網(wǎng)絡(luò)控制在中央空調(diào)運(yùn)行管理與分戶計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘 要】 本文介紹一種具有運(yùn)行管理、末端設(shè)備控制和分戶計(jì)費(fèi)功能的中央空調(diào)運(yùn)行管理系統(tǒng)，可將中央空調(diào)系統(tǒng)所有末端設(shè)備納入統(tǒng)一的管理與控制，可以統(tǒng)一設(shè)置末端設(shè)備運(yùn)行控制參數(shù)，提供時(shí)間管理，支持末端設(shè)備的多種運(yùn)行控制模式，實(shí)現(xiàn)分戶冷量計(jì)費(fèi)。

【關(guān)鍵詞】 網(wǎng)絡(luò)控制；中央空調(diào)；運(yùn)行管理；分戶計(jì)費(fèi)

1、中央空調(diào)運(yùn)行管理與分戶計(jì)費(fèi)系統(tǒng)

中央空調(diào)運(yùn)行管理與分戶計(jì)費(fèi)系統(tǒng)包括管理與控制平臺(tái)、空調(diào)末端智能控制器、末端設(shè)備冷量計(jì)費(fèi)算法和LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)等基本部分。中央空調(diào)系統(tǒng)的每一個(gè)設(shè)備均由末端智能控制器控制，并通過控制網(wǎng)絡(luò)與管理、控制平臺(tái)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，智能控制器除實(shí)現(xiàn)末端設(shè)備運(yùn)行控制外，還提供末端設(shè)備冷量計(jì)算信息，將相關(guān)信息上傳給管理與控制平臺(tái)，由管理與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)分戶計(jì)費(fèi)。

管理與控制平臺(tái)由系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和用戶軟件構(gòu)成，控制網(wǎng)絡(luò)采用LonWorks總線，控制平臺(tái)采用目前流行的Windows操作系統(tǒng)和SQL2000數(shù)據(jù)庫，用戶軟件采用Delphi7.0編程環(huán)境?？紤]數(shù)據(jù)交換的效率，管理與控制平臺(tái)采用共享存貯空間方式與智能控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

用戶軟件包含系統(tǒng)管理、設(shè)備監(jiān)測、冷量計(jì)費(fèi)、冷源系統(tǒng)運(yùn)行控制、故障診斷與報(bào)警等基本功能模塊。1）系統(tǒng)管理模塊提供空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置等管理功能，可在系統(tǒng)管理界面設(shè)定每一個(gè)末端設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，例如溫度、濕度、自動(dòng)/手動(dòng)控制等，并提供運(yùn)行時(shí)間管理，可以按預(yù)先設(shè)定作息時(shí)間控制系統(tǒng)運(yùn)行。在選擇自動(dòng)方式時(shí)，用戶不能修改末端設(shè)備的運(yùn)行控制參數(shù)，為合理設(shè)置運(yùn)行參數(shù)提供技術(shù)保證。在選擇手動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，末端設(shè)備按傳統(tǒng)的獨(dú)立控制方式運(yùn)行，可以接受用戶的參數(shù)修改，以滿足用戶特殊要求。2）設(shè)備監(jiān)測模塊提供設(shè)備運(yùn)行信息和室內(nèi)環(huán)節(jié)信息，例如設(shè)備的運(yùn)行方式、運(yùn)行參數(shù)、用戶的室內(nèi)溫度、濕度、有無人等信息?，F(xiàn)場信息由智能控制器采集并上傳給管理與控制平臺(tái)，由監(jiān)測系統(tǒng)軟件進(jìn)行處理和顯示。3）冷量計(jì)費(fèi)模塊采用本文介紹的分戶冷量計(jì)費(fèi)算法，提供中央空調(diào)系統(tǒng)分戶計(jì)費(fèi)信息。4）故障診斷與報(bào)警模塊提供系統(tǒng)運(yùn)行故障報(bào)警等功能，故障診斷軟件對接收到的末端設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行分析處理，判斷是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)入該界面后可以定位故障位置并查看故障信息，為系統(tǒng)維護(hù)提供有效的技術(shù)手段。5）冷源系統(tǒng)運(yùn)行控制模塊提供中央空調(diào)冷水機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行信息。由于本文的管理與控制系統(tǒng)可以獲得所有末端設(shè)備的運(yùn)行信息和末端室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，因此可以依據(jù)這些信息為中央空調(diào)冷水機(jī)組提供多種模式的優(yōu)化控制信息，具體的控制策略將在以后的研究中繼續(xù)討論。

