CN104641304A - 用于集成照明、遮光和恒温器控制的统一控制器 - Google Patents

用于集成照明、遮光和恒温器控制的统一控制器 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于照明（13）、遮光物（12）和恒温器（11）的控制的控制器（100）。该控制器包括：至少一个舒适度调节器（1），用于提供用于设置至少一个规则（2,5）的指示；至少一个控制器接口（10），用于控制恒温器、照明和遮光物中的至少一个；至少一个传感器接口（18），用于接收相应于制热、通风和空调（HVAC）（17）、占用（16）、来自光传感器（15）的照明和遮光中的至少一个的传感信息；其中，至少控制器接口响应于接收到传感信息且基于至少一个规则而将恒温器、照明和遮光物控制到最佳位置。

Description

用于集成照明、遮光和恒温器控制的统一控制器
本发明一般地涉及照明、遮光和温度的控制，并且更具体地涉及具有对其进行控制的灵活架构的控制器。
已认识到建筑物元件是互相关的，例如电灯和遮光帘被同时用来创建舒适的照明条件，但是同时，它们两者都产生或发射热量，该热量影响制热、通风和空调（HVAC）***上的负荷。为了以最为能量高效的方式输送舒适的视觉和热环境，使用集成且整体的方法来计及（account for）建筑物的元件之间的相互关系是重要的。
当前，视觉舒适度和热舒适度实际上被单独地控制。此外，甚至单独地控制电灯和遮光物。可由壁开关来控制电灯，或者在最佳情况情形中，电灯可响应于日光和/或占用状态而自动地调光或关断。诸如遮帘百叶帘和滚式遮光物之类的遮光***在很大程度上由占用者、例如通过拉动绳子来控制。即使是现代机动化遮光***仍是主要通过壁板来手动地控制。热舒适度被占用者在壁装式恒温器上指定为温度设定点，并且一些恒温器能够连接到中央建筑物自动化***（BAS）以用于监控控制，诸如夜间逆转（setback）。
已经尝试促进针对更佳的能量管理的统一的照明和HVAC控制，但是其焦点是在BAS或能量管理和控制***（EMCS）的整个建筑物级别集成上。此集成级别仅提供对多个***的集中式访问以便使设施管理员实施高级监控控制和自动化能量效率措施。因此，除建筑物级别监控控制之外，较低级别（例如，区域级别）的集成是必要的，以实际上向占用者输送最佳的视觉和热舒适度，将每个区域中的不同类型的使用、取向、位置等考虑在内。
已做出了考虑针对能量效率的视觉和热舒适度的集成控制的几次尝试。例如，A. Guillemin和N. Morel，“集成在自适应建筑物控制***中的创新的照明控制器（An Innovative Lighting Controller Integrated in a Self-adaptive Building Control System）”，能量和建筑物（Energy and Buildings）, 卷33 (5), 2001, 第477-487页（在下文中“GUILEMIN”）以及Ž. Kristl、M. Košir、M. Trobec-Lah和A. Krainer，“针对建筑物中的热和视觉舒适度的模糊控制***（Fuzzy Control System for Thermal and Visual Comfort in Building）”，可再生能源（Renewable Energy）, 卷33 (4), 2008, 第694-702页（在下文中“KRISTL”）主要集中于智能算法的开发和实施，其***是在非常定制化的实验室背景中被集成。在处理建筑物照明与热元件之间的相互依赖的时，大多数控制器考虑三个***中的子集，例如在KRISTL中，遮光物和制热器，以及在J.V. Miller，公开号为2009/0032604美国专利申请“节能集成照明和HVAC***（Energy Saving Integrated Lighting and HVAC System）”（在下文中“Miller”）中，灯和HVAC。此外，这些控制器可能仅针对非常具体类型的***工作，或者需要接进较低级别的***部件，诸如向上发热的灯具和Miller中的HVAC空气管道阻尼器。另外，集成控制器可调整照明条件以保存能量，但是这可能例如由于眩光而牺牲占用空间的人的视觉舒适度。
