DE102004029331B4

DE102004029331B4 - System zur zentralen Steuerung eines Klimaanlagensystems und Verfahren zum Betreiben desselben

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Publication number: DE102004029331B4
Application number: DE102004029331A
Authority: DE
Inventors: Jae Hwan Kwon; Sang Chul Youn; Duck Gu Jeon; Jae Sik Jung; Young Soo Yoon; Jun Tae Kim
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: CN1277079C; JP5112608B2; CN1573247A; US7287393B2; DE102004029331A1; US20040255601A1; DE102004029331A8; KR100529907B1; JP2005009853A; KR20040110523A

Abstract

System zur zentralen Steuerung eines Klimaanlagensystems, wobei das Klimaanlagensystem (100) mehrere in Räumen eines Gebäudes installierte Inneneinheiten (110) und eine von diesen gemeinsam genutzte Ausseneinheit (120) aufweist, wobei ein Kühlmittel zwischen den Inneneinheiten (110) und der Ausseneinheit (120) umwälzbar ist und ein Signalwandler (300) zwischen das Klimaanlagensystem (100) und eine über ein Netzwerk mit dem Klimaanlagensystem (100) verbundene zentrale Steuerungseinheit (200) geschaltet ist, wobei der Signalwandler (300) Mittel zur wechselseitigen Wandlung von Signalen verschiedener Protokolle ausweist, die zwischen dem Klimaanlagensystem (100) und der zentralen Steuerungseinheit (200) übertragen werden,
die zentrale Steuerungseinheit (200) enthält:
eine Datenbank (240) zur Speicherung von Anlageninformation der Innen- und Außeneinheiten (110, 120);
Mittel zur zentralen Steuerung der Innen- und Außeneinheiten (110, 120);
Mittel zur Erfassung und Überwachung von Betriebszuständen der Innen- und Außeneinheiten (110, 120); und
Mittel zur Berechnung einer aktuellen Leistung des Klimaanlagensystems (100) auf Grundlage der erfassten Betriebszuständen der...

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur zentralen Steuerung für Klimaanlagen sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben. Das System verfügt über eine zentrale Steuerungseinheit, die mit einem Klimaanlagensystem vom Mehrfachtyp mit mehreren Klimaanlagen über ein Netzwerk verbunden ist, um eine zentrale Steuerung der Klimaanlagen auszuführen.
Einhergehend mit dem schnellen Anstieg der Verwendung von Klimaanlagen finden sich nun Klimaanlagen häufig in jedem Raum eines Wohnhauses oder in jedem Büro eines Bürogebäudes. Seit jüngerer Zeit existieren auch Klimaanlagensysteme, bei denen mehrere Klimaanlagen über ein Netzwerk angeschlossen sind.
Die 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Klimaanlagensystem vom Mehrfachtyp zeigt, bei dem eine größere Anzahl von Inneneinheiten eine kleinere Anzahl von Außeneinheiten gemeinsam nutzen, die in einem einzelnen Gebäude oder auf einem einzelnen Stock vorhanden sind, um Installationsressourcen und Energie zu sparen.
Um für Kühlung in einem Raum zu sorgen, verwendet eine Klimaanlage 10 im Allgemeinen ein Kühlmittel, das in einem Wärmezyklus mit Kompression, Kondensation, Expansion und Verdampfung in den Innen- und Außeneinheiten umgewälzt wird. Andererseits kann eine Klimaanlage mit Wärmepumpe durch Umschalten der Umwälzrichtung des Kühlmittels für Kühlung und Heizung sorgen.
Beim herkömmlichen Klimaanlagensystem erlaubt es eine an der Inneneinheit angebrachte Steuertaste oder eine Fernsteuerung dem Benutzer, einen Steuerbefehl zum Ein-/Ausschalten der Spannung, zur Auswahl des Kühl-/Heizmodus, zur Auswahl des Gebläsemodus, zur Steuerung der Richtung ausgeblasener Luft, zur Steuerung der Kühl-/Heiz- oder Ausblasintensität usw. einzugeben. Auf Grundlage des eingegebenen Steuerbefehls steuert ein in der Inneneinheit vorhandener Mikrocomputer die Menge und den Fluss des Kühlmittels, um eine Innenklimatisierung auszuführen.
Wenn im Betrieb einer Klimaanlage ein Fehler auftritt, begibt sich eine Wartungsperson des Gebäudes persönlich zu einer Inneneinheit 11 oder einer Außeneinheit 12 der Klimaanlage, um den Fehler zu prüfen, und dann gibt sie zur Wartung und Reparatur der Klimaanlage einen Steuerbefehl ein.
Wenn eine Wartungsperson mehrere Klimaanlagen verwaltet, wie in einer Schule oder einem großen Gebäude, besucht sie jeden Raum, um einen Steuerbefehl einzugeben, und sie führt von Hand eine Wartung und Reparatur der Klimaanlage aus.
