开发背景与效益分析

背景介绍

随着城市节能改造与绿色建筑的实施，实现建筑节能减排已成为当务之急，空调作为公共建筑能耗的主要设备，其能耗约占建筑能耗的60%，超过了照明、电梯、办公设备的总能耗。因此建筑的节能减排的重点在空调系统。

空调长期在重负荷运行，在增加空调故障率同时，寿命也将大大缩短。合理设置空调温度，科学管理空调的运行，既能提供比较健康、舒适的室内环境，满足正常的工作、生活需要，又能节约能源，保护生态环境，是一件利国利民的好事。据测算，在正确使用空调的前提下，制冷空调温度每提高1℃，可节电8%；热空调温度每降低2℃，可节电10%。可见，制冷温度调得过低或者制热温度过高导致的电能浪费是惊人的。 对于楼宇管理者而言，无法实时管理、监测、控制所有的空调运行状态，造成能源损耗的巨大浪费。

空调系统现状

1. 空调无法进行统一的用能、使用习惯、空调效率等大数据分析，从而无法衡量各个空调的工作情况，一些较复杂的优化控制策略无法实施。

2. 分散控制，无法进行集中的节能管理(包括室温管控)，容易出现使用人员离开而空调仍照常开启运行的浪费能源。

3. 人们进入房间后为了快速制冷或快速制热，总是将空调的调定值调得很低或很高，但当温度达到过低或过高后又不去把调定值恢复到正常设定值，造成了大量能耗。如果人员节能意识淡薄，过冷或过热时开窗散热的话，能耗更会惊人。

4. 在不需要使用空调的季节及下班、周末、节假日等特殊时间段，可设置为空调禁止开机模式。

5. 个别人员过度追求舒适度，在夏天空调运行在制冷16℃，冬天运行在制热30℃，导致过高的空调能耗及舒适度的损失。

6. 责任主体量化节能问题。无计量，无量化指标，责任主体不明确，节能手段欠缺 。

7. 因为空调的过度使用，导致空调寿命降低。

经济效益

1) 时段管控，通过设置允许开机时段及禁止开机时段，即可以解决下班忘记关空调的情况，也可以解决在某些季节（春秋季）、周末特殊时段，直接不允许开机。

2) 温度限制的管控；在人们使用空调时，常常因为刚进入房间为了急用达到所需要的舒适温度而在制冷时设置温度为16℃，制热时制热温度为最高的30℃，之后因为疏于注意而使空调长时间处于高负荷下运行。而温度管控的目的就是设置制冷、制热的一个温度限制，比如设置制冷温度为24℃，制热最高温度为20℃，通过这种方式实现节能。

管理效益

1) 系统运行数据实时远传、实时监控，全面监控空调系统运行情况，对异常开启及故障空调及时处理。

2) 实行能源数据及能耗指标的统计、分析、管理，实现能耗曲线。

3) 设定自动启停计划任务、开机模式，实现定时自动启停。

社会效益

1) 积极响应国家节能减排号召，完成国家节能减排目标，建立节约型社会。

2) 降低建筑单位面积能耗，减少CO2排放量，改善气候环境。

3) 通过空调管控，响应国家对公共建筑空调温度不低于26℃的规定，把国家政策落实到实处。

控制方案

以集中管理为手段，节能减排为方向，采用中央空调多联机控制方案，通过RS485通讯、以太网方式对某大楼的35台外机和466台内机进行远程控制与数据采集，实时查看各空调设备运行状态，以及远程实现远程开关机、升降温、制冷制热等模式转换功能，解决中央空调集中管控难，人为的能耗浪费等问题，进一步提升空调智能化管理水平，实现空调设备的节能管理，为管理方创造效益。

控制原理

智能采集器将所采集的空调数据统一发送至智能主机，智能主机将数据信息一并上传至云端，也可以从云端顶层下发空调控制指令，先经过智能主机，通过智能主机再下发至相应的采集器模块，最终由与空调实际连接的采集器实现对空调内机的智能控制。

通过局域网服务器或电脑便可实现对多联机空调系统的智能控制，可以根据所监测室内温度、空调运行状态等信息，对所监测房间的空调进行远程智能节能化控制管理，合理地控制室内空调温度，提供良好的室内空气品质，从而使传统空调更加节能、智能、舒适。

基于分布式架构，管理员可以通过浏览器登录该控制系统，可根据用户的需求，对任意一台机组或多台机组的室内机实现开启，温度，模式等设置。

系统方案架构图

智能采集器采集的空调运行数据和电表采集的能耗电量通过智能主机传输到系统管理平台，平台下发的控制命令通过智能主机下发给智能采集器控制空调状态，承担着数据汇聚、保存及控制指令下发的作用。

系统功能

实时监控

通过软件平台实现各个空调的远程状态实时监控，可远程查看空调的状态、运行风速、模式、定时情况、设定温度和当前温度。

本地控制及远程控制

该系统可通过平台对各个空调进行远程控制，实现风速、温度、模式、定时等远程设置。下班时，管理人员可以通过该功能关闭办公人员忘记关闭的空调，实现管理节能的目的。上班时，管理人员可以远程查看每个办公室是否按照规定把空调调节在适当的温度，如果不符合国家有关规定，可以远程对其进行调节，进而达到节能的目的。

