СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ СВЕТА В ОСВЕЩЕНИИ ЗДАНИЙ Российский патент 2015 года по МПК H05B37/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к освещению по меньшей мере части здания. Более конкретно, оно относится к управлению уровнем света по меньшей мере части здания с помощью управления электрическим светом и оконными драпировками.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Современные здания часто оборудуются управляемыми оконными драпировками, такими как механизированные шторы или жалюзи, для управления количеством солнечного света, поступающего в здание сквозь открытые отверстия, обычно окна. Более того, современные здания часто также оборудуются управляемым электрическим светом, что позволяет управлять уровнем света отдельного прибора или группы приборов электрического света. Управление уровнем света обычно осуществляется регуляторами света. Как правило, выгодно использовать дневной свет настолько, насколько это возможно. Для обитателей здания освещение дневным светом обычно приводит к улучшению самочувствия. С точки зрения окружающей среды, а также с точки зрения издержек, оптимальное использование дневного света для освещения интерьера здания может сократить потребление энергии в здании благодаря сокращению потребности в электрическом свете. Более того, оптимальное управление может также дополнительно привести к сокращению потребности в нагревании и охлаждении. Во многих случаях, оконные драпировки и электрический свет управляются вручную и/или независимо друг от друга, что приводит к недостаточно оптимальному использованию дневного света.

Патент США № 7566137 раскрывает систему обеспечения освещения для обеспечения желаемых параметров освещения в пространстве здания, где пространство здания освещается как дневным, так и электрическим светом. Система содержит датчик для измерения уровня освещения пространства, множество регулируемых электрических лампочек для дополнения освещения пространства и систему управления для управления уровнем света электрических лампочек. Система управления приспосабливает уровень света к заданному заранее, что приводит к желаемым параметрам освещения пространства. Раскрыты варианты осуществления, которые дополнительно осуществляют управляемые оконные драпировки для выборочного изменения количества дневного света, входящего в пространство.

Тем не менее в существующем уровне техники есть потребность в улучшении.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Системы освещения зданий предшествующего уровня техники работают последовательно. При последовательной работе, сперва регулируется количество дневного света с помощью оконных драпировок, после чего регулируется электрический свет, чтобы соответствовать заданному значению заданного уровня освещения. Такие системы часто не удовлетворяют пользователя, потому что последовательная работа медленная, а время ожидания неприемлемо. Если пользователь не удовлетворен автоматическим управлением уровня света, то существует высокий уровень риска, что он перейдет к ручному управлению, что подвергает опасности экономию потребления энергии, достигнутую за счет автоматического управления.

Преимущественно будет получить систему управления для управления уровнем света интерьера по меньшей мере части здания, которая способна быстро регулировать уровень света интерьера по меньшей мере части здания. Также будет желательно получить полностью интегрированную и автоматическую систему управления, которая воспринимается пользователем как удобная для использования система, помогающая обеспечить такое окружение, в котором приятно находиться. Дополнительно желательно получить полностью интегрированную и автоматическую систему управления, которая поддерживает установленные пользователем потребности энергосберегающим способом. В общем, настоящее изобретение предпочтительно стремится к уменьшению, облегчению или полному удалению одного или более из вышеперечисленных недостатков отдельно или в совокупности. Более конкретно, целью настоящего изобретения является обеспечение системы управления, которая решает вышеперечисленные проблемы, или другие проблемы, предшествующего уровня техники.

Для лучшего решения одной или более из этих проблем, система управления представлена в первом аспекте изобретения. Система управления управляет уровнем света интерьера по меньшей мере части здания, причем по меньшей мере часть здания освещается как дневным светом посредством одной или более прозрачных частей, так и генерированным светом посредством одного или более источников электрического света; система управления функционально связана с:

- по меньшей мере одним датчиком интерьера для обнаружения уровня света интерьера;

- по меньшей мере одним устройством управления электрическим светом для управления уровнем электрического света одного или более источников электрического света;

- по меньшей мере одним устройством управления оконными драпировками для управления допустимым уровнем дневного света, пропускаемым сквозь одну или более прозрачных частей; и

- обрабатывающим блоком для обработки заданных значений управления, причем обрабатывающий блок функционально связан по меньшей мере с одним датчиком интерьера;

причем обрабатывающий блок определяет разницу между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, а уровень света одного или более источников электрического света и допустимый уровень дневного света, пропускаемый сквозь одну или более прозрачных частей, управляются параллельно работой по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками для, того чтобы на основе разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, управлять уровнем света интерьера по меньшей мере части здания.

