CN101782258B - 空调节能方法 - Google Patents

Abstract

一种空调节能方法，应用于空调系统的电能管理监控装置，首先，令电能管理监控装置依据设备运行数据计算耗能估算值，并依据耗能估算值设定节能目标值，再以节能目标值计算摊分比例，接着，令空调系统依据摊分比例进行运行，由电能管理监控装置对该空调系统进行监控以获得实际耗能值，最后，判断实际耗能值是否符合节能目标值，并根据判断结果进行摊分比例的修正与调整。据此，可达到事前耗能额度或金额估算、建立系统回馈调整机制以及降低能源消耗的目的，从而空调系统能进行更有效率地运行。

Description

空调节能方法

技术领域

本发明涉及一种空调节能方法，特别是涉及一种应用智慧型演算法计算优化的空调装置摊分比例的空调节能方法。 

背景技术

随着科技进步与文化发展，大多数的产业开发及经济活动均需要消耗大量的能源。然而，能源并非取之不尽用之不竭，自从工业革命开始进行能源大规模开采后，地球能源的储量到底还剩多少，科学家至今也没有确切答案。再者，任何形式的能源消耗皆会带来环境污染，由于近年来环保意识抬头，在国际能源环境多变的状况之下，在面对温室效应、能源高价格趋势以及传统能源的耗竭等种种问题时，对于如何节能及提升能源效率，遂成为全球最关心的议题。 

依据有关数据显示，住宅与商业两部门的耗电量与日俱增，在总耗电量所占的比例很高，其中空调与照明耗电又占了一半以上，可见空调系统是电力消耗的最主要来源。目前现有技术中针对空调系统的节能方法主要可从两个方面着手，分别为硬件设备改善以及软件方面改进。 

硬件设备的改善例如加装变频器、高效率马达及/或进相补偿电容器以进行节能。以变频器为例，在硬件部分加装变频器所开发的变频式空调设备，是利用改善压缩机的运行方法以维持人体舒适的温度，避免了以往非变频式空调压缩机在以开启与关闭的方式调空温度，造成能源浪费。另外，软件方面的改进例如加强软件对于系统调整与管理调控的效能以大幅降低能源费用，相较之下，软件的改善较偏重于抑制耗能例如行为管理、设定排程及/或临界值(Threshold)监控，或偏重于降低负载以控制用电需量。一般而言，硬件设备的改善所需的时间与成本较高，而以软件方式节能所投资的成本较低，软件依据空间特性以进行空调系统行为管理及/或排程设定，例如依据时间、人数、 空间以及使用特性来调整空调系统运行的时间、温度及/或风量，例如会议室与办公室所设定的空调排程不尽相同，或例如控制用电量，超过某特定值空调系统便不再运转。 

然而，上述现有技术存在以下问题： 

(1)事后才能得知空调系统所耗费的电量及所节省的电费，无法事先预期与控制节约费用比例或金额。 

(2)未具备回馈机制，因此无法即时修正空调系统的运行效率，需待收到电费账单后才能进一步设定与调整空调排程或行为。 

纵上所述，如何提供一种空调节能方法，以达到事前预估耗能额度或金额、建立系统回馈机制、管理监控空调系统以防止能源过度浪费，从而使空调系统进行有效率地运行的目的，遂成为目前急待解决的问题。 

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种应用于空调系统的电能管理监控装置的空调节能方法，依据预先估计的耗能额度设定节能目标，并通过智慧型演算法求出摊分比例，最后，建立系统回馈机制动态地调整摊分比例，以防止能源过度浪费，从而使空调系统进行有效率地运行。 

