用於使用壓差測得值確定流率的系統和方法與流程
2023-05-19 22:05:34 1
本申請要求2015年6月30日遞交的美國專利申請No.14/788,681的權益和優先權，所述美國專利申請的整個公開通過引用被併入本文。
技術領域
本發明總體地涉及加熱、通風、空氣調節或者製冷(HVAC)系統。本發明更具體地涉及用於基於HVAC裝置兩側的測得壓差估算通過所述HVAC裝置(例如，熱交換器)的流率的系統和方法。
背景技術：
HVAC系統一般地包括被配置成利於加熱、冷卻、製冷和/或其他HVAC應用的各種HVAC裝置。製冷劑、冷卻劑或者穿過HVAC裝置的其他工作流體的流率可以是為了確定由HVAC裝置供應的加熱、冷卻或者製冷負荷的目的有用的量。穿過HVAC裝置的流體的流率一般使用被安裝在HVAC裝置的上遊或者下遊的流率傳感器來測得。然而，流率傳感器可能是昂貴的、不準確的，並且通常難以恰當地校準和維護。流率測得值還可能具有與測得值相關聯的高的不確定性。提供克服常規的流率測得值的這些和其他缺點的用於獲得流率信息的系統或方法是符合期望的。
技術實現要素：
本公開的一個實施方式是一種用於估算穿過裝置的質量或體積流率的系統。在一些實施例中，所述裝置是HVAC裝置。所述系統包括一個或更多個壓力傳感器和流率傳感器，所述一個或更多個壓力傳感器被配置以測得被測裝置兩側的多個壓差，所述流率傳感器被配置以測得穿過所述被測裝置的多個流率。所述測得流率中的每個對應於所述測得壓差中的一個。所述系統進一步包括回歸模型訓練機(trainer)，所述回歸模型訓練機被配置以使用所述測得的壓差和對應的流率為流率模型生成回歸係數。所述流率模型因變於壓差估算流率。所述系統進一步包括流率估算器，所述流率估算器被配置以使用所述流率模型來因變於所述被測或未被測裝置兩側的新測得的壓差估算穿過被測或未被測裝置的流率。
在一些實施例中，所述被測裝置是第一熱交換器，並且所述未被測裝置是具有與所述第一熱交換器相同的一個或更多個裝置特性的第二熱交換器。所述一個或更多個裝置特性包括裝置型號代碼、材料管指標、熱交換程數和水箱類型中的至少一者。
在一些實施例中，所述流率估算器是所述被測裝置的部件，並且所述估算的流率是穿過所述被測裝置的流率。在其他實施例中，所述流率估算器是所述未被測裝置的部件，並且所述估算的流率是穿過所述未被測裝置的流率。在其他實施例中，所述流率估算器是用於所述被測或未被測裝置的控制器的部件。
在一些實施例中，所述系統進一步包括被配置以基於與所述裝置相關聯的一個或更多個裝置特性將多個裝置組織到群的裝置群。所述裝置群可以被配置以從被組織到與所述被測裝置相同的群中的多個裝置中選擇所述未被測裝置。
在一些實施例中，所述裝置群被配置以生成群化的一組測試數據，所述測試數據包括：(1)針對所述被測裝置的所述測得的壓差和對應的流率以及(2)針對被組織到與所述被測裝置相同的群中的所述一個或更多個其他裝置的測得的壓差和對應的流率。所述回歸模型訓練機可以使用所述群化的一組測試數據來為所述流率模型生成所述回歸係數。
在一些實施例中，所述系統進一步包括不確定性計算器。所述不確定性計算器可以被配置以確定在所述流率模型中的所述回歸係數中的一個或更多個回歸係數的不確定性，並且基於所述被確定的不確定性生成一組不確定性模型參數。所述不確定性計算器可以使用不確定性模型中的所述不確定性模型參數、特質不確定性和傳感器不確定性來確定所述估算流率的不確定性。
本公開的另一個實施方式是一種用於估算穿過被測裝置的質量或體積流率的方法。在一些實施例中，所述裝置是HVAC裝置。所述方法包括在多個不同壓差和流率下測得橫穿被測裝置的壓差和對應的穿過所述被測裝置的流率。所述方法進一步包括使用所述測得的壓差和對應的流率訓練流率模型。所述流率模型將流率因變於壓差估算流率。所述方法進一步包括測得橫穿所述被測裝置的新的壓差，以及使用所述新的壓差作為所述流率模型的輸入來估算穿過所述被測裝置的新的流率。
在一些實施例中，所述方法包括基於與所述多個裝置相關聯的一個或更多個裝置特性將多個裝置組織到群中。所述多個裝置可以包括所述被測裝置和一個或更多個其他裝置。在一些實施例中，所述一個或更多個裝置特性包括裝置型號代碼、材料管指標、熱交換程數和水箱類型中的至少一個。
在一些實施例中，所述方法包括生成群化的一組測試數據，所述測試數據包括(1)針對所述被測裝置的所述測得的壓差和對應的流率以及(2)針對被組織到與所述被測裝置相同的群中的所述其他裝置中的一個或更多個的測得的壓差和對應的流率。訓練所述流率模型包括使用所述群化的一組測試數據來為所述流率模型生成所述回歸係數。
在一些實施例中，所述方法包括確定在所述流率模型中的一個或更多個經訓練的參數的不確定性，基於所述被確定的不確定性生成一組不確定性模型參數，以及使用不確定性模型中的所述不確定性模型參數、特質不確定性和傳感器不確定性來確定所述估算流率的不確定性。
本公開的另一個實施方式是一種用於估算穿過裝置的質量或體積流率的方法。在一些實施例中，所述裝置是HVAC裝置。所述方法包括在多個不同壓差和流率下測得第一裝置兩側的壓差和穿過所述第一裝置的對應的流率。所述方法進一步包括使用所述測得的壓差和對應的流率訓練流率模型。所述流率模型因變於壓差估算流率。所述方法進一步包括測得橫穿第二裝置兩側的壓差，所述第二裝置具有與所述第一裝置共同的一個或更多個裝置特性。所述方法進一步包括使用所述第二裝置兩側的測得壓差作為所述流率模型的輸入來估算穿過所述第二裝置的流率。
在一些實施例中，所述第一裝置是第一熱交換器，並且所述第二裝置是第二熱交換器，其具有與所述第一熱交換器共同的一個或更多個裝置特性。所述一個或更多個裝置特性可以包括裝置型號代碼、材料管指標、熱交換程數和水箱類型中的至少一者。
在一些實施例中，所述方法包括基於與所述多個裝置相關聯的一個或更多個裝置特性將多個裝置組織到群中。所述多個裝置包括所述第一裝置以及一個或更多個其他裝置。
在一些實施例中，所述方法包括生成群化的一組測試數據，所述測試數據包括：(1)針對所述第一裝置的所述測得的壓差和對應的流率以及(2)針對被組織到與所述第一裝置相同的群中的所述其他裝置中的一個或更多個裝置的測得的壓差和對應的流率。訓練所述流率模型可以包括使用所述群化的一組測試數據來為所述流率模型生成所述回歸係數。
在一些實施例中，所述方法包括：確定在所述流率模型中的一個或更多個經訓練的參數的不確定性，基於所述被確定的不確定性生成一組不確定性模型參數，以及使用不確定性模型中的所述不確定性模型參數、特質不確定性和傳感器不確定性來確定所述估算流率的不確定性。
本領域技術人員將領會到，該發明內容僅是說明性的而不是旨在以任何方式限制性的。本文所描述的裝置和/或方法的其他方面、創造性特徵和優點，如由權利要求書所單獨限定的那些，將在本文所陳述的連同附圖一起考慮的詳細說明中變得明顯。
附圖簡要說明
圖1是根據示例性實施例的由建築物管理系統(BMS)提供服務的建築物的立體圖。
圖2是根據示例性實施例的可以連同圖1的BMS一起使用的水側(waterside)系統的框圖。
圖3是根據示例性實施例的可以連同圖1的BMS一起使用的空氣側(airside)系統的框圖。
圖4是根據示例性實施例的圖1的BMS的框圖。
圖5A是根據示例性實施例的HVAC裝置測試系統的框圖，所述HVAC裝置測試系統被配置以執行現場測試程序來訓練流率模型，所述流率模型將因變於所述HVAC裝置兩側的壓差來估算穿過HVAC裝置的流率。
圖5B是根據示例性實施例的HVAC裝置測試系統的框圖，所述HVAC裝置測試系統被配置以執行工廠測試程序來訓練流率模型，所述流率模型因變於類似的HVAC裝置兩側的壓差來估算穿過HVAC裝置的流率。
圖6是根據示例性實施例的更詳細地圖示說明圖5的HVAC裝置測試系統的框圖。
圖7是根據示例性實施例的HVAC系統的框圖，所述HVAC系統包括圖5的HVAC裝置測試系統並且使用由所述HVAC裝置測試系統生成的模型參數來估算穿過各種被測和未被測HVAC裝置的流率。
圖8是根據示例性實施例的用於估算穿過被測HVAC裝置的流率的過程的流程圖。
圖9是根據示例性實施例的用於估算穿過未被測HVAC裝置的流率的過程的流程圖。
圖10是根據示例性實施例的標繪出包括針對HVAC裝置群的測得的壓差和對應的流率的測試數據，以及基於測得的測試數據生成的流率模型的圖形。
圖11是根據示例性實施例的圖示說明圖10的流率模型的精確性的圖形。
圖12是根據示例性實施例的用於獲得針對HVAC裝置的回歸參數並且使用所述回歸參數來估算穿過HVAC裝置的流率的過程的流程圖。
具體實施方式
總體地參考附圖，附圖示出根據各種示例性實施例的用於在加熱、通風或者空氣調節(HVAC)系統中使用壓差測得值估算流率的系統和方法。HVAC裝置測試系統被使用來測試各種HVAC裝置(例如，汽化器、冷凝器、冷卻器等)的流體流動特性，以便確定表徵穿過HVAC裝置的流體流動的兩個或更多個變量之間的關係。在一些實施例中，被HVAC裝置測試系統測試的變量包括流率和壓差ΔP。測試的流率可以是流體流動(即，液體或者氣體流動)穿過被測HVAC裝置的質量流率或者體積流率壓差ΔP可以是被測HVAC裝置或其部件兩側的壓降(即，壓力差)。當在一定範圍的流體流動條件下操作被測HVAC裝置時，HVAC裝置測試系統採集(例如，測得)被測變量的多個數據點。例如，HVAC裝置測試系統可以測得在多個不同壓力和/或流率下的壓差ΔP和對應的流率
HVAC裝置測試系統可以使用所採集的數據點來訓練回歸模型，所述回歸模型將因變於(或根據)其他被測變量中的一個或更多個來預測被測變量中的一個。例如，HVAC裝置測試系統可以使用測得壓差ΔP和對應的流率來訓練回歸模型，所述回歸模型因變於壓差ΔP來估算流率如以下方程式中所示的：
其中參數a和b是基於測得的測試數據由HVAC裝置測試系統訓練的回歸係數。
在一些實施例中，HVAC裝置測試系統為多個不同的HVAC裝置執行測試程序。HVAC裝置測試系統可以基於裝置的一個或更多個特性將被測HVAC裝置組織到多個組或群中。例如，HVAC裝置測試系統可以基於裝置特性將一組被測熱交換器組織到群中，所示裝置特性例如是裝置類型、裝置製造商、型號代碼、材料管指標(MTI)、程數、水箱類型，和/或影響(或者相關於)HVAC裝置的性能(相對於被測變量中的任一個)的任何裝置特性。在一些實施例中，HVAC裝置測試系統為同一群中的多個HVAC裝置組合測試數據，並且使用組合的測試數據來為所述群訓練回歸模型。
由HVAC裝置測試系統訓練的回歸模型和/或回歸係數可以被儲存在各種HVAC裝置內。在一些實施例中，回歸模型被儲存在被測HVAC裝置的存儲器內。在一些實施例中，回歸模型被儲存在與被測HVAC裝置具有相似特性(例如，型號代碼、MTI、程數、水箱類型等)的其他HVAC裝置內。在一些實施例中，回歸模型被儲存在HVAC裝置的控制器中，而不是被存儲在HVAC裝置本身中。
