CN107504646A - 中央空调智能节能监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中央空调智能节能监控系统及方法，为了达到空调节能的目的而设计。本发明所述的系统，包括中央控制处理单元，输出当前室内和室外的温度、湿度数据，中央空调的当前实时载荷数据，用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心；云数据处理中心运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据；所述中央控制处理单元，将所述的目标载荷数据与实时载荷数据进行对比，并根据比较结果输出相应的调整控制指令至变频器。本发明能够根据中央空调负荷自适应调整机组及风机流量，从而使中央空调运行于最佳工作状态，达到节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能系统，特别涉及一种中央空调的智能节能系统及方法。
背景技术
中央空调系统作为现代建筑不可缺少的重要设施，为人们创造了舒适高效的工作和生活环境，同时也带来了巨大的能源消耗（约占建筑总能耗的60%-70%）。传统的空调负荷估算往往按照最大负荷的需求设计，而且系统流量不能调节，致使中央空调系统能耗居高不下，造成不必要的能源浪费。
近年来，对中央空调的节能降耗日益引起人们的关注，而控制器如何根据载荷变化实时调整控制策略, 使系统输出能量与系统所需能量匹配是节能的关键，对中央空调系统节能控制方法和策略的研究已经具有非常重大的现实意义。
由于空调系统的非线性、大滞后、大惯性等复杂特性，很难建立精确的数学模型或物理模型。基于经典控制理论和现代控制理论的动态特性建模方法，在实际中常存在无法准确描述被控系统的非线性特性，不利于控制器的设计和性能研究；加之空调系统涉及部件复杂，包括水系统、风系统、冷热源及外界干扰，模型建立也仅局部于对各分立单元模型的建模研究。
研究人员利用先进的控制手段避开建模困难的问题，中国专利号01107645.3，一种中央空调智能节能系统，以可编程控制器为核心，通过传感器检测水温和空气温湿度变化，利用专家经验知识库及控制程序对环境参数和系统状态分析、判断、处理，调节冷冻水量、冷却水量和风机转速。其自动调节并没有考虑最佳能效比，且成本高，响应不及时的缺陷。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种对中央空调实时数据采集和智能控制，从而达到更好的节能效果的中央空调智能节能监控系统及方法。
本发明中央空调智能节能监控系统，包括：
节能参考数据采集单元，以预定时间周期检测当前室内是否有人体的存在，获取当前室内和室外的温度、湿度数据，空调的当前实时载荷数据；所述当前实时载荷数据包括：空调循环水系统的流量数据，空调的风道压力数据，空调的风道温度数据；
中央控制处理单元，获取用户设定的空调运行方式以及获取节能参数采集单元输出的当前室内是否有人体存在，当前室内和室外的温度、湿度数据，中央空调的当前实时载荷数据，并输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心；
云数据处理中心，用于根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据，并输出该目标载荷数据至所述中央控制处理单元；
所述中央控制处理单元，将所述的目标载荷数据与实时载荷数据进行对比，并根据比较结果输出相应的调整控制指令至变频器；
所述变频器，根据相应的调整控制指令分别控制空调的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、风机盘管系统的运行状况达到目标载荷数据。
进一步地，所述控制参数采集单元，包括：
温/湿度传感器，用于采集室内和室外的温度、湿度数据、空调风道温度；
流量计，用于获取空调循环水系统的流量数据；
压力计，用于采集空调的风道压力数据；
红外探测器，用于获取室内是否有人体存在。
进一步地，控制参数采集单元通过ZigBee无线网络与中央控制处理单元进行数据通信。
进一步地，还包括PC机和智能移动终端，所述中央控制处理单元通过互联网或GPRS网络输出空调当前运行方式、空调节能运行的目标载荷数据至所述的PC机和智能移动终端。
进一步地，所述中央控制处理单元采用ARM型微控制器STM32作为处理器。
本发明中央空调智能节能监控方法，包括：
以预定时间周期检测当前室内是否有人体的存在，获取当前室内和室外的温度、湿度数据，空调的当前实时载荷数据；所述当前实时载荷数据包括：空调循环水系统的流量数据，空调的风道压力数据，空调的风道温度数据；
获取用户设定的空调运行方式以及获取节能参数采集单元输出的当前室内是否有人体存在，当前室内和室外的温度、湿度数据，中央空调的当前实时载荷数据，并输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心；
根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据，并输出该目标载荷数据至所述中央控制处理单元；