为达到上述目的或其他目的，本发明提供一种空调节能方法，应用于空调系统的电能管理监控装置，该空调节能方法包括以下步骤：(1)令该电能管理监控装置依据设备运行数据计算耗能估算值；(2)依据该耗能估算值设定节能目标值；(3)依据该节能目标值计算摊分比例；(4)令该空调系统依据该摊分比例进行运行；(5)令该电能管理监控装置对该空调系统进行监控以获得实际耗能值；以及(6)判断该实际耗能值是否符合该节能目标值，若符合，则返回步骤(4)由该空调系统依据该摊分比例进行运行，若不符合，则返回步骤(3)重新计算另一组摊分比例。 

在一较佳实施例中，步骤(1)还包括：(1-1)在计算该耗能估算值之前，取得该空调系统的设备参数及环境参数；以及(1-2)依据该设备参数以及该环境参数决定该设备运行数据，且步骤(3)还包括(3-1)令该电能管理监控装置选择推论规则；以及(3-2)依据该推论规则以智慧型 演算法计算该摊分比例。 

相比于现有技术，本发明所提供的空调节能方法，先计算耗能估算值以设定节能目标值，利用摊分比例对空调系统进行监控及优化控制，并修正摊分比例以使空调系统的运行达到节能目标值，因此解决现有技术中无法事前预期控制节约费用比例或金额、无法即时修正空调系统的节能方法以及无法有效管理监控空调系统的缺点。 

附图说明

图1是本发明的空调节能方法的基本流程图； 

图2是本发明的空调节能方法的耗能估算值的计算方法流程图； 

图3是本发明的空调节能方法的摊分比例的估算方法流程图； 

图4A是本发明的空调节能方法的估算摊分比例的具体实施例的示意图； 

图4B是本发明的空调节能方法的推论规则的具体实施例的示意图； 

图4C是本发明的空调节能方法的智慧型演算法的具体实施例的示意图； 

图5是本发明的空调节能方法一具体实施例的流程图； 

图6是应用本发明的空调节能方法的空调系统的架构示意图。 

主要元件符号说明： 

3电能管理监测装置 

30中央控制单元 

301软件 

31监测元件 

32冰水主机 

33冷却水塔 

34水泵 

35风机 

S10～S16步骤 

S101～S102步骤 

S131～S132步骤 

S20～S26步骤 

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。 

请参阅图1，其是本发明的空调节能方法的基本流程图，如图1所示，本发明的空调节能方法包括以下步骤。 

在步骤S11中，令电能管理监控装置依据设备运行数据计算耗能估算值，其中，设备运行数据的决定是依据设备参数以及环境参数。接着进至步骤S12。 

在步骤S12中，依据耗能估算值设定节能目标值，其中，该节能目标值依据空调系统的使用者所能接受的舒适范围所设定。接着进至步骤S13。 

在步骤S13中，依据该节能目标值计算摊分比例。电能管理监控装置会采用至少一组推论规则进行演算以获得空调系统中各个装置的摊分比例。接着进至步骤S14。 

在步骤S14中，令空调系统依据该摊分比例进行运行。接着进至步骤S15。 

在步骤S15中，令电能管理监控装置对空调系统进行监控以获得实际耗能值。通过实际耗能值与节能目标值的比较可了解该摊分比例是否可对该空调系统进行优化控制。接着进至步骤S16。 

在步骤S16中，判断该实际耗能值是否符合该节能目标值，若该实际耗能值符合该节能目标值，则返回步骤(4)令空调系统依据该摊分比例持续进行运行，若该实际耗能值不符合该节能目标值，则返回步骤(3)重新计算另一组摊分比例，其中，对于实际耗能值是否符合节能目标值的判断，可设定一误差范围，若实际耗能值落入节能目标值的特定误差范围内，即判断该实际耗能值符合该节能目标值。 