Einige herkömmliche Klimaanlagensysteme können eine zentrale Steuerung mehrerer Klimaanlagen über eine zentrale Steuerungseinheit ausführen, die über ein Netzwerk mittels Spannungsleitungen oder dergleichen mit den mehreren Klimaanlagen verbunden ist. Jedoch sind derartige herkömmliche Klimaanlagensysteme nur mit einer Spannungslampe zum Prüfen des Spannungszustands jeder Klimaanlage und einer Spannungstaste zum Steuern der Spannung für jede Klimaanlage versehen. In die herkömmlichen Systeme kann kein Steuerbefehl zum Steuern detaillierter Betriebsabläufe der Klimaanlagen eingegeben werden, und demgemäß kann die zentrale Steuerungseinheit nicht zur Wartung und Reparatur verwendet werden, wenn beim Betrieb der Klimaanlage ein Fehler auftritt, was die Nutzbarkeit der Systeme verringert.
Insbesondere hat eine Klimaanlage im Anfangszustand einen hohen Energieverbrauch. Wenn in einem großen Gebäude mehrere Klimaanlagen installiert sind, ist die Gesamtleistung derselben auch im Normalbetrieb beträchtlich, was zu Bedenken dahingehend führt, dass die Gesamtleistung die zulässige Grenze eines Leistungsschalters im Gebäude überschreitet. Wenn die Gesamtleistung die zulässige Grenze des Leistungsschalters überschreitet, unterbricht dieser die gesamte Spannungsversorgung des Gebäudes. Das Zwangsabschalten kann zu körperlichen Schlageinwirkungen nicht nur bei laufenden Klimaanlagen sondern auch bei anderen elektrischen Geräten führen, was die Lebensdauer der Erzeugnisse senkt.
Ein Stromversorger liefert abhängig von der Jahreszeit/Gebäuden/Dienstebereitstellern verschiedene obere Leistungen.
Wenn die Gesamtleistung die obere Leistungsgrenze überschreitet, berechnet der Stromversorger fortschreitend höhere Stromgebühren, was die Elektrizitätskosten erhöht.
DE 697 27 164 T2 beschreibt ein verteiltes System für eine Klimaanlage, bei der Innen- und Außeneinheiten einer Klimaanlage über ein Netzwerk miteinander verbunden sind. Die Innen- und Außeneinheiten der Klimaanlage lassen sich von einem zentralen Steuerungsgerät bedienen, wobei eine Raumtemperatur innerhalb der Räume von einem Temperaturdetektor erfasst wird.
DE 198 34 275 A1 beschreibt ein Verfahren zum optimierten Steuern und Regeln von Klimaanlagen. Dabei wird die Leistung der einstellbaren Aggregate direkt gesteuert, wobei bei der konventionellen Regelung zur Beeinflussung der Aggregate der Klimaanlage die Raumlufttemperatur und die Raumluftfeuchte einbezogen werden. Als Zielfunktion kann eine Minimierung der exergetisch, umweltrelevant, kalorisch und kostenmäßig bewerteten Energieaufwendungen oder eine Minimierung direkt eingesetzter Naturressourcen festgelegt werden. Bei der Optimierung kann ein Bewertungsfilter eingesetzt werden.
DE 43 31 752 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Kühlung von aufgeheizten Räumen. Es wird beschrieben die Lüftungsanlage von einem Steuerrechner anhand von der Innen- und Außentemperatur zu steuern, wobei die Erfassung der Innen- und Außentemperatur als Funktion der Zeit erfolgt und aus der Messung der Innentemperatur eine dem Wärmeinhalt des Gebäudes äquivalente Kenngröße abgeleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur zentralen Steuerung eines Klimaanlagensystems zum Begrenzen der Gesamtleistung sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben anzugeben.
Diese Aufgabe ist durch das System gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und das Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 13 gelöst.
Das erfindungsgemäße System verfügt über eine zentrale Steuerungseinheit mit einer Datenbank zum Speichern von Information zur Leistung eines in einem Gebäude installierten Klimaanlagensystems, wobei diese zentrale Steuerungseinheit die Gesamtleistung der aktuell in Betrieb befindlichen Klimaanlagen (Innen- und Außeneinheiten) auf Grundlage der in der Datenbank gespeicherten Information berechnet, wobei sie eine Regelung der Spitzenleistung ausführt, um die Gesamtleistung unter eine Referenzleistung zu begrenzen. Dabei sorgt sie dafür, dass ausgewählte, in Betrieb befindliche Klimaanlagen ihren Betriebszustand beibehalten, während sie andere Klimaanlagen in einen Gebläsemodus umschaltet. Dadurch ist für eine stabile Verwaltung der Klimatisierungsleistung gesorgt, während gute Wirkungsgrade für das interne Kühlen/Heizen erzielt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines herkömmlichen Steuerungssystems für Klimaanlagen zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines zentralen Steuerungssystems für Klimaanlagen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer zentralen Steuerungseinheit im Steuerungssystem gemäß der 2 zeigt;
4 ist ein Schirmbild, wie es durch ein Steuerungsprogramm auf einer Anzeigeeinheit der zentralen Steuerungseinheit gemäß der 3 dargestellt wird; und
5 ist ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben des zentralen Steuerungssystems gemäß der 2.
