分體式空調(diào)集中控制系統(tǒng)及其應(yīng)用

于 征(中國建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100044)

分體式空調(diào)集中控制系統(tǒng)及其應(yīng)用

于 征
(中國建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100044)

介紹了分體式空調(diào)集中控制系統(tǒng)，并以北京某高校改造項(xiàng)目為例，闡述了系統(tǒng)的應(yīng)用情況。數(shù)據(jù)表明，在夏季該系統(tǒng)可有效減少能源消耗，避免能源浪費(fèi)，對(duì)公共建筑的節(jié)能、減排具有重要意義，為分體式空調(diào)及其他用電設(shè)備的實(shí)時(shí)集中管理奠定了基礎(chǔ)。

分體式空調(diào) 節(jié)能減排 控制系統(tǒng)

0 引言

根據(jù)住建部推算，我國建筑能耗已占全社會(huì)終端能耗的27.5%，其中，夏季公共機(jī)構(gòu)建筑(如醫(yī)院、學(xué)校、辦公樓等)中分體式空調(diào)運(yùn)行的電能消耗占很大比例(據(jù)統(tǒng)計(jì)，某高校夏季分體式空調(diào)的耗電量可占全校總耗電量的70%以上)，因此，分體空調(diào)的智能化監(jiān)控和管理對(duì)公共建筑節(jié)能減排有著重要意義。本文介紹的分體式空調(diào)集中控制系統(tǒng)將分散、獨(dú)立的分體空調(diào)接入網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程物聯(lián)對(duì)象數(shù)據(jù)的監(jiān)控、傳輸、存儲(chǔ)和管理，并以某高校教學(xué)樓為應(yīng)用實(shí)例，在不破壞室內(nèi)美觀，且改造工程量極小的前提下，使分體空調(diào)變得“可調(diào)、可控、可計(jì)量”。經(jīng)過集中控制，該校夏季可節(jié)能40%，分體空調(diào)無人值守、實(shí)時(shí)管理的新模式為分體空調(diào)及其他用電設(shè)備的實(shí)時(shí)集中管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 分體式空調(diào)集中控制系統(tǒng)

1.1概述

分體式空調(diào)被大量應(yīng)用于公共建筑中，其分散、獨(dú)立的特點(diǎn)使其難以得到有效地監(jiān)控和管理，極易造成能源浪費(fèi)。針對(duì)此問題，本文所述案例采用了分體式空調(diào)集中控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.2系統(tǒng)組成

1.2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要包含以太網(wǎng)模塊、紅外發(fā)射模塊、溫度檢測模塊以及空調(diào)開關(guān)檢測模塊?？刂破髂K硬件電路安裝在塑料外殼中(塑料外殼由3D打印而成)，其硬件電路采用220V～5V適配器供電。系統(tǒng)由以太網(wǎng)模塊接收指令后再通過紅外發(fā)射模塊控制空調(diào)運(yùn)行；溫度檢測模塊用于檢測環(huán)境溫度；空調(diào)開關(guān)檢測模塊則通過光敏二極管檢測空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，使用網(wǎng)口通過網(wǎng)線連接至服務(wù)器?？刂破鲗?shí)物圖參見圖2。

圖1 分體空調(diào)集中控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 控制器實(shí)物圖

1.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)分體式空調(diào)的集中管理，系統(tǒng)搭建了采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)平臺(tái)來控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)由智能網(wǎng)絡(luò)控制器、空調(diào)控制器、智能終端等組成，其功能包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測、用能計(jì)量、定時(shí)控制、遠(yuǎn)程控制、分組控制、批量設(shè)置和查詢分析等。

1)通信協(xié)議

為實(shí)現(xiàn)上層Web與底層控制器之間的通信，需設(shè)定通信協(xié)議，協(xié)議格式如表1所示。

控制器收到Web指令后，返回指令內(nèi)容如表2所示。

2)空調(diào)控制協(xié)議

通過破解得到空調(diào)的紅外控制協(xié)議。某品牌空調(diào)遙控器紅外編碼格式為：起始碼(S)+48位數(shù)據(jù)碼 +連接碼(C)+ 64位數(shù)據(jù)碼 + 連接碼(C)+56位數(shù)據(jù)碼。

(1)數(shù)據(jù)碼由“0”、“1”組成。其中“0”的電平寬度為：0.56ms低電平+0.56ms高電平；“1”的電平寬度為：0.56ms低電平+1.68ms高電平。

(2)起始碼S的電平格式為：9ms高電平+4.5ms低電平。

(3)連接碼C的電平格式為：8.5ms高電平。

(4)前48位數(shù)據(jù)碼具體設(shè)定功能協(xié)議格式如表3所示。

(5)后56位數(shù)據(jù)碼具體設(shè)定功能協(xié)議格式見表4。

表1 上層Web與底層控制器之間的通信協(xié)議

表2 返回指令內(nèi)容

3)軟件框架

(1)操作系統(tǒng)

前臺(tái)系統(tǒng)：串口中斷，接收控制指令和10ms定時(shí)器中斷，提供時(shí)間節(jié)拍。

后臺(tái)系統(tǒng)：空調(diào)控制，溫度檢測和空調(diào)開關(guān)檢測。

表3 前48位數(shù)據(jù)碼具體功能協(xié)議格式

表4 后56位數(shù)據(jù)碼具體設(shè)定功能協(xié)議格式

(2)子流程

初始化流程：初始化串口、定時(shí)器、I/O、ADC等模塊。

空調(diào)控制流程：1)判斷有無空調(diào)控制指令，若有指令則解析此指令；2)若指令解析正常，調(diào)用空調(diào)控制函數(shù)向空調(diào)發(fā)送指令；3)返回指令。

溫度檢測流程：1)讀取室內(nèi)溫度值；2)若溫度有變，返回指令。

空調(diào)開關(guān)檢測流程：1)檢測空調(diào)開關(guān)狀態(tài)；2)開關(guān)狀態(tài)有變，返回指令。

2 應(yīng)用案例

2.1案例概述

以北京某高校兩棟教學(xué)樓中分體式空調(diào)節(jié)能改造項(xiàng)目為例，介紹集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用及運(yùn)行效果。

1號(hào)教學(xué)樓共4層，含教室37間，已裝有分體柜式空調(diào)75臺(tái)；2號(hào)教學(xué)樓共7層，含教室73間，教師休息室7間，已裝有分體柜式空調(diào)124臺(tái)，壁掛式空調(diào)29臺(tái)。

在不進(jìn)行大規(guī)模施工、不破壞室內(nèi)美觀的前提下，空調(diào)集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了如下目標(biāo)：1)使分散、獨(dú)立的設(shè)備間可以進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸、采集與存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)與分析、發(fā)布與遠(yuǎn)傳；2)獲取環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開/關(guān)機(jī)、調(diào)節(jié)空調(diào)溫度、風(fēng)速和模式；3)實(shí)時(shí)監(jiān)測采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)每臺(tái)空調(diào)進(jìn)行能耗監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.2.1 設(shè)計(jì)思路

1)本系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)是基于有線的IP空調(diào)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，采用帶有通訊接口的空調(diào)控制器實(shí)時(shí)控制教學(xué)樓內(nèi)的各個(gè)空調(diào)設(shè)備，提供整棟教學(xué)樓的空調(diào)監(jiān)控，打造一個(gè)智能節(jié)能的監(jiān)管平臺(tái)。

2)控制器模塊硬件電路采用220V～5V適配器供電，使用網(wǎng)口通過網(wǎng)線連接至服務(wù)器。紅外發(fā)射管用于控制空調(diào)的運(yùn)行，溫度傳感器用于檢測室內(nèi)溫度，光敏電阻用于檢測空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)。

3)軟硬件結(jié)合控制，實(shí)現(xiàn)分散式空調(diào)集中管理，執(zhí)行法定溫度控制制度，監(jiān)控每臺(tái)空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到顯著的節(jié)能效果。

4)對(duì)建筑內(nèi)的空調(diào)實(shí)現(xiàn)智能控制，避免非工作時(shí)間空調(diào)開啟造成的能源浪費(fèi)，采用分時(shí)段開/關(guān)機(jī)和定時(shí)啟/停管理，節(jié)假日及下班設(shè)定關(guān)機(jī)管理，減少浪費(fèi)。

5)對(duì)特殊要求的空調(diào)可進(jìn)行個(gè)性化設(shè)定，并對(duì)空調(diào)提供詳盡的保護(hù)預(yù)警，提高安全性。

6)分體式空調(diào)智能化控制系統(tǒng)在軟、硬件的配置上充分考慮了平臺(tái)建設(shè)“分布實(shí)施、逐步推進(jìn)”的原則，具有可擴(kuò)展性、開放性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性及先進(jìn)性。

2.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以“分體式空調(diào)中央控制系統(tǒng)”為核心技術(shù)，搭建由監(jiān)管中心、通信網(wǎng)絡(luò)、空調(diào)控制器等構(gòu)成的節(jié)能控制平臺(tái)。

