在家庭环境中使用dchp单元来提供热水和集中供热是众所周知的。 例如，我们的国际专利申请PCT/GB03/001200介绍了包括斯特林发动机 的这样一种dchp单元。这些单元的益处在于，除了满足家庭集中供热和 热水需求之外，它们还可以用于以节能方式发电。如此产生的电力在家 庭对电力有需求的时候可以在家庭内部使用，或者可以返销给为家庭供 电的电力输送网。因此，可以减少从输电网汲取的净电量。dchp单元的 另一个优点是，如果发生停电，它们可以用于在家庭内供电。
因此，dchp单元本质上比家庭中采用的传统供热单元(比如供应热 水和/或集中供热的锅炉)更节能。就是说，这样的驱动力总是存在的： 不断提高能量供应的效率以在家庭中使用。这伴随着消费者对灵活性和 舒适度的期待。
本发明通过提供一种经过改进的能够实现对家庭中的电力使用进行 调度的改进方法的家用供热和供电系统来解决能量管理的问题。

针对这一背景，并且根据第一方面，本发明在于一种家用供热和供 电系统，包括dchp单元、dchp单元控制器、编程器模块和设置成与家用 电器进行通信的能量调度器。该dchp单元控制器、编程器模块和能量调 度器相链接，以允许在它们之间进行通信。这使得dchp单元能够在dchp 单元控制器的命令下操作，以产生用于对家庭供热的热量和/或为家庭提 供热水以及产生用来供应给家庭的电力。能量调度器可操作以接收来自 家用电器的功率要求信息并使家用电器进行工作。编程器模块可操作以 接收用户输入的数据并由此产生相应的供热和/或热水时间安排。进而， dchp单元控制器可操作以根据由编程器模块提供的供热和/或热水时间 安排确定dchp单元的工作时间并将dchp单元工作时间提供给能量调度 器。能量调度器随后可操作来使用这些dchp单元工作时间确定家用电器 的工作时间。
这样，可以使家用电器的工作得到优化，从而家用电器与dchp单元 的工作一致地进行工作。这样，由dchp单元的工作产生的电力可以用于 为家用电器供电。显然，不止一个家用电器可以与能量调度器协同工作。 在如此连接时这能够实现减少从输电网汲取的电力。
dchp单元控制器、编程器模块和能量调度器可以以不同的方式布置。 它们可以相当于位于不同地点的分立的物理实体。另选地，虽然是分立 的实体，但是dchp单元控制器、编程器模块和能量调度器中的两个或全 部三个可以位于同一地点。而且，dchp单元控制器、编程器模块和能量 调度器中的两个或全部三个可以不是物理上分立的。例如，dchp单元控 制器和编程器模块可以是诸如电路板或计算机之类的公用装置的不同功 能部分。第一示例电路板相当于电子实现方式，而第二示例计算机相当 于软件实现方式。实际上，dchp单元控制器、编程器模块和能量调度器 的集成(或它们的任何组合)可能使得不可能进行物理分立：它们可能 仅仅相当于公用装置的单纯的功能划分或者甚至是计算机程序代码的单 个块。
根据需要，家用供热和供电系统还包括适用于将dchp单元产生的电 力供应给输电网的与电力输送网的连接。这能够实现在产生了比一个家 用电器或多个家用电器消耗的电力多的电力的情况下将电力输出到输电 网中。
优选地，编程器模块可操作以显示与家用供热和供电系统相关的信 息。该信息最有可能与家用供热和供电系统的工作有关，比如供热或热 水时间安排、家用电器的工作时间安排、dchp单元的工作条件和维护信 息。在下面的本发明的优选实施例中给出了其它的示例。虽然某些信息 可以连续显示(比如家庭的当前温度)，但是大多数可得到的信息优选地 是在用户的要求下显示的。这样，用户或维护工程师可以选择他们希望 看到的信息。这可以得到具有菜单驱动的图形用户界面的编程器模块的 帮助，该图形用户界面使得用户能够通过由编程器模块呈现的分级菜单 查找到期望的信息。
根据需要，家用供热和供电系统还包括可操作用以与远程地点通信 的通信装置。远程地点很有可能是服务提供商或产品提供商(比如dchp 单元的燃料提供商或电力提供商)的地点。此外，编程器模块可以操作 以经由通信装置将关于供热和供电系统的信息发送给维修代理。通信装 置优选地包括可操作以通过电话网络进行通信的调制解调器，不过也可 以使用其它的链路，比如移动网络、无线电链路和卫星链路。
优选地，家用供热和供电系统还包括链接成能够实现与编程器模块 的通信的第一恒温器单元。方便地，该恒温器单元可操作以测量温度并 显示如此测量的温度，并且还包括可以使用户能够设定家庭温度的调节 装置。该调节装置可以是旋转拨盘等，并且根据需要，恒温器模块可以 显示当前家庭温度和由用户设定的家庭温度二者。
可以使用一个或更多个与第一恒温器单元进行通信的副控恒温器单 元。这在很大的家庭内或在房间分布在数个楼层上的情况下尤其有益处。 优选地，只有第一恒温器单元可以进行测量温度的操作，并且所有的恒 温器单元都可以进行显示如此测量到的温度的操作并且还包括使用户能 够设定家庭温度的调节装置。
本发明也可以用在多家协作的网络中。因此，根据第二方面，本发 明在于一种家用供热和供电系统，为家庭网络服务，包括集线器控制器、 连接家庭网络的电力输送装置和实现家庭网络与集线器控制器之间的通 信的通信装置。该家用供热和供电系统还包括配备有dchp单元、dchp单 元控制器和编程器模块的至少一个家庭，其中dchp单元控制器、编程器 模块和集线器控制器是链接起来的，以实现它们之间的通信。dchp单元 可以在dchp单元控制器的命令下进行操作以产生用于对该家庭供热的热 量和/或为该家提供热水以及产生用于在该家中使用和用于通过电力输 送装置供应到家庭网络中的电力。编程器模块可操作以接收由用户输入 的数据并由此产生相应的供热和/或热水时间安排。进而，dchp单元控制 器可操作以根据由编程器模块提供的供热和/或热水时间安排确定dchp 单元的工作时间。dchp单元控制器将这些dchp单元工作时间提供给集线 器控制器。
