CN101216207B - 26℃管理中央空调智能节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种26℃管理中央空调智能节能系统以实现最大程度的电能节约。各用冷房内设有一终端控制器；所述终端控制器具有采集该房用冷相关环境状态参数的接口，并能作出室内温度26℃基础用冷的自动控制和实时用冷需求计算；中央PLC通过工业总线与末端联网，以终端用冷总需求为基础，模糊调控中央空调各机组达到智能节能运行目的；中央计算机通过工业总线连接中央PLC，并可实时监管终端用户用冷和中央空调机组的运行。本发明的有益效果是：以硬件设施保证用户26℃或以上用冷，实时主动调控中央空调机组按终端总用冷需求供冷，并且实现中央计算机对各终端、各机组的远程监管和控制，解决了中央空调终端管理难、系统耗能大的问题。

Description

26℃管理中央空调智能节能系统

技术领域

本发明以室温为26℃基础管理目标的中央空调智能节能系统，更具体地说，涉及一种室内以26℃或以上用冷且可精确计算各个终端用冷需求总量的中央空调系统，并以此为主要参数，调控中央空调机组智能节能运行。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，中央空调已比较普遍地应用于公共建筑和居民住宅，在改善人们生产生活条件的同时，也消耗了大量电能，中央空调管理运行、节能运行迫在眉睫。2007年6月3日，国务院办公厅发出了关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知：所有公共建筑内的单位，包括国家机关、社会团体、企事业组织和个体工商户，除医院等特殊单位以及在生产工艺上对温度有特定要求并经批准的用户之外，夏季室内空调温度设置不得低于26℃。

目前，中央空调用户根据自己的节能意识，执行国家的用冷要求。设定温度有没有在26℃之上，只能靠用户的自觉行动。经调查，仍有很大部分的用户，中央空调温度设定为26℃以下，有的设定为23℃，远远超出国家的规定。用户的自觉行动无法保证国家用冷要求的执行，仍然造成大量电能消耗，其中很大一部分电能是白白浪费的。

现有的中央空调系统，有很多节能运行方面的研究。名称为“中央空调节能智能控制系统”的中国专利/申请公开文件(专利/申请号为200510017349.7)中，公开了一种“以中央空调末端设备实时所需能耗作为中央空调系统制冷或制热能量供应量的调控依据，以运行状态‘逼近’制冷或制热主机最佳能效比运行曲线作为系统运行调控目标，通过综合调节中央空调冷冻水、冷却水流量、温度和制冷主机压缩机的运行负荷比例，使各用户制冷或制热需求能量之和与中央空调供给能量相平衡，达到中央空调经济运行的最佳状态，以取得能源效益的最大化”的中央空调系统；其技术前提上是“温度传感器输出信号通过多路温度采集模板经总线接口接入中心监控计算机”。然而对比文件所述方案仍有不足之处，(1)该系统不能判别用户端的温度设定点是否在26℃或以上，也不能控制用户端的用冷温度在26℃或以上，因而该系统将不能从硬件上作出一个适应国家政策的终端用冷需求总量的判断，也无法按国家政策控制用户端的用冷温度在26℃或以上，以减少终端用冷的浪费，其节能的技术方案由此受限；(2)该系统的技术方案中中央监控计算机并没有对用户端用冷过大、风速过大的自动控制和人为控制，当出现用户端没有关闭冷气却也无人使用的情况下，其房间的用冷量仍会被计算在总负载内，而大厦空调管理人员却不能进入关闭冷气，由此造成了电能浪费；(3)系统所采用的技术方案中，将监控计算机作为用冷数据、各传感器信号接收和判断的装置，使得整个中央空调系统的稳定性相当依赖于计算机软件和计算机本身的稳定性，然而这两者的稳定性实际上是很难保证的。

某些中央空调系统采用变频技术、蓄冷技术从设备配置方面出发，为中央空调带来一定的节能效益，但是它们与终端用户脱节，仍有很大的节能空间改进，同时由于资金投入大、工程施工限制多，只能限于在用中央主机房现场的控制而不能对终端用冷房间进行远程控制等，影响了这些技术进一步的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种26℃管理中央空调智能节能系统，该系统以室内温度在26℃或以上为管理目标，除了特殊用冷外，自动控制终端用户室内用冷温度在26℃或以上。通过采集所有终端房间经26℃基础自控后的用冷需求负载，以计算出最精确的中央空调机组系统应运行功率，并实现了中央计算机对各个末端用冷情况的远程监管和控制，做到了最大程度的能源节约。

