JP2015507276A - 建造物の暖房システムのための温度制御ユニットへの改善 - Google Patents

Abstract

本発明は、建造物のための暖房制御ユニットに関する。暖房システムは、ボイラによって供給される熱交換器と、混合弁を含む加熱流体を循環させるためのループと、ラジエータと、戻りループと、混合弁を制御するために室内条件及び室外条件の情報を受信する制御回路とを備える。制御ユニットは、建造物のユーザの暖房の必要性を予測する及び最適化するための手段と、暖房システムのパラメータをユーザの要望に合わせる及び電力消費を最小にするなどのために室外温度の修正された情報を前記制御回路に提供するための手段とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、予測機能及び建造物の挙動を学習することを目的とした機能、気象観測機能を果たす及び／又はユーザの快適さのためにニューラルネットワーク又はその均等物を動作させる、建造物又は組立構造体のための暖房制御システムに関する。

こうした暖房制御システムは欧州特許ＥＰ０９８００３４８１号で既に説明されている。この従来技術のシステムは、ニューラルネットワークを用いて内部センサと外部センサとの両方によって提供される種々のタイプの情報に基づいて従来の暖房システムの制御ブロックに適用されるべき設定点温度を明らかにするように設計されている。従来の暖房システムでは、この設定点温度が暖房回路の入力温度と比較され、この差が、前記暖房回路に供給される伝熱流体の温度を調節する混合弁を制御するのに用いられる。

従来技術に係るシステムは、暖房システム設備に供給されるべきエネルギーを最適化するために、外部環境、建造物の熱的挙動、及び／又はユーザの快適さ、並びにそれらの予測展開（ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）などの因子を考慮に入れており、このエネルギーは、流入流体の温度と戻り流体の温度との差に依存する。しかしながら、供給されるべきエネルギーを最適化するためのこうした概念は、例えばラジエータのサーモスタット弁を利用する暖房システム設備にはあまり当てはまらないか又はさらには全く当てはまらないという欠点を有する。実際には、すべてのサーモスタット弁が閉じられる場合、所与の量のエネルギーを供給することは、このエネルギーを消費することができないため意味をなさない。したがって、暖房システムのドリフトを制御するのが難しくなることがある。

従来技術で説明されるシステムの別の欠点は、その設置が既存の従来のシステムの適応を必然的に伴い、したがって、一方では専門技術者の介入を必要とし、他方では設置の総費用を増大させることである。

本発明の目的は、前述の欠点の克服を目的とする建造物のための暖房制御システムである。

本発明の目的は、サーモスタット弁を利用するものを含むすべての従来の暖房システムと共に用いることができる建造物のための暖房制御システムである。

本発明の別の目的は、その設置中にその場に設置されている従来のシステムの大きな修正を必要としない暖房制御システムである。

本発明の別の目的は、従来のシステム設備だけで作動するように容易に接続解除することができる暖房制御システムである。

本発明の別の目的は、遠隔の場所からインターネット接続を介して作動され得る暖房制御システムである。

本発明の目的は、したがって、建造物のための暖房制御システムであって、気候条件を予測するための手段と、建造物の内部温度を予測するための手段と、建造物のユーザの快適さに関係する情報変数を生成するための手段と、暖房回路に供給される伝熱流体の最初の流れ温度を最適化するための手段と、修正された外部温度を判定するための手段とを備える、システムに関する。

本発明の１つの独特の特徴によれば、前記修正された外部温度は、外部温度値の代わりに又は外部温度値に代えて、暖房システムの入力回路を混合するための混合弁を制御する前記制御回路に提供される。

本発明の他の独特の特徴及び利点は、以下の本発明を実施する例の説明を読むことでより明らかとなり、前記説明は単に例証する目的で付属の図面との関連で提供される。

建造物のための従来の暖房システム設備の図である。 修正された外部温度を判定するためのシステムを含む本発明に係る暖房システム設備の概略的なブロック図である。 前記修正された外部温度を判定するためのシステムの詳細図である。 ユーザによって用いられる制御パネルの例を示す図である。