因此，认识到现有技术的缺点，克服控制器的缺陷将是有利的，其可以以切合实际的集成方式实施灯、遮光物和温度设定点的基于区域的自动化控制。
本文公开的某些实施例包括为照明、遮光物和恒温器提供控制的控制器。该控制器包括：至少一个舒适度调节器，用于提供用于至少一个规则的设置的指示；至少一个控制器接口，用于控制恒温器、照明和遮光物中的至少一个；至少一个传感器接口，用于接收相应于制热、通风和空调（HVAC）、照明以及占用中的至少一个的传感信息，其中至少控制器接口响应于接收到传感信息且基于至少一个规则而将恒温器、照明和遮光物控制到最佳位置。
本文公开的某些实施例还包括针对照明、遮光物和恒温器的控制的方法。该方法包括：从控制器的舒适度调节器提供用于设置至少一个规则的指示，所述控制器用于照明、遮光物和恒温器的控制；接收相应于制热、通风和空调（HVAC）、占用、照明和遮光中的至少一个的传感信息；以及相应于传感信息和至少一个规则产生控制信号以控制照明、遮光物以及恒温器。
本文公开的某些实施例还包括用于照明***、遮光***以及恒温器的控制的控制器。该控制器包括：用于确定至少水平照度设定点、垂直照度设定点以及恒温器设定点的设置的设定点决策引擎，其中根据基于规则的设置过程来执行该确定；用于确定用于照明和遮光的一组设置的照明负荷平衡引擎，其中该组设置至少满足接收到的设定点，并且设定点决策引擎至少满足水平照度设定点和垂直照度设定点，其中确定该组设置以便使眩光和照明***的功耗最小化；以及驱动器连接器，用于部分地基于恒温器设定点来控制受控区域中的恒温器***、照明和遮光***，并且该组设置由照明负荷平衡引擎确定。
在本说明书结束时的权利要求中特别地指出并明确地要求保护被视为本发明的主题。依据下面的结合附图进行的详细描述，本发明的前述及其他特征和优点将是显而易见的。
图1是根据本发明的实施例的集成控制器的示意图；
图2是用于集成控制器的照明负荷平衡的示意性框图；
图3是电灯输出水平与电功率之间的关系的图；
图4是复合（complex）开窗***的太阳热增益模型的图；
图5是仅使用电照明控制特征的集成控制器的示意性框图；
图6是使用电照明控制特征和遮光控制特征的集成控制器的示意性框图；
图7是根据本发明的实施例的集成恒温器的控制器的示意性框图；
图8是根据另一实施例的使用垂直光传感器的集成控制器的示意性框图；以及
图9是在图8的集成控制器中利用的设定点决策引擎的示意性框图。
重要的是注意到公开的实施例仅仅是本文中的创新技术的许多有利用途的示例。一般地，在本申请的说明书中做出的陈述不一定限制各种要求保护的发明中的任何发明。此外，一些陈述可适用于一些发明特征但不适用于其他的。一般地，除非另外指明，在不失一般性的情况下，单数元件可以是复数的，并且反之亦然。在图中，相同的附图标记遍及多个图指示相同的部分。
图1示出了根据本发明的实施例的集成控制器100的示例性且非限制性框图。集成控制器100包括部件（1）至（10）和感测基础设施（18）、以及诸如外部信息之类的监控信号的传感器（15）至（17）以及连接（19）至（21），其是到控制器100的输入以用于做出最佳控制决策。控制器100通过驱动器连接器（10）致动区域（14）的连接***硬件，包括恒温器（11）、遮光***驱动器（12）和照明***驱动器（13）。在下文中更详细地讨论了每个部件的详细实施方式和替代。
舒适度调节器（1）接收来自占用传感器（16）的信息和监控信号（19），例如需求响应（DR）信号、用户超驰（override）等，以确定用户偏好和舒适度的重要性，即偏好/舒适度与能量之间的权衡。例如，在正常操作下，舒适度调节器可确定舒适度具有最高优先级。然而，在如占用传感器所报告的不存在占用者的情况下，舒适度调节器可将舒适度视为与产生更多的能量节省的尝试相比远不那么重要的参数。当接收到指示DR事件的监控信号时，舒适度调节器对舒适度施加略少的强调以便切断（shed）一定量的负荷。作为示例性实施方式，舒适度调节器可简单地是一组用户偏好，其具有例如表示舒适度水平的相对重要性的10点“重要性标度”。每个输入，即占用状态、DR信号、用户超驰等对应于10点重要性标度上的不同量的增加或缩减。然后，所得到的标度上的舒适度重要性值连同用户指定的偏好一起被馈送到热舒适度规则（2）和视觉舒适度规则（5）中。
