CN101256086A - 定风量温差型中央空调计费方法及计费装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中央空调计费方法及计费装置。定风量温差型中央空调计费方法及计费器，对于同一个中央空调系统的各个计费单元，在计费单元用户的空调进、出风口处分别安装温度传感器，同时通过风机状态识别装置检测用户空调风机运行的档位状态，预先设置用户空调风机的不同档位风速为某一对应的预定值，在风机以某一档位运行而且空调进、出风口的温差达到起始值的情况下，调取用户空调当前档位风速所对应的预定值，利用定风量常数状态下的热量计算公式计算出该计费单元用户空调风机消耗的计算能量，并以此风机各档位计算能量的总和在中央空调系统总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用。计量温度直接采集空调的进回风，更能体现使用的效果。

Description

定风量温差型中央空调计费方法及计费装置

(一)技术领域：

本发明涉及一种中央空调计费方法及计费装置，特别是涉及一种定风量风机系统的中央空调的温差型当量计费方法及计费装置。

(二)背景技术：

随着人们生活水平的日益提高，中央空调得到普遍使用，由于中央空调传统计费方式五花八门，存在很大弊端，不利于节能降耗，不利于环保和社会的长远发展因此，实施中央空调按量计费是迫在眉睫。为了解决中央空调科学、合理计费问题，相关技术人员提出了各种各样方便用户使用的中央空调计量装置及计费方法，例如中国发明专利申请03150444.2(公开日2005年2月23日，公开号CN1584527A)公开了一种中央空调计费自动控制系统，它包括安装在要计费区域的：a)运行时间传感器，用于统计中央空调的累计使用时间；b)安装在总水管上的水温度传感器和流量计；c)分别安装在用户风机盘管分水管的进、回水管道上的温度传感器，利用进水、回水的温差来计算能量的损耗；c)安装在用户风机盘管分水管的进水管道上的流量计，用于计量流经的冷冻水/热水流量的大小；d)在各低压配电回路上的脉冲电表；上述设备与控制器的输入/输出设备相连，通过中央控制电脑采集数据形成收费表。流量传感器增加了系统结构成本，另外也没有从管理者和消费者的角度提供出一个公平、合理的计费解决方案。目前许多中央空调计量方法还存在着一定程度的局限性，没有充分实现按需计费和经过缜密科学计算的的按量计费，不利于中央空调用户本着节约原则更加积极的降低能源消耗，明明白白消费。

(三)发明内容：

本发明针对现有技术不足，提出一种定风量温差型中央空调计费方法及计费装置，应用于定风量的空调系统，对定风量的空调设备。设置空调设备的风量速率为一固定参数，通过准确采集该空调的进回风温度，对风机运行状态进行检测，在有效果的前提下排除的空调管网等因素对设备计量结果的影响，利用温差、空调风量速率参数和时间几个要素，积分得到该定风量空调设备的消耗计算能量。计量的温度采集直接是空调的进回风，更能体现使用的效果。

本发明采用的技术方案：

一种定风量温差型中央空调计费方法，对于同一个中央空调系统的各个计费单元，在计费单元用户的空调进、出风口处分别安装温度传感器，采集进、出风口温度，同时通过风机状态识别装置检测用户空调风机运行的档位状态，预先设置用户空调风机的不同档位风速为某一对应的预定值，在检测到风机某一档位运行的情况下，判断空调进、出风口的温差是否达到一预先设定的起始值，在温差达到起始值的情况下，调取用户空调当前档位风速所对应的预定值，在定风量的情况下，利用定风量常数状态下的热量计算公式

$Q_i={\∫}_{\mathrm{\τ}0}^{\mathrm{\τ}1}{k}_i\mathrm{\Δhd\τ}$

计算出该计费单元用户空调风机当前档位消耗的计算能量，并以此风机各档位计算能量的累计总和在中央空调系统总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用，实现中央空调的按当量能量计费，式中

Qi——某一档位释放或吸收的当量热量，单位J或W·h

Δh——在进、出风口温度下空气的焓值差，单位J/kg

τ——时间，h

ki——在定风量系统下某一档位为一指定的常数值。

定风量空调的计算能量的总和：

Q＝∑Q_i

所述的定风量温差型中央空调计费方法在没有风机运行的情况下不计费；在用户空调进、出风口的温差没有达到预定的起始值的情况下，不产生计费值；同时可以通过对空调用户的缴费情况进行监控，在用户欠费的情况下关闭用户冷/热量传递介质入户管道阀门，以实现欠费禁用功能。

