專利名稱：中央空調氣候補償控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空調節(jié)能器件，具體地說，是涉及一種中央空調氣候 補償控制器。
背景技術：
空調系統帶給了人們一個溫度適宜、濕度恰當、空氣清凈的環(huán)境，但空調 卻又是現代樓宇的能耗大戶。根據國內外資料統計，中央空調系統的全年能耗
占整個建筑物全年能耗的40 60%。在中央空調系統的耗能設備中，冷水機組 能耗最大，其次是風柜等末端設備，其約占整個空調系統的25%，而水泵占整 個空調系統能耗的15 20%。并且，早期的投資方較在乎的只是投資成本，但 營運后才發(fā)現運行費用過高，如此長期營運所付出的代價遠比投資節(jié)省的費用 大得多。由此可見，研究出一種中央空調系統節(jié)能方案是目前亟需解決的問題。
實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種中央空調氣候補償控制器，該氣候補償控 制器可以通過實施氣候補償方法來實現制冷節(jié)能的目標。
為了達到上述目的，本實用新型采用了以下技術方案
一種中央空調氣候補償控制器，其特征在于它包括主控單元、串口擴展
單元和485/232接口單元，該主控單元與串口擴展單元相連，該主控單元和串 口擴展單元分別經由485Z232接口單元與外部設備相連，其中該主控單元包 括主控芯片和主控芯片接口單元，該主控芯片經由該主控芯片接口單元與該串 口擴展單元和485/232接口單元連接；該串口擴展單元包括擴展微處理器，該 擴展微處理器連接有微處理器監(jiān)控電路；該485/232接口單元包括第一光耦單 元、第一發(fā)送接收單元、第二光耦單元和第二發(fā)送接收單元，該主控芯片經由 主控芯片接口單元、第一光耦單元與第一發(fā)送接收單元連接，該擴展微處理器 經由第二光耦單元與第二發(fā)送接收單元連接，該第一、第二發(fā)送接收單元與該 外部設備連接；該外部設備包括室外溫度傳感器、室外濕度傳感器、多個室內 用戶溫度傳感器、多個冷水機組、放置在冷水機組管道內的多個溫度傳感器、 冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔。
本實用新型具有如下優(yōu)點
本實用新型氣候補償控制器可根據室外溫濕度變化、用戶在不同時間內設
3定的室內溫度要求，通過構筑物冷消耗曲線、冷水機組的工作效率曲線等來求 取出冷水機組最佳的冷凍水供水溫度，從而實現中央空調根據外部氣候條件的 變化來相應調整冷水機組的供水溫度而達到冷水機組節(jié)能的目的。
本實用新型氣候補償控制器內采用中央空調氣候補償方法來實現自動控 制供水溫度，實現了空調系統的智能化室溫氣候補償，該中央空調氣候補償方 法具有自學習的功能，可使中央空調系統的節(jié)能達到最優(yōu)。
本實用新型氣候補償控制器不同于中央空調節(jié)能領域中的傳統節(jié)電器模 式或單一變頻節(jié)電模式，其以中央空調氣候補償方法為核心思想，直接針對最 大耗能設備一一冷水機組，通過調整冷水機組的工藝運行參數而進行節(jié)能，這
種最復雜、最深入的節(jié)能模式不僅具有較大的節(jié)能空間，能取得更明顯的經;齊 效益，而且這種節(jié)能模式能保證原來的變頻節(jié)電系統安全可靠運行，使中央空 調系統具有很高的穩(wěn)定性和安全性，是中央空調的最佳節(jié)能控幸']手段。舉例來 說，中央空調系統的全年能耗占整個建筑物全年能耗的40 60°。，目前北京有 3000套中央空調機組運行，平均功率在500kW以上，按照綜合節(jié)能15%進行 核算，若采用本實用新型的節(jié)能模式進行節(jié)能，則每年節(jié)省的電耗可超過3億 kWh，經濟效益和環(huán)境效益非?？捎^。