Nun wird die Konfiguration eines zentralen Steuerungssystems für Klimaanlagen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben.
Die 2 zeigt ein Klimaanlagensystem 100 vom Mehrfachtyp, bei dem mehrere Inneneinheiten 110 mit einer jeweiligen Außeneinheit 120 verbunden sind. Dieses System sorgt für ausreichende Kühl- und Heizkapazitäten für ein Gebäude, in dem es installiert ist. Dieses Klimaanlagensystem 100 ist über einen Signalwandler 300 mit einer zentralen Steuerungseinheit 200 verbunden. Eine individuelle Steuerung der Inneneinheiten 110 und der Außeneinheiten 120 ist unter Verwendung jeder der Inneneinheiten 110 möglich, wie sie jeweils in Räumen des Gebäudes angeordnet sind. Es ist auch eine zentrale Steuerung des Klimaanlagensystems 100 vom Mehrfachtyp für das gesamte Gebäude unter Verwendung der zentralen Steuerungseinheit 200 möglich, die sich an einem Ort wie einem Bedienungsraum im Gebäude befindet.
Das zentrale Steuerungssystem für Klimaanlagen benötigt keinen Maschinenraum, und die Anfangsinvestition kann um 30 bis 40% gesenkt werden, und die Betriebskosten können um 40 bis 50% gesenkt werden, wenn mit einer herkömmlichen Anlage für zentrale Klimatisierung verglichen wird. Das zentrale Steuerungssystem für Klimaanlagen kann auch abhängig von den Inneneinheiten für Heizung sorgen, wodurch verschiedene Klimatisierungsfunktionen möglich sind.
Die Inneneinheiten 110, wie sie in der 2 dargestellt sind, sind jeweils in den Räumen des Gebäudes installiert. Als Inneneinheit 110 kann jeder beliebige Typ verwendet werden, wie eine solche für Deckenmontage, eine solche für Wandmontage oder eine solche, die frei steht. Die Inneneinheiten 110 können abhängig vom Typ oder Modell verschiedene Leistungen aufweisen. Jede Außeneinheit 120 ist mit mehreren Inneneinheiten 110 verbunden, und sie steuert die Umwälzung eines Kühlmittels entsprechend einem Steuerbefehl, um für Klimatisierung in jedem Raum zu sorgen.
Die Außeneinheit 120 ist über das Netzwerk, wie es in der 2 dargestellt ist, mit der zentralen Steuerungseinheit 200 verbunden. Die zentrale Steuerungseinheit 200 überwacht den Zustand jeder Klimaanlage (d. h. jeder Innen- und Außeneinheit), und sie sendet Steuerbefehle an jede der Klimaanlagen, um eine zentrale Steuerung detaillierter Betriebsabläufe jeder Klimaanlage auszuführen. Außerdem berechnet die zentrale Steuerungseinheit 200 die aktuelle Leistung des laufenden Klimaanlagensystems vom Mehrfachtyp, und sie führt eine Spitzenleistungssteuerung aus, wenn die berechnete aktuelle Leistung eine Referenzleistung überschreitet.
Der Signalwandler 300 ist zwischen das Klimaanlagensystem 100 und die zentrale Steuerungseinheit 200 geschaltet. Er leitet Signale zwischen diesen beiden Baugruppen, während er eine wechselseitige Wandlung von Signalen verschiedener Kommunikationsprotokolle ausführt, um einen gleichmäßigen Signalaustausch zu ermöglichen.
Die Innen- und Außeneinheiten 110 und 120 des Klimaanlagensystems 100 sind über RS-485-Kommunikationsleitungen miteinander verbunden, um serielle Kommunikation auszuführen, und sie sind auch über eine RS-485-Kommunikationsleitung mit dem Signalwandler 300 verbunden. Da die zentrale Steuerungseinheit 200 Netzwerkkommunikation über eine Ethernet-Leitung ausführt, vermittelt der Signalwandler 300 zwischen Signalen gemäß dem RS-485-Protokoll und solchen gemäß dem Ethernet-Protokoll.
RS-485 ist ein Standard für serielle Schnittstellen, der einen Anschluss von bis zu 32 Treibern und bis zu 32 Empfängern bei Übertragungsabständen bis zu 1.200 Metern erlaubt. Der Standard RS-485 ist dahingehend effektiv, dass er eine größere Anzahl von Knoten pro Leitung als der andere häufig verwendete Standard RS-422 für serielle Schnittstellen erlaubt, da er Treiber und Empfänger niedriger Impedanz verwendet.
