CN1277079C - 空调器的中央控制系统以及操作该系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种中央控制系统控制多个空调系统的峰值功率，所述多个空调系统包括安装于建筑物房间中的室内单元和用于控制制冷剂循环的室外单元。中央控制器通过网络连接于多个空调器以执行空调器的工作的中央控制或监视。如果根据其工作状态计算出的空调器的当前功率消耗超过了预先输入的基准管理功率值，则所述中央控制器执行峰值功率控制。信号转换器连接于多个空调器和中央控制器之间，以执行在多个空调器和中央控制器之间通信的不同协议信号的相互转换。这样减少了由于过度功率消耗而引起的过度的电费，同时大致保持制冷/制热效率，并且也避免了建筑物的全面停电。

Description

空调器的中央控制系统以及操作该系统的方法

技术领域

本发明涉及空调器的中央控制系统以及用于操作该系统的方法，其中中央控制系统包括中央控制单元，所述中央控制单元通过网络连接于由多个空调器组成的多个型(multi-type)空调系统以执行空调器中央控制，以及如果由中央控制单元所检测出的正在工作的空调器的总的功率消耗超过了预先输入的基准管理功率值，则所述中央控制单元允许被选中的正在工作的空调器保持其工作状态，并且强迫未被选中的正在工作的空调器转换为通风模式，从而在保持室内制冷/制热效率的同时自动执行空调功率的稳定管理。

背景技术

随着空调器使用的快速增长，空调器现在已经能够在建筑物的每个办公室或住宅的每个房间找到了。最近也推出了一种通过网络连接于多个空调器的空调系统。

图1示出了用于一个独立建筑物或一层单独楼层中的大量的室内单元共享少量室外单元以节省安装资源和能量的多个型空调系统的方框图。

为了在房间中提供制冷，空调器10通常使用在室内和室外单元中以压缩、冷凝、膨胀以及蒸发的热循环周期(thermal cycle)循环的制冷剂。换言之，热泵空调器通过切换制冷剂的循环方向可以提供制冷和制热。

在通常的空调系统中，安装在室内单元或遥控器上的控制按钮允许用户输入用于开/关电源、制冷/制热模式选择、通风模式选择、排出(discharged)空气方向控制、制冷/制热或通风强调控制等的控制命令。基于输入的控制命令，嵌入室内单元的微型计算机控制制冷剂的数量以及制冷剂的流动以执行室内空气调节。

如果空调器的操作中产生错误，则建筑的管理员亲自去往该空调器的室内单元11或室外单元12以检查错误，并且随后输入用于该空调器维护和维修的命令。

在如学校或大型建筑中一个管理员管理多个空调器的情况下，该管理员将检查每个房间以输入控制命令并且人工执行空调器的维护和维修。

一些常规的空调系统可以利用通过电力线路等线路经由网络连接在多个空调器上的中央控制单元执行多个空调器的中央控制。然而，这种常规的空调系统仅能提供用于检查每台空调器的功率状态的功率指示灯(power lamp)和用于控制每台空调器功率的功率按钮。常规系统不能输入用于控制空调器的详细操作的控制命令，因此，当在该空调器的操作出现错误时，中央控制单元20不能用于维护和维修，这样，降低了该系统的可用性。

更具体的，所述空调器具有高的用于初始操作的功率消耗。在大量的空调器安装于一栋大型建筑中的情况下，在正常工作时，空调器的总的峰值功率消耗大幅度提高以使总的峰值功率消耗超过了安装于该建筑中的功率断路器的允许限度。

如果所述总的峰值功率消耗超过了功率断路器的允许限度，则功率断路器强迫切断该建筑的全部电力。所述强迫电力切断不仅对运行的空调器，而且对其他电气装置，都可能引起实际影响，因此而减少产品的寿命。

供电方根据季节/建筑/服务提供商提供了不同的上功率限制(upperpower limit)。如果所述总的峰值功率消耗超过了上功率限制，则该供电方索取累进的电费，这将增加电费的负担。

