專利名稱：一種大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)時(shí)能效控制裝置，特別是涉及工廠或者商住樓宇的大型空調(diào)冷水機(jī)組的實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
通常中央空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組的電耗占整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的50%以上。對于常年運(yùn)行的中央空調(diào)系統(tǒng)，通常一臺達(dá)到500冷噸(1冷噸為美制冷量單位，1冷噸=3. 516KW工制冷量)，大型螺桿或離心式冷水機(jī)組年運(yùn)行電費(fèi)可以達(dá)到100萬人民幣，能耗開支巨大?？照{(diào)主機(jī)的運(yùn)行能效正常范圍如下風(fēng)冷活塞機(jī)0. 8-1. 5KW/RT水冷活塞機(jī)0. 6-1. 0KW/RT水冷螺桿機(jī)0. 4-0. 80KW/RT水冷離心機(jī)0. 4-0. 75KW/RT變頻離心機(jī)0. 25-0. 75KW/RT500冷噸大型離心式冷水機(jī)組的運(yùn)行電費(fèi)情況如表1所示。由表1可見，冷水機(jī)組較小的能效偏差就導(dǎo)致電費(fèi)的極大浪費(fèi)，保持制冷機(jī)組的高效率可大幅度節(jié)省電費(fèi)，冷水機(jī)組的能效監(jiān)測是空調(diào)節(jié)能的首要解決問題。表 1
項(xiàng)目單位良好情況一般情況較差情況設(shè)備容量USTR(TON)500500500年平均冷量USTR(TON)400400400年平均能效KW/T0N< 0. 60. 65> 0. 7年運(yùn)行小時(shí)H500050005000年運(yùn)行電耗KWH120000013000001400000電費(fèi)單價(jià)RMB 元 /KWH0. 90. 90. 9年運(yùn)行電費(fèi)RMB元108000011700001260000能耗對比百分比-7. 7%0. 0%7. 1%電費(fèi)節(jié)省RMB元-90000083571 目前，市場上還沒有一個(gè)便捷獨(dú)立的裝置能實(shí)時(shí)監(jiān)測和跟蹤制冷機(jī)組的能效，并診斷出目前冷水機(jī)組低能效的問題，從而幫助運(yùn)行操作管理者簡單方便持續(xù)地保持設(shè)備的高效性能。一些樓宇集成系統(tǒng)雖然對整個(gè)冷水機(jī)組總的制冷量進(jìn)行測量跟蹤，但那是根據(jù)中央空調(diào)的負(fù)荷需求從而自動調(diào)節(jié)運(yùn)行設(shè)備，并未對冷水機(jī)組及設(shè)備進(jìn)行能效檢測分析及診斷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對冷水機(jī)組設(shè)備的能效監(jiān)測并自動分析診斷各類低能效問題，提供一種大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效的監(jiān)測、計(jì)量、分析診斷及自動優(yōu)化設(shè)定的裝置，有效節(jié)省電能。本實(shí)用新型通過采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置，包括制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組、冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組、室外溫濕度采集元件組、電柜、制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器、制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器和電腦；設(shè)備制冷量和溫度采集元件組由多組傳感器組成；每組傳感器由四個(gè)溫度傳感器和一個(gè)流量傳感器組成，四個(gè)溫度傳感器分別安裝在制冷機(jī)組冷凍和冷卻進(jìn)、出水管檢修閥內(nèi)，流量計(jì)安裝在制冷機(jī)進(jìn)水管或出水管的檢修閥內(nèi)；冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組由電流互感器或電壓互感器與帶RS485通訊接口的電量表組成；電流互感器或電壓監(jiān)測點(diǎn)裝在低壓配電柜中每臺制冷主機(jī)的電源開關(guān)之后，電流互感器、電壓檢測線再與電量表相連接；室外溫濕度元件組由多個(gè)一體式溫濕度傳感器組成，分別安裝在大型空調(diào)冷水機(jī)組的建筑物外；電柜包括觸摸工控機(jī)、電量采集模塊、信號采集處理裝置、信號轉(zhuǎn)換模塊和網(wǎng)絡(luò)接口 ；電量采集模塊依次通過信號采集處理裝置與信號轉(zhuǎn)換模塊與觸摸工控機(jī)連接，觸摸工控機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接口與電腦連接；信號采集處理裝置與制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組、 室外溫濕度采集元件組、制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器和制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器連接；電量采集模塊與冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組連接。