專利名稱：中央空調(diào)氣候補(bǔ)償控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空調(diào)節(jié)能器件，具體地說，是涉及一種中央空調(diào)氣候 補(bǔ)償控制器。
背景技術(shù)：
空調(diào)系統(tǒng)帶給了人們一個溫度適宜、濕度恰當(dāng)、空氣清凈的環(huán)境，但空調(diào) 卻又是現(xiàn)代樓宇的能耗大戶。根據(jù)國內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗
占整個建筑物全年能耗的40 60%。在中央空調(diào)系統(tǒng)的耗能設(shè)備中，冷水機(jī)組 能耗最大，其次是風(fēng)柜等末端設(shè)備，其約占整個空調(diào)系統(tǒng)的25%，而水泵占整 個空調(diào)系統(tǒng)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(yùn)后才發(fā)現(xiàn)運(yùn)行費(fèi)用過高，如此長期營運(yùn)所付出的代價(jià)遠(yuǎn)比投資節(jié)省的費(fèi)用 大得多。由此可見，研究出一種中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案是目前亟需解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種中央空調(diào)氣候補(bǔ)償控制器，該氣候補(bǔ)償控 制器可以通過實(shí)施氣候補(bǔ)償方法來實(shí)現(xiàn)制冷節(jié)能的目標(biāo)。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案
一種中央空調(diào)氣候補(bǔ)償控制器，其特征在于它包括主控單元、串口擴(kuò)展
單元和485/232接口單元，該主控單元與串口擴(kuò)展單元相連，該主控單元和串 口擴(kuò)展單元分別經(jīng)由485Z232接口單元與外部設(shè)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(jīng)由該主控芯片接口單元與該串 口擴(kuò)展單元和485/232接口單元連接；該串口擴(kuò)展單元包括擴(kuò)展微處理器，該 擴(kuò)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(jīng)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(kuò)展微處理器 經(jīng)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(shè)備連接；該外部設(shè)備包括室外溫度傳感器、室外濕度傳感器、多個室內(nèi) 用戶溫度傳感器、多個冷水機(jī)組、放置在冷水機(jī)組管道內(nèi)的多個溫度傳感器、 冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器可根據(jù)室外溫濕度變化、用戶在不同時(shí)間內(nèi)設(shè)
3定的室內(nèi)溫度要求，通過構(gòu)筑物冷消耗曲線、冷水機(jī)組的工作效率曲線等來求 取出冷水機(jī)組最佳的冷凍水供水溫度，從而實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)根據(jù)外部氣候條件的 變化來相應(yīng)調(diào)整冷水機(jī)組的供水溫度而達(dá)到冷水機(jī)組節(jié)能的目的。
本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器內(nèi)采用中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法來實(shí)現(xiàn)自動控 制供水溫度，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的智能化室溫氣候補(bǔ)償，該中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方 法具有自學(xué)習(xí)的功能，可使中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能達(dá)到最優(yōu)。
本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器不同于中央空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域中的傳統(tǒng)節(jié)電器模 式或單一變頻節(jié)電模式，其以中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法為核心思想，直接針對最 大耗能設(shè)備一一冷水機(jī)組，通過調(diào)整冷水機(jī)組的工藝運(yùn)行參數(shù)而進(jìn)行節(jié)能，這
種最復(fù)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(jīng);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(tǒng)安全可靠運(yùn)行，使中央空 調(diào)系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性和安全性，是中央空調(diào)的最佳節(jié)能控幸']手段。舉例來 說，中央空調(diào)系統(tǒng)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(diào)機(jī)組運(yùn)行，平均功率在500kW以上，按照綜合節(jié)能15%進(jìn)行 核算，若采用本實(shí)用新型的節(jié)能模式進(jìn)行節(jié)能，則每年節(jié)省的電耗可超過3億 kWh，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益非?？捎^。

圖1是本實(shí)用新型中央空調(diào)氣候補(bǔ)償控制器的工作示意圖 圖2是本實(shí)用新型中央空調(diào)氣候補(bǔ)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(kuò)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(wǎng)接口單元的電路原理圖9是實(shí)時(shí)時(shí)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(shí)用新型采用的中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型中央空調(diào)氣候補(bǔ)償控制器IOO包括主控單元101、串口擴(kuò)展單元102和485/232接口單元103。該主控單元101與串口擴(kuò) 展單元102相連，該主控單元101和串口擴(kuò)展單元102分別經(jīng)由485/232接口 單元103與外部設(shè)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(jīng)由該主控芯片接口單元與該串口擴(kuò)展單元102和485/232接口單元 103連接。如圖4所示，該串口擴(kuò)展單元102包括擴(kuò)展微處理器MD801，該擴(kuò) 展微處理器可選用ATMEL128芯片，該擴(kuò)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(gòu)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(gòu)成的收發(fā)電路。該主控芯片經(jīng)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(kuò)展微處理器MD801經(jīng)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(shè)備104連接。