温度管理

1) 开机运行节能温度：定时/手动开机时，默认预设的温度值，支持远程设置节能温度值。

2) 限定运行温度调节范围：制冷/热模式下的温度仅在预设温度范围内调控，可远程修改温度调节范围值；若出现用户违规操作也将自动纠正温度。

时间管理

1) 定时自动关机，每天可设置多个关机时间点。

2) 远程开关机。

3) 特殊情况下，支持后台远程控制空调开关机状态。

4) 日程管理，查看历史开关机记录。

权限设定

1) 可分组对特定群组进行权限设定。

2) 对空调面板/线控器进行锁定，即禁用线控器。

3) 设定空调来电后自动开启或手动开启两种模式。

系统主要硬件

智能通讯网关机

QT290G是一款标准LoRaWAN™协议的室内网关。可连接标准的LoRaWAN终端并进行双向通信，通过标准的以太网接口连接网关到公司的NS（网络服务器），可扩展支持4G/LTE实现 数据上传，本地支持 IP/WiFi-AP Web 配置网关的工作频点和指向的网络服务器等相关参数。

基于工业级硬件平台设计，全金属外壳，支持 PoE/DC12V 供电，具备覆盖距离远、功耗 低、运维简单的特点。允许接入各类 LoRa 应用节点。

空调面板温控器

基于LoRaWAN的智能液晶数字恒温控制器，适用于风机盘管、电动阀、电动风阀、电动风口、地暖、壁挂炉、热水器及供热设备的温度控制。采用大屏幕液晶显示，自动调节冷暖气的进气量和开启或关闭管道电动阀，达到保持室内恒温的目的。空调面板可以直连内机，不需要外部供电，也不需要加任何转接设备，替换原厂线控器，也可以与原厂线控器并用，控制会互相同步状态。

空调机组节能控制

空调系统调控

中央空调系统主要由冷热源主机系统（又称“制冷剂循环系统”）、冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及多个空气调节系统（又称“末端空调箱系统”）组成。

主要控制组件包含五部分：（1）制冷主机（2）冷冻水泵（3）冷却水泵（4）冷却塔（5）末端空调箱

空调主机接入：每台冷水机组对应一个具备标准化需求响应通信功能的通信控制板，每个通信控制板统一安装在冷水机组操作面板箱内。根据冷水机组操作面板箱内的空间，合理安装通信控制板，根据箱体和通信板的各自的大小和固定方式进行灵活安装。如果原有操作面板箱内没有剩余空间，则需要定制通信控制板安装柜，用于通信控制板的安装。

冷冻水系统监测调控：在冷冻水出、回水管道分别安装温度传感器，实现冷冻水出回水温差采集。在冷冻水系统安装边缘控制器柜，采集传感器上送的水温等数据，冷冻水泵和冷水主机的运行状态参数，通过控制柜内置的本地策略对主机和冷冻水泵进行优化控制，实现冷冻水泵追踪冷冻水出回水温差自动变频运行。调控方式：根据冷冻水系统的供回水温差，匹配系统需冷量，调节冷冻水泵频率；匹配冷水机组最佳运行效率曲线，调节冷水机组运行数量。

冷却水系统监测调控：在冷却水出、回水管道安装温度传感器，实现冷却水出回水温差采集；选取合适地点，安装室外温湿度传感器，实现室外温湿度采集；在冷却水系统安装边缘控制器柜，采集冷却水泵和冷却塔风机的运行状态信息，通过逻辑控制程序对冷却塔风机进行精细控制，实现冷却水泵的启停和冷却塔冷却风机的智能分组控制。调控方式：根据冷却水系统供水温度、回水温度和室外温湿度等参数变化，匹配系统所需冷量，调节冷却塔风机的运行数量，从而降低冷却系统的能耗。

末端空调箱系统监测调控：末端空调箱回风管加装温度传感器实现对所在区域环境温度的实时采集并计算末端需冷量。安装末端空调箱的边缘控制器柜，通过逻辑控制程序调控末端空调箱电磁阀开启度，实现末端冷量的匹配调节，降低能耗。调控方式：结合末端空调箱对应区域风口温度，识别末端冷需量，通过控制电磁阀开度来调节不同区域冷量，实现区域冷量化匹配，从而减少不必要的冷量浪费。

中央空调系统改造措施汇总表

电量信息分项测量

中央空调侧需要增设一定数量的计量器具，获取相关用电系统和用电设备的电量和负荷信息。所需数据主要包括：用户的总用电量及负荷、中央空调系统总电量及负荷、中央空调系统设备分电量及负荷。为了确保能够实现对用户总电量、中央空调系统总电量、照明系统总电量、中央空调系统设备分电量计量的采集要求，用电信息的采集按照三级计量方式进行。

一级计量。一级计量主要是为获取用户总用电信息，包括：用户总用电量和用户总用电负荷，如用户楼控系统已覆盖其所有变压器，一级计量的数据可直接通过系统对接方式获取。

二级计量。二级计量主要获取用户中央空调系统总用电信息。中央空调系统总电量、总负荷主要通过空调主机、冷冻水泵、冷却水泵冷却塔和末端设备的用电信息之和得到。如用户楼控系统已覆盖中央空调系统的所有设备，可直接通过系统对接方式获取相关数据。如未覆盖，则完善设备分项计量并求和。

三级计量。三级计量主要获取用户中央空调系统下的设备级用电信息，计量实施内容如下表。

中央空调系统设备级分项计量汇总表

系统界面

主系统图

远程控制

空调监控

空调控制

实时详情

用电参数

电量分析

电量报表

历史报警