CN100460771C - 中央空调负载温度控制优化系统、方法和采用的温控器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中央空调负载温度控制优化系统及其方法、和采用的数字智能温控器。该中央空调负载温度控制优化系统包括中央优化系统和数字智能温控器，所述数字智能温控器包括测温单元、测湿单元以及测人流量单元。由于本发明增加人流量测量这个测量项目，使中央空调系统末端能及时调节出经济并舒适的环境状态(合理的温度、湿度值)，使空调的使用真正做到以人为本；可实时获取系统各负载端当前的人流情况，由优化系统进行综合分析，然后给出一个最佳方案，降低能耗。

Description

中央空调负载温度控制优化系统、方法和采用的温控器

【技术领域】

本发明涉及一种数字智能温控器、中央空调负载温度控制优化系统及其方法。

【背景技术】

中央空调具有较高的能效比，可提供较为舒适的环境。中央空调的市场占有率在逐年增加，并且从酒店、办公环境向小区家用发展。与此同时，中央空调作为建筑中的耗能大户，它的节能降耗在当前能源紧张的时代尤为重要。对中央空调进行科学和优化的节能管理，是中央空调节能的关键内容。节能优化管理，主要涉及能源的产生和消费过程，应该根据消费合理组织生产，根据需求合理进行消费。

目前在能源生产控制方面，对中央空调机组运行和生产方式进行了很多技术研究革新，但对空调系统的负载端进行智能控制并优化分配的研究试验不多。目前在负载端进行智能控制所采用的关键设备是温控器，而现有技术温控器仅对室内或室外的温度和湿度进行监测，并按简单设定好的标准控制空调输出，比如控制风机盘管。

但是，现有技术温控器以及中央空调由于采用的参数少，无法对空调系统所服务的根本对象-人-来作出合适的调整，人们的感受得不到相应的重视，导致空调系统调控下的温度和人们所需求的真实温度存在差异，或者说空调系统调控下的温度跟不上人群流动变化所造成的动态需求。

中央空调负载端所处环境千变万化，而在这不同的环境中人们所需要的温度也相应不同，比如室外、进入室内的通道以及室内，环境温度要求很不相同，随着季节和气候的变化，特定负载端的环境温度也应该相应不同，但现有技术温控器只能对给定的温度指标机械地作出简单的调整，一般为机械式和电子式定值调节，大部分还需要手动方式调整，不具备大的扩展功能；即使出现根据不同环境而自动调整的温控器，也因为其调整方式单一，无法调控出适合人们的最佳温度。

现有技术中，中央空调系统中各负载端之间、负载端和中央端之间相对孤立，每个部分只能实现小系统的功能，温度调节方式单一，不能适应复杂的环境下人们不同的环境温度需求。

最后，很重要的一点，现有技术中中央空调系统由于单纯为温度而控制温度，在多种环境情况下不能达到经济又舒服的要求，达不到现在节能降耗的要求。

【发明内容】

为了克服现有技术中央空调难以实现既经济又舒适的温度环境的技术问题，本发明提供一种能实现既经济又舒适的温度环境的的中央空调负载温度控制方法。

为了克服现有技术中央空调难以实现既经济又舒适的温度环境的技术问题，本发明提供一种能实现既经济又舒适的温度环境的的中央空调负载温度控制优化系统。

为了克服现有技术中央空调难以实现既经济又舒适的温度环境的技术问题，本发明提供一种能实现既经济又舒适的温度环境的的应用于中央空调负载端的数字智能温控器。

本发明解决上述第一技术问题所采用的技术方案是：提供一种中央空调负载温度控制方法，包括步骤：B、数字智能温控器测量温度、湿度以及人流量；C、中央优化系统或数字智能温控器根据温度、湿度以及人流量测量值决定温度调节的策略。

本发明解决上述第二技术问题所采用的技术方案是：提供一种中央空调负载温度控制优化系统，包括中央优化系统和数字智能温控器，所述数字智能温控器包括测温单元、测湿单元以及测人流量单元。

