大型商場的空調系統節能設計

[摘 要] 本文結合商場環境的實際情況，提出了采用先進的測控技術實現空調節能的設計思路、體系架構方法，重點介紹了實現商場中央空調的節能方法。

[關鍵詞] 溫度傳感器 單片機 節能 變頻器

隨著國民經濟的快速增長，商業企業正在飛速發展，尤其是大型商場在日益增多。目前我國的電力資源十分緊缺，能源是我國國民經濟發展中的一個戰略問題，實行“節能優先，結構多元，環境友好”的可持續發展戰略，把節約資源提升到基本國策的高度，將“控制人口，節約資源，保護環境”并稱為新時期的三大基本國策。商場消耗的能源主要用于空調及照明設備，節約能源既能夠降低商場的運營成本，提高商場的競爭力，又符合我國的國策。因此，開發一套適用于商場環境的自動控制系統，在保證商場室內舒適環境的前提下，達到綠色、節能的目的，具有非常重要的意義。

一、系統組成

本系統是一個集散式控制系統。它包含兩個層次的含義：一是分布式的智能數據采集系統（下位機）；另一個是數據處理和顯示系統（上位機系統）。下位機通常指硬件層上的，即各種智能數據采集、控制設備。這些智能采集設備將采集到的各種參數轉換成數字信號，并以串行通信的方式傳送給上位機。系統組成如圖1所示。

1.上位機功能

上位機選用工業控制計算機，其作用是通過與下位機的通信，實時采集商場內部的環境參數，上位機在接收到這些信息后，對數據進行處理、顯示、存儲，以適當的形式顯示給用戶，以達到監視的目的；上位機作為人機界面，還可以接受操作人員的指令，將設定的控制參數發送到下位機，以達到自動控制的目的。

2.下位機功能

下位機是以AT89C52單片機為核心的智能設備處理機，它主要完成商場室內、外溫度的檢測，按設定要求及當前室外的環境溫度，自動控制空調機組、換風設備的工作狀態。下位機的分布以樓層為單元。

溫度傳感器采用美國達拉斯公司生產的一線式數字溫度傳感器DS18B20，微處理器只需一根端口線就能與多個DS18B20通信，占用微處理器的端口少，可節省大量的引線和邏輯電路。DS18B20的溫度測量范圍為-55℃～+125℃， 具有12位A/D轉換精度，測溫分辨率：0.0625℃；微處理器通過簡單地編程即可實現（12位的）數字值讀數方式，與微處理器的接線如圖2所示。

3.方案簡介本系統的節能主要體現在以下兩個方面

(1)目前，大型商場的換風系統，在給人們帶來舒適購物環境的同時，也消耗掉了大量的電力能源。風機在大多數時間內處于輕載運行，風量的調節通常采用傳統的節流控制方式（采用調節擋板或閥門來改變鼓風量）。雖然實際供風量改變了但電動機的額定電壓和額定轉速不變，使電動機長期處于高功耗、低效率下運行，造成電能的浪費，通過采用變頻調速技術改造傳統商場的供風系統，以變頻調速的方式改變風量，能夠顯著地降低電能消耗。

(2)商場的中央空調缺乏自動控制系統，一年四季工作在制冷或制熱狀態，本系統通過采用自動檢測及控制技術，充分利用春、秋季室外新風調節商場的室內環境，減少空調機組運行時間，可獲得極大的節能效果。

二、系統功能

本系統為全數字化集中管理，分散控制方案。主要實現對商場內環境溫度的自動調控。根據采集的室內及室外實際溫度值決定是否啟動空調機組的運行。當室外溫度低于一定值時，不啟動空調制冷，采用換風降溫，并且根據室內的實際溫度與設定值的差值，通過PID運算自動調節變頻器的輸出，控制風量的大小，保障商場室內環境的舒適性。同理，當室外溫度高于一定值時，不啟動空調制熱，由于商場內人員密度大，溫度一定會高于室外。這樣，可以減少空調機組的運行時間，達到節能、環保的目的。系統控制流程圖如圖3所示。

1.上位機設計

上位機的應用軟件采用組態軟件編制，主要由主控界面、系統設置、數據采集（與下位機的通信）、數據處理（計算、存儲）、系統幫助等五部分組成。系統軟件具有良好的模塊化程序及標準的互聯接口，便于組成各種規模的系統，有利于產品和技術的更新換代，還具有較強的應用程序接口（API），以便針對特殊應用編制應用軟件及進行系統功能的擴充和開發。例如，如果下位機增添商場內的燈光自動控制單元，可以方便地實現商場照明的自動控制。

2.下位機設計

下位機系統主要由：單片機、數字式溫度傳感器、光電隔離器、變頻器等組成。通過溫度傳感器(室內、室外)進行數據采集，主要完成商場環境溫度的檢測，控制空調、換風設備的工作狀態，實現商場內部環境溫度的自動控制。

單片機因其體積小、價格低廉、開發應用方便，在工業控制、數據采集、智能儀表等方面得到廣泛的應用。下位機的軟件采用匯編語言編制，包括主程序、初始化程序、數據采集、通信程序、控制輸出等。它是一個獨立的測控單元，并能夠通過串行總線與上位機進行數據交換。

三、系統的優越性

本設計方案充分發揮了微型計算機、單片機的優勢，微型計算機具有容量大、適合進行大量的數據處理、存儲和輸出的特征；單片機系統成本低廉，體積小，恰到好處地彌補了微型計算機系統體積大，操作繁瑣，成本高，不宜推廣等缺陷。二者的有機結合，使系統結構緊湊，性能可靠，集管理、測控于一體，提高了系統的性能價格比。

四、結束語

本系統在保持商場舒適環境的前提下，充分利用外界自然資源縮短空調機組的運行時間，節約能源、延長空調壽命，為商場帶來直接的經濟效益，每年能為3萬平方米的商場節約近百萬元的資金，是商用空調系統理想的節能方案。

參考文獻:

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