具体实施时，空调系统可先运行一段时间以记录环境参数与设备 参数并依据该环境参数与该设备参数计算耗能估算值，接着由使用者自行设定节能目标值，例如将70％的耗能估算值定为节能目标值，此时空调系统需决定如何减少此30％的耗电量，因此电能管理监控装置利用预设的推论规则来计算摊分比例，并依据该摊分比例对空调系统进行优化控制。本发明的空调节能方法还具有回馈机制，当空调系统运行时，电能管理监控装置会监控空调系统以即时得到实际耗能值，若该实际耗能值落入该节能目标值的特定误差范围内(例如设定误差5％为可接收的范围)，即判断该实际耗能值符合该节能目标值，若该实际耗能值不符合该节能目标值，则必须再重新计算摊分比例，由空调系统依据该重新计算的摊分比例进行运行，直到达成节能目标为止。 

请参阅图2，其是本发明的空调节能方法的耗能估算值的计算方法流程图，如图2所示，耗能估算值的详细计算方法包括以下步骤。 

在步骤S110中，在计算该耗能估算值之前，取得该空调系统的设备参数及该环境参数。接着进至步骤S111。 

在步骤S111中，依据该设备参数以及环境参数决定该设备运行数据。接着进至步骤S112。 

在步骤S112中，令电能管理监控装置依据设备运行数据计算耗能估算值。 

在一较佳实施例中，上述的设备参数可为设备运转时数统计、设备耗能比例记录、该空调系统的设备规格及/或该空调系统的热负荷需求数据。 

另外，环境参数可为历史温度数据、历史湿度数据、目前温度数据、目前湿度数据、气象预报数据、该空调系统所在的环境室内与室外的相对温度数据及/或相对湿度数据。当电能管理监控装置计算耗能估算值时，必须通过大量的参考数据进行评估，因此，本实施例整合多种设备参数与环境参数，使所计算的耗能估算值较能符合实施状况。 

以下通过例示详细列出本发明的空调节能方法所需的各种参数。 

设备规格包括空调系统配置如冰水主机、冷却水塔、空调箱、泵、风机、外气空调箱及/或压缩机、设备的型号、冷冻吨数、功率因数及/或电压以及设备的效率比值(EER)及/或性能系数(COP)。 

热负荷需求如构造体的热负荷(例如外墙、屋檐等)、产生于室内的 热负荷(例如照明、人体等)及/或渗透风的热负荷(例如接触外界空气的门)，也就是说，冷房负荷等于外部发热源加上室内发热源。 

上述的设备规格参数及热负荷需求参数通常在空调系统装设于建筑物前已经通过实验的方式取得，至于其他参数，可由空调系统运行一段时间进行记录。 

设备运转时数统计为设备依据季节、气候、室内外环境温度差及/或相对湿度以统计各设备每日运转时数、运转日数、总运转时数及/或总运转度数。 

设备耗能比例记录为设备依据节、气候、室内外环境温度差及/或相对湿度以记录各设备耗电比例，例如冰水主机占了60％、冰水泵占了11％。 

以上所有参数(包括其他参数)的记录均为了决定设备运行数据。 

具体实施时，电能管理监控装置可依据上述参数得知记录中类似的气候状况所应进行的空调运行，而依据所应进行的空调运行以计算耗能估算值。 

其中，电能管理监控装置可依据耗能估算值设定最低限值、有段节能降载及/或无段节能降载模式提供使用者作为节能目标的选择，举例而言，因为空调主机运载有一定的最低耗能(如40％的耗能估算值)，过低的节能会导致主机无法开启，因此当使用者选择最低限值作为节能目标时，电能管理监控装置会将40％的耗能估算值定为节能目标值。 

因此，由上述实施例得以了解本发明的空调节能方法具有事前预估耗能值的效果。 

请参阅图3，其是本发明的空调节能方法的摊分比例的估算方法流程图，如图3所示，本发明的设定摊分比例的方法包括以下步骤。 

在步骤S131中，令电能管理监控装置选择推论规则。接着进至步骤S132。 

在步骤S132中，依据该推论规则以智慧型演算法计算摊分比例。 

具体实施时，在设定节能目标值之后，电能管理监控装置需依据节能目标值来决定如何节能，因此选择至少一项推论规则以智慧型演算法计算摊分比例，以得知空调系统各设备或单位时间所需减少的耗能，接着比对依据该摊分比例进行运行所获得的实际耗能值与原先估 计的耗能估算值，若两者误差超过预设值，则重新计算摊分比例。 