Das Klimaanlagensystem 100 ist über eine derartige RS-485-Kommunikationsleitung mit einer Konfiguration mit mehreren Abzweigungen, bei der mehrere Treiber und Empfänger mit einem einzelnen seriellen Bus verbunden sind, an den Signalwandler 300 angeschlossen, wodurch optionale Datenübertragung möglich ist.
Ethernet verwendet ein Koaxialkabel zum Implementieren eines Netzwerks mit Bustopologie, bei der Terminalvorrichtungen optional mit einem einzelnen Kabel verbunden werden können. Ethernet sorgt auch für eine Datenrate von 10 Mbps. Zur Datenübertragung verwendet Ethernet das CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)-Schema, um Datenkollisionen zwischen verschiedenen Vorrichtungen zu vermeiden. Gemäß dem CSMA/CD-Schema verwendet eine Vorrichtung, die Daten zu senden wünscht, ein elektrisches Signal, um zu prüfen, ob eine andere Vorrichtung das Netzwerk verwendet, und sie sendet dann Daten, wenn das Netzwerk frei ist, um Datenkollisionen zu verhindern.
Der Signalwandler 300 führt eine wechselseitige Wandlung von Signalen verschiedener Protokolle aus, um gleichmäßige Kommunikation zwischen dem Klimaanlagensystem 100 und der zentrale Steuerungseinheit 200, die Signale verschiedener Protokolle erzeugen, zu ermöglichen.
Nun wird die Konfiguration der zentralen Steuerungseinheit 200 bei der Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben. Die zentrale Steuerungseinheit 200 verfügt im Wesentlichen über eine Dateneingabeeinheit 210 und eine Anzeigeeinheit 220. Die Dateneingabeeinheit 210 wird dazu verwendet, Steuerbefehle, Anlageninformation zur Spitzenleistungssteuerung sowie eine Referenzleistung zur Leistungsverwaltung des Klimaanlagensystems 100 vom Mehrfachtyp einzugeben. Die Anzeigeeinheit 220 zeigt die aktuelle Leistung des Klimaanlagensystems 100 an, wie sie durch Echtzeitüberwachung desselben ermittelt wird, und sie zeigt Zustandsinformation für das Klimaanlagensystem 100 an, wenn dieses durch einen Algorithmus für Zwangsbetrieb gesteuert wird. Zur Zustandsinformation des Klimaanlagensystems 100 gehört die aktuelle Leistung der Klimaanlagen in ihm. Abhängig vom Hersteller können die Dateneingabeeinheit 210 und die Anzeigeeinheit 220 in einen Berührungsschirmmonitor integriert sein.
Eine Wartungsperson der Klimaanlage des Gebäudes ermittelt die Referenzleistung und gibt sie ein, wobei sie verschiede ne Leistungsobergrenzen berücksichtigt, wie sie von einem Stromversorger abhängig von der Jahreszeit/Gebäuden/Dienstelieferanten bereitgestellt werden. Die Referenzleistung ist ein Referenzwert, auf dessen Grundlage die zentrale Steuerungseinheit 200 ermittelt, wann eine Spitzenleistungssteuerung zu aktivieren ist.
Die zentrale Steuerungseinheit 200 verfügt ferner über einen Spitzenleistungsprozessor 230, eine Datenbank 240, einen Daten-Sender/Empfänger 250, einen Klimaanlagencontroller 260 und ein Internetmodem 270.
Der Daten-Sender/Empfänger 250 führt ein Senden und Empfangen von Daten über ein Netzwerk an das Klimaanlagensystem 100 bzw. von diesem aus. Mittels dieses Daten-Sender/Empfängers 250 sendet die zentrale Steuerungseinheit 200 Steuerbefehle, und sie empfängt Daten zu Betriebszuständen von Klimaanlagen, die entsprechend den Steuerbefehlen arbeiten.
In der Datenbank 240 wird Vorabanlageninformation zum Klimaanlagensystem 100 gespeichert, wie zur Leistung und zur Leitungslänge jeder der Inneneinheiten 110 und der Außeneinheiten 120 in diesem System.
Auf Grundlage der in der Datenbank 240 gespeicherten Anlageninformation berechnet der Spitzenleistungsprozessor 230 die Gesamtleistung des Klimaanlagensystems 100. Der Klimaanlagencontroller 260 führt die Spitzenleistungssteuerung auf solche Weise aus, dass er zwischen Betriebsmodi des Klimaanlagensystems 100 so umschaltet, dass die berechnete Gesamtleistung nicht die von der Wartungsperson eingegebene Referenzleistung überschreitet.
