本申請涉及蓄熱型加熱器，并且具體地涉及確定蓄熱型加熱器的計費需要。

背景技術：

蓄熱型加熱器是眾所周知的電加熱源。傳統(tǒng)上，蓄熱型加熱器按照下述原理工作：可以在一天的特定時段期間向加熱器提供能量，并且所供應的能量可以在不同的時間段期間從加熱器釋放。圖1示出了蓄熱型加熱器100的示例。如圖1的示例所示，蓄熱型加熱器100包括形式為磚或其他材料如陶瓷的可加熱材料120，可加熱材料120位于蓄熱型加熱器100的殼體100內。然后使用電氣元件110對可加熱材料120進行加熱，以增加可加熱材料的溫度。然后，通過熱輻射和對流兩種方式的過程連續(xù)釋放所儲蓄的熱量。可以通過使用風門和/或與機械風扇相結合來增加熱傳遞的速度。蓄熱型加熱器100被設計成釋放熱量，并且通常具有不超過20％的保溫性。應當理解，工業(yè)標準將蓄熱型加熱器定義為具有這樣的保溫率。

傳統(tǒng)上，蓄熱型加熱器的使用在電網(wǎng)運營商提供雙電價電表的區(qū)域中是普遍的。這使得蓄熱型加熱器的加熱能夠在低成本電力期間起作用——例如在夜間當網(wǎng)絡上的總負荷小于峰值時間時。在這種非高峰期期間，蓄熱型加熱器的加熱必須足以使加熱器能夠在加熱之間的間隔期間向其所在的區(qū)域提供連續(xù)加熱。通常這些間隔可以長達12小時。在通常的已知運行模式中，從蓄熱型加熱器輸出的熱量采用如圖2所示的曲線，該曲線與用戶對熱的需求并不匹配。由于在連續(xù)過程中從蓄熱型加熱器輸出熱量，所以蓄熱型加熱器具有一個峰值輸出——如圖2的示例所示，在大約早上09:00發(fā)生。之后，蓄熱型加熱器提供熱量的能力降低，其結果是當用戶在一天中稍后的時間里需要額外的熱量時，加熱器不一定具有提供這些熱量的能力。

為了補償這種差異，許多加熱器制造商提供了用于在其加熱器中儲蓄熱量的附加能力。以這種方式，蓄熱型加熱器的電勢輸出被設計為大于實際所需。這通常通過將蓄熱材料加熱至700℃量級的溫度來實現(xiàn)。雖然這使得能夠在晚上稍后的時間里具有額外的加熱能力，但是這并未改變輸出曲線，其結果是在一天的早期部分也提供額外的熱量。這可能導致提供過多的熱量。這可導致房間被過度加熱以及熱量的浪費。

應當理解，在常規(guī)蓄熱型加熱器的能量輸入與熱量輸出之間存在直接關系，這意味著用戶對熱量輸出的控制非常有限，通常不超過總熱量輸出的15％。這使得加熱器相對地不響應于變化的天氣狀況和用戶所需。

這些問題中的許多在GB2384300中討論過，在GB2384300中，本發(fā)明人是署名的發(fā)明人。該專利描述了傳統(tǒng)蓄熱型加熱器的運行可以如何由輔助熱源進行補充，輔助熱源例如可以用于補充主熱源——蓄熱材料——的輸出的輻射元件。

技術實現(xiàn)要素：

本教示提供了一種基于使用歷史數(shù)據(jù)的自適應控制算法來確定蓄熱型加熱器所需的計費時間的方法。因此，本申請的第一實施方式提供了如權利要求1中詳述的方法。在從屬權利要求中提供了有利的實施方式。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖來描述本申請，在附圖中：