一旦測試程序結束，流率傳感器就不再需要並且可以從被測HVAC裝置被移除。在操作中，被測或未被測HVAC裝置兩側的壓差ΔP可以使用一個或更多個壓力傳感器來被測得。HVAC裝置(或HVAC裝置的控制器)可以使用所儲存的回歸模型來自動地因變於測得壓差ΔP計算所估算的流率有利地，該特徵允許HVAC裝置(或HVAC裝置的控制器)確定和/或報告多個相關變量的值，而不需要獨立的傳感器來測得這兩個變量。下文會更詳細地描述本發明的額外的優點和特徵。
HVAC和建築物管理系統
現在參考圖1-4，這些附圖示出根據示例性實施例的一種示例性建築物管理系統(BMS)和HVAC系統，其中可以實施本發明的系統和方法。儘管本發明主要參考建築物的HVAC系統中的HVAC裝置被描述，但是應該理解，本文所描述的系統和方法可以被用來確定穿過任何類型的系統或裝置(例如，工業裝置、食品加工裝置、灌注裝置、醫療裝置、灑水系統、建築設備等)的流率，並且不僅限於HVAC裝置。
特別地參考圖1，其示出建築物10的立體圖。建築物10是由BMS提供服務的。BMS一般地是被配置以控制、監控和管理建築物或建築物區域中或周圍的設備的裝置系統。BMS可以包括，例如，HVAC系統、安全系統、照明系統、火災報警系統、能夠管理建築物功能或裝置的任何其他系統，或其任意組合。
為建築物10提供服務的BMS包括HVAC系統100。HVAC系統100可以包括被配置以為建築物10提供加熱、冷卻、通風或其他服務的多個HVAC裝置(例如，加熱器、冷卻器、空氣處理單元、泵、風扇、熱能儲存裝置等)。例如，HVAC系統100被示出為包括水側系統120和空氣側系統130。水側系統120可以向空氣側系統130的空氣處理單元提供經加熱或經冷卻的流體。空氣側系統130可以使用所述經加熱或經冷卻的流體來加熱或冷卻被提供給建築物10的空氣流。參考圖2-3更詳細地描述可以被使用在HVAC系統100中的示例性水側系統和空氣側系統。
HVAC系統100被示出為包括冷卻裝置102、鍋爐104和屋頂空氣處理單元(AHU)106。水側系統120可以使用鍋爐104和冷卻裝置102來加熱或冷卻工作流體(例如，水、乙二醇等)，並且可以使工作流體循環到AHU 106。在各種實施例中，水側系統120的HVAC裝置可以位於建築物10中或周圍(如圖1中所示)，或者在諸如中央設施(例如，冷卻設施、蒸汽設施、加熱設施等)的非現場地點。取決於建築物10中需要供暖還是製冷，工作流體可以在鍋爐104中被加熱或者在冷卻裝置102中被冷卻。鍋爐104可以，例如，通過燃燒可燃材料(例如，天然氣)或者使用電加熱元件，來將熱量加入到被循環的流體中。冷卻裝置102可以使被循環的流體與熱交換器(例如，汽化器)中的另一種流體(例如，製冷劑)處於熱交換關係，以從被循環的流體吸收熱量。來自冷卻裝置102和/或鍋爐104的工作流體可以經由管路108被運送到AHU 106。
AHU 106可以使工作流體與經過AHU 106的空氣流處於熱交換關係(例如，經由一級或更多級冷卻盤管和/或加熱盤管)。氣流可以是，例如，室外空氣、來自建築物10內的回流空氣，或者兩者的組合。AHU 106可以轉移空氣流和工作流體之間的熱量，來為空氣流提供加熱和冷卻。例如，AHU 106可以包括一個或更多個風扇或鼓風機，它們被配置來使空氣流越過或者經過包含工作流體的熱交換器。工作流體隨後可以經由管路110返回到冷卻裝置102或鍋爐104。
空氣側系統130可以將由AHU 106供應的空氣流(即供應空氣流)經由空氣供給管道112遞送到建築物10，並且可以將來自建築物10的回流空氣經由迴風管道114提供給AHU 106。在一些實施例中，空氣側系統130包括多個可變空氣體積(VAV)單元116。例如，空氣側系統130被示出為在建築物10的每個樓面或者每個區域上包括單獨的VAV單元116。VAV單元116可以包括風門或者其他流動控制元件，所述風門或者其他流動控制元件可以被操作來控制被提供給建築物10的各個區域的供應空氣流的量。在其他實施例中，空氣側系統130將供應空氣流遞送到建築物10的一個或更多個區域中(例如，經由供給管道112)，而不使用居間的VAV單元116或者其他流動控制元件。AHU 106可以包括被配置來測得供應空氣流的屬性的各種傳感器(例如，溫度傳感器、壓力傳感器等)。AHU 106可以從位於AHU 106內和/或建築物區域內的傳感器接收輸入，並且可以調節穿過AHU 106的供應空氣流的流率、溫度或其他屬性，以達到建築物區域的設定點條件。
現在參考圖2，其示出根據示例性實施例的水側系統200的框圖。在各種實施例中，水側系統200可以補充或者代替HVAC系統100中的水側系統120，或者可以與HVAC系統100分離地實施。當在HVAC系統100中實施時，水側系統200可以包括HVAC系統100中的HVAC裝置(例如，鍋爐104、冷卻裝置102、泵、閥等)的子集，並且可以操作來將經加熱或經冷卻的流體供應給AHU 106。水側系統200的HVAC裝置可以位於建築物10內(例如，作為水側系統120的部件)或者在如中央設施的非現場地點處。
在圖2中，水側系統200被示出為具有多個子設施202-212的中央設施。子設施202-212被示出為包括加熱器子設施202、熱回收冷卻裝置子設施204、冷卻裝置子設施206、冷卻塔子設施208、熱的熱能儲存裝置(TES)子設施210和冷的熱能儲存裝置(TES)子設施212。子設施202-212消耗來自公共事業(utilities)的資源(例如，水、天然氣、電等)來為建築物或者園區的熱能負荷(例如，熱水、冷水、加熱、冷卻等)提供服務。例如，加熱器子設施202可以被配置以加熱熱水迴路214中的水，所述熱水迴路214使熱水在加熱器子設施202和建築物10之間循環。冷卻裝置子設施206可以被配置以冷卻冷水迴路216中的水，所述冷水迴路216使冷水在冷卻器子設施206和建築物10之間循環。熱回收冷卻裝置子設施204可以被配置以將熱量從冷水迴路216轉移到熱水迴路214，來為熱水提供額外的加熱並為冷水提供額外的冷卻。冷凝水迴路218可以從冷卻裝置子設施206中的冷水吸收熱量，並且將所吸收的熱量驅逐到冷卻塔子設施208中或者將所吸收的熱量轉移到熱水迴路214。熱的TES子設施210和冷的TES子設施212可以分別儲存熱的和冷的熱能以供後續使用。
熱水迴路214和冷水迴路216可以將經加熱和/或經冷卻的水遞送到位於建築物10的屋頂上的空氣處理裝置(例如，AHU 106)，或者遞送到建築物10的各個樓面或各個區域(例如，VAV單元116)。空氣處理裝置推動空氣以使其經過熱交換器(例如，加熱盤管或者冷卻盤管)，水流過所述熱交換器來為空氣提供加熱或者冷卻。經加熱或經冷卻的空氣可以被遞送到建築物10的各個區域，來為建築物10的熱能負荷提供服務。水隨後返回到子設施202-212以接受進一步的加熱或者冷卻。
儘管子設施202-212被示出和描述為加熱和冷卻用於循環到建築物的水，但是要理解，可以作為水的代替或附加而使用任何其他類型的工作流體(例如，乙二醇、CO2等)，來為熱能負荷提供服務。在其他實施例中，子設施202-212可以直接為建築物或者園區提供加熱和/或冷卻，而不需要居間的熱傳遞流體。對水側系統200的這些和其他變化都在本發明的教導內。
子設施202-212中的每個可以包括被配置以促成子設施的功能的各種設備。例如，加熱器子設施202被示出為包括多個加熱元件220(例如，鍋爐、電加熱器等)，這些加熱元件被配置成將熱量加入到熱水迴路214中的熱水中。加熱器子設施202還被示出為包括若干個泵222和224，這些泵被配置以使熱水在熱水迴路214中循環並且控制熱水穿過各個加熱元件220的流率。冷卻裝置子設施206被示出為包括多個冷卻裝置232，這些冷卻裝置被配置以從冷水迴路216中的冷水去除熱量。冷卻器子設施206還被示出為包括若干個泵234和236，這些泵被配置以使冷水在冷水迴路216中循環並且控制冷水穿過各個冷卻裝置232的流率。
熱回收冷卻裝置子設施204被示出為包括多個熱回收熱交換器226(例如，製冷迴路)，所述多個熱回收熱交換器被配置以從冷水迴路216向熱水迴路214傳遞熱量。熱回收冷卻裝置子設施204還被示出為包括若干個泵228和230，這些泵被配置以使穿過熱回收熱交換器226的熱水和/或冷水循環並且控制水穿過各個熱回收熱交換器226的流率。冷卻塔子設施208被示出為包括多個冷卻塔238，這些冷卻塔被配置以從冷凝水迴路218中的冷凝水去除熱量。冷卻塔子設施208還被示出為包括若干個泵240，這些泵被配置以使冷凝水在冷凝水迴路218中循環並且控制冷凝水穿過各個冷卻塔238的流率。
熱的TES子設施210被示出為包括熱的TES儲罐242，其被配置以儲存熱水以供將來使用。熱的TES子設施210還可以包括一個或更多個泵或閥，它們被配置以控制熱水進入或者離開熱的TES儲罐242的流率。冷的TES子設施212被示出為包括冷的TES儲罐244，其被配置以儲存冷水以供將來使用。冷的TES子設施212還可以包括一個或更多個泵或閥，它們被配置以控制冷水進入或者離開冷的TES儲罐244的流率。
在一些實施例中，水側系統200中的諸個泵中的一個或更多個泵(例如，泵222、224、228、230、234、236和/或240)或者水側系統200中的管路包括與其相關聯的隔離閥。隔離閥可以是與泵集成的或者被定位在泵的上遊或下遊，以控制水側系統200中的流體流動。在各種實施例中，基於水側系統200的具體配置和由水側系統200提供服務的負荷類型，水側系統200可以包括更多的、更少的或者不同類型的裝置和/或子設施。
現在參考圖3，其示出根據示例性實施例的空氣側系統300的框圖。在各種實施例中，空氣側系統300可以補充或者代替HVAC系統100中的空氣側系統130，並且可以與HVAC系統100分開實施。當在HVAC系統100中實施時，空氣側系統300可以包括HVAC系統100中的HVAC裝置(例如，AHU 106、VAV單元116、管道112-114、風扇、風門等)的子集，並且可以位於建築物10中或周圍。空氣側系統300可以操作來使用由水側系統200提供的經加熱或經冷卻的流體來加熱或冷卻被提供給建築物10的空氣流。
在圖3中，空氣側系統300被示出為包括經濟型空氣處理單元(AHU)302。經濟型AHU改變由空氣處理單元使用以加熱或冷卻的室外空氣和回流空氣的量。例如，AHU 302可以經由迴風管道308從建築物區域306接收回流空氣304，並且可以將供應空氣310經由供給空氣管道312遞送到建築物區域306。在一些實施例中，AHU 302是位於建築物10的屋頂上或者以其他方式被定位以接收回流空氣304和室外空氣314兩者的屋頂單元(例如，如圖1中所示的AHU 106)。AHU 302可以被配置以操作排氣風門316、混合風門318和室外空氣風門320，以控制一起形成供應空氣310的室外空氣314和回流空氣304的量。不經過混合風門318的任何回流空氣304可以穿過排氣風門316從AHU 302作為廢氣322被排出。
