分体式空调节电控制系统技术方案

分体式空调节电监控系统技术方案山东力创科技股份有限公司2016年2月一、概述办公建筑节能是节能减排的重点领域。办公建筑年电力消耗总量约占全国总消耗量的10%，是建筑能源消耗高密度领域。空调用电又是办公建筑电力消耗大户。空调运行温度过高/过低、空调使用时间无法统一管理、下班后忘记关空调、长时间不使用空调不拔电源插头等空调用电浪费现象比比皆是。加强办公空调节电管理对于节能减排、控制运行费用具有重要而现实的意义。力创科技建筑用能精细化运行监管系统之“分体式空调远程节电监控系统”，采用先进的传感技术、物联网与互联网技术和数据库技术，实现了分体式空调器用电及室内温度的远程监测、空调使用习惯与耗电量分析，并通过温度控制、定时控制、预付费控制及管理者远程调控等灵活的节能策略和手段，有效地控制空调合理使用，既能营造舒适的工作生活环境又不造成浪费，也实现了分体式空调分项能耗精确计量与费用独立核算，为能源消耗定额管理、节能目标定量化提供了计量工具和节能手段。力创科技分体式空调远程节电监控系统是大型公共建筑/机关办公建筑能耗监管平台、节约型校园系统中关于插座取电空调末端用电子项计量的补充，是基于分室、分项、分时以及主要用电设备精细化管理的典范，符合《公共机构能源资源计量器具配备和管理要求》(GB/T29149-2012)和《节约型公共机构示范单位评价标准》要求，适用于机关、学校、医院、写字楼、科研单位、企业的办公或集中宿舍、物业分体式空调器用电管理。二、ZigBee智能空调节电控制器应用1.测量1.1实时监测分体空调器的耗电量、运行时间：Θ实现空调使用定额管理；Θ实现“国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统”对空调末端用电子项的精确计量。1.2实时监测室内环境温度：Θ落实国务院关于公共场所空调温度的规定，提供精确依据。2.控制2.1温度控制：实时监测室内温度，超过控制器设定温度值时，分体空调控制器通过红外探头自动将空调运行温度修正温度。2.2定时控制：Θ班外时间可自动判定空调运行状态运行，根据运行状态做出不同管控动作。若空调正在运行，发送空调关机命令，3min后关闭插座供电；若空调停止运行已经超过3min则立刻关闭插座供电。可定时恢复插座供电，是否自动开启空调可选，空调的模式、风速、温度可自动识别；Θ开关机可由上位机设置。对于加班等班外时间使用空调的情况，使用者可通过本地按钮现场送电并继续使用空调。2.3预付费控制：实时计算空调剩余可用电量(时间)，剩余电量(时间)值不足10%时自动报警提醒使用者；剩余电量(时间)值为0时，自动判断空调运行状态并停止为空调供电；充值后控制器自动恢复供电，继续使用空调。2.4远程手动控制：对不常用房间的空调，以及禁用空调的季节，由上位机系统软件远程锁闭ZigBee智能空调节电控制器，禁止空调供电，此时控制器按键无法恢复空调供电，只能由上位机系统软件远程解锁后，方可恢复空调正常使用。三、系统架构Θ系统架构一（空调节电监控系统）ZigBee智能空调节电控制器自组网络将现场设备数据汇集到ZigBee无线网关（上行口为RJ45），通过局域网络与数据中心（服务器）进行数据交互。Θ系统架构二（大型公建能耗监测系统）ZigBee智能空调节电控制器自组网络将现场设备数据汇集到ZigBee无线网关（上行口为RS485），接入楼宇数据采集器，作为数据采集系统的一个子系统存在。（空调远程节电控制系统架构图）ZigBee网络特点Θ自动入网。上电后，节点(ZigBee智能空调节电控制器)可以自动寻找网络入网。