圖1示出了蓄熱型加熱器的示例；

圖2是蓄熱型加熱器的室內溫度對時間的曲線圖；

圖3是示出了根據(jù)本教示的實施方式的計費控制算法的示例的流程圖；

圖4是用于獲得加熱需求的查找表；

圖5是用于計算季節(jié)帶的查找表；

圖6是用于計算季節(jié)帶調節(jié)的查找表；

圖7是用于計算實際持續(xù)損耗的查找表；

圖8是示出了核心傳感器溫度、磚溫度與剩余能量之間的關系的查找表；

圖9是示出了核心傳感器溫度與磚溫度之間的關系的曲線圖；以及

圖10示出了計算運行時間調節(jié)的示例。

具體實施方式

本教示提供了一種用于根據(jù)與蓄熱型加熱器所位于的房間或內部空間的能量需要相關的某些參數(shù)來自適應地控制蓄熱型加熱器的計費時間的方法。

蓄熱型加熱器通常具有兩種控制：用于控制儲蓄的熱的總量的計費控制(通常稱為“輸入”)，以及用于控制釋放熱量的速率的通風控制(通常稱為“輸出”)。這些控制可以由用戶控制，或者當用戶在恒溫器上選擇目標室內溫度時可以自動運行。上述這種蓄熱型加熱器可以配備有用于顯示蓄熱型加熱器的各種特性(如輸入和輸出設置)的顯示面板。

根據(jù)本教示，提供了一種控制器，該控制器被配置成動態(tài)地修改蓄熱型加熱器的熱量吸收和輸出。控制器可以監(jiān)測下述中的一個或更多個以確定加熱器的未來供電需要：歷史數(shù)據(jù)、房間的熱損耗率、房間的熱特性和設備的實際運行使用。這提供了動態(tài)核心溫度裝置來提供最佳的能量儲蓄，并且使最大運行核心溫度最小化。這使得在非加熱期間的靜態(tài)損耗和總能量消耗最小化。

在一種配置中，控制器被配置成使得用戶能夠為使用設備的房間在規(guī)定時間內選擇期望的溫度。設備將基于這些選定的參數(shù)來提供輸出。通過監(jiān)視設備如何處理實際使用，設備可以動態(tài)地修改其供電需要以確保這種使用模式便利。

本教示涉及蓄熱型加熱器的計費控制。本發(fā)明人已經(jīng)認識到，可以根據(jù)諸如外部溫度、加熱器的持續(xù)損耗以及在一天中的某個時間處在蓄熱型加熱器中余留的剩余能量的因素來自適應地控制蓄熱型加熱器的計費。因此，在一般術語中，自適應控制將被理解為以下原理中的一個或更多個可以用于計算加熱器的適當?shù)挠嬞M控制方案：

●基于實際加熱器性能進行自適應；

●基于風扇運行時間進行自適應；

●基于升壓元件使用進行自適應；

●基于加熱需要進行自適應；·

●非高峰供應分布圖(profile)；

●剩余能量。

應當理解，任何一個自適應方案的細節(jié)可以變化，并且為了便于理解，現(xiàn)在將參照基于實際加熱器的自適應來描述示例性方法。

在這樣的實施方式中，根據(jù)本教示的用于自適應地控制房間或空間中的蓄熱型加熱器的計費時間的方法被描述如下。形式為計費控制算法的方法可以每天在預定時間運行，以計算下一天的加熱需求。例如，該方法可以在夜間例如在00:00執(zhí)行。執(zhí)行該方法的時間使得能夠在下一天之前并且根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對蓄熱型加熱器進行計費。

該方法包括至少下述步驟：確定加熱器的儲蓄能量需要；確定加熱器的背景熱需要；基于儲蓄能量需要和背景熱需要來確定每日能量需要(DER)；以及在預定時間處確定每日運行時間(DRT)，以基于每日能量需要(DER)來計算隨后時間段的計費時間。在本教示的上下文中將理解的是，每日運行時間(DRT)是指蓄熱型加熱器的計費時間。這些步驟期望在每個加熱周期之前被執(zhí)行。

