JP6639415B2 - 色合い付与可能窓のための制御方法 - Google Patents
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Description
開示されている実施形態はエレクトロクロミック窓(スマートウィンドウとも呼ばれる)に焦点を当てているが、本明細書に開示される概念は他のタイプの色合い付与可能窓にも適用して良いことが理解されるべきである。例えば、エレクトロクロミック素子の代わりに液晶デバイスまたは懸濁粒子デバイスを組み込んだ色合い付与可能窓を開示されている実施形態のいずれかによって組み込むことができるだろう。
窓コントローラは、エレクトロクロミック窓のエレクトロクロミック素子の色合いレベルを制御するために使用される。いくつかの実施形態では、窓コントローラは2つの色合い状態(レベル)、つまり色あせた状態と着色状態との間でエレクトロクロミック窓を移行することができる。他の実施形態では、コントローラは中間色合いレベルに(例えば、単一のエレクトロクロミック素子を有する)エレクトロクロミック窓をさらに移行できる。いくつかの開示された実施形態では、窓コントローラは、4つ以上の色合いレベルにエレクトロクロミック窓を移行できる。特定のエレクトロクロミック窓は、各ライトが2状態ライトである単一のIGUで2つ(以上の)エレクトロクロミックライトを使用することによって中間色合いレベルを可能にする。これは、本項で図2A及び図2Bを参照して説明される。
開示されている実施形態では、予測制御論理は、エレクトロクロミック窓505または占有者の快適さ及び/またはエネルギー節約の考慮点の説明となる他の色合い付与可能窓の所望される色合いレベルを決定し、制御する方法を実装するために使用される。予測制御論理は、1つまたは複数の論理モジュールを利用して良い。図6A〜図6Cは、開示されている実施形態の例示的な制御論理の3つの論理モジュールA、B、及びCのそれぞれによって収集されるなんらかの情報を示す図を含む。
本明細書に説明される窓コントローラは、BMSとの統合にも適している。BMSは、換気、照明、電力系統、エレベータ、火災システム、及びセキュリティシステム等の建物の機械設備及び電気設備を監視し、制御する、建物内に設置されたコンピュータベースの制御システムである。BMSは、1台または複数のコンピュータへの通信チャネルによる相互接続を含むハードウェア、及び占有者によって及び/または建物管理者によって設定された好みに従って建物内の状態を維持するための関連ソフトウェアから成る。例えば、BMSは、イーサネット(登録商標)等のローカルエリアネットワークを使用し、実装されて良い。ソフトウェアは、例えばインターネットプロトコル及び/またはオープンスタンダードに基づくことがある。一例は、(バージニア、リッチモンドの)Tridium,Inc.のソフトウェアである。BMSと一般に使用される1つの通信プロトコルはBACnet(建物自動化ネットワーク及び制御ネットワーク)である。
いくつかの実施形態では、本明細書に説明される窓コントローラは、窓コントローラとセンサと別々の通信ノードとの間の有線通信または無線通信のための構成要素を含む。無線通信または有線通信は、窓コントローラと直接的にインタフェースで接続する通信インタフェースによって達成されて良い。係るインタフェースはマイクロプロセッサに固有であるだろう、またはこれらの機能を有効にする追加の回路網を介して提供されるだろう。
図17は、実施形態に従って、建物(例えば、図15に示される建物1101)の1つまたは複数の色合い付与可能窓の機能(例えば、異なる色合いレベルへの移行)を制御するためのシステム1400の構成要素のブロック図である。システム1400は、BMS(例えば、図15に示されるBMS1100)によって管理されるシステムの1つであって良い、またはBMSとは無関係に動作して良い。
図18は、実施形態に従って、建物の異なるゾーンの1つまたは複数の色合い付与可能窓(例えば、エレクトロクロミック窓)の色合いレベルを制御する方法のための予測制御論理を示すブロック図である。この論理は、色合い付与可能窓のEC素子400の移行時間の説明となる未来のときでの予測決定を下す。この予測制御論理は図17に関して説明されたシステム1400の構成要素によって、または他の開示されている実施形態のシステムの構成要素によって利用されることがある。示されている例では、予測制御論理の一部分は窓コントローラ1410によって実行され、別の部分はネットワークコントローラ1408によって実行され、モジュール1 1406の論理は窓コントローラ1410及びネットワークコントローラ1408からの別々の構成要素によって実行される。代わりに、モジュール1 1406は、窓コントローラ1410にロードされることもあれば、ロードされないこともある別の論理であって良い。