在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器100被放置在冷水機(jī)組房間內(nèi)， 其與外部設(shè)備104相連。如圖l，該外部設(shè)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(nèi)用戶溫度傳感器700-l 700-n、 N個冷水機(jī)組1 至N 200-卜200-N、放置在冷水機(jī)組管道內(nèi)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(jī)組上設(shè)有的負(fù)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(jī)組管道內(nèi)的多個溫度傳感器包括放置在各冷 水機(jī)組冷凍水供水、回水管道內(nèi)的溫度傳感器以及放置在冷水機(jī)組總冷凍水供 水、回水管道內(nèi)的溫度傳感器。
實(shí)際實(shí)施時(shí)，本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器還可具有其它功能，例如，主控 單元101可經(jīng)由USB接口單元107與USB相連，主控單元101可經(jīng)由LAN 以太網(wǎng)接口單元108與LAN以太網(wǎng)相連，主控單元101可經(jīng)由通信接口單元 106與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心600相連，串口擴(kuò)展單元102可經(jīng)由CAN接口單元105 與控制設(shè)備相連，主控單元101外部可設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元109，來為主控單元 101提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)。另外，主控單元101外圍還可設(shè)有IC卡通訊接口單 元110，以用于與IC卡通訊而進(jìn)行授權(quán)管理等操作，主控單元101還可設(shè)有輸入輸出接口單元lll，以用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)檢測和報(bào)警等輸出控制。通信接口
單元106、 USB接口單元107、 LAN以太網(wǎng)接口單元108、實(shí)時(shí)時(shí)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(shè)計(jì)屬于公知技術(shù)，故這里不再贅述。
工作時(shí)，本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器通過外部設(shè)備104采集所需的各種參 數(shù)，并將這些參數(shù)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(jù)一種中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法來分析處理這些參數(shù)數(shù)據(jù)， 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(jī)組200-卜200-N、 冷凍泵300、冷卻泵400、冷卻塔500的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組節(jié)能目標(biāo)。
本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器采用的中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法如圖12所示， 該方法通過自動控制供水溫度來實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的智能化室溫氣候補(bǔ)償過程，該 方法具有自學(xué)習(xí)的功能，可使中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能達(dá)到最優(yōu)。該氣候補(bǔ)償方法
包括如下步驟
步驟1:氣候補(bǔ)償控制器100采集室內(nèi)用戶溫度Trl Trn、室外溫濕度Tw、 Hw以及冷水機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。其中，冷水機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)包括每臺冷水 機(jī)組的負(fù)載設(shè)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(jī)組的冷凍水回水供水溫度。注意，總體冷水機(jī)組的冷凍水回 水供水溫度由冷水機(jī)組總冷凍水供水、回水管道內(nèi)的溫度傳感器測得。
步驟2:根據(jù)采集的各項(xiàng)參數(shù)，氣候補(bǔ)償控制器IOO通過自尋優(yōu)算法求取 出開啟的冷水機(jī)組的最佳工作點(diǎn)。
步驟3:根據(jù)確定的最佳工作點(diǎn)，氣候補(bǔ)償控制器100計(jì)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(yùn)行在最佳工作頻率上，同時(shí)調(diào)整開啟的冷水機(jī)組的工作參數(shù)(例 如工作電壓電流等)，使中央空調(diào)根據(jù)外部氣候條件的變化來相應(yīng)調(diào)整冷水機(jī) 組的冷凍水供水溫度，以達(dá)到本實(shí)用新型通過冷水機(jī)組進(jìn)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(jì)算構(gòu)筑物冷消耗(也可稱為用戶冷消耗) 和消耗系數(shù)，構(gòu)建構(gòu)筑物冷消耗曲線，
構(gòu)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(shè)定系數(shù)，
消耗系數(shù)是指構(gòu)筑物每升高rc所消耗的能量或熱量，其是由室外溫濕度、 構(gòu)筑物所需流量等參數(shù)計(jì)算得出的。步驟2-2:通過如下公式(2)至(5)，分別計(jì)算總體冷水機(jī)組和每臺冷 水機(jī)組的冷消耗、電消耗，構(gòu)建總體冷水機(jī)組和每臺冷水機(jī)組的工作效率曲線，
總體冷水機(jī)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(jī)組的電消耗=各冷水機(jī)組的電消耗之和 (3 ) 冷水機(jī)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(jī)組的電消耗-C4X工作電壓X工作電流 (5) 其中C2、 C3、 C4為設(shè)定系數(shù)。
步驟2-3:根據(jù)構(gòu)筑物冷消耗曲線和用戶設(shè)定溫度，計(jì)算用戶需冷量。
步驟2-4:根據(jù)用戶需冷量、總體冷水機(jī)組的工作效率曲線和每臺冷水機(jī)
組的工作效率曲線，計(jì)算需開啟的冷水機(jī)組數(shù)量，并且計(jì)算所開啟的每臺冷水 機(jī)組的冷凍水供水溫度，求取每臺冷水機(jī)組的有效工作點(diǎn)。