圖3是示出了根據(jù)本教示的實施方式的計費控制方法300的示例的流程圖。

參照圖3，根據(jù)本教示的方法300包括：讀取用于加熱器的編程的加熱小時數(shù)(步驟310)。這些通常是用戶可以經(jīng)由設置在蓄熱型加熱器上的用戶接口來配置的。該加熱小時數(shù)將影響加熱器用于下一個加熱時間段所需的加熱能力。除了該參數(shù)之外，該方法還接收室內溫度設定點作為輸入(步驟320)，室內溫度設定點也可以是用戶可以經(jīng)由用戶界面來配置的。基于一年中的時間，該方法還提供對季節(jié)帶和偏移量的計算(步驟330)。該參數(shù)的使用是基于對不同季節(jié)具有不同加熱需求的理解，并且這可能與加熱器的性能要求有關系。前面列出的參數(shù)涉及用于未來加熱時間段的預期加熱需要。

除了使用對預期加熱需要的預測之外，根據(jù)本教示提供的方法還利用歷史數(shù)據(jù)。在一個方面中，這采用反映在該時間點處加熱器的實際狀況的多個參數(shù)。這可以包括下述中的一個或更多個：計算儲蓄能量需要(步驟340)；計算實際持續(xù)損耗(Kw)(步驟350)。

使用這些預測和實際條件，該方法然后可以執(zhí)行多個計算，包括：計算背景熱需要(kWh)(步驟360)；計算每日能量需求(DER)(kWh)(步驟370)；在前一天結束時計算剩余能量(kWh)(步驟380)；以及計算每日運行時間(DRT)小時參數(shù)(步驟390)。該DRT小時參數(shù)可以根據(jù)如下關系來計算：(每日能量需要(kWh)-剩余能量(kWh))/加熱器的額定輸入功率(kw)+用于自適應偏移舒適度的運行時間調節(jié)+在UI上設置的附加的額外計費運行時間。

儲蓄能量需求是編程的加熱小時數(shù)和每小時的加熱需求的函數(shù)。因此，可以通過將編程的加熱小時數(shù)乘以加熱需求來計算儲蓄能量需要。可以在蓄熱型加熱器的用戶界面上設置編程的加熱小時數(shù)。編程的加熱小時數(shù)可以基于用戶想要在蓄熱型加熱器所處的室內或空間中花費的時間量。如上面所提及的，還讀取用戶在用戶界面上設置的室內溫度設定點。室內溫度設定點通常在17℃與25℃之間。可以從基于蓄熱型加熱器的型號參考、季節(jié)帶、外部溫度和室內溫度設定點的查找表獲得每小時的加熱需求。圖4中示出了這樣的查找表的示例。每種加熱器型號可以具有不同的查找表。加熱器蓄熱型加熱器的型號參考可以從多種型號的蓄熱型加熱器中選擇，并且根據(jù)安裝在室內或空間中的蓄熱型加熱器的型號來選擇。

季節(jié)帶可以按如下來計算。查找表可以用于計算季節(jié)帶和季節(jié)帶偏移。參照圖5，季節(jié)帶可以被設置成從冬季月份到夏季月份不等的1和7之間的值。可以根據(jù)室內或空間中的每小時室溫最大變化速率來設置季節(jié)帶。可以在一天中的兩個或更多個小時的時間段內測量每小時室溫變化速率。計算季節(jié)帶未考慮蓄熱型加熱器風扇正在運轉或核心正在計費期間的室內溫度的變化率。在一天的預定時刻例如00:00處，從所收集的數(shù)據(jù)中選擇室內溫度的最大變化率。例如，每小時室內溫度最大變化速率在0與0.1之間可以對應于指示五月、六月、七月或八月的季節(jié)帶7。也就是說，在這些夏季月份中，在蓄熱型加熱器不活動的時間段中，室內溫度將存在相對小的變化。每小時室內溫度最大變化速率為-1.5可以對應于指示二月的季節(jié)帶1。

可以在實現(xiàn)算法的預定時刻例如午夜或00:00處基于設定點與實際室內溫度之間的差來調節(jié)季節(jié)帶。這被稱為季節(jié)帶偏移。該差通常是設定點減去實際室內溫度。可以使用蓄熱型加熱器所在的室內或空間中的溫度傳感器來測量實際室內溫度。季節(jié)帶調節(jié)可能在一天的預定時刻處例如在00:00處受到影響。季節(jié)帶的這種調節(jié)構成季節(jié)帶偏移。