将所述的目标载荷数据与实时载荷数据进行对比，并根据比较结果输出相应的调整控制指令至变频器；
根据相应的调整控制指令分别控制空调的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、风机盘管系统的运行状况达到目标载荷数据。
进一步地，输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心，所述云数据处理中心根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据。
进一步地，还包括：通过互联网或GPRS网络输出空调当前运行方式、空调节能运行的目标载荷数据至PC机和智能移动终端。
与现有技术相比，本发明中央空调智能节能监控系统及方法具有以下优点：
由硬件、嵌入式软件、移动终端及PC上位端监控软件组成。通过实时检测中央空调循环水系统的温度、流量、压力等物理量，设计节能算法，控制变频器的运行，实现变流量节能调控，最大限度减少空调能量消耗，从而达到了节能的目的。
附图说明
图1是本发明中央空调智能节能监控系统的通信图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例中央空调智能节能监控系统，包括：
节能参考数据采集单元，以预定时间周期检测当前室内是否有人体的存在，获取当前室内和室外的温度、湿度数据，空调的当前实时载荷数据；所述当前实时载荷数据包括：空调循环水系统的流量数据，空调的风道压力数据，空调的风道温度数据；
中央控制处理单元，获取用户设定的空调运行方式以及获取节能参数采集单元输出的当前室内是否有人体存在，当前室内和室外的温度、湿度数据，中央空调的当前实时载荷数据，并输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心；
云数据处理中心，用于根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据，并输出该目标载荷数据至所述中央控制处理单元；
所述中央控制处理单元，将所述的目标载荷数据与实时载荷数据进行对比，并根据比较结果输出相应的调整控制指令至变频器；
所述变频器，根据相应的调整控制指令分别控制空调的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、风机盘管系统的运行状况达到目标载荷数据。
本实施例中，冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、风机盘管系统以及相对应变频器，其中变频器与冷却塔风机可以为多台，其中冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机最多为6台，变频器最多为12台。在本实施例中冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机均为2台，变频器为4台。
在该系统中以PC为上位机，实现中央空调节能运行的监控；以中央控制处理单元作为下位机数据采集和变频器自动控制；采用远程智能监测对室内温度与装置的运行状况数据采集；采用Ethernet，WIFI和ZigBee通信技术实现数据传输和智能控制。采用变频调速技术、神经网络预测控制策略实现高效节能的目的。
所述中央控制处理单元采用ARM型微控制器STM32作为处理器，接收采集设备的数据，上传云端数据处理中心。
所述云端数据处理中心运行自适应预测控制节能算法，实现变流量节能调控，最大限度减少空调能量消耗。
中央空调智能节能监控系统能够根据中央空调负载自适应调整机组及风机流量，通过上位机和移动终端实时监测和控制，从而使中央空调运行于最佳工作状态，达到节能的目的。
下面对上述技术分别进行阐述：
（1）ARM STM32嵌入式系统
STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM Cortex-M3内核，与传统单片机系统相比具有结构简单、速度快，性价比高，开发生态系统丰富完善的优势。
（2）神经网络预测控制策略
智能控制为非线性、快时变、多扰动的复杂系统提供了有效控制方法，同时具有学习、组织综合能力、自适应能力和优化能力。针对中央空调大时滞、大惯性、非线性特性，提出一种基于神经网络的预测控制方法，将神经网络预测器和神经网络控制器有机结合，通过预测未来能量需求，实时调节控制策略，使系统具有良好的动态性能和稳态性能，有效控制中央空调与室内能量供求，为降低能耗提供可靠保障。
与传统控制方式相比具有如下突出优点：
不需要精确的被控对象的数学模型；
有效克服大时滞、大惯性的控制难题。
实施例2
本实施例本发明中央空调智能节能监控方法，包括：
以预定时间周期检测当前室内是否有人体的存在，获取当前室内和室外的温度、湿度数据，空调的当前实时载荷数据；所述当前实时载荷数据包括：空调循环水系统的流量数据，空调的风道压力数据，空调的风道温度数据；
获取用户设定的空调运行方式以及获取节能参数采集单元输出的当前室内是否有人体存在，当前室内和室外的温度、湿度数据，中央空调的当前实时载荷数据，并输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心；