热舒适度规则（2）基本上是用于计算多个可能的温度设定点的模块，温度设定点由舒适度的重要性、即（1）的输出以及实时的传感器测量（17）确定。可以以各种方式来实施热舒适度规则（2）。一个示例性实施方式是一组“如果-则（IF-THEN）”规则。例如，规则可以是“如果舒适度调节器指数大于9，则空气温度在21—24℃范围内”。热舒适度规则（2）还可以结合尖端的热舒适度模型，例如Fanger的预测平均投票（PMV）模型。利用实时HVAC传感器测量，例如平均辐射温度和相对湿度，计算导致对应于85%满意度的PMV≤±0.7的多个空气温度设定点。示例中的±0.7的数值范围可根据来自舒适度调节器（1）的舒适度重要性值而改变。
HVAC连接器（3）被连接到负责HVAC***操作的BAS或能量管理和控制***（EMCS）（21）。HVAC连接器的主要功能是获得HVAC***的操作模式信息（冷却/制热）。在一个实施例中，为了与BAS或EMCS通信，HVAC连接器与链接的BAS或EMCS所使用的标准通信协议对接，诸如但不限于BACnet、LonWorks等。如果需要的话，还可以在HVAC连接器与BAS之间交换其他信息。
恒温器设定点模块（4）在由热舒适度规则（2）产生的可能的温度设定点的范围内选择导致最大能量效率的最佳设定点。该决策是基于通过HVAC连接器（3）获得的HVAC操作信息。例如，如果热舒适度规则（2）产生21—24℃的温度范围，并且从HVAC连接器（3）获悉HVAC***正在冷却模式下操作，则将由恒温器设定点模块（4）选择24℃以用于最低冷却要求，其信息然后通过驱动器连接器（10）被发送到恒温器（11）。实施恒温器设定点模块（4）的一个示例是一组“如果-则”规则，诸如：
“如果HVAC处于冷却模式，则选择上限温度作为设定点。
如果HVAC处于制热模式， 则选择下限温度作为设定点。”。
视觉舒适度规则（5）基本上是用于相对于由舒适度调节器（1）指定的用户偏好和不同水平的舒适度重要性而确定适当的总的光水平（其是电灯和日光的组合）、即照明设定点（6）的模块。用于实施视觉舒适度规则（5）的一个示例是仅考虑具有“如果-则”规则集的任务照度。例如，当优选的光水平是500勒克斯时，以下的规则集的例外可以分别被用于正常的操作以及响应于DR信号的DR事件。
“如果舒适度调节器指数大于9，则将照明设定点设置成500勒克斯。”
“如果舒适度调节器指数在8和9之间，则将照明设定点设置成450勒克斯。”。
照明设定点（6）简单地表示由视觉舒适度规则（5）从视觉舒适度规则集确定的目标总照明设定点。在下面参考图8和9详细地描述的另一实施例中，照明设定点还可表示舒适度眩光水平。
照明负荷平衡模块（7）被嵌有智能以确定最佳电灯水平和日光遮光，例如确定以最小的总能量消耗满足在照明设定点（6）中指定的设定点的遮光帘高度以及用于窗户的百叶帘处理的条板角度。在一个实施例中，照明负荷平衡模块（7）依据HVAC连接器（3）和全局/外部信息（20）（例如，日期、太阳位置和辐照度等）结合HVAC操作模式，以产生电照明和遮光设定点（8）。
针对可能的照明负荷平衡实施方式的一个示例是在（等式1）中对以下优化问题求解，其中，EL是电照明负荷，EQ是来自电灯和开窗（fenestration ）太阳热增益的附加冷却负荷，m是加权因数，e是所得到的光水平与照明设定点（6）中的设定点之间的误差，并且k表示关联时间步长。
最小化
服从 （等式1）。
图2是集成控制器100的照明负荷平衡模块（7）的示例性且非限制性示意性框图。图2图示照明负荷平衡模块（7）的详细实现的实例，其可以包括例如六个建筑物元件，即块（a）至（f）。照明电消耗块（a）从照明电来估计功率消耗，其与如示例性且非限制性的图3中所示的电灯输出水平线性地成比例。电照明热增益块（b）估计来自灯泡和灯具的照明热增益。电照明热增益与照明功率成比例，如图3中所示，其与光输出水平具有线性关系。
如果照明***驱动器（13）提供实时的功率测量反馈，则可更准确地估计块（a）和（b）两者。太阳热增益块（c）估计空间中容许的（admitted）太阳热增益。这可以以各种方式来实现。例如，在一个实施例中，可以建立描述开窗***的热传递机制的数学模型以用于从全局/外部信息通道（20）来预测具有已知的太阳辐照度的太阳热增益。可以测量或者从附近气象站获得太阳辐照度读数。