其计算原理：应用标准的热量计算公式计算某一档位的消耗能量，

$Q_i={\∫}_{\mathrm{\τ}0}^{\mathrm{\τ}1}{q}_m\mathrm{\Δhd\τ}$

$={\∫}_{\mathrm{\τ}0}^{\mathrm{\τ}1}\mathrm{\ρ}{q}_v\mathrm{\Δhd\τ}---\left(1\right)$

式中：Q_i——某一档位释放或吸收的当量热量，J或W·h

qm——空气的质量速度，kg/h

qv——空气的体积速度，m³/h

ρ——空气的密度，kg/m³

Δh——在进出风口温度下空气的焓值差，J/kg

τ——时间，h

在本发明定风量系统，风机的各档位速度为预置的定值，同时采用精确的配对温度传感器得到空调用户进、出风口温差，对不同的定风量系统可以指定常数k_i并且令

k_i＝q_m＝ρq_v    (2)

k_i为计算系数(常数)，因此可简化计算方法，则公式(1)可变为：

$Q_i={\∫}_{\mathrm{\τ}0}^{\mathrm{\τ}1}{k}_i\mathrm{\Δhd\τ}---\left(3\right)$

则空调的计算能量总和：

Q＝∑Q_i

本发明定风量温差型中央空调计费装置，含有一个核心计算单元，所述核心计算单元包括核心CPU模块、监时存贮模块、通讯模块及电源模块，电源模块为计费装置提供工作电源，监时存贮模块的控制接口、数据接口及读写同步时钟接口分别连接核心CPU模块中CPU的相应控制接口或I/O接口，核心CPU模块中CPU的串行通讯接口连接上行通讯模块，通过上行通讯模块连接上位机，计费装置含有外置的配对温度采集单元和一个风机运行档位状态识别单元，温度采集单元设有中央空调两个温度检测接口，进行进、出风口温度信号采集，温度采集单元外接集成数字传感器或模拟传感器，温度采集单元进、出风口温度信号输出接口DQ1、DQ2对应连接CPU的DQ1、DQ2与采集模块的输出接口，风机运行状态识别单元输出端A_CH、B_CH、C_CH分别与核心CPU模块中CPU的对应I/O接口连接，实现风机运行状态的采集。

所述的中央空调计费装置，核心计算单元含有显示模块接口，核心CPU模块中CPU的四个I/O端口(WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA)分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，CPU的复位端(RST)与监时器的复位端(RST)连接；CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，计费装置通过上行通讯模块连接上位机，CPU设置相应的I/O端口通过显示模块接口与现场显示模块连接，实现信息现场显示。

所述的中央空调计费装置，含有阀门控制/检测模块，以实现欠费禁用和使用维护；阀门控制/检测模块采用光耦521实现强弱电隔离，阀门控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源，阀门控制/检测模块的隔离检测输出端(CHECK1)连接核心CPU模块CPU的一个I/O接口；阀门控制/检测模块的输入控制端(CONT1)连接CPU的一组I/O接口，阀门控制/检测模块的控制输出端(OUT1)控制连接控制阀门或风机工作回路电源。

所述的中央空调计费装置，上行通讯模块采用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线或BUS总线通讯方式，或者采用无线通讯方式。

本发明的积极有益效果：

1、本发明提出了一个可靠的空调计费的计量方法和方案。方案中用到的原理是基本热力学原理，对于同一个系统的各个定风量设备，此方案的计量方法更加科学，当量能量的计算结果更加准确可靠，达到“准确、合理、方便”的计量目的。设计合理，安装简单，使用、维修方便，成本低廉，计量准确可靠，实现“按需使用，按量收费”的客户要求，具有极好的推广应用价值。且硬件设备相对于传统的计量器具简单可靠稳定，维护方便。

2、本发明设计理念合理，计量准确可靠，成本低且使用维修方便，实现在有效果的情况下“按需使用，按量收费”要求，具有极好的推广应用价值。设计新颖且降低了设备成本和维护成本，还提高了产品竞争力。能促进用户合理消费，节约能源，降低空调设备负荷，延长设备使用寿命。

