分體式、中央空調節能控制方案
山東力創科技股份有限公司
2019年
一、概述
良好的辦公環境是保持辦公人員工作效率的前提條件，讓辦公人員在寒冷的冬季和炎熱的夏季都能享受到舒適的室內空氣環境是很重要的，隨著國家對公共機構節能重視和資金支持的投入逐年增加，工作環境有了明顯的改善。空調在公共機構中的普及和應用在一定程度上提供了良好的室內熱舒適環境，保護了國家工作人員的身體健康。與此同時對分體空調的集中管理，減少二氧化碳排放，提高公共機構的節能管理水平，也提出了相應要求。
據統計，夏季空調的耗電量佔到公共機構總耗電量的70%以上，因此如何保持良好工作環境的同時，加強對空調的節能管理是建設節能型公共機構的重要一環。在使空調用過程中主要有以下問題：
1、夏季空調溫度過低：每個人對溫度的要求不一樣，夏季時一般會把空調製冷溫度調在18℃～20℃之間才覺得涼爽，據專家測算，夏季空調溫度每提高1℃，可節電8%～10%。過低的空調溫度不僅增加電費，還會由於室內外溫差過大而引起熱感冒，有悖於建設良好教學環境的初衷。
2、冬季空調溫度過高：冬天時，很多空調房間在24℃以上，辦公人員減衣服吹熱風的現象比較普遍。而據專家測算，在正確使用空調的前提下，制熱空調溫度每降低2℃，可節電10%。制熱溫度調得過高也嚴重浪費電能。
3、空調浪費嚴重：由於辦公室多且分散，隱蔽性較強管理比較困難，不能進行統一管理，有些辦公室忘記關空調，常造成無人情況下空調還在運行的現象，造成很大能源浪費。
二、功能實現
力創建築用能精細化運行監管系統之“分體式空調遠程節電監控系統”，採用先進的傳感技術、物聯網與互聯網技術和數據庫技術，實現了分體式空調器用電及室內溫度的遠程監測、空調使用習慣與耗電量分析，並通過溫度控制、定時控制、預付費控制及管理者遠程調控等靈活的節能策略和手段，有效地控制空調合理使用，既能營
造舒適的工作生活環境又不造成浪費，也實現了分體式空調分項能耗精確計量與費用獨立核算，為能源消耗定額管理、節能目標定量化提供了計量工具和節能手段。
力創分體式空調遠程節電監控系統是大型公共建築/機關辦公建築能耗監管平臺、節約型校園系統中關於插座取電空調末端用電子項計量的補充，是基於分室、分項、分時以及主要用電設備精細化管理的典範，符合《公共機構能源資源計量器具配備和管理要求》(GB/T 29149-2012)和《節約型公共機構示範單位評價標準》要求，適用於機關、學校、醫院、寫字樓、科研單位、企業的辦公或集中宿舍、物業分體式空調器用電管理。
分體式空調遠程節電監控系統具數據統計分析、有感知（房間溫度）、管理（開關空調、調節溫度、調節模式）等功能，對學校分體空調可進行以下節能管理：
集中管理：通過監管系統,用戶可以對多個房間的分體空調進行集中監測和管理，既可以遠程調控辦公室的所有分體空調室內溫度、空調模式等，也可實現對空調的智能節能控制，如開關空調、調節室溫、調節模式。提高了管理效率，降低了人工管理難度。
時段管理：啟用該項功能後，設置每臺空調的允許使用時段，如宿舍空調使用時間（21:00-7:00），辦公室空調使用時間（8:00-18:00），時間段內空調處於允許使用狀態，時間段外空調自動進入班外狀態，會自動關閉空調並切斷空調電源，不必擔心人員離開忘記關空調的問題而造成能源浪費。