请参阅图4A，其是本发明的空调节能方法的估算摊分比例的具体实施例的示意图，如图4A所示，摊分的方式可为时间均摊法、时间比例摊分法、设备比例摊分法，或采用不同的组合方式组合以上多种摊分法以进行设计摊分的比例。 

时间均摊法为依据该节能目标值以等比例缩减单位时间的各设备的耗能，例如节能目标值为耗能估算值的70％，则空调系统的所有设备均于单位时间内减少30％的耗电量。 

时间比例摊分法为依据该节能目标值利用推论规则决定分配各单位时间的各设备的耗能比例，因为计价电费有分尖峰、半尖峰、离峰费率，可计算各时段最佳摊分比例进行能源抑制。 

设备比例摊分法为依据该节能目标值利用推论规则决定分配各设备的耗能比例，例如冰水主机最耗电，则设定冰水主机减少较多单位时间耗电量，而风机较不秏电，则风机运转设定不变，空调系统的温度可能较高但因为风机运转不变而使空调环境仍维持在人体感觉舒适的范围。 

因此，由上述的摊分比例可让各设备依据该摊分比例进行设定与动态调整以有效管理空调系统并防止能源过度浪费。 

请参阅图4B，其是本发明的空调节能方法的推论规则的具体实施例的示意图，如图4B所示，推论规则可为外气空调负荷计算、冷却水塔负载计算、主机负载计算、群组运行最佳化计算、最佳耗能平衡点计算、最佳室内舒适度计算、室内空气品质计算及/或需量控制计算。 

以外气空调负荷计算为例，是通过外气与室内的焓值差，可估算目前可能的空调负荷，例如当空调系统启动之后，若室外气温低于室内温度时，开启外气风门以引进低温的外气，预先冷却室内较热的温度，约30分钟后再由冰水供给室内的空调，如此可减少室内空调负荷。又例如最佳耗能平衡点计算是参考冰水主机与冷却水塔在不同的冷却水温度下的耗电率变化，低的冷却水温度可降低冰水主机耗电，但风机的耗电量会提高，因此整体的耗电量会有一个最佳点。 

因此，由上述的推论规则可让空调系统在维持空气品质及环境舒适度之下，电能管理监控装置对该空调系统进行优化控制。 

请参阅图4C，其是本发明的空调节能方法的智慧型演算法的具体实施例的示意图，其中，智慧型演算法可为模糊控制演算法及/或类神经网路演算法，其系统的参数或训练(training)样本越多、越正确、差异性越大，智慧型演算法的能力就越强。 

因此，由上述的智慧型演算法得以使空调系统进行优化运行，且每一次的运行都会增进耗能预估值及摊分比例的精确性。 

请参阅图5，其是本发明的空调节能方法一具体实施例的流程图。如图5所示，在步骤S20中，使电能管理监控装置记录环境参数与设备参数，并依该环境参数与设备参数决定设备运行数据。接着进至步骤S21。 

在步骤S21中，电能管理监控装置依据设备运行数据以及当日的环境状况计算空调系统的耗能估算值，其中，决定设备运行数据的参数愈多其所计算的耗能估算值越准确。接着进至步骤S22。 

在步骤S22中，由使用者自行设定节能目标值。在本实施例中尚可依据节能目标值进行步骤S221的耗能移转评估，利用该设备运行数据估算尖峰时间耗能成本与离峰时间耗能成本，并通过特定空调运行方式将部分尖峰时间的耗能移转到离峰时间，从而达成节能目标值。接着进至步骤S23。 