Θ自动登记信息。节点入网后，自动将自己信息上报到网络中心协调点。Θ自动分配地址。节点入网后，网络中心协调器(ZigBee无线网关)按顺序分配节点设备ID。Θ数据自动路由。中间节点收到数据，会自动继续转发。Θ自动修复路径。自动节点原来路径不通时，寻找新的路径连接网络。Θ抗干扰。双轨传输。四、关键设备1、ZigBee无线网关将ZigBee智能空调节电控制器数据通过ZigBee无线网关，接入RS485网络或局域网络。Θ接口及通讯波特率：RS485接口9600bps，或RJ45接口10MbpsΘ设备负载：支持30、50或100个终端设备Θ数据透传Θ供电电源：12VDC,1AΘ使用环境：温度-25℃～+75℃，湿度：95%2、ZigBee智能空调节电控制器力创科技ZigBee智能空调节电控制器采用先进的ZigBee无线物联网通讯技术，电力感应和环境感知技术，高度集成超低功耗设计，实现分体式空调器的用电计量、室温测量与远程传输，集成了温度控制、定时控制、预付费控制、本地与远程控制通断电等多种节电策略，是节约型公共机构、节约型办公区、绿色建筑、家居能源精细化管理的必选产品。功能特点Θ液晶显示，按键查看：有功功率、用电量、用电时间，当前用电量、当前用电时间，剩余用电量、剩余用电时间，控制状态。Θ远程抄读：室温，用电量、用电时间，当前用电量、当前用电时间，剩余用电量、剩余用电时间，控制状态，空调工作电压、电流、有功功率、功率因数。Θ控制：按键控制智能节电控制器电力输出；远程遥控智能节电控制器电力输出；远程启用智能节电控制器的控制功能、设置控制参数；控制功能包括温度控制、定时控制、预付费控制、越限保护。Θ上电自检，掉电记忆Θ可联机运行，也可脱机运行Θ上位机通讯协议：MODBUS-RTU性能指标Θ工作电压：85V～265VΘ额定电流：16A/20AΘ计量精度：2级Θ静态功耗低于0.4W，动态功耗低于1.0WΘ两点间通讯距离：空旷地视距超过300m,办公建筑室内50-80m，居住建筑室内20-50m，可多跳转发Θ每个设备均带中继路由功能，可作为节点中继ΘRF通讯参数：工作频段ISM2.4GHz，发射功率100mW，接收灵敏度-90dBm五、节电技术路线1、分体式空调器使用中的4个浪费环节(1)空调运行时，设定温度超过国家规定办公场所空调温度（夏天温度设定不低于26℃，冬天温度设定不高于20℃）。夏季空调温度每提高1℃，就可以节省10％的电能；冬季空调温度每降低1℃，就可以节约10～13%的电能。对这一问题，现实管理中除一纸文件以外并无好的管控方案。(2)空调使用季节，下班后因忘记空调关机造成无人空调持续运转，浪费相当严重。尤其是冬季晚上室内外温差相比白天高出许多，空调高负荷连续运转，浪费十分严重。(3)提前启用或延长空调使用时间造成的能耗浪费。在使用时间管理上，部分业主无奈中选择重新布设空调专用线路到点集体拉闸的办法。(4)空调长时间不用（包括使用空调和不使用空调的季节），几乎没有人拔掉空调插头，空调待机能耗浪费严重。2、分体空调节电方案针对分体空调的种种浪费现象，力创科技设计了ZigBee智能空调节电控制器，实现了空调运行的实时监控，尤其是量化了空调能耗的计量、运行时间的计量以及运行温度的检测，并设计温度控制、定时控制、预付费控制以及远程遥控等多种灵活的节电策略供用户选择。(1)室温监测与报警控制。空调使用期间重点监控冬季空调运行温度过高和夏季空调运行温度过低现象。ZigBee智能空调节电控制器实时监测室内温度与设定温度比较，冬季室内温度高于设定温度值或夏季室内温度低于设定温度值时，控制器自动修正空调设定温度，使空调一直运行在设定区间内合理运行避免空调浪费。