【摘 要】 本文介紹一種具有運行管理、末端設(shè)備控制和分戶計費功能的中央空調(diào)運行管理系統(tǒng)，可將中央空調(diào)系統(tǒng)所有末端設(shè)備納入統(tǒng)一的管理與控制，可以統(tǒng)一設(shè)置末端設(shè)備運行控制參數(shù)，提供時間管理，支持末端設(shè)備的多種運行控制模式，實現(xiàn)分戶冷量計費。

【關(guān)鍵詞】 網(wǎng)絡(luò)控制；中央空調(diào)；運行管理；分戶計費

1、中央空調(diào)運行管理與分戶計費系統(tǒng)

中央空調(diào)運行管理與分戶計費系統(tǒng)包括管理與控制平臺、空調(diào)末端智能控制器、末端設(shè)備冷量計費算法和LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)等基本部分。中央空調(diào)系統(tǒng)的每一個設(shè)備均由末端智能控制器控制，并通過控制網(wǎng)絡(luò)與管理、控制平臺構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，智能控制器除實現(xiàn)末端設(shè)備運行控制外，還提供末端設(shè)備冷量計算信息，將相關(guān)信息上傳給管理與控制平臺，由管理與控制計算機進行處理，實現(xiàn)分戶計費。

管理與控制平臺由系統(tǒng)計算機和用戶軟件構(gòu)成，控制網(wǎng)絡(luò)采用LonWorks總線，控制平臺采用目前流行的Windows操作系統(tǒng)和SQL2000數(shù)據(jù)庫，用戶軟件采用Delphi7.0編程環(huán)境?？紤]數(shù)據(jù)交換的效率，管理與控制平臺采用共享存貯空間方式與智能控制器進行數(shù)據(jù)交換。

用戶軟件包含系統(tǒng)管理、設(shè)備監(jiān)測、冷量計費、冷源系統(tǒng)運行控制、故障診斷與報警等基本功能模塊。1）系統(tǒng)管理模塊提供空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)置等管理功能，可在系統(tǒng)管理界面設(shè)定每一個末端設(shè)備的運行參數(shù)，例如溫度、濕度、自動/手動控制等，并提供運行時間管理，可以按預(yù)先設(shè)定作息時間控制系統(tǒng)運行。在選擇自動方式時，用戶不能修改末端設(shè)備的運行控制參數(shù)，為合理設(shè)置運行參數(shù)提供技術(shù)保證。在選擇手動運行方式時，末端設(shè)備按傳統(tǒng)的獨立控制方式運行，可以接受用戶的參數(shù)修改，以滿足用戶特殊要求。2）設(shè)備監(jiān)測模塊提供設(shè)備運行信息和室內(nèi)環(huán)節(jié)信息，例如設(shè)備的運行方式、運行參數(shù)、用戶的室內(nèi)溫度、濕度、有無人等信息?，F(xiàn)場信息由智能控制器采集并上傳給管理與控制平臺，由監(jiān)測系統(tǒng)軟件進行處理和顯示。3）冷量計費模塊采用本文介紹的分戶冷量計費算法，提供中央空調(diào)系統(tǒng)分戶計費信息。4）故障診斷與報警模塊提供系統(tǒng)運行故障報警等功能，故障診斷軟件對接收到的末端設(shè)備狀態(tài)信息進行分析處理，判斷是否處于正常運行狀態(tài)，進入該界面后可以定位故障位置并查看故障信息，為系統(tǒng)維護提供有效的技術(shù)手段。5）冷源系統(tǒng)運行控制模塊提供中央空調(diào)冷水機組優(yōu)化運行信息。由于本文的管理與控制系統(tǒng)可以獲得所有末端設(shè)備的運行信息和末端室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，因此可以依據(jù)這些信息為中央空調(diào)冷水機組提供多種模式的優(yōu)化控制信息，具體的控制策略將在以后的研究中繼續(xù)討論。

中央空調(diào)運行管理與分戶計費系統(tǒng)運行的基本原理是由系統(tǒng)管理模塊按運行要求分別設(shè)置每一個末端設(shè)備運行時間等參數(shù)和每一個用戶區(qū)域的溫度、濕度、空氣質(zhì)量等控制目標(biāo)參數(shù)，將其通過控制網(wǎng)絡(luò)下傳給末端智能控制器，智能控制器按要求自動控制末端設(shè)備運行，除滿足一般運行控制要求外，還具有室內(nèi)無人停機、最小新風(fēng)量運行、盤管風(fēng)機自動調(diào)速等功能，同時智能控制器也實時采集控制區(qū)域的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)等信息，計算設(shè)備冷量，并上傳給管理與控制計算機進行相應(yīng)處理，提供分戶計費、設(shè)備運行監(jiān)測、故障診斷、冷源系統(tǒng)優(yōu)化等功能。