С помощью обеспечения системы управления, которая позволяет параллельную работу по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками, может быть обеспечена быстрая система, так как по меньшей мере электрический свет может регулироваться быстро, чтобы соответствовать заданным значениям мгновенно или практически мгновенно. Более конкретно, в случае, когда работа оконных драпировок занимает больше времени, электрический свет может быть задействован для приспособления оконных драпировок, чтобы пользователь почувствовал, что сокращение разницы достигается за короткое время.

С помощью работы по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками на основе разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, система работает на основе актуального уровня света окружения, в котором расположен пользователь. Актуальный уровень света окружения обычно чрезвычайно важен в отношении того, приятно ли находиться в этом окружении. Длительное пребывание в окружении с уровнем света, который воспринимается как неоптимальный, обычно приводит к неудовлетворенности. Основывая управление на разнице между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света, система работает на актуальном уровне света, воспринимаемом пользователем, и настоящая система менее подвержена неудовлетворенности пользователя, и менее вероятно, что пользователь перейдет на ручное управление.

В преимущественном варианте осуществления, по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом и по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками работают для сокращения разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера. При основании управления на сокращении этой разницы, может быть использована интегральная работа, которая быстро и точно приспосабливает актуальный уровень света к заданному значению уровня света.

В преимущественном варианте осуществления, по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом и по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками работают с выходным сигналом, который пропорционален разнице между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера. При основании управления на пропорциональной работе, уровень света может быстро приспосабливать актуальный уровень света к заданному значению уровня света.

В преимущественном варианте осуществления, по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом и по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками функционально связаны так, что по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом принимает рабочую информацию по меньшей мере от одного устройства управления оконными драпировками, и/или наоборот; причем по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом работает на основе принятой информации от по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками, и/или по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками работает на основе принятой информации от по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом. При общей рабочей информации между двумя типами устройств управления, может быть обеспечена полностью интегрированная система, в которой доступная на одном субблоке информация может быть использована в другом субблоке, тем самым обеспечивая систему, которая поддерживает полное управление. Рабочая информация может быть такой информацией, как уровень освещения световых приборов и доля пропускаемого сквозь оконные драпировки света.

В преимущественном варианте осуществления, параллельная работа по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками содержит работу по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками для допустимого уровня, определенного заданными значениями управления и работу по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом для сокращения разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера. Оконные драпировки работают с более длинными постоянными времени, чем электрический свет. В случае, когда желателен конкретный допустимый уровень оконных драпировок, как в связи с проблемами слепящего света, напрямую от солнца либо от отражений солнечного света, пользователь может установить оконные драпировки в желаемом положении, при этом постоянный уровень света сохраняется.

Преимуществом настоящего изобретения является то, что система управления поддерживает электрический свет и оконные драпировки на основе дополнительных критериев. В преимущественном варианте осуществления, такой дополнительный критерий основан на работе электрического света энергосберегающим способом. В варианте осуществления, это достигается за счет обрабатывающего блока для дополнительного определения измерения потребления энергии электрическим светом, причем уровень света одного или более источников электрического света и допустимый уровень дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей, управляются с помощью сокращения разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера и с помощью сокращения потребления энергии электрическим светом.

Преимуществом настоящего изобретения является то, что оно поддерживает децентрализованную и централизованную работу. Есть преимущества и недостатки обоих видов работы, которые могут зависеть от данной ситуации использования. Варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены любыми из них, что тем самым обеспечивает гибкую систему, которая может быть использована в связи с большим числом общих функционирующих систем здания.

В преимущественных вариантах осуществления настоящего изобретения, устройства управления электрическим светом и устройства управления оконными драпировками контактно связаны линией связи. По существу, может быть использована любая подходящая линия связи, например, локальная закрепленная связь, либо магистральная сеть связи, например, корпоративная сеть для управления данными и/или зданием. Преимуществом настоящего изобретения является то, что оно не зависит от конкретного осуществления заданной связи и, таким образом, выражается в гибкой системе.

В преимущественных вариантах осуществления настоящего изобретения, работа системы дополнительно основана на вводе по меньшей мере от одного внешнего датчика обнаружения уровня дневного света, и так может быть обеспечено еще более лучшее управление уровня света. В преимущественном варианте осуществления, доступный дневной свет используется для управления оконными драпировками. В других преимущественных вариантах осуществления, устройство считывания внешнего датчика может быть использовано для осуществления обнаружения слепящего света, что, в свою очередь, может быть использовано для автоматического управления оконными драпировками во избежание эффектов слепящего света, которые беспокоят пользователя здания. Ссылка на датчик как внешний датчик не подразумевает, что датчик расположен снаружи - датчик может быть расположен внутри или снаружи в зависимости от конкретных осуществлений, при условии, что датчик может обнаруживать внешний уровень света, то есть дневной свет.