(2)无人空调监控。空调使用季节，重点监控班外（非工作）时间空调无人运行的浪费现象。设置ZigBee智能空调节电控制器定时控制功能，自动定时识别空调运行状态并自动遥控关闭空调运行，防止下班后忘记关闭空调。(3)空调禁用时锁闭控制器。对不常用房间的空调及禁用空调的季节，由上位机系统软件远程锁闭ZigBee智能空调节电控制器，禁止空调供电，此时控制器按键无法恢复空调供电，只能由上位机系统软件远程解锁后，方可恢复空调正常使用。(4)定额控制空调使用。ZigBee智能空调节电控制器实时计量空调的用电量和运行时间，并提供了预付费控制功能，由上位机系统软件设定空调的可用电量或用电时间，控制器按使用量自动减值计算，并可以显示屏查询或上位机查询；当剩余电量(或时间)不足设定值10%时蜂鸣器报警，当剩余电量(或时间)为0时，控制器可自动关闭空调并切断空调供电；上位机系统软件重新设定空调可用电量或用电时间(充值)后,控制器自动恢复空调供电。ZigBee智能空调节电控制器的定额管理功能，可地实现成本控制目标。六、空调节电效益分析1、假设条件(1)以机关单位作息时间为准：5天工作制、朝九晚五。(2)以山东地区气候为准设定空调使用时间冬季4个月，夏季3个月。(3)1.5P挂壁式分体空调器,夏季运行功率1000W，冬季1600W，待机功耗7W。(4)办公场所门窗通风及建筑保温均符合要求。2、采用ZigBee智能空调节电控制器，年节电量约564kWh。2.1空调待机能耗浪费，约占10%(1)空调使用期间待机时间：（120+90）*24-(120+90)*5/7*8=3840h(2)空调不使用期间待机时间：(360-120-90)*24=3600h待机能耗：7W*7440h=52kWh。2.2空调超温运行能耗浪费，约占50%(1)夏季空调设定温度24℃(比国家规定温度低2℃，多耗能约20%),浪费77kWh；如果设置温度更低，电力浪费更多。(2)冬季空调设定温度22℃(比国家规定温度高2℃，多耗能约25%),浪费206kWh；如果设置温度更高，电力浪费更多。2.3下班后忘记关闭空调的无人运行能耗浪费，约占30%因各种原因造成的忘记关闭空调下班的情况，按5%概率计算单台空调无人运行浪费164kWh.2.4提前启用或延长空调使用时间造成的能耗浪费，约占10%按夏季、冬季各多使用5天计算单台空调的能耗浪费65kWh.七、设计目标1、简单易用。(1)使用简单。不改变用户使用空调的习惯。由上位机系统设置，ZigBee智能空调节电控制器自动运行，无需手动设置。(2)安装简单。挂壁式分体空调选用86面板式空调控制器，直接与原16A面板插座一对一替换；柜机式分体空调选用导轨式空调控制器，外置导轨式安装的交流接触器，与原微型断路器并排安装，整齐美观。(3)组网调试简单。无线通讯，一键注册，自动分配ID，自动组网，自动路由，降低工程成本和实施周期。(4)系统集成简单。配套采集软件和数据库，开放数据库字典，缩短设备兼容周期。(5)运行稳定。上电自检，双轨数据传输，遇到干扰自动路径修复。2、安全节能。(1)ZigBee智能空调节电控制器外壳采用阻燃工程塑料；面板式ZigBee智能空调节电控制器通过3C认证，安全可靠。(2)ZigBee智能空调节电控制器具备过流、蜂鸣报警、跳闸保护功能。(3)ZigBee智能空调节电控制器采用低功耗芯片和元器件，运行功耗低，单台控制器全年功耗约3度电。(4)本地手动开关，随时切断设备供电，无需经常插拔电源插头。(5)多种节电控制策略可选。3、免维护设计。