带有源建筑物表皮的建筑物管理系统、用于这种系统的环境资源收集器以及管理在建筑物中使用的资源的方法

摘要

一种建筑物管理系统(100)，其包括测量系统和收集系统。测量系统用于测量建筑物内的对资源的需求，收集系统用于收获建筑物外部的可用自然资源。该建筑物管理系统还具备用于储存剩余资源的储存系统和用于测量该建筑物外部的资源可用性和/或测量储存于该储存系统中的资源的传感器系统(112，114，116，118，120)。另外，还提供控制器(102)，其被布置成从测量系统、传感器系统和储存系统接收数据。控制器基于所述数据来控制该收集系统，以将由该收集系统所进行的资源的收集调节到目前和/或预期的对资源的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括有源建筑物表皮的建筑物管理系统，以及一种用于这种系统的环境资源收集器。特别地，本发明涉及一种建筑物管理系统，其被构造和布置成使用有源建筑物表皮来对建筑物内所需的资源与建筑物外部和/或内部的可用资源进行平衡，该有源建筑物表皮可收获可用环境资源，诸如空气/风、水和太阳能。

背景技术

如全球变暖、能量以及能量生产成本的上升、人口过多等问题加强了对保存能量和/或利用更多自然可用能源的需要。

近来，旨在削减温室气体排放以符合全球约定(诸如KyotoAccord)的立法将(可能)会增加对全世界建筑物的建筑物外壳性能的审查。例如，人们相信欧洲的建筑物占欧盟国家能量使用的三分之一。在过去几年中，因为建筑物提供很好的机会来减少运行它们所需的能量，所以能量消耗和尤其是能量减少已成为研究和关注的主题。

由于建筑物外壳是其中发生大部分能量消耗的建筑物内部与其环境之间的主要边界，建筑物外壳也是建筑物内所需和所用资源与建筑物外可用资源(诸如公共设施电网以及诸如风、光和水这样的自然资源)之间的主要边界。许多研究和开发已针对建筑物外壳，特别是针对改进其关于隔热的热性质来减少热损失。或者，其它开发目的是通过使用例如光伏电池来在能量生产过程中使用该外壳，以试图减少对公共电网的需求。使用环境资源的另一实例是收集诸如雨水的降水，其可被储存且例如用于冲洗厕所或者通过在空气处理系统中蒸发而用于冷却。这能够减少对于公共水网的淡水需求。

近来开发的目的旨在将以下的可用选择进行组合：通过使建筑物更具有能效性而用于保存能量；以及使用建筑物外壳收获建筑物外部的可用(自然)资源来满足建筑物内对这些资源需要。在这种开发中，建筑物管理系统发挥着作用。

从例如美国专利公开US 2006/0159043获知一种用于控制和监视各种建筑物装置(诸如，空调、灯光、温度、湿度等)的建筑物管理系统。如在US 2006/0159043中所公开的建筑物管理或控制和信息系统包括下面这样的系统：该系统包括公共设施(utility)监视和/或控制系统以通过计量装置来控制建筑物公共设施，诸如电、水、气等，该计量装置允许通过受控设备进行需求侧公共设施管理。已知的建筑物管理系统涉及通过更有效地使用受控设备来获得能量节省并因此而获得建筑物使用者资金的节省。

建筑物管理系统和更有效地使用建筑物中能量的另一办法可见于所谓的零能量建筑物(zero energy building)或脱离电网的建筑物(off-the-grid building)的构思中。这些建筑物被设计成它们并不或者只在很小的程度上依靠公共设施电网。而是，这些建筑物使用更先进的建筑技术，诸如更好的隔热、热泵、太阳能，以提供和/或保存所需资源。可根据以下基本理念来建造该建筑物：建筑物的外壳体或表皮可用作建筑物外部的外在元件或资源的有源操纵器。这种有源建筑物表皮能够通过调节、增强、衰减、排斥或夹带而有源地修改通过建筑物外壳的能量流(参看，http://www.tech.plym.ac.uk/soa/arch/intel2.htm)。大体上，这种建筑物采用光伏电池，光伏电池有源地将光转换成电能。这种光伏系统的实例例如描述于http://www.wbdg.org/design/bipv.php。

除了使用光伏电池将光转换成电能外，在现有技术中还描述了收获风作为环境资源的方案。这种系统的实例公开于DE102005038490，其中建筑物被示出包括外壁腔，外壁腔具有到风动明轮(paddlewheel)的空气入口。明轮链接到发电机以产生电能。

另外，从BG109049获知也可从建筑物外部收集和储存水。

尽管已知的建筑物管理系统和相关联装置可在一定程度上接进可用资源并可有助于减少对公共电网的需求，但是具备已知系统的相关联建筑物仍至少在某种程度上依靠公共设施电网。因此，存在使建筑物基本上脱离电网的需要，即这些建筑物主要依靠这些建筑物外部的可用自然资源，以用于它们的资源需求。