2、中央空調(diào)系統(tǒng)分戶計費的實現(xiàn)

2.1 風(fēng)機盤管系統(tǒng)冷量計算

根據(jù)暖通空調(diào)設(shè)計原理，如果已知風(fēng)機進、出口空氣的干球溫度、相對濕度、單位時間的空氣質(zhì)量流量，則可得出單位時間的冷量。因此，本文在風(fēng)機盤管系統(tǒng)的送風(fēng)口處設(shè)置溫度傳感器，送風(fēng)濕度采用露點相對濕度；回風(fēng)口處設(shè)置溫度、濕度傳感器，將相關(guān)信號送到智能控制器，根據(jù)上述參數(shù)可計算風(fēng)機盤管送、回風(fēng)焓差。由于智能控制器具備盤管風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號，即風(fēng)機轉(zhuǎn)速是已知的，額定轉(zhuǎn)速下風(fēng)機的風(fēng)量可由設(shè)備手冊獲得，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，風(fēng)機風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，于是風(fēng)機盤管系統(tǒng)冷量Q為：Q=m（h1-h2） （1）式中，Q為風(fēng)機盤管冷量，kW；m為空氣質(zhì)量流量，kg/s；h1、h2分別為回風(fēng)、送風(fēng)焓值，kJ/kg。

在正常工況下，可認(rèn)為空氣體積流量與轉(zhuǎn)速成正比，則空氣質(zhì)量流量m可按式（2）計算：m=ρKVLPG/3600 （2）式中，ρ為空氣密度，取1.2 kg/m3；KV為盤管風(fēng)機調(diào)速比，由智能控制器調(diào)速控制信號獲取；LPG為盤管風(fēng)機銘牌風(fēng)量，m3/h。

焓值可按下式計算：h=1.01t+0.001×622（φPqb/P-Pqd）（2500+1.84t）ln（Pqb） =c8/T+c9+c10T+c11T2+c12T3+c13lnT（3）式中，P為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，Pa；Pqb為飽和水蒸氣分壓力，Pa；t為空氣溫度，℃；φ為空氣相對濕度；T為熱力學(xué)空氣溫度，K，T=t+273；其它各常數(shù)分別為c8=-5800.2206，c9= 1.914993，c10=-0.04860239，c11= 0.41764768×10-4，c12=-0.144520 93×10-7，c13=6.5459673。

根據(jù)式（1）～（3）即可計算風(fēng)機盤管系統(tǒng)單位時間冷量。計算時，送風(fēng)近似認(rèn)為已達到機器露點，即取φ2=95%。在實際工程應(yīng)用時，回風(fēng)相對濕度可采用設(shè)計參數(shù)，取φ1=60%，可以省略回風(fēng)濕度檢測環(huán)節(jié)，降低計費系統(tǒng)成本。

2.2 新風(fēng)系統(tǒng)冷量計算

新風(fēng)系統(tǒng)冷量可根據(jù)室外空氣的溫度、濕度和新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)溫度、濕度計算焓差。室外空氣溫、濕度由控制系統(tǒng)統(tǒng)一檢測（一個空調(diào)系統(tǒng)只需要一組參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)共享），送風(fēng)溫度由智能控制器檢測，送風(fēng)相對濕度取露點濕度。對新風(fēng)量不調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，取風(fēng)機額定風(fēng)量；對于有新風(fēng)量調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，可由智能控制器的新風(fēng)機調(diào)速信號輸出獲取風(fēng)機變速比。根據(jù)上述參數(shù)，采用與風(fēng)機盤管系統(tǒng)相似的方法計算新風(fēng)系統(tǒng)冷量。