図１には、建造物のための従来の暖房制御システムが概略的に示されている。伝熱流体、例えば水のネットワークが太線で表され、一方、情報のネットワークが細線で表される。ボイラ１によって加熱された水が混合弁３に送られ、その出力がラジエータ４に供給される。ラジエータの中を循環した後の戻り水が、ボイラ１に及び混合弁３に戻る。混合弁によって取り分けられる戻り水の分量は、制御ブロック２から送られるコマンドによって決定される。制御ブロック２は、外部温度センサ６及び内部温度センサ７によって提供される情報、並びにシステム自体、建造物、及び加熱曲線などのインストーラによって定義される他の内部パラメータに関係した他の情報などの情報及び読取値に基づいて、制御信号を生成する。ポンプ（図示せず）は、入力回路の一部であってもよく、前記制御回路によって制御されてもよい。同じく示されるのは、電力を制御ブロック２に供給するための電力供給回路５である。

図２は、本発明の原理に係る制御システムを概略的に示す。先に述べたように、この制御システムは、図１に表されるシステムなどの伝統的なシステムに付加される。したがって、ボイラ１、制御ブロック２、混合弁３、放熱装置又はラジエータ４、電力供給ユニット５、並びにそれぞれ外部温度及び内部温度用のセンサ６及び７が見られる。従来のシステムの要素に加えて、制御ユニット８、並びに電力供給ユニット５に接続されるそれ自身の電源１２、流入流体温度センサ９、存在検出器１０、及び太陽光センサ１１が存在する。制御ユニット８の制御の下で作動されるスイッチｌ１、ｌ２は、本発明の制御システムがアクティブであるときに、それぞれ温度センサ６及び７と制御ブロック２との間の接続を確実に接続解除することができる。この場合、センサ６の出力６０及びセンサ７の出力７０、並びに太陽光センサ１１の出力１１０、存在検出器１０の出力１００、及び流入流体温度センサ９の出力９０が、制御ユニット８に適用される。制御ユニット８の出力８０は、スイッチｌ３（同じく制御ユニット８によって制御される）を介して、その入力Ｔｅｍが最初に外部温度センサ６に接続される状態の制御ブロック２に適用される。しかしながら、既存の設備に応じて、時には、従来のシステム設備の外部温度センサ及び内部温度センサを、しかしながら制御ユニット８に適合する等価なセンサ（図示せず）と交換する必要がある場合があることを理解されたい。

本発明によれば、制御ユニット８は、受信した情報及び読取値に基づいて、修正された外部温度Ｔｅｍに関する信号を生成し、これは外部温度センサの出力に通常接続される制御ブロック２の入力に適用される。制御ブロック２は、図３との関連で説明されるように、実際には制御ユニット８によって修正された値を受信するときに、外部温度の値をまさに受信したかのようにふるまう。したがって、前述の従来技術の制御システムでそうであったようにシステムに提供されるべきエネルギーの量を判定する必要はもはやなく、その結果、暖房システムでのサーモスタット弁の使用に起因する動作不良のリスクはもはやない。

図２は、本発明に係るシステムを、設置されている従来の暖房システムにこれを修正する必要なく接続することをさらに示す。その結果は、一方では、設備コストの明白な減少であり、他方では、そのメンテナンスないしは他の方法に関係した理由での本発明に係るシステムのシャットダウンのより一層の容易さである。制御ユニット８に適合するように温度センサ６及び７が取り替えられなければならない場合に、スイッチｌ１及びｌ２は、古いセンサを接続解除し、それらの場所に新しいセンサ（図示せず）を接続するような様態で設置される。さらに、制御ユニット８が接続解除される（スイッチｌ３が開にされる）場合に、スイッチｌ１及びｌ２は、制御ブロック２がその元の正常動作に戻るような様態でセンサ６及び７を制御ブロック２に自動的に再接続する。前述のように、センサ６及び７が制御ユニット８に適合するように変更されていた場合、制御ユニット８の接続解除により、それに応じて適応されたスイッチｌ１及びｌ２によって前述の温度センサ６及び７が制御ブロック２に再び接続される。

図３は、本発明に適合する制御ユニット８を詳細に示す。この制御ユニットは、２つのニューラルネットワーク２１及び２２の組立体２０、設定点温度を判定するためのブロック３０、修正された外部温度を判定するための回路５０、及び快適温度を判定するための回路４０を備える。随意的に、制御ユニットは、太陽光の予測を計算するための計算ブロック２５を含んでもよい。