图4示出了从一个具有内部的百叶帘这样的模型计算的相对于不同的条板角度的示例性且非限制性太阳热通量（来自单位开窗面积的热增益）。替代性地，可以使用放置在开窗***内侧上的日射强度计来大致地测量太阳热增益。如图4中所图示，曲线401、402、403和404分别表示相对于被设置成-10°、0°、20°和40°的不同齿廓角（profile angle）的测量到的通量。条板角度是可在基本上水平的位置与基本上垂直的位置之间移动的条板的角度。齿廓角是投射到垂直于窗户表面的平面上的太阳入射角，其确定直射太阳相对于开窗***的标高。返回图2，冷却负荷块（d）将照明和太阳热增益转换成冷却负荷。热增益的一部分，对流部分立即表现为冷却负荷，而其它部分，辐射部分将被建筑物的热质量吸收，并在稍后的时间作为冷却负荷被重新辐射。描述此机制的一个方式是一阶差分等式（等式2），其中，k表示时间步长，Q是冷却负荷，q是热增益，并且根据建筑物的特性来确定系数（w1，v0，v1），诸如包络构造（envelope construction）、楼层质量、空气循环、光源类型等。
Q(k) = w1Q(k-1) + v0q(k) + v1q(k-1) （等式2）。
HVAC能量消耗块（e）表征去除由冷却负荷块（d）确定的冷却负荷所需的能量，其取决于HVAC***的效率和总负荷。靠冷却负荷块（d）的实现的一个示例是性能系数（COP）的恒定近似，例如冷却负荷与将其去除所需的能量的比。通常，COP并不是恒定的且随HVAC操作条件而变化。因此，实现此块的尖端方式是通过到HVAC***的连接来结合具有实时操作条件的HVAC效率曲线。
决策/优化引擎块（f）基于来自块（a）和（e）的能量消耗的估计和预测来做出关于电灯水平和遮光物设置的控制决策。这是可部署（等式1）中所示的优化/控制策略或者可以利用任何其他的优化/控制策略的地方。
返回图1，电照明和遮光设定点（8）包括来自电照明***和遮光***的设定点决策。这两个设定点是到闭环控制器（9）的参考输入。
闭环控制器（9）是内部***级控制环的一部分，内部***级控制环包括电照明和遮光设定点（8）、驱动器连接器（10）、遮光***驱动器（12）、照明***驱动器（13）和光传感器（15）。此内环确保安装在一个或多个窗户中的电灯和窗户处理（包括光输出水平、遮光物高度和用于百叶帘的条板角度）被适当地致动以满足所有相应参考设定点（8）。可以使用任何传统自动控制技术来实施控制器（9），诸如比例积分微分（PID）控制。
驱动器连接器（10）包括用于控制器100与控制区域中的物理***的驱动器（包括恒温器（11）、遮光***驱动器（12）和照明***驱动器（13））对接的内置硬件。驱动器连接器（10）将来自恒温器设定点模块（4）和闭环控制器（9）的致动命令转换成针对每个硬件驱动器的可识别信号。例如，到和来自控制区域（14）的信号可以是0—10V，或者可以是用于可调光镇流器的数字可寻址照明接口（DALI）。另外，连接还可以是无线的，使用诸如ZigBee之类的标准化通信协议。
控制区域（14）表示连接到控制器100且由其控制的一个或多个***。在一个实施例中，控制区域（14）包括恒温器（11）、遮光***驱动器（12）和照明***驱动器（13）。控制区域（14）的***可以由例如通过使用标准化协议能够与控制器的驱动器连接器（10）建立连接的不同制造商提供。
传感器（15）、（16）和（17）形成控制器100的感测基础设施（18）。光传感器（15）可包含用于出于眩光检测目的而测量任务照度和/或垂直照度传感器的天花板安装光传感器。占用传感器（16）检测空间中的运动。在下面详细地讨论的一个实施例中，光传感器（15）可包括相对于表面水平地和垂直地安装的两个光传感器。HVAC传感器（17）可以是空气温度传感器、测量空气和辐射温度的组合效应的全局温度传感器和/或取决于每个部件在控制器中是如何实施的湿度传感器。应注意的是，传感器（15）、（16）和（17）不限于仅仅被图1中的箭头所指示的部件使用，而是还可以根据需要在控制器中的所有部件之中共享。传感器与控制器部件之间的对应仅仅是一个实现实例。