为达到上述目的，本发明采取以下的技术方案：

26℃管理中央空调智能节能系统，包括用冷传冷制冷系统和控制系统；所述用冷传冷制冷系统由各房间的风机盘管或风柜和中央空调机组，通过传冷回路管道连接而成；所述控制系统包括中央PLC、中央计算机；中央PLC通过工业总线对各房间的风机盘管或风柜的参数进行采集和控制；中央PLC通过输入输出接口对中央空调各机组的参数进行采集和控制；中央PLC通过工业总线与中央计算机通讯连接；各用冷房内设有一终端控制器，各终端控制器内有唯一机内编号或地址码用于寻址；所述终端控制器至少有温度采集接口、空调操作面板状态采集接口、冷冻水电磁阀控制输出接口、风机控制输出接口和工业通讯接口；所述终端控制器采集用冷房的相关环境状态参数，至少包括室内温度、风速档位、冷冻水电磁阀启闭状态，并作出室内温度为26℃或以上的管理目标的预处理；所述终端控制器与中央PLC通过工业总线联网，接受中央计算机发送的经中央PLC传输的人为设置和控制指令；所述中央PLC控制中央空调各机组以组合方式运作。

所述的终端控制器的预处理程序包含如下条件控制：室温小于23℃时，自动关闭冷冻水电磁阀并自动将风机或风柜的风速调为低速；室温大于或等于23℃并且小于26℃时，自动关闭冷冻水电磁阀并且风机或风柜的风速由空调操作面板风速档位控制；室温大于或等于26℃时，冷冻水电磁阀由空调操作面板冷气启停开关控制并且风机或风柜的档位由空调操作面板风速档位控制；

所述的终端控制器利用预处理程序，实时将26℃基础自控后的房间温度参数、风速参数、电磁阀参数转换成房间实时用冷负载需求数据，通过工业总线传输给中央PLC。

所述中央PLC控制中央空调各机组，在每个终端控制器自控为26℃基础用冷上，精确计算中央空调最节省的总的终端用冷需求；内置的模糊控制程序调用中央空调机组终端总用冷负载需求运行组合参数表、中央计算机的人为指令设定参数表，中央空调机组运行时间参数表、中央空调机组故障参数表，调控中央空调各机组设备达到最佳节能模式运行。

所述中央计算机通过中央PLC的通讯转换和传输，实现对终端控制器参数的设置和动作监控，以及对中央空调各机组动作的监控。

所述的终端控制器受中央计算机的指令控制，可被定义为普通用冷和特殊用冷，普通用冷的温度为26℃或以上，而特殊用冷不受26℃基础温度要求的限制。

以下对本发明的中央空调系统进行说明：

在各用冷房间内的风机盘管或风柜处安装一终端控制器。终端控制器内部主体为可编程继电器，附带有联网通讯接口。在同一中央空调系统中为各终端控制器指定唯一机内编号或地址码用于寻址。终端控制器分为两种用冷类型，一种为常规用冷房，另一种为特殊用冷房。常规用冷房为一般的办公室房间，其温度下限被固定为26℃；特殊用冷房不对其温度上、下限进行固定。终端控制器的用冷类型由其自身的程序数据定义或由中央计算机远程定义。终端控制器上设有温度传感器用于采集该房间的温度；终端控制器上设有空调操作面板状态采集接口用于采集空调操作面板上用户设定的温度点、风速档位和冷气启停信号；终端控制器上设有冷冻水电磁阀控制输出，可根据内置的预处理程序或中央计算机的远程命令开启或关闭房间盘管的冷冻水电磁阀；终端控制器上设有风机控制输出，可根据内置的预处理程序或中央计算机的远程命令调整风机的转速。

终端控制器通过工业总线与中央PLC联网，而非中心监控计算机，使得该中央空调系统对总用冷需求的计算和对中央空调各机组的控制可实现脱机运行；联网的通讯方式可以是RS485、CAN总线等，常采用RS485方式。