发明内容

因此，本发明的目的在于提一种方案来实现使建筑物基本上脱离电网的目标。

本发明的另一目的在于提供现有建筑物管理系统的至少一种替代方案，其目的是减少建筑物中的资源消耗。

通过本发明来实现这些目的，其中本发明提供一种建筑物管理系统，这种建筑物管理系统包括测量系统以及收集系统，测量系统被构造和布置成测量建筑物内的资源需求，收集系统被构造和布置成收获建筑物外部的可用资源。建筑物管理系统还具备传感器系统，其被构造和布置成测量建筑物外部的资源可用性。

优选地，建筑物管理系统具备储存系统，其被构造成储存剩余收获资源，其中传感器系统也被构造成测量存储于储存系统中的资源并向控制器提供与此相关的数据。

另外，提供控制器，控制器被布置成从测量系统、传感器系统和储存系统接收数据，其中控制器还被布置成基于所述数据来控制收集系统，以将由收集系统所进行的资源的收集调节到目前和/或预期的对资源的需求。

利用根据本发明的系统，提供一种完全集成的系统，其能响应于对自然资源的需求来收获自然资源，同时也能储存所收获的资源供随后使用，使得具备根据本发明系统的建筑物基本上脱离电网。而且，利用根据本发明的建筑物管理系统，目前能基于测量的数据来控制收集系统，以至少对目前的资源的需求与建筑物外部和/或储存系统中的资源进行平衡。

在本发明的有利实施例中，建筑物管理系统包括能量转换装置，其被构造和布置成在控制器的控制下将包含于所收获的资源中的能量转换成另一形式的能量，从而满足对资源的需求。这将使得该系统更好地对资源的需求与可用资源进行平衡。一实例是太阳能，其可用于产生电能或可用于提供热。

在本发明的另一有利实施例中，收集系统包括安装于建筑物外部的收集器组件且被布置成收获以下资源中的一或多种资源：太阳能、降水、风能和建筑物与其周围环境之间的温差。以此方式，使用建筑物外周来接进可用资源。

在本发明的又一有利实施例中，收集器可移动地构造且与驱动装置相关联，所述驱动装置受到控制器的控制，其中驱动装置被构造成改变收集器相对于建筑物的位置和/或方位。这将能通过确保收集器相对于待收获的资源总是理想地定向而最佳地使用收集器。

此外，根据本发明的建筑物管理系统可包括存储器，其能够存储关于建筑物使用模式的信息，所述信息可用于控制器，且也可连接到天气预报系统。通过在不同于需求时刻的时刻来预测使用情况并收获资源，以能够将这类信息用于对资源与随着时间的推移被系统所使用的情况进行匹配。

在本发明的优选实施例中，收集系统的收集器被成形为漏斗，该漏斗从建筑物外部延伸且具有远离建筑物导向的漏斗宽部。这种漏斗或喇叭形收集器特别适合于收获多种资源，这只是由于其形状允许其被准确地导向且特别适合收获流动资源，诸如降水和风。

根据本发明的另一方面，提供一种环境资源收集器，其包括基本上呈漏斗形的主体。该主体在其宽部和窄部均打开，提供从主体的宽部到窄部的环境资源通道。由于其形状，资源收集器的特定漏斗形状使得其特别适合于收获风和降水，特别是雨。较宽部分准许收集所述资源的最大面积，而与漏斗形状相关联的直径的逐渐减小有助于传输所收集的风和/或水。

根据本发明的又一方面，提供用于建筑物中的资源管理方法，该方法包括：测量建筑物内对资源的需求，使用收集系统来收获建筑物外部的可用资源，以及在储存系统中储存剩余的所收获的资源。另外，该方法涉及测量建筑物外部的资源可用性和/或测量储存于储存系统中的资源，以及向控制器提供与建筑物内的资源需求相关的数据和与建筑物外部及储存系统中的资源的可用性相关的数据。利用这些数据，实现由收集系统对资源的收获情况进行调节，以达到目前和/或预期的对资源的需求，或者实现至少对资源的收获情况与对资源的需求之间的平衡。