步驟2-5:對上述步驟2-1至2-4重復(fù)執(zhí)行N次(一般，重復(fù)執(zhí)行次數(shù)N 應(yīng)大于2)，優(yōu)化每臺冷水機(jī)組的有效工作點(diǎn)，求取出在某段時(shí)間內(nèi)每臺冷水 機(jī)組的最佳工作點(diǎn)。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(shù)，不詳述。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器可根據(jù)室外溫濕度變化、用戶在不同時(shí)間內(nèi)設(shè) 定的室內(nèi)溫度要求，通過構(gòu)筑物冷消耗曲線、冷水機(jī)組的工作效率曲線等來求 取出冷水機(jī)組最佳的冷凍水供水溫度，從而實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)根據(jù)外部氣候條件的 變化來相應(yīng)調(diào)整冷水機(jī)組的供水溫度而達(dá)到冷水機(jī)組節(jié)能的目的。
本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器內(nèi)采用中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法來實(shí)現(xiàn)自動控 制供水溫度，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的智能化室溫氣候補(bǔ)償，該中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方 法具有自學(xué)習(xí)的功能，可使中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能達(dá)到最優(yōu)。
本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器不同于中央空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域中的傳統(tǒng)節(jié)電器模 式或單一變頻節(jié)電模式，其以中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法為核心思想，直接針對最 大耗能設(shè)備一一冷水機(jī)組，通過調(diào)整冷水機(jī)組的工藝運(yùn)行參數(shù)而進(jìn)行節(jié)能，這 種最復(fù)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(jīng)濟(jì) 效益，而且這種節(jié)能模式能保證原來的變頻節(jié)電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，使中央空 調(diào)系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性和安全性，是中央空調(diào)的最佳節(jié)能控制手段。舉例來
說，中央空調(diào)系統(tǒng)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(diào)機(jī)組運(yùn)行，平均功率在500kW以上，按照綜合節(jié)能15%進(jìn)行核算，若采用本實(shí)用新型的節(jié)能模式進(jìn)行節(jié)能，則每年節(jié)省的電耗可超過3億 kWh，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益非?？捎^。
以上所述是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來說，在不背離本實(shí)用新型的精祌和范圍的情況下，任何基于本實(shí) 用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實(shí) 用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種中央空調(diào)氣候補(bǔ)償控制器，其特征在于它包括主控單元、串口擴(kuò)展單元和485/232接口單元，該主控單元與串口擴(kuò)展單元相連，該主控單元和串口擴(kuò)展單元分別經(jīng)由485/232接口單元與外部設(shè)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(jīng)由該主控芯片接口單元與該串口擴(kuò)展單元和485/232接口單元連接；該串口擴(kuò)展單元包括擴(kuò)展微處理器，該擴(kuò)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(jīng)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(kuò)展微處理器經(jīng)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(shè)備連接；該外部設(shè)備包括室外溫度傳感器、室外濕度傳感器、多個室內(nèi)用戶溫度傳感器、多個冷水機(jī)組、放置在冷水機(jī)組管道內(nèi)的多個溫度傳感器、冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣候補(bǔ)償控制器，其特征在于 所述主控芯片為ATMEL AT91RM9200芯片，所述擴(kuò)展微處理器為ATMEL128芯片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣候補(bǔ)償控制器，其特征在于 各所述冷水機(jī)組的負(fù)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(jī)組管道內(nèi)的多個所述溫度傳感器包括放置在各冷水機(jī) 組冷凍水供水、回水管道內(nèi)的溫度傳感器以及放置在冷水機(jī)組總冷凍水供水、 回水管道內(nèi)的溫度傳感器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣候補(bǔ)償控制器，其特征在于-所述主控單元經(jīng)由USB接口單元與USB相連，所述主控單元經(jīng)由LAN以太網(wǎng)接口單元與LAN以太網(wǎng)相連，所述主控單元經(jīng)由通信接口單元與遠(yuǎn)程 監(jiān)控中心相連，所述串口擴(kuò)展單元經(jīng)由CAN接口單元與控制設(shè)備相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種中央空調(diào)氣候補(bǔ)償控制器。該控制器包括主控單元、串口擴(kuò)展單元和485/232接口單元，主控單元與串口擴(kuò)展單元相連，主控單元和串口擴(kuò)展單元分別經(jīng)由485/232接口單元與外部設(shè)備相連。本實(shí)用新型氣候補(bǔ)償控制器以中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法為核心，通過調(diào)整冷水機(jī)組的工藝運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行節(jié)能，節(jié)能空間大，取得的經(jīng)濟(jì)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(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者柯勇勤, 柯細(xì)勇 申請人:柯細(xì)勇;柯勇勤