监控信号块（19）是用于凌驾控制器100的通道。信号可以是用户偏好、用户超驰、建筑物管理员的指令、DR信号等的形式。可以将监控信号分类成两个类型：绝对设置和事件信号。绝对设置可以是由占用者或建筑物管理员指定的一组期望照明和热条件，其将在确定最佳设定点的过程中被舒适度调节器（1）、热舒适度规则（2）以及视觉舒适度规则（5）考虑在内。事件信号可以是基本上指令舒适度调节器（1）改变舒适度和用户偏好的相对重要性的DR信号或临时的凌驾信号。
全局/外部信息（20）向控制器100提供附加信息元件。该信息可以是日期、太阳位置、太阳辐照度、室外温度等，取决于精确的照明负荷平衡模块（7）的实施。例如，可以使用太阳位置和辐照度来估计太阳热增益和对应的冷却负荷，并且可使用室外温度来推断HVAC操作模式（冷却/制热），其也可通过HVAC连接器（3）直接地从HVAC***获得。
在一个实施例中，HVAC***（BAS）（21）是负责HVAC***操作的实体。控制器100通过HVAC连接器（3）从（21）获得HVAC操作模式（冷却/制热）信息。BAS（21）和HVAC连接器（3）可以是可选的，因为可以从室外温度合理地推导出操作模式，如果其作为外部信息元件（20）中的一个可用的话。
本文公开的控制器100的分层架构以及其中的部件不必一下子全部安装和/或连接。可以例如在允许预算和调度方面的灵活性的多阶段改装工程中添加或减少部件。在一个实施例中，可以将控制器100封装为照明控制解决方案，其包含连同照明***驱动器（13）、光传感器（15）和占用传感器（16）一起的盒子中的完全的控制器。在示例性且非限制性图5中示出了此类配置。具体地，未示出的图1的部件，即控制器100的热舒适度规则（2）、HVAC连接器（3）以及恒温器设定点模块（4）可以存在，但是在功能上这些部件可以是不活动的，或者另外被自动地绕过（bypassed）。在此配置中，照明负荷平衡模块（7）及电照明和遮光设定点（8）省略了遮光物的任何考虑。作为独立的照明***，此组合对于执行诸如占用感测、日光收获等的通常的自动照明控制和管理策略是足够的。
如示例性且非限制性图6中所示，当遮光物被升级到安装在一个或多个窗户中并通过驱动器控制器（10）而连接到控制器100的机动化遮光***（12）时，为了更佳的舒适度和能量节省，控制器100可以自动地执行电灯和遮光物的集成控制。如果全局/外部信息（20）可用且被连接，则性能可以进一步被提高。在被连接到智能电网基础设施之后，监控信号（19）形式的DR信号可以被馈送到控制器，从而允许控制器参与DR程序，例如以自动以最佳的方式切断负荷。
同样地，当控制器（100）被连接到HVAC***，即BAS（21）、恒温器（11）和对应的传感器（17）时，控制器（100）可以为了最佳的视觉和热舒适度以及能量效率执行电灯、遮光物和恒温器的集成控制。
另一替代性实施例是将恒温器（11）集成到控制器（100）中，如示例性且非限制性图7中所示。具体地，根据本实施例，控制器（100）完全地替换区域的恒温器，消除了遵守被其他恒温器用于连接性的通信协议的需要。可以将此配置封装为独立恒温器，并且基于同一分层架构，可以在稍后添加照明和遮光***以用于全功能集成控制。另外，还可将此配置封装为具有作为基本功能性的温度设定点控制和占用和/或日光响应照明控制的恒温器/照明控制器组合体。对于完全的集成控制，可以单独地连接遮光***。
图8示出了根据另一实施例的集成控制器800的示例性且非限制性框图。集成控制器800为了区域水平处的最佳舒适度以及能量效率还提供了控制访问点和自动决策做出过程两者的集成。另外，集成控制器800通过明确地检测并避免来自眩光的不舒适来改进视觉舒适度。
集成控制器800包括设定点决策引擎801、照明负荷平衡引擎802以及驱动器连接器803。控制器800从感测基础设施820、外部全局信息830以及监控信号840接收输入以便做出最佳的控制决策。控制器800通过驱动器连接器803致动受控区域810的连接的***硬件，包括恒温器811、遮光***驱动器812以及照明***驱动器813。在上文中更详细地讨论了受控区域810中的每个部件的详细实施方式。应注意的是，虽然在图8中未示出，但控制器800可包括附加部件，诸如HVAC连接器（3）和闭环控制器（9）。在一个实施例中，这些部件被集成在驱动器连接器803中。
