作命令を生成するため、オフサイトサーバーにおいて処理可能である。１セットの動作命令は、動作命令を適切な二次ユニットに配信する、中央コントローラに返信される。
【００１０】
サービスプロバイダー側に制御アルゴリズムを記憶させることにより、サービスプロバイダーが制御アルゴリズムに容易にアクセスでき、そのアルゴリズムを、建物の現場での変更を必要とすることなく、変更することができる。オフサイトサーバーは、複数の建物の複数のオンサイト機器に接続可能である。ある態様においては、中央サーバーに記憶された制御アルゴリズムに対する全体的な（グローバルな）変更を、それぞれの建物へと出向いて各オンサイト機器に変更を適用するのではなく、オフサイトサーバーにおいて素早く行うことができる。
【００１１】
他の一実施形態では、制御アルゴリズムは、オフサイトサーバーではなく、現場（オンサイト）における各オンサイト機器に記憶される。この構成では、オフサイトサーバーは、サービスプロバイダーによってアクセスされ、制御される各建物のオンサイト機器に変更を遠隔送信することができる。同様に、オンサイト機器は、制御アルゴリズムの有効性およびアルゴリズムの変更が必要か否かを確認するため、サービスプロバイダーがモニタリングできるよう、オフサイトサーバーに建物情報を定期的にアップロードするよう構成されることができる。
【００１２】
本発明の一実施形態にかかる建物内の環境条件を維持する方法は、オンサイト機器にネットワーク接続されるオフサイト機器を設置する工程を含んでいる。オンサイト機器は、少なくとも１つのセンサユニットと、ＨＶＡＣシステムに接続される少なくとも１つの二次コントローラと、に無線接続される中央コントローラを有する。方法はさらに、少なくとも１つの制御アルゴリズムを中央コントローラに記憶させる工程を含む。方法はまた、建物内の環境条件の少なくとも１つの測定値を収集して、測定値を中央コントローラに送信する工程を含む。方法はさらに、中央コントローラを介して測定値を処理し、ＨＶＡＣシステムを動作させる少なくとも１つの制御命令を生成する工程を含む。方法はまた、中央コントローラから二次コントローラに命令を送信して、制御命令に応じてＨＶＡＣシステムを動作させる工程を含む。最後に、方法は、少なくとも１つのプログラミング変更をオフサイト機器から中央コントローラに送信し、プログラム変更に応じて制御アルゴリズムを変更する工程を含む。
【００１３】
本発明の一実施形態にかかる建物内の環境条件を維持する方法は、オンサイト機器にネットワーク接続されるオフサイト機器を設置する工程を含んでいる。オンサイト機器は、少なくとも１つのセンサユニットと、ＨＶＡＣシステムに接続される少なくとも１つの二次コントローラと、に無線接続される中央コントローラを有する。方法はさらに、少なくとも１つの制御アルゴリズムをオフサイト機器に記憶させる工程を含む。方法はまた、建物内の環境条件の少なくとも１つの測定値を収集して、測定値を中央コントローラに送信する工程を含む。方法はさらに、測定値を中央コントローラからオフサイト機器に送信し、測定値をオフサイト機器において処理して、ＨＶＡＣシステムを動作させる少なくとも１つの制御命令を生成する工程を含む。方法はまた、命令をオフサイト機器から中央コントローラに送信する工程を含み、中央コントローラは制御命令を二次コントローラに配信し、制御命令に応じてＨＶＡＣシステムを動作させる。最後に、方法は、オフサイト機器において制御アルゴリズムを変更して、オンサイト機器におけるＨＶＡＣシステムの動作を変更する工程を含む。
【００１４】
また、建物のエネルギー管理システムのエネルギー最適化計画を提供する方法を開示する。ハードウェアを販売し建物に設置する代わりに、ハードウェアおよびソフトウェアの最適化システムを提供するサブスクリプションサービス（subscription service）を提案する。提案される方法では、人工知能とファジー理論を用いて、各建物に特有な変化していく特性に基づいて、全エネルギー使用量を最小化するよう継続的に学習する。クラウド上にソフトウェアプラットホームを置くことによって、現場側に対する要求は低減される。既存の場所に、専用設計された無線コントローラを追加設置することができる。新しいシステムは、無線機能を活用し、制御を構造外のクラウド上に設置することにより、低コストで実現できる。構造は、通信ができない場合のために、最低限の内部制御を行うことだけが要求される。提供される多段階のサービスには、スケジューラ、アラームハンドラ(alarm handler)、動的グラフィックス、イベントの通知、トレンディング（trending）、ユーザアカウント情報、レポート生成器、エネルギー最適化アルコリズム、診断機能およびサービスツール等を含めることができる。本方法は、サブスクリプションプラン（subscripution plan）で提供されるオプションメニューから、ユーザに選択をさせる工程を含む。
