具有预测成本优化的HVAC控制器制造技术

一种建筑物HVAC系统包括水侧系统和空气侧系统。所述水侧系统消耗来自公用事业提供者的一种或多种资源以生成加热和/或激冷的流体。所述空气侧系统使用所述加热和/或激冷的流体来加热和/或冷却提供至所述建筑物的供应空气流。HVAC控制器执行一体化的空气侧/水侧优化过程以同时确定所述水侧系统和所述空气侧系统这两者的控制输出。所述优化过程包括优化预测成本模型，所述预测成本模型在一组优化约束条件下预测由所述HVAC系统消耗的所述资源的成本，所述一组优化约束条件包括所述建筑物的温度约束条件。所述HVAC控制器使用所述确定的控制输出来控制所述水侧系统和所述空气侧系统的所述HVAC设备。

【技术实现步骤摘要】
相关专利申请的交叉引用本申请要求于2015年4月23日提交的美国专利申请号14/694,633的权益和优先权，该申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。
本专利技术整体涉及建筑物的采暖通风和空调(HVAC)系统。本专利技术更具体地涉及建筑物HVAC系统的预测成本优化系统。
技术介绍
一些建筑物的HVAC系统使用水侧系统和空气侧系统两者来为建筑物提供制热或制冷。水侧系统消耗来自公用事业提供者的资源(例如，电力、天然气、水等)，以产生加热或激冷的流体。空气侧系统使用加热或激冷的流体来对提供至建筑物的供应空气流进行加热或冷却。空气侧和水侧优化的先前方案明确地单独考虑空气侧和水侧的优化问题。例如，名称为“高层级中央设施优化”的美国专利申请号14/634,609使用级联方案进行中央设施的优化。级联方案首先执行空气侧优化，以预测建筑物的制热和制冷负荷。预测的制热和制冷负荷接着作为固定参数提供至水侧优化，其次执行水侧优化以优化中央设施的性能。如果空气侧系统不知道水侧系统的能量储存/生成能力，则初始的空气侧优化可能是次优的。在不将显著的复杂性引入到优化问题的情况下对空气侧系统和水侧系统两者的性能进行优化是困难而有挑战性的。
技术实现思路
本公开的一个具体实施是建筑物的采暖通风或空调(HVAC)系统。HVAC系统包括水侧系统和空气侧系统。水侧系统包括一套水侧HVAC设备，所述水侧HVAC设备消耗来自公用事业提供者的一种或多种资源以产生加热和/或激冷的流体。空气侧系统包括一套空气侧HVAC设备，所述空气侧HVAC设备接收
来自水侧系统的加热和/或激冷的流体，并且使用加热和/或激冷的流体来对提供至建筑物的供应空气流进行加热和/或冷却。HVAC系统还包括HVAC控制器，其接收来自水侧系统和空气侧系统两者的输入。HVAC控制器执行一体化的空气侧/水侧优化过程以同时确定水侧HVAC设备和空气侧HVAC设备两者的控制输出。执行一体化的空气侧/水侧优化过程包括优化预测成本模型，该模型在一组优化约束条件下预测由水侧系统消耗的所述一种或多种资源的成本。优化约束条件包括建筑物的温度约束条件。HVAC控制器将根据一体化的空气侧/水侧优化过程确定的控制输出提供至水侧系统和空气侧系统，以用于控制水侧HVAC设备和空气侧HVAC设备。在一些实施例中，优化约束条件包括建筑物的温度演化模型。温度演化模型可以将建筑物的温度作为由水侧系统提供至建筑物的一种或多种热能资源的函数来进行预测。在一些实施例中，执行一体化的空气侧/水侧优化过程包括使用单一优化来同时确定建筑物满足温度约束条件所需的热能资源的量和用于让水侧系统为建筑物生产所需量的热能资源的控制输出两者。在一些实施例中，执行一体化的空气侧/水侧优化过程包括使用单一优化来同时确定建筑物满足温度约束条件所需的热能资源的量和为了允许水侧系统为建筑物生产所需量的热能资源而必须从公用事业提供者购买的所述一种或多种资源的量这两者。在一些实施例中，其中确定为了允许水侧系统为建筑物生产所需量的热能资源而必须从公用事业提供者购买的所述一种或多种资源的量包括访问水侧HVAC设备的性能曲线。性能曲线可以限定由水侧HVAC设备生产的热能资源和为了生产该热能资源而必须由水侧HVAC设备消耗的一种或多种资源之间的关系。在一些实施例中，性能曲线为至少三维的，并且将由水侧HVAC设备生产的热能资源的量限定为至少两个输入变量的函数。执行一体化的空气侧/水侧优化过程可包括在每个时间点为每台设备独立地调整所述至少两个输入变量以优化预测成本模型。在一些实施例中，水侧HVAC设备包括激冷器。性能曲线可以将由激冷器生产的热能资源的量限定为在激冷器上的负荷和由激冷器生产的激冷的流体的温度两者的函数。在一些实施例中，HVAC控制器被配置成通过将非凸形性能曲线转化为包括多个分段的线性区段的凸形性能曲线而生成性能曲线。