ニューラルネットワーク２１及び２２は、それぞれ外部温度センサ６及び太陽光センサ１１から来る信号６０及び１１０に基づいて、外部温度の予測値のベクトル（出力２０１）及び太陽光の予測値のベクトル（出力２０２）を判定する。ニューラルネットワーク２１及び２２は、従来技術の上述の文書で説明されるように機能する。接続６０上の外部温度センサによって提供される値、及び気象観測サービスによって提供され、入力１２０に適用される太陽光に関する情報に基づいて太陽光の予測値のベクトルを送達することができる回路２５についても同じである。回路２５が提供されるときに、その出力ベクトルはブロック３０への接続２０２上に適用される。このブロック３０は、ニューラルネットワーク３１及び最初の流れ温度を最適化するための最適化回路３２を備える。ニューラルネットワーク３１は、入力として、ブロック２０の出力ベクトル（最終的には回路２５の出力）、接続３０１上の内部温度（又は周囲温度）の値、並びに回路３２の出力、及びそれ自身の出力を受信する。

その動作が上記引用の従来技術の特許で開示された動作と類似しているニューラルネットワーク３１は、建造物の熱的モデルを表し、その出力は、所与の時間間隔にわたって、例えば６時間にわたって予測される内部温度を表すベクトルである。したがって、ネットワーク３１の第１の出力値は周囲温度の値に対応し、その後、出力値はまた、予測される内部温度の過去の値に依存するであろう。

回路３２は、最適化された最初の流れ温度を判定し、その出力３２０で提供する。前に示したように、その出力ベクトルは、ネットワーク３１の出力が回路３２へのできる限り低い出力値を有しながら、回路４０によってその出力４０１で提供される快適温度ベクトルの値に最も近づくように、ニューラルネットワーク３１の入力にループされる。快適温度を判定するための回路４０は、入力として、ユーザによって望まれる温度値（入力９０）、ユーザの存在／不在の表示（この表示は、前の期間のヒストリカルデータセットに基づいて確立される存在の予測に関するベクトルの形態で表わされてもよい）、窓開放の表示、又は例えば快適モード又はエコモードのような快適さのあらゆる他の表示を受信する。所望の快適温度値を構成する回路４０の出力情報は、入力のすべての値に明らかに依存する。したがって、ユーザが不在の場合、窓が開かれる場合、又は選択されるモードがエコモードである場合、出力情報の値４０１がそれに応じて減少されてもよいことを理解されたい。修正された外部温度を判定するための所謂判定ブロック５０は、入力として最適化された最初の流れ温度を接続３２０で受信し、測定された流れ温度を接続５０１で受信し、修正された外部温度値に関する信号を接続８０でブロック２に送達する。ブロック５０は、ＰＩＤ（「ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（比例・積分・微分）」のこと）コントローラとして知られているタイプのもの又はその均等物であってもよく、これは、閉ループ制御を確実に行うことができる制御部を表わす。その入力間の差が大きくなると、その出力信号が大きくなるであろう。

図４は、ユーザによって用いられる制御パネルの例を示す。これは、設定点温度を調整するためのボタン１３、オン／オフスイッチ１４、快適モード又はエコモードをオンにするための係合スイッチ１５、暖房システム設備の適正運転を示すための表示灯１６、動作不良を示すための表示灯１７、及びエラーコードを表示する（ユーザ又はシステム設備を担当する専門技術者が入手可能なマニュアルの参照を行う）ためのディスプレイ画面１８を含む。スイッチ１４は、本発明のシステム設備のオン又はオフ（短絡）切換えを制御する。スイッチ１５は、ユーザによって望まれるシステムの動作モードの選択を可能にする。この情報は、快適温度を判定するための回路４０、並びに最初の流れ温度を最適化するための回路３２に送られる。回路４０に対するこの情報の効果は既に説明済みである。回路３２に関して、「快適」位置が選択される場合、回路３２はその２つの入力間の差を優先的に最小にし（つまり、ネットワーク３１の出力値が回路４０の出力値にできる限り近づいている）、「エコ」位置が選択される場合、回路３２はその出力の値を優先的に最小にするであろうということを言及しておかなければならない。ボタン１３は、設定点温度の値を上げる又は下げる行為を行う能力を提供し、該行為は、快適温度を判定するための回路４０に伝送される。