【００１５】
本発明の種々の代表的な実施形態についての上述の要約は、本発明のそれぞれの例示的実施態様又は全ての実施を説明するものではない。むしろ、実施形態は、他の当業者が本発明の原理および実行を認識し理解できるよう、選択され記述されている。以下の詳細な説明における形態は、これらの実施形態をより具体的に例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明は、以下に示す添付図面に関連した本発明の種々の実施態様の以下の詳細な説明を考慮することにより十分に理解されよう。
【図１】本発明の一実施形態にかかる制御システムの概略図である。
【００１７】
本発明に種々の変更および代替形式を適用できるが、その特定のものを一例として図面に示し、詳細に説明する。しかしながら、本発明を特定の記載された実施形態に限定する意図はないことが理解されよう。むしろ、添付した特許請求の範囲によって特定される発明の精神および範囲内に含まれる、あらゆる変更、均等物および変形をカバーすることを意図するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態にかかる、少なくとも１つの建物内の環境条件を制御する制御システム１０は、オフサイト機器１２と、少なくとも１つのオンサイト機器１４と、を備える。オフサイト機器１２は、クラウドコンピューティングとして一般に知られているものを含むことができる。オフサイト機器１２は、オンサイト機器１４に直接アクセスするための遠隔端末として動作する。オフサイト機器１２は、情報を記憶し処理する少なくとも１つのサーバー１６を備える。オフサイト機器１２は、制御するそれぞれの建物から離れた場所に配置され、ネットワーク接続１８を介して各建物のオンサイト機器１４に接続される。ネットワーク接続１８は、限定されるものではないが、有線および無線の電気通信を含むことができる。ネットワーク接続１８は、建物条件を遠隔モニタリングするとともに、オンサイト機器１２にシステム更新を送信するよう用いることができる。ある態様では、単一のオフサイト機器１２を、複数のオンサイト機器１４にネットワーク接続することができる。あるいは、複数のオフサイト機器１２のそれぞれを、単一のオンサイト機器１４に接続することができる。この場合、複数のオフサイト機器１２は、それぞれが単一のオンサイト機器１４にアクセスするのに都合がよいように、同じ場所に配置される。
【００１９】
オンサイト機器１４は、中央コントローラ２０と、複数の二次ユニット２２と、を有する。さらに、複数の二次ユニット２２は、少なくとも１つのセンサユニット２４と、少なくとも１つの二次コントローラ２６と、を有することができる。各センサユニット２４は、環境センサ２８に使用可能に接続される。環境センサ２８には、限定されるものではないが、温度計、湿度センサおよび気圧計が含まれる。環境センサ２８は、建物内の現在の環境条件に関する測定値を収集する。同様に、二次コントローラ２６はそれぞれ、ＨＶＡＣシステム３０に操作可能な状態で接続されて、少なくとも１つの制御命令に応じてＨＶＡＣシステム３０の動作を制御するよう構成される。各二次ユニット２２は、ワイヤレス接続３２を介して中央コントローラ２０に接続され、これにより、二次ユニットと中央コントローラ２０との間で情報を無線送信できる。ワイヤレス接続３２には、無線（radio）、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ又は他の従来の無線技術を含めることができる。二次ユニット２２が中央コントローラ２０と無線通信するため、中央コントローラ２０および二次ユニット２２はモジュールであり、オンサイト機器１４の他の部分から独立して交換又は更新可能である。
【００２０】
一の態様では、建物内の現在の環境条件に基づいて制御命令を生成するための少なくとも１つの制御アルゴリズムが、中央コントローラ２０に記憶され得る。この構成では、環境センサ２８は、建物内の現在の環境条件を示す少なくとも１つの環境測定値を収集することができる。環境測定値は、センサユニット２４を介して中央コントローラ２０に送信され得る。中央コントローラ２０は、制御アルゴリズムを用いて環境測定値を処理し、ＨＶＡＣシステム３０の動作のために適切な二次コントローラ２６に送信される少なくとも１つの制御命令を生成することができる。その後、環境センサ２８は、制御アルゴリズムの有効性を評価するため、さらに環境測定値を収集することができる。ファジー理論／人工知能プロセスを用いて、コントローラ２０が構造の特性を「学習する」につれて、コントローラ２０は、次第に効率を向上することができる。
【００２１】