终端控制器内置预处理程序，一方面根据所采集到的包括房间温度值、用户设定的温度点、用户设定的风速、冷气启停信号等状态参数进行包括盘管冷冻水电磁阀启闭、风速档位调整在内的以26℃为基础的自动控制功能，另一方面对所采集的状态参数进行预处理程序计算，计算出该房的实时用冷需求负载，并将用冷需求负载数据传输至中央PLC，由中央PLC集中计算总用冷需求负载。终端控制器预处理程序内还包括执行中央计算机指令的步骤，至少包括盘管冷冻水电磁阀的远程启闭、风机档位的远程调整。

中央PLC在每个终端控制器将房间温度自控在26℃(的基础上，通过工业总线网络实时采集各用冷房的实际用冷需求，实时生成中央空调机组总用冷负载需求运行组合参数表，同时实时生成中央计算机的人为指令设定参数表、中央空调各机组运行时间参数表、中央空调各机组故障参数表等，中央PLC循环地对上述参数表进行条件控制，以实现系统持续运作。中央PLC包含输入模块以采集中央空调各机组的运行信号、故障信号等；包含输出模块以控制中央空调各机组设备的组合输出。中央空调各机组的组合输出情形，依据中央PLC内置的模糊程序根据所采集的参数经判断和计算后以达到最佳节能模式为原则而决定，所述参数至少包括各终端控制器发出的房间温度自控在26℃基础的实时用冷需求负载数据。

中央计算机人机界面显示和记录各个终端的温度、风速档位、用冷动作、实时用冷需求，监控中央空调机组各设备的运行、报警，形成相关的数据曲线图表。同时提供终端特殊用冷设置功能、终端风机风速、盘管冷冻水电磁阀启闭功能、中央空调机组设备启停操控功能。

中央空调机组包含有多套机组，各机组的运行状态由中央PLC逻辑判定，实行组合式运行。

本发明的有益效果是：以硬件设施保证用户按26℃或以上用冷，用户用冷完全按照国家用冷要求；26℃管理中央空调智能节能系统在保证用户按26℃基础用冷的同时，实时主动调控中央空调机组按终端26℃基础总用冷需求供冷，并且实现中央计算机对各终端的远程控制，可获得最大化的节能效果；中央PLC作为数据采集以及处理核心，性能优越、运行稳定。加入人为调控指令、机组设备运行时间、设备故障状态、智能组合中央空调机组等条件控制，达到自动管理、最佳节能的效果，解决了终端管理难、中央空调耗能大的问题，填补了国内的空白。

附图说明

图1是本发明实施例终端用冷房的连接方块图；

图2是本发明实施例终端控制器的预处理自控流程图；

图3是本发明实施例中央PLC的内部运行流程图；

图4是本发明实施例系统联网方块图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。

假设用冷建筑为商业写字楼，用冷房以风机盘管方式用冷，中央空调机组有1#、2#、3#，3套中央空调机组，各机组包括冷却塔、冷却泵、冷冻泵、冷冻主机等，为现有常用的水冷机组。1#机组、2#机组、3#机组的制冷能力分别为中央空调总制冷量的20％、40％和40％。

在各用冷房间内分别设置一终端控制器，该终端控制器为可编程继电器，选用欧姆龙ZEN-10C4DR-D-V2 CPU单元。用冷房间温度传感器采用PT 100探头及温度模块，将温度模块连接至可编程继电器上模拟量输入端。将空调操作面板上的高速、中速、低速、冷气启停开关、温度调节等动作信号连接到可编程继电器的输入端。盘管上装有冷冻水电磁阀用以控制冷冻水是否可进入盘管内。冷冻水电磁阀、风机分别连接至可编程继电器的输出端。

终端用冷房的连接方块图，如图1所示，其中从中央空调机组引出的是传冷回路。

终端控制器的预处理自控流程图，如图2所示。

经过终端控制器的预处理程序，在非特殊用冷情况下，该房间将会确保用户使用的房间温度在26℃或以上，另外对该房间的用冷需求负载的计算最多计算至使该房间温降至26℃所需的负载，由此整个中央空调系统的总用冷需求负载的计算是以各房间温度不低于26℃为前提条件。而特殊用冷房则开放温度上下限，由用户根据实际需要调节。各终端控制器计算出其对应房间的用冷需求负载后，经RS485网络传至中央PLC。同一楼层的终端控制器连接至该层的RS485总线；不同层的RS485总线通过RS485集线器级联，级联后的总线的最高级与中央PLC的485ADP通讯模块连接，实现中央PLC对各终端控制器用冷需求负载数据的收集。