在步骤S23中，依据该节能目标值计算摊分比例，也就是决定各设备或各设备在单位时间内所应摊分的耗能比例。电能管理监控装置从多项推论规则中选择所需要的推论规则并利用智慧型演算法(模糊控制演算法及/或类神经网路演算法)计算摊分比例。接着进至步骤S24。 

在步骤S24中，空调系统依据该摊分比例以进行优化节能运行。接着进至步骤S25。 

在步骤S25中，电能管理监控装置监控空调系统，并记录空调系统依据该摊分比例运行时所产生的设备运行数据与实际耗能值，以作为日后回馈修正参数的依据。接着进至步骤S26。 

在步骤S26中，若实际耗能值落入节能目标值特定误差范围内，即判断该实际耗能值符合该节能目标值，回到步骤S24，空调系统依据该摊分比例继续进行节能运行；若该实际耗能值不符合该节能目标值，回到步骤S23，重新计算摊分比例。本发明利用回馈机制持续对空调系 统进行监控，每隔一段时间获得实际耗能值并判断该实际耗能值是否符合该节能目标值以决定是否重新计算摊分比例。 

实际应用时，请参阅图6，其是应用本发明的空调节能方法的空调系统的架构示意图。如图6所示，该空调系统包括电能管理监控装置3、中央控制单元30、软件301、监测元件31、冰水主机32、冷却水塔33、水泵34以及风机35，该空调耗能管理系统为闭回路(close-loop)系统。 

具体实施时，在软件程序中建立一组数据库，该数据库中有多个参数(如设备规格、热负荷需求、设备运转时数统计、设备耗能比例、温度差、相对湿度、气流及/或气象预报记录)，依据该参数决定各设备的运行数据，例如依据历年的气象预报、室内外温差以及相对湿度来决定冰水主机32的运转度数、耗电量与耗电比例，风机35的耗电比例与运转时数以及冷却水塔33与水泵34的耗电比例。 

另外，可事先设定一整年的行事历，例如上班日、休假日及/或会议室启用时段。 

空调系统开始运行后，举例说明：2008年11月26日星期三(上班日)，冬季，相对湿度50％，室内外温度差3度，电能管理监控装置搜寻软件数据库得知历史数据中的类似天气状况的设备运行数据，依据该设备运行数据计算耗能估算值，耗能估算值可为耗电量(KW)或电费，我们可设定其预计的电费目标值，软件301将换算为耗电量并得知节能目标值，例如节能目标值为70％的耗能估算值，此时内设于中央控制单元30的软件301通过多项推论规则来计算30％耗能的摊分比例。 

除此之外，当室外温度比室内温度低，还可引进部分外气来冷却室内温度，以降低冰水主机32的负载，或通过分区域、分时段空调供应来降低风机35的能源消耗，亦或关闭部分设备或部分设备进行降载操作，以使总耗电量低于或仅略高于原本预计的耗能预计值以及以降低水泵34流量来降低水泵34耗电量。 

上述推论规则考虑多元环境因素，可采用模糊控制(fuzzy)演算法以评估摊分比例，因此，中央控制单元30使空调系统依据该摊分比例进行运行，同时监测元件32监测各设备运行情况以获得各设备耗能值以及整体实际耗能值，若依据该摊分比例所获得的实际耗能值为7889KW，而原本设定的节能目标值为7000KW，因为误差超过5％(可 另设定其它值)，则软件301通过多项推论规则来重新计算摊分比例，若实际耗能值为7051，其误差小于5％，则中央控制单元31记录依据该摊分比例运行的设备运行数据而空调系统依此摊分比例进行优化运行。 

此空调耗能管理系统为智慧型空调管理系统，读取相关参数进行后续分析，以控制运行状态，通过愈多参数以及愈多训练(training)，其预估的耗能估算值愈精准，且依据摊分比例进行运行所获得的实际耗能值愈接近耗能估算值。若尚未达到节能目标，则以回馈机制修正摊分比例或修正决定耗能估算值的参数，重新进行优化运行。 