風門316-320中的每一個可以由致動器操作。例如，排氣風門316可以由致動器324操作，混合風門318可以由致動器326操作，並且室外風門320可以由致動器328操作。致動器324-328可以經由通信鏈路332與AHU控制器330通信。致動器324-328可以從AHU控制器330接收控制信號，並且向AHU控制器330提供反饋信號。反饋信號可以包括，例如，對當前致動器或風門位置的指示、由致動器施加的扭矩或力的量、診斷信息(例如，由致動器324-328執行的診斷性測試的結果)、狀態信息、服役信息、配置設定、校準數據，和/或可以被致動器324-328採集、儲存或使用的其他類型的信息或數據。AHU控制器330可以是經濟型控制器，其被配置以使用一個或更多個控制算法(例如，基於狀態的算法、極值搜索控制(ESC)算法、比例-積分(PI)控制算法、比例-積分-微分(PID)控制算法、模型預測控制(MPC)算法、反饋控制算法等)來控制致動器324-328。
再參考圖3，AHU 302被示出為包括被定位在供給空氣管道312內的冷卻盤管334、加熱盤管336和風扇338。風扇338可以被配置以迫使供應空氣310穿過冷卻盤管334和/或加熱盤管336並且向建築物區域306提供供應空氣310。AHU控制器330可以經由通信鏈路340與風扇338通信，以控制供應空氣310的流率。在一些實施例中，AHU控制器330通過調節風扇338的速度來控制被施加給供應空氣310的加熱和冷卻的量。
冷卻盤管334可以經由管路342從水側系統200(例如，從冷水迴路216)接收經冷卻的流體，並且可以經由管路344使經冷卻的流體返回到水側系統200。閥346可以沿管路342或管路344被定位，以控制經冷卻的流體穿過冷卻盤管334的流率。在一些實施例中，冷卻盤管334包括多級冷卻盤管，所述多級冷卻盤管可以被獨立地激活和禁用(例如，通過AHU控制器330、通過BMS控制器366等)以調節被施加給供應空氣310的冷卻的量。
加熱盤管336可以經由管路348從水側系統200(例如，從熱水迴路214)接收經加熱的流體，並且可以經由管路350使經加熱的流體返回到水側系統200。閥352可以沿管路348或管路350被定位，以控制經加熱的流體穿過加熱盤管336的流率。在一些實施例中，加熱盤管336包括多級加熱盤管，所述多級加熱盤管可以被獨立地激活和禁用(例如，通過AHU控制器330、通過BMS控制器366等)以調節被施加給供應空氣310的加熱的量。
閥346和352中的每個可以被致動器控制。例如，閥346可以被致動器354控制，並且閥352可以被致動器356控制。致動器354-356可以經由通信鏈路358-360與AHU控制器330通信。致動器354-356可以從AHU控制器330接收控制信號，並且可向AHU控制器330提供反饋信號。在一些實施例中，AHU控制器330從被定位在供給空氣管道312(例如，冷卻盤管334和/或加熱盤管336的下遊)中的溫度傳感器362接收供應空氣溫度的測得值。AHU控制器330還可以從位於建築物區域306中的溫度傳感器364接收建築物區域306的溫度的測得值。
在一些實施例中，AHU控制器330經由致動器354-356操作閥346和352，以調節被提供給供應空氣310的加熱或冷卻的量(例如，來獲得供應空氣310的設定點溫度或者將供應空氣310的溫度保持在設定點溫度範圍內)。閥346和352的位置影響由冷卻盤管334或加熱盤管336提供給供應空氣310的加熱或冷卻的量，並且可以關聯於為獲得期望的供應空氣溫度所消耗的能量。AHU控制器330可以通過激活或禁用盤管334-336、調節風扇338的速度或者兩者的組合來控制供應空氣310和/或建築物區域306的溫度。
仍然參考圖3，空氣側系統300被示出為包括建築物管理系統(BMS)控制器366和客戶端裝置368。BMS控制器366可以包括一個或更多個計算機系統(例如，伺服器、督管控制器、子系統控制器等)，所述計算機系統充當空氣側系統300、水側系統200、HVAC系統100和/或為建築物10提供服務的其他可控制系統的系統層面控制器、應用或數據伺服器、頭結點或主控制器。BMS控制器366可以根據相同或不同協議(例如，LON、BACnet等)經由通信鏈路370與多個下遊建築物系統或子系統(例如，HVAC系統100、安全系統、照明系統、水側系統200等)通信。在各種實施例中，AHU控制器330和BMS控制器366可以是分開的(如圖3中所示)或集成的。在集成的實施方式中，AHU控制器330可以是被配置用於由BMS控制器366的處理器執行的軟體模塊。
在一些實施例中，AHU控制器330從BMS控制器366接收信息(例如，命令、設定點、操作邊界等)，並且向BMS控制器366提供信息(例如，溫度測得值、閥或致動器位置、操作狀態、診斷等)。例如，AHU控制器330可以為BMS控制器366提供來自溫度傳感器362-364的溫度測得值、設備開/關狀態、設備操作能力，和/或可以被BMS控制器366使用來監視或控制建築物區域306內的可變狀態或狀況的任何其他信息。
客戶端裝置368可以包括用於控制、觀看或者以其他方式與HVAC系統100、其子系統和/或裝置交互的一個或更多個人機接口或客戶端接口(例如，圖形用戶界面、報告界面、基於文本的計算機界面、面向客戶端的網絡伺服器、為網絡客戶端提供網頁的網絡伺服器等)。客戶端裝置368可以是計算機工作站、客戶終端、遠程或本地接口，或者任何其他類型的用戶界面裝置。客戶端裝置368可以是固定終端或者移動裝置。例如，客戶端裝置368可以是桌上型電腦、具有用戶界面的計算機伺服器、膝上型電腦、平板電腦、智慧型手機、PDA，或者任何其他類型的移動或非移動裝置。客戶端裝置368可以經由通信鏈路372與BMS控制器366和/或AHU控制器330通信。
現在參考圖4，其示出根據示例性實施例的建築物管理系統(BMS)400的框圖。BMS 400可以在建築物10中實施以自動監視和控制各種建築物功能。BMS 400被示出為包括BMS控制器366和多個建築物子系統428。建築物子系統428被示出為包括建築物電氣子系統434、信息通信技術(ICT)子系統436、安全子系統438、HVAC子系統440、照明子系統442、電梯/自動扶梯子系統432和消防安全子系統430。在各種實施例中，建築物子系統428可以包括更少的、附加的或者可替換的子系統。例如，建築物子系統428可以還包括或者可替換地包括製冷子系統、廣告或標識子系統、烹飪子系統、販售子系統、印表機或複印服務子系統，或者使用可控制的設備和/或傳感器來監視或控制建築物10的任何其他類型的建築物子系統。在一些實施例中，建築物子系統428包括如參考圖2-3所描述的水側系統200和/或空氣側系統300。
建築物子系統428中的每個可以包括用於完成它的各個功能和控制活動的任意數目的裝置、控制器和連接。HVAC子系統440可以包括許多與如參考圖1-3所描述的HVAC系統100相同的部件。例如，HVAC子系統440可以包括冷卻裝置、鍋爐、任意數目的空氣處理單元、經濟型裝置、現場控制器、督管控制器、致動器、溫度傳感器，以及用於控制建築物10內的溫度、溼度、空氣流或其他可變條件的其他裝置。照明子系統442可以包括任意數目的燈具、鎮流器、光照傳感器、調光器，或者被配置以可控制地調節被提供給建築物空間的光的量的其他裝置。安全子系統438可以包括住戶傳感器、視頻監控攝像機、數字錄像機、視頻處理伺服器、入侵檢測裝置、進入控制裝置和伺服器，或者其他安全相關的裝置。
再參考圖4，BMS控制器366被示出為包括通信接口407和BMS接口409。接口407可以促成BMS控制器366和外部應用(例如，監控和報告應用422、企業控制應用426、遠程系統和應用444、留駐在客戶端裝置上的應用448等)之間的通信，以允許對BMS控制器366和/或子系統428的用戶控制、監視和調整。接口407還可以促成BMS控制器366和客戶端裝置448之間的通信。BMS接口409可以促成BMS控制器366和建築物子系統428(例如，HVAC、照明安全、電梯、配電、商業等)之間的通信。
接口407、409可以是或者包括用於執行與建築物子系統428或其他外部系統或裝置的數據通信的有線或者無線通信接口(例如，插座、天線、發射機、接收器、收發器、電線端子等)。在各種實施例中，經由接口407、409的通信可以是直接的(例如，本地有線或無線的通信)或者經由通信網絡446(例如，廣域網(WAN)、網際網路、蜂窩網絡等)進行的。例如，接口407、409可以包括用於經由基於乙太網的通信鏈路或網絡發送和接收數據的乙太網卡和埠。又如，接口407、409可以包括用於經由無線通信網絡通信的WiFi收發器。又如，接口407、409中的一者或兩者可以包括蜂窩電話或行動電話通信收發器。在一個實施例中，通信接口407是電力線通信接口，而BMS接口409是乙太網接口。在其他實施例中，通信接口407和BMS接口409兩者為不同的乙太網接口或者相同的乙太網接口。
仍然參考圖4，BMS控制器366被示出為包括處理電路404，所述處理電路404包括處理器406和存儲器408。處理電路404可以被可通信地連接到BMS接口409和/或通信接口407，從而處理電路404及其各種部件可以經由接口407、409發送和接收數據。處理器406可以被實施為通用處理器、專用集成電路(ASIC)、一個或更多個現場可編程門陣列(FPGA)、一組處理部件，或者其他適合的電子處理部件。
存儲器408(例如，存儲器、存儲器單元、儲存裝置等)可以包括一個或更多個裝置(例如，RAM、ROM、快閃記憶體、硬碟儲存器等)，用於儲存數據和/或計算機代碼，所述數據和/或計算機代碼完成或者促成本申請中所描述的各種過程、層和模塊。存儲器408可以是或者包括易失存儲器或非易失存儲器。存儲器408可以包括資料庫組件、目標代碼組件、腳本組件，或者用於支持本申請中所描述的各種活動和信息結構的任何其他類型的信息結構。根據示例性實施例，存儲器408經由處理電路404被可通信地連接到處理器406，並且包括用於執行(例如，通過處理電路404和/或處理器406)本文所描述的一個或更多個過程的計算機代碼。
在一些實施例中，BMS控制器366被實施在單個計算機(例如，一個伺服器、一個機箱等)內。在各種其他實施例中，BMS控制器366可以遍及(例如，可以分散位置存在的)多個伺服器或計算機分布。此外，儘管圖4將應用422和426示出為存在於BMS控制器366的外部，然而在一些實施例中，應用422和426可以被主存在BMS控制器366內(例如，在存儲器408內)。
仍然參考圖4，存儲器408被示出為包括企業集成層410、自動化測得和驗證(AM&V)層412、需求響應(DR)層414、故障檢測和診斷(FDD)層416、集成控制層418，以及建築物子系統集成層420。層410-420可以被配置以從建築物子系統428和其他數據源接收輸入，基於所述輸入為建築物子系統428確定最優控制動作，基於所述最優控制動作生成控制信號，並且將所生成的控制信號提供給建築物子系統428。以下段落描述在BMS 400中由層410-420中的每個層執行的通用功能中的一些功能。