В преимущественных вариантах осуществления настоящего изобретения, работа системы дополнительно основана на использовании датчиков присутствия людей в помещении для обнаружения присутствия человека в комнате, причем система освещения может работать в соответствии с правилами, которые определяют функциональные установки, зависящие от того, есть ли человек в комнате или нет. Такие правила могут в простой форме быть установками времени, определяющими период с момента, когда последний человек вышел из комнаты, до момента отключения света. Это минимизирует потребление энергии, так как электрический свет может быть выключен, если никого нет в комнате.

В соответствии со вторым аспектом изобретения, представлена система освещения. Система освещения содержит:

- по меньшей мере один датчик интерьера для обнаружения уровня света интерьера;

- по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом для управления уровнем электрического света одного или более источников электрического света;

- по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками для управления допустимым уровнем дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей;

- обрабатывающий блок для обработки заданных значений управления, причем заданные значения управления содержат заданное значение уровня света интерьера, а обрабатывающий блок функционально связан по меньшей мере с одним датчиком интерьера; и

блок управления для управления уровнем света по меньшей мере одной части здания;

причем блок управления управляет работой обрабатывающего блока для определения разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, а уровень света одного или более источников электрического света и допустимый уровень дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей, управляются параллельно работой по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками для того, чтобы на основе разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, управлять уровнем света интерьера по меньшей мере части здания.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, представлен способ работы системы освещения. Способ содержит:

- прием заданных значений управления, причем заданные значения управления содержат заданное значение уровня света интерьера;

- обнаружение уровня света интерьера;

- управление уровнем света одного или более источников электрического света; и

- управление по меньшей мере одной оконной драпировкой для установления допустимого уровня дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей;

причем уровень света одного или более источников электрического света и допустимый уровень дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей, управляются параллельно работой по меньшей мере одного источника электрического света и по меньшей мере одной оконной драпировки для того, чтобы на основе разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, управлять уровнем света интерьера по меньшей мере части здания.

Способ может преимущественно быть осуществлен в виде компьютерного программного продукта для управления системой освещения в соответствии с первым, вторым и/или третьим аспектом настоящего изобретения.

В общем, различные аспекты изобретения могут быть скомбинированы и соединены любым образом, при этом не удаляясь от объема настоящего изобретения. Эти и другие аспекты, характеристики и/или преимущества изобретения будут очевидны и объяснены из ссылок на варианты осуществления, описанные в настоящем документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения описаны, только путем примера, со ссылкой на чертежи, в которых

Фиг.1 схематически изображает вариант осуществления системы освещения для освещения интерьера здания;

Фиг.2А и 2В изображают структурные схемы двух вариантов осуществления общего расположения управления;

Фиг.3 изображает упрощенную общую блок-схему, осуществляющую схему управления, выполняемого устройством управления оконными драпировками;

Фиг.4А и 4В изображают упрощенные общие блок-схемы, осуществляющие схемы управления, выполняемого устройством управления электрическим светом;

Фиг.5 изображает упрощенную структурную схему системы управления, осуществляемого децентрализованным алгоритмом управления;

Фиг.6 изображает упрощенную структурную схему системы управления, осуществляемого централизованным алгоритмом управления;

Фиг.7-9 изображают графики, показывающие результаты моделирования систем в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.10 изображает общую блок-схему для иллюстрации общих этапов, выполняемых в отношении вариантов осуществления настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 схематически изображает вариант осуществления системы освещения для освещения интерьера здания 1, представленного в данном документе как этажный план комнаты. Система освещения содержит систему 2 управления, функционально связанную с датчиками 3 интерьера для обнаружения уровня света интерьера, с устройствами 4 управления электрическим светом для управления уровнем света источников электрического света, с которым они связаны, и с устройствами 5 управления оконной драпировкой для управления оконной драпировкой 6 для изменения допустимого уровня дневного света, пропускаемого сквозь прозрачные части, в данном документе - два окна 8. Оконные драпировки - это обычно шторы или жалюзи. В варианте осуществления, система управления выполнена в форме блока управления, функционально связанного с обрабатывающим блоком 7. Система дополнительно содержит внешний датчик 9 обнаружения уровня дневного света. Внешний датчик 9 изображен в расположении снаружи здания. Однако, датчик может быть также размещен внутри в таком положении, как за оконной драпировкой, где он может обнаруживать уровень дневного света. Фигура также изображает датчик 10 присутствия людей в помещении для обнаружения присутствия человека в комнате, и линию 11 связи. Система управления изображена как единое целое. Однако понятно, что она может быть воплощена любым подходящим образом, обычно либо как централизованная система, либо как распределенная система. В распределенной системе, обрабатывающий блок может быть распределен по меньшей мере по одному или более устройствам управления электрическим светом, одному или более устройствам управления оконными драпировками и одному или более пользовательскими интерфейсами. Работа системы управления может быть основана на инструкции, обеспеченной посредством компьютерного программного продукта 12, такого как компьютерный код в любой форме и любыми средствами.