中央空調(diào)運(yùn)行管理與分戶計(jì)費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理是由系統(tǒng)管理模塊按運(yùn)行要求分別設(shè)置每一個(gè)末端設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)和每一個(gè)用戶區(qū)域的溫度、濕度、空氣質(zhì)量等控制目標(biāo)參數(shù)，將其通過控制網(wǎng)絡(luò)下傳給末端智能控制器，智能控制器按要求自動(dòng)控制末端設(shè)備運(yùn)行，除滿足一般運(yùn)行控制要求外，還具有室內(nèi)無人停機(jī)、最小新風(fēng)量運(yùn)行、盤管風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速等功能，同時(shí)智能控制器也實(shí)時(shí)采集控制區(qū)域的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，計(jì)算設(shè)備冷量，并上傳給管理與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)處理，提供分戶計(jì)費(fèi)、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測、故障診斷、冷源系統(tǒng)優(yōu)化等功能。

2、中央空調(diào)系統(tǒng)分戶計(jì)費(fèi)的實(shí)現(xiàn)

2.1 風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)冷量計(jì)算

根據(jù)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)原理，如果已知風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口空氣的干球溫度、相對濕度、單位時(shí)間的空氣質(zhì)量流量，則可得出單位時(shí)間的冷量。因此，本文在風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的送風(fēng)口處設(shè)置溫度傳感器，送風(fēng)濕度采用露點(diǎn)相對濕度；回風(fēng)口處設(shè)置溫度、濕度傳感器，將相關(guān)信號送到智能控制器，根據(jù)上述參數(shù)可計(jì)算風(fēng)機(jī)盤管送、回風(fēng)焓差。由于智能控制器具備盤管風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號，即風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是已知的，額定轉(zhuǎn)速下風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可由設(shè)備手冊獲得，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，于是風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)冷量Q為：Q=m（h1-h2） （1）式中，Q為風(fēng)機(jī)盤管冷量，kW；m為空氣質(zhì)量流量，kg/s；h1、h2分別為回風(fēng)、送風(fēng)焓值，kJ/kg。

在正常工況下，可認(rèn)為空氣體積流量與轉(zhuǎn)速成正比，則空氣質(zhì)量流量m可按式（2）計(jì)算：m=ρKVLPG/3600 （2）式中，ρ為空氣密度，取1.2 kg/m3；KV為盤管風(fēng)機(jī)調(diào)速比，由智能控制器調(diào)速控制信號獲??；LPG為盤管風(fēng)機(jī)銘牌風(fēng)量，m3/h。

焓值可按下式計(jì)算：h=1.01t+0.001×622（φPqb/P-Pqd）（2500+1.84t）ln（Pqb） =c8/T+c9+c10T+c11T2+c12T3+c13lnT（3）式中，P為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，Pa；Pqb為飽和水蒸氣分壓力，Pa；t為空氣溫度，℃；φ為空氣相對濕度；T為熱力學(xué)空氣溫度，K，T=t+273；其它各常數(shù)分別為c8=-5800.2206，c9= 1.914993，c10=-0.04860239，c11= 0.41764768×10-4，c12=-0.144520 93×10-7，c13=6.5459673。

根據(jù)式（1）～（3）即可計(jì)算風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)單位時(shí)間冷量。計(jì)算時(shí)，送風(fēng)近似認(rèn)為已達(dá)到機(jī)器露點(diǎn)，即取φ2=95%。在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，回風(fēng)相對濕度可采用設(shè)計(jì)參數(shù)，取φ1=60%，可以省略回風(fēng)濕度檢測環(huán)節(jié)，降低計(jì)費(fèi)系統(tǒng)成本。

2.2 新風(fēng)系統(tǒng)冷量計(jì)算

新風(fēng)系統(tǒng)冷量可根據(jù)室外空氣的溫度、濕度和新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)溫度、濕度計(jì)算焓差。室外空氣溫、濕度由控制系統(tǒng)統(tǒng)一檢測（一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)只需要一組參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)共享），送風(fēng)溫度由智能控制器檢測，送風(fēng)相對濕度取露點(diǎn)濕度。對新風(fēng)量不調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，取風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量；對于有新風(fēng)量調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，可由智能控制器的新風(fēng)機(jī)調(diào)速信號輸出獲取風(fēng)機(jī)變速比。根據(jù)上述參數(shù)，采用與風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)相似的方法計(jì)算新風(fēng)系統(tǒng)冷量。