本发明解决上述第三技术问题所采用的技术方案是：提供一种应用于中央空调负载端的数字智能温控器，包括控制单元、连接控制单元的输出单元、测温单元、测湿单元以及测人流量单元。

相对于现有技术，本发明中央空调负载温度控制方法的有益效果是：由于本发明增加人流量测量这个测量项目，使中央空调系统末端能及时调节出经济并舒适的环境状态(合理的温度、湿度值)，使空调的使用真正做到以人为本；利用大系统的方法结合特殊应对策略，在功能上实现负载系统的优化安排，达到既舒适又省能耗的社会经济效果。

相对于现有技术，本发明中央空调负载温度控制优化系统的有益效果是：由于本发明增加人流量测量这个测量项目，使中央空调系统末端能及时调节出经济并舒适的环境状态(合理的温度、湿度值)，使空调的使用真正做到以人为本；可实时获取系统各负载端当前的人流情况，由中央优化系统进行综合分析，然后给出一个最佳方案，降低能耗。

相对于现有技术，本发明中央空调负载温度控制方法的有益效果是：由于本发明应用于中央空调负载端的温控器增加人流量测量这个测量项目，使中央空调系统末端能及时调节出经济并舒适的环境状态(合理的温度、湿度值)，使空调的使用真正做到以人为本。

【附图说明】

图1是本发明中央空调控制优化系统网络拓扑图；

图2是本发明中央空调负载端数字智能温控器的电路功能图；

图3是本发明中央空调负载端数字智能温控器的具体电路图；

图4是本发明中央空调控制优化系统决策信息流程图；

图5是本发明中央空调控制优化系统信息流结构图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

参见图1，本发明中央空调负载温度控制优化系统包括中央优化系统和多个数字智能温控器。所述中央优化系统和数字智能温控器通过网络中继形成拓扑连接。数字智能温控器和数字智能温控器之间、及数字智能温控器和网络中继均通过逻辑透明的现场总线网络连接，网络分级分层布控。总线采用RS485、TCP/IP、BACNET或LonWorks等网络形式。

所述中央优化系统是服务器，所述服务器根据暖通系统特点和地域时间特点，联网获取数字智能温控器测量所得的环境参数，制定优化目标和基本优化运行控制策略，建立基本专家库信息。

参阅图2和图3，所述数字智能温控器，其包括控制单元、连接控制单元的输出单元、测温单元、测湿单元以及测人流量单元。温控器还包括连接控制单元、测温单元、测湿单元以及输出单元的计量负载能量交换单元，和连接控制单元的通讯单元和显示单元。所述输出单元采用二位输出、PID线性输出或PWM调频输出连接被控对象，比如风机盘管风机及阀，变风量电机及阀等。

温度、湿度的测量采用热敏电阻及湿敏电阻，采用插值计算及动态补偿法，测量信号经过A/D转换后利用微处理器MCU较强的处理能力，较经济地实现较为精确的测量。所述人流量的测量值则通过红外移动探测技术或者红外对射匹配技术获得。所感应到的人流量信号经过放大、滤波处理后整形输出。温控器还包括一个键盘操作部分，用以控制温控器以及输入参数。中央优化系统通过485现场网、包括防雷保护和MAX485通讯单元连至温控器。显示单元则包括液晶模块驱动和LCD屏。PWM调频输出是经过脉宽调制滤波电路、信号调制电路、驱动电路然后连至风机盘管风机及阀，变风量电机及阀等现场被控对象。

在本系统中，数字智能温控器遍布在系统各负载端，配合总线网络与优化系统软件，由软件系统给出优化控制指令到数字智能温控器，来达到高级优化控制的目的。负载端数字智能温控器的温控器是结构化设计，工业标准86×86安装盒布局安装设计，外观人性化设计，ABS工程塑料制造，多彩面板变化。电信号有220V级别和36V以下安全级别，二者安全隔离设计，电源用开关电源，节省电力。