Die Inneneinheiten 110 des Klimaanlagensystems 100 verfügen abhängig von ihrem Typ oder Modell über verschiedene Leis tungen. Selbst wenn nur eine von mehreren Inneneinheiten, die eine Außeneinheit gemeinsam nutzen, in Betrieb ist, verbraucht die Außeneinheit aufgrund der Eigenschaften des Klimaanlagensystems 100 vom Mehrfachtyp mindestens ungefähr 30 der Energie, die sie bei Vollbetrieb verbraucht (d. h. Energieverbrauch der Außeneinheit, wenn alle Inneneinheiten in Betrieb sind). Aus diesem Grund ist die Gesamtleistung des in Betrieb befindlichen Klimaanlagensystems 100 nicht linear proportional zur Anzahl der im Betrieb befindlichen Inneneinheiten, sondern sie muss auf Grundlage verschiedener Faktoren berechnet werden.
So nimmt die zentrale Steuerungseinheit 200 beim Steuerungssystem gemäß der Ausführungsform auf Detaildaten für jeden Raum, wie die Innentemperatur, den Betriebsmodus und den Betriebszustand, wie sie in der Datenbank 240 gespeichert sind, Bezug, um die Gesamtleistung des Klimaanlagensystems 100 zu berechnen.
Für jede der Inneneinheiten 110 wird ein Funktionswert auf Grundlage des Werts der Innentemperatur im Vergleich zur Außentemperatur, eines durch die Außeneinheit 120 verarbeiteten Lastkorrekturwerts, eines Leitungskorrekturwerts abhängig von der Länge einer an die Außeneinheit 120 angeschlossenen Leitung, und dergleichen berechnet. Auf Grundlage des berechneten Funktionswerts für jede der Inneneinheiten 110 und des Funktionswerts für jede der Außeneinheiten 120 berechnet der Spitzenleistungsprozessor 230 die aktuelle Gesamtleistung des in Betrieb befindlichen Klimaanlagensystems 100.
Der Spitzenleistungsprozessor 230 kann die Gesamtleistung der in Betrieb befindlichen Klimaanlagen in Echtzeit berechnen. Alternativ kann er, nachdem die Gesamtleistung abhängig von jedem Faktor vorab berechnet und in Form einer Datenta belle in der Datenbank 250 gespeichert wurde, in Echtzeit auf die gespeicherte Datentabelle Bezug nehmen, um die Gesamtleistung zu erhalten.
Der Klimaanlagencontroller 260 vergleicht die im Spitzenleistungsprozessor 230 berechnete aktuelle Gesamtleistung mit der von der Wartungsperson eingegebenen Referenzleistung. Wenn das Vergleichsergebnis dahin geht, dass die Gesamtleistung die Referenzleistung überschreitet, führt der Klimaanlagencontroller 260 einen Algorithmus für Zwangsbetrieb zur Spitzenleistungssteuerung aus. Wenn die Gesamtleistung der in Betrieb befindlichen Klimaanlagen höher als die Referenzleistung ist, ermöglicht es der Algorithmus für Zwangsbetrieb, dass ausgewählte in Betrieb befindliche Klimaanlagen ihren Betrieb des Kühl- oder Heizmodus beibehalten, und er zwingt die restlichen Klimaanlagen (d. h. nicht ausgewählte), die in Betrieb sind, dazu, auf einen Gebläsemodus umzuschalten.
Die nicht ausgewählten Klimaanlagen, die im Gebläsemodus weiter arbeiten, dienen dazu, bei niedrigerer Leistung die Innentemperatur ungefähr aufrecht zu erhalten. So ist es möglich, die Gesamtleistung unter der Referenzleistung zu halten, da es nur den ausgewählten Klimaanlagen erlaubt wird, im Kühl- oder Heizmodus zu arbeiten.
Während der Spitzenleistungssteuerung unter Verwendung des Algorithmus für Zwangsbetrieb wird automatisch eine individuelle Steuersperre aktiviert, was es unmöglich macht, eine individuelle Steuerung unter Verwendung der Inneneinheit 110 in jedem Raum auszuführen. Wenn die Gesamtleistung unter die Referenzleistung fällt, was zum Stoppen der Spitzenleistungssteuerung führt, wird eine individuelle Steuerung mittels der Inneneinheit 110 möglich.
Die zentrale Steuerungseinheit 200 verfügt ferner über das gesamte Internetmodem 270, das Signale sendet und empfängt, die eine Fernsteuerung über das Internet ermöglichen. Ein entfernter Benutzer kann eine Spitzenleistungssteuerung des Klimaanlagensystems 100 vom Mehrfachtyp dadurch ausführen, dass er über das Internet Zugriff auf die zentrale Steuerungseinheit 200 erlangt.
Die 4 zeigt ein Schirmbild, wie es von einem Programm zum Steuern des Klimaanlagensystems erzeugt wird, das in der zentralen Steuerungseinheit 200 abgearbeitet wird, wobei dieses Bild auf der Anzeigeeinheit 220 angezeigt wird. Aus der 4 ist es erkennbar, dass die zentrale Steuerungseinheit 200 aktuell in einem Spitzenleistungs-Steuermodus arbeitet.