Также понятно, что конкретные детали на Фиг.1 обеспечены по иллюстративным причинам. В общем, система освещения может быть обеспечена в связи с любым типом здания, содержащего любой тип поэтажного плана. Здание может быть подразделено на части, например, зоны, где электрический свет зоны управляется независимо. Например, четыре источника электрического света и две оконные драпировки могут управляться совместно, на основе среднего уровня света, обнаруженного двумя считывающими датчиками интерьера. В общем, здание может быть подразделено на любое число частей, где уровень света управляется совместно, на основе работы любого числа оконных драпировок и любого числа источников электрического света, на основе показаний датчиков от любого числа датчиков интерьера. Если более чем один датчик используется для совместного управления группой источников электрического света, то может быть генерирован комбинированный сигнал датчика. Комбинированный сигнал датчика может быть средним сигналом, взвешенным сигналом или любым другим подходящим сигналом. Число световых приборов и оконных драпировок зависит от конкретного применения.

Фиг.2А и 2В изображают структурные схемы двух вариантов осуществлений общего расположения управления. Фиг.2А изображает вариант осуществления применения децентрализованного управления, а Фиг.2В изображает вариант осуществления применения централизованного управления.

На Фиг.2, вводные значения или сигналы принимаются от трех устройств обеспечения: вводные значения, извлеченные из значений 20 заданных значений; вводное значение, извлеченное из показаний датчика от датчика 21 интерьера; и вводные значения, извлеченные из показаний датчика от внешнего датчика 22. Заданные значения 20 могут быть основаны на комбинации пользовательских настроек и других общих настроек управления. Датчики обычно выполнены в форме фотодатчиков, способных обнаруживать уровень освещения. Уровень освещения обычно выражается как заданный уровень люкс. На основе ввода, источники 23, 23' электрического света и оконные драпировки 24, 24' управляются с помощью устройств управления, либо в форме закрепленных устройств 25, 26, либо совместного центрального устройства управления 27. В вариантах осуществления, устройства управления электрическим светом управляют уровнем регулирования освещения световых приборов, а устройство управления оконными драпировками управляет механизмом оконных драпировок.

В изображенном варианте осуществления, устройство управления электрическим светом и устройство управления оконными драпировками функционально связаны с 28, 29, так что рабочая информация может быть общей, чтобы электрический свет управлялся на основе принятой информации от оконных драпировок и/или наоборот.

Фиг.3 изображает упрощенную блок-схему, осуществляющую схему управления, выполняемого устройством управления оконными драпировками в случае, когда устройство управления электрическим светом совместно с устройством управления оконными драпировками имеет общую рабочую информацию в форме статуса уровня света, так что оконная драпировка может работать в зависимости от этого статуса.

На блок-схемах на Фиг.3 и 4, «да» сокращено как «д», а «нет» сокращено как «н».

Первоначальный открытый цикл устанавливается для обнаружения, является ли система оконных драпировок:

30: установленной в автоматическом режиме.

Если да,

31: обнаружения, есть ли соответствие заданному значению или полностью ли открыта оконная драпировка, а электрический свет включен.

Если оконная драпировка полностью открыта, то оконная драпировка не может работать для обеспечения еще большего света. Следовательно, если ответ на вышеуказанные условия «нет», то система получает инструкцию вернуться назад для обнаружения того, установлен ли автоматический режим 30. Если ответ на вышеуказанное условие (31) «да», то выполняется следующая последовательность управления:

32: Определить, выключен ли электрический свет;

если да,

33: определить, является ли уровень света в комнате выше, чем целевой уровень, заданный заданными значениями. То есть, определяется, является ли разница между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера положительной или отрицательной. Если обнаруженный уровень света интерьера выше, чем заданное значение уровня света интерьера, то:

34: уменьшить допустимый уровень оконной драпировки.

Если на 32 определено, что электрический свет включен, то:

35: также определяется, если уровень света в комнате выше, чем целевой уровень, определенный заданными значениями. Однако, в этом случае, если уровень света слишком высок:

36: допустимый уровень оконных драпировок медленно снижается: иначе:

37: допустимый уровень оконных драпировок увеличивается.