全局/外部信息830被控制器800利用来做出最佳控制决策。该信息可以是例如日期、太阳位置、太阳辐照度、HVAC操作模式等。负荷平衡引擎802可以被利用用于信息830的片段中的一个或多个。监控信号840充当用于凌驾控制器800或向控制器800提供附加信息的通道。信号可以是用户偏好、用户超驰、来自管理者（例如，建筑物维护管理员）的指令、能量使用削减请求（DR信号）等的形式。驱动器连接器803是计算的电灯、遮光物和恒温器设定点与受控区域810中的相应的***811—813的实际驱动器之间的网关。以上相对于图1详细地讨论了驱动器控制器803的操作。
根据本实施例，控制器800基于水平照度设定点和垂直照度设定点来设置照明条件。对于该目标，除占用传感器823和HVAC传感器824（上文详细地讨论了传感器823和824）之外，感测基础设施820包括水平照度光传感器821和垂直照度光传感器822。在本特定实施例中，垂直照度光传感器822被添加到感测基础设施820以使得控制器800能够基于接收到的垂直照度信息来动态地调整房间中的照明以避免不舒适的眩光。垂直照度光传感器822被面向窗户地垂直地安装在以占用者的眼睛水平测量垂直照度的位置处。此测量水平提供不舒适眩光可能性的指示。水平照度光传感器821测量水平表面（例如，桌子）上的照度水平，并且可以被安装在面向地板的天花板中。执行调整以确定针对电灯、遮光物/遮帘和恒温器的最佳设置。
具体地，设定点决策引擎801被设置成确定以下三个设定点：水平照度设定点、垂直照度设定点以及恒温器设定点。水平照度设定点指定适合于正由占用者执行的任务的任务光水平。垂直照度设定点充当阈值，超过该阈值可发生不舒适眩光。恒温器设定点被用来调节室内空气温度处于舒适的水平。基于以下输入中的一个或多个来确定这些设定点：来自占用传感器823的占用状态、来自HVAC传感器824的当前区域热条件和用户指定的偏好以及来自监控信号840的能量使用削减水平。所得到的恒温器设定点被直接地馈送到驱动器连接器803以调整受控区域810中的恒温器811的设定点。水平和垂直照度设定点充当用于照明负荷平衡引擎802的参考来确定最佳电灯和遮光物/遮帘设置，以在使眩光和功率消耗最小化的同时提供空间（房间）中的充足照明。
在示例性且非限制性图9中示出了根据一个实施例的设定点决策引擎801的框图。设定点决策引擎801包括用于设置水平照度设定点的水平照度设定点模块910、用于设置垂直照度设定点的垂直照度设定点模块920以及用于设置恒温器设定点的恒温器设定点模块930。
水平照度设定点部分地基于用户的偏好被确定，并且进一步根据从传感器823（图8）接收到的占用状态以及能量使用削减水平（例如，DR事件）被调整，以计及能量效率。用户的偏好和削减水平作为监控信号840的一部分被接收。在一个实施例中，模块910使用基于规则的设置过程（算法）来设置水平照度设定点。针对此类基于规则的非限制性示例可以是：
用户指定的水平任务照度是500勒克斯, 即, Iref = 500勒克斯。
如果占用状态是被占用的且能量削减水平为无，则Iset_h＝Iref；
如果占用状态是被占用的且能量削减水平为低，则Iset_h＝0.9Iref；
如果占用状态是被占用的且能量削减水平为高，则Iset_h＝0.7Iref；
如果占用状态为未占用，则Iset­­_h＝ Ignore；
Iset_h是照明负荷平衡引擎802试图维持的水平照度设定点。在一个实施例中，设定点决策引擎801可以被实施来遵守建立的能量使用削减协议，诸如OpenADR等。
模块920部分地基于与来自眩光的不舒适的边界线相对应的校准值来设置垂直照度设定点。校准值表示从测量位置处的垂直照度到人的眼睛水平处的垂直照度的映射。该值可以进一步被调整至通过监控信号（840）接收到的用户的眩光感觉。将实际的垂直照度限制在设定点以下的重要性进一步是基于从传感器823接收到的占用状态。在一个实施例中，模块920使用基于规则的设置过程（算法）来设置垂直照度设定点。针对此类基于规则的非限制性示例可以是：