中央PLC采用三菱FX2N CPU，输入模块连接中央空调各机组设备的运行信号和故障信号。输出模块通过控制电缆连接到中央空调各机组设备的远程控制口。中央PLC的编程通讯口通过编程电缆连接到中央计算机。中央PLC的485ADP通讯模块与终端控制器的RS485总线网络的最高级连接。

中央PLC的内部运行流程图，如图4所示。

中央PLC生成的各参数表如下：

设：1#机组制冷能力表示为W1，

2#机组制冷能力表示为W2，

3#机组制冷能力表示为W3，

终端房间1实时用冷需求负载F1，终端房间2实时用冷需求负载F2，……终端房间n实时用冷需求负载Fn。

终端总实时用冷需求负载表示为F＝F1+F2+……+Fn。

则：

中央空调机组终端总负载需求运行组合参数表如下：

条件	中央空调机组运行配置
		F＝0	全部停机
0＜F＜＝W1	1#机组运行
		W1＜F＜＝W2	2#机组运行，(或3#机组运行)
W2＜F＜＝W1+W2	1#机组运行+2#机组运行(或1#机组运行+3#机组运行)
		W1+W2＜F＜＝W2+W3	2#机组运行+3#机组运行
W2+W3＜F	1#机组运行+2#机组运行+3#机组运行

中央计算机人为指令设定参数表如下：

条件	中央空调机组运行配置
		1#机组禁止运行	运行2#机组、3#机组
2#机组禁止运行	运行1#机组、3#机组
		3#机组禁止运行	运行1#机组、2#机组
1#、2#机组禁止运行	运行3#机组
		1#、3#机组禁止运行	运行2#机组

2#、3#机组禁止运行	运行1#机组
		1#、2#、3#机组禁止运行	不运行机组设备

中央空调机组设备运行时间参数表如下：

条件	中央空调机组执行动作(→左边表示原状态，→右边表示执行后的状态)
		F＝0	1#OFF→1#OFF(保持)，1#ON→1#OFF(立即)  2#OFF→2#OFF(保持)，2#ON→2#OFF(立即)  3#OFF→3#OFF(保持)，3#ON→3#OFF(立即)
0＜F＜＝W1	1#ON→1#ON(保持)，1#OFF→1#ON(立即)  2#OFF→2#OFF(保持)，2#ON→2#OFF(运行时间超过20分钟后)  3#OFF→3#OFF(保持)，3#ON→3#OFF(运行时间超过20分钟后)
		W1＜F＜＝W2	1#OFF→1#OFF(保持)，1#ON→1#OFF(运行时间超过20分钟后)  前一次运行，2#比3#先停机：  2#ON→2#ON(保持)，2#OFF→2#ON(立即)  3#OFF→3#OFF(保持)，3#ON→3#OFF(运行时间超过20分钟后)  前一次运行，3#比2#先停机：  2#OFF→2#OFF(保持)，2#ON→2#OFF(运行时间超过20分钟后)  3#ON→3#ON(保持)，3#OFF→3#ON(立即)
W2＜F＜＝W1+W2	1#ON→1#ON(保持)，1#OFF→1#ON(立即)  前一次运行，2#比3#先停机：  2#ON→2#ON(保持)，2#OFF→2#ON(立即)  3#OFF→3#OFF(保持)，3#ON→3#OFF(运行时间超过20分钟后)  前一次运行，3#比2#先停机：  2#OFF→2#OFF(保持)，2#ON→2#OFF(运行时间超过20分钟后)  3#ON→3#ON(保持)，3#OFF→3#ON(立即)
		W1+W2＜F＜＝W2+W3	1#OFF→1#OFF(保持)，1#ON→1#OFF(运行时间超过20分钟后)  2#ON→2#ON(保持)，2#OFF→2#ON(立即)  3#ON→3#ON(保持)，3#OFF→3#ON(立即)
W2+W3＜F	1#ON→1#ON(保持)，1#OFF→1#ON(立即)
			2#ON→2#ON(保持)，2#OFF→2#ON(立即) 3#ON→3#ON(保持)，3#OFF→3#ON(立即)