Фиг.4А изображает упрощенную общую блок-схему, осуществляющую схему управления, выполняемого устройством управления электрическим светом в случае, когда устройство управления электрическим светом не принимает информацию о статусе устройства управления оконными драпировками.

Первоначальный открытый цикл устанавливается для обнаружения того, является ли управление электрическим светом:

40: установленным в автоматическом режиме.

Если да,

41: обнаружения того, есть ли соответствие заданному значению.

Если ответ на вышеуказанное условие (41) «да», то выполняется следующая последовательность управления:

42: определение того, является ли уровень света в комнате выше, чем целевой уровень, заданный заданными значениями. То есть, определяется, является ли разница между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера положительной или отрицательной. Если обнаруженный уровень света интерьера выше заданного значения уровня света интерьера, то:

43: уменьшение уровня света генерированного электрического света, например, путем увеличения уровня затемнения.

Однако, если обнаруженный уровень света интерьера не выше заданного значения уровня света интерьера, то:

44: увеличение уровня генерированного электрического света, например, путем уменьшения уровня затемнения.

Фиг.4В изображает упрощенную общую блок-схему, осуществляющую схему управления, выполняемого устройством управления электрическим светом в случае, когда устройство управления электрическим светом принимает информацию о статусе устройства управления оконными драпировками, так что источники электрического света могут работать в зависимости от этого статуса.

Первоначальный открытый цикл устанавливается для обнаружения того, является ли управление электрическим светом:

400: установленным в автоматическом режиме.

Если да,

401: обнаружения того, есть ли соответствие заданному значению, или полностью ли открыты оконные драпировки, а электрический свет включен.

Если ответ на вышеуказанное условие (401) «да», то выполняется следующая последовательность управления:

402: определение того, открыта ли оконная драпировка на максимальном допустимом уровне;

если да,

403: определение того, является ли уровень света в комнате выше, чем целевой уровень, заданный заданными значениями. То есть, определяется, является ли разница между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера положительной или отрицательной. Если обнаруженный уровень света интерьера выше заданного значения уровня света интерьера, то:

404: уменьшение уровня электрического света, например, путем увеличения уровня затемнения.

Однако, если на 402 определено, что оконные драпировки не открыты на максимальном допустимом уровне, то;

405: также определяется, является ли уровень света в комнате выше, чем целевой уровень света, заданный заданными значениями. Однако, в этом случае, если уровень света слишком высок:

406: уровень электрического света увеличивается, например, путем уменьшения уровня затемнения;

иначе:

407: уровень электрического света увеличивается постепенно, например, путем постепенного уменьшения уровня затемнения.

Далее, более подробно раскрыты два варианта осуществления, в которых система управления осуществлена путем заданной функции издержек, которая минимизирует разницу между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера. В нижеприведенных примерах, функция издержек содержит, в дополнение к разнице между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, уровень потребления энергии источниками электрического света, так что источники электрического света и оконные драпировки управляются как сокращением разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, так и сокращением потребления энергии источниками электрического света.

Устройство управления электрическим светом и устройство управления оконными драпировками могут в вариантах осуществления быть осуществлены для адаптивного управления уровнем света, на основе алгоритма градиентного уменьшения, который минимизирует функцию издержек. Функция издержек может быть построена так, чтобы содержать долю от разницы уровня света и от потребления энергии. В настоящем документе, разница уровня света также называется как ошибка освещения. Нижеприведенные уравнения Ур. 1 и Ур. 2 адаптивно сокращают как ошибку освещения, так и потребление энергии:

Ур. 1

Ур. 2

где x(n) и w(n) представляют настройки электрического света и настройки оконных драпировок, соответственно. Параметр n представляет примерное время. В аналогичной ситуации, n заменяется на время t. Функция e(n) выражает разницу между заданным значением пользователя и измеренным уровнем света интерьера, таким образом, e(n) - это ошибка освещения. Функция E(n) представляет потребление энергии. μ являются положительными постоянными, задающими размеры адаптации. Уравнения, таким образом, задают количество, на которое источники электрического света и оконная драпировка изменяются для каждого адаптивного цикла управления.