將理解的是，在沒有足夠的信息以使得能夠計算季節(jié)帶調節(jié)的情況下，控制器可以被配置成使用系統(tǒng)內可用的實際日期值并且計算針對該日期的適當季節(jié)帶。

圖6示出了用于計算季節(jié)帶偏移或調節(jié)的查找表的示例。取決于設定點與實際室內溫度之間的差，可以在-3與2之間調節(jié)季節(jié)帶。例如，如果設定點與實際室內溫度之間的差大于或等于3，則季節(jié)帶調節(jié)可以是-3。然而，如果設定點與實際室內溫度之間的差僅為1，則季節(jié)帶調節(jié)可以是0。然而，最小季節(jié)帶可以被限制成1，而最大季節(jié)帶可以被限制成7。也就是說，當考慮到進行調節(jié)時，季節(jié)帶的下限為1，而季節(jié)帶的上限為7。例如，如果基于每小時室內溫度最大變化速率來確定季節(jié)帶為2并且在給出季節(jié)帶調節(jié)為-3的情況下設定點與實際室內溫度之間的差被測量為3，則季節(jié)帶將被調節(jié)成最小值1。

背景熱需要是一天中除了編程的加熱小時數(shù)之外的剩余時間和蓄熱型加熱器的實際持續(xù)損耗的函數(shù)。實際的持續(xù)損耗是指在蓄熱型加熱器不活動的情況下向環(huán)境的熱量損耗。例如，持續(xù)損耗可能發(fā)生在蓄熱型加熱器的風扇不活動的時間段期間。實際的持續(xù)損耗是季節(jié)帶的函數(shù)。圖7示出了用于計算實際的持續(xù)損耗的查找表的示例。參照圖7，實際的持續(xù)損耗取決于加熱器型號和季節(jié)帶。可以使用以下等式來計算背景熱需要：

背景熱需要(kWh)＝(24-編程的加熱小時數(shù))×加熱器的實際持續(xù)損耗(W)

每日能量需要(DER)是儲蓄能量需要和背景熱需要二者的函數(shù)。可以使用以下等式來計算DER。

每日能量需要(DER)(kWh)＝儲蓄能量需要(Wh)+背景熱需要(Wh)

每日運行時間(DRT)是每日能量需要(DER)的函數(shù)。DRT是指基于自適應控制蓄熱型加熱器需要被計費的小時數(shù)。根據(jù)以下公式來計算DRT小時：

每日運行時間(DRT)小時＝(每日能量需要(kWh)-剩余能量(kWh))/加熱器的額定輸入功率(kw)+用于自適應偏移舒適度的運行時間調節(jié)+附加的額外計費

可以在前一天結束時例如在執(zhí)行算法的預定時刻處計算剩余能量。剩余能量是蓄熱型加熱器的核心溫度的函數(shù)。圖8是示出了核心傳感器溫度、磚溫度和剩余能量之間的關系的查找表。圖9是示出了核心傳感器溫度與磚溫度之間的關系的曲線圖。與蓄熱型加熱器的核心相關聯(lián)的傳感器可以指示具有磚或其他材料(例如位于蓄熱型加熱器的殼體內的陶瓷)的形式的可加熱材料的溫度。核心溫度可以在如上面所提及的00:00處讀取。剩余能量是可加熱材料的溫度的函數(shù)。如本領域技術人員將理解的，剩余能量還可以是可加熱材料(例如磚)的質量和可加熱材料的比熱容的函數(shù)。每種加熱器類型可以在可加熱材料的質量方面具有不同的加熱器尺寸。