发明内容

因此，本发明已经考虑了如上问题，并且本发明的目的就是为了提供一种空调器的中央控制系统以及操作该系统的方法，其中该中央控制系统包括具有存储安装于建筑物中的多个型空调系统的功率消耗信息的数据库的中央控制单元，并且所述中央控制单元根据存储于数据库中的信息计算正在工作的空调器(即室内和室外单元)的总的功率消耗，同时执行峰值功率控制以限制总的功率消耗低于基准管理功率值，从而获得稳定的功率管理。

根据本发明的一个方面，上述和其他目的可以通过提供空调器的中央控制系统而达到，所述空调器的中央控制系统包括：多个型空调系统，所述多个型空调系统包含安装于建筑的房间内用于空气调节的多个室内单元和一个用于控制制冷剂循环的室外单元，其中多个室内单元共享该室外单元；通过网络连接于多个型空调系统的中央控制单元，所述中央控制单元执行多个型空调系统的操作的中央控制或执行其状态的监视；以及连接于多个型空调系统和中央控制单元之间的信号转换器，所述信号转换器执行在多个型空调系统和中央控制单元之间相互通信的不同协议的信号的相互转换。其中，如果根据多个型空调系统的工作状态所计算出的多个型空调系统的当前功率消耗超过了预先输入的基准管理功率值，则所述中央控制单元执行峰值功率控制。所述控制单元包括：数据发送器/接收器，用于通过网络发送和接收去往和来自多个型空调系统的数据；峰值功率处理器，用于计算正在工作的室内和室外单元的总的功率消耗；以及空调器控制器，用于如果峰值功率处理器计算出的总的功率消耗超过了基准管理功率值，则执行峰值功率控制以改变室内和室外单元的工作模式，以使根据改变的操作模式所计算出的总的功率消耗不超过基准管理功率值。

根据本发明的另一方面提供了一种操作空调器的中央控制系统的方法，所述中央控制系统包括通过网络连接于多个型空调系统的中央控制单元，所述多个型空调系统包括一个连接于中央控制单元的室外单元以及多个连接于该室外单元的室内单元，所述中央控制单元执行该室内和室外单元的操作的中央控制，所述方法包括步骤：a)根据预先存储于中央控制单元的数据库中的多个型空调系统的设备信息通过中央控制单元的峰值功率处理器来计算多个型空调系统的当前总的功率消耗；b)通过中央控制单元的空调器控制器将总的功率消耗与预先输入的基准管理功率值进行比较；以及c)如果总的功率消耗超过了基准管理功率值，则执行峰值功率控制以通过空调器控制器改变该室内和室外单元的工作模式，以使根据改变的操作模式所计算出的功率消耗不超过基准管理功率值。

附图说明

通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述和其他目的、特性和优点将会变得更加清楚，在其中：

图1是示出常规的空调器控制系统的结构的方框图；

图2是示出根据本发明的空调器中央控制系统的结构的方框图；

图3是示出根据本发明的中央控制单元的结构的图；

图4是示出根据本发明显示在中央控制单元的显示单元上的控制程序的屏幕快照(screenshot)；以及

图5是示出了根据本发明用于操作空调器的中央控制系统的方法的流程图。

具体实施方式

通过借助附图2将描述根据本发明的空调器中央控制系统的结构。

图2示出了将多个室内单元110连接于每个室外单元120并且向安装空调系统100的建筑物提供足够的制冷和制热能力的多个型空调系统100。所述多个型空调系统100通过信号转换器300连接于中央控制单元200。室内单元110和室外单元120的单独控制可以利用分别安装于建筑物的房间中的每台室内单元110来实现。整个建筑物的多个型空调系统100的中央控制也可以利用安装于诸如建筑物管理室的房间中的中央控制单元200来实现。