2.3 全空氣系統(tǒng)冷量計(jì)算

全空氣系統(tǒng)可根據(jù)混風(fēng)溫、濕度和送風(fēng)溫、濕度計(jì)算焓差。本文在全空氣系統(tǒng)的混風(fēng)處設(shè)置溫、濕度傳感器，在系統(tǒng)送風(fēng)口設(shè)置溫度傳感器，將傳感器信號送到智能控制器，送風(fēng)相對濕度取露點(diǎn)濕度。對定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，取風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量；對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，可由智能控制器的空調(diào)風(fēng)機(jī)調(diào)速信號輸出獲取風(fēng)機(jī)變速比。根據(jù)上述參數(shù)，采用與風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)相似的方法計(jì)算全空氣系統(tǒng)冷量。

2.4 冷量消耗

考慮設(shè)備運(yùn)行的隨機(jī)性和實(shí)時(shí)性，采用時(shí)間積算方式進(jìn)行冷量累加，預(yù)先設(shè)定積算時(shí)間，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)、溫度、濕度等參數(shù)取積算時(shí)間內(nèi)的平均值，則各末端設(shè)備在積算時(shí)間內(nèi)的冷量消耗為：WΔT=ΔT·Q（4）式中，WΔT為末端設(shè)備在積算時(shí)間內(nèi)的冷量消耗；ΔT為積算時(shí)間；Q為ΔT內(nèi)對應(yīng)的末端設(shè)備的冷量。

2.5 誤差分?jǐn)?/p>

由于存在空調(diào)系統(tǒng)管網(wǎng)損耗以及計(jì)算參數(shù)誤差等影響，計(jì)算得到的空調(diào)系統(tǒng)的冷量與實(shí)際冷量（由系統(tǒng)冷水機(jī)組處的冷量計(jì)實(shí)測得到）存在誤差。本文考慮這些因素，依據(jù)各末端設(shè)備的冷量值分?jǐn)傉`差，并以分?jǐn)偤蟮睦淞孔鳛槟┒嗽O(shè)備的計(jì)費(fèi)冷量。末端設(shè)備的計(jì)費(fèi)冷量為：W′i=[1+（ WCL-∑Wi）/∑Wi]·Wi（5）式中，W′i為末端設(shè)備的計(jì)費(fèi)冷量；Wi為各設(shè)備冷量計(jì)算值；∑Wi為所有末端設(shè)備冷量之和；WCL為空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組冷量測量值。

2.6 分戶冷量計(jì)算

按上述方法可得到每個(gè)末端設(shè)備的計(jì)算冷量。對于新風(fēng)+盤管系統(tǒng)區(qū)域，還需要將新風(fēng)系統(tǒng)冷量分?jǐn)偟絽^(qū)域內(nèi)的用戶，此時(shí)，區(qū)域內(nèi)的分戶冷量為：WH1= [1+W′XF/∑W′Qyi] ·∑W′i（6）式中，WH1為盤管系統(tǒng)分戶冷量；W′XF為新風(fēng)系統(tǒng)計(jì)費(fèi)冷量；∑W′QYi為區(qū)域內(nèi)所有末端設(shè)備計(jì)費(fèi)冷量之和；∑W′i為戶內(nèi)盤管計(jì)費(fèi)冷量之和。

在得到各用戶的戶內(nèi)冷量后，乘以時(shí)間即可得到分戶冷量消耗，再乘以單位冷價(jià)即可實(shí)現(xiàn)分戶冷量計(jì)費(fèi)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，先根據(jù)具體的建筑、空調(diào)系統(tǒng)、設(shè)備類型等信息，劃分區(qū)域，并將設(shè)備信息與末端控制系統(tǒng)相對應(yīng)，組成一個(gè)完整的運(yùn)行管理、控制與分戶計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，在管理與控制平臺(tái)按運(yùn)行要求設(shè)置每一個(gè)末端設(shè)備的控制目標(biāo)參數(shù)，智能控制器按要求自動(dòng)控制末端設(shè)備運(yùn)行，并實(shí)時(shí)采集控制區(qū)域的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，計(jì)算設(shè)備冷量，將相關(guān)信息上傳給管理與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)處理，完成設(shè)備監(jiān)控和分戶冷量計(jì)費(fèi)等功能。

3、結(jié)語

分戶計(jì)費(fèi)與設(shè)備控制信息共享只需增加空氣溫度傳感器和少量濕度傳感器即可完成分戶冷量計(jì)費(fèi)，不涉及空調(diào)水系統(tǒng)，而且可實(shí)現(xiàn)所有空調(diào)末端設(shè)備的冷量計(jì)算，具有較高的實(shí)用性。本研究已在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，采用實(shí)際的末端設(shè)備，設(shè)計(jì)和安裝了具有前述功能的中央空調(diào)運(yùn)行管理、控制和分戶計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，很好地實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)管理、末端設(shè)備控制和分戶冷量計(jì)費(fèi)等功能，可為中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理提供有效的技術(shù)手段，降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗。