发明内容
为了弥补上述现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种中央空调的精细化节能控制系统及其实现方法。
本发明的技术方案是:
一种中央空调的精细化节能控制系统,所述的中央空调包括提供热媒或冷媒的机组端,及与机组端管道连接的若干个用户端;所述的精细化节能控制系统包括:
控制器,连接有存储器,存储器存储有节能运转模型和机组端、用户端发来的工况数据,控制器根据工况数据,选择相对应的节能运转模型,并将相对应的工作指令发送至中央空调的调速电路;
与中央空调的调速电路通讯连接的协议指令转发器,负责将机组端和用户端的工况数据发送至控制器,同时接受控制器的指令,将调速的指令转发给调速电路;
设于机组端的机组工况电力仪,与协议指令转发器通讯连接,用于将机组电力数据通过协议指令转换器转发给控制器;
设于机组端的机组工况环境监测器,与协议指令转发器通讯连接,用于将机组的工况数据通过协议指令转换器转发给控制器;
若干个设于用户端的用户端环境监测器,每个用户端环境监测器连接有2个温度传感器,分别为位于进风口监测点的进风口温度传感器和位于出风口监测点的出风口温度传感器,并将每个监测点的温度数据实时传送至控制器。
其进一步技术方案为:所述用户端的工况数据还包括制冷空间或制热空间的体积。
本发明又一种技术方案为:采用前述的精细化节能控制系统的节能控制方法,根据以下步骤,建立节能运转模型,进行节能控制:
一)能量公式为Q=Pt;比热容公式为Q=△TmC=(T1-T2)mC和Q=(T2-T1)mC;m=Vρ;Q为能量;P为功率;t为时间;m为质量;C为比热容;T1为起始温度;T2为终止温度;V为体积,ρ为比重;
二)建立机组铭牌、设置、预置参数表;
三)建立机组实时监测数据表;
四)建立用户末端预置表;
五)通过以下实验调试步骤和方式获得数据,通过控制器所提取的数据和运算公式进行比对,相互印证,修正误差;机组部分:将机组运行在全速、半速、1/4速度的状况下,可以得出三个数据:机组铭牌数据的单位时间制冷量Q铭牌=P铭牌t;机组提取电量Q提取;机组通过数据计算出的制冷量Q计算;
以提取的电量Q提取的数据为准,代入Q=(T2-T1)mC中,修正体积;
以提取的电量Q提取的数据为准,代入Q/t=(T2-T1)mC/t中,修正单位时间制冷量;
将三种状态下取平均值,得到A和B的修正值;
V=(A1+A2+A3)/3和P=(B1+B2+B3)/3;其中的A1、A2、A3分别为全速、半速、1/4速度时的修正体积;B1、B2、B3分别为全速、半速、1/4速度时的修正单位时间制冷量;
六)用户末端部分:通过用户末端的两路温度T1、T2的数据,建立温度变化曲线图。
其进一步技术方案为:其中的
机组铭牌、设置、预置参数表为:
机组实时监测数据表为:
用户末端预置表为:
其进一步技术方案为:通过以下步骤来获得用户端的数据:
一、用户端在开启时,出风口的温度T1在一分钟内会出现突变之后又基本保持不变,以此规律可以得出:例如T70-T10=△T1≥-6℃,s1=△T1/△t≥-0.1℃/秒;其中的T70、T10为70和10秒时对应的温度;t为时间,s为温度突变的速度,关闭用户端则为正数;可以判别出此用户末端是否开启或关闭;
二、开启用户端,通过末端键盘将温度设置到最低温度点,测试N小时,直至回风口的温度T2达到最低温度点为止;可以得出每个用户末端的制冷运行曲线,并得出此用户末端的平均降温速度s2和单位时间内所需冷量P;
三、建立用户末端调试数据表;
四、建立用户末端调用运算逻辑表;
五、将每个用户端的调用P相加,则得到需求端的P需=(P1+P2+…P、),与机组的总单位制冷量P供相比,则得出了做功比率关系供比A=P需/P供;A=P需/P供是需求端Q需和供应端Q供的比率关系,即为调速系统的比率关系;若在实际运行中,通过监测数据发现,需求端的冷量不足或富裕,系统可以自动步进修正K=A±B,其中的B=A*(0.5%-2%),K以0.5%-2%的步长进行自动步进或缩退;