本发明的空调节能方法，可达到以下功效： 

事前预估耗电量。依据耗能估算值而设定节能目标值以提供可节约电量的比例，可事前设限空调系统的耗电量进而抑制能源的消耗，解决了现有技术中无法事先预期、控制节约费用比例或金额的问题。 

建立系统回馈机制。本发明采用的回馈机制可立即修正摊分比例或修正决定耗能估算值的参数以进行优化运行，并记录用电数据并回馈至软件的数据库，使空调系统在经过每一次的运行后可以增加软件数据库参数，从而使依据摊分比例进行运行的实际耗能值符合节能目标值。 

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。 

Claims (14)

1.一种空调节能方法，应用于空调系统的电能管理监控装置，其特征在于，该空调节能方法包括以下步骤：

(1)令该电能管理监控装置依据设备运行数据计算耗能估算值；

(2)依据该耗能估算值设定节能目标值；

(3)依据该节能目标值计算摊分比例；

(4)令该空调系统依据该摊分比例进行运行；

(5)令该电能管理监控装置对该空调系统进行监控以获得实际耗能值；以及

(6)判断该实际耗能值是否符合该节能目标值，若符合，则返回步骤(4)由该空调系统依据该摊分比例进行运行，若不符合，则返回步骤(3)重新计算另一组摊分比例。

2.根据权利要求1所述的空调节能方法，其特征在于，步骤(1)还包括以下步骤：

(1-1)在计算该耗能估算值之前，取得该空调系统的设备参数及环境参数；以及

(1-2)依据该设备参数与环境参数决定该设备运行数据。

3.根据权利要求2所述的空调节能方法，其特征在于：该设备参数为设备运转时数统计、设备耗能比例记录、该空调系统的设备规格及/或该空调系统的热负荷需求数据。

4.根据权利要求2所述的空调节能方法，其特征在于：该环境参数为历史温度数据、历史湿度数据、目前温度数据、目前湿度数据、气象预报数据、该空调系统所在的环境室内与室外的相对温度数据及/或相对湿度数据。

5.根据权利要求1所述的空调节能方法，其特征在于：步骤(2)还包括依据该节能目标值进行耗能移转评估。

6.根据权利要求5所述的空调节能方法，其特征在于：该耗能移转是利用该设备运行数据估算尖峰时间耗能成本与离峰时间耗能成本，并通过特定空调运行方式将部分尖峰时间的耗能移转到离峰时间。

7.根据权利要求1所述的空调节能方法，其特征在于，步骤(3)还包括以下步骤：

(3-1)令该电能管理监控装置选择推论规则；以及

(3-2)依据该推论规则以智慧型演算法计算该摊分比例。

8.根据权利要求7所述的空调节能方法，其特征在于：该推论规则为外气空调负荷计算、冷却水塔负载计算、主机负载计算、群组运行最佳化计算、最佳耗能平衡点计算、最佳室内舒适度计算、室内空气品质计算及/或需量控制计算。

9.根据权利要求7所述的空调节能方法，其特征在于：该智慧型演算法为模糊控制演算法及/或类神经网路演算法。

10.根据权利要求1所述的空调节能方法，其特征在于：若该实际耗能值落入该节能目标值的特定误差范围内，即判断该实际耗能值符合该节能目标值。

11.根据权利要求1所述的空调节能方法，其特征在于：估算该摊分比例的方式为时间均摊法、时间比例摊分法及设备比例摊分法所组群组的其中一种方式。

12.根据权利要求11所述的空调节能方法，其特征在于：该时间均摊法是依据该节能目标值以等比例缩减单位时间的各设备的耗能。

13.根据权利要求11所述的空调节能方法，其特征在于：该时间比例摊分法是依据该节能目标值利用推论规则决定分配各单位时间的各设备的耗能比例。

14.根据权利要求11所述的空调节能方法，其特征在于：该设备比例摊分法是依据该节能目标值利用推论规则决定分配各设备的耗能比例。

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