参阅图4和图5，采用以上系统后，通过以下步骤实现温度控制：

A、根据暖通系统特点和地域时间特点，制定优化目标和基本优化运行控制策略，建立基本策略库；

策略库包括许多可以选择的策略，比如人多要进行温度控制，环境要舒适，考虑南方还是北方按照系统优化方案进行；比如人少或无人表明温度无需进行调整，考虑南方还是北方或微调；比如在温度环境过高过低时按随动调节，在正常温度范围内按定值调节决策；又比如正常工作和非正常工作时段，正常时段时按照预设舒适度调节，非正常时段不调节或根据具体情况进行调整。

B、负载端数字智能温控器测量现场和外界的温度和湿度，以及温度控制区域所服务的人群对象的流量；

C、中央优化系统根据策略库和各负载端数字智能温控器的温度、湿度以及人流量测量值决定各负载端的温度调节，温度调节采用定值调节、随动调节，模糊适应、联网指导和/或自学习等控制模式，其输出采用二位输出、PID线性输出和/或PWM调频输出。

C步骤中，中央优化系统联网获取数字智能温控器所处的现场温度、湿度和人流量相关参数和外部环境参数，根据这些参数及优化目标决定优化策略(图4)。当外界环境温度过高过低时，改变负载参数优化目标，使环境保持在既经济又相对舒服的状态下，而不是保持在常规最舒服的状态，即创造的空调环境是最优化动态适应外界变化的。比如，在温度环境过高过低时按随动调节，在正常温度范围内按定值调节决策；人少或无人表明温度无需进行调整；考虑所在地区是南方还是北方；进行微调等。

此外，本发明中央空调温度控制优化系统还有如下特点：

一.本发明利用大系统的方法结合特殊应对策略，全面实现系统优化目标。本系统的优化目标在功能上就是要实现负载系统的优化安排，达到既舒适又省能耗的社会经济效果。在控制信息层次上，就是集成信息前端的环境信息(人流量、外部环境、时段、区域)，系统的优化目标信息，系统的标准专家库指导信息等信息，提出对前端的指导控制策略(优化目标策略)，直至得出最优的目标策略。所有过程及结果可存储并参与专家信息及控制策略信息的自我学习完善。系统对前端信息的获取是通过现场网络实现，对负载端信息点(数字智能温控器)的指导也是通过现场网络来完成。系统优化的目的，是为了实现区域空调负载的优化和环境参数的优化，达到经济节能和舒适双重目的。这种策略，特别适合于公共场合区域的负载优化和环境温度控制优化，比如，在机场的从外面到机场大厅的过道区域，其温度要符合渐变的分布，也要根据当时外界参数做适当修正，使经过的人感到舒适但不至于过冷过热，过冷过热均会引起不舒服而且可能致病。

二.根据人流量来优化调节温度

通过人群流量探测，实时获取系统各负载端当前的人流情况，由系统进行综合分析，然后，给出一个最佳方案。

当一个区域的人流明显的增加，说明这是个活跃区域，那么自然空调的温度就要调节到适合人群流动的状况；反之，当一个区域的人流量持续的减少，说明这是个非活跃区域，系统自动调节这个区域的空调的温度，使空调的使用率降至最低或者不使用空调。相对于现有技术仅通过温度和湿度来调节温度的方法，本发明中央空调温度调节能达到最优化，达到既经济又舒适的目的，最大限度地降低系统能耗；同时，测人流量相对于测温度和湿度较快速，从而更快调节负载端温度，基本达到和人流变化相当的速度来调节温度，使负载端环境温度始终适合当时的人流状况；增加了人流量测量这个测量项目，使空调的使用真正做到以人为本。

