分體式空調集中控制系統及其應用

于 征(中國建筑設計院有限公司，北京 100044)

分體式空調集中控制系統及其應用

于 征
(中國建筑設計院有限公司，北京 100044)

介紹了分體式空調集中控制系統，并以北京某高校改造項目為例，闡述了系統的應用情況。數據表明，在夏季該系統可有效減少能源消耗，避免能源浪費，對公共建筑的節能、減排具有重要意義，為分體式空調及其他用電設備的實時集中管理奠定了基礎。

分體式空調 節能減排 控制系統

0 引言

根據住建部推算，我國建筑能耗已占全社會終端能耗的27.5%，其中，夏季公共機構建筑(如醫院、學校、辦公樓等)中分體式空調運行的電能消耗占很大比例(據統計，某高校夏季分體式空調的耗電量可占全校總耗電量的70%以上)，因此，分體空調的智能化監控和管理對公共建筑節能減排有著重要意義。本文介紹的分體式空調集中控制系統將分散、獨立的分體空調接入網絡控制系統，實現遠程物聯對象數據的監控、傳輸、存儲和管理，并以某高校教學樓為應用實例，在不破壞室內美觀，且改造工程量極小的前提下，使分體空調變得“可調、可控、可計量”。經過集中控制，該校夏季可節能40%，分體空調無人值守、實時管理的新模式為分體空調及其他用電設備的實時集中管理奠定了堅實的基礎。

1 分體式空調集中控制系統

1.1概述

分體式空調被大量應用于公共建筑中，其分散、獨立的特點使其難以得到有效地監控和管理，極易造成能源浪費。針對此問題，本文所述案例采用了分體式空調集中控制系統，其系統架構如圖1所示。

1.2系統組成

1.2.1 系統硬件設計

硬件系統主要包含以太網模塊、紅外發射模塊、溫度檢測模塊以及空調開關檢測模塊。控制器模塊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。系統由以太網模塊接收指令后再通過紅外發射模塊控制空調運行；溫度檢測模塊用于檢測環境溫度；空調開關檢測模塊則通過光敏二極管檢測空調的開關狀態，使用網口通過網線連接至服務器。控制器實物圖參見圖2。

圖1 分體空調集中控制系統架構圖

圖2 控制器實物圖

1.2.2 系統軟件設計

為實現分體式空調的集中管理，系統搭建了采用TCP/IP協議的以太網平臺來控制網絡，現場網絡由智能網絡控制器、空調控制器、智能終端等組成，其功能包括：實時監測、用能計量、定時控制、遠程控制、分組控制、批量設置和查詢分析等。

1)通信協議

為實現上層Web與底層控制器之間的通信，需設定通信協議，協議格式如表1所示。

控制器收到Web指令后，返回指令內容如表2所示。

2)空調控制協議

通過破解得到空調的紅外控制協議。某品牌空調遙控器紅外編碼格式為：起始碼(S)+48位數據碼 +連接碼(C)+ 64位數據碼 + 連接碼(C)+56位數據碼。

(1)數據碼由“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位數據碼具體設定功能協議格式如表3所示。

(5)后56位數據碼具體設定功能協議格式見表4。

表1 上層Web與底層控制器之間的通信協議

表2 返回指令內容

3)軟件框架

(1)操作系統

前臺系統：串口中斷，接收控制指令和10ms定時器中斷，提供時間節拍。

后臺系統：空調控制，溫度檢測和空調開關檢測。

表3 前48位數據碼具體功能協議格式

表4 后56位數據碼具體設定功能協議格式

(2)子流程

初始化流程：初始化串口、定時器、I/O、ADC等模塊。

空調控制流程：1)判斷有無空調控制指令，若有指令則解析此指令；2)若指令解析正常，調用空調控制函數向空調發送指令；3)返回指令。

溫度檢測流程：1)讀取室內溫度值；2)若溫度有變，返回指令。

空調開關檢測流程：1)檢測空調開關狀態；2)開關狀態有變，返回指令。

2 應用案例

2.1案例概述

以北京某高校兩棟教學樓中分體式空調節能改造項目為例，介紹集中控制系統的應用及運行效果。

1號教學樓共4層，含教室37間，已裝有分體柜式空調75臺；2號教學樓共7層，含教室73間，教師休息室7間，已裝有分體柜式空調124臺，壁掛式空調29臺。

在不進行大規模施工、不破壞室內美觀的前提下，空調集中控制系統實現了如下目標：1)使分散、獨立的設備間可以進行通訊，實現設備數據的遠程傳輸、采集與存儲、統計與分析、發布與遠傳；2)獲取環境溫度，實現遠程控制開/關機、調節空調溫度、風速和模式；3)實時監測采集到的數據，對每臺空調進行能耗監測，實現有效節能。