図20は、占有率ルックアップテーブルの例を含む図である。表の中の色合いレベルはTvis(可視透過)単位である。表は、特定の空間タイプの場合、及び太陽の角度θSunが窓の受光角θ1=30度とθ2=120度の間であるとき、計算された侵入深さ値(2フィート、4フィート、8フィート、及び15フィート)の異なる組合せの異なる色合いレベル(Tvis値)を含む。表は、4%(最も明るい)、20%、40%、及び63%を含む4つの色合いレベルに基づく。また、図20は、窓の近くの机、及びθ1とθ2の角度間の角度θSunを有する日光に対する窓の受光角の図も示す。この図は太陽の角度θSunと机の場所の関係性を示す。太陽の角度θSunがθ1とθ2の間の受光角の間であるとき、次いで日光は机の表面に当たるだろう。太陽の角度θSunがθ1とθ2(θ1<θSun<θ2)の間の受光角の間であり、侵入深さが窓に色合いを付与する基準を満たすとき、次いで占有率ルックアップテーブルによって決定されるその色合いレベルは窓コントローラに送信され、窓コントローラは、決定された色合いレベルに窓を移行するために窓のEC素子の制御信号を送信する。これらの2つの角度θ1及びθ2は、ウィンドウごとに計算または測定でき、そのゾーンの他の窓パラメータとともにゾーン/グループデータ1508に記憶できる。
図22は、実施形態に従って、1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いレベルを制御するために使用される窓コントローラに存在して良いサブシステムのブロック図である。例えば、図17に示される窓コントローラはプロセッサ(例えば、マイクロプロセッサ)及びプロセッサと電子通信するコンピュータ可読媒体を有して良い。
いくつかのシステムでは、いったん色合い付与可能窓を特定の最終状態に色合い付ける決定が下されると、窓は最終状態に到達するまでその移行を完了することにコミットしている。係るシステムは移行中に最終色合い状態を調整できず、移行が完了するまで待機できるに過ぎない。不適切な最終色合い状態がこれらのシステムによって選択されると、窓は移行サイクル中に、及びさらにより適切な色合いレベルに窓を移行するのに要する任意の時間、この不適切な色合いレベルにコミットする。色合い時間/クリア時間は、例えば5〜30分かかるので、不適切な選択は、状況を占有者にとって心地よくないものにするだろうかなりの期間、不適切な色合いレベルに窓を結び付ける。
特定の実施形態では、モジュールAは、1つまたは複数の開口(例えば、色合い付与可能窓)から部屋を通る光の3次元映像を使用することによってグレアが占有領域上にあるかどうかを判断する。光の3次元映像は、外部の光が直接的に部屋の中に浸透する部屋の光の量であると見なされて良い。例えば、3次元映像は、窓を通る太陽からの平行光線によって画定されて良い。室内への3次元映像の方向は太陽方位角及び/または太陽高度に基づく。光の3次元映像は、室内の1つまたは複数の平面の交差部分での3次元光映像(P画像)を決定するために使用できる。開口からのP画像のサイズ及び形状は、開口の寸法及び向き、並びに太陽方位角及び/または太陽高度に基づいて計算された太陽放射の方向ベクトルに基づいている。P画像は、太陽が開口から無限距離離れた平行光線を生成するという仮定に基づいて決定される。この仮定を用いて、水平に向けられた開口は、実際の開口と同じ形状及びサイズの水平面の上に2次元光映像を提供する。
本願によれば、以下の各項目もまた開示される。
[請求項1]
建物内の部屋での占有の快適さの説明となるために1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを制御する方法であって、
占有領域と上記1つまたは複数の色合い付与可能窓を通る光の3次元映像との交点を決定することと、
上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いレベルを決定するために上記交点を使用することと、
上記決定された色合いレベルに上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを移行する命令を提供することと、
を含む、上記方法。
[請求項2]
上記3次元映像が、上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の、太陽の光線から上記部屋の中への映像である、請求項1に記載の方法。
[請求項3]
上記光の3次元映像を決定することが、太陽の方位角及び高度を使用し、上記映像の方向を決定することを含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
[請求項4]
上記決定された交点がゼロであるときに、上記決定された色合いレベルが透明色合い状態である、請求項1から請求項3の何れか一項に記載の方法。
[請求項5]
上記光の3次元映像の関心のある平面との上記交点がP画像であり、
上記色合いレベルを決定することが、上記P画像の上記占有領域との重複の量を決定することと、上記重複の量に基づいて上記色合いレベルを決定することとを含む、