该家用供热和供电系统还包括配备有本地能量调度器的至少一个其 它家庭，该本地能量调度器设置成与集线器控制器和该家庭内的家用电 器进行通信。本地能量调度器可操作以从家用电器接收功率需求信息并 将该信息传递给集线器控制器，其中集线器控制器可操作以使用dchp单 元工作时间来确定家用电器的工作时间。该集线器控制器将家用电器工 作时间传送给本地能量调度器，本地能量调度器进而使家用电器依照该 时间安排进行工作。这样，可以在家庭网络上共享本发明的益处，在这 种情况下，有可能实现更大的能量效率。
根据第三个方面，本发明在于一种家用供热和供电系统，包括dchp 单元、dchp单元控制器和编程器模块。dchp单元可操作以在dchp单元 控制器的命令下产生用于对家庭供热的热量和/或为家庭提供热水以及 产生用来供应给家庭和/或与该家庭相连的电力输送网的电力。编程器模 块可操作以接收由用户输入的与具有起始和结束时间的时间段、该时间 段期间家庭的期望温度和/或在该时间段期间需要热水的确认相应的数 据，并且该编程器模块可操作以由此产生相应供热和/或热水时间安排。 dchp单元控制器可操作以依据由编程器模块提供的供热和/或热水时间 安排确定dchp单元的工作时间，从而在各个时间段的起始时间处家庭的 温度达到期望的温度和/或有热水可用。
这与使用户仅能设定时间段、各个时间段具有起始时间和接收时间 的家用供热和供电系统的标准操作不同。标准系统仅仅在起始时间点火 并且在结束时间切断。因此，热水和/或供热仅仅在用户输入的起始时间 之后的某些时候可以得到。结果，用户必须猜测所要输入的必要偏差量， 以确保在特定的期望时刻家庭得到加热和/或可以得到热水。
有益地，用户可以将每天分成任意数量的时间段并且输入相关的温 度和/或热水要求。这将会确保家庭整天保持在最小温度下。还能够实现 可以达到的家庭温度的很大的变化。
dchp单元通常包括主燃烧器和辅助燃烧器，其中主燃烧器的工作产 生电力，在这种情况下，dchp单元控制器优选地依照应当使辅助燃烧器 的点火最少化的规则确定dchp单元的工作时间。这样，主燃烧器的点火 被最大化，因此，电力的产生也被最大化(大多数当前的dchp单元并不 由辅助燃烧器的点火产生电力)。根据需要，dchp单元控制可操作以将 dchp单元工作时间确定为在设定了升高的期望温度的时间段的起始时间 之前有一段时间主燃烧器独自点火。虽然将会花费较长的时间才能达到 期望的温度，但是以这种方式，所产生的电量得到了最大化。
为了确保家庭在时间段的起始点达到期望的温度，dchp单元控制器 优选地可操作以接收代表家庭的温度的信息并预测对于时间段的起始点 家庭是否会按时达到期望温度，并且在预测结果是否定的情况下，可操 作以使辅助燃烧器点火从而确保对于时间段的起始点家庭会按时达到期 望温度。
可以采用确保使用最佳预热时段来在起始时间达到期望温度的各种 不同的方法。便利地，dchp单元控制器可操作以针对之前的多个日子记 录达到时间段的期望温度所花费的时间并使用这些时间确定使主燃烧器 独自点火期间的时段的长度。此外，dchp单元控制器可以根据需要进行 这样的操作：如果使辅助燃烧器点火来确保家庭在时间段的起始点之前 达到期望温度，则自动增大后续的主燃烧器独自点火期间的时段的长度。
根据需要，当在时间段的起始时间之前需要供热和热水二者时，dchp 单元控制器依照这样的规则来确定dchp单元工作时间：dchp单元在第一 时段进行工作，以刚好在dchp单元进行工作来提供供热的第二时段之前 提供热水。优选地，dchp单元控制器可操作以将dchp单元工作时间确定 为使主燃烧器在时段之间保持点火。这样，为了提高效率，主燃烧器可 以在两个时段内都保持开启。
根据需要，由dchp单元在dchp单元控制器的命令下在时间段期间 保持供热和/或热水，从而dchp控制器可操作以依照辅助燃烧器在点火 和空闲之间进行切换优先于在点火和空闲之间切换主燃烧器的规则确定 dchp单元的工作。这使得主燃烧器能够得到优先点火，从而使电力产生 量最大化。
有益地，dchp控制器可操作以使用家庭温度变化的速度的测量结果 控制辅助燃烧器和/或主燃烧器的点火速度。根据需要，家用供热和供电 系统还包括可操作以向dchp单元控制器供应家庭温度变化速度的测量结 果的基于热敏电阻的温度计。
优选地，对主燃烧器头部的温度进行监测，并且根据需要，dchp单 元控制器可操作以控制dchp单元以将主燃烧器头部温度维持为基本上为 550℃。dchp单元控制器可操作以进行通过改变经过主燃烧器的燃料的 流量来维持主燃烧器头部温度。根据当前优选的实施例，可以将dchp单 元控制器设置成，如果测量到了高于上限的主燃烧器头部温度，则将主 燃烧器切换到空闲状态。此外，可以将dchp单元控制器设置成，当测量 到高于下限但是低于上限的主燃烧器头部温度时，降低主燃烧器头部的 温度，而不将发动机燃烧器设定为空闲。