本発明の有利な変形によれば、制御ユニットは遠隔の場所に実装され、ユーザの暖房システム設備は、例えば、インターネットを介して、必要な情報及び読取値、すなわち、内部温度及び外部温度、流れる水の温度、太陽光のレベル、ユーザの存在、設定点温度などを送信すること、及び遠隔の場所にある制御ユニットによって判定される修正された外部温度に関係する情報を受信することができるモデムを備える。代替的に、暖房システム設備に伝送される情報は、最適化された最初の流れ温度（すなわち、出力３２０の情報）に関係する情報であろう。こうした構成は、既にＩＴ手段を備えている大型設備及び施設にとって特に有利である。

加えて、リモート接続はまた、本発明に係る制御システムを更新する能力を提供することに留意されたい。

上記の説明は実施形態の特定の例を参照してなされている。しかしながら、本発明は、しかしながらその範囲から逸脱することなく、定められた必要性により構成され得ることが明らかである。さらに、伝熱流体として水を用いる並びに放熱体としてのラジエータの使用を含む従来の用途への言及がなされているが、それにもかかわらず、本発明は床下暖房を伴う又はさらには例えば空気などの他の流体又は媒体を伴う建造物にも適用され得ることが明らかである。

Claims (12)

1. 流入流体回路、ラジエータ、流体戻し回路、前記流入流体回路に送るために前記戻り流体と前記ボイラから来る流体とを混合する混合弁、及び前記流入流体の温度を設定点温度にするように作用する前記混合弁を制御するための制御装置を備え、さらに、気候条件を予測するための第１の手段、建造物の内部温度を予測するための第２の手段、及び建造物のユーザにとっての快適温度をもたらすための第３の手段を備える、ボイラによって加熱される伝熱流体を用いることによる建造物のための暖房システム設備の温度制御システムであって、
   前記第２の手段（３１）及び前記第３の手段（４０）によって提供される情報に基づいて最初の流れ温度を最適化するための第４の手段（３２）と、
   前記第４の手段（３２）の出力及び前記戻り流体（５０１）の温度に基づいて、修正された外部温度（Ｔｅｍ）値に対応する情報を前記制御回路（２）に提供する、修正された外部温度を判定するための回路（５０）と、
   を備えることを特徴とする温度制御システム。
2. 前記第１の手段（２０）が、外部温度（６０）に関する読取値及び太陽光（１１０）に関する読取値に対応する情報を受信し、且つ第１の外部温度ベクトル（２０１）及び第２の太陽光ベクトル（２０２）のｋ成分を供給し、前記ｋ成分が、ｋの将来の基本周期にわたる外部温度及び太陽光に関する予測を表わすことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の手段（２０）が、入力値の線形の組み合わせを生成するニューラルネットワークを含み、前記入力値のそれぞれに、予測値及び実際の値の関数として調整手段によって補正され得る重み係数が割り当てられることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
4. 前記第２の手段（３１）が、入力として、外部条件（２０１、２０２）の予測に関係する前記情報及び読取値、内部温度値（３０１）、それら自身の出力情報、並びに前記第４の手段（３２）の出力情報を受信することを特徴とする請求項１から請求項３までの一項に記載の制御システム。
5. 前記第２の手段（３１）が、入力値の線形の組み合わせを生成するニューラルネットワークを含み、前記入力値のそれぞれに、予測値及び実際の値の関数として調整手段によって補正され得る重み係数が割り当てられることを特徴とする請求項４に記載の制御システム。
6. 前記修正された外部温度を判定するための回路（５０）がＰＩＤ型の制御回路であることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
7. 前記第３の手段（４０）が建造物のユーザによって望まれる温度値（９０）、ユーザの存在を示す値、及び／又は動作モード及び窓開放を示す値に対応する情報を受信することを特徴とする請求項１から請求項６までの一項に記載の制御システム。
8. 前記第３の手段（４０）が、ユーザに関係する以前のヒストリカルデータを考慮に入れることができる学習機能を提供することを特徴とする請求項７に記載の制御システム。
9. 前記第１の手段（２０）、前記第２の手段（３１）手段、前記第３の手段（４０）、及び前記第４の手段（３２）、並びに前記修正された外部温度を判定するための回路（５０）が、インターネット接続を介して前記建造物の暖房システムにリンクされる遠隔の場所に実装されることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
10. 前記ラジエータが前記建造物の床に設置されることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
11. 前記伝熱流体媒体が空気であることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。
12. 従来の既存のシステム設備にこれを修正せずに接続できることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記載の制御システム。

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