請求項1に記載の方法。
[請求項6]
上記光の3次元映像の関心のある平面との上記交点がP画像であり、
上記色合いレベルを決定することが、上記P画像により重複される上記占有領域のパーセンテージを決定することと、上記決定されたパーセンテージに基づいて上記色合いレベルを決定することとを含む、
請求項1に記載の方法。
[請求項7]
上記光の3次元映像の関心のある平面との上記交点がP画像であり、
上記P画像を決定することが、
上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の実効開口及び上記実効開口の幾何学的中心を決定することと、
太陽の方位角及び高度に基づいて上記幾何学的中心からP画像偏位を決定することと、
上記関心のある平面で上記P画像偏位の回りに上記実効開口領域を生成することによって上記P画像を決定することと、
を含む、
請求項1に記載の方法。
[請求項8]
上記光の3次元映像の関心のある平面との上記交点がP画像であり、上記色合いレベルを決定することが、上記P画像によって重複される占有領域のパーセンテージを決定することと、上記決定されたパーセンテージに基づいて上記色合いレベルを決定することとを含む、請求項1に記載の方法。
[請求項9]
上記光の3次元映像が未来時に決定される、請求項1から請求項8の何れか一項に記載の方法。
[請求項10]
上記未来時が現時点から少なくとも約5分後であり、色合い付与が上記未来時の前に開始される、請求項9に記載の方法。
[請求項11]
上記命令が、上記決定された色合いレベルに上記1つまたは複数の窓の色合いを移行するためにネットワーク上で提供される、請求項1から請求項10の何れか一項に記載の方法。
[請求項12]
室内の占有の快適さの説明となるために1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを制御するためのコントローラであって、上記コントローラは、
上記1つまたは複数の色合い付与可能窓を通る光の3次元映像の関心のある平面との交点を決定し、
占有領域との上記交点の重複を決定し、
上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いレベルを決定するために上記決定された重複を使用し、
上記決定された色合いレベルに上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを移行する命令を提供する、
ように構成されたプロセッサを備える、上記コントローラ。
[請求項13]
上記プロセッサ及び上記色合い付与可能窓とネットワークを介して通信するパルス幅変調器をさらに備え、上記パルス幅変調器が、上記プロセッサから上記決定された色合いレベルを受信し、上記決定された色合いレベルに上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の上記色合いを移行する色合い命令を有する信号を上記ネットワークを介して送信するように構成される、請求項12に記載のコントローラ。
[請求項14]
上記3次元映像が太陽の光線から部屋の中への上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の映像である、請求項12または請求項13に記載のコントローラ。
[請求項15]
上記光の3次元映像を決定することが、太陽の方位角及び高度を使用し、上記映像の方向を決定することを含む、請求項12から請求項14の何れか一項に記載のコントローラ。
[請求項16]
上記決定された交点がゼロであり、上記決定された色合いレベルが透明色合い状態である、請求項12から請求項15の何れか一項に記載のコントローラ。
[請求項17]
上記光の3次元映像の上記関心のある平面との上記交点がP画像であり、
上記色合いレベルを決定することが、上記P画像の上記占有領域との重複量を決定することと、上記重複量に基づいて上記色合いレベルを決定することを含む、
請求項12に記載のコントローラ。
[請求項18]
上記光の3次元映像の関心のある平面との上記交点がP画像であり、
上記色合いレベルを決定することが、上記P画像によって重複される上記占有領域のパーセンテージを決定すること、及び上記決定されたパーセンテージに基づいて上記色合いレベルを決定することを含む、
請求項12に記載のコントローラ。
[請求項19]
上記光の3次元映像の関心のある平面との上記交点がP画像であり、
上記P画像を決定することが、
上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の実効開口及び上記実効開口の幾何学的中心を決定することと、
太陽の方位角及び高度に基づいて上記幾何学的中心からP画像偏位を決定することと、
上記関心のある平面で上記P画像偏位の回りに上記実効開口領域を生成することにより上記P画像を決定することと、
を含む、
請求項12に記載のコントローラ。