六、控制器依据实时采集到的数据,可以记录、分析、跟踪、优化机组运行轨迹;
七、控制器下达指令给协议指令转换器,指挥调速系统工作,实现动态调速。
其进一步技术方案为:在增加不同条件下的工况数据之后,以同样的方式算出每个用户端的用户模式和用冷需求量或用热需求量。
其进一步技术方案为:在建立节能运转模型后,可人工增加参数或修改数据,进行节能运转模型的人工修正。
其进一步技术方案为:所述控制器通过与设于互联网的云服务器连接,将节能运转模型上传至云服务器,其它的中央空调的精细化节能控制系统通过机组端和用户端的工况数据及用户端的数量为搜索参数,寻找到相对应的节能运转模型,以减少调试的流程时间或免调试。
其进一步技术方案为:根据检测数据计算出每个用户端的需求量,将每个用户端的调用P相加,则得到需求端的P需=(P1+P2+…PN),与机组的总制冷量P供相比,则得出了做功比率关系供比A=P需/P供;A=P需/P供是需求端Q需和供应端Q供的比率关系,即为调速系统的比率关系;若在实际运行中,通过监测数据发现,需求端的冷量不足或富裕,系统可以自动步进修正K=A±B,其中的B=A*(0.5%-2%),K以0.5%-2%的步长进行自动步进或缩退;每次监测和调试的时间周期至少为15分钟。
其进一步技术方案为:每个用户端的制冷需求量根据该用户端的制冷空间体积和进风口与出风口之间的温差求得;
机组端的数据通过以下方式获取:
将机组运行在全速、半速、1/4速度的状况下,可以得出三个数据:机组铭牌数据的单位时间制冷量Q铭牌=P铭牌t;机组提取电量Q提取;机组通过数据计算出的制冷量Q计算;
以提取的电量Q提取的数据为准,代入Q=(T2-T1)mC中,修正体积;
以提取的电量Q提取的数据为准,代入Q/t=(T2-T1)mC/t中,修正单位时间制冷量;
将三种状态下取平均值,得到A和B的修正值;
V=(A1+A2+A3)/3和P=(B1+B2+B3)/3;其中的A1、A2、A3分别为全速、半速、1/4速度时的修正体积;B1、B2、B3分别为全速、半速、1/4速度时的修正单位时间制冷量。
本发明与现有技术相比的有益效果是:本发明通过对各用户端的检测以及对机组端工况的检测,使得机组端按照用户端所需而进行工作,通过机组端的调速电路,实现对中央空调系统的精细化节能控制。可以通过远程服务器将已经实现了精细化节能控制的调速模式传送给相同结构的中央空调。还可以进一步通过中央空调的控制过程的大数据分析,实现更平顺且有效的节能控制方式,比如,对同一中央空调的各用户端的使用情况进行大数据分析,可以通过联机控制,进而实现各用户端的远程控制,以提高各用户端的使用者的舒适感,尤其是各种住宅或酒店的中央空调。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容,下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明,但不局限于此。
如图1所示,本发明一种中央空调的精细化节能控制系统,中央空调包括提供热媒或冷媒的机组端,及与机组端管道连接的若干个用户端;精细化节能控制系统包括:控制器10,连接有存储器(图中未示出),存储器存储有节能运转模型和机组端、用户端发来的工况数据,控制器10根据工况数据,选择相对应的节能运转模型,并将相对应的工作指令发送至中央空调的调速电路90;
与中央空调的调速电路90通讯连接的协议指令转发器80,负责将机组端和用户端的工况数据发送至控制器10,同时接受控制器10的指令,将调速的指令转发给调速电路90;
设于机组端的机组工况电力仪70,与协议指令转发器80通讯连接,用于将机组电力数据通过协议指令转换器80转发给控制器10;
设于机组端的机组工况环境监测器60,与协议指令转发器80通讯连接,用于将机组的工况数据通过协议指令转换器80转发给控制器10;
若干个设于用户端的用户端环境监测器50,每个用户端环境监测器连接有2个温度传感器(图中未示出),分别为位于进风口监测点的进风口温度传感器和位于出风口监测点的出风口温度传感器,并将每个监测点的温度数据实时传送至控制器10。其中,用户端的工况数据还包括制冷空间或制热空间的体积,以获取各个用户端的制冷或制热的需求量。用户端环境监测器还可以监测到该用户是否处于工作状态(即该用户端是否需要中央空调提供制冷或制热的服务),如果不处于工作状态,可以减少热量或冷量的供应量,以节约能源。
本发明精细化节能控制系统的节能控制方法,根据以下步骤,建立节能运转模型,进行节能控制:
一)能量公式为Q=Pt;比热容公式为Q=△TmC=(T1-T2)mC和Q=(T2-T1)mC;m=Vρ;Q为能量;P为功率;t为时间;m为质量;C为比热容;T1为起始温度;T2为终止温度;V为体积,ρ为比重;
二)建立机组铭牌、设置、预置参数表;
三)建立机组实时监测数据表;
四)建立用户末端预置表;
五)通过以下实验调试步骤和方式获得数据,通过控制器所提取的数据和运算公式进行比对,相互印证,修正误差;机组部分:将机组运行在全速、半速、1/4速度的状况下,可以得出三个数据:机组铭牌数据的单位时间制冷量Q铭牌=P铭牌t;机组提取电量Q提取;机组通过数据计算出的制冷量Q计算;
以提取的电量Q提取的数据为准,代入Q=(T2-T1)mC中,修正体积;
以提取的电量Q提取的数据为准,代入Q/t=(T2-T1)mC/t中,修正单位时间制冷量;
将三种状态下取平均值,得到A和B的修正值;
V=(A1+A2+A3)/3和P=(B1+B2+B3)/3;其中的A1、A2、A3分别为全速、半速、1/4速度时的修正体积;B1、B2、B3分别为全速、半速、1/4速度时的修正单位时间制冷量;
六)用户末端部分:通过用户末端的两路温度T1、T2的数据,建立温度变化曲线图。
其中的机组铭牌、设置、预置参数表为:
机组实时监测数据表为:
用户末端预置表为:
具体通过以下步骤来获得用户端的数据:
一、用户端在开启时,出风口的温度T1在一分钟内会出现突变之后又基本保持不变,以此规律可以得出:例如T70-T10=△T1≥-6℃,s1=△T1/△t≥-0.1℃/秒;其中的T70、T10为70和10秒时对应的温度;t为时间,s为温度突变的速度,关闭用户端则为正数;可以判别出此用户末端是否开启或关闭;
二、开启用户端,通过末端键盘将温度设置到最低温度点,测试N小时,直至回风口的温度T2达到最低温度点为止;可以得出每个用户末端的制冷运行曲线,并得出此用户末端的平均降温速度s2和单位时间内所需冷量P;
三、建立用户末端调试数据表;
四、建立用户末端调用运算逻辑表;
五、将每个用户端的调用P相加,则得到需求端的P需=(P1+P2+…PN),与机组的总单位制冷量P供相比,则得出了做功比率关系供比A=P需/P供;A=P需/P供是需求端Q需和供应端Q供的比率关系,即为调速系统的比率关系;若在实际运行中,通过监测数据发现,需求端的冷量不足或富裕,系统可以自动步进修正K=A±B,其中的B=A*(0.5%-2%),K以0.5%-2%的步长进行自动步进或缩退;
六、控制器依据实时采集到的数据,可以记录、分析、跟踪、优化机组运行轨迹;
七、控制器下达指令给协议指令转换器,指挥调速系统工作,实现动态调速。
在增加不同条件下的工况数据之后,以同样的方式算出每个用户端的用户模式和用冷需求量或用热需求量。
在建立节能运转模型后,可人工增加参数或修改数据,进行节能运转模型的人工修正。
可以让控制器通过与设于互联网的云服务器连接,将节能运转模型上传至云服务器,其它的中央空调的精细化节能控制系统通过机组端和用户端的工况数据及用户端的数量为搜索参数,寻找到相对应的节能运转模型,以减少调试的流程时间或免调试。这种方式可以用于中央空调系统安装环境相同的情况下,比如同一开发商的写字楼,又或同一个企业下的多个连锁酒店。