圖1是本實用新型中央空調氣候補償控制器的工作示意圖 圖2是本實用新型中央空調氣候補償控制器的組成方框示意圖； 圖3是主控單元的主控芯片接口單元的電路原理圖； 圖4是串口擴展單元的電路原理圖5是485/232接口單元的電路原理圖6是通信接口單元的電路原理圖7是USB接口單元的電路原理圖8是LAN以太網接口單元的電路原理圖9是實時時鐘單元的電路原理圖10是IC卡通訊接口單元的電路原理圖
圖11是輸入輸出接口單元的電路原理圖12是本實用新型采用的中央空調氣候補償方法的實現流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
如圖1和圖2所示，本實用新型中央空調氣候補償控制器IOO包括主控單元101、串口擴展單元102和485/232接口單元103。該主控單元101與串口擴 展單元102相連，該主控單元101和串口擴展單元102分別經由485/232接口 單元103與外部設備104相連。
該主控單元101包括主控芯片和圖3所示的主控芯片接口單元(主要由隔 離器件和鎖存器件組成)，主控芯片可選用ATMEL AT91RM9200芯片，該主 控芯片經由該主控芯片接口單元與該串口擴展單元102和485/232接口單元 103連接。如圖4所示，該串口擴展單元102包括擴展微處理器MD801，該擴 展微處理器可選用ATMEL128芯片，該擴展微處理器MD801連接有微處理器 監(jiān)控電路MAX705 (MD804)。如圖5所示，該485/232接口單元103包括第 一光耦單元、第一發(fā)送接收單元、第二光耦單元和第二發(fā)送接收單元。如圖， 第一光耦單元主要由光耦E6(H E606組成，第一發(fā)送接收單元為由收發(fā)器 N603、N605所構成的收發(fā)電路，第二光耦單元主要由ME601 、 ME602、 ME603、 ME611、 ME612、 ME613組成，第二發(fā)送接收單元為由收發(fā)器MD806、 MD816 所構成的收發(fā)電路。該主控芯片經由主控芯片接口單元、第一光耦單元與第一 發(fā)送接收單元連接，該擴展微處理器MD801經由第二光耦單元與第二發(fā)送接 收單元連接，該第一、第二發(fā)送接收單元與該外部設備104連接。
在實際應用中，本實用新型氣候補償控制器100被放置在冷水機組房間內， 其與外部設備104相連。如圖l，該外部設備104可包括室外溫度傳感器800、 室外濕度傳感器900、 n個室內用戶溫度傳感器700-l 700-n、 N個冷水機組1 至N 200-卜200-N、放置在冷水機組管道內的多個溫度傳感器(未示出)、冷 凍泵300、冷卻泵400和冷卻塔500。其中，各冷水機組上設有的負載檢測接 口、電流檢測接口、電壓檢測接口和冷卻水供水、回水溫度輸出接口與485/232 接口單元103連接，放置在冷水機組管道內的多個溫度傳感器包括放置在各冷 水機組冷凍水供水、回水管道內的溫度傳感器以及放置在冷水機組總冷凍水供 水、回水管道內的溫度傳感器。
實際實施時，本實用新型氣候補償控制器還可具有其它功能，例如，主控 單元101可經由USB接口單元107與USB相連，主控單元101可經由LAN 以太網接口單元108與LAN以太網相連，主控單元101可經由通信接口單元 106與遠程監(jiān)控中心600相連，串口擴展單元102可經由CAN接口單元105 與控制設備相連，主控單元101外部可設置實時時鐘單元109，來為主控單元 101提供準確的時間基準。另外，主控單元101外圍還可設有IC卡通訊接口單 元110，以用于與IC卡通訊而進行授權管理等操作，主控單元101還可設有輸入輸出接口單元lll，以用于實現運行狀態(tài)檢測和報警等輸出控制。通信接口
單元106、 USB接口單元107、 LAN以太網接口單元108、實時時鐘單元109、 IC卡通訊接口單元110、輸入輸出接口單元111的電路原理圖分別見圖6至圖 ll所示，這些單元的電路設計屬于公知技術，故這里不再贅述。