有益地，编程器模块可操作以接收由用户输入的、与具有起始和结 束时间的至少两组时间段、该时间段期间家庭的期望温度和/或在该时间 段期间需要热水的确认相应的数据，各个时间段跨越二十四小时的时段， 并且用户指示一周中的各天使用哪一组，并且其中dchp单元控制器每天 实施合乎要求的组。
根据另一个方面，本发明在于一种家庭内的能量调度方法，该家庭 包括dchp单元、dchp单元控制器、家用电器和能量调度器，该方法包括 以下步骤：用户选择热水和/或供热要求；dchp单元控制器调度dchp单 元的工作，以根据所选择的要求产生热水和/或供热时间安排；和能量调 度器调度家用电器的工作，以与dchp单元一致地工作。
根据再另一个方面，本发明在于一种为家庭提供供热和/或热水的方 法，该家庭包括dchp单元、dchp单元控制器、家用电器和能量调度器， 该方法包括以下步骤：用户选择具有起始和结束时间的时间段、该时间 段期间家庭的期望温度和/或在该时间段期间需要热水的确认；和dchp 单元控制器调度dchp单元的工作，以根据所选择的供热和/或热水要求 产生热水和/或供热时间安排，以使在各个时间段的起始时间家庭的温度 达到选定的温度和/或可以得到热水。
附图说明
为了更加容易地理解本发明，现仅以示例方式参照附图，在附图中：
图1是家用能量调度系统的框图；
图2是dchp单元的简化表示；
图3示出了对应于“上班”日的24小时时段的供热时间安排；
图4示出了对应于“在家”日的24小时时段的供热时间安排；
图5是示出了如何在中心供热设定点(chsp)周围的温度使发动机 燃烧器和辅助燃烧器进行工作的表；
图6示出了将燃烧器输出与风扇速度和混合器阀角度关联起来的映 射关系；
图7示出了图1的dchp单元的启动程序的相对定时；以及
图8是图7的启动程序期间家庭温度的图形表示。

图1中示出了家用能量调度系统10，它包括dchp单元12、dchp控 制器14、编程器(programmer)模块16、恒温器单元18、能量调度器 20、家用电器22和调制解调器24。dchp单元12包括用于为家庭供应热 量和热水的燃烧器和用于产生电力的斯特林发动机。dchp控制器14对 dchp单元12实施直接控制并且给出与dchp单元12的操作相关的信息， 同时能量调度器20针对家用电器22实现类似的功能。具体地，能量调 度器20给出与相连家用电器22的电力需求相关的信息并且响应于dchp 单元12发电的时间安排操纵相连的家用电器22。编程器模块16与dchp 控制器14和能量调度器20二者相连并且通过显示与能量调度系统10相 关的信息和通过接收来自用户的编程输入而起到用户用中央界面的作 用。此外，用户可以使用恒温器模块18设定温度。
dchp控制器14位于dchp单元12之内并且与编程器模块16进行通 信。编程器模块16给出由用户设定的工作时间安排，该工作时间安排对 应于多个时间段和在这些时间段内应当将家庭加热到的温度以及应当可 得到热水的时间段。dchp控制器14为dchp单元12确定工作计划，以满 足这些工作时间安排。另选地，编程器模块16可以为dchp单元12确定 工作时间安排。在这种情况下，dchp控制器14可能相当于用于将编程器 模块16提供的信号转换成适用于控制dchp单元12的信号的装置(即， 实际上是通信管理器)。
能量调度器20与选定的家用电器22相连，比如洗衣机、滚筒烘衣 机和洗碗机。它还与调制解调器24相连，从而允许与服务提供商进行通 信。服务提供商可以提供象燃气供应的费用以及从输电网输入的电力的 费用和输出到输电网的电力的收益之类的信息。除了所掌握的与所相连 的家用电器22的电力需求和dchp单元12的预计电力供应相关的信息之 外，使用通过调制解调器24接收到的信息，能量调度器20可以对所相 连的家用电器22的工作进行调度。
现在将更加详细地介绍家用能量调度系统10的各个组成部分。
dchp单元
图2中示出了可以用于对家进行供热并且还可以用于为家庭供应热 水的dchp单元12。此外，dchp单元12可以用于发电，所发的电既可以 在家庭内部用掉，也可以反送到为该家庭供电的电力输送网中。
dchp单元12是围绕着斯特林发动机26建立的。发动机26优选地 是线性自由活塞斯特林发动机，这种发动机的操作在本领域中是公知的。 为了在dchp单元12中使用，该发动机的电力输出应当是高达16安培的 单相输出。
斯特林发动机26由发动机燃烧器28的热输出驱动。该燃烧器28被 供应燃气供应30，燃气供应30在阀门34的控制下与空气供应32相混合。 混合流由风扇36输送给发动机燃烧器28。这驱动斯特林发动机26由线 性交流发电机产生电力输出38。在冷却器40处将热量从斯特林发动机中 提取出来，冷却器40本质上是热交换器，由泵42泵送的水沿着管线44 穿过冷却器40。然后在热交换器46中，穿过冷却器40的水被发动机燃 烧器28中排出的已经对斯特林发动机26的头部进行了加热的排出气体 进一步加热。
为了对水进一步加热，并且还为了提供斯特林发动机26不工作时的 独立程度，设置了辅助燃烧器48来加热热交换器46内的水。辅助燃烧 器48被供应了燃气供应30，燃气供应30在阀门52的控制下与空气供应 50混合。由风扇36将混合流输送给辅助燃烧器48。风扇36通过分流阀 53将空气输送到混合器阀34和52，分流阀53确保正确的空气流到达各 个混合器。在另选的设计中，使用分立的风扇将空气输送到这两个燃气/ 空气混合器阀34、52。这消除了使用分流阀的必要性，但是与单独一个 风扇的设计方案相比，这种设计方案会带来严重的重量、成本和效率方 面的损失。可以看出，辅助燃烧器的工作并不产生电力，因为它并不驱 动斯特林发动机26。