溫限管理：啟用該項功能後，設置製冷和採暖時對應房間（空調）的溫度下限和上限，將室溫設置在一個舒適、合理的範圍內，有效的解決了國務院提出的公共建築內26℃空調技術控制難題，做到合理地控制室內空調溫度，舒適性和節能效果均十分明顯。相關數據表明，夏季空調製冷運轉時，空調溫度每提高1度，大約可以節省電力（8～10）%，冬季制熱運轉時，設定溫度每降低2度，可以節約20%的用電量。如夏季把室內空調溫度都設定在26℃以上，冬季把室內空調溫度設定在20℃以下，節省的電量是相當可觀的。
遠程控制管理：如果有辦公室/教室忘記關空調時，管理者可以通過此功能遠程對空調末端進行開啟或者關機操作，而且不受距離和空調品牌的限制，使用十分方便。
數據統計分析：通過監管系統，可以輕鬆分析上班和下班時間能耗分佈情況，可以通過任意時間段和不同房間、樓層、樓的數據統計並出具報表，對節電策略提供數據支撐；
三、系統架構
Θ系統架構一（空調節電監控系統）
ZigBee 智能空調節電控制器自組網絡將現場設備數據彙集到ZigBee 無線智能網關（上行口為RJ45），通過局域網絡與數據中心（服務器）進行數據交互。
Θ系統架構二（大型公建能耗監測系統）
ZigBee 智能空調節電控制器自組網絡將現場設備數據彙集到ZigBee 無線智能網關（上行口為RS485），接入樓宇數據採集器，作為數據採集系統的一個子系統存在。
（空調遠程節電控制系統架構圖）
ZigBee 網絡特點
Θ自動入網。上電後，節點(ZigBee 智能空調節電控制器)可以自動尋找網絡入網。
Θ自動登記信息。節點入網後，自動將自己信息上報到網絡中心協調點。
Θ自動分配地址。節點入網後，網絡中心協調器(ZigBee 無線網關)按順序分配節點設備ID。
Θ數據自動路由。中間節點收到數據，會自動繼續轉發。
Θ自動修復路徑。自動節點原來路徑不通時，尋找新的路徑連接網絡。Θ抗干擾。雙軌傳輸。
四、關鍵設備
4.1 ZigBee 無線智能網關
將ZigBee空調節電控制器數據通過ZigBee無線網關，接入RS485網絡或局域網絡。
Θ接口及通訊波特率：RS485 接口9600bps，或RJ45 接口10Mbps
Θ設備負載：支持30/50/100個終端設備
Θ數據透傳：允許透傳/禁止透傳
Θ供電電源：12VDC,1A
Θ使用環境：溫度-25℃～+75℃，溼度：<95%
4.2 ZigBee 智能空調節電控制器
4.2.1壁掛式空調控制器
（適合壁掛式空調）
產品功能
u 電壓、電流、功率、溫度的實時測量
u 電能、用電時間、當前電能、當前用電時間的實時計量
u 總有功電能、功率、用電時間、產品Id、電壓、電流、功率因數、時鐘、當前電能、當前用電時間、剩餘電量、剩餘用電時間、室內溫度、累計運行時間、本次運行時間的實時顯示
u 自動軟開關機和調溫
u Zigbee無線通訊協議
u 時段控制
u 預付費管理
u 用電管理：越限報警提示、跳閘、調溫、過流保護、運行時間檢測
u 意外事件的記錄
u 通訊接口 Zigbee
u 通訊協議 支持MODBUS-RTU通訊規約
u 惡性負載檢測功能
技術參數和指標
性能
參數
電
源
供電電源
市電 220VAC
功耗
<1W
測
量
電流測量範圍
0-16A
精度
電壓、電流、有功功率、有功電能：1級
環
境
工作環境
工作溫度：-10～60℃
存儲環境
≤85% RH
相對溼度
相對溼度≤75%不結露
安
全
耐壓
AC2000V 漏電流2mA
絕緣
輸出、輸入和電源對外殼>5M
抗
擾
度
快速瞬變脈衝
±2KV
浪湧指標
±2kV
空氣放電
±8KV
4.2.2單相櫃式空調控制器