この構成では、環境測定値を、ネットワーク接続１８を介してオフサイト機器１２に送信し、建物の長期モニタリングのためサーバー１６に記憶させることができる。システムプロバイダーは、環境測定値にアクセスして、制御アルゴリズムの有効性を確認し、制御アルゴリズムを変更する必要があるか否かを判断することができる。あらゆる変更が、サーバー１６から中央コントローラ２０にネットワーク接続１８を介して送信され、中央コントローラ２０に記憶された制御アルゴリズムを変更することができる。一の態様においては、所望の効率に達するように評価と変更のサイクルが複数回実行されるよう、変更プロセスを繰り返すことができる。
【００２２】
一の態様において、制御アルゴリズムを、中央コントローラ２０に代わってサーバー１６に記憶することができる。この構成では、環境センサ２８によって収集された測定値は、中央コントローラ２０によって集められ、処理のために、ネットワーク接続１８を介してサーバー１６に送信される。制御命令が生成されると、サーバー１６は中央コントローラ２０に命令を返信し、中央コントローラ２０は命令を適切な二次コントローラ２６に配信する。アルゴリズムの有効性を改善するために、システムプロバイダーは、サーバー１６において制御アルゴリズムを直接変更することができる。この構成では、サーバー１６へのネットワーク接続１８が途切れた場合には、バックアップ制御アルゴリズムを中央コントローラ２０において実行して、オンサイト機器１４の動作を維持することができる。
【００２３】
本発明の一実施形態にかかる建物内の環境条件を維持する方法は、オンサイト機器１４にネットワーク接続されるオフサイト機器１２を備える制御システム１０を設置する工程を含んでいる。オンサイト機器１４は、少なくとも１つのセンサユニット２４と、ＨＶＡＣシステム３０に接続される少なくとも１つの二次コントローラ２６と、に無線接続される中央コントローラ２０を有する。方法はさらに、少なくとも１つの制御アルゴリズムを中央コントローラ２０において実行する工程を含む。方法はまた、建物内の環境条件の少なくとも１つの測定値を、センサユニット２４を用いて収集し、その測定値を中央コントローラ２０に送信する工程を含む。方法はさらに、中央コントローラ２０を介して測定値を処理し、ＨＶＡＣシステム３０を動作させる少なくとも１つの制御命令を生成する工程を含む。方法はまた、制御命令に応じてＨＶＡＣシステム３０を動作させるよう、中央コントローラ２０から二次コントローラ２６に命令を送信する工程を含む。最後に、方法は、少なくとも１つのプログラミング変更をオフサイト機器１４から中央コントローラ２０に送信し、その送信されたプログラム変更によって、中央コントローラ２０に記憶された制御アルゴリズムを変更する工程を含む。
【００２４】
ここでは、クラウドサーバーへの無線通信を介してビルディングオートメーション／エネルギー管理サービスを提供する方法も提供される。このような方法は、年会費によるもの、又は、サブスクリプションサービス（subscription service）を通じたものとすることができる。本発明の一実施形態にかかる建物内の環境条件は、オンサイト機器１４にネットワーク接続されるオフサイト機器１２を設置する工程を含んでいる。オンサイト機器１４は、少なくとも１つのセンサユニット２４と、ＨＶＡＣシステム３０に接続される少なくとも１つの二次コントローラ２６と、に無線接続される中央コントローラ２０を有する。方法はさらに、少なくとも１つの制御アルゴリズムをオフサイト機器１２に記憶させる工程を含む。方法はまた、建物内の環境条件の少なくとも１つの測定値を、センサユニット２４を用いて収集し、その測定値を中央コントローラ２０に送信する工程を含む。方法はさらに、測定値を中央コントローラ２０からオフサイト機器１２に送信し、測定値をオフサイト機器１２において処理し、ＨＶＡＣシステム３０を動作させる少なくとも１つの制御命令を生成する工程を含む。方法はまた、命令をオフサイト機器１２から中央コントローラ２０に送信する工程を含み、中央コントローラ２０は制御命令を二次コントローラ２６に配信し、制御命令に応じてＨＶＡＣシステム３０を動作させる。最後に、方法は、オフサイト機器１２において制御アルゴリズムを変更して、オンサイト機器１４におけるＨＶＡＣシステム３０の動作を変更する工程を含む。提供されるサービスを、個々のユーザに個々の必要性に応じてオーダーメイドすることができる。例えば、基本サービスを１つのパッケージで提供し、人工知能を用いた高度な制御サービスを他のパッケージで提供することができる。
【００２５】
本発明に種々の変更および代替形式を適用できるが、その特定のものを一例として図面に示し、詳細に説明した。しかしながら、本発明を特定の記載された実施形態に限定する意図はないことが理解されよう。むしろ、添付した特許請求の範囲によって特定される発明の精神および範囲内に含まれる、あらゆる変更、均等物および変形にカバーすることを意図するものである。
【図１】
0006290188.tif 000002