企業集成層410可以被配置以向客戶端或本地應用提供信息和服務以支持各種企業層面的應用。例如，企業控制應用426可以被配置以為圖形用戶界面(GUI)或者為任意數目的企業層面商業應用(例如，會計系統、用戶識別系統等)提供跨子系統的控制。企業控制應用426也可以或者可選地被配置以提供配置GUI，用於配置BMS控制器366。在又一些其他實施例中，企業控制應用426可以與層410-420一起工作，以基於在接口407和/或BMS接口409處接收的輸入最優化建築物性能(例如，效率、能源使用、舒適性或安全性)。
建築物子系統集成層420可以被配置以管理BMS控制器366和建築物子系統428之間的通信。例如，建築物子系統集成層420可以從建築物子系統428接收傳感器數據和輸入信號，並且向建築物子系統428提供輸出數據和控制信號。建築物子系統集成層420還可以被配置以管理建築物子系統428之間的通信。建築物子系統集成層420轉換跨多個多廠家/多協議系統的通信(例如，傳感器數據、輸入信號、輸出信號等)。
需求響應層414可以被配置以響應於滿足建築物10的需求來最優化資源利用(例如，電力使用、天然氣使用、水使用等)和/或這樣的資源利用的貨幣成本。所述最優化可以基於分時價格，開支削減信號，能源可用性，或者從公共事業供應商、分散式產能系統424、從能量儲存裝置427(例如，熱的TES242、冷的TES 244等)或者從其他來源接收的其他數據。需求響應層414可以從BMS控制器366的其他層(例如，建築物子系統集成層420、集成的控制層418等)接收輸入。從其他層接收的輸入可以包括環境或傳感器輸入，例如溫度、二氧化碳水平、相對溼度水平、空氣品質傳感器輸出、住戶傳感器輸出、房間安排等。輸入還可以包括諸如電力使用(例如，以kWh表示的)、熱負荷測得值、定價信息、預計定價、平滑定價、來自公共事業的開支削減信號等的輸入。
根據示例性實施例，需求響應層414包括控制邏輯以對它所接收的數據和信號作出響應。這些響應可以包括：與集成控制層418中的控制算法通信、改變控制策略、改變設定點，或者以受控制的方式激活/禁用建築物設備或子系統。需求響應層414還可以包括被配置以確定何時利用所儲存的能源的控制邏輯。例如，需求響應層414可以確定剛好在高峰用能時段開始之前開始使用來自能源儲存裝置427的能源。
在一些實施例中，需求響應層414包括控制模塊，所述控制模塊被配置以主動發起控制動作(例如，自動改變設定點)，所述控制動作基於表徵需求(例如，價格、縮減信號、需求水平等)的一個或更多個輸入或基於需求最小化能源成本。在一些實施例中，需求響應層414使用設備模型來確定一組最優的控制動作。設備模型可以包括，例如，描述輸入、輸出和/或由各組建築物設備執行的功能的熱力學模型。設備模型可以代表建築設備(例如，子設施、冷卻裝置陣列等)或各個裝置(例如，各個冷卻裝置、加熱器、泵等)的集合。
需求響應層414可以進一步包括或者利用一個或更多個需求響應策略定義(例如，資料庫、XML文件等)。策略定義可以被使用者編輯或調整(例如，經由圖形用戶界面)，從而響應於需求輸入發起的控制動作可以針對用戶的應用、期望的舒適水平、具體的建築物設備或者基於其他因素被定製。例如，需求響應策略定義可以指定哪個設備可以響應於特定的需求輸入被打開或關閉，一個系統或一件設備應該被關閉多久，什麼樣的設定點可以被改變，所允許的設定點調整範圍是什麼，在返回到正常安排的設定點之前要保持高需求設定點多久，多接近於方法能力極限，利用哪些設備模式，進入和離開能源儲存裝置(例如，儲熱罐、電池組等)的能量轉移比率(例如，最大比率、警報比率、其他比率邊界信息等)，以及何時分派(例如，經由燃料電池、電動發電機組等)能量的就地生成。
集成控制層418可以被配置以使用建築物子系統集成層420和/或需求響應層414的數據輸入或輸出來做出控制決策。由於由建築物子系統集成層420所提供的子系統集成，集成控制層418可以整合子系統428的控制活動，從而使子系統428起到單個集成的超級系統的作用。在示例性實施例中，集成控制層418包括控制邏輯，所述控制邏輯使用來自多個建築物子系統的輸入和輸出，以相對於單獨的子系統能夠單獨提供的舒適性和能源節省提供更好的舒適性和能源節省。例如，集成控制層418可以被配置以使用來自第一子系統的輸入為第二子系統做出能源節省控制決策。這些決策的結果可以被通信返回給建築物子系統集成層420。
集成控制層418被示出為邏輯上在需求響應層414之下。通過使得建築物子系統428及其相應的控制迴路能夠以與需求響應層414協調的方式被控制，集成控制層418可以被配置以增強需求響應層414的有效性。相對於常規系統，該配置可以有利地減少破壞性需求響應行為。例如，集成控制層418可以被配置以確保至用於冷卻水溫度的設定點的需求響應驅使的向上調整(或者直接或間接地影響溫度的另一個部件)不會導致風扇能量(或者用來冷卻一空間的其他能量)的增加，所述增加將導致比冷卻裝置處所節省的更多的總建築物能源使用。
集成控制層418可以被配置以向需求響應層414提供反饋，以使得需求響應層414檢查：即使當正在進行所需求的減負荷時也合適地保持約束條件(例如，溫度、光照水平等)。約束條件還可以包括設定點或感測邊界，它們涉及安全性、設備操作極限和性能、舒適性、防火規範、電氣規範、能源守則等。集成控制層418邏輯上也在故障檢測和診斷層416和自動測得和驗證層412之下。集成控制層418可以被配置以基於來自多於一個建築子系統的輸出向這些更高的水平提供計算出的輸入(例如，聚合)。
自動化測得和驗證(AM&V)層412可以被配置以驗證由集成控制層418或需求響應層414所命令的控制策略在正常工作(例如，使用由AM&V層412聚合的數據、集成控制層418、建築物子系統集成層420、FDD層416或者其他)。由AM&V層412作出的計算可以基於用於各個BMS裝置或子系統的建築物系統能源模型和/或設備模型。例如，AM&V層412可以將模型預測的輸出與來自建築物子系統428的實際輸出相比較以確定模型的精確性。
故障檢測和診斷(FDD)層416可以被配置以為建築物子系統428、建築物子系統裝置(即，建築物設備)提供持續的故障檢測，並提供由需求響應層414和集成控制層418所使用的控制算法。FDD層416可以接收來自集成控制層418、直接來自一個或更多個建築物子系統或裝置，或者來自另一個數據來源的數據輸入。FDD層416可以自動診斷所檢測到的故障並對其作出響應。對於所檢測或診斷的故障的響應可以包括向用戶、維護調度系統提供警報信息或者提供被配置以試圖修復故障或圍繞著故障工作的控制算法。
FDD層416可以被配置以使用在建築物子系統集成層420處可獲得的詳細子系統輸入來輸出故障部件或故障緣由(例如，鬆脫的風門聯接)的特定指示。在其他示例性實施例中，FDD層416被配置以向集成控制層418提供「故障」事件，所述集成控制層418響應於所接收的故障事件執行控制策略和對策。根據示例性實施例，FDD層416(或由集成控制引擎或商業規則引擎執行的策略)可以關閉系統或者直接控制故障裝置或系統周圍的活動，以減少能源浪費，延長設備壽命或者確保合適的控制響應。
FDD層416可以被配置以儲存或者訪問各種不同的系統數據儲存裝置(或實時數據的數據點)。FDD層416可以使用一些數據儲存裝置的內容來識別設備層面(例如，特定冷卻裝置、特定AHU、特定終端單元等)處的故障，並使用其他內容來識別部件或子系統級層面的故障。例如，建築物子系統428可以生成指示BMS 400及其各種部件的性能的臨時的(即，時間序列)數據。由建築物子系統428生成的數據可以包括測得的或計算出的值，所述測得的或計算出的值展示統計特性並且提供關於如何根據來自它的設定點的錯誤執行對應的系統或過程(例如，溫度控制過程、流動控制過程等)的信息。這些過程可以由FDD層416檢查，以揭露何時系統在性能方面開始退化並且提醒用戶要在它變得更嚴重之前修理故障。
HVAC裝置測試
現在參考圖5A-5B，示出根據示例性實施例的HVAC裝置測試系統500。在各種實施例中，HVAC裝置測試系統500可以被實施為BMS 400、空氣側系統300、水側系統200、HVAC系統100的部件，或者被實施為與系統100-400中任一個系統相互作用的單獨系統。HVAC裝置測試系統500可以被配置以測試各種HVAC裝置(例如，汽化器、冷凝器、冷卻裝置等)的流體流動特性，以便確定表徵穿過HVAC裝置的流體流動的兩個或更多個變量之間的關係。圖5A圖示說明「現場測試」實施方式，其中HVAC裝置測試系統500被使用來測試在顧客場所正在使用的特定HVAC裝置。圖5B圖示說明「工廠測試」實施方式，其中HVAC裝置測試系統500被使用來在工廠或其他非現場地點處測試各種HVAC裝置。下文會更詳細地描述這兩種實施方式。
在一些實施例中，由HVAC裝置測試系統500測試的變量包括流率和壓差ΔP。測試流率可以是流體流動536穿過被測HVAC裝置502的質量流率或者體積流率在一些實施例中，測試流率是由被安裝在被測HVAC裝置502的下遊或上遊的流率傳感器504測得的。在其他實施例中，流率傳感器504可以是與被測HVAC裝置502集成的，並且測試流率可以作為來自被測HVAC裝置502的數據輸出被提供。
壓差ΔP可以是被測HVAC裝置502或其部件兩側的壓降。在一些實施例中，使用在被測HVAC裝置502內集成的(例如，工廠安裝的)壓差傳感器505來測得壓差ΔP，並且將壓差ΔP提供作為來自被測HVAC裝置502的數據輸出。在其他實施例中，壓差ΔP由從被測HVAC裝置上遊的壓力P1減去被測HVAC裝置下遊的壓力P2來計算出(即，ΔP＝P1-P2)。上遊壓力P1和下遊壓力P2可以使用上遊壓力傳感器506和下遊壓力傳感器508來測得，如圖6所示。
具體地參考圖5A，示出根據示例性實施例的HVAC裝置測試系統500的現場測試實施方式。在該現場測試實施方式中，HVAC裝置測試系統500接收針對在顧客處正在使用的特定HVAC裝置502的測試變量的測得值。當在一定的流體流動條件範圍中操作被測HVAC裝置502時，HVAC裝置測試系統500可以被配置以採集(例如，測得)測試變量的多個數據點。例如，HVAC裝置測試系統500可以測得在多個不同壓力和/或流率下的壓差ΔP和對應的流率
HVAC裝置測試系統500可以使用所採集的數據點來訓練回歸模型，所述回歸模型因變於一個或更多個其他測試變量來預測測試變量中的一個。例如，HVAC裝置測試系統500可以使用測得的壓差ΔP和對應的流率來訓練回歸模型，所述回歸模型因變於壓差ΔP來估算流率如以下方程式中所示的：
其中參數a和b是由HVAC裝置測試系統500基於測試數據訓練出的回歸係數。應該理解，回歸模型僅是示例性的並且在各種實施例中其他形式或類型的回歸模型可以被HVAC裝置測試系統500使用。
在現場測試實施方式中，HVAC裝置測試系統500可以為被測HVAC裝置502提供回歸模型和/或回歸係數。在一些實施例中，回歸模型被儲存在被測HVAC裝置502的存儲器內。例如，HVAC裝置測試系統500被示出為將回歸係數a和b提供給被測HVAC裝置502。