Ошибка освещения может быть дополнительно описана как:

e(n)=y(n)-u

где u задает желаемое заданное значение пользователя, а y(n) является показанием датчика об освещении интерьера. Освещение интерьера может быть описано как:

y(n)=dl(n)w(n)+x(n)

где dl(n) является уровнем доступного дневного света, определенного показанием внешнего датчика света. Потребление энергии источниками электрического света может быть установлено как пропорциональное x(n), что приводит к:

E(n)αx(n)αy(n)-dl(n)w(n)

Используя вышеуказанные уравнения, Ур. 1 и Ур. 2 могут быть упрощены до Ур. 3 и Ур. 4:

x(n)=x(n-1)-μ₁e(n)-μ₂x(n), Ур. 3

w(n)=w(n-1)-μ₃e(n)dl(n)+μ₄x(n), Ур. 4

Присутствие x(n) и w(n) в обоих уравнениях обеспечивает то, что управление электрическим светом и оконной драпировкой интегрировано. Более того, алгоритм управления, осуществляющий вышеуказанные Ур. 3 и Ур. 4, позволяет параллельную работу без необходимости последовательной операции, даже если постоянные времени для электрического света и для оконной драпировки различны. Параллельные адаптивные системы по-прежнему будут работать правильно вследствие правильной параллельной работы.

Алгоритм управления на основе Ур. 1 и Ур. 2 (или Ур. 3 и Ур. 4) устанавливает баланс сокращения потребления энергии и соответствия заданным значениям пользователя. Это может привести к тому, что заданные значения пользователя не могут быть всегда полностью удовлетворены для сохранения энергии. Такая ситуация случается, когда дневного света недостаточно для удовлетворения требования уровня света, и, следовательно, уровень электрического освещения следует значительно увеличить. В этом случае, система управления может установить уровень света на более низкий уровень для сохранения энергии. Это не всегда приемлемо для пользователя. В другом варианте осуществления, описанном на основе Ур. 5 и Ур. 6 ниже, удовлетворение заданных значений пользователя является приоритетным, при этом потребление энергии сокращается. В варианте осуществления, это может быть достигнуто с помощью адаптивного сокращения ошибки освещения и потребления энергии следующим образом:

Ур. 5

Ур. 6

что, как и в случае с Ур. 1 и Ур. 2, может быть упрощено до Ур. 7 и Ур. 8:

x(n)=x(n-1)-μ₁e(n), Ур. 7

w(n)=w(n-1)-μ₃e(n)dl(n)+μ₄x(n), Ур. 8

С этими уравнениями управления, устройство управления освещением просто стремится удовлетворить заданные значения пользователя (то есть сократить ошибку освещения), однако устройство управления оконными драпировками стремится как сократить ошибку освещения, так и принудить электрический свет сохранять энергию путем допущения как можно большего количества света сквозь окна, чтобы источники электрического света соответственно угасли.

В данной системе освещения, число различных алгоритмов управления может выбираться посредством пользовательского интерфейса, так что ответственный за систему освещения может выбирать либо управление всей системой освещения на основе общего алгоритма, либо частями здания, управляемыми на основе различных алгоритмов.

В других вариантах осуществления, алгоритм управления может быть основан на пропорциональном управлении, где выводы устройства управления электрическим светом и устройства управления оконными драпировками пропорциональны разнице между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, которая пропорциональна функции e(n) ошибки освещения.

Фиг.5 изображает упрощенную структурную схему системы управления, осуществляющую алгоритм управления на основе Ур. 7 и Ур. 8 в варианте осуществления на Фиг.2А, то есть в децентрализованной системе управления. Таким образом, каждый или группа источников электрического света и каждая или группа оконных драпировок управляются децентрализованным устройством управления. В иллюстративном варианте осуществления, каждое устройство управления электрическим светом и каждое устройство управления оконными драпировками содержит свое собственное устройство управления.

Пользователь, обычно с помощью использования пользовательского интерфейса, такого как устройство дистанционного управления, компьютер или настенный интерфейс, устанавливает требуемый уровень 50 света, u, например, путем установления заданного значения на желаемой величине люкс. Заданное значение пользователя является вводом в устройство 51 управления электрическим светом и в устройство 52 управления оконными драпировками. Дополнительно, показания датчика от датчика 53 света интерьера являются вводом в оба устройства управления. Устройство 51 управления электрическим светом определяет ошибку освещения, е, на первом этапе 54 обработки, причем ошибка освещения последовательно используется для определения переменной управления электрическим светом (например, величины, уменьшающей уровень затемнения) x(n) на следующем этапе 55 обработки, где применяется Ур. 7. x(n) является выводом источника 56 электрического света для установки уровня света. Более того, x(n) является выводом 502 устройства управления оконными драпировками. Измененный уровень света влияет на последующее показание 57 датчика света интерьера.

Параллельно, то есть одновременно с или параллельно, работе источников электрического света, устройство 52 управления оконными драпировками также определяет (или принимает) ошибку освещения, е, на первом этапе 58 обработки, и ошибка освещения далее используется для определения переменной управления оконными драпировками (например, величины, меняющей положение жалюзи), дополнительно на основе принятой x(n), а также принятых показаний датчика от внешнего датчика 501, для определения dl(n). Переменная управления оконными драпировками определяется на следующем этапе 59 обработки с помощью Ур. 8. w(n) является выводом оконных драпировок 500 для установления допустимого уровня. Опять, измененный уровень света будет влиять на следующие показания 57 датчика света интерьера.