[請求項20]
上記光の3次元映像の上記関心のある平面との上記交点がP画像であり、上記色合いレベルを決定することが、上記P画像により重複される占有領域のパーセンテージを決定することと、上記決定されたパーセンテージに基づいて上記色合いレベルを決定することとを含む、
請求項12に記載のコントローラ。
[請求項21]
上記光の3次元映像が未来時に決定される、請求項12から請求項20の何れか一項に記載のコントローラ。
[請求項22]
上記未来時が現時点よりも少なくとも約5分後であり、色合い付与が上記未来時の前に開始される、請求項21に記載のコントローラ。
[請求項23]
建物の部屋での占有の快適さの説明となるための1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを制御する方法であって、
1つまたは複数のタイマが現在時刻でセットされるかどうかを判断することと、
1つまたは複数のタイマがセットされていない場合、フィルタにかけられた色合いレベルを決定することと、
上記フィルタにかけられた色合いレベルに上記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを移行する命令を提供することと、
を含む上記方法。
[請求項24]
上記フィルタにかけられた色合いレベルを決定することが、
1つまたは複数のセンサ測定値に基づいて短いボックスカーの短いボックスカー値を決定することと、
1つまたは複数のセンサ測定値に基づいて第1の長いボックスカーの第1の長いボックスカー値を決定することと、
上記短いボックスカー値と上記第1の長いボックスカー値の差が正であり、正の閾値よりも大きい場合に、上記短いボックスカー値に照度値を設定し、第1のタイマをセットすることと、
上記短いボックスカー値と上記第1の長いボックスカー値の上記差が正であり、上記正の閾値未満、または負、及び負の閾値よりもより負である場合に、上記第1の長いボックスカー値に上記照度値を設定することと、
を含む、請求項23に記載の方法。
[請求項25]
上記短いボックスカー値と上記第1の長いボックスカー値の上記差が上記負の閾値よりもより負である場合に、第2のタイマをセットすることをさらに含む、請求項24に記載の方法。
[請求項26]
上記短いボックスカー値と上記第1の長いボックスカー値の上記差が上記負の閾値よりもより負である場合に、上記第1の長いボックスカーをリセットすることをさらに含む、請求項25に記載の方法。
Claims (20)
- 建物内の部屋での占有の快適さの説明となるために1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを制御する方法であって、
占有領域と前記1つまたは複数の色合い付与可能窓を通る光の3次元映像との交差部分を決定することと、
前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いレベルを決定するために前記交差部分を使用することと、
前記決定された色合いレベルに前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを移行する命令を提供することと、
を含む、前記方法。 - 前記3次元映像が、前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の、太陽の光線から前記部屋の中への映像である、請求項1に記載の方法。
- 前記光の3次元映像を決定することが、太陽の方位角及び高度を使用し、前記映像の方向を決定することを含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 前記決定された交差部分がゼロであるときに、前記決定された色合いレベルが透明色合い状態である、請求項1から請求項3の何れか一項に記載の方法。
- 前記光の3次元映像の関心のある平面との前記交差部分がP画像であり、
(a)前記色合いレベルを決定することが、前記P画像の前記占有領域との重複の量を決定することと、(b)前記重複の量に少なくとも部分的に基づいて前記色合いレベルを決定することとを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記光の3次元映像の関心のある平面との前記交差部分がP画像であり、
前記色合いレベルを決定することが、(a)前記P画像により重複される前記占有領域のパーセンテージを決定することと、(b)前記決定されたパーセンテージに基づいて前記色合いレベルを決定することとを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記光の3次元映像の関心のある平面との前記交差部分がP画像であり、
前記P画像を決定することが、
(a)前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の実効開口及び前記実効開口の幾何学的中心を決定することと、