在一些实施例中，执行一体化的空气侧/水侧优化过程包括确定控制输出，所述控制输出在包括多个离散的时间步长的优化周期内优化预测成本模型。HVAC控制器可以被配置成在一体化的空气侧/水侧优化过程之后执行第二优化过程，以调整控制输出，从而优化资源消耗的瞬时速率。在一些实施例中，一体化的空气侧/水侧优化过程使用水侧HVAC设备的线性规划和线性化的性能曲线在优化周期内优化控制输出。第二优化过程可以使用水侧HVAC设备的非线性规划和非线性的性能曲线来针对线性化的性能曲线中的误差进行调整。在一些实施例中，水侧系统包括热能存储装置，该热能存储装置被配置成存储由水侧HVAC设备生产的热能资源以供后续使用。本公开的另一个具体实施是预测成本优化系统。预测成本优化系统被用来优化建筑物HVAC系统，建筑物HVAC系统使用水侧系统和空气侧系统两者来对提供至建筑物的供应空气流进行加热和/或冷却。预测成本优化系统包括HVAC控制器，该控制器接收来自水侧系统和空气侧系统两者的输入。HVAC控制器执行一体化的空气侧/水侧优化过程以同时确定水侧系统和空气侧系统两者的控制输出。执行一体化的空气侧/水侧优化过程包括优化预测成本模型，该模型在一组优化约束条件下预测由水侧系统消耗的一种或多种资源的成本。优化约束条件包括建筑物的温度约束条件。HVAC控制器将根据一体化的空气侧/水侧优化过程确定的控制输出提供至水侧系统(以用于控制水侧HVAC设备)和空气侧系统(以用于控制空气侧HVAC设备)两者。在一些实施例中，优化约束条件包括建筑物的温度演化模型。温度演化模型可以将建筑物的温度作为由水侧系统提供至建筑物的一种或多种热能资源的函数来进行预测。在一些实施例中，执行一体化的空气侧/水侧优化过程包括使用单一优化来同时确定建筑物满足温度约束条件所需的热能资源的量和用于让水侧系统为建筑物生产所需量的热能资源的控制输出这两者。在一些实施例中，执行一体化的空气侧/水侧优化过程包括使用单一优化来同时确定建筑物满足温度约束条件所需的热能资源的量和为了允许水侧系统为建筑物生产所需量的热能资源而必须从公用事业提供者购买的所述一种
或多种资源的量这两者。在一些实施例中，确定为了允许水侧系统为建筑物生产所需量的热能资源而必须从公用事业提供者购买的所述一种或多种资源的量包括访问水侧HVAC设备的性能曲线。性能曲线限定了由水侧HVAC设备生产的热能资源和为了生产该热能资源而必须由水侧HVAC设备消耗的一种或多种资源之间的关系。在一些实施例中，性能曲线为至少三维的，并且将由水侧HVAC设备生产的热能资源的量限定为至少两个输入变量的函数。执行一体化的空气侧/水侧优化过程可包括在每个时间点为每台设备独立地调整所述至少两个输入变量以优化预测成本模型。在一些实施例中，HVAC控制器被配置成通过将非凸形性能曲线转化为包括多个分段的线性区段的凸形性能曲线而生成性能曲线。在一些实施例中，执行一体化的空气侧/水侧优化过程包括确定控制输出，所述控制输出在包括多个离散的时间步长的优化周期内优化预测成本模型。HVAC控制器可以被配置成在一体化的空气侧/水侧优化过程之后执行第二优化过程，以调整控制输出，从而优化资源消耗的瞬时速率。在一些实施例中，一体化的空气侧/水侧优化过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于建筑物的采暖通风或空调(HVAC)系统，所述HVAC系统包括：水侧系统，所述水侧系统包括水侧HVAC设备，所述水侧HVAC设备被配置成消耗来自公用事业提供者的一种或多种资源以生成加热的和/或激冷的流体；空气侧系统，所述空气侧系统包括空气侧HVAC设备，所述空气侧HVAC设备被配置成接收来自所述水侧系统的所述加热的和/或激冷的流体并且使用所述加热的和/或激冷的流体来对提供至所述建筑物的供应空气流进行加热和/或冷却；以及HVAC控制器，所述HVAC控制器被配置成接收来自所述水侧系统和所述空气侧系统这两者的输入并且执行一体化的空气侧/水侧优化过程以同时确定所述水侧HVAC设备和所述空气侧HVAC设备这两者的控制输出，其中，执行所述一体化的空气侧/水侧优化过程包括在优化约束条件下使用预测成本模型来对由所述水侧系统消耗的所述一种或多种资源的成本进行优化，所述优化约束条件包括所述建筑物的温度约束条件；其中，所述HVAC控制器被配置成将所述控制输出提供至所述水侧系统和所述空气侧系统以用于控制所述水侧HVAC设备和所述空气侧HVAC设备。

【技术特征摘要】