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的，所述信號采集處理裝置優(yōu)選為數(shù)字控制器。所述信號采集處理裝置優(yōu)選由信號采集模塊和信號輸出模塊連接組成，信號采集模塊分別與制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組和室外溫濕度采集元件組連接；信號輸出模塊分別與制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器和制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器連接， 信號輸出模塊還與信號轉(zhuǎn)化模塊連接。所述監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置還包括局域網(wǎng)、部門PC機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動辦公PC機(jī)；電腦通過局域網(wǎng)與部門PC機(jī)連接；電腦還通過互聯(lián)網(wǎng)與移動辦公PC機(jī)連接。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本實(shí)用新型能直觀準(zhǔn)確監(jiān)測、計(jì)量各制冷主機(jī)的能效(KW/T0N)，判別各制冷主機(jī)的能效性能，提供實(shí)時(shí)能效的優(yōu)化指引，從而達(dá)到節(jié)能管理維護(hù)的效果；(2)該裝置可根據(jù)測量到的室外溫濕度自動設(shè)置制冷機(jī)的冷凍水出水溫度、根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間自動限制制冷機(jī)運(yùn)行電流負(fù)荷，從而達(dá)到節(jié)能降耗、延長設(shè)備壽命的目的。[0026](3)該裝置能同時(shí)適用于現(xiàn)場操作和監(jiān)測管理兩個(gè)層面的用戶使用，結(jié)合現(xiàn)有的通訊及網(wǎng)絡(luò)功能具有監(jiān)測平臺或自控系統(tǒng)雙向拓展性。(4)本實(shí)用新型匯集控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動安全預(yù)警與診斷技術(shù)、設(shè)備維護(hù)技術(shù)于一體，有效監(jiān)測和優(yōu)化冷水機(jī)組的運(yùn)行能效，減少人為操作失誤或系統(tǒng)及設(shè)備異常導(dǎo)致的故障和能源浪費(fèi)。

圖1為大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的電柜的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3為圖1中的電柜的另一種結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖4為圖1大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置拓展示意圖。圖5為實(shí)施實(shí)時(shí)能效監(jiān)測診斷與運(yùn)行工況的優(yōu)化調(diào)節(jié)流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式表達(dá)的范圍，凡是根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)行技術(shù)方案等同的變換， 都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。如圖1所示，一種大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置包括制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組1、冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組2、室外溫濕度采集元件組3、 電柜4、制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器5、制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器6和電腦7 ；冷水機(jī)組設(shè)備制冷量和溫度采集元件組1和冷水機(jī)組設(shè)備功率和電耗采集組2、室外溫濕度采集元件組3分別與電柜4信號連接，電柜4與電腦7信號連接，同時(shí)電柜4又與制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器5、制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器6連接。