2.3 全空氣系統(tǒng)冷量計算

全空氣系統(tǒng)可根據(jù)混風(fēng)溫、濕度和送風(fēng)溫、濕度計算焓差。本文在全空氣系統(tǒng)的混風(fēng)處設(shè)置溫、濕度傳感器，在系統(tǒng)送風(fēng)口設(shè)置溫度傳感器，將傳感器信號送到智能控制器，送風(fēng)相對濕度取露點濕度。對定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，取風(fēng)機額定風(fēng)量；對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，可由智能控制器的空調(diào)風(fēng)機調(diào)速信號輸出獲取風(fēng)機變速比。根據(jù)上述參數(shù)，采用與風(fēng)機盤管系統(tǒng)相似的方法計算全空氣系統(tǒng)冷量。

2.4 冷量消耗

考慮設(shè)備運行的隨機性和實時性，采用時間積算方式進行冷量累加，預(yù)先設(shè)定積算時間，風(fēng)機轉(zhuǎn)速參數(shù)、溫度、濕度等參數(shù)取積算時間內(nèi)的平均值，則各末端設(shè)備在積算時間內(nèi)的冷量消耗為：WΔT=ΔT·Q（4）式中，WΔT為末端設(shè)備在積算時間內(nèi)的冷量消耗；ΔT為積算時間；Q為ΔT內(nèi)對應(yīng)的末端設(shè)備的冷量。

2.5 誤差分?jǐn)?/p>

由于存在空調(diào)系統(tǒng)管網(wǎng)損耗以及計算參數(shù)誤差等影響，計算得到的空調(diào)系統(tǒng)的冷量與實際冷量（由系統(tǒng)冷水機組處的冷量計實測得到）存在誤差。本文考慮這些因素，依據(jù)各末端設(shè)備的冷量值分?jǐn)傉`差，并以分?jǐn)偤蟮睦淞孔鳛槟┒嗽O(shè)備的計費冷量。末端設(shè)備的計費冷量為：W′i=[1+（ WCL-∑Wi）/∑Wi]·Wi（5）式中，W′i為末端設(shè)備的計費冷量；Wi為各設(shè)備冷量計算值；∑Wi為所有末端設(shè)備冷量之和；WCL為空調(diào)系統(tǒng)冷水機組冷量測量值。

2.6 分戶冷量計算

按上述方法可得到每個末端設(shè)備的計算冷量。對于新風(fēng)+盤管系統(tǒng)區(qū)域，還需要將新風(fēng)系統(tǒng)冷量分?jǐn)偟絽^(qū)域內(nèi)的用戶，此時，區(qū)域內(nèi)的分戶冷量為：WH1= [1+W′XF/∑W′Qyi] ·∑W′i（6）式中，WH1為盤管系統(tǒng)分戶冷量；W′XF為新風(fēng)系統(tǒng)計費冷量；∑W′QYi為區(qū)域內(nèi)所有末端設(shè)備計費冷量之和；∑W′i為戶內(nèi)盤管計費冷量之和。

在得到各用戶的戶內(nèi)冷量后，乘以時間即可得到分戶冷量消耗，再乘以單位冷價即可實現(xiàn)分戶冷量計費。在實際應(yīng)用時，先根據(jù)具體的建筑、空調(diào)系統(tǒng)、設(shè)備類型等信息，劃分區(qū)域，并將設(shè)備信息與末端控制系統(tǒng)相對應(yīng)，組成一個完整的運行管理、控制與分戶計費系統(tǒng)，在管理與控制平臺按運行要求設(shè)置每一個末端設(shè)備的控制目標(biāo)參數(shù)，智能控制器按要求自動控制末端設(shè)備運行，并實時采集控制區(qū)域的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)等信息，計算設(shè)備冷量，將相關(guān)信息上傳給管理與控制計算機進行相應(yīng)處理，完成設(shè)備監(jiān)控和分戶冷量計費等功能。

3、結(jié)語

分戶計費與設(shè)備控制信息共享只需增加空氣溫度傳感器和少量濕度傳感器即可完成分戶冷量計費，不涉及空調(diào)水系統(tǒng)，而且可實現(xiàn)所有空調(diào)末端設(shè)備的冷量計算，具有較高的實用性。本研究已在實驗室環(huán)境下，采用實際的末端設(shè)備，設(shè)計和安裝了具有前述功能的中央空調(diào)運行管理、控制和分戶計費系統(tǒng)，很好地實現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)管理、末端設(shè)備控制和分戶冷量計費等功能，可為中央空調(diào)系統(tǒng)運行管理提供有效的技術(shù)手段，降低空調(diào)系統(tǒng)運行能耗。