分体式空调集中控制系统及其应用

于 征(中国建筑设计院有限公司，北京 100044)

分体式空调集中控制系统及其应用

于 征
(中国建筑设计院有限公司，北京 100044)

介绍了分体式空调集中控制系统，并以北京某高校改造项目为例，阐述了系统的应用情况。数据表明，在夏季该系统可有效减少能源消耗，避免能源浪费，对公共建筑的节能、减排具有重要意义，为分体式空调及其他用电设备的实时集中管理奠定了基础。

分体式空调 节能减排 控制系统

0 引言

根据住建部推算，我国建筑能耗已占全社会终端能耗的27.5%，其中，夏季公共机构建筑(如医院、学校、办公楼等)中分体式空调运行的电能消耗占很大比例(据统计，某高校夏季分体式空调的耗电量可占全校总耗电量的70%以上)，因此，分体空调的智能化监控和管理对公共建筑节能减排有着重要意义。本文介绍的分体式空调集中控制系统将分散、独立的分体空调接入网络控制系统，实现远程物联对象数据的监控、传输、存储和管理，并以某高校教学楼为应用实例，在不破坏室内美观，且改造工程量极小的前提下，使分体空调变得“可调、可控、可计量”。经过集中控制，该校夏季可节能40%，分体空调无人值守、实时管理的新模式为分体空调及其他用电设备的实时集中管理奠定了坚实的基础。

1 分体式空调集中控制系统

1.1概述

分体式空调被大量应用于公共建筑中，其分散、独立的特点使其难以得到有效地监控和管理，极易造成能源浪费。针对此问题，本文所述案例采用了分体式空调集中控制系统，其系统架构如图1所示。

1.2系统组成

1.2.1 系统硬件设计

硬件系统主要包含以太网模块、红外发射模块、温度检测模块以及空调开关检测模块。控制器模块硬件电路安装在塑料外壳中(塑料外壳由3D打印而成)，其硬件电路采用220V～5V适配器供电。系统由以太网模块接收指令后再通过红外发射模块控制空调运行；温度检测模块用于检测环境温度；空调开关检测模块则通过光敏二极管检测空调的开关状态，使用网口通过网线连接至服务器。控制器实物图参见图2。

图1 分体空调集中控制系统架构图

图2 控制器实物图

1.2.2 系统软件设计

为实现分体式空调的集中管理，系统搭建了采用TCP/IP协议的以太网平台来控制网络，现场网络由智能网络控制器、空调控制器、智能终端等组成，其功能包括：实时监测、用能计量、定时控制、远程控制、分组控制、批量设置和查询分析等。

1)通信协议

为实现上层Web与底层控制器之间的通信，需设定通信协议，协议格式如表1所示。

控制器收到Web指令后，返回指令内容如表2所示。

2)空调控制协议

通过破解得到空调的红外控制协议。某品牌空调遥控器红外编码格式为：起始码(S)+48位数据码 +连接码(C)+ 64位数据码 + 连接码(C)+56位数据码。

(1)数据码由“0”、“1”组成。其中“0”的电平宽度为：0.56ms低电平+0.56ms高电平；“1”的电平宽度为：0.56ms低电平+1.68ms高电平。

(2)起始码S的电平格式为：9ms高电平+4.5ms低电平。

(3)连接码C的电平格式为：8.5ms高电平。

(4)前48位数据码具体设定功能协议格式如表3所示。

(5)后56位数据码具体设定功能协议格式见表4。

表1 上层Web与底层控制器之间的通信协议

表2 返回指令内容

3)软件框架

(1)操作系统

前台系统：串口中断，接收控制指令和10ms定时器中断，提供时间节拍。

后台系统：空调控制，温度检测和空调开关检测。

表3 前48位数据码具体功能协议格式

表4 后56位数据码具体设定功能协议格式

(2)子流程

初始化流程：初始化串口、定时器、I/O、ADC等模块。

空调控制流程：1)判断有无空调控制指令，若有指令则解析此指令；2)若指令解析正常，调用空调控制函数向空调发送指令；3)返回指令。

温度检测流程：1)读取室内温度值；2)若温度有变，返回指令。

空调开关检测流程：1)检测空调开关状态；2)开关状态有变，返回指令。

2 应用案例

2.1案例概述

以北京某高校两栋教学楼中分体式空调节能改造项目为例，介绍集中控制系统的应用及运行效果。

1号教学楼共4层，含教室37间，已装有分体柜式空调75台；2号教学楼共7层，含教室73间，教师休息室7间，已装有分体柜式空调124台，壁挂式空调29台。

在不进行大规模施工、不破坏室内美观的前提下，空调集中控制系统实现了如下目标：1)使分散、独立的设备间可以进行通讯，实现设备数据的远程传输、采集与存储、统计与分析、发布与远传；2)获取环境温度，实现远程控制开/关机、调节空调温度、风速和模式；3)实时监测采集到的数据，对每台空调进行能耗监测，实现有效节能。