Фиг.6 изображает упрощенную диаграмму системы управления, осуществляющую алгоритм управления на основе Ур. 7 и Ур. 8 в варианте осуществления на Фиг.2В, то есть в централизованной системе управления. Таким образом, центральный обрабатывающий блок управляет источниками электрического света и оконными драпировками путем направления настроек управления.

Как и в отношении Фиг.5, пользователь устанавливает требуемый уровень 50 света, u. Заданное значение пользователя является вводом в центральное устройство 60 управления вместе с показаниями датчика от датчика 53 света интерьера и показаниями датчика от внешнего датчика 501 света. Центральное устройство 60 управления освещенностью определяет ошибку освещения, е, на первом этапе 54 обработки. Ошибка освещения и показания датчика от внешнего датчика далее используются для определения переменной управления электрическим светом x(n) и переменной управления оконными драпировками w(n) на следующем этапе 61 обработки, где применяется Ур. 7 и Ур. 8. Определенные x(n) и w(n) являются выводом источника 62 электрического света для установки уровня света и устройства 63 управления оконными драпировками для установки допустимого уровня. Измененный уровень света влияет на последующее показание 57 датчика света интерьера.

Параллельная работа очевидна в данном случае, так как центральное устройство управления работает с двумя уравнениями одновременно.

Фиг.7 изображает график, показывающий результаты моделирования системы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Это и последующее моделирование выполнены путем осуществления Фиг.5 в MatLab. Фигура изображает долю φ [люкс] уровня света от дневного света и электрического света соответственно как функцию максимальной величины M_dl [люкс] дневного света. График изображает ситуацию, в которой электрический свет ограничен выводом 1000 люкс при изменяемом дневном свете, когда установка пользователя равна 500 люкс. График показывает долю дневного света 70 и долю электрического света 71. Как видно, чем больше доступного дневного света, тем больше сокращается доля электрического света, что, в свою очередь, сокращает потребление энергии. Электрический свет используется только тогда, когда недостаточно дневного света.

Фиг.8 изображает график, показывающий результаты моделирования системы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, подобный графику на Фиг.7, за исключением того, что Фигура изображает долю φ [люкс] дневного света как функцию SP [люкс]. График изображает ситуацию, в которой электрический свет ограничен до 500 люкс. График показывает долю дневного света 80 и долю электрического света 81. Как видно, когда дневной свет недоступен для удовлетворения заданного значения пользователя, электрический свет используется настолько мало, насколько возможно.

Фиг.9 изображает график, показывающий моделирование выполнения закрытого цикла адаптивной последовательной системы по сравнению с выполнением параллельно работающей системы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Фигура изображает нормализованную часть допустимого света F_φ для последовательного управления 90 оконными драпировками, последовательного управления 91 электрическим светом, параллельного управления 92 оконными драпировками в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения и параллельного управления 93 электрическим светом в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, причем все представлены в виде функции времени n[t]. Фигура изображает ситуацию, в которой заданное значение увеличивается на 94. Изменения в заданном значении могут быть вызваны заданным значением пользователя или в ответ на обнаружение датчиком присутствия людей в помещении присутствия человека. Последовательной системе требуется больше времени для соответствия, в то время как система в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения реагирует на измененное заданное значение незамедлительно. При настоящей системе, комната сперва освещается на короткий период электрическим светом, в то время как оконные драпировки пропускают все больше и больше дневного света, затем электрический свет затухает в соответствии с возможным минимумом. При последовательной системе, электрический свет будет ждать до тех пор, пока жалюзи полностью откроются, чтобы начать подавать требуемый свет.

Фиг.10 изображает общую блок-схему для изображения общих этапов, выполняемых в отношении вариантов осуществления настоящего изобретения.

Способ показывает алгоритм 100 управления, который осуществляется для приема заданных значений 101 управления, причем заданные значения управления содержат заданное значение уровня света интерьера, и для обнаружения или приема уровня 102 света интерьера. На основе вводов/показаний, алгоритм управления управляет уровнем света одного или более источников 103 электрического света и допустимым уровнем по меньшей мере одной оконной драпировки 104. Уровень света и допустимый уровень управляются параллельно для сокращения разницы между обнаруженным уровнем 102 света интерьера и заданным значением 101 уровня света интерьера.