2015.04.23 US 14/694,6331.一种用于建筑物的采暖通风或空调(HVAC)系统，所述HVAC系统包括：水侧系统，所述水侧系统包括水侧HVAC设备，所述水侧HVAC设备被配置成消耗来自公用事业提供者的一种或多种资源以生成加热的和/或激冷的流体；空气侧系统，所述空气侧系统包括空气侧HVAC设备，所述空气侧HVAC设备被配置成接收来自所述水侧系统的所述加热的和/或激冷的流体并且使用所述加热的和/或激冷的流体来对提供至所述建筑物的供应空气流进行加热和/或冷却；以及HVAC控制器，所述HVAC控制器被配置成接收来自所述水侧系统和所述空气侧系统这两者的输入并且执行一体化的空气侧/水侧优化过程以同时确定所述水侧HVAC设备和所述空气侧HVAC设备这两者的控制输出，其中，执行所述一体化的空气侧/水侧优化过程包括在优化约束条件下使用预测成本模型来对由所述水侧系统消耗的所述一种或多种资源的成本进行优化，所述优化约束条件包括所述建筑物的温度约束条件；其中，所述HVAC控制器被配置成将所述控制输出提供至所述水侧系统和所述空气侧系统以用于控制所述水侧HVAC设备和所述空气侧HVAC设备。2.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中：所述优化约束条件包括所述建筑物的温度演化模型；并且所述HVAC控制器被配置成使用所述温度演化模型来将所述建筑物的温度作为由所述水侧系统提供至所述建筑物的一种或多种热能资源的函数进行预测。3.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中，所述HVAC控制器被配置成通过使用单一优化来同时确定以下两者来执行所述一体化的空气侧/水侧优化过程：所述建筑物满足所述温度约束条件所需的热能资源的量；以及用于让所述水侧系统为所述建筑物生产所述所需量的热能资源的控制输出。4.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中，所述HVAC控制器被配置成通过使用单一优化来同时确定以下两者来执行所述一体化的空气侧/水侧
\t优化过程：所述建筑物满足所述温度约束条件所需的热能资源的量；以及为了允许所述水侧系统为所述建筑物生产所述所需量的热能资源而必须从所述公用事业提供者购买的所述一种或多种资源的量。5.根据权利要求4所述的HVAC系统，其中：所述HVAC控制器被配置成通过访问所述水侧HVAC设备的性能曲线来确定必须从所述公用事业提供者购买的所述一种或多种资源的量；并且所述性能曲线限定了由所述水侧HVAC设备生产的热能资源和为了生产所述热能资源而必须由所述水侧HVAC设备消耗的一种或多种资源之间的关系。6.根据权利要求5所述的HVAC系统，其中：所述性能曲线为至少三维的，并且在每个时间为所述水侧HVAC设备中的每个装置将由所述水侧HVAC设备生产的所述热能资源的量作为至少两个输入变量的函数进行限定；并且所述HVAC控制器被配置成通过在每个时间为所述水侧HVAC设备中的每个装置独立地调整所述至少两个输入变量来执行所述一体化的空气侧/水侧优化过程以优化所述预测成本模型。7.根据权利要求5所述的HVAC系统，其中：所述水侧HVAC设备包括激冷器；并且所述性能曲线将由所述激冷器生产的所述热能资源的量作为在所述激冷器上的负荷和由所述激冷器生产的所述激冷的流体的温度两者的函数进行限定。8.根据权利要求5所述的HVAC系统，其中，所述HVAC控制器被配置成通过将非凸形性能曲线转化为包括多个分段线性区段的凸形性能曲线来生成所述性能曲线。9.根据权利要求1所述的HVAC系统，其中，所述HVAC控制器被配置成：通过确定所述控制输出来执行所述一体化的空气侧/水侧优化过程，所述控制输出在包括多个离散的时间步长的优化周期内优化所述预测成本模型；并且在所述一体化的空气侧/水侧优化过程之后执行第二优化过程，以调整
\t所述控制输出，从而优化资源消耗的瞬时速率。10.根据权利要求9所述的HVAC系统，其中，所述HVAC控制器被配置成：使用所述水侧HVAC设备的线性规划和线性化的性能曲线来执行所述一体化的空气侧/水侧优化过程，以在所述优化周期内优化所述控制输出；并且使用所述水侧HVAC设备的非线性规划和非线性的性能曲线来执...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·J·瑞斯贝克，罗伯特·D·特尼，克里斯托斯·T·马拉威力斯，
申请(专利权)人：约翰逊控制技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US