空调器的中央控制系统不需要机械室(machine room)并且与通常的中央空调设备相比，可以减少初始投资成本的30％到40％和运行成本的40％到50％。该空调器的中央控制系统还可以根据室内单元提供制热，启动不同的空气调节功能。

如图2所示的室内单元110被分别安装于建筑物的房间中。诸如顶挂式(ceiling-mounted)室内单元、壁挂式(wall-mounted)室内单元以及立式(standing)室内单元的任何类型的室内单元均可作为室内单元110使用。室内单元110可以根据其型号或类型具有不同的功率消耗。每台室外单元120连接于多个室内单元110并且根据控制命令来控制制冷剂的循环以向每个房间提供空气调节。

如图2所示，所述室外单元120通过网络连接于中央控制单元200。该中央控制单元200监视每台空调器(即每台室内和室外单元)的状态，并且将控制命令发送到每台空调器以执行每台空调器具体操作的中央控制。此外，该中央控制单元200还计算正在运行的多个型空调系统的当前功率消耗量，以及如果计算出的当前功率消耗量超过了基准管理功率值，则执行峰值功率控制。

所述信号转换器300连接在多个型空调系统100和中央控制单元200之间。信号转换器300在多个型空调系统和中央控制单元200之间传递信号，同时执行不同通信协议信号的相互转换，用于允许在多个型空调系统和中央控制单元200之间的流畅的信号交换。

多个型空调系统100的室内和室外单元110和120通过RS-485通信线相互连接以执行串行通信，并且将该室内和室外单元110和120通过RS-485通信线连接于信号转换器300。因为中央控制单元200通过以太网线(Ethernetline)组网，所述信号转换器300起到RS-485协议信号和以太网协议信号之间的媒介作用。

所述RS-485为一种串行接口标准，它允许连接32个驱动器和32个接收器，其传输距离为1200米。由于RS-485采用了低阻抗的驱动器和接收器，所以与另一串行接口标准RS-422相比，其在每条线上允许更大量的节点，因此是非常有效的。

以太网使用同轴电缆(coaxial cable)以实现总线拓扑(bus topology)网络，在总线拓扑中，终端装置可以随意地连接于单独的电缆。以太网还提供了10Mbps的数据速率。用于数据传输，以太网采用CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路存取)(Carrie Sense Multiple Access with CollisionDetection)模式以避免不同装置之间的数据冲突。根据CSMA/CD模式，一个将要发送数据的装置利用电信号检查其他装置是否正在使用网络，并且随后当网络空闲时，发送数据，以避免数据冲突。

所述信号转换器300实行不同协议信号的相互转换以允许产生不同协议信号的多个型空调系统100和中央控制单元200之间的流畅通信。

根据本发明的中央控制单元200的结构将参考图3加以描述。所述中央控制单元200主要包括数据输入单元210和显示单元220。所述数据输入单元210用于输入控制命令、用于峰值功率控制的设备信息、以及用于多个型空调系统100的功率管理的基准管理功率值。所述显示单元220显示通过其实时监视所获得的多个型空调系统100的当前功率消耗，以及由强制操作算法所控制的多个型空调系统100的状态信息。多个型空调系统100的状态信息包括多个型空调系统100的空调器的当前工作率。根据制造厂商，所述数据输入单元210和显示单元220可以集成为一台触摸屏监视器。

建筑物的空调器管理员根据电力公司依据季节/建筑物/服务提供商指定的不同最高功率限制来确定和输入基准管理功率值。所述基准管理功率值是中央控制单元200确定何时执行峰值功率控制的基准值。

所述中央控制单元200还包括峰值功率处理器230、数据库240、数据发送/接收器250以及空调器控制器260和因特网调制解调器270。

所述数据发送器/接收器250通过网络执行去往和来自多个型空调系统100的数据的发送和接收。通过该数据发送器/接收器250，所述中央控制单元200发送控制命令并接收根据控制命令工作的空调器的工作状态数据。