中央空调机组设备故障参数表如下：

条件	中央空调机组运行配置
		1#机组故障	运行2#机组、3#机组
2#机组禁止故障	运行1#机组、3#机组
		3#机组禁止故障	运行1#机组、2#机组
1#、2#机组故障	运行3#机组
		1#、3#机组故障	运行2#机组
2#、3#机组故障	运行1#机组
		1#、2#、3#机组故障	不运行机组设备

由于中央PLC所采集的是全部终端的用冷需求负载数据，并且所有数据都是经过终端控制器预处理自控后的在温度下限为26℃前提下的用冷需求负载值，因而中央PLC累计用冷需求负载值并通过模糊程序计算出的供冷输出结果与实际用冷需求之间的误差会更小，功率运用会更加准确，从而实现节能的目的。

中央计算机上装有专为26℃管理中央空调智能节能系统开发设计的管理软件。该计算机通过RS232方式与中央PLC通讯，通过PLC对所有终端进行实时监控，包括：各个终端室内温度、实时用冷负载需求、风机的风速档位、盘管冷冻水电磁阀状态、终端总用冷负载需求、中央空调各机组运行动作、故障动作等。可形成各个终端室内温度数据曲线图、实时用冷负载数据报表、风机风速档位数据报表、冷冻水阀门动作数据报表、终端总用冷负载需求数据曲线图、中央空调各机组设备运行报表、中央空调机组设备故障报表等。管理软件提供终端特殊用冷设定功能，可直接在计算机上操控中央空调各机组设备的启停，各个终端用冷房风机的运行档位，各终端用冷房冷冻水电磁阀的启闭动作，从而实现了远程主动控制终端的功能。

26℃管理中央空调智能节能系统的系统联网方块图，如图5所示。

本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.26℃管理中央空调智能节能系统，包括用冷传冷制冷系统和控制系统；所述用冷传冷制冷系统由各房间的风机盘管或风柜和中央空调机组，通过传冷回路管道连接而成；所述控制系统包括中央PLC、中央计算机；中央PLC通过工业总线对各房间的风机盘管或风柜的参数进行采集和控制；中央PLC通过输入输出接口对中央空调各机组的参数进行采集和控制；中央PLC通过工业总线与中央计算机通讯连接；其特征在于：各用冷房内设有一终端控制器，各终端控制器内有唯一机内编号或地址码用于寻址；所述终端控制器至少有温度采集接口、空调操作面板状态采集接口、冷冻水电磁阀控制输出接口、风机控制输出接口和工业通讯接口；所述终端控制器采集用冷房的相关环境状态参数，至少包括室内温度、风速档位、冷冻水电磁阀启闭状态，并作出室内温度为26℃或以上的管理目标的预处理；所述终端控制器与中央PLC通过工业总线联网，接受中央计算机发送的经中央PLC传输的人为设置和控制指令；所述中央PLC控制中央空调各机组以组合方式运作；所述的终端控制器的预处理程序包含如下条件控制：室温小于23℃时，自动关闭冷冻水电磁阀并自动将风机或风柜的风速调为低速；室温大于或等于23℃并且小于26℃时，自动关闭冷冻水电磁阀并且风机或风柜的风速由空调操作面板风速档位控制；室温大于或等于26℃时，冷冻水电磁阀由空调操作面板温控开关控制并且风机或风柜的档位由空调操作面板风速档位控制；所述的终端控制器利用预处理程序，实时将26℃基础自控后的房间温度参数、风速参数、电磁阀参数转换成房间实时用冷负载需求数据，通过工业总线传输给中央PLC。

2.根据权利要求1所述的26℃管理中央空调智能节能系统，其特征在于：所述中央PLC控制中央空调各机组，在每个终端控制器自控为26℃基础用冷的基础上，精确计算中央空调最节省的总的终端用冷需求；内置的模糊控制程序调用中央空调机组终端总用冷负载需求运行组合参数表、中央计算机的人为指令设定参数表、中央空调机组运行时间参数表、中央空调机组故障参数表，以调控中央空调各机组设备达到最佳节能模式运行。

3.根据权利要求1所述的26℃管理中央空调智能节能系统，其特征在于：所述中央计算机通过中央PLC的通讯转换和传输，实现对终端控制器参数的设置和动作监控，以及对中央空调各机组动作的监控。

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