三.系统自动记载各个使用过的方案

本发明中央空调温度控制优化系统有自备数据库，储存海量的数据，自动记忆每个使用过的方案，为以后的方案优化做好充足的准备。

四.系统有自学习能力，通过自学习增加系统优化的能力

本发明能自动比较不同季节不同环境等多种不同情况进行优化改良。

五.区间定期优化

如果是下班时间，并且房间没有人那么系统自动关闭空调。

六.实时统计负载，给出动态情况图

系统通过实时采集现场各负载端情况(由数字智能温控器提供)，对其进行统计分析并储存在数据库中，为以后各种优化分析提供基本依据。

通过系统的运行曲线，从而判断系统是否处于节能运行状态(最佳优化状态)。由系统管理员对方案计划进行及时调整。如果发现运行异常，系统可根据采集的当前数据，自动确定故障部位、发出声光报警信号，通知故障检测程序自动排障或指示设备管理人员人工排除故障。

七.系统具有计量计费功能。在负载端安设的计量负载能量交换单元，使用当量时间热佣法，界面清晰明了，历史图表曲线显示，报表自动生成；可按时段分段进行计费，可自动备份数据。历史数据查询，可查某天或某段的某位客户的数据。通过负载端计费的方法，也可以实现节能的目的。

八.使用方便，节约维护成本

优化系统通过现场网络对系统的负载使用进行优化控制；运行维护人员在优化层也可对所有现场设备进行操作，对运行状态、故障信息进行监控，大大减少了运行及维护人员的数量，节省了人工成本。

综上，本发明的主要目标，旨在从中央空调温度控制优化系统的负载末端控制出发，通过智能温控器作为底层信息采集及控制单元，综合各有关信息，从专家库中选取匹配各种参数的最优方案，来优化配置空调系统的负载调节，实现舒适、合理的节能效果；同时，为配合国家节能及空调按量收费制度，而配设有计量负载能量交换单元以实现负载端能量的当量计量功能。

对于本发明所使用的温控器，其技术创新点有：

a)温控器控制智能化：单机工作时能根据现场环境(温度、湿度、人流量)及预设的优化值，自动调节输出，达到控温精确(±0.5℃)，湿度合适(75％±10％)，温度变化平滑；

b)控制策略的多样化：不仅有常规的定值调节，而且能模糊适应、自学习，还能接受或中央优化系统的指令，同时能按既定的定期定时策略控制运行；

c)集成了负载交换能量的计量功能，计量方式是热佣时间当量法，为配合计量功能的安全性，还附加了窃用报警及追溯记录功能；

d)作为空调负载优化调度控制的最基本信息点，通过现场总线及协议向上汇报信息情况，并接受指令执行优化策略；

e)针对特殊场合应用，对应特别控制策略，例如在宾馆客房应用时，配合用户插卡作优化控制。

f)采用插值计算及动态补偿法，利用微处理器MCU较强的处理能力，较经济地实现较为精确的测量。

g)实现现场环境参数的测量：温度、湿度、所处区域人群流量；测量精度：温度±0.5℃，湿度±5％Rh；

h)对现场环境进行干涉控制：二位式输出控制，连续式输出控制；数字化输出控制；

i)预设策略实现：主要有定时关机、时段定值调节、自动随动调节、简单智能控制、手动控制等；

j)系统安全控制：强弱电光电隔离，非法窃用报警、异常工况自动切断等；

本项目产品主要应用于各类空调系统的末端控制场合，在办公楼、酒店、饭店、机场、火车站等大型公共场合，高档成片供应中央空调的住宅区都可找到它应用的身影。随着国家节能政策的要求，按户计量按量收费的趋势发展，本项目产品的市场前景广大，主要集中于以下两个方面的应用。

a)老的办公楼及酒店项目按户进行计量收费项目的改造。改造的目的之一是为了按户计量，目的之二是带来系统负载的动态实时监测及优化控制处理，特别是对一些具有较大公共场合的楼寓，负载的优化调节可带来系统的安全运行及节约能源的效果。同时，由于计费的引入，用户的主动节能意识增强，从而实现能源节约，这符合国家提出的“节约也是创造”的节能观念，同时符合国家产业政策。