从发动机燃烧器28和辅助燃烧器48排出的已经在热交换器46中贡 献出了它们的热量的排放气体沿着烟道(flue)54排出。这样，斯特林 发动机26产生了电力输出38和热输出56，后者可以用来例如满足家庭 热水需求、供应集中供热系统或在组合设备(“组合”锅炉)中既满足家 庭热水需求又供应集中供热系统。
dchp单元12被设计用于直接向家用网(净)提供高达4kW的电力， 并因此与来自输电网的电力相结合。
dchp控制器
dchp控制器14装纳在dchp单元12之内，并且在dchp单元12上 配备有相关的显示器，用来显示关于dchp单元12的当前工作的信息， 这一信息也可以用来在编程器模块16处观看。dchp控制器14没有用于 直接数据输入的装置：代之地，它从编程器模块16接收信息。
在本实施例中，dchp控制器14的目的是使dchp单元12的工作自 动进行，从而在实现所有必要的安全功能的同时使操作成本最小。dchp 控制器14从编程器模块16接收与每24小时时段内的所需温度时间安排 有关的信息。dchp控制器14将这些时间安排转换为24小时时段内的工 作计划，所述工作计划能够使dchp单元12的发动机燃烧器28和辅助燃 烧器48尽可能经济地工作。
dchp单元12仅当对集中供热或热水有需求的时候才进行工作。在 工作的时候，发动机26将会产生电力并且将这一电力与来自电力输送网 的电力供应组合在一起输送到家庭电路之内。dchp控制器14根据它所做 出的工作计划通过编程器模块16通知能量调度器20接下来24小时之内 的发电时间安排。
dchp控制器14使用阀门34和52以及风扇36来启动和停止发动机 燃烧器28和辅助燃烧器48二者并且与热需求成比例地调节它们的操作。 通过调节经过发动机燃烧器28和辅助燃烧器48的质量流的速率来控制 气体质量流而对热需求的响应加以影响。这一速率是由自适应算法确定 的，这种自适应算法考虑了一次水路(primary water circuit)中的热 惯性和该水路中的输送延迟，使得它能够计算热需求和相应的质量流。 根据本地存储的映射表(比如图6中所示的映射表)将这些质量流换算 成相应的风扇速度和混合器阀角度。在我们的共同未决专利申请 GB0305566.2中，可以找到这种操作方法的更加详细的内容。取决于热需 求的大小，使燃烧器28和48之一或两者工作。
dchp控制器14还管理交流发电机与输电网的连接与断开。当达到 发动机头部的目标温度时，使dchp单元12与输电网相连，当发动机头 部温度降低而低于下限或者当发动机产生的电力降低而低于下限时，使 dchp单元12与输电网断开。如果市电电源(mains supply)超出针对频 率和电压设定的极限之外，也会断开。
编程器模块
编程器模块16代表与用户的主要界面，并且根据该实施例，在物理 上，其与dchp单元12分离，不过它们也可以位于相互接近的位置上(例 如，都在厨房中或储藏室中)。其它的布置也是可行的，下面将就此进行 介绍。
编程器模块16包括用于将信息和指示显示给用户的显示器以及使 用户能够输入信息的按钮和拨盘。按钮和拨盘的功能是灵活多变的，是 与呈现在显示器上的信息相关联地加以操作的。用户使用编程器模块16 来输入调度信息。例如，可以通过编程器模块16加以改变的功能包括开 启和关闭供热、选择不同的供热时间安排(例如，用于用户在家时的日 子的“在家”，用于用户工作时的日子的“上班”，或者在“经济”和“快 速”模式之间选择)、设定日期和时间以及查看统计信息。该统计信息可 以包括：到目前为止所产生的电量；当前产生电力的绝对数量或者占当 前需求的分数或百分数；用于将各个值清零的重置功能(类似于汽车里 程表的短程里程表)；最后一次重置的日期，从而可以确定总能量的数量； 和安装日期和/或工作小时数，以便实现与保修期和维护时间安排进行比 较。
此外，编程器模块16起到与dchp控制器14、能量调度器20和恒 温器单元18交换信息的集线器的作用。在某些当前设想的实施例中，能 量调度器20并不包含在能量调度系统10中，在这种情况下，编程器模 块16直接与调制解调器24相连，从而诊断数据能够发送给服务提供商 或维修中心。
在能量调度系统10不正确工作时，编程器模块16可以显示错误和 警告。某些错误可能要求用户进行dchp单元12或能量调度系统10的重 置，并且这是使用编程器模块16进行的。
恒温器单元
虽然可以在编程器模块16上设定温度，但是还配备了一个或更多个 恒温器单元18，从而允许在家中的其它位置设定温度。恒温器单元18包 括显示器和旋转拨盘：用户可以通过旋转该拨盘来设定家庭内应当加热 到的温度，直到显示出了期望的温度。所配备的恒温器单元18的数量总 地来说取决于家的大小：额外的恒温器单元18是为了便于避免需要在家 庭四处走动很远才能调节温度设定而配备的。在家延续几个楼层的情况 下或者在编程器模块16位于几乎不使用的家庭部分中(例如，在储藏室 内)的情况下，配备额外的恒温器单元18尤其有益处，在后一种情况下， 可以将恒温器单元18置于诸如起居室或卧室之类的频繁使用的房间内， 或者置于诸如走廊或楼梯平台之类的主要通道中。