（適合單相櫃式空調）
產品功能
u 電壓、電流、功率、溫度的實時測量
u 電能、用電時間、當前電能、當前用電時間的實時計量
u 總有功電能、功率、用電時間、產品Id、電壓、電流、功率因數、時鐘、當前電能、當前用電時間、剩餘電量、剩餘用電時間、室內溫度、累計運行時間、本次運行時間的實時顯示
u 自動軟開關機和調溫
u Zigbee無線通訊協議
u 時段控制
u 預付費管理
u 用電管理：越限報警提示、跳閘、調溫、過流保護、運行時間檢測
u 意外事件的記錄
u 通訊接口 Zigbee
u 通訊協議 支持MODBUS-RTU通訊規約
性能
參數
電
源
供電電源
市電 220VAC
功耗
<1W
環
境
工作環境
工作溫度：5～60℃
存儲環境
≤85% RH
相對溼度
相對溼度≤75%不結露
安
全
耐壓
AC2000V 漏電流2mA
絕緣
輸出、輸入和電源對外殼>5M
抗
擾
度
快速瞬變脈衝
±2KV
浪湧指標
±2kV
空氣放電
±8KV
4.2.3三相櫃式空調控制器
產品功能
u 平均相電壓、平均相電流、三相電壓、三相電流、三相有功功率、三相視在功率、三相功率因數、總有功功率、總視在功率、總功率因數、頻率、溫度的實時測量
u 電能、用電時間、當前電能、當前用電時間的實時計量
u 電能、功率、用電時間、當前電能、當前用電時間、剩餘電量、剩餘用電時間、室內溫度的實時顯示
u 自動軟開關機和調溫
u Zigbee無線通訊
u 時段控制
u 預付費管理
u 用電管理：越限提示、跳閘、調溫、運行時間檢測
u 意外事件的記錄
u ■通訊接口 Zigbee
u ■通訊協議 MODBUS-RTU
u ■外形 導軌式
u ■顯示形式 LCD液晶顯示
u ■安裝方式 導軌安裝
性能
參數
供電電源
市電，C相取電
靜態功耗
<1W
測
量
電流測量範圍
(0-60)A
精度
電壓、電流、有功功率、有功電能：1級
環
境
工作環境
工作溫度：(-10～60)℃ 相對溼度≤75%不結露
存儲環境
≤85% RH
安
全
耐壓
AC2000V 漏電流2mA
絕緣
輸出、輸入和電源對外殼>5M
抗
擾
度
快速瞬變脈衝
±4kV
浪湧指標
±4kV
空氣放電
±8KV
4.2.4中央空調控制器
4.2.4.1產品功能
本產品具有一鍵節能、限溫控制、定時開關機、定溫運行、面板鎖定、遠程計算機控制等多種控制策略讓管理者靈活管控、輕鬆節能。
■通訊接口 Zigbee
■通訊協議
◆ 支持MODBUS-RTU通訊規約
■外形
◆ 面板式
■顯示形式
◆ LCD液晶顯示
■安裝方式
◆ 86面板安裝
4.2.4.2技術參數指標
性能
參數
電
源
供電電源
市電 220VAC
靜態功耗
<1W
測
量
電流測量範圍
0-5A
溫度測量範圍
0°C-60°C
精度
電壓、電流、有功功率、有功電能：1級
溫度誤差：±1°C（在25℃，30%-75%溼度環境下）
環
境
工作環境
工作溫度：0～60℃
存儲環境
≤85% RH
相對溼度
相對溼度≤75%不結露
絕緣
輸出、輸入和電源對外殼>5M
抗
擾
度
快速瞬變脈衝
±2kV
浪湧指標
±2kV
空氣放電
±8kV
五、分體空調節電方案
針對分體空調的種種浪費現象，力創科技設計了ZigBee 智能空調節電控制器，實現了空調運行的實時監控，尤其是量化了空調能耗的計量、運行時間的計量以及運行溫度的檢測，並設計溫度控制、定時控制、預付費控制以及遠程遙控等多種靈活的節電策略供用戶選擇。