附图说明

将参看附图通过对根据本发明的建筑物管理系统下文的描述来更详细地解释本发明的这些和其它方面、特征和优点，在附图中，相同附图标记表示相同部件，且在附图中：

图1示意性地描绘了具备根据本发明的建筑物管理系统的建筑物；

图2示意性地描绘了具备大量根据本发明的收集器的建筑物；

图3示意性地描绘了相对于建筑物外壳处于三个不同位置的根据本发明的收集器；

图4示意性地描绘了建筑物外壳的一部分，其上安装了大量收集器；以及

图5是具有四种不同形状、大小和方位的根据本发明的收集器的艺术效果。

具体实施方式

图1示意性地示出具备根据本发明的建筑物管理系统100的建筑物110。建筑物管理系统100具备中央控制器102，其例如可为微处理器或者任何其它合适的装置，诸如运行特定软件的个人计算机系统。中央控制器102连接到测量系统，测量系统测量建筑物110的资源消耗或需求。在图1的实例中，该测量系统由三个单独的测量系统形成，这三个单独测量系统由附图标记104、106和108标注。但应了解这只是举例说明。在图1的实施例中，由第一测量系统104测量水消耗，由第二测量系统106测量电消耗，并且由第三测量系统108测量例如空调系统(未图示)对空气的需求。

应当指出的是单个资源消耗器(例如所提到的空调系统)的资源消耗或需求可受到不同因素影响。需要由空调系统冷却的空气可(例如)通过使用利用电能的制冷系统来进行冷却，或替代地，这些空气可使用通过水蒸发而操作的空调系统来进行冷却。又一选择为，通过收获建筑物周围的微风来冷却空气。

中央控制器102还连接到传感器系统，在图1的实施例中，传感器系统包括传感器112、114、116。传感器112、114和116被构造成测量建筑物周围的资源可用性。在图1的实例中，传感器112可测量可用的太阳能，传感器114可测量在建筑物周围是否存在例如呈雨水形式的降水，且传感器116可测量在建筑物外部是否存在风，并且若存在风的话测量风量的多少。

传感器系统还包括额外的传感器118、120，传感器118、120也连接到控制器102。传感器118、120与储存系统相关联，储存系统能存储收获资源。提供传感器118和120以测量这些储存的资源：传感器118测量所储存电能的可用性，且传感器120测量所储存水的可用性。

建筑物管理系统100具备收集系统，收集系统被特定地设计成接进建筑物110外部的可用自然资源且包括安装于建筑物外部的多个环境资源收集器、短收集器或收集器122、124的组件。在图1中，仅很示意性地描绘了收集器122、124，特别地，仅出于附图清楚的原因，仅示出了很有限数目的收集器。本领域技术人员应了解建筑物管理系统100可包括认为需要的任意数目的收集器，且图1所示的收集器数目试图并不限制本发明的范畴。举例而言，在图2中示出了安装于建筑物110外壳上的更多数目的收集器122，其中应当指出的是为了清楚目的夸大了收集器的大小。

现返回至图1，收集器安装成使得它们占据或形成建筑物外壳。收集器122、124(的组件)被布置成收获以下资源中的一或多种资源：太阳能、降水、风能以及建筑物与其周围环境之间的温差，这将在下文中更详细地解释。

收集器122、124的组件中的每一个可包括多种类型的收集器，这些收集器被特定地设计成收获特定环境资源。举例而言，可提供仅收获太阳能的专用收集器或收集器组件。但收集器组件还可包括单个类型的收集器，该单个类型的收集器能够从建筑物110的环境收获一或多种资源。

收集器或收集器组件122、124可彼此影响。举例而言，用于收集诸如雨水或雪的降水的收集器可能会遮挡旨在收集太阳能的相邻收集器。或者，安装在建筑物100外部或外壳上的收集器可能会对建筑物内的资源需求产生影响，例如太阳能收集器可能会阻挡正常给房间提供照明的太阳光。另一建筑物也可能会将阴影笼罩在一或多个收集器上。

可通过由控制器102来控制收集器以管理其它部分或建筑物的这种相互依赖或影响，例如通过物理地移动它们、改变它们的形状或者改变它们相对于建筑物的位置和/或方位。甚至可改变收集器的大小，例如，当要收获的自然资源需要这样时。这可通过驱动装置126来实现，驱动装置126可包括电机和控制齿轮。但任何其它合适的驱动装置也是可能的。驱动装置126能够将个别收集器122、124或若干收集器的组件调整为用于即将到来的任务(即，收获资源)的最佳位置，由此控制器102能够最优化收集器的位置、方位、大小和/或形状以用于最佳地收获一或多种资源。这个过程可通过提供与一个收集器、一类收集器或者一组收集器相关联的子控制器130而进一步最优化。应了解，驱动装置126可被布置成促动单个收集器，但也可促动一组收集器。同样，可为每个收集器提供一或多个子控制器130，或者若干收集器受一个子控制器的控制。

收集器122、124无需横过建筑物110的外壳而均匀地分布，这一点将会被本领域技术人员所理解。举例而言，可不在位于北半球中的建筑物的北面上发生太阳能收获。或者，也可使用建筑物的特定设计，特别地使用倾斜表面以用于收集太阳能或收集雨水。作为另一实例，特定专用于收集降水的收集器可位于建筑物外壳的这些部分上，即，该部分随着时间接收或者试图接收最多降水。