本发明精细化节能控制系统的节能控制方法又一实施例,它是根据检测数据计算出每个用户端的需求量,将每个用户端的调用P相加,则得到需求端的P需=(P1+P2+…PN),与机组的总制冷量P供相比,则得出了做功比率关系供比A=P需/P供;A=P需/P供是需求端Q需和供应端Q供的比率关系,即为调速系统的比率关系;若在实际运行中,通过监测数据发现,需求端的冷量不足或富裕,系统可以自动步进修正K=A±B,其中的B=A*(0.5%-2%),K以0.5%-2%的步长进行自动步进或缩退;每次监测和调试的时间周期至少为15分钟。
其中,每个用户端的制冷需求量根据该用户端的制冷空间体积和进风口与出风口之间的温差求得;机组端的数据通过以下方式获取:
将机组运行在全速、半速、1/4速度的状况下,可以得出三个数据:机组铭牌数据的单位时间制冷量Q铭牌=P铭牌t;机组提取电量Q提取;机组通过数据计算出的制冷量Q计算;
以提取的电量Q提取的数据为准,代入Q=(T2-T1)mC中,修正体积;
以提取的电量Q提取的数据为准,代入Q/t=(T2-T1)mC/t中,修正单位时间制冷量;
将三种状态下取平均值,得到A和B的修正值;
V=(A1+A2+A3)/3和P=(B1+B2+B3)/3;其中的A1、A2、A3分别为全速、半速、1/4速度时的修正体积;B1、B2、B3分别为全速、半速、1/4速度时的修正单位时间制冷量。
结合图2、图3所示,以下具体说明本发明方法的一个具体实施例中的过程:
本方法的核心是通过必要的数据采集、分析、决策,实现中央空调控制系统实现动态调速,达到数据精细化管理和节能的目的。
只针对具有调速功能的中央空调的控制系统进行改装或升级。要实现数据精细化管理,需要采集设备工况数据。要实现节能,需采用动态自动调速的方法,也需要系统运行工况数据。动态自动调速,在系统中需要确定中央空调的自动调速关系;确定自动调速关系,需要知晓系统供冷量和需求冷量的关系。数据有预置数据,一般为物理常数,也有动态数据,是需要采集,加以运算。也有铭牌数据。通过能量公式,来计算出不容易测量的数据。
(1)在机组端加装机组工况电力仪,将机组电力数据通过协议指令转换器转发给服务器(又称为控制器)。
(2)在机组端加装机组工况环境监测器,将机组的出、回(水)口的温度,机组压力数据通过协议指令转换器转发给服务器。
(3)协议指令转发器的一端接口为TCP/IP接口,一端是RS485接口,它实现数据的通讯,是一种常见的协议转换器。在原有中央空调的机组端加装协议指令转发器,实现服务器和现场机组的数据数据共享,将现场机组的数据上传至服务器,并接收服务器的的节能算法的调速及控制指令,由协议指令转换器转发给调速系统,调度指挥调速系统工作。
(4)每个用户末端加装用户端环境监测器,建立2个温度监测点,并将每个监测点的数据实时上传至服务器。
(5)调速系统采用原有系统或加装,目前市场上的调速系统的通讯规约和说明书是公开的。通过调速系统的说明书,确定与服务器中的通讯规约兼容,确定调速比率与机组做功功率的转换关系,也可以通过现场调试修正此表。
调速-功率比率表
功率比(P需/P供) |
调速比 |
运行功率 |
调速-功率比 |
a |
b |
c |
b-c |
25% |
25% |
36.25kW |
25%-36.25kW |
50% |
50% |
72.5kW |
50%-72.5kW |
100% |
100% |
145kW |
100%-145kW |
(6)在服务器中,通过提取实时数据,可以建立机组及每一个用户末端的实际运行曲线轨迹图(如图2所示)。
(7)在服务器端,可以依据以下运算方式及公式,利用服务器的超强运算能力,建立数据及节能模型:
a)公式1:Q=Pt;公式2:Q=△TmC=(T1-T2)mC和Q=(T2-T1)mC;公式3:m=Vρ;公式4:V=Q/(△TCρ)。Q为能量;P为功率;t为时间;m为质量;C为比热容;T1为起始温度;T2为终止温度;V为体积,ρ为密度或比重。以下数据结论,是在国际单位的基础上推算出来的,如果不是国际单位,只需国际单位转换,不影响到本方法。1kW.h=3600kJ(kWh是电量单位,J是焦耳)。以下表中的字母表示在表格中的序列号,数字是列举的数据,以说明本方法实现的方式。以某一型号的水冷中央空调为例,用户末端为换风方式。