工作時，本實用新型氣候補償控制器通過外部設備104采集所需的各種參 數，并將這些參數通過485/232接口單元103傳輸給主控單元101中的主控芯 片，然后主控芯片根據一種中央空調氣候補償方法來分析處理這些參數數據， 最終得出最佳控制方案，并按照該最佳控制方案來控制冷水機組200-卜200-N、 冷凍泵300、冷卻泵400、冷卻塔500的運行，從而實現冷水機組節(jié)能目標。
本實用新型氣候補償控制器采用的中央空調氣候補償方法如圖12所示， 該方法通過自動控制供水溫度來實現空調系統的智能化室溫氣候補償過程，該 方法具有自學習的功能，可使中央空調系統的節(jié)能達到最優(yōu)。該氣候補償方法
包括如下步驟
步驟1:氣候補償控制器100采集室內用戶溫度Trl Trn、室外溫濕度Tw、 Hw以及冷水機組的運行狀態(tài)參數。其中，冷水機組的運行狀態(tài)包括每臺冷水 機組的負載設定值、工作電壓電流、冷卻水回水供水溫度、冷凍水回水供水溫 度以及總體冷水機組的冷凍水回水供水溫度。注意，總體冷水機組的冷凍水回 水供水溫度由冷水機組總冷凍水供水、回水管道內的溫度傳感器測得。
步驟2:根據采集的各項參數，氣候補償控制器IOO通過自尋優(yōu)算法求取 出開啟的冷水機組的最佳工作點。
步驟3:根據確定的最佳工作點，氣候補償控制器100計算冷凍泵300、 冷卻泵400和冷卻塔500的最佳工作頻率，以控制冷凍泵300、冷卻泵400和 冷卻塔500運行在最佳工作頻率上，同時調整開啟的冷水機組的工作參數(例 如工作電壓電流等)，使中央空調根據外部氣候條件的變化來相應調整冷水機 組的冷凍水供水溫度，以達到本實用新型通過冷水機組進行節(jié)能的目的。
其中，步驟2具體包括
步驟2-l:通過如下公式(l)，計算構筑物冷消耗(也可稱為用戶冷消耗) 和消耗系數，構建構筑物冷消耗曲線，
構筑物冷消耗二C1X流量X(總冷凍水回水溫度—總冷凍水供水溫度)(l) 其中Cl為設定系數，
消耗系數是指構筑物每升高rc所消耗的能量或熱量，其是由室外溫濕度、 構筑物所需流量等參數計算得出的。步驟2-2:通過如下公式(2)至(5)，分別計算總體冷水機組和每臺冷 水機組的冷消耗、電消耗，構建總體冷水機組和每臺冷水機組的工作效率曲線，
總體冷水機組的冷消耗C2X流量X(總冷卻水供水溫度-總冷卻水回水
溫度)(2)
總體冷水機組的電消耗=各冷水機組的電消耗之和 (3 ) 冷水機組的冷消耗-C3X流量X(冷卻水供水溫度-冷卻水回水溫度)(4) 冷水機組的電消耗-C4X工作電壓X工作電流 (5) 其中C2、 C3、 C4為設定系數。
步驟2-3:根據構筑物冷消耗曲線和用戶設定溫度，計算用戶需冷量。
步驟2-4:根據用戶需冷量、總體冷水機組的工作效率曲線和每臺冷水機
組的工作效率曲線，計算需開啟的冷水機組數量，并且計算所開啟的每臺冷水 機組的冷凍水供水溫度，求取每臺冷水機組的有效工作點。
步驟2-5:對上述步驟2-1至2-4重復執(zhí)行N次(一般，重復執(zhí)行次數N 應大于2)，優(yōu)化每臺冷水機組的有效工作點，求取出在某段時間內每臺冷水 機組的最佳工作點。該步驟中的優(yōu)化手段可為爬山搜索和最小二乘等各種方 法，屬于公知技術，不詳述。
本實用新型具有如下優(yōu)點
本實用新型氣候補償控制器可根據室外溫濕度變化、用戶在不同時間內設 定的室內溫度要求，通過構筑物冷消耗曲線、冷水機組的工作效率曲線等來求 取出冷水機組最佳的冷凍水供水溫度，從而實現中央空調根據外部氣候條件的 變化來相應調整冷水機組的供水溫度而達到冷水機組節(jié)能的目的。
本實用新型氣候補償控制器內采用中央空調氣候補償方法來實現自動控 制供水溫度，實現了空調系統的智能化室溫氣候補償，該中央空調氣候補償方 法具有自學習的功能，可使中央空調系統的節(jié)能達到最優(yōu)。