在安装了多个恒温器单元18的情况下，一个单元起到主控器18a的 作用，而其它的单元是副控器18b。所有的恒温器单元18都能够用于设 定温度，但是只有主控器单元18a给出温度度数。恒温器单元18以分级 方式网连起来，使得主控器单元18a与编程器模块16相连，而副控器单 元18b与主控器单元18a相连。此外，恒温器单元18可以在它们的显示 器上示出系统错误消息，以确保任何故障都可以由用户尽可能快地注意 到。
能量调度器
能量调度器20提供编程器模块16与家中要借助能量调度系统10加 以操纵的其它电器22之间的链接。为了简明起见，能量调度器20没有 与用户间的直接界面，而是通过编程器模块16进行通信，从而用户仅具 有单个界面。因此，编程器模块16可以给出全部家庭能量状态和消耗预 测。
将与任何时刻的可用电力和下一24小时之内的预测可用电力(是从 dchp单元12的工作计划得出的)相关的信息传送给能量调度器20。能 量调度器20然后可以依照存储在它的存储器内的本地调度算法确定使用 这一电力和从输电网引入额外电力(在有此必要的情况下)的最经济方 式。
通过编程器模块16将诊断数据从dchp控制器14发送到能量调度器 20。这些数据通过能量调度器20所连接的调制解调器24作为常规更新 的一部分发送给服务提供商。反过来，同一服务提供商或者一个或多个 其它服务提供商将最新费率信息(针对电力引入/输出和供应燃气的费 率)发送给能量调度器20，供能量调度算法使用。在无法得到在线费率 信息的情况下，取而代之，可以使用所存储的费率数据，这一数据可由 用户定期更新。这样，即使当服务提供商的链路(或调制解调器)不可 用时，也可以得到能量调度系统10的益处。
家用电器
原则上，任何类型的家用电器22都可以与能量调度器20相连。不 过，并不是所有的家用电器22都适于进行能量调度，因为它们提供的是 按需服务(比如电视)。诸如洗衣机、滚筒烘衣机和洗碗机之类的电器22 可以在它们的工作定时方面有一定灵活性地加以操纵，所以明显适于与 能量调度器20相连。
调制解调器
使用的是标准调制解调器24，它使得能量调度器能够通过诸如电话 线、无线电链路、宽带网之类的数据链路与位于服务提供商、维修中心 或其它类似地点处的远程计算机服务器进行通信。
用户编程
英国的大多数集中供热/热水控制器是依照由用户设定的相当于两 个“开”循环(在该开循环期间，将家庭加热到使用恒温器设定的温度) 的时间段进行工作的。家庭的加热仅仅在各个“开”循环的起始点开始， 从而在家庭达到设定温度之前会有延迟。在“开”循环结束时，加热关 闭，并且家庭温度会降低到环境温度。因为大多数用户需要在设定的时 间(例如，当他们早上起床时或当他们下班回家时)达到设定温度，并 且因为在“开”循环之间不对温度进行控制，因而这种工作方法并不特 别方便。此外，这种方法并不考虑外部条件，这些外部条件对加热时间 和所达到的温度有明显影响。
本实施例采用另选的工作方法，其中，用户将一天分成任何数量的 时间段58并且针对各个时间段58为家庭选择温度60。因此，家庭的温 度总是受到控制的。在图3和4中示出了一个示例。图3相当于“上班” 日，此时用户只在24小时时段内的某些有限时段期间在家。针对家里没 人和整个夜晚的时段设定的是较低的温度(15℃)，针对午餐时间和傍晚 早些时候(early evening)设定的是中等温度(20℃)，而针对早晨和 傍晚晚些时候(late evening)设定的是较高的温度(23℃)。图4相当 于“在家”日，此时将家庭整日保持在中间温度(20℃)上。
此外，将由用户设定的时间段58的起始时间实现为应当达到该时间 段的温度60时的时刻。因此，加热系统将会先于起始时间开始工作，以 确保到达该起始时间之时达到较高的选定温度，或者先于起始时间切断 供热，以使得家庭能够冷却到较低的选定温度。这是由图3和4的线62 表示的，这些线62代表家庭的温度。
为了在选定时间达到选定温度而开始或结束加热时的时间是针对内 部空气温度、外部空气温度、dchp单元12的加热功率、家庭大小和家庭 的隔热质量而计算出来的。这一信息由dchp控制器14使用以确定将家 庭加热到较高的选定温度的最经济方式，下面将更加详细地对此加以介 绍。
除了上面介绍的“上班”和“在家”程序之外，还可以设定任何数 量的其它程序来为用户提供最大的舒适度。例如，可以使用“度假”程 序将家庭保持在较低的温度下。因此，当用户离开家去度假时，用户可 以快速且方便地将程序切换为将家庭暂时保持在对家庭植物和其它娇弱 物品有益的期望最小温度下的时间安排。除了任何防冻保护之外，这可 以是比如在dchp单元12内的水温降低到临界水平(例如，大约5℃) 以下时点燃辅助燃烧器来防止水冻结。位于dchp单元12内的温度传感 器使用dchp单元12是加热系统中的温度最低点的假设。这通常是实际 情况，因为dchp单元12一般位于车库或储藏室内。不过，对于这一假 设不再适用(例如，位于阁楼中)的情况，温度传感器应位于远处。
维护
除了为用户提供界面之外，编程器模块16还为登门的维护工程师 (在维修期间或在系统安装期间)提供了界面。这样，可以呈现给维护 工程师比传统加热设施可得到的信息更为详尽的信息，比如：
●安装期间和用于更新的系统信息
○程序/集成电路版本
○错误历史，例如最后十个错误代码的记录