(b)太陽の方位角及び高度に少なくとも部分的に基づいて前記幾何学的中心からP画像偏位を決定することと、
(c)前記関心のある平面で前記P画像偏位の回りに前記実効開口領域を生成することによって前記P画像を決定することと、
を含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記光の3次元映像が未来時に計算される、請求項1から請求項7の何れか一項に記載の方法。
- 前記未来時が現時点から少なくとも約5分後であり、前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合い付与が前記未来時の前に開始される、請求項8に記載の方法。
- 前記命令がネットワーク上で提供され、前記命令は、前記決定された色合いレベルに前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを移行するためのものである、請求項1から請求項9の何れか一項に記載の方法。
- 室内の占有の快適さの説明となるために1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを制御するための少なくとも1つのコントローラであって、前記少なくとも1つのコントローラは、
(ア)前記1つまたは複数の色合い付与可能窓を通る光の3次元映像の(イ)関心のある平面との交差部分を決定し、
占有領域との前記交差部分の重複を決定し、
前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いレベルを決定するために前記決定された重複を使用し、
前記決定された色合いレベルに前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合いを移行する命令を提供する、
ように構成されたプロセッサを備える、前記少なくとも1つのコントローラ。 - 前記プロセッサ及び前記色合い付与可能窓とネットワークを介して通信するパルス幅変調器をさらに備え、前記パルス幅変調器が、(ア)前記決定された色合いレベルを受信し、前記受信は前記プロセッサからであり、(イ)前記決定された色合いレベルに前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の前記色合いを移行する色合い命令を有する信号を前記ネットワークを介して送信するように構成される、請求項11に記載の少なくとも1つのコントローラ。
- 前記3次元映像が太陽の光線から部屋の中への前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の映像である、請求項11または請求項12に記載の少なくとも1つのコントローラ。
- 前記光の3次元映像を決定することが、太陽の方位角及び高度を使用し、前記光の3次元映像の方向を決定することを含む、請求項11から請求項13の何れか一項に記載の少なくとも1つのコントローラ。
- 前記決定された交差部分がゼロであり、前記決定された色合いレベルが透明色合い状態である、請求項11から請求項14の何れか一項に記載の少なくとも1つのコントローラ。
- 前記光の3次元映像の前記関心のある平面との前記交差部分がP画像であり、
(a)前記色合いレベルを決定することが、前記P画像の前記占有領域との重複量を決定することと、(b)前記重複量に少なくとも部分的に基づいて前記色合いレベルを決定することを含む、
請求項11に記載の少なくとも1つのコントローラ。 - 前記光の3次元映像の関心のある平面との前記交差部分がP画像であり、
前記色合いレベルを決定することが、(a)前記P画像によって重複される前記占有領域のパーセンテージを決定すること、及び(b)前記決定されたパーセンテージに基づいて前記色合いレベルを決定することを含む、
請求項11に記載の少なくとも1つのコントローラ。 - 前記光の3次元映像の関心のある平面との前記交差部分がP画像であり、
前記P画像を決定することが、
(a)前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の実効開口及び前記実効開口の幾何学的中心を決定することと、
(b)太陽の方位角及び高度に少なくとも部分的に基づいて前記幾何学的中心からP画像偏位を決定することと、
(c)前記関心のある平面で前記P画像偏位の回りに前記実効開口領域を生成することにより前記P画像を決定することと、
を含む、
請求項11に記載の少なくとも1つのコントローラ。 - 前記光の3次元映像が未来時に計算される、請求項11から請求項18の何れか一項に記載の少なくとも1つのコントローラ。
- 前記未来時が現時点よりも少なくとも約5分後であり、前記1つまたは複数の色合い付与可能窓の色合い付与が前記未来時の前に開始される、請求項19に記載の少なくとも1つのコントローラ。
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