一旦完成測試程序，就不再需要流率傳感器504並且可以將其從被測HVAC裝置502移除。在操作中，被測HVAC裝置502兩側的壓差ΔP可以使用集成的壓力傳感器505(如圖5A中所示的)或者上遊和下遊的壓力傳感器506和508(如圖6中所示的)來測得。被測HVAC裝置502可以使用所儲存的回歸模型來自動計算估算的流率有利地，該特徵允許被測HVAC裝置502確定和/或報告多個相關變量的值，而不需要獨立的傳感器來測得這些變量。
現在參考圖5B，其示出根據示例性實施例的HVAC裝置測試系統500的工廠測試實施方式。在工廠測試實施方式中，HVAC裝置測試系統500針對多個不同的被測HVAC裝置502執行測試程序。HVAC裝置測試系統500可以基於被測HVAC裝置502的一個或更多個特性將被測HVAC裝置502組織到多個組或群中。例如，HVAC裝置測試系統500可以基於裝置特性將一組被測熱交換器組織到群中，所示裝置特性例如是裝置類型、裝置製造商、型號代碼、材料管指標(MTI)、熱交換程數、水箱類型，和/或影響(或者相關於)HVAC裝置的性能(關於被測變量中的任一個)的任何裝置特性。在一些實施例中，HVAC裝置測試系統500將同一群內的多個HVAC裝置的測試數據組合起來，並且使用組合的測試數據來訓練用於該群的回歸模型。
由HVAC裝置測試系統500訓練的回歸模型和/或回歸係數可以被儲存在回歸係數資料庫532中。回歸係數資料庫532可以儲存每組回歸係數a和b與表徵所述回歸係數組適用在的一個或多個HVAC裝置的一個或更多個參數(例如，裝置類型、裝置製造商、型號代碼、MTI等)。回歸係數a和b可以從回歸係數資料庫532被檢索出並且被儲存在各種未被測HVAC裝置503或用於未被測HVAC裝置控制器507內，所述未被測HVAC裝置與用來生成回歸係數的被測HVAC裝置502具有相同或相似的特性。
在一些實施例中，回歸模型被儲存在與被測HVAC裝置502具有相似特性(例如，型號代碼、MTI、程數、水箱類型等)的其他的HVAC裝置內。例如，回歸係數資料庫532被示出為將回歸係數a和b提供給未被測HVAC裝置503。在一些實施例中，回歸模型被儲存在HVAC裝置的控制器中，而不是被存儲在HVAC裝置本身中。例如，回歸係數資料庫532被示出為將回歸係數a和b提供給未被測HVAC裝置509的控制器507。回歸係數a和b可以在分配給顧客之前(例如，在工廠時)被儲存在裝置503和507內，或者在之後的時間被上傳到裝置503和507(例如，經由通信網絡、經由可移除的儲存介質等)。
在操作中，未被測HVAC裝置503或509兩側的壓差ΔP可以使用集成的壓差傳感器505(如圖5B中所示的)或者上遊和下遊的壓力傳感器506和508(如圖6中所示的)來測得。在各種實施例中，壓差測得值ΔP被提供給未被測HVAC裝置509的控制器507，或者由未被測HVAC裝置503內部使用。未被測HVAC裝置503或未被測HVAC裝置509的控制器507可以使用所儲存的回歸模型來自動計算估算的流率有利地，該特徵允許未被測HVAC裝置503或未被測HVAC裝置509的控制器507確定和/或報告多個相關變量的值，而不需要獨立的傳感器來測得這些變量。參考圖6更詳細地描述HVAC裝置測試系統500的額外優點和特徵。
現在參考圖6，其示出根據示例性實施例的更詳細地圖示說明HVAC裝置測試系統500的框圖。HVAC裝置測試系統500被示出為包括數據通信接口510和處理電路512。數據通信接口510可以包括有線或無線通信接口(例如，插座、天線、發射機、接收器、收發器、線端子等)，所述有線或無線通信接口用於執行與被測HVAC裝置(例如，被測HVAC裝置502)、未被測HVAC裝置(例如，未被測HVAC裝置503、509)、傳感器(例如，傳感器504-508)、控制器(例如，控制器507、BMS控制器366)和/或其他外部系統或裝置的電子數據通信。經由接口510的通信可以是直接的(例如，本地有線或無線通信)或者經由通信網絡446(例如，WAN、網際網路、蜂窩網絡等)進行。例如，數據通信接口510可以包括經由基於乙太網的通信鏈路或網絡發送和接收數據的乙太網卡和埠。又如，數據通信接口510可以包括經由無線通信網絡通信的WiFi收發器。在一些實施例中，數據通信接口510被配置以使用BACnet通信協議來通信。
數據通信接口510可以從一個或更多個傳感器(例如，傳感器504-508)接收測得值，所述傳感器被配置以測得表徵穿過被測HVAC裝置502的流體流動536的多個變量。例如，數據通信接口510可以從傳感器504-508接收測得的壓力和/或流率，並且向處理電路512提供測得值。處理電路512可以被可通信地連接到數據通信接口510，從而處理電路512及其各種部件可以經由通信接口510發送和接收數據。
處理電路512被示出為包括處理器514和存儲器516。處理器514可以被實施為通用處理器、專用集成電路(ASIC)、一個或更多個現場可編程門陣列(FPGA)、一組處理部件，或者其他適合的電子處理部件。存儲器516(例如，存儲器、存儲器單元、儲存裝置等)可以包括一個或更多個裝置(例如，RAM、ROM、快閃記憶體、硬碟儲存器等)，用於儲存完成或促成本申請中所描述的各種過程、層和模塊的數據和/或計算機代碼。存儲器516可以是或者包括易失存儲器或非易失存儲器。存儲器516可以包括資料庫組件、目標代碼組件、腳本組件，或者用於支持本申請中所描述的各種活動和信息結構的任何其他類型的信息結構。根據示例性實施例，存儲器516經由處理電路512被可通信地連接到處理器514並且包括用於執行(例如，通過處理電路512和/或處理器514)本文所描述的一個或更多個過程的計算機代碼。
在一些實施例中，HVAC裝置測試系統500和處理電路512被實施在單個計算機(例如，一個伺服器、一個機箱等)內。在其他實施例中，HVAC裝置測試系統500的各種部件可以跨多個伺服器或計算機分布，所述多個伺服器或計算機可出現在分散的位置。例如，數據通信接口510可以接收來自傳感器504-508的測得值，並且向遠程處理電路512發送該測得值以用於進一步處理。在一些實施例中，處理電路512的一個或更多個部件使用基於雲的計算平臺，如由詹森控制公司(Johnson Controls,Inc.)出售的牌建築物效率平臺，來實施。
仍然參考圖6，存儲器516被示出為包括測試數據採集器518。測試數據採集器518可以被配置以採集測試數據，所述測試數據描述各種被測HVAC裝置502的流動特性。被採集的測試數據可以包括，例如，測得壓力、測得流率、測得溫度、測得溼度，或者描述穿過被測HVAC裝置502的流體流動536的任何其他類型的測得數據值。
儘管圖6中僅示出一個被測HVAC裝置502，然而應該理解，測試數據採集器518可以接收和儲存任意數目和/或類型的HVAC裝置的測試數據。在各種實施例中，被測HVAC裝置502可以是被動型HVAC部件或主動型HVAC部件。被動型HVAC部件可以包括，例如，熱交換器(例如，冷凝器、汽化器、冷卻盤管、加熱盤管、氣體冷卻器等)、流動控制元件(例如，管路、管道、管、限流器等)等。主動型HVAC部件可以包括，例如，冷卻裝置、加熱器、電子閥、壓縮機、風扇，或者通常需要能量以運轉的任何其他HVAC部件。
可以經由數據通信接口510從一個或更多個傳感器(例如，傳感器504-508)接收測得的測試數據。在一些實施例中，測試數據採集器518從被測HVAC裝置502中一個或更多個工廠安裝的傳感器接收測得的測試數據。例如，被測HVAC裝置502可以包括工廠安裝的壓差傳感器，所述工廠安裝的壓差傳感器被配置以測得HVAC裝置502兩側的壓差ΔP或其一部分(如圖5中所示)。在其他實施例中，測試數據採集器518從被安裝在被測HVAC裝置502的上遊或下遊的一個或更多個傳感器接收測得的測試數據。例如，測試數據採集器518可以從上遊壓力傳感器506接收上遊壓力P1，並且從下遊壓力傳感器508接收下遊壓力P2(如圖6中所示)。在一些實施例中，測試數據採集器518從被安裝在被測HVAC裝置502的上遊或下遊的流動傳感器504接收測得的測試數據。
在一些實施例中，測試數據採集器518接收兩個或更多個相關的變量的測得值，例如流率和壓差ΔP。在其他實施例中，測試數據採集器518接收單個測得變量的測得值，並且使所述測得值與其他相關變量的已知值或控制值相關聯。例如，存儲器516被示出為包括流動調節器520。流動調節器520可以被配置以調節(例如，調整、控制等)穿過被測HVAC裝置502的流率因此不需要測得所述流率在一些實施例中，流動調節器520通過向風扇或泵提供控制信號來調節流率所述風扇或泵被配置以對穿過HVAC裝置502的流率產生影響。流動調節器520可以向測試數據採集器518提供流率的已知值或控制值。
測試數據採集器518還可以採集指示被測HVAC裝置502的裝置特性的數據。裝置特性可以包括，例如，裝置類型(例如，冷卻裝置、熱交換器、管路等)、裝置製造商、型號代碼、冷凝器或汽化器代碼、材料管指標、程數、水箱類型等。裝置特性可以由用戶提供(例如，經由用戶界面534或網絡446)和/或連同測得的測試數據一起經由數據通信接口510接收。測得的測試數據和裝置特性可以被測試數據採集器518儲存在測試資料庫530中。測試資料庫530中的每個數據點可以包括測得壓力值和對應的測得流率值。在一些實施例中，測得的測試數據可以連同一個或更多個裝置特性的指示一起被存儲，所述一個或更多個裝置特性的指示描述了與測得的測試數據相關聯的被測HVAC裝置502。
仍然參考圖6，存儲器516被示出為包括測試變量計算器522。測試變量計算器522可以被配置以基於由測試數據採集器518採集的測得值來確定一個或更多個計算出的測試變量的值。例如，由測試數據採集器518採集的測得值可以包括上遊壓力P1和下遊壓力P2。測試變量計算器522可以從上遊壓力P1減去下遊壓力P2來計算被測HVAC裝置502兩側的壓差ΔP(即，ΔP＝P1-P2)。計算出的壓差ΔP隨後可以被用作回歸模型的輸入來生成回歸係數。
在一些實施例中，測試變量包括經計算的值，諸如焓、熵、流體密度，和/或無法被直接測得的其他值。測試變量計算器522可以使用熱力學關係來確定一個或更多個非測得的測試變量的值。例如，測試變量計算器522可以因變於測得的溫度/壓力來計算流體焓。又如，測試變量計算器522可以通過用測得的體積流率乘以已知的流體密度p來計算質量流率(即，)。質量流率隨後可以被用作回歸模型的輸入來生成回歸係數。在其他實施例中，體積流率被用作回歸模型的輸入來生成回歸係數，從而無需首先轉換成質量流率。計算出的測試變量可以與測試資料庫530中的測得的測試數據並排地被存儲。
仍然參考圖6，存儲器516被示出為包括裝置群524。裝置群524可以被配置以基於被測HVAC裝置的一個或更多個特性將被測HVAC裝置組織到多個組或群中。例如，裝置群524可以基於熱交換器特性將一組被測熱交換器組織到群中，所述熱交換器特性例如是裝置類型(例如，冷凝器、汽化器等)、裝置製造商、型號代碼、材料管指標(MTI)、程數、冷凝器或汽化器代碼、水箱類型，和/或影響(或者相關於)HVAC裝置的性能(相對於測試變量中的任一個)的任何裝置特性。