Хотя изобретение иллюстрировано и раскрыто подробно в чертежах и вышеизложенном описании, эти иллюстрации и описание следует рассматривать только как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие варианты раскрытых осуществлений могут быть понятны и осуществлены специалистами в данной области техники в применении заявленного изобретения при изучении чертежей, раскрытия изобретения и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает другие блоки или этапы, а использование единственного числа не исключает множество. Единственный процессор или другой блок могут выполнять функции нескольких частей, приведенных в формуле изобретения. Факт того, что определенные измерения приведены во взаимно различных зависящих формулах изобретения, не означает, что комбинация этих измерений не может быть использована преимущественно. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический хранящий носитель или полупроводниковый носитель, поставляемом совместно с или как часть другого технического средства, но может также распространяться в других формах, таких как через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Любые ссылки в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящего изобретения.

Изобретение относится к управлению уровнем света в освещении зданий. Техническим результатом является обеспечение автоматической энергосберегающей системы управления освещением зданий. Результат достигается тем, что уровень света управляется системой (2) управления, функционально связанной, по меньшей мере, с одним датчиком (3) интерьера для обнаружения уровня света интерьера; по меньшей мере, с одним устройством (4) управления электрическим светом; по меньшей мере, с одним устройством (5) управления оконными драпировками для управления допустимого уровня дневного света; и обрабатывающим блоком (7) для обработки заданных значений управления, включающих в себя заданное значение уровня света интерьера. Уровень электрического света и допустимый уровень дневного света управляются параллельно с помощью работы устройства управления электрическим светом и устройства управления оконными драпировками. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Система (2) управления для управления уровнем света интерьера по меньшей мере части здания (1), причем по меньшей мере часть здания освещена как дневным светом посредством одной или более прозрачных частей (8), так и генерированным светом посредством одного или более электрических источников (4) света; причем система управления функционально связана с:
- по меньшей мере одним датчиком (3) интерьера для обнаружения уровня света интерьера;
- по меньшей мере одним устройством (4) управления электрическим светом для управления уровнем света одного или более источников электрического света;
- по меньшей мере одним устройством (5) управления оконными драпировками для управления допустимым уровнем дневного света, пропускаемым сквозь одну или более прозрачных частей; и
- обрабатывающим блоком (7) для обработки заданных значений управления, причем заданные значения управления содержат заданное значение уровня света интерьера, причем обрабатывающий блок функционально связан по меньшей мере с одним датчиком интерьера;
при этом обрабатывающий блок определяет разницу между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера, и при этом уровень света одного или более источников электрического света и допустимый уровень дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей, управляются параллельно с помощью работы по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками для того, чтобы на основе разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера управлять уровнем света интерьера по меньшей мере части здания;
при этом по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом и по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками функционально связаны (28, 29) так, что по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом принимает рабочую информацию от по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками, и/или наоборот; и
при этом по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом работает на основе информации, принятой от по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками, и/или по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками работает на основе информации, принятой от по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом.

2. Система управления по п.1, в которой по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом и по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками работают для сокращения разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера.

3. Система управления по п.1, в которой по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом и по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками работают с выводом, который пропорционален разнице между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера.

4. Система управления по п.1, в которой параллельная работа по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками содержит работу по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками относительно допустимого уровня, определенного заданными значениями управления, и работу по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом для сокращения разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера.

5. Система управления по п.1, в которой обрабатывающий блок дополнительно определяет измерение потребления энергии источников электрического света, и в которой уровень света одного или более источников электрического света и допустимый уровень дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей, управляются с помощью сокращения разницы между обнаруженным уровнем света интерьера и заданным значением уровня света интерьера и с помощью сокращения потребления энергии источников электрического света.

6. Система управления по п.1, в которой по меньшей мере одно из по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками содержит локальный обрабатывающий блок (25) для децентрализованного управления по меньшей мере одним из уровня света одного или более источников электрического света и допустимого уровня дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей.

7. Система управления по п.1, которая дополнительно функционально связана с центральным блоком (27) управления для управления по меньшей мере одним из по меньшей мере одного устройства управления электрическим светом и по меньшей мере одного устройства управления оконными драпировками для централизованного управления по меньшей мере одним из уровня света одного или более источников электрического света и допустимого уровня дневного света, пропускаемого сквозь одну или более прозрачных частей.

8. Система управления по п.1, в которой по меньшей мере одно устройство управления электрическим светом и по меньшей мере одно устройство управления оконными драпировками коммуникативно связаны линией (11) связи.

9. Система управления по п.1, которая дополнительно функционально связана по меньшей мере с одним внешним датчиком (9) для обнаружения уровня дневного света.

10. Система управления по п.1, которая дополнительно функционально связана с одним или более датчиками (10) присутствия людей в помещении для обнаружения присутствия человека в области здания.