所述数据库240预先存储多个型空调系统100的设备信息，诸如多个型空调系统100的每台室内单元110和室外单元120的导管长度和功率消耗。

基于存储于所述数据库240中的设备信息，所述峰值功率处理器230计算多个型空调系统100的总的功率消耗。所述空调器控制器260以如下方式执行峰值功率控制，所述方式为切换多个型空调系统100的工作模式以使计算出的总的功率消耗不超过管理员输入的基准管理功率值。

多个型空调系统100的室内单元110根据室内单元110的型号和类型具有不同的功率消耗。即使当共享一台室外单元的多个室内单元中的一个正在工作时，由于多个型空调系统100的特性，该室外单元消耗至少大约室外单元全工作功率消耗(即，当所有多个室内单元都工作时的室外单元的功率消耗)的30％。因此，正在工作的多个型空调系统100的总的功率消耗不是与正在工作的室内单元的数量成线性比例的，而必须根据不同系数进行计算。

因此，为了计算多个型空调系统100的总的功率消耗，根据本发明的所述中央控制单元200将参考每个房间的详细数据，诸如存储于数据库240中的室内温度、工作模式和其工作状态。

根据室内温度和室外温度的比较级别(level)、室外单元120运行的负载修正值(load correction value)、相应于连接于室外单元120的导管长度的导管修正值等，计算每台室内单元110的运行值(performance value)。根据每台室内单元110的计算运行值和每台室外单元120的运行值，所述峰值功率处理器230计算正在运行的多个型空调系统100的当前总的功率消耗。

所述峰值功率处理器230可以实时计算正在工作的空调器的总的功率消耗。换言之，当预先计算并在数据库250中以数据表的形式存储了相应于每个因素(factor)的总的功率消耗之后，所述峰值功率处理器230可以实时参考已存储的数据表以获得总的功率消耗。

所述空调器控制器260将在峰值功率处理器230中计算出的当前的总的功率消耗与管理员输入的基准管理功率值进行比较。如果比较结果为总的功率消耗超过了基准管理功率值，则所述空调器控制器260执行用于峰值功率控制的强制操作算法。如果正在工作的空调器的总的功率消耗高于基准管理功率值，则强制操作算法允许被选中的正在工作的空调器保持制冷或制热模式并且强迫其余正在运行的空调器(即未被选中的空调器)切换为通风模式。

工作在通风模式的未被选中的空调器用以在低功率消耗的情况下大致保持室内温度。因为仅被选中的空调器可以工作在制冷或制热模式，所以可以减少总的功率消耗以使其低于基准管理功率值。

在使用强制操作算法的峰值功率控制期间，自动启动单独控制锁闭，使其不可能通过每个房间中的室内单元110执行单独控制。如果总的功率消耗减少到低于基准管理功率值以停止峰值管理控制，则可以通过室内单元110单独控制。

所述中央控制单元200还包括发送和接收用于通过英特网进行远程控制的信号的英特网调制解调器270。远程用户可以通过英特网访问中央控制单元200来执行多个型空调系统100的峰值功率控制。

图4是示出用于控制多个型空调系统的程序的屏幕快照，该程序在根据本发明的中央控制单元200中执行并且在显示单元220上显示。从图4可以看到中央控制单元200当前运行于峰值功率控制模式。

图4示出管理员已经输入24,000W为基准管理功率值(即希望的功率消耗)，并且希望的工作率为40％。工作率参考正在工作的空调器的数量与空调器总量的比率。管理员通过数据输入单元210设置工作率。

管理员可以确定工作模式改变周期，在该周期中，将根据工作率，并且考虑空调器的使用环境(房间大小、室外温度、室内环境、舒适度等)来改变空调器的工作模式。管理员通过数据输入单元210输入工作模式改变周期。在本实施例中，如图4所示，工作模式改变周期被设置为15分钟。在根据本实施例的多个型空调系统100中，如果总的功率消耗超过了24,000W，则所述中央控制单元200执行峰值功率控制。在峰值功率控制期间，中央控制单元200允许全部空调器的40％保持制冷或制热模式并且强迫其余空调器，即其60％，保持通风模式。如果工作模式改变周期(15分钟)已经过去，则每台空调器的工作模式将被复位。