本實用新型氣候補償控制器不同于中央空調節(jié)能領域中的傳統節(jié)電器模 式或單一變頻節(jié)電模式，其以中央空調氣候補償方法為核心思想，直接針對最 大耗能設備一一冷水機組，通過調整冷水機組的工藝運行參數而進行節(jié)能，這 種最復雜、最深入的節(jié)能模式不僅具有較大的節(jié)能空間，能取得更明顯的經濟 效益，而且這種節(jié)能模式能保證原來的變頻節(jié)電系統安全可靠運行，使中央空 調系統具有很高的穩(wěn)定性和安全性，是中央空調的最佳節(jié)能控制手段。舉例來
說，中央空調系統的全年能耗占整個建筑物全年能耗的40 60%，目前北京有 3000套中央空調機組運行，平均功率在500kW以上，按照綜合節(jié)能15%進行核算，若采用本實用新型的節(jié)能模式進行節(jié)能，則每年節(jié)省的電耗可超過3億 kWh，經濟效益和環(huán)境效益非?？捎^。
以上所述是本實用新型的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域 的技術人員來說，在不背離本實用新型的精祌和范圍的情況下，任何基于本實 用新型技術方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實 用新型保護范圍之內。
權利要求1、一種中央空調氣候補償控制器，其特征在于它包括主控單元、串口擴展單元和485/232接口單元，該主控單元與串口擴展單元相連，該主控單元和串口擴展單元分別經由485/232接口單元與外部設備相連，其中該主控單元包括主控芯片和主控芯片接口單元，該主控芯片經由該主控芯片接口單元與該串口擴展單元和485/232接口單元連接；該串口擴展單元包括擴展微處理器，該擴展微處理器連接有微處理器監(jiān)控電路；該485/232接口單元包括第一光耦單元、第一發(fā)送接收單元、第二光耦單元和第二發(fā)送接收單元，該主控芯片經由主控芯片接口單元、第一光耦單元與第一發(fā)送接收單元連接，該擴展微處理器經由第二光耦單元與第二發(fā)送接收單元連接，該第一、第二發(fā)送接收單元與該外部設備連接；該外部設備包括室外溫度傳感器、室外濕度傳感器、多個室內用戶溫度傳感器、多個冷水機組、放置在冷水機組管道內的多個溫度傳感器、冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔。
2、 根據權利要求1所述的氣候補償控制器，其特征在于 所述主控芯片為ATMEL AT91RM9200芯片，所述擴展微處理器為ATMEL128芯片。
3、 根據權利要求1所述的氣候補償控制器，其特征在于 各所述冷水機組的負載檢測接口、電流檢測接口、電壓檢測接口和冷卻水供水、回水溫度輸出接口與所述485/232接口單元連接；放置在所述冷水機組管道內的多個所述溫度傳感器包括放置在各冷水機 組冷凍水供水、回水管道內的溫度傳感器以及放置在冷水機組總冷凍水供水、 回水管道內的溫度傳感器。
4、 根據權利要求1所述的氣候補償控制器，其特征在于-所述主控單元經由USB接口單元與USB相連，所述主控單元經由LAN以太網接口單元與LAN以太網相連，所述主控單元經由通信接口單元與遠程 監(jiān)控中心相連，所述串口擴展單元經由CAN接口單元與控制設備相連。
專利摘要本實用新型公開了一種中央空調氣候補償控制器。該控制器包括主控單元、串口擴展單元和485/232接口單元，主控單元與串口擴展單元相連，主控單元和串口擴展單元分別經由485/232接口單元與外部設備相連。本實用新型氣候補償控制器以中央空調氣候補償方法為核心，通過調整冷水機組的工藝運行參數進行節(jié)能，節(jié)能空間大，取得的經濟效益明顯，且穩(wěn)定性和安全性高。
文檔編號F24F11/00GK201255487SQ20082010990
公開日2009年6月10日 申請日期2008年8月11日 優(yōu)先權日2008年8月11日
發(fā)明者柯勇勤, 柯細勇 申請人:柯細勇;柯勇勤