已校准（默认）的垂直照度水平是2000勒克斯，即Gref＝2000勒克斯；
可由用户进一步将默认设置降低至Gref＝1800勒克斯；
如果占用状态是被占用的，则Iset_v＝Gref；
如果占用状态是未占用，则Iset_v＝Ignore；
Iset_v是垂直照度设定点。照明负荷平衡引擎802确保垂直照明的测量水平不超过Iset_v的水平。恒温器设定点模块930的操作与上文详细地讨论的恒温器设定点模块（4）相同。
返回参考图8，照明负荷平衡引擎802计算用于电照明和遮光***的一组设置，其将满足从设定点决策引擎802接收到的设定点，同时使相关的照明和HVAC能量负荷最小化。用于照明***驱动器813的可能设置包括将灯通电和断电，以及对照射水平进行调光。用于遮光***驱动器812的设置包括设置遮光物的高度或设置部署/回缩水平以及条板角度（在遮帘的情况下）。照明负荷平衡引擎802通过不断地将来自水平和垂直照度传感器的实时传感器测量与它们的相应的设定点相比较以闭环方式确保所得到的设置满足设定点。如上所述，还可以将诸如日期、太阳位置和辐照度以及来自管理者的HVAC操作模式之类的全局或外部信息830提供给照明负荷平衡引擎802以便确定最佳输出设置。
照明负荷平衡引擎802实施优化问题的解决方案以便设置电灯和机动化遮光物的控制。在一个示例性实施例中，可以如下定义优化问题：
最小化
服从 （等式3）
（等式3）中的优化问题的目的是使能量消耗最小化。第一等式（EL(k)+mEQ(k)）是能量消耗的指数，其中，EL是电照明负荷，EQ是来自电灯和开窗太阳热增益的附加冷却负荷，m是加权因数，并且k表示关联时间步长。EL和EQ可以是结合来自全局/外部信息830的实时信息的数学模型。
等式（εL ≤ (Iset_h(k) – Isensor_h(k)≤εH）和（Iset_v(k)≤Isensor_v(k)）是优化问题公式化中的约束，其分别地调节水平任务光水平和垂直照度水平，以满足分别地用于水平和垂直照度的设定点Iset_h和Iset_v设定点。Isensor_h和Isensor_v分别是来自水平照度传感器821和垂直照度传感器822的传感器读数。也就是说，为了令人满意的任务光水平，等式（εL ≤ (Iset_h(k) – Isensor_h(k)≤εH）比较并在小的可容忍范围（ԑL和ԑH）内调节水平照度测量与设定点之间的内的差。等式（Iset_v(k)≤Isensor_v(k)）确保测量的垂直照度不超过垂直照度设定点，超过该垂直照度设定点可发生不舒适眩光。这可以通过以这样的方式来控制遮光***驱动器813来实现：由于来自眩光的潜在的不舒适的考虑和令人舒适的“任务照明”（即，在计算机上进行编写或工作）的目标的缘故，遮光物/遮帘不充分地打开让日光进入。
可以将本文公开的各种实施例实施为硬件、固件、软件或其任何组合。此外，优选地将软件实施为在可以是数字电路、模拟电路、磁介质或其组合的形式的程序存储单元、非暂时的计算机可读介质或非暂时机器可读存储介质上有形地体现的应用程序。可以将应用程序上传到包括任何适当架构的机器并由其运行。优选地，在具有诸如一个或多个中央处理单元（“CPU”）、存储器以及输入/输出接口之类的硬件的计算机平台上实施机器。计算机平台还可包括操作***和微指令代码。本文描述的各种过程和功能可以是微指令代码的一部分或应用程序的一部分或其任何组合，其可以由CPU运行，无论是否明确地示出此类计算机或处理器。另外，可将各种其他***单元连接到计算机平台，诸如附加数据存储单元和打印单元。
虽然已相对于若干个所描述的实施例相当详细地且以一定的特殊性描述了本发明，但意图不在于其应受到任何此类特定细节或实施例或任何特定实施例的限制，而是应参考所附权利要求来理解，以致鉴于现有技术来提供此类权利要求的最宽泛的可能解释，并且因此有效地涵盖本发明的意图范围。此外，虽然前述内容在本发明人预见的对于其而言可得到能够实现的描述的实施例方面描述了本发明，但目前未预见的本发明的非实质性修改仍可表示其等价物。

Claims (15)

1.一种用于控制照明（13）、遮光物（12）和恒温器（11）的方法，包括：
从控制器（100）的舒适度调节器（1）提供用于设置至少一个规则（2,5）的指示，所述控制器用于控制照明、遮光物和恒温器；