Die 4 zeigt, dass eine Wartungsperson 24.000 W als Referenzleistung (d. h. als gewünschte Leistung) und 40% als gewünschte Betriebsrate eingegeben hat. Die Betriebsrate bezeichnet das Verhältnis der Anzahl der in Betrieb befindlichen Klimaanlagen zur Gesamtanzahl von Klimaanlagen. Die Wartungsperson stellt die Betriebsrate über die Dateneingabeeinheit 210 ein.
Die Wartungsperson kann eine Betriebsmodus-Änderungsperiode bestimmen, mit deren Intervall die Betriebsmodi der Klimaanlagen, entsprechend der Betriebsrate, umgeschaltet werden, wobei die Nutzungsumgebung der Klimaanlage (Raumgröße, Außentemperatur, Innenbedingungen, Komfort usw.) berücksichtigt werden. Die Wartungsperson gibt die Betriebsmodus-Änderungsperiode über die Dateneingabeeinheit 210 ein. Bei dieser Ausführungsform ist die Betriebsmodus-Änderungsperiode auf 15 Minuten eingestellt, wie es in der 4 dargestellt ist. Beim Klimaanlagensystem 100 gemäß dieser Ausführungsform führt die zentrale Steuerungseinheit 200 die Spitzen leistungssteuerung aus, wenn die Gesamtleistung 24.000 W überschreitet. Während dieser Spitzenleistungssteuerung ermöglicht es die zentrale Steuerungseinheit 200, dass 40% aller Klimaanlagen den Kühl- oder Heizmodus beibehalten, und sie zwingt die restlichen Klimaanlagen, d. h. 60% aller Klimaanlagen, dazu, im Gebläsemodus zu arbeiten. Wenn die Betriebsmodus-Änderungsperiode (15 Minuten) verstrichen ist, wird der Betriebsmodus jeder Klimaanlage zurückgestellt.
Wenn zehn Inneneinheiten im Klimaanlagensystem 100 angeschlossen sind, arbeiten diese abwechselnd, und zwar jeweils vier für jeweils 15 Minuten. Wenn es durch die zentrale Steuerungseinheit 200 zu überwachen ist, dass die aktuelle Leistung und die aktuelle Betriebsrate des im Betrieb befindlichen Klimaanlagensystems 100 46.000 W bzw. 84% betragen, wie es in der 4 dargestellt ist, führt der Klimaanlagencontroller 260 die Spitzenleistungssteuerung dahingehend aus, dass er die Betriebsmodi der aktuell im Betrieb befindlichen Klimaanlagen so umschaltet, zur gewünschten Leistung (24.000 W bei dieser Ausführungsform) und zur gewünschten Betriebsrate (40% bei dieser Ausführungsform) zurückgekehrt wird.
Um bequemes Arbeiten für die Wartungsperson zu verbessern, ermöglicht es das von der zentralen Steuerungseinheit 200 ausgeführte Steuerungsprogramm, dass die Leistung und die Betriebsrate, die in Echtzeit variieren, nicht nur in Zahlenform auf der rechten Seite des durch das Programm erstellten Schirmbilds sondern in Balkenform auch auf der linken Seite angezeigt werden.
Die Verwaltungsperson kann die gewünschte Leistung auf einfache Weise dadurch eingeben, dass sie einen Ziehvorgang an einem entsprechenden Balken auf der linken Seite des Schirms ausführt.
Nun wird ein Verfahren zum Betreiben des auf die oben beschriebene Weise konfigurierten zentralen Steuerungssystems für Klimaanlagen unter Bezugnahme auf das in der 5 dargestellte Flussdiagramm beschrieben.
Als Erstes überwacht das zentrale Steuerungssystem Betriebszustände aktuell im Betrieb befindlicher Klimaanlagen des Klimaanlagensystems vom Mehrfachtyp (S1).
Das zentrale Steuerungssystem liest Anlageninformation jeder der Klimaanlagen, wie sie in der Datenbank gespeichert ist (S2), und sie berechnet die aktuelle Betriebsrate der Klimaanlagen (das Verhältnis der Anzahl der aktuell in Betrieb befindlichen Klimaanlagen zur Gesamtanzahl derselben) (S3). Die Anlageninformation enthält verschiedene Faktoren jeder Inneneinheit, wie die Grundleistung, die Innentemperatur, die Außentemperatur, den aktuellen Betriebsmodus, den Betriebszustand, eine durch eine entsprechende Außeneinheit verursachte Last, Leitungsinformation usw. Die Gesamtleistung wird auf Grundlage dieser Faktoren berechnet (S4).
Der Klimaanlagencontroller liest eine vorab in der Datenbank eingetragene Referenzleistung, und er vergleicht die berechnete Gesamtleistung mit der gelesenen Referenzleistung (S5).