○用于设定本地语言(英语、法语、德语等)的地理位置、温度格 式(℃、)和日期格式(31/12/03、12/31/03)
●温度读数
○内部/外部气温
○恒温器温度
○流出/流回温度
○平衡/发动机头部温度
●dchp单元12配置，以实现下列调节
○开/关发动机26
○开关预加热
○重新设置辅助预启动时间调节
○调节辅助预启动时间
反运转策略
当dchp单元12完全变热时，应当将其操纵成在确保将发动机燃烧 器28的点火率保持为最小的同时维持家庭内的稳定温度。这是通过调整 辅助燃烧器48何时点火来实现的。这一调整具有对于任何所需的热需求 都将热交换器46内的温度保持得尽可能低的效果，从而使冷凝效率最大 化。由于dchp单元管路的末级内的水温较低，所以这会增大加热的平均 效率，并且因而在经济的角度上有益处。
在正常工作期间，为了最小化发动机26的开/关周期，可以使用其 它一些策略。这些策略的目的在于减轻有时造成需求小于发动机燃烧器 输出而在另一些时候造成需求大于发动机燃烧器输出的系统负荷波动的 影响。除非采取先发制人的动作，否则这一波动将会导致燃烧器28和48 之一或二者的无效运转。燃烧器28和48的频繁运转除了是无效的以外， 还将会明显缩短它们的使用寿命。
在流出温度设定点周围设置了保护带，以定义出对应于如何使用发 动机燃烧器28和辅助燃烧器48的区域。在图5中示出了这些区域。
当出现了热需求信号时，启动发动机26。当发动机头部温度读数为 500℃时，启动定时器。如果在八分钟之后流出温度低于chsp- δeng_neg，则辅助燃烧器48将会点火(其中chsp是集中供热设定点温 度，而在本实施例中将δeng_neg设定为5℃)。当流出温度再次降低到 chsp-δeng_neg以下时，定时器重新启动并且根据上述方式和如图5所 示那样控制辅助燃烧器48。在图5中，在本实施例中将δsup_pos设定为 5℃，并且将δeng_pos设定为10℃。
因此辅助燃烧器48的控制是基于由k型热电偶测得的发动机头部温 度而进行的。为了安全起见，将最大加热器头部温度(图5中的“max temp”)限定为600℃：如果超出了这一温度，则关闭发动机燃烧器28 并且通过使交流发电机停转来停止发动机26。还针对峰值温度和铁心温 度对发动机燃烧器28的工作加以调整。峰值温度是设施冷却管路内的最 高温度并且不应当超过85℃。铁心温度是交流发电机内的磁铁的温度并 且不应超过上限，以避免造成磁铁强度和/或磁铁寿命的损失。
系统升温
如前所述，家用能量调度系统10由用户编程，从而使dchp单元12 进行工作，以确保家庭在到设定时间时达到设定温度。通常用户会在要 求对家庭加热的同时要求可以使用热水。确切地，dchp单元12如何工作 来加热家庭和供应热水是由dchp控制器14确定的。
已经发现，对于dchp单元12来说，总体效率更高的做法是，在发 动机燃烧器28和辅助燃烧器48一起同时点火(如果需要)的短时段68 之前有初始预热时段64和66，而不是在最快的可能时间内尝试提供热水 和集中供热设定温度。
在家庭结构造成的损耗较低的情况下(这是大多数现代家庭的情 况)，使用dchp单元12通过单独利用发动机燃烧器28来提升家庭的温 度而满足供热要求是比较有益的。
这样，仅仅在热负荷大于发动机燃烧器28独自可以供应的热负荷的 预热时段64和66期间使用辅助燃烧器48。仅仅对于dchp单元12产生 的电力的利益超出通过家庭的结构损失的热量的花费的时段才使用预热 时段64和66。例如，能量调度器20可以指出，将洗衣机设定为工作， 从而可以使该洗衣机在热水预热64和中央供热预热66期间使用由dchp 单元12产生的电力进行工作。
设Qmax为家庭造成的临界热损耗，高于Qmax时利用中央供热预热66 是不经济的，Qmax可以由电力与燃气价格(是通过调制解调器24提供的) 的比和估计出来的家庭内电力需求(是由能量调度器20告知的)确定。 家庭造成的热损耗是外墙的热传递系数(U，U值根据建筑规范)、墙壁的 总表面面积(A)以及内部和外部气温(Tin，Tout)的函数，从而
U×A×(Tin-Tout)＜Qmax
对于中央供热预热66的操作是经济的。乘积U×A可以由dchp控制 器14通过学习针对各种外部温度Tout对各种不同的热输入的Tin的历史响 应来确定。
Tin和Tout可以通过将读数供应给dchp控制器14的传感器来测量。 Tin可以根据主控恒温器单元18a确定并且通过编程器模块16告知给dchp 控制器。Tout可以根据在dchp单元的燃气入口处或附近的恒温器(未示出) 确定，但是从经济的角度来讲，优选地使用位于设施内部的进口气流内 的温度传感器(例如，容器温度传感器)。当dchp单元12不工作时，需 要在短时间段内使进气风扇工作，以使得可以采样外部温度Tout。
在家庭造成的较高的结构损耗表明采用发动机燃烧器预热时段64 和66不经济的情况下(即，在房子以等于或大于供应热量的速度损失热 量的情况下)或者在预热时段期间产生的电力没有效益的情况下，dchp 单元利用预定预热时段进行工作，以确保热水和/或中央供热设定点温度 在设定时间上或之前得到满足。这个时段可以例如在只需要中央供热的 情况下是30分钟或者在中央供热和热水二者都需要的情况下是60分钟。
图7表示dchp单元12如何工作才能在到设定时间时供应热水和加 热家庭。最开始，在64处，发动机燃烧器28点火，以便在设定时间之 前供应热水。接着，在66处，使用发动机燃烧器28来在时间安排之前 提供集中供热。