被裝置群524利用來將HVAC裝置組織到群中的裝置特性在本文中被稱作「群參數」。在一些實施例中，裝置群524將被測試的HVAC裝置組織到多個群中，從而使每個群中的所有裝置都具有相同的群參數組合。例如，被分配到一個群的所有HVAC裝置都具有在它們的型號名中相同的文字串(例如，「ABC～」，其中「～」是通配符)、相同的MTI數目和/或相同的程數。在一些實施例中，群參數由用戶提供(例如，經由用戶界面534或網絡446)和/或連同測得的測試數據一起被接收。例如，裝置群524可以使用戶界面534或客戶端裝置448為用戶顯示提示以指定用來將HVAC裝置組織到群中的一個或更多個群參數。
在其他實施例中，裝置群524基於預先定義的群標準(例如，型號名、MTI數目、程數)自動選擇或生成一個或更多個群參數。例如，裝置群524可以自動確定具有包括文字串「ABC」的型號名的HVAC裝置應該被分派給一個群，而具有包括文字串「DEF」的型號名的HVAC裝置應該被分派給另一個群。在一些實施例中，裝置群524自動地選擇群參數，所述群參數被估算以使得回歸模型與群化測試數據最佳地擬合。
在一些實施例中，裝置群524將多個HVAC裝置的測試數據組合在同一個群內。例如，裝置群524可以將測試資料庫530中的測試數據組織到多個群化組中。每個群化組可以包括對應於特定群內的HVAC裝置的所有測試數據(例如，測得的壓力和流率)。每組群化的測試數據可以被回歸模型訓練機526用來訓練不同組的回歸係數。
仍然參考圖6，存儲器516被示出為包括回歸模型訓練機526。回歸模型訓練機526可以被配置以基於測試資料庫530中的經測得和/或計算的測試數據來訓練回歸模型。訓練回歸模型可以包括使用測試數據生成回歸模型的一組係數。在一些實施例中，回歸模型訓練機526使用來自單個HVAC裝置的測試數據訓練回歸模型。在其他實施例中，回歸模型訓練機526使用針對一組相關的HVAC裝置(例如，具有共享的裝置特性的HVAC裝置)的一組群化測試數據訓練回歸模型。
回歸模型訓練機526可以被配置以執行回歸分析，其中測試數據通過函數被建模，所述函數因變於至少一個其他的流動相關的變量(例如，壓差ΔP)和一個或更多個模型參數(即，回歸係數)來預測流動相關的變量(例如，估算的流率)。在一些實施例中，回歸模型訓練機526執行非線性回歸，以生成以下非線性模型中的回歸係數a和b的值：
其中是由模型預測的流率，ΔP是作為輸入被提供至模型的壓差，而a和b是回歸係數或模型參數。來自測試資料庫530的測得流率和測得壓差ΔP可以作為輸入被提供至回歸模型訓練機526，並且被用來生成回歸係數a和b的值。
回歸模型訓練機526可以確定回歸係數a和b的值，從而所得到的函數與測試數據最佳地擬合。回歸模型訓練機526可以使用各種回歸技術中的任一種技術來確定a和b的值。例如，回歸模型訓練機526可以使用最小二乘回歸、普通最小二乘回歸、偏最小二乘回歸、總體最小二乘回歸、廣義最小二乘回歸、加權最小二乘回歸、非線性最小二乘回歸、非負最小二乘回歸、迭代再加權最小二乘回歸、嶺回歸、貝葉斯回歸，或任何其他合適的回歸技術。
由回歸模型訓練機526執行的回歸分析可以產生回歸係數a和b的值、回歸係數a和b的包容極限±L、指示擬合精確性的R2值，以及隨機誤差不確定性(RMSE)。包容極限±L可以基於預先定義的包容可能性(例如，95％、99％等)限定回歸係數a和b中的每個係數的值的範圍(例如最大和最小值)。在一些實施例中，RMSE值和/或包容極限被不確定性計算器528使用以確定由回歸模型估算的流率的不確定性。回歸模型訓練機526可以將回歸係數a和b、包容極限和/或RMSE值儲存在回歸係數資料庫532中。
在一些實施例中，HVAC裝置測試系統500將經訓練的回歸模型(即，模型方程式和回歸係數)儲存在被測HVAC裝置502的存儲器內。經訓練的回歸模型中的每個模型對應於被用來訓練回歸模型的一組測試數據並且可以被儲存在HVAC裝置的存儲器內，對應的測試數據從所述存儲器中被採集。一個或多個被測HVAC裝置502隨後可以基於測得壓差ΔP使用經訓練的回歸模型(例如，在操作期間)來估算流率
在一些實施例中，HVAC裝置測試系統500將經訓練的回歸模型儲存在類似於被測HVAC裝置502的一個或更多個未被測HVAC裝置的存儲器內。例如，用於被測HVAC裝置的群的經訓練的回歸模型可以被儲存在滿足群的群參數的一個或更多個未被測HVAC裝置(即，基於群參數會被組織到與被測HVAC裝置相同群中的裝置)中。例如，如果一個群包括具有「321」的MTI和包含字串「ABC」的型號名的所有雙程熱交換器，那麼對於該群所生成的回歸係數可以被儲存在同樣具有這些裝置特性的未被測熱交換器(例如，「ABC」家族中新型號的熱交換器)內。未被測HVAC裝置隨後可以使用經訓練的回歸模型(例如，在操作期間)來基於測得壓差ΔP估算流率
在一些實施例中，HVAC裝置測試系統500將經訓練的回歸模型和/或回歸係數提供給另一個系統或裝置。例如，經訓練的回歸模型和/或回歸係數可以被提供給BMS控制器(例如，BMS控制器366)、督管控制器和/或HVAC裝置的本地控制器。控制器隨後可以使用經訓練的回歸模型來基於測得壓差ΔP估算穿過HVAC裝置的流率
在一些實施例中，回歸係數被提供給FDD層416以用於故障檢測和診斷。例如，FDD層416可以將該回歸係數與基於先前的一組測試數據的先前的一組回歸係數作比較。如果這些回歸係數已經相比它們先前的值有明顯的改變，則可以通過FDD層416檢測到故障。經訓練的回歸模型和/或回歸係數可以儲存在本地，提供給外部系統或裝置和/或經由用戶界面534呈現給用戶。
仍然參考圖6，存儲器516被示出為包括不確定性計算器528。不確定性計算器528可以被配置以確定與各種測得或計算的值相關聯的不確定性。在一些實施例中，不確定性計算器528確定與回歸係數a相關聯的不確定性μa、與回歸係數b相關聯的不確定性μb、以及與壓差測得值ΔP相關聯的不確定性μΔP。不確定性計算器528可以使用不確定性μa、μb和μΔP來計算(或生成公式以計算)與由回歸模型估算的流率相關聯的不確定性
在一些實施例中，不確定性計算器528使用A類不確定性估算值來估算與壓差測得值ΔP相關聯的不確定性μΔP。A類不確定性估算可以包含數據採樣和統計分析。例如，在相同的操作條件下，不確定性計算器528可以獲得n個獨立的壓差測得值ΔP。如果不確定性為零，那麼所有獨立的壓差測得值ΔP將理想地為相同的；然而，測得值的不確定性致使測得壓力ΔP變化。不確定性計算器528可以使用以下方程式估算A類不確定性：
其中sΔP是壓差測得值ΔP的標準差，而n是壓差測得值的數目。
在其他實施例中，不確定性計算器528使用B類不確定性估算值來估算與壓差測得值ΔP相關聯的不確定性μΔP。B類不確定性估算可以基於從重新採集的經驗和/或製造商特定的包容極限和包容可能性獲得的啟發法。例如，如果測得誤差不是正態分布的，則不確定性計算器528可以使用以下方程式估算B類不確定性：
其中L表示包容極限(例如，±L)，p是包容可能性(例如，95％、99％等)，並且φ-1是反正態分布函數。包容極限±L和包容可能性p可以從用來測得壓差值ΔP的壓差傳感器的製造商說明書獲得。
在一些實施例中，不確定性計算器528使用B類不確定性估算值來估算與回歸模型係數a和b相關聯的不確定性μa和μb。由回歸模型訓練機526執行的回歸分析可以生成回歸模型係數a和b的值，以及包容極限±L和包容可能性pp的值。例如，對一組示例性測試數據的回歸分析可以產生以下信息：
a＝198.2[194.4,202]95％
b＝0.5759[0.5691,0.5827]95％
SSE＝3.07E3
R2＝0.9983
RMSE＝8.6592
這指示對於a，包容極限La是±3.8(即，a＝198.2±3.8)，對於b，包容極限Lb是±0.0068(即，b＝0.5759±0.0068)，並且包容可能性p是95％(即，p＝0.95)。從該信息，不確定性計算器528可以使用以下方程式估算出不確定性μa和μb：
在一些實施例中，不確定性計算器528計算(或生成公式以計算)與由回歸模型估算的流率相關聯的不確定性μF。如先前描述的，用於計算流率的模型可以具有形式不確定性μF可以取決於與回歸模型係數a和b相關聯的不確定性μa和μb、隨機誤差不確定性(RMSE)，以及與壓差測得值ΔP相關聯的不確定性μΔP。在一些實施例中，a、b和ΔP是獨立的並且每個都是正態分布的。
不確定性計算器528可以使用如以下方程式中所示的不確定性模型來計算流率不確定性μF：
<![CDATA[ μ F = ( Δ P b ) 2 μ a 2 + ( a l n ( Δ P ) ΔP b ) 2 μ b 2 + RMSE 2 + ( a b ΔP b - 1 ) 2 μ Δ P 2 . ]]>
在一些實施例中，不確定性計算器528假設測試數據沒有不確定性(即，μΔP＝0)。在這個假設下，不確定性模型可以被簡化如下：
<![CDATA[ μ F = ( ΔP b ) 2 μ a 2 + ( a l n ( Δ P ) ΔP b ) 2 μ b 2 + RMSE 2 . ]]>
不確定性計算器528可以為外部系統或裝置提供不確定性模型和/或不確定性模型參數(例如，μa、μb和/或μΔP的值)。例如，不確定性模型和/或不確定性模型參數可以被提供給被測HVAC裝置、未被測HVAC裝置、這些裝置的控制器、用戶裝置或者任何其他系統或裝置。在一些實施例中，不確定性模型和/或不確定性模型參數被提供給接收回歸模型係數a和b的相同的裝置，如參考回歸模型訓練機526所描述的那樣。在一些實施例中，不確定性計算器528將a、b和RMSE的值(由回歸模型訓練機526生成)和μa、μb和μΔP的值(由不確定性計算器528生成)插入到不確定性模型中，從而僅剩下的未知變量為μF和ΔP。HVAC裝置和/或控制器可以連同目前的壓力測得值ΔP一起使用不確定性模型來計算所估算的流率中的不確定性μF。
流率估算
現在參考圖7，其示出圖示說明根據示例性實施例的HVAC系統700的框圖。HVAC系統700被示出為包括各種被測和未被測的HVAC裝置702-712。HVAC裝置702、706和710是被測的HVAC裝置，而HVAC裝置704、708和712是未被測的HVAC裝置。被測HVAC裝置可以是其測試數據被測得並且被提供給HVAC裝置測試系統500的任何HVAC裝置。測試數據可以包括指示被測HVAC裝置兩側的壓差的壓力測得值(例如，P1、P2、ΔP)和指示穿過被測HVAC裝置的對應流率的流率測得值(例如，)。例如，被測HVAC裝置702、706和710被示出為分別向HVAC裝置測試系統500提供壓力/流動測得值716、718和720。未被測HVAC裝置可以是不會為了生成流率模型而向HVAC裝置測試系統500提供測得的測試數據的任何HVAC裝置。