2.2系统设计方案

2.2.1 设计思路

1)本系统的整体方案设计是基于有线的IP空调联网平台，采用带有通讯接口的空调控制器实时控制教学楼内的各个空调设备，提供整栋教学楼的空调监控，打造一个智能节能的监管平台。

2)控制器模块硬件电路采用220V～5V适配器供电，使用网口通过网线连接至服务器。红外发射管用于控制空调的运行，温度传感器用于检测室内温度，光敏电阻用于检测空调的开关状态。

3)软硬件结合控制，实现分散式空调集中管理，执行法定温度控制制度，监控每台空调的运行状态，达到显著的节能效果。

4)对建筑内的空调实现智能控制，避免非工作时间空调开启造成的能源浪费，采用分时段开/关机和定时启/停管理，节假日及下班设定关机管理，减少浪费。

5)对特殊要求的空调可进行个性化设定，并对空调提供详尽的保护预警，提高安全性。

6)分体式空调智能化控制系统在软、硬件的配置上充分考虑了平台建设“分布实施、逐步推进”的原则，具有可扩展性、开放性、实时性、稳定性及先进性。

2.2.2 系统结构

以“分体式空调中央控制系统”为核心技术，搭建由监管中心、通信网络、空调控制器等构成的节能控制平台。

1)通信网络：利用原有的校园网络，既可保证系统正常通信，又可减少施工量和资金投入。

2)监管中心：监控中心硬件配置有工作站、数据服务器、应用服务器、UPS不间断电源、桌面显示设备、A3打印机、双控磁盘阵、服务器机柜各1台，又由于服务器热量较大，监控中心需安装空调来保证设备正常运行；监控中心软件配置有教学楼空调控制系统B/S软件、中文版Windows工作站操作系统、中文版Windows服务器操作系统、数据库管理系统、正版病毒防护软件。

3)教学楼分体空调控制设备配置：分体空调由于本身不带通讯接口，控制系统不能对其直接进行监测与控制。本方案的分体空调智能中央控制系统是具有带通讯接口的空调控制器，设备间采用TCP/IP协议进行通信，可以获取环境温度、远程开/关机以及调节温度、风速、模式等，还可以对每台空调进行能耗监测，有线组网，稳定可靠，即装即用，同时还有报表查询功能。

4)教学楼分体空调控制系统与校园能源监管平台的系统对接：采用系统集成技术，搭建完成的教学楼分体空调控制系统可以实现与现有校园能源监管平台系统对接，进行统一管理，且相互独立运行，互不干扰。

5)现场网络：由智能网络控制器、空调控制器、智能终端等组成，该系统采用基于TCP/IP协议的以太网控制网络，具有拓扑结构灵活、通信稳定、传输速度快、抗干扰能力强等优点。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包。

6)系统功能：(1)实时监测：空调运行状态、空调设置温度、室内温度、实时用电功率等数据采集及实时监测；(2)用能计量：实现对空调设备的用电在线计量；(3)定时控制：可以根据学校提供课表预先设置空调开启、关闭时间；(4)远程控制：实现空调的远程开启、关闭，室内空调实现时间、温度设置的智能化、平台化管理；(5)分组控制和批量设置：软件应支持对空调进行分组控制和批量设置的功能；(6)查询分析：可按时间段对空调用电进行查询，以曲线或柱状图形式进行数据展示；可查询日、月、年累计用电量；还可进行比较查询。

2.3节能分析

由于高校作息时间的限制，错峰用电的降耗方式无法满足其需求，因此，只能通过智能控制各分体设备的启/停和运行模式，实现节能降耗的目的。 本系统上线后，可集中远程管理线上的任一设备，并结合各教室使用情况，制定设备工作时间表，在满足广大师生教学需求的同时，实现有效节能。两栋教学楼用电情况对比如图3所示。

图3 用电情况对比

根据图3数据显示，教学楼1单月同比减少耗电量约2.1万kW·h，教学楼2单月同比节约电能约3.5万kW·h，合计5.6万kW·h，约占去年该月耗能的40%。

3 结束语

本文阐述了分体式空调集中控制系统的工作原理，并介绍了某高校的运行情况和节能效果。数据显示，本系统对节能效果有显著作用，因此，其对分体空调及其他用电设备的集中管理具有现实意义。

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