1)通信網(wǎng)絡(luò)：利用原有的校園網(wǎng)絡(luò)，既可保證系統(tǒng)正常通信，又可減少施工量和資金投入。

2)監(jiān)管中心：監(jiān)控中心硬件配置有工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、UPS不間斷電源、桌面顯示設(shè)備、A3打印機(jī)、雙控磁盤陣、服務(wù)器機(jī)柜各1臺(tái)，又由于服務(wù)器熱量較大，監(jiān)控中心需安裝空調(diào)來保證設(shè)備正常運(yùn)行；監(jiān)控中心軟件配置有教學(xué)樓空調(diào)控制系統(tǒng)B/S軟件、中文版Windows工作站操作系統(tǒng)、中文版Windows服務(wù)器操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、正版病毒防護(hù)軟件。

3)教學(xué)樓分體空調(diào)控制設(shè)備配置：分體空調(diào)由于本身不帶通訊接口，控制系統(tǒng)不能對(duì)其直接進(jìn)行監(jiān)測與控制。本方案的分體空調(diào)智能中央控制系統(tǒng)是具有帶通訊接口的空調(diào)控制器，設(shè)備間采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，可以獲取環(huán)境溫度、遠(yuǎn)程開/關(guān)機(jī)以及調(diào)節(jié)溫度、風(fēng)速、模式等，還可以對(duì)每臺(tái)空調(diào)進(jìn)行能耗監(jiān)測，有線組網(wǎng)，穩(wěn)定可靠，即裝即用，同時(shí)還有報(bào)表查詢功能。

4)教學(xué)樓分體空調(diào)控制系統(tǒng)與校園能源監(jiān)管平臺(tái)的系統(tǒng)對(duì)接：采用系統(tǒng)集成技術(shù)，搭建完成的教學(xué)樓分體空調(diào)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有校園能源監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)接，進(jìn)行統(tǒng)一管理，且相互獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾。

5)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)：由智能網(wǎng)絡(luò)控制器、空調(diào)控制器、智能終端等組成，該系統(tǒng)采用基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、通信穩(wěn)定、傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間以10～100Mbps的速率傳送信息包。

6)系統(tǒng)功能：(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測：空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)、空調(diào)設(shè)置溫度、室內(nèi)溫度、實(shí)時(shí)用電功率等數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)監(jiān)測；(2)用能計(jì)量：實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)設(shè)備的用電在線計(jì)量；(3)定時(shí)控制：可以根據(jù)學(xué)校提供課表預(yù)先設(shè)置空調(diào)開啟、關(guān)閉時(shí)間；(4)遠(yuǎn)程控制：實(shí)現(xiàn)空調(diào)的遠(yuǎn)程開啟、關(guān)閉，室內(nèi)空調(diào)實(shí)現(xiàn)時(shí)間、溫度設(shè)置的智能化、平臺(tái)化管理；(5)分組控制和批量設(shè)置：軟件應(yīng)支持對(duì)空調(diào)進(jìn)行分組控制和批量設(shè)置的功能；(6)查詢分析：可按時(shí)間段對(duì)空調(diào)用電進(jìn)行查詢，以曲線或柱狀圖形式進(jìn)行數(shù)據(jù)展示；可查詢?nèi)?、月、年累?jì)用電量；還可進(jìn)行比較查詢。

2.3節(jié)能分析

由于高校作息時(shí)間的限制，錯(cuò)峰用電的降耗方式無法滿足其需求，因此，只能通過智能控制各分體設(shè)備的啟/停和運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。 本系統(tǒng)上線后，可集中遠(yuǎn)程管理線上的任一設(shè)備，并結(jié)合各教室使用情況，制定設(shè)備工作時(shí)間表，在滿足廣大師生教學(xué)需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。兩棟教學(xué)樓用電情況對(duì)比如圖3所示。

圖3 用電情況對(duì)比

根據(jù)圖3數(shù)據(jù)顯示，教學(xué)樓1單月同比減少耗電量約2.1萬kW·h，教學(xué)樓2單月同比節(jié)約電能約3.5萬kW·h，合計(jì)5.6萬kW·h，約占去年該月耗能的40%。

3 結(jié)束語

本文闡述了分體式空調(diào)集中控制系統(tǒng)的工作原理，并介紹了某高校的運(yùn)行情況和節(jié)能效果。數(shù)據(jù)顯示，本系統(tǒng)對(duì)節(jié)能效果有顯著作用，因此，其對(duì)分體空調(diào)及其他用電設(shè)備的集中管理具有現(xiàn)實(shí)意義。

ControlSystemonSplit-typeAirConditioneranditsEngineeringApplication

Yu Zheng

A split-type air conditioner control system is proposed. Then in order to show its service condition,the project in an university of Beijing is detailed introduced.And the result shows that the system does conspicuous good to energy-saving in summer. So it is of great value to energy-saving and discharge reduction. Furthermore,it could provide a new way of centralization of control on split device.

split type air conditioner, energy conservation and emission reduction, control system