理想地，单独使用发动机燃烧器28来提供中央供热预热66，但是 这个工作时段之后可以跟着使发动机燃烧器28和辅助燃烧器48二者全 功率工作的时段68，以便在设定时间之前将家庭温度升高到设定温度。 如图8所示，如果dchp控制器14检测到发动机燃烧器28独自提供的房 间加热速度不足以在指定的时间(tCH)达到所需的温度，则在中央供热 预热时段66的最后一段内开启辅助燃烧器48。因此，仅仅在使发动机燃 烧器48独自点火不足以在可接受的时间内将家庭升温到设定温度的情况 下才在预热时段64和66期间使用辅助燃烧器48。
可以将发动机燃烧器28和辅助燃烧器48二者可以全功率运转的短 时段68安排成与中央供热时段66相连续，从而发动机燃烧器28可以始 终保持工作(没有无效的燃烧器中间冷却)。
热水时间安排
在设定时间之前提供热水是在同时有对热水和供热的需求的情况下 和单独提供热水和供热(例如，在非组合型供热系统中)的情况下或者 同时提供它们需要比发动机燃烧器28独自能够给出的热力更多的热力的 情况下可使用的选择方案。显然，在热水和集中供热需求不同时发生的 情况下，不需要包含64处的热水预热。
使用热水预热时段64能够实现热负荷从辅助燃烧器48向发动机燃 烧器28的转移，从而增大了dchp单元12的电力产生量，并且因此提高 了总体工作效率。由于大多数热水罐隔热性能是非常好的，因为在估算 使发动机燃烧器28点火和开始64处的热水预热的适当点时，可以忽略 损耗。确定何时使发动机燃烧器28点火的关键准则是，刚好在中央供热 预热66被调度开始之前，热水应当达到适当的温度，以便避免发动机燃 烧器28的开/关循环(on/off cycling)。很明显，达到一定温度所花费 的时间取决于水在加热之前的温度和最终要达到的温度。这个时间很容 易由dchp控制器14使用由热敏电阻给出的热水罐中水的温度读数确定 出来。
自适应预测
将dchp控制器14设置为用于从dchp单元12的正在发生的历史中 进行学习，以提高预测所需预热时间的精度。dchp控制器14监测达到所 需房间温度所需要的时间，并且存储来自前十个加热时段的时间。如果 辅助燃烧器48已经由于仅仅使用发动机燃烧器28造成房间加热速度不 足而在预热时段68期间点火，这将会反映为：用于在将来的预测中使用 而记录的加热提前量增加。当前加热时段的预热时段64和66的长度是 由这些存储值计算出来的(是加权平均值)。
虽然上面的“经济”工作模式在经济方面是有益的，但是会有很多 时候用户希望家庭的温度升高得尽可能快。为了满足这一要求，编程器 模块16使用户能够在经济模式和“快速”模式(在这种模式下，通过使 发动机燃烧器28和辅助燃烧器48二者以全功率点火，在尽可能短的时 间内提供供热和热水)之间进行切换。一旦家庭达到了温度，就可以在 保持发动机燃烧器28继续运转的同时调整辅助燃烧器48，以保持在设定 温度上。
燃烧器控制
为了将房间温度保持在其安排好的水平Tch上，与本领域中通常采用 的简单双金属片设计的检测器不同，使用了基于热敏电阻的检测器。这 使得能够检测到温度变化的速度，与到达设定温度时开关的简单开/关触 发器不同。通过针对较高的房间温度变化速度将点火速度(进入发动机 燃烧器28的混合物的质量流)调节到较大的程度并且在房间温度变化速 度较小的情况下将点火速度调节到较低的程度，可以对发动机燃烧器的 点火速度进行优化，以实现最大化发动机工作(这从经济的角度来说是 希望出现的)。通过以这种方式对温度变化做出反应，仅仅在需要比发动 机燃烧器28独自能够满足的加热速度要高的加热速度的情况下，才使辅 助燃烧器48点火。
对于正常条件下斯特林发动机26的最高效工作而言，发动机头部温 度应当尽可能长时间地保持在其最佳温度(550℃)上。在超过了预设房 间温度Tch的情况下，可能需要降低头部温度，这将会导致产能效率和输 出降低。为了保证用户的舒适度，可以容忍这种情况，直到房间温度回 复到预设水平Tch。一旦达到这一温度，就可以重新开始正常的发动机燃 烧器控制，即，保持最佳加热器头部温度，以给出最大产能效率。下面 的发动机燃烧器控制过程用来确保这一条件在正常工作时段期间得到满 足。
通过发动机燃烧器28的气体流是使用两个轴来加以控制的：发动机 头部温度的变化速度(δThh)和头部温度误差(εThh)。前一个值可以简 单地由
δThh＝Thh，之前-Thh，当前
得出，其中Thh，之前是之前的头部温度，而Thh，当前是当前的头部温度。 后一个值可以简单地由
εThh＝Thh，设定-Thh，当前
得出，其中Thh，设定是头部设定温度。两个轴的斜率是由两个可以使 用编程器模块设定的变量控制的：R斜率和E斜率。控制输出(Cout)是根据
Cout＝(εThh×E斜率)+(δThh×R斜率)
计算出来的。
将这一控制输出换算成发动机燃烧器质量流最大值与最小值之间差 值的百分比(Cout(％))并且将其加到之前的质量流输出上，即
Mout，当前＝Mout，之前+Cout(％)
其中Mout，当前是计算出来的燃烧器质量流速度，而Mout，之前是之前的燃 烧器质量流速度。对新的输出值进行范围检查，以确保它不会超出最小 和最大流量设定值。
对辅助燃烧器48使用相应的控制过程，由与流温度的变化速度和流 温度误差相应的两个轴开始。