从制热、通风和空调（HVAC）传感器（17）、占用传感器（16）、照明和遮光光传感器（15）中的至少一个接收传感信息（18）；以及
相应于所述传感信息和所述至少一个规则，由驱动器连接器（10）产生控制信号以控制所述照明、遮光物以及恒温器。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个规则是以下各项中的任何一个：用于热舒适度的规则和用于视觉舒适度的规则，其中用于热舒适度的规则包括多个可能的温度设定点，并且其中用于视觉舒适度的规则确定适当的总的光水平。
3.如权利要求2所述的方法，其中相应于所述热舒适度的重要性的确定来执行计算所述多个设定点。
4.如权利要求3所述的方法，其中基于所述视觉舒适度的重要性来进一步确定所述适当的总的光水平。
5.一种非暂时的计算机可读介质，具有存储在其上的用于引起一个或多个控制器运行根据权利要求1的方法的指令。
6.一种用于控制照明（13）、遮光物（12）和恒温器（11）的控制器（100），包括：
至少一个舒适度调节器（1），用于提供用于设置至少一个规则（2,5）的指示；
至少一个控制器接口（10），用于控制恒温器、照明和遮光物中的至少一个；
至少一个传感器接口（18），用于从制热、通风和空调（HVAC）传感器（17）、占用传感器（16）、照明和遮光光传感器（15）中的至少一个接收传感信息；
其中所述至少一个控制器接口响应于接收到所述传感信息且基于所述至少一个规则而将所述恒温器、所述照明和所述遮光物控制到最佳位置。
7.如权利要求6所述的控制器，其中所述至少一个舒适度调节器（1）使用从占用传感器（16）接收到的传感信息来确定所述至少一个规则的值，所述至少一个规则的值被确定以至少在用户的舒适度偏好与最小的能量消耗之间平衡。
8.如权利要求6所述的控制器，还包括连接到至少一个舒适度调节器的热舒适度模块（2），其中所述热舒适度被配置成保持用于热舒适度的至少一个规则。
9.如权利要求8所述的控制器，还包括恒温器设定点模块（4），其被连接到所述热舒适度模块且被配置成在由所述热舒适度模块产生的可能的温度设定点的范围内选择导致最小的能量消耗的设定点。
10.如权利要求6所述的控制器，还包括视觉舒适度模块（2），其被连接到所述至少一个舒适度调节器且被配置成保持用于视觉舒适度的至少一个规则。
11.如权利要求10所述的控制器，其中所述视觉舒适度模块基于用于视觉舒适度的所述至少一个规则来设置并计算用于空间中的总的照明的一个或多个设定点的值（6）。
12.如权利要求10所述的控制器，还包括连接到HVAC连接器（3）的照明负荷平衡模块（7），其中所述照明负荷平衡模块被配置成确定用于最佳的电灯水平和最佳外部光水平的至少一个设定点值（8）。
13.如权利要求12所述的控制器，还包括：
闭环控制器（9），被配置成从所述至少一个光传感器接收电照明和遮光设定点作为参考输入和反馈输入；以及
驱动器连接器（10），被连接到恒温器设定点模块（4）和所述闭环控制器，所述驱动器连接器被连接到以下各项中的至少一个：受控区域中的恒温器、遮光***驱动器以及照明***驱动器。
14.一种用于控制照明***驱动器（813）、遮光***驱动器（812）以及恒温器（811）的控制器（800），包括：
设定点决策引擎（801），用于确定用于至少水平照度设定点、垂直照度设定点以及恒温器设定点的设置，其中，根据基于规则的设置过程来执行所述确定；
照明负荷平衡引擎（802），用于确定用于所述照明和所述遮光的一组设置，其中，该组设置至少满足接收到的设定点，并且所述设定点决策引擎（801）至少满足所述水平照度设定点和所述垂直照度设定点，其中，确定该组设置以便使眩光和所述照明***的和功耗最小化；以及
驱动器连接器（803），用于部分地基于所述恒温器设定点以及由所述照明负荷平衡引擎所确定的该组设置来控制受控区域中的所述恒温器、所述照明***驱动器以及所述遮光***驱动器。
15.如权利要求14所述的控制器，其中，所述照明负荷平衡引擎从水平照度传感器（821）和垂直照度传感器（822）接收传感信息，其中，响应于接收到的传感信息来确定该组设置。
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