每種加熱器類型可以具有以Kw為單位的特定輸入功率額定值，例如其范圍在1.56KW和3.3KW之間。用于自適應偏移舒適度的運行時間調節(jié)是指可以納入到每日運行時間(DRT)中的附加計費時間。運行時間調節(jié)可以基于前一天的歷史來計算，并且在下次運行時間計算期間被添加至DRT。用于自適應偏移舒適度的運行時間調節(jié)可以按如下并且如圖10所示的那樣來計算。在晚間舒適時段(例如在17:00至00:00之間)期間，可以針對每小時來計算測量到的室內溫度(來自傳感器)與設定點(減去控制死區(qū))之間的差。可以在加熱器中的EEPROM中調節(jié)控制死區(qū)。在實施方式中，控制死區(qū)可以是0.2℃。僅當測量值小于設定點(減去控制死區(qū))時才測量該差。將每小時的差累加以獲得小時虧損攝氏度(HrC)。對于每個HrC虧損而言，可以添加計費時間。計費時間可以是例如每小時15分鐘。例如，如果HrC虧損是2.1HrC，則運行時間調節(jié)可以是2.1×0.25＝0.525小時。因此，對于下一個DRT計算，將DRT加上0.525小時。在實施方式中，計費時間可以在加熱器中的EEPROM中可編程。

圖10中示出了計算運行時間調節(jié)的示例。參照圖10，在時段17:00至00:00期間，室內溫度虧損達2小時(22:00至23:00以及23:00至00:00)。在時段22:00至23:00，平均虧損為(20.8-19.8)*1/2＝0.5HrC。在時段22:00至23:00，平均虧損為(20.8-18.8)*1/2＝1HrC。因此，總虧損為1.5HrC。為了獲得運行時間調節(jié)，將總虧損乘以每HrC的計費時間。也就是說，1.5HrC×0.25。因此，運行計時器調節(jié)為0.38小時或22.5分鐘。

在另一實施方式中，DRT可以由在蓄熱型加熱器的用戶界面上設置的附加額外的計費運行時間來補充。因此，總DRT可以按如下計算：

每日運行時間(DRT)小時＝(每日能量需要(Kwh)-剩余能量(Kwh))/加熱器的額定輸入功率(Kw)+用于自適應偏移舒適度的運行時間調節(jié)+附加的額外計費

本教示提供了一種用于在隨后的時間段內自適應地控制蓄熱型加熱器的計費時間的方法。采用計費時間算法的方法可以在每24小時的預定時刻處運行。通過根據(jù)最新確定的歷史數(shù)據(jù)(例如季節(jié)帶、加熱需求、設定點、編程的小時數(shù)、加熱器的持續(xù)損耗、加熱器中的剩余能量和其他因素)來控制蓄熱型加熱器的計費，可以計算更準確的計費時間，以滿足下一天的加熱需要。將要理解的是，當計算計費時間時，計費通常從關閉時間段的開始應用，這通常被稱為前計費。替代地，可以實現(xiàn)后計費處理，由此延遲開始時間，以確保計算的計費時間在可用計費時間段的最后一小時內結束。

在參照典型地在夜間的單個計費時間段已經(jīng)討論了計費的情況下，將理解的是，根據(jù)本教示的系統(tǒng)和方法可以提供分開的計費時間段：例如，夜間時間段加上下午時間段和傍晚時間段。系統(tǒng)還可以適于允許例如由供電公司取決于其每日負載需求(例如風力預報、負載預報)來確定的動態(tài)計費時間段。

盡管參照基于實際的加熱器性能的自適應控制描述了上述示例性實現(xiàn)方式，但將理解的是，動態(tài)控制中所使用的參數(shù)使用來自超出硬件細節(jié)的因素的輸入。任何一個加熱器的每日能量需要可以基于以下中的一個或更多個，其通常在由控制器訪問和處理的一個或更多個模塊中被實現(xiàn)：

基于風扇運行時間進行自適應

在加熱器包括風扇的情況下，每日能量需要可以從許多輸入中得到，許多輸入中包括編程的加熱小時數(shù)。這些是當需要選擇的舒適溫度時由用戶限定的時間段。將理解的是，正常操作將通常需要使用風扇來實現(xiàn)該舒適溫度。風扇運行的持續(xù)時間將影響加熱器的熱輸出：增加時間將會提供來自加熱器的熱輸出中對應增加。然而，在較溫和的條件下可能的是，來自加熱器的殼體的熱量足以在一天的部分中實現(xiàn)舒適條件，并且風扇不運行那么多。因此，重要的是，將信息發(fā)送回到控制器，該信息指示在前一天期間存在多少風扇操作，從而給出在下一天風扇將運行多少的預測。如果控制器獲悉風扇操作顯著地減少，則控制器向下自適應所需要的計算的能量。