功率调度
如上所述，能量调度器20通过调制解调器24接收来自服务提供商 的与引入电力的当前价格、外销电力价值和引入燃气的价格相关的信息。 这一信息用于确定是dchp单元12产生电力还是简单地从输电网引入电 力更为经济。此外，能量调度器20确定使与其相连的家用电器22进行 工作的最经济时间。这样，能量调度器20启动这些家用电器22并且监 测它们的工作状态。将这一信息通过编程器模块16按要求告知给用户。
家庭自动化的新发展能够实现家用电器22的远程控制。例如，可以 为在WiFi网络之类的网络中的各个家用电器22安装低成本的接收机， 以使它们可以与能量调度器20进行通信，而不需要大量的硬连线。可以 为各个家用电器22分配唯一的因特网地址，以实现通信。在EP1,217,475A 中介绍了这样的设置。
基于网络的能量调度
我们的国际专利申请PCT/GB03/001200介绍了一种通过“集线器” 控制器进行工作的数个家庭的局域协同操作网络。这样，来自网络中连 接的任何一个家庭的电力需求可以由网络内安装的dchp单元12中的任 何一个来加以满足。
与集线器控制器相关联的能量调度器20能够实现相连家庭内电器 工作和dchp单元12的工作的协调，以最小化总网络能量成本。这总体 上代表使dchp单元12以最优方式工作来满足供热需求，和调度家用电 器22以缓和整体网络电力需求。这样，可以使价格较高的来自输电网的 电力输入最小化。就是说，能量调度器20在判定从输电网汲取电力更为 经济的情况下会从输电网汲取电力。
变型例
本领域技术人员可以明显看出，可以对上述实施例进行变形，而不 会超出本发明的范围。
例如，上述实施例介绍了dchp单元控制器14与编程器模块16物理 上分离开、但是它们之间能够进行通信的布局。如上面所讨论的，并不 必须如此。图9和10给出了两种实施例，其中物理上分离开的dchp单 元控制器14和编程器模块16由单个主控制系统70取代，这个主控制系 统给出了它们的组合功能。这样，主控制系统70接收用户输入、由此得 出供热和热水时间安排并且还确定了dchp单元12的工作时间。
主控制系统70是在单个控制板上实现的。两个分立的电路区域处理 前面介绍的由dchp单元控制器14执行的功能。第一个区域是加热控制 器72，而第二个区域是发动机管理系统74。数据总线76将两个区域联 系起来，以在这两个区域72和74之间提供数据流。
发动机管理系统74负责使斯特林发动机26以可能的最高效方式进 行工作。具体来说，发动机管理系统74负责下列功能。
●发动机/输电网连接/断开
●输电网不稳定性保护(或者ENS，德国的电源有功损耗检测系统)
●输电网的独立功能(GIM)
●功率监测(包括发动机稳定性检查)
●发动机头部温度控制算法(将要求输送给加热控制72来进行加热 调节)
●安全功能
加热控制器72管理dchp单元12的加热元件，比如发动机燃烧器 28和辅助燃烧器48。具体来说，加热控制器72负责下列功能。
●安全功能
●气体输送(train)控制(风扇速度、空气分流器阀位置、辅助和 发动机气体阀、双燃烧器控制算法)
●加热系统诊断(包括错误处理)
●计时器(用于时间安排的板上时钟)
●无线电通信(与手持用户界面78、恒温器18、服务设施80、调 制解调器24等进行通信)
主控制系统70可以以不同的方式与用户进行通信，并且图9和10 中示出了两种不同的设计。
图9表示具有手持用户界面78的简单控制器82。这种可选方案是 用于dchp单元12位于远程位置上的安装方式。作为面板位于dchp单元 12的外壳上的简单控制器能够实现基本的板上用户设置，同时由电池驱 动的手持装置78提供正常的详细用户界面。这个手持装置是接收用户设 置并将这一信息发送给主控制系统70(所有的“智能”都位于主控制系 统中)的非智能终端。
手持用户界面78可以根据需要包含恒温器18，使用户能够灵活选 择对房间温度进行采样的位置(提供了维持个人空间内的温度的能力)。 这样，手持用户界面78取代了主控恒温器单元18a。家庭可以包含其它 的副控恒温器单元18b，这些副控恒温器单元可以通过无线链路或通过硬 连线与主控制系统70进行通信。
图10示出了使用高级控制器84而不是图9的简单用户界面82与手 持用户界面78的组合的实施例。高级控制器82方案更好地适用于dchp 单元12处于中央地点(比如厨房)的安装形式。高级控制器82安装在 dchp单元12的外壳上并且使整个范围的详细用户设置能够得到调节。这 一实施例需要至少一个额外的房间恒温器单元18(通过无线电链路或硬 连线进行通信)。也可以根据需要安装其它的副控恒温器单元18b。
图9和10的实施例的其它特征也不同于图1的实施例。在图9和 10的实施例中，是主控制系统70提供与调制解调器24的通信接口。主 控制系统70可以在需要的情况下将信息传递给能量调度器20。当然，主 控制系统70现在给出了可以将斯特林发动机26的工作时间直接传送给 能量调度器20的中央接口(与图1的实施例中采用的dchp单元控制器 14到编程器模块16到能量调度器20的通信链相比)。
图9和10还示出了与主控制系统70相连的维护用膝上型电脑80， 这可以是维护工程师上门服务期间的情况。另选地，某些维护功能(尤 其是诊断)可以通过使维护用膝上型电脑80或其它类型的计算机经由调 制解调器24与主控制系统70相连接来远程执行。