(1)室溫監測與報警控制。
空調使用期間重點監控冬季空調運行溫度過高和夏季空調運行溫度過低現象。
ZigBee 智能空調節電控制器實時監測室內溫度與設定溫度比較，冬季室內溫度高於設定溫度值或夏季室內溫度低於設定溫度值時，控制器自動修正空調設定溫度；冬季室內溫度高於設定溫度值或夏季室內溫度低於設定溫度值時，控制器會自動修正並自動設置設定的溫度，使空調一直運行在設定區間內合理運行避免空調浪費。
(2)空調定時開關機管理。
空調使用季節，重點監控班外（非工作）時間空調無人運行的浪費現象。
設置ZigBee 智能空調節電控制器定時控制功能，自動定時識別空調運行狀態並自動遙控關閉空調運行，防止下班後忘記關閉空調。
(3)空調禁用時鎖閉控制器。
對不常用房間的空調及禁用空調的季節，由系統軟件遠程鎖閉ZigBee 智能空調節電控制器，禁止空調供電，此時控制器按鍵無法恢復空調供電，只能由上位機系統軟件遠程解鎖後，方可恢復空調正常使用。
(4)定額控制空調使用。
ZigBee 智能空調節電控制器實時計量空調的用電量和運行時間，並提供了預付費控制功能，由上位機系統軟件設定空調的可用電量或用電時間，控制器按使用量自動減值計算，並可以顯示屏查詢或上位機查詢；當剩餘電量(或時間)不足設定值10%時蜂鳴器報警，當剩餘電量(或時間)為0 時，控制器可自動關閉空調並切斷空調供電；上位機系統軟件重新設定空調可用電量或用電時間(充值)後,控制器自動恢復空調供電。
六、中央空調用電節能方案
6.1實時監控測量
1）實時檢測閥和風機盤管的電流、電壓、功率、功率因數、電量、用電時間，風機運行時間7天曆史記錄可查詢。
實現“國家機關辦公建築和大型公共建築能耗監測系統”對空調末端用電子項的精確計量。
2） 實時監測室內環境溫度：
落實國務院關於公共場所空調溫度的規定，提供精確依據。
6.2遠程節能控制
1）溫度的採集與控制功能
本產品可實時監測環境溫度。可遠程或本地調整設定溫度，也可一鍵設定節能溫度，方便快捷；為方便統一管控。
2）限制溫度控制功能（風速可調整）
支持遠程和本地調整風速、可配置高速、中速、低速、自動，自動模式下溫控器自動根據溫差調整風速，更加人性化。實現限溫管理功能。
3）定溫運行
一鍵設定指定溫度，空調在指定溫度下運行，本地不可任意調節。
4）時段控制功能
可遠程設定溫控器開關機時間，每天支持三個開關機時段，方便統一管控。
5）溫控器鎖死功能
服務器遠程通過網絡鎖定溫控器禁止使用中央空調，在接收到服務器解鎖命令之前，使用者無法通過面板按鍵控制風機盤管運行。
七、現場安裝概述
7.1 空調控制器安裝
1、 安裝簡單。掛壁式分體空調選用86 面板式空調控制器，直接與原16A 牆壁插座一對一替換，ZIGBEE無線通訊，無需穿牆、打眼，不影響美觀。單/三相櫃機空調控制器採用標準導軌式安裝，直接嵌入到明裝/暗裝配電箱裡，安裝簡單方便。
2、組網調試簡單。無線通訊，一鍵註冊，自動分配ID，自動組網，自動路由，降低工程成本和實施週期。
7.2 智能網關安裝
安裝位置：根據實際帶載量選擇網關的路數30路/50路/100路,建議理論上平均每兩層樓安裝1個網關（為增加系統的穩定性，視情況追加網關）。根據現場情況，網關應安裝在樓道的中間位置（管道井或天花板）。需給網關布通訊線和電源線。
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