如果10个室内单元连接于多个型空调系统100上，则该10个室内单元将交替工作，每15分钟4个。如果如图4所示，所述中央控制单元200监视到当前功率消耗和正在运行的多个型空调系统100的当前工作率为46,000W和84％，则空调器控制器260执行峰值功率控制以强制切换正在工作的空调器的工作模式，从而返回希望的功率消耗(在本实施例中为24,000W)和希望的工作率(在本实施例中为40％)。

为向管理员提供方便，中央控制单元200执行的功率控制程序允许不但在屏幕右侧以数字形式而且在屏幕左侧以条状物形式显示功率消耗和工作率的实时变化。

通过拖曳左侧屏幕上相应的条形，管理员可以容易的输入希望的功率消耗。

参考图5所示的流程图将描述用于操作如上所述结构空调器的中央控制系统的方法。

首先，中央控制系统监视多个型空调系统的正在工作的空调器的工作状态(S1)。

中央控制系统读取存储于数据库中的每台空调器的设备信息(S2)，并且计算空调器的当前工作率(正在工作的空调器的数量和总的空调器数量的比率)(S3)。所述设备信息包括每个室内单元的各种因素，诸如基本功率消耗的每台室内单元的不同系数、室内温度、室外温度、当前工作模式、工作状态、相应室外单元引起的负载、导管信息等。根据这些因素计算总的功率消耗(S4)。

所述空调器控制器读取预设于数据库中的基准管理功率值，并且将计算出的总的功率消耗与读取出的基准管理功率值进行比较(S5)。

如果总的功率消耗超过了基准管理功率值，则峰值功率控制将被激活(S6)以切换空调器的工作模式，使得被选中的正在工作的空调器工作在制冷或制热模式，并且使其余的正在工作的空调器工作在通风模式。

因为根据峰值功率控制切换了空调器的工作模式(S7)，所以空调器的总的功率消耗被限制低于基准功率值。

在峰值功率控制执行的同时，单独控制锁闭将自动被启动，以使其不能执行每台空调器的单独控制，从而提供改进的多个型空调系统的功率管理。

从上述描述可以很明显看出，根据本发明的空调器的中央控制系统以及操作该系统的方法具有如下特点和优点。室内和室外单元的设备信息可以预先存储于中央控制单元的数据库中，所述中央控制单元连接于多个型空调系统并且可以执行多个型空调系统的每台空调器的中央控制。根据室内和室外单元的设备信息，中央控制系统可以执行更精确的空调系统的总的功率消耗的计算。如果总的功率消耗超过了基准管理功率值，则中央控制系统自动改变空调器(即室内和室外单元)的工作模式。因此本发明有利于空调器功率的管理，并且由于减少了空调器的功率消耗和电费，所以非常经济。

虽然根据本发明的空调器的中央控制系统以及操作该系统的方法作为说明性的目的已经被公开，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改、补充以及替代。

Claims (14)

1.一种空调器的中央控制系统，包括：

多个型空调系统，包括安装于建筑物房间中用于空气调节的多个室内单元和用于控制制冷剂循环的一个室外单元，所述多个室内单元共享该室外单元；

中央控制单元，通过网络连接于多个型空调系统，所述中央控制单元执行多个型空调系统操作的中央控制或执行其状态的监视；以及

信号转换器，连接于多个型空调系统和中央控制单元之间，所述信号转换器执行在多个型空调和中央控制系统之间通信的不同协议信号的相互转换，

其中，如果根据多个型空调系统的工作状态所计算出的多个型空调系统的当前功率消耗超过了预先输入的基准管理功率值，则所述中央控制单元执行峰值功率控制，

其中所述控制单元包括：

数据发送器/接收器，用于通过网络发送和接收去往和来自多个型空调系统的数据；

峰值功率处理器，用于计算正在工作的室内和室外单元的总的功率消耗；以及

空调器控制器，用于如果峰值功率处理器计算出的总的功率消耗超过了基准管理功率值，则执行峰值功率控制以改变室内和室外单元的工作模式，以使根据改变的操作模式所计算出的总的功率消耗不超过基准管理功率值。