HVAC裝置702-712基於一個或更多個群參數被組織到多個群中(即，群A、群B和群C)。HVAC裝置702-704屬於群A；HVAC裝置706-708屬於群B，而HVAC裝置710-712屬於群C。在一些實施例中，裝置群524將HVAC裝置702-712組織到群A-C中，以使得每個群中的所有裝置都具有相同的群參數組合。例如，被分派到群A的所有HVAC裝置具有它們的型號名中相同的文字串、相同的MTI數目和/或相同的程數。
HVAC裝置測試系統500可以使用每組壓力/流動測得值716-720來生成對應的一組模型參數722-726。例如，HVAC裝置測試系統500可以使用壓力/流動測得值716來為群A生成模型參數722。類似地，HVAC裝置測試系統500可以使用壓力/流動測得值718、720來為群B生成模型參數724，並且為群C生成模型參數726。每組模型參數722-726可以包括回歸模型參數(例如，回歸模型中的a和b)和/或不確定性模型參數(例如，不確定性模型中的μa、μb、μΔP和RSME)。回歸模型參數a和b和不確定性模型參數μa、μb、μΔP和RSME可以由回歸模型訓練機526和/或不確定性計算器528生成，如參考圖6所描述的那樣。
HVAC裝置測試系統500可以針對相應的群向被測和/或未被測HVAC裝置提供每組模型參數。例如，HVAC裝置測試系統500可以向被測HVAC裝置702和未被測HVAC裝置704提供模型參數722。HVAC裝置測試系統500可以向被測HVAC裝置706和未被測HVAC裝置708提供模型參數724。HVAC裝置測試系統500可以向被測HVAC裝置710和未被測HVAC裝置712提供模型參數726。在一些實施例中，HVAC裝置測試系統500向HVAC裝置的控制器提供模型參數，而不是向HVAC裝置本身提供模型參數。例如，HVAC裝置測試系統500被示為向未被測HVAC裝置712的控制器714提供模型參數726。
裝置702-714可以使用模型參數722-726來因變於壓差測得值ΔP來計算所估算的流率估算的流率可以使用以下方程式來計算：
其中壓差測得值ΔP是由HVAC裝置702-712測得的或者以其他方式對裝置702-714可用的新的壓差測得值ΔP。新的壓差測得值ΔP可以是不包括在壓力/流動測得值716-720中的最近的測得值。在一些實施例中，裝置702-714根據以下方程式使用模型參數722-726來計算所估算的流率不確定性μF：
<![CDATA[ μ F = ( ΔP b ) 2 μ a 2 + ( a l n ( Δ P ) ΔP b ) 2 μ b 2 + RMSE 2 + ( a b ΔP b - 1 ) 2 μ Δ P 2 . ]]>
在一些實施例中，裝置702-704使用估算的流率和/或不確定性μF，用於負荷預測、故障檢測和診斷、能量監控/報告，或者流率值可能有用的其他應用。例如，控制器714可以使用估算的流率和/或不確定性μF來生成被提供給HVAC裝置712的控制信號u。在一些實施例中，估算的流率和/或不確定性μF經由通信網絡被報告給督管控制器或客戶端裝置。
現在參考圖8，其示出根據示例性實施例的用於確定穿過HVAC裝置的流率的過程800的流程圖。在一些實施例中，過程800由HVAC系統100、水側系統200、空氣側系統300、BMS 400、HVAC裝置測試系統500和/或HVAC系統700中的一個或更多個部件來執行，如參考圖1-7所描述的那樣。
過程800被示出為包括測得HVAC裝置兩側的壓差和穿過HVAC裝置的對應流率(步驟802)。HVAC裝置可以是HVAC系統中任意主動型或被動型部件。例如，HVAC裝置可以是熱交換器(例如，冷凝器、汽化器、冷卻盤管、加熱盤管、氣體冷卻器等)、流體控制元件(例如，管路、管道、管、限流器等)、冷卻裝置、加熱器、電子閥、壓縮機、風扇，或者任何其他HVAC部件。壓差ΔP和流率可以在多個不同操作條件(例如，多個不同壓差值和對應的流率值)下被測得。在一些實施例中，壓差ΔP和流率可以是受控制的變量。在其他實施例中，壓差ΔP和流率兩者都可以是不受控制的變量。
步驟802可以包括使用一個或更多個傳感器測得壓差ΔP和流率在一些實施例中，傳感器中的一個或更多個是與HVAC裝置集成的工廠安裝的傳感器(例如，HVAC裝置內的壓差傳感器)。在一些實施例中，傳感器中的一個或更多個被定位在HVAC裝置的上遊或下遊(例如，上遊壓力傳感器、下遊壓力傳感器、流率傳感器等)。壓差ΔP可以被直接測得或者從HVAC裝置兩側的一對壓力測得值計算出。流率可以是質量流率或者體積流率。在一些實施例中，流率是使用臨時的流率傳感器來測得的，所述臨時的流率傳感器僅為測試目的被安裝並且一旦完成測試過程就被移除。
仍然參考圖8，過程800被示出為包括使用測得的壓差和對應的流率來訓練流率模型(步驟804)。在一些實施例中，流率模型是一非線性模型，該非線性模型因變於壓差ΔP和一個或更多個模型參數來估算流率例如，流率模型可以具有以下形式：
其中a和b是模型參數。
步驟804可以包括使用測得壓差ΔP和流率作為訓練數據來確定模型參數a和b的值。各種回歸技術中的任何一種都可以被使用來確定a和b的值。例如，步驟804可以包括使用最小二乘回歸、普通最小二乘回歸、偏最小二乘回歸、總體最小二乘回歸、廣義最小二乘回歸、加權最小二乘回歸、非線性最小二乘回歸、非負最小二乘回歸、迭代再加權最小二乘回歸、嶺回歸、貝葉斯回歸，或任何其他合適的回歸技術，以基於步驟802中接收的測得數據確定模型參數a和b的值。
在一些實施例中，步驟804包括將在步驟802中接收的測得的壓差ΔP和流率與針對另一個HVAC裝置的另一組測得的壓差ΔP和流率組合起來。例如，步驟802中接收的測得數據可以與同一群內的針對另一個HVAC裝置的測得數據組合在一起。同一群內的HVAC裝置可以具有一個或更多個共享的特性，如裝置類型(例如，冷凝器、汽化器等)、裝置製造商、型號代碼、材料管索引號(MTI)、程數、汽化器或冷凝器代碼、水箱類型，和/或影響(或者相關於)HVAC裝置的任何性能(關於步驟802中測得的變量中的任一個)的裝置特性。
在一些實施例中，步驟804包括識別與步驟802中接收數據的HVAC裝置相同的群中一個或多個HVAC裝置。步驟804可以包括將來自被識別的HVAC裝置的測得數據與步驟802中接收的測得數據組合，以形成一組群化的測試數據。每個群化組可以包括對應於特定群內的HVAC裝置的所有測試數據(例如，測得的壓力和流率)。在一些實施例中，在步驟804中，使用群化組中的所有的測得數據來訓練流率模型。
在一些實施例中，步驟804包括確定流率模型參數a和b中的不確定性(例如，μa、μb)、測得壓差ΔP中的不確定性(例如，μΔP)和/或隨機誤差不確定性(例如，RSME)，如參考圖6所描述的那樣。在一些實施例中，步驟804包括向HVAC裝置或HVAC裝置的控制器提供流率模型參數a和b和/或不確定性模型參數μa、μb、μΔP和RSME。
仍然參考圖8，過程800被示出為包括測得HVAC裝置兩側的新的壓差(步驟806)。新的壓差ΔPnew可以是以與步驟802中接收的壓差類似的方式測得的另一個(例如，更新的或者最近的)壓差值。例如，新的壓差ΔPnew可以通過工廠安裝的壓差傳感器來測得，或者基於上遊壓力測得值和下遊壓力測得值來計算。
過程800被示出為包括將新的壓差用作流率模型的輸入來估算穿過HVAC裝置的新的流率(步驟808)。步驟808可以包括使用步驟804中訓練的流率模型來估算流率
其中a和b的值在步驟804中被確定，並且步驟806中接收的新的壓差測得值ΔPnew代替壓差變量ΔP。在一些實施例中，步驟808包括計算所估算的流率的不確定性μF，如參考不確定性計算器528所描述的那樣。
在各種實施例中，步驟808被HVAC裝置、HVAC裝置的控制器，或者接收步驟804中生成的流率模型的任何其他系統或裝置執行。估算的流率可以連同新的壓差測得值ΔPnew一起作為來自HVAC裝置的輸出被提供。有利地，這允許HVAC裝置確定或報告兩個或更多個相關的變量的值，而不需要獨立的傳感器來測得每個變量。
現在參考圖9，其示出根據示例性實施例的用於確定穿過未被測HVAC裝置的流率的過程900的流程圖。在一些實施例中，過程900由HVAC系統100、水側系統200、空氣側系統300、BMS 400、HVAC裝置測試系統500和/或HVAC系統700中的一個或更多個部件來執行，如參考圖1-7所描述的那樣。
過程900被示出為包括測得第一HVAC裝置兩側的壓差以及穿過第一HVAC裝置的對應流率(步驟902)。第一HVAC裝置可以是HVAC系統中的任何主動型或被動型部件。例如，第一HVAC裝置可以是熱交換器(例如，冷凝器、汽化器、冷卻盤管、加熱盤管、氣體冷卻器等)、流動控制元件(例如，管路、管道、管、限流器等)、冷卻裝置、加熱器、電子閥、壓縮機、風扇，或者任何其他HVAC部件。壓差ΔP和流率可以在多個不同操作條件(例如，多個不同壓差值和對應的流率值)下被測得。在一些實施例中，壓差ΔP或流率可以是受控制的變量。在其他實施例中，壓差ΔP和流率兩者都可以是不受控制的變量。
步驟902可以包括使用一個或更多個傳感器測得壓差ΔP和流率在一些實施例中，傳感器中的一個或更多個是與第一HVAC集成的工廠安裝的傳感器(例如，第一HVAC裝置內的壓差傳感器)。在一些實施例中，傳感器中的一個或更多個被定位在第一HVAC裝置的上遊或下遊(例如，上遊壓力傳感器、下遊壓力傳感器、流率傳感器等)。壓差ΔP可以被直接測得或者從第一HVAC裝置兩側的一對壓力測得值計算出。流率可以是質量流率或者體積流率。在一些實施例中，流率是使用臨時的流率傳感器來測得的，所述臨時的流率傳感器僅為測試目的被安裝並且一旦完成測試過程就被移除。
仍然參考圖9，過程900被示出為包括使用測得的壓差和對應的流率來訓練流率模型(步驟904)。在一些實施例中，流率模型是因變於壓差ΔP和一個或更多個模型參數來估算流率的非線性模型。例如，流率模型可以具有以下形式：
其中a和b是模型參數。
步驟904可以包括使用測得壓差ΔP和流率作為訓練數據來確定模型參數a和b的值。各種回歸技術中的任何一種技術可以用來確定a和b的值。例如，步驟904可以包括使用最小二乘回歸、普通最小二乘回歸、偏最小二乘回歸、總體最小二乘回歸、廣義最小二乘回歸、加權最小二乘回歸、非線性最小二乘回歸、非負最小二乘回歸、迭代再加權最小二乘回歸、嶺回歸、貝葉斯回歸，或任何其他合適的回歸技術，以基於步驟902中接收的測得數據確定模型參數a和b的值。
在一些實施例中，步驟904包括將在步驟902中接收的測得的壓差ΔP和流率與針對另一個HVAC裝置的另一組測得的壓差ΔP和流率組合起來。例如，步驟902中接收的測得數據可以與同一群內的另一個HVAC裝置的測得數據組合在一起。在一些實施例中，步驟904包括識別與第一HVAC裝置相同的群內的一個或多個HVAC裝置。步驟904可以包括將來自被識別的HVAC裝置的測得數據與在步驟902中接收的測得數據組合，以形成一組群化的測試數據。每個群化組可以包括對應於特定群內的HVAC裝置的所有的測試數據(例如，測得的壓力和流率)。在一些實施例中，使用群化組中的所有測得數據來訓練步驟904中的流率模型。在一些實施例中，步驟904包括確定流率模型參數a和b的不確定性(例如，μa、μb)、測得壓差ΔP的不確定性(例如，μΔP)，和/或隨機誤差不確定性(例如，RSME)，如參考圖6所描述的那樣的。