2.2系統設計方案

2.2.1 設計思路

1)本系統的整體方案設計是基于有線的IP空調聯網平臺，采用帶有通訊接口的空調控制器實時控制教學樓內的各個空調設備，提供整棟教學樓的空調監控，打造一個智能節能的監管平臺。

2)控制器模塊硬件電路采用220V～5V適配器供電，使用網口通過網線連接至服務器。紅外發射管用于控制空調的運行，溫度傳感器用于檢測室內溫度，光敏電阻用于檢測空調的開關狀態。

3)軟硬件結合控制，實現分散式空調集中管理，執行法定溫度控制制度，監控每臺空調的運行狀態，達到顯著的節能效果。

4)對建筑內的空調實現智能控制，避免非工作時間空調開啟造成的能源浪費，采用分時段開/關機和定時啟/停管理，節假日及下班設定關機管理，減少浪費。

5)對特殊要求的空調可進行個性化設定，并對空調提供詳盡的保護預警，提高安全性。

6)分體式空調智能化控制系統在軟、硬件的配置上充分考慮了平臺建設“分布實施、逐步推進”的原則，具有可擴展性、開放性、實時性、穩定性及先進性。

2.2.2 系統結構

以“分體式空調中央控制系統”為核心技術，搭建由監管中心、通信網絡、空調控制器等構成的節能控制平臺。

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

2)監管中心：監控中心硬件配置有工作站、數據服務器、應用服務器、UPS不間斷電源、桌面顯示設備、A3打印機、雙控磁盤陣、服務器機柜各1臺，又由于服務器熱量較大，監控中心需安裝空調來保證設備正常運行；監控中心軟件配置有教學樓空調控制系統B/S軟件、中文版Windows工作站操作系統、中文版Windows服務器操作系統、數據庫管理系統、正版病毒防護軟件。

3)教學樓分體空調控制設備配置：分體空調由于本身不帶通訊接口，控制系統不能對其直接進行監測與控制。本方案的分體空調智能中央控制系統是具有帶通訊接口的空調控制器，設備間采用TCP/IP協議進行通信，可以獲取環境溫度、遠程開/關機以及調節溫度、風速、模式等，還可以對每臺空調進行能耗監測，有線組網，穩定可靠，即裝即用，同時還有報表查詢功能。

4)教學樓分體空調控制系統與校園能源監管平臺的系統對接：采用系統集成技術，搭建完成的教學樓分體空調控制系統可以實現與現有校園能源監管平臺系統對接，進行統一管理，且相互獨立運行，互不干擾。

5)現場網絡：由智能網絡控制器、空調控制器、智能終端等組成，該系統采用基于TCP/IP協議的以太網控制網絡，具有拓撲結構靈活、通信穩定、傳輸速度快、抗干擾能力強等優點。以太網在互聯設備之間以10～100Mbps的速率傳送信息包。

6)系統功能：(1)實時監測：空調運行狀態、空調設置溫度、室內溫度、實時用電功率等數據采集及實時監測；(2)用能計量：實現對空調設備的用電在線計量；(3)定時控制：可以根據學校提供課表預先設置空調開啟、關閉時間；(4)遠程控制：實現空調的遠程開啟、關閉，室內空調實現時間、溫度設置的智能化、平臺化管理；(5)分組控制和批量設置：軟件應支持對空調進行分組控制和批量設置的功能；(6)查詢分析：可按時間段對空調用電進行查詢，以曲線或柱狀圖形式進行數據展示；可查詢日、月、年累計用電量；還可進行比較查詢。

2.3節能分析

由于高校作息時間的限制，錯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備的啟/停和運行模式，實現節能降耗的目的。 本系統上線后，可集中遠程管理線上的任一設備，并結合各教室使用情況，制定設備工作時間表，在滿足廣大師生教學需求的同時，實現有效節能。兩棟教學樓用電情況對比如圖3所示。

圖3 用電情況對比

根據圖3數據顯示，教學樓1單月同比減少耗電量約2.1萬kW·h，教學樓2單月同比節約電能約3.5萬kW·h，合計5.6萬kW·h，約占去年該月耗能的40%。

3 結束語

本文闡述了分體式空調集中控制系統的工作原理，并介紹了某高校的運行情況和節能效果。數據顯示，本系統對節能效果有顯著作用，因此，其對分體空調及其他用電設備的集中管理具有現實意義。

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