3、本发明通过在每个计费单元的中央空调的入口处配制电动阀门，可以实现欠费禁用功能：直接通过管理中心电脑下达禁用关闭该入口处电动阀门，切断该计费单元的中央空调循环水，从而实现远程控制。或者控制风机电原回路实现禁用控制。阀门控制/检测模块控制方式可以采用可控硅，继电器等方案。

4、本发明应用于定风量的系统中，对热量交换效果有更准确的计量，对进出风口的温差进行采集，参与到能量转移的计算中，不仅减低空调水质不好对计量设备的影响，还提高了计量的科学性，准确性。由于摒弃了传统的各式流量计，而采用了对风机运行状况检测，即降低了成本有提高了产品竞争力，又大大减低空调水质不好对计量设备的影响，维护成本低。

(四)附图说明：

图1：本发明计费装置单元模块配置图

图2：本发明计费方法工作逻辑图

图3：本发明计费装置核心计算单元功能模块示意图

图4：本发明计费装置中央处理CPU模块

图5：本发明计费装置阀门控制/检测模块结构图之一

图6：本发明计费装置监时存贮模块

图7：本发明计费装置风机运行识别模块一

图8：本发明计费装置进出风口温度采集模块

图9：本发明计费装置通讯模块

图10：本发明计费装置电源模块

图11：本发明计费装置显示模块接口

图12：本发明计费装置阀门控制/检测模块结构图之二

图13：本发明计费装置采用BUS总线的上行通讯模块电路原理结构示意图

图14：本发明计费装置采用CAN总线的上行通讯模块电路原理结构示意图

图15：本发明计费装置风机运行识别模块二

图16：本发明计费装置具体应用中安装使用状态参考图之一

图17：本发明计费装置具体应用中安装使用状态参考图之二

(五)具体实施方式：

实施例一：参见图1、图2，本发明定风量温差型中央空调计费方法，对于同一个中央空调系统的各个计费单元，在计费单元用户的空调进、出风口处分别安装温度传感器，采集进、出风口温度，同时通过风机状态识别装置检测空调风机不同档位状态，所述计费方法通过下述步骤实现中央空调的按需计费，

(1)首先设置用户空调风机某一档位状态的风速为一相应的预定值ki，

(2)在检测到风机运行的情况下，判断空调进、出风口的温差是否达到一预先设定的起始值，

(3)在空调进、出风口温差达到起始值的情况下，得到对应进、出口温度下介质的焓值差Δh，并调取用户空调当前档位风速所对应的预定值ki，然后对流经的介质焓值差Δh与系数ki的乘积和时间进行积分，即利用定风量常数状态下的热量计算公式

$Q={\∫}_{\mathrm{\τ}0}^{\mathrm{\τ}1}{k}_i\mathrm{\Δhd\τ}$

计算出该计费单元用户空调当前风机档位消耗的计算能量，并累计计算出空调风机以不同档位状态运行时释放或吸收能量的总和，

(4)以所述计费单元用户空各档位风速状态下的计算能量的累计总和作为该计费单元的计费计算依据，以此计算能量在中央空调系统总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用，实现中央空调的当量能量计费。

其中，在定风量系统下某一档位风速的预定值ki为根据计量对象设备生产厂家标注的各档位额定风量确定的常数；用户空调进、出风口温差预定计费的起始值的范围在0.1摄氏度到2.0摄氏度之间，在用户空调进、出风口的温差没有达到预定的起始值的情况下，不计费；在没有风机运行的情况下不计费。

本发明主要用于计量定风量的中央空调系统运行的状况，根据不同型号风机的计算系数，结合有效运行的时间、进出风口的温度差，计算出该中央空调风机消耗的当量能量，并以此计算能量在中央空调系统总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用，即中央空调的当量能量计费法。

所述的定风量温差型中央空调计费方法，通过一计费装置对空调用户的缴费情况进行监控，计费装置在监测到用户欠费的情况下通过阀门控制/检测模块关闭用户冷/热量传递介质入户管道阀门，以实现欠费禁用功能。

实施例二：本实施例为本发明计费装置具体实施方式。计费装置单元模块配置见图1，计费装置含有一个核心的计算单元，以及外围温度采集单元和风机运行状态识别单元。图3为核心计算单元功能模块示意图。图中U1为CPU，U2为监时存贮器，U3为上行通讯RS485总线通讯芯片。