仍然參考圖9，過程900被示出為包括測得與第一HVAC裝置具有一個或更多個共享特性的第二HVAC裝置兩側的壓差(步驟906)。共享的特性可以包括，例如，裝置類型(例如，冷凝器、汽化器等)、裝置製造商、型號代碼、材料管索引號(MTI)、程數、汽化器或冷凝器代碼、水箱類型，和/或影響(或者相關於)第一HVAC裝置的性能(關於步驟902中測得的變量中的任一個)的任何裝置特性。在一些實施例中，步驟906包括基於與第一HVAC裝置共享的一個或更多個特性來識別第二HVAC裝置。第二HVAC裝置可以被識別為與第一HVAC裝置相同的群中的任何裝置。
第二HVAC裝置兩側的壓差可以以與步驟902中接收的壓差相似的方式來測得。例如，第二HVAC裝置兩側的壓差可以由工廠安裝的壓差傳感器來測得，或者基於上遊壓力測得值和下遊壓力測得值來計算出。
過程900被示出為包括使用第二HVAC裝置兩側的測得的壓差作為流率模型的輸入來估算穿過第二HVAC裝置的流率(步驟908)。步驟908可以包括使用步驟904中訓練的流率模型估算穿過第二HVAC裝置的流率
其中a和b的值在步驟904中被確定，並且步驟906中接收的壓差測得值代替壓差變量ΔP。在一些實施例中，步驟908包括計算所估算的流率的不確定性μF，如參考不確定性計算器528所描述的那樣。
在各種實施例中，步驟908通過第二HVAC裝置、第二HVAC裝置的控制器，或者接收步驟904中生成的流率模型的任何其他系統或裝置來執行。估算的流率可以連同第二HVAC裝置兩側的壓差測得值一起從第二HVAC裝置作為輸出被提供。有利地，這允許第二HVAC裝置來確定或者報告兩個或更多個相關變量的值，而不需要獨立的傳感器來測得每個變量。
現在參考圖10，其示出根據示例性實施例的非線性回歸模型的曲線圖1000。曲線圖1000標繪出被測HVAC裝置群的流率與壓差ΔP的關係。曲線圖1000中表示的HVAC裝置中的每個具有滿足給定的一組群參數的裝置特性。例如，曲線圖1000中表示的HVAC裝置中的每個具有包括文字串「YK～M4～」(其中「～」字符是通配符)(例如，YKMQM4H9-EUG、YKMRM4K1-CWGS、YKM2M4K1-CAGS等)的型號名。曲線圖1000中表示的HVAC裝置中的每個還是具有266的MTI的雙程熱交換器。裝置群524可以使用這些和/或其他群參數來選擇包括在曲線圖1000中的HVAC裝置。
曲線圖1000被示出為包括若干組測試數據1002-1016。每組測試數據1002-1016對應於群內的被測HVAC裝置。例如，測試數據1002對應於HVAC裝置「YKMQM4H9～EUG」，測試數據1004對應於HVAC裝置「YKMRM4K1～CWGS」，測試數據1006對應於HVAC裝置「YKM2M4K1～CBGS」，以此類推。測試數據1002-1016中的每個數據點包括壓差值ΔP和對應的流率值可使用一個或多個傳感器採集測試數據1002-1016，所述傳感器被配置來為被測HVAC裝置測得壓差ΔP和對應的流率測試數據1002-1016可以被組合到一組群化的測試數據中並且被使用來訓練回歸模型。
曲線圖1000被示出為包括流率模型1018。如圖10中所示的，流率模型1018是非線性回歸模型。例如，流率模型1018可以具有形式其中係數a和b是使用測試數據1002-1016來訓練的。回歸模型訓練機526可以使用各種回歸分析中的任何一種來確定回歸係數a和b的最優值，如參考圖6所描述的那樣。最優值可以是使得流率模型1018與測試數據1002-1016最佳擬合的值。例如，由回歸模型訓練機526執行的回歸分析可以生成回歸係數a＝951.2和b＝0.4775，如參數顯示1020中所示的。回歸係數a和b和/或流率模型1018可以被提供給群中的被測HVAC裝置和/或滿足群參數的未被測HVAC裝置。HVAC裝置隨後可以使用流率模型1018因變於測得壓差ΔP來估算流率
由回歸模型訓練機526執行的回歸分析還可以生成回歸係數a和b的包容極限。例如，參數顯示1020指示a的包容極限為[925.9976.5](即，a＝951.2±25.3)，而b的包容極限為[0.46890.4862](即，和b＝0.4775±.0087)。95％的包容可能性被提供給這些包容極限中的每個。由回歸模型訓練機526執行的回歸分析還可以生成RMSE值，在參數顯示1020中被顯示為RMSE＝96.83。
參數顯示1020中所示的參數可以由不確定性計算器528使用以生成不確定性模型的參數(例如，μa、μb、RSME等)，如參考圖6所描述的那樣。不確定性模型參數和/或不確定性模型可以被提供給群中的被測HVAC裝置和/或滿足群參數的未被測HVAC裝置。HVAC裝置隨後可以使用不確定性模型來因變於測得壓差ΔP和不確定性模型參數來計算所估算的流率的不確定性μF。
現在參考圖11，其示出根據示例性實施例的流率模型的百分比誤差的曲線圖1100。曲線圖1100標繪出流率模型1018相對於測試數據1002-1016中包括的實際流率值的百分比誤差。如從曲線圖1100清楚看到的，流率模型1018具有大約8％的最大誤差，絕大部分誤差值在±2％內。這些結果指示流率模型1018是高度準確的並且可以被使用來提供對流率的準確估算。
現在參考圖12，其示出根據示例性實施例的用於確定穿過HVAC裝置的流率的過程1200的流程圖。在一些實施例中，過程1200由HVAC系統100、水側系統200、空氣側系統300、BMS 400、HVAC裝置測試系統500和/或HVAC系統700中的一個或更多個部件來執行，如參考圖1-7所描述的那樣。過程1200可以被使用以自動獲得HVAC裝置的回歸係數，並且使用所述回歸係數來估算穿過HVAC裝置的流率。
過程1200被示出為包括識別HVAC裝置(步驟1202)。HVAC裝置可以是HVAC系統中的任意主動型或被動型部件。例如，HVAC裝置可以是熱交換器(例如，冷凝器、汽化器、冷卻盤管、加熱盤管、氣體冷卻器等)、流動控制元件(例如，管路、管道、管、限流器等)、冷卻裝置、加熱器、電子閥、壓縮機、風扇，或者任何其他HVAC部件。步驟1202可以包括識別裝置的一個或更多個特性，如裝置類型、裝置製造商、型號代碼、材料管索引號(MTI)、熱交換程數、水箱類型，和/或描述HVAC裝置的任何裝置特性。
過程1200被示出為包括訪問回歸係數的資料庫(步驟1204)。回歸係數資料庫可以是本地資料庫或者經由通信網絡(例如，LAN、網際網路等)可訪問的遠程資料庫。回歸係數的資料庫可以包括不同類型的HVAC裝置的多組回歸係數a和b。每組回歸係數a和b可以與表徵一個或多個HVAC裝置的一個或更多個參數(例如，裝置類型、裝置製造商、型號代碼、MTI等)一起被儲存在回歸係數資料庫中，這組回歸係數組適用於所述一個或多個HVAC裝置。在一些實施例中，回歸係數資料庫通過執行參考圖5B-6所描述的HVAC裝置測試程序來壯大。
仍然參考圖12，過程1200被示出為包括確定係數是否可用於已被識別的HVAC裝置(步驟1206)。步驟1206可以包括判斷回歸係數資料庫中的任何組的回歸係數是否存儲有與被識別的HVAC裝置的特性匹配的參數。如果發現匹配，步驟1206可以包括確定係數對於所識別的HVAC裝置可用(即，步驟1206的結果為「是」)，並且可以從回歸係數資料庫中檢索對應的一組的回歸係數(步驟1210)。然而，如果沒有發現匹配，步驟1206可以包括確定這些係數對於被識別的HVAC裝置不可用(即，步驟1206的結果為「否」)，並且可以執行HVAC測試程序來獲得被識別的HVAC裝置的回歸係數(步驟1208)。在一些實施例中，HVAC裝置測試程序與參考圖5A所描述的現場測試程序相同或者類似。回歸係數可以被儲存在HVAC裝置或HVAC裝置的控制器內。
過程1200被示出為包括測得HVAC裝置兩側的壓差(步驟1212)以及使用測得壓差和回歸係數來估算穿過HVAC裝置的流率(步驟1214)。HVAC裝置的兩側壓差可以由工廠安裝的壓差傳感器來測得，或者基於上遊壓力測得值和下遊壓力測得值來計算。步驟1214可以包括使用流率模型來估算穿過HVAC裝置的流率所述流率模型是用在步驟1208或步驟1210中接收的回歸係數訓練的。例如，步驟1214可以包括使用模型來計算流率：
其中a和b的值是在步驟1208或步驟1210中獲得的回歸係數，而ΔP是在步驟1212中獲得的壓差測得值。
如在各個示例性實施例中所示的系統和方法的構成和配置僅是說明性的。儘管本公開僅詳細描述了一些實施例，然而許多修改是可能的(例如，大小、尺寸、結構、各個元件的形狀和比例，參數的值、安裝布置、材料的使用、顏色、取向等的變化)。例如，元件的位置可以被顛倒或者以其他方式改變，並且分立元件或位置的性質或數目可以更改或變化。因此，所有這樣的修改旨在被包括在本公開的範圍內。任何過程或方法步驟的順序或次序可以根據可替換的實施例改變或者重新排序。可以在設計、操作條件和示例性實施例的布置方面作出其他的替換、修改、變化和省略，而不背離本公開的範圍。
本公開預期到用於實現各種操作的任何機器可讀介質上的方法、系統和程序產品。本公開的實施例可以使用現有的計算機處理器，或者通過用於適當系統的專用計算機處理器(為這個或另一個目的被併入)，或者通過硬接線系統來實施。本公開範圍內的實施例包括程序產品，所述程序產品包括機器可讀介質，所述機器可讀介質上用於攜帶或者具有存儲於其上的機器可讀指令或數據結構。這樣的機器可讀介質可以是可通過通用或專用計算機或者具有處理器的其他機器訪問的任何可獲得的介質。例如，這樣的機器可讀介質可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM，或者其他光碟儲存裝置、磁碟儲存裝置或其他磁性儲存裝置，或者可以被用來以機器可讀指令或數據結構的形式攜帶或儲存期望的程序代碼的任何其他介質，所述介質可以通過通用或專用計算機或者具有處理器的其他機器訪問。當在網絡或另一種通信連接(或者硬線、無線，或者硬線或無線的組合)上將信息轉移並且提供給機器時，機器適當地將連接視為機器可讀介質。因此，任何這樣的連接被適當地稱作機器可讀介質。以上的組合也被包括在機器可讀介質的範圍內。機器可讀指令包括，例如，使得通用計算機、專用計算機或專用處理機執行某一功能或一組功能的指令和數據。
儘管附圖示出方法步驟的特定順序，但是步驟的順序可以不同於所描繪的。同樣，兩個或更多個步驟可以同時或者部分同時地執行。這樣的變化將取決於所選擇的軟體和硬體系統以及設計者的選擇。所有這樣的變化都在本公開的範圍內。同樣地，軟體實施方式可以以標準程序設計技術來實現，所述標準程序設計技術具有基於規則的邏輯和其他邏輯來實現各種連接步驟、處理步驟、比較步驟和決定步驟。