b)新开发的办公楼、酒店、高档住宅区项目，引入本项目产品能更好地发挥中央空调系统的高效舒适的优势，提高项目的服务层次，优化中央空调系统的能源配置。

c)北方采暖项目温控器应用，北方家用采暖项目，也在经历从不合理均摊方式到按用量计量收费阶段，本项目产品的潜在应用就是北方家用采暖设备的计量及控制。

本发明应用于中央空调负载端的温控器可以应用到如下领域：

a)老办公楼项目改造

鉴于按量计量收费已是势在必行，估计在未来1—3年内将会有30％-50％的老办公楼宇进行计量收费改造，如果收费改造不进行系统水路及设备大改动的话，最佳的方法就是采用本发明所使用的智能型数字温控器，实现最小成本改造。从深圳地区来看，估计有100个左右的办公楼宇(面积约为300万平方米)需要改造，涉及的温控计费终端在6万台(按每50平方一个末端估算)左右。照此估计，在华中、华南等适用中央空调较为集中的地区，市场总量约100万台。

b)新建楼宇等方面，就深圳目前而言，2004年新增商业楼宇面积100万，假设50％安装，使用量在1万台套。华中、华南地区新增部分使用设备的系统总量在15万台套。

c)北方采暖配套温控器，按全国20％家庭计算，系统设备潜在市场总量在1.8亿台(按每3人二个末端)。

Claims (10)

1.一种中央空调负载温度控制方法，采用中央优化系统和数字智能温控器，包括步骤：

B、设置在中央空调负载端的数字智能温控器测量温度、湿度以及人流量；

C、中央优化系统或所述数字智能温控器根据温度、湿度以及人流量测量值决定温度调节的策略。

2.根据权利要求1所述中央空调负载温度控制方法，其特征在于：所述人流量的测量值通过红外移动探测技术或者红外对射匹配技术获得。

3.根据权利要求1所述中央空调负载温度控制方法，其特征在于：所述步骤B包括测量现场和外界的温度和湿度，以及温度控制区域所服务的人群对象的流量。

4.根据权利要求1所述中央空调负载温度控制方法，其特征在于：步骤C所述的温度调节采用定值调节、随动调节、模糊适应、联网指导和/或自学习等控制模式，其输出采用二位输出、PID线性输出或PWM调频输出。

5.根据权利要求1所述中央空调负载温度控制方法，其特征在于：进一步包括步骤：A、根据暖通系统特点和地域时间特点，制定优化目标和基本优化运行控制策略，建立基本策略库；

C步骤是：中央优化系统根据策略库和各负载端数字智能温控器的温度、湿度以及人流量测量值决定各负载端的温度调节。

6.一种中央空调负载温度控制优化系统，包括中央优化系统和数字智能温控器，所述数字智能温控器包括测温单元和测湿单元，其特征在于：设置在中央空调负载端的数字智能温控器还包括测人流量单元。

7.根据权利要求6所述中央空调负载温度控制优化系统，其特征在于：所述中央优化系统和数字智能温控器通过网络中继形成拓扑连接，数字智能温控器和数字智能温控器之间、及数字智能温控器和网络中继均通过逻辑透明的现场总线网络连接，网络分级分层布控，总线采用RS485、TCP/IP、BACNET或LonWorks网络形式。

8.根据权利要求7所述中央空调负载温度控制优化系统，其特征在于：所述中央优化系统是服务器，所述服务器根据暖通系统特点和地域时间特点，联网获取负载端数字智能温控器测量所得的环境参数，制定优化目标和基本优化运行控制策略，建立基本专家库信息。

9.一种应用于中央空调负载端的数字智能温控器，包括控制单元、连接控制单元的输出单元、测温单元和测湿单元，其特征在于：设置在中央空调负载端的数字智能温控器还包括测人流量单元。

10.根据权利要求9所述应用于中央空调负载端的数字智能温控器，其特征在于：包括连接控制单元、测温单元、测湿单元以及输出单元的计量负载能量交换单元，和连接控制单元的通讯网络单元，所述输出单元采用二位输出、PID线性输出和/或PWM调频输出连接被控对象。

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