参见图4、图6，核心CPU模块中中央处理器采用89S52，或AT89C52、P89C54BP、P89C58A、MC68HC11A8、MC68HC11E9、MC68HC16、PIC16C877A、EM78P447、MSP430F147和MSP430F435、E78C52D、E78E58B及其后续推出兼容性芯片中的任意一种。CPU的四个I/O端口分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，这些接口可由软件任意定义；CPU的复位端(RST)与监时器的复位端(RST)连接；图9为通讯模块电路原理示意图。CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，计费装置通过上行通讯模块连接上位机，通讯的控制见本公司的另一项专利申请《半双工通讯收发控制方法及装置》。

图10为本实施例计费装置电源模块电路原理示意图，其中U9为三端稳压器，电源模块为整个计费装置提供工作电源。本实施例现场设有中央空调进出风口温度采集模块，温度采集模块原理图见图8，CPU的DQ1、DQ2与进出风口温度采集模块的对应接口DQ1、DQ2连接。风机运行识别模块原理图见图7，风机运行状态识别单元输出端A_CH、B_CH、C_CH分别与核心CPU模块中CPU的对应I/O接口连接，实现风机运行状态的采集。

阀门控制/检测模块电路原理示意图见图5，计费装置可以通过阀门控制/检测模块实现欠费禁用和使用维护；阀门控制/检测模块采用光耦521实现强弱电隔离，阀门控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源，阀门控制/检测模块的隔离检测输出端(CHECK1)连接核心CPU模块CPU的一个I/O接口；阀门控制/检测模块的输入控制端(CONT1)连接CPU的一个I/O接口，阀门控制/检测模块的控制输出端(OUT1)控制连接控制阀门工作电源回路。

图2为中央空调计费设备逻辑图。所述计费装置应用之一见图16。当装置工作后，CPU模块通过风机运行信号识别模块到正确的风机运行状态，再结合进出风口温度度情况进行计量。装置实时进行温度采集，同时从得到当前风机实时的状态。装置可以通过上行通讯模块传递现场信息。装置将当前用户的各种信息送往现场显示模块，供用户查看。装置通过监时存贮模块定时进行数据存储备份，有效保证数据的安全性。根据信息使阀门控制/检测模块打开或关闭，得到相应的输出信号。当用户被禁用时，阀门一直被控制关闭，切断用户中央空调循环水或者切断风机供电，禁止用户使用，直至上位机解除该设备的禁用。设备定时通过监时存贮模块进行数据存储，保护数据，并显示或查询该计费单元当前状态，进出风口温度，供水温度，上月费用等计费信息。

实施例三：具体电路参见图4～图11，图17。装置带有现场显示模块。与实施例二的区别在于：用户没有安装入户阀门，阀门控制/检测模块控制风机工作电源回路，以实现欠费禁用。

实施例四：具体电路及连接关系参见图4～图8，图10，图11，图13，图16。本实施例计费装置与上位机通讯采用BUS总线，装置带有现场显示模块。其与实施例二的区别分别在于采用BUS总线(电路原理示意图参见图13)，上行通讯模块与其它模块端口对应连接，通讯连线为：图4中CPU的RXD、TXD分别和图13中的RXD_Y、TXD_Y对应连接。

实施例五：本实施例与实施例二的区别，与上位机通讯采用CAN总线。参看图4～图8，图10，图11，图14，图16，上行通讯模块与其它模块端口对应连接。通讯部分连线为：图14中的RST、ALE、CS2、RD、WR、INT_CAN、ADO-AD7分别与图4中CPU的RST、第30脚ALE、第12脚INT0(原来的定义取消)、第17脚/RD、第16脚/WR、第13脚INT1(原来的定义取消)、第39-32脚P00-P07对应连接。图14中的CAN控制器和收发器对应连接。

实施例六：具体电路及连接关系参见图4，图6～图12，图16。装置带有现场显示模块。本实施例与实施例二的区别，控制器件采用继电器。参看图12，门控制/检测模块控制部分核心是继电器，模块的输入控制端(CONT1)连接CPU的一个I/O接口，阀门控制/检测模块的控制输出端一(OUT1)连接控制阀门工作电源回路，控制输出端二(OUT2)连接控制阀门关闭电源回路。