中央控制器102使用由测量系统104-108和传感器系统112-120采集的数据来确定如何通过促动驱动装置126来最佳地使用收集器，以至少对来自环境的资源可用性与建筑物的资源需求进行平衡。但中央控制器将控制该系统，使得环境资源的收获被调节到至少建筑物的当前需求。中央控制器102及其对于处置可用及所需资源的不同系统的控制还可通过向其提供存储器128而改进。存储器128可用于收集和储存关于建筑物资源使用模式的信息且向控制器102提供该信息，以便使资源收获和/或其储存与资源随时间的使用情况更佳地匹配。而且，存储器128也可链接到一或多个天气预报服务，该天气预报服务向存储器128提供未来的天气情况和由此对未来自然资源可用性的预期，且该信息然后可用于控制器102。可通过确立建筑物的确切位置而进一步提高由天气预报服务提供的信息的准确性，例如通过提供其GPS坐标或其常规坐标(经度和纬度)并将这些情况链接到实时天气图。

除了所提到的信息之外，存储器128也可存储关于可用收集器类型和量的信息。控制器102可使用该信息来对资源与随时间的使用情况进行匹配。作为替代或作为补充，这些收集器可将它们的类型传达到控制器102用于相同目的。控制器102还可与其它建筑物的类似控制器或与资源的其它提供者通信以实现在较广区域上的最佳资源平衡，而非只用于一个建筑物。

如上文所述，收集器122、124能收集不同的自然资源，特别是收集器被设计成收集太阳能(即，光)、风能和降水，特别是雨水。这些自然资源的收集在图3中进一步示出，其中给出收集器122相对于建筑物110外壳处于三个不同位置的示意表示，且在这些位置中收集不同资源。如在图3中可清楚地看出，收集器122可改变其相对于建筑物110外壳的方位以便最优化资源收集。

在图4中示出建筑物外壳的小部分，其中可以看出，当受中央控制器控制时如何安装收集器122并形成有源建筑物表皮。从图4中可清楚地看到收集器122的漏斗形状。还可以看出并非所有的收集器122具有相同大小。另外可以看出，在收集器122之间的空间200能够用作窗户，因此建筑物的居住者能够向外观看且直射阳光仍能够进入建筑物。

作为收集器的形状、大小和方位改变可能性的另一实例，图5是同组收集器的四种不同形状、大小和方位的艺术效果。图5的左上部示出122处于其最缩减或最小的大小，其可例如为无源状态或者处于其中收集器仅收集风的状态。在图5的右上部示出收集器基本上相对于建筑物110垂直定向且其中扩大了漏斗宽部。收集器122的这种位置、形状和大小特别适合于收集风能。因此，收集器可具备风驱动叶轮，该风驱动叶轮被构造成将风能转换成电能，或者收集器可连接到管道组件，该管道组件朝着中心叶轮传输所收集的风。

在图左下部中，收集器，特别是漏斗宽部，甚至进一步被扩大且将宽部向上导向。在这个方位，收集器特别适合于收集雨水。在图5的右下部中，可以看出收集器的宽部，特别是其截面，不再成形为精确的圆，而是其下部比其上部略微更远地延伸。以这种形状，收集器122特别适合于收集太阳能。因此，收集器122可具备内表面，该内表面具备光伏电池覆盖物，该光伏电池覆盖物被构造成将太阳能转换成电能。但替代地，收集器也可或额外地包括具有反射性质的内表面以便将进入的光朝向焦点反射。聚焦于焦点的光可被进一步传输，例如通过另外的镜面表面或光纤来进行。

对于本领域技术人员显而易见本发明的范畴并不限于上文所讨论的实例，而是能在不偏离所附权利要求书所限定的本发明的范畴的情况下做出各种更改和修改。

举例而言，上文所述的建筑物管理系统也可具备废物处理设备，该废物处理设备能从建筑物的使用期间所产生的废物中提取能量。这些能量可呈热的形式，例如废物焚化的直接产物，或者当常规废物焚化系统耦接到蒸汽驱动发电设备时呈电的形式。就此而言，应当指出的是，也能将所产生的任何剩余能量或建筑物管理系统所收集的剩余资源引导至公共电网或者可引导到其它建筑物。

作为另一实例，收集器被描述为优选地具有漏斗形状。当然也应了解收集器的其它形状也是可能的。对于收集单种资源的那些收集器尤为如此，诸如具备光伏电池的收集器，其也可很好地成形为平板收集器。但其它形状也是可能的。

另外，应了解也能向单个建筑物提供本发明的建筑物管理系统，但也同样能将一系列建筑物置于单个建筑物管理系统的控制之下。

最后，应当指出的是，上述实施例被描述为具有多个收集器。例如也能将建筑物的整个(侧)表面通过大的单个收集器来覆盖。