基于升壓元件使用進行自適應

許多加熱器包含升壓元件以使得用戶能夠通過激活升壓元件暫時地增大加熱器的熱輸出。控制器可以被配置成在2天至3天的時間段內監(jiān)測升壓元件的使用，并且如果存在升壓元件的重復廣泛使用，則將自適應每日能量需要以增加儲蓄的能量，從而減少對升壓元件加熱的需要。可能存在需要運行升壓元件的許多原因，例如，不正確地設置加熱需求或者不正確地設置用于室內的加熱器尺寸。不管何種原因，過度使用升壓元件將會對運行成本具有不利影響。因此，控制器向上調節(jié)計算的能量需求，以從非高峰率儲蓄的能量提供更多的加熱。

基于加熱需要進行自適應

蓄熱型加熱器通常設置有使得用戶控制加熱時間段的持續(xù)時間和數(shù)量的設施，在該加熱時間段內，加熱器將在任何一個24小時時間段中是活動的。例如，如果用戶被提供有設施以激活4個加熱周期，則用戶將經(jīng)由用戶界面來設置加熱周期，從而每天選擇多達4個加熱周期。取決于這些加熱周期何時發(fā)生，能量需要可以非常不同。例如，在一天中均勻分布的加熱周期將與根據(jù)主要在夜間的長加熱周期儲蓄的所需能量不同。根據(jù)本教示的控制器可以在不同的加熱分布圖之間進行區(qū)分，并且相應地自適應計算的能量需要。

非高峰供應分布圖

蓄熱型加熱器通常根據(jù)在被稱為“非高峰”時間段期間對加熱器計費的原理進行操作。這通常在夜間，此時電力網(wǎng)絡上的負載處于其最低點，并且用戶被鼓勵通過不同的資費制度來使用該時間段。盡管最常見的非高峰供應分布圖是在夜間期間的連續(xù)七個小時的時間段，但網(wǎng)絡運營商可以提供或遇到其他分布圖。這些分布圖主要包括具有一天期間的一個或更多個附加時間段的較短的夜間時間段。這些“分開”的分布圖可以有利于用戶和能量供應商二者，但是僅在加熱器可以有效地利用這些分離的分布圖的情況下。根據(jù)本教示，控制器可以被配置成感測加熱器的計費，并且將計費與特定時間相關聯(lián)。以這種方式，控制器具有“學習”非高峰供應分布圖并且自適應能量需要以適應分布圖的能力。

剩余能量

為了優(yōu)化任何加熱器的加熱，本教示提供了一種其中控制器在每天結束時監(jiān)測儲蓄的能量的水平的布置。該能量被稱為剩余能量。控制器將自適應計算的能量需要以將剩余能量保持在最佳范圍內。

外部溫度分布圖

在某些配置中，根據(jù)本教示提供的控制器可以使用實際的天氣狀況來優(yōu)化加熱器的加熱方案。例如，當以通信模式被提供并且鏈接至廣域網(wǎng)或其他外部傳感器時，控制器可以接收實時天氣數(shù)據(jù)并且使用實時天氣數(shù)據(jù)來計算季節(jié)帶。

因此，將理解的是，根據(jù)本教示的控制器可以使用一組或更多組參數(shù)來動態(tài)地修改蓄熱型加熱器的加熱方案。在參照任何一個模塊進行描述的情況下將理解的是，一個模塊的各方面和元件可以與另一模塊的各方面和元件組合使用或替代其使用。

在本說明書中被使用時，詞語包括/包含用于指定闡述的特征、整體、步驟或部件的存在，但不排除一個或更多個其他特征、整體、步驟、部件或其組合的存在或添加。