Wenn die Gesamtleistung die Referenzleistung überschreitet, wird die Spitzenleistungssteuerung aktiviert (S6), um Betriebsmodi der Klimaanlagen umzuschalten, damit im Betrieb befindliche ausgewählte Klimaanlagen im Kühl- oder Heizmodus arbeiten können, wobei es ermöglicht wird, dass die restlichen in Betrieb befindlichen Klimaanlagen im Gebläsemodus arbeiten.
Da die Betriebsmodi der Klimaanlagen entsprechend der Spit zenleistungssteuerung geschaltet werden (S7), wird die Gesamtleistung der Klimaanlagen unter die Referenzleistung begrenzt.
Während die Spitzenleistungssteuerung ausgeführt wird, wird automatisch eine Sperre hinsichtlich individueller Steuerung aktiviert, die es unmöglich macht, eine individuelle Steuerung jeder der Klimaanlagen auszuführen, wodurch für eine verbesserte Verwaltung der Leistung des Klimaanlagensystems vom Mehrfachtyp gesorgt ist.
Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, zeigen ein zentrales Steuerungssystem für Klimaanlagen sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben gemäß der Erfindung die folgenden Merkmale und Vorteile. Anlageninformation für Innen- und Außeneinheiten wird vorab in einer Datenbank einer zentralen Steuerungseinheit gespeichert, die im Klimaanlagensystem vom Mehrfachtyp vorhanden ist, und die eine zentrale Steuerung jeder Klimaanlage dieses Systems ausführen kann. Auf Grundlage der Anlageninformation zu den Innen- und Außeneinheiten kann das zentrale Steuerungssystem eine genauere Berechnung der Gesamtleistung des Klimaanlagensystems ausführen. Wenn die Gesamtleistung eine Referenzleistung überschreitet, schaltet das zentrale Steuerungssystem automatisch die Betriebsmodi der Klimaanlagen (d. h. der Innen- und der Außeneinheiten) um. So erleichtert die Erfindung die Verwaltung der Klimatisierungsleistung, und sie ist wirtschaftlich, da eine Verringerung der Klimatisierungsleistung und der Stromkosten erzielt wird.

Claims

System zur zentralen Steuerung eines Klimaanlagensystems, wobei das Klimaanlagensystem (100) mehrere in Räumen eines Gebäudes installierte Inneneinheiten (110) und eine von diesen gemeinsam genutzte Ausseneinheit (120) aufweist, wobei ein Kühlmittel zwischen den Inneneinheiten (110) und der Ausseneinheit (120) umwälzbar ist und ein Signalwandler (300) zwischen das Klimaanlagensystem (100) und eine über ein Netzwerk mit dem Klimaanlagensystem (100) verbundene zentrale Steuerungseinheit (200) geschaltet ist, wobei der Signalwandler (300) Mittel zur wechselseitigen Wandlung von Signalen verschiedener Protokolle ausweist, die zwischen dem Klimaanlagensystem (100) und der zentralen Steuerungseinheit (200) übertragen werden, die zentrale Steuerungseinheit (200) enthält: eine Datenbank (240) zur Speicherung von Anlageninformation der Innen- und Außeneinheiten (110, 120); Mittel zur zentralen Steuerung der Innen- und Außeneinheiten (110, 120); Mittel zur Erfassung und Überwachung von Betriebszuständen der Innen- und Außeneinheiten (110, 120); und Mittel zur Berechnung einer aktuellen Leistung des Klimaanlagensystems (100) auf Grundlage der erfassten Betriebszuständen der Innen- und Außeneinheiten (110, 120) und basierend auf den gespeicherten Anlageninformation der Innen- und Außeneinheiten (110, 120), Mittel zum Vergleichen der berechneten aktuellen Leistung des Klimaanlagensystems (100) mit einer zuvor eingegebenen Referenzleistung, Mittel zur Regelung der Spitzenleistung des Klimaanlagensystems bei Überschreiten der Referenzleistung; Mittel zum Schalten der Innen- und Außeneinheiten (100, 200) in einen Betriebmodus basierend auf einem Algorithmus für einen Zwangsbetrieb.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimaanlagensystem (100) als Klimaanlage mit eine Kühlung ausgebildet ist, in der Kühlmittel in einer Richtung umwälzbar sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Klimaanlage mit eine Kühlung und eine Heizung ausgebildet ist und ein Kühlmittel in zwei Richtungen umwälzbar ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimaanlagensystem (100) über eine RS-485-Kommunikationsleitung mit dem Signalwandler (300) verbunden ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimaanlagensystem (100) über eine Ethernet-Kommunikationsleitung mit dem Signalwandler (300) verbunden ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuerungseinheit (200) Folgendes aufweist: – einen Daten-Sender/Empfänger (250) zum Senden und Empfangen von Daten an das Klimaanlagensystem (100), bzw. von diesem, über ein Netzwerk; – eine Datenbank (240) zum Speichern von Anlageninformation zur Leistung und zur Leistungslänge jeder der Innen- und Ausseneinheiten (110, 120) des Klimaanlagensystems (100); – einen Spitzenleistungsprozessor (230) zum Berechnen der Gesamtleistung der in Betrieb befindlichen Innen- und Ausseneinheiten auf Grundlage der Leistung jeder derselben, die in der Datenbank gespeichert ist; und – einen Klimaanlagencontroller (260) zum Ausführen einer Spitzenleistungsregelung zum Ändern von Betriebsmodi der Innen- und Ausseneinheiten entsprechend einem Algorithmus für Zwangsbetrieb, wenn die durch den Spitzenleistungsprozessor berechnete Gesamtleistung die Referenzleistung überschreitet.