b)机组铭牌、设置、预置参数表
c)在服务器端,通过实验步骤和方式获得下表的数据,可以获得主机组运行在全速、半速、1/4速度等不同工况下的供冷功率P供。
机组实时监测数据表
d)用户末端预置表
e)用户末端部分:通过用户末端的两路温度T1、T2的数据,可以建立温度变化曲线图(图2)。以下步骤是通过调试实验方式获得数据:
i.用户末端在开启时,出风口的温度T1在一分钟内会出现突变之后又基本保持不变,以此规律可以得出:例如T70-T10=△T1≥-6℃,s1=△T1/△t1≥-0.1℃/秒(T70,T10为70和10秒时对应的温度;t为时间,s为温度突变的速度),关闭用户末端则为正数。可以判别出此用户末端是否开启或关闭。
ii.开启用户末端,通过末端键盘将温度设置到最低温度点,测试N小时,直至回风口的温度T2达到最低温度点为止。可以得出每个用户末端的制冷运行曲线(图2),并得出此用户末端的平均降温速度s2和单位时间内所需冷量P。
iii.用户末端调试数据表
其中:△T1为出风口的温度采集点1所采集的结束温度和起始温度差;△T2为回风口的温度采集点2所采集的结束温度和起始温度差;△t1为出风口所采集的温度点的起始时间和结束时间的时间差;△t2为回风口所采集的温度点的起始时间和结束时间的时间差;s1=△T1/△t1,为出风口单位时间内的温度差,表示升温或降温的速度,单位是℃/秒,升温为正数,降温为负数;s2=△T2/△t2,为回风口单位时间内的温度差,表示升温或降温的速度,单位是℃/秒,升温为正数,降温为负数;P为所需冷量的功率,P=Q/t=△TmC/t。
用户末端调用运算逻辑表
f)将每个用户末端的调用P相加,则得到需求端的P需=(P1+P2+…PN),与机组的总单位制冷量服务器P供相比,则得出了做功比率关系供比A=P需/P供。例如表中有15个房间关闭,5个房间运行,P需=7.28+5.46+3.64+7.28+5.46=29.12,P需/P供=29.12/145=20%,则运行比例为20%即可满足输出要求。
g)A=P需/P供是需求端Q需和供应端Q供的比率关系,即为调速系统的比率关系。若在实际运行中,通过监测数据发现,需求端的冷量不足或富裕,系统可以自动步进修正K=A±B,B可以以1%的步长进行自动步进或缩退。
h)服务器依据实时采集到的数据,可以记录、分析、跟踪、优化机组运行轨迹。
i)服务器下达指令给协议指令转换器,指挥调速系统工作,实现动态调速,达到节能的目的。
(8)通过大数据和此运算模型,可以不断的增加不同条件下的系统的运行工况。以此类推可以得出每个用户末端的用户模式和用冷需求量。
(9)服务器内置算法节能模型。建立数据系统及运算模型后,可以通过人工或自动修正模型。模型可进行升级,更新、调整,不断优化。
(10)整个系统是基于数据化的管理,闭环式自动运行,这样就实现了精细化管理和节能。
综上所述,本发明通过对各用户端的检测以及对机组端工况的检测,使得机组端按照用户端所需而进行工作,通过机组端的调速电路,实现对中央空调系统的精细化节能控制。可以通过远程服务器将已经实现了精细化节能控制的调速模式传送给相同结构的中央空调。还可以进一步通过中央空调的控制过程的大数据分析,实现更平顺且有效的节能控制方式,比如,对同一中央空调的各用户端的使用情况进行大数据分析,可以通过联机控制,进而实现各用户端的远程控制,以提高各用户端的使用者的舒适感,尤其是各种住宅或酒店的中央空调。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容,以便于读者更容易理解,但不代表本发明的实施方式仅限于此,任何依本发明所做的技术延伸或再创造,均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。