实施例七：具体电路及连接关系参见图4～图6，图8～图11，图15，图16。装置带有现场显示模块。本实施例与实施例二的区别，采用了不同的风机运行档位状态采集方法。参看图12，档位参考电压改为阀控制输出OUT1。

Claims (7)

1、一种定风量温差型中央空调计费方法，对于同一个中央空调系统的各个计费单元，在计费单元用户的空调进、出风口处分别安装温度传感器，采集进、出风口温度，同时通过风机状态识别装置检测空调风机不同档位状态，其特征是：所述的计费方法，是通过下述步骤实现的，

(1)首先设置用户空调风机某一档位状态的风速为一相应的预定值ki，

(2)在检测到风机运行的情况下，判断空调进、出风口的温差是否达到一预先设定的起始值，

(3)在空调进、出风口温差达到起始值的情况下，得到对应进、出口温度下介质的焓值差Δh，并调取用户空调当前档位风速所对应的预定值ki，然后对流经的介质焓值差Δh与系数ki的乘积和时间进行积分，计算出该计费单元空调风机当前档位消耗的计算能量，并累计计算出空调风机以不同档位状态运行时释放或吸收能量的总和：

(4)以所述计费单元用户空各档位风速状态下的计算能量的累计总和作为该计费单元的计费计算依据，以此计算能量在中央空调系统总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用，实现中央空调的当量能量计费。

2、根据权利要求1所述的定风量温差型中央空调计费方法，其特征是：在定风量系统下某一档位风速的预定值ki为根据计量对象设备生产厂家标注的各档位额定风量确定的常数。

3、根据权利要求1所述的定风量温差型中央空调计费方法，其特征是：用户空调进、出风口温差预定计费的起始值的范围在0.1摄氏度到2.0摄氏度之间，在用户空调进、出风口的温差没有达到预定的起始值的情况下，不计费；在没有风机运行的情况下不计费。

4、根据权利要求1或2或3所述的定风量温差型中央空调计费方法，其特征是：通过一计费装置对空调用户的缴费情况进行监控，计费装置在监测到用户欠费的情况下通过阀门控制/检测模块关闭用户冷/热量传递介质入户管道阀门，以实现欠费禁用功能。

5、一种定风量温差型中央空调计费装置，含有一个核心计算单元，所述核心计算单元包括核心CPU模块、监时存贮模块、通讯模块及电源模块，电源模块为计费装置提供工作电源，监时存贮模块的控制接口、数据接口及读写同步时钟接口分别连接核心CPU模块中CPU的相应控制接口或I/O接口，核心CPU模块中CPU的串行通讯接口连接上行通讯模块，通过上行通讯模块连接上位机，其特征是：计费装置含有外置的配对温度采集单元和一个风机运行档位状态识别单元，温度采集单元设有中央空调两个温度检测接口，进行进、出风口温度信号采集，温度采集单元外接集成数字传感器或模拟传感器，温度采集单元进、出风口温度信号输出接口DQ1、DQ2对应连接CPU的DQ1、DQ2与采集模块的输出接口，风机运行状态识别单元输出端A_CH、B_CH、C_CH分别与核心CPU模块中CPU的对应I/O接口连接，实现风机运行状态的采集。

6、根据权利要求5所述的中央空调计费装置，其特征是：核心计算单元含有显示模块接口，核心CPU模块中CPU的四个I/O端口(WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA)分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，CPU的复位端(RST)与监时器的复位端(RST)连接；CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，上行通讯模块采用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线或BUS总线通讯方式，或者采用无线通讯方式，计费装置通过上行通讯模块连接上位机；CPU设置相应的I/O端口通过显示模块接口与现场显示模块连接，实现信息现场显示。

7、根据权利要求5或6所述的中央空调计费装置，其特征是：含有阀门控制/检测模块，以实现欠费禁用和使用维护；阀门控制/检测模块采用光耦521实现强弱电隔离，阀门控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源，阀门控制/检测模块的隔离检测输出端(CHECK1)连接核心CPU模块CPU的一个I/O接口；阀门控制/检测模块的输入控制端(CONT1)连接CPU的一组I/O接口，阀门控制/检测模块的控制输出端(OUT1)控制连接控制阀门或风机工作回路电源。

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