根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据，并输出该目标载荷数据至所述中央控制处理单元；
将所述的目标载荷数据与实时载荷数据进行对比，并根据比较结果输出相应的调整控制指令至变频器；
根据相应的调整控制指令分别控制空调的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、风机盘管系统的运行状况达到目标载荷数据。
本实施例中，输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心，所述云数据处理中心根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据。通过互联网或GPRS网络输出空调当前运行方式、空调节能运行的目标载荷数据至PC机和智能移动终端。
本实施例，通过实时检测中央空调循环水系统的温度、流量、压力等物理量，设计节能算法，控制变频器的运行，实现变流量节能调控，最大限度减少空调能量消耗，从而达到了节能的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种中央空调智能节能监控系统，其特征在于，包括：
节能参考数据采集单元，以预定时间周期检测当前室内是否有人体的存在，获取当前室内和室外的温度、湿度数据，空调的当前实时载荷数据；所述当前实时载荷数据包括：空调循环水系统的流量数据，空调的风道压力数据，空调的风道温度数据；
中央控制处理单元，获取用户设定的空调运行方式以及获取节能参数采集单元输出的当前室内是否有人体存在，当前室内和室外的温度、湿度数据，中央空调的当前实时载荷数据，并输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心；
云数据处理中心，用于根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据，并输出该目标载荷数据至所述中央控制处理单元；
所述中央控制处理单元，将所述的目标载荷数据与实时载荷数据进行对比，并根据比较结果输出相应的调整控制指令至变频器；
所述变频器，根据相应的调整控制指令分别控制空调的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、风机盘管系统的运行状况达到目标载荷数据。
2.根据权利要求1所述的中央空调智能节能监控系统，其特征在于，所述控制参数采集单元，包括：
温/湿度传感器，用于采集室内和室外的温度、湿度数据、空调风道温度；
流量计，用于获取空调循环水系统的流量数据；
压力计，用于采集空调的风道压力数据；
红外探测器，用于获取室内是否有人体存在。
3.根据权利要求1所述的中央空调智能节能监控系统，其特征在于，控制参数采集单元通过ZigBee无线网络与中央控制处理单元进行数据通信。
4.根据权利要求1所述的中央空调智能节能监控系统，其特征在于，还包括PC机和智能移动终端，所述中央控制处理单元通过互联网或GPRS网络输出空调当前运行方式、空调节能运行的目标载荷数据至所述的PC机和智能移动终端。
5.根据权利要求1所述的中央空调智能节能监控系统，其特征在于，所述中央控制处理单元采用ARM型微控制器STM32作为处理器。
6.一种中央空调智能节能监控方法，其特征在于，包括：
以预定时间周期检测当前室内是否有人体的存在，获取当前室内和室外的温度、湿度数据，空调的当前实时载荷数据；所述当前实时载荷数据包括：空调循环水系统的流量数据，空调的风道压力数据，空调的风道温度数据；
获取用户设定的空调运行方式以及获取节能参数采集单元输出的当前室内是否有人体存在，当前室内和室外的温度、湿度数据，中央空调的当前实时载荷数据，并输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心；
根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据，并输出该目标载荷数据至所述中央控制处理单元；
将所述的目标载荷数据与实时载荷数据进行对比，并根据比较结果输出相应的调整控制指令至变频器；
根据相应的调整控制指令分别控制空调的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、风机盘管系统的运行状况达到目标载荷数据。
7.根据权利要求6所述的中央空调智能节能监控方法，其特征在于，输出用户设定的空调运行方式以及当前室内外温度、湿度数据至云数据处理中心，所述云数据处理中心根据用户设定的室内空调运行方式结合当前室内是否有人体存在以及当前室内和室外的温度、湿度数据，运行神经网络预测控制策略，得到空调节能运行的目标载荷数据。
8.根据权利要求6所述的中央空调智能节能监控方法，其特征在于，还包括：通过互联网或GPRS网络输出空调当前运行方式、空调节能运行的目标载荷数据至PC机和智能移动终端。
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