[发明专利]用于环境控制系统的辐射供热控制和方法

说明书

技术领域

本专利说明书涉及用于控制供热系统以将过冲效应和下冲效应最小化的系统和方法。更特别地，本专利说明书涉及控制单元，所述控制单元管理能耗系统、家用装置、或其他资源消耗系统的操作，包括用于控制供热通风与空气调节(HVAC)系统的系统和方法。

背景技术

大量的努力和注意力继续针对于发展更新、更可持续的能源供应。通过提高能源效率节能对于全球的能源未来仍然是至关重要的。根据来自美国能源部的2010年10月的报告，在典型的美国家庭中，供热和制冷占据了能源使用的56％，从而使其对于大多数家庭而言成为最大的能源消费。随着与家庭供热和制冷相关的物理设备的改进(例如，改进的绝缘、更高效率的炉子)，通过更好地控制和管理家庭供热和制冷设备，可以实现大幅度提高能源效率。一个特别的能源低效率的操作包括公知的“过冲”和“下冲”，其中对于过冲，尽管供热操作已经不再继续，但是周围温度仍然在设定点温度之上继续上升，然而对于下冲，即使在供热操作已经恢复以后，周围温度仍然在设定点温度之下继续下降。该问题在辐射供热系统中尤其明显，并且通常导致达不到理想舒适条件。过冲和下冲通常由于受热封闭空间的热惯性或被供热的质量大小。常规控制系统的避免不期望的过冲效应和下冲效应的效率有限。

如在技术出版号为50-8433、来自Honeywell(1997)的题目为“窃电恒温器(Power Stealing Thermostats)”的文献中讨论的，早期的恒温器利用双金属条来感测温度并且响应于房间内的温度变化。双金属条的运动用于直接打开和闭合电路。每当闭合接触以对受控空间提供加热和/或制冷时，电力被输送到机电致动器，通常为HVAC设备中的继电器或接触器。由于这些恒温器不需要电功率来操作，因此线路连接是非常简单的。仅一根电线连接到变压器，而另一根电线连接到负载。典型地，24V交流电源变压器、恒温器、和24V交流HVAC设备继电器均被连接在回路中，其中每一装置仅具有两个需要的外部连接。

当电子技术开始用在恒温器中时，恒温器不直接地接线到其电源的变压器的两侧的事实产生了问题。这意味着恒温器必须从系统变压器直接地硬接线。从变压器到电子恒温器直接硬接通常的“C”电线可能非常困难并且成本非常高。

因为很多家庭不具有从系统变压器的直接电线(例如，“C”电线)，故一些恒温器已经设计成从变压器通过设备负载获取电力。用于利用到变压器的单个直接电线连接从变压器给电子恒温器供电的方法称为“窃电”或“电力分享”方法。恒温器在供热或制冷系统的“关闭(OFF)”期间通过在负载线圈的响应阈值之下(甚至在最大变压器输出电压处)允许少量电流流过它到负载线圈中来“窃取”、“分享”或“获得”其电力。在供热或制冷系统的“开启(ON)”期间，恒温器通过允许小的电压降跨越它本身而引来电力。理想地，该电压降不会引起负载线圈衰落到它的响应阀值之下(甚至在最小变压器输出电压处)。具有窃电能力的恒温器的示例包括Honeywell T8600、Honeywell T8400C和Emerson Model 1F97-0671。然而，这些系统不具有电力储存装置，因此必须总是依赖于窃电。

此外，微处理器控制的“智能”恒温器可以具有更先进的环境控制能力，这可以节约能源，但同时使居住者舒适。为此，这些恒温器需要来自居住者和这些恒温器所处的环境的更多的信息。这些恒温器还能够连接到计算机网络，包括局域网(或其他“私人”网络)和广域网、例如因特网(或其他“公共”网络)，以便获得当前和预测到的外部气象数据，配合所谓的需求-响应程序(例如，在极端天气期间与由公用事业公司发布的电力警报自动一致)，使得用户能够通过他们的网络连接装置(例如，智能手机、平板电脑、基于PC的网页浏览器)远程访问和/或控制恒温器，以及具有其他可能需要网络连接的先进功能。