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus für Zwangsbetrieb so funktioniert, dass er die Betriebsmodi der Innen- und Ausseneinheiten (110, 120) auf einen Kühl-/Heizmodus oder einen Gebläsemodus umschaltet, wenn die Gesamtleistung der in Betrieb befindlichen Innen- und Ausseneinheiten die Referenzleistung überschreitet.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus für Zwangsbetrieb so funktioniert, dass er eine Sperre einer individuellen Steuerung der Innen- und Ausseneinheiten (110, 120) während der Spitzenleistungsregelung aktiviert, um eine individuelle Steuerung unmöglich zu machen.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuerungseinheit (200) ferner ein Internetmodem (270) zum Senden und Empfangen von Signalen aufweist, um eine Fernsteuerung über das Internet zu ermöglichen.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuerungseinheit (200) ferner Folgendes aufweist: – eine Dateneingabeeinheit (210) zum Eingeben der Anlageninformation jeder Innen- und Ausseneinheit (110, 120), eines Steuerbefehls und einer Referenzleistung zur Verwaltung der Leistung des Klimaanlagensystems (100); und – eine Anzeigeeinheit (220) zum Anzeigen von Information zu Zuständen des Klimaanlagensystems, wobei diese Information in Echtzeit überwacht wird, wobei zur Information zu Zuständen die aktuelle Leistung des Klimaanlagensystems und/oder die aktuelle Betriebsrate desselben gehören.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dateneingabeeinheit (210) einen Berührungsschirm aufweist, in den die Anzeigeeinheit (220) integriert ist, was eine Dateneingabe durch Berühren des Berührungsschirms ermöglicht.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dateneingabeeinheit (210) Mittel zum Empfang einer gewünschten Betriebsmodus-Änderungsperiode aufweist, gemäss deren Intervall die Betriebsmodi der Innen- und Ausseneinheiten (110, 120) umschaltbar ist, und Mittel zum Empfang einer gewünschte Betriebsrate für das Klimaanlagensystem (100) enthält, wobei die empfangene Betriebsmodus-Änderungsperiode und die Betriebsrate an den Klimaanlagencontroller (260) übertragbar sind.
Verfahren zur Steuerung eines Klimaanlagensystems (100), das eine zentrale Steuerungseinheit (200) aufweist, die über ein Netzwerk mit dem Klimaanlagensystem (100) verbunden ist, wobei das Klimaanlagensystem (100) eine Ausseneinheit (120) und mehrere mit dieser verbundene Inneneinheiten (110) verfügt, wobei die Innen- und Außeneinheiten (110, 120) in unterschiedlichen Betreibsmodi mit unterschiedlichen Leistungen betrieben werden können, umfassend die folgenden Schritte: a) Erfassen (S1) von Betriebszuständen der Innen- und Außeneinheiten (110, 120) von der zentralen Steuereinheit (200), b) Berechnen der aktuellen Gesamtleistung der in Betrieb befindlichen Innen- und Ausseneinheiten (110, 120) auf Grundlage von erfassten Betriebszuständen der Innen- und Außeneinheiten (110, 120) und basierend auf Anlageninformation der Innen- und Außeneinheiten (110, 120), die zuvor in einer Datenbank (240) der zentralen Steuerungseinheit (200) abgespeichert wurde (S2 bis S4); c) Vergleichen der berechneten Gesamtleistung mit einer vorab eingegebenen Referenzleistung (S5); und d) Ausführen einer Spitzenleistungsregelung, wenn die berechnete Gesamtleistung die Referenzleistung überschreitet (S6, S7), wobei bei der Spitzenleistungsregelung die Betriebsmodi der Innen- und Ausseneinheiten (110, 120) so geändert werden, dass die Gesamtleistung die Referenzleistung unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) den Schritt beinhaltet, dass mindestens eine ausgewählte, aktuell in Betrieb befindliche Inneneinheit (120) in einem Kühl- oder einem Heizmodus arbeiten kann und mindestens eine verbliebende der in Betrieb befindlichen Inneneinheiten, die nicht die ausgewählte Inneneinheit ist, in einem Gebläsemodus arbeiten kann, um die Gesamtleistung zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aktivierung der Spitzenleistungsregelung eine individuelle Steuerung der Innen- und Außeneinheit (110, 120) deaktiviert wird.