2.如权利要求1的系统，其中多个型空调系统包括单冷空调器和冷暖空调器中的一种，所述单冷空调器中的制冷剂以一个方向循环，所述冷暖空调器中的制冷剂以两个方向循环。

3.如权利要求1的系统，其中多个型空调系统通过RS-485通信线连接于信号转换器。

4.如权利要求1的系统，其中中央控制单元通过以太网通信线连接于信号转换器。

5.如权利要求1的系统，其中中央控制单元包括：

数据库，用于存储多个型空调系统的每台室内和室外单元的导管长度和功率消耗的设备信息，

其中，根据存储于数据库中的每台室内和室外单元的功率消耗计算总的功率消耗，并且根据强制工作算法而改变室内和室外单元的操作模式。

6.如权利要求5的系统，其中如果正在工作的室内和室外单元的总的功率消耗超过了基准管理功率值，则执行强制操作算法以改变室内和室外单元的工作模式为制冷/制热模式和通风模式的一种。

7.如权利要求5的系统，其中在峰值功率控制期间，执行强制操作算法以自动启动室内和室外单元的单独控制的锁闭，以使其不能进行单独控制。

8.如权利要求5的系统，其中中央控制单元还包括用于通过因特网发送和接收信号以允许远程控制的因特网调制解调器。

9.如权利要求5的系统，其中中央控制单元还包括：

数据输入单元，用于输入每台室内和室外单元的设备信息、控制命令、以及用于多个型空调系统的功率管理的基准管理功率值；以及

显示单元，用于显示多个型空调系统的状态信息，所述信息被实时监视，所述状态信息包括多个型空调系统的当前功率消耗和其当前工作率的至少一个。

10.如权利要求9的系统，其中数据输入单元包括触摸屏，显示单元被集成于其中，允许通过触摸所述触摸屏来输入数据。

11.如权利要求9的系统，其中数据输入单元接收多个型空调系统的希望的工作率和希望的工作模式改变周期，并且将接收到的工作模式改变周期和工作率发送到空调器控制器，其中在该希望的工作模式改变周期内改变室内和室外单元的工作模式。

12.一种操作空调器的中央控制系统的方法，所述中央控制系统包括通过网络连接于多个型空调系统的中央控制单元，所述多个型空调系统包括一台连接于中央控制单元的室外单元和多个连接于该室外单元的室内单元，所述中央控制单元执行室内和室外单元的操作的中央控制，所述方法包括如下步骤：

a)根据预先存储于中央控制单元的数据库中的多个型空调系统的设备信息通过中央控制单元的峰值功率处理器来计算正在工作的多个型空调系统的当前总的功率消耗；

b)通过中央控制单元的空调器控制器将总的功率消耗与预先输入的基准管理功率值进行比较；以及

c)如果总的功率消耗超过了基准管理功率值，则执行峰值功率控制以通过空调器控制器改变室内和室外单元的操作模式，以使根据改变的操作模式所计算出的功率消耗不超过基准管理功率值。

13.如权利要求12的方法，其中所述步骤b)包括如下步骤：允许至少一台被选中的正在工作的室内单元工作在制冷或制热模式，并且允许至少一台正在工作的其余的室内单元，不同于被选中的室内单元，工作在通风模式，以减少总的功率消耗。

14.如权利要求12的方法，其中所述步骤b)包括如下步骤：在峰值功率控制期间，自动启动室内和室外单元的单独控制锁闭，以使其不能单独控制。

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