設(shè)備制冷量和溫度采集元件組1由多組傳感器組成；每臺制冷機(jī)組設(shè)有相同的傳感器組；每組傳感器由四個(gè)溫度傳感器和一個(gè)流量傳感器組成，四個(gè)溫度傳感器分別安裝在制冷機(jī)組冷凍和冷卻進(jìn)、出水管檢修閥內(nèi)，流量計(jì)安裝在制冷機(jī)進(jìn)水管或出水管的檢修閥內(nèi)；采集每臺制冷主機(jī)的冷凍進(jìn)水溫度、冷凍出水溫度、冷卻進(jìn)水溫度、冷卻出水溫度和冷凍水流量。常規(guī)的樓宇自控系統(tǒng)是對通過采集冷凍水總管的流量和進(jìn)出水溫度實(shí)現(xiàn)整個(gè)冷水機(jī)組制冷量進(jìn)行測量跟蹤。本實(shí)用新型分別采集每臺制冷主機(jī)的冷凍進(jìn)水溫度、冷凍出水溫度、冷卻進(jìn)水溫度、冷卻出水溫度和冷凍水流量，能夠有效判斷制冷主機(jī)的能效， 制冷主機(jī)的能耗在冷源系統(tǒng)中比重最大，而制冷主機(jī)的能效隨著使用時(shí)間的長短、保養(yǎng)工作成效等因素波動很大，如果有效判斷制冷主機(jī)的能效即能通過能效優(yōu)先原則投入設(shè)備運(yùn)行，能效得到最佳優(yōu)化。冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組由電流互感器或電壓互感器與帶RS485通訊接口的電量表組成；電流互感器或電壓監(jiān)測點(diǎn)裝在低壓配電柜中每臺制冷主機(jī)的電源開關(guān)之后，電流互感器、電壓檢測線再與電量表相連接。室外溫濕度元件組由多個(gè)一體式溫濕度傳感器組成，分別安裝在大型空調(diào)冷水機(jī)組的建筑物外；用來測得室外溫濕度，作為設(shè)置冷凍水出水溫度、進(jìn)行節(jié)能控優(yōu)化控制的信號源。[0038]冷水機(jī)組的制冷量Q計(jì)算原理如下Q = C*L* Δ T (Kff)；C-水的比熱 4. 1868KW*S/ (KG*°C ) ；L-冷凍水流量 L/S (升 / 秒)； Δ T-冷凍水進(jìn)出水溫度差(°C )3. 516KW = ITON (USTR 美制冷量單位)；冷水機(jī)組的能效E計(jì)算公式如下E = P/Q (Kff/ΤΟΝ)；P-總輸入功率KW ;Q-制冷量TON(USTR)；如果采用的是功率計(jì)采集，冷水機(jī)房的能耗統(tǒng)計(jì)KWH電量模塊的功率和累計(jì)電量信號，這樣能盡量保證耗電量計(jì)量的準(zhǔn)確性。電柜4是采集信號處理中心。如圖2所示，電柜4包括觸摸工控機(jī)41、電量采集模塊42(SMT18N4，北京斯達(dá)森電氣有限公司)、信號采集模塊43(KL-M4118，昆侖工控)和信號輸出模塊44 (KL-M4228，昆侖工控)、信號轉(zhuǎn)換模塊45 (JR485，昆侖工控)和網(wǎng)絡(luò)接口 46。 如圖3所示信號采集模塊43和信號輸出模塊44可以用數(shù)字控制器47(P0L635，西門子) 代替；電量采集模塊42、信號采集模塊43和信號輸出模塊44自帶的RS485物理接口，各個(gè) RS485物理接口經(jīng)過RS485總線連接到信號轉(zhuǎn)換模塊45，信號轉(zhuǎn)換模塊45連接到觸摸工控機(jī)41上的RS232物理接口。信號采集模塊43與制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組1和室外溫濕度采集元件組3連接；信號輸出模塊44分別與制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器 5和制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器6連接；電量采集模塊42與冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組2連接；信號轉(zhuǎn)換模塊45把所有采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給觸摸工控機(jī) 41使用，觸摸工控機(jī)41內(nèi)設(shè)MCGS嵌入版組態(tài)軟件，由組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)整個(gè)冷水機(jī)組的能效測量和跟蹤顯示，從而為空調(diào)冷水機(jī)房管理者提供實(shí)時(shí)能效數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，與此同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)耗電統(tǒng)計(jì)，關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)顯示和歷史查詢。同時(shí)，通過觸摸工控機(jī)41 可控制信號輸出模塊44，實(shí)現(xiàn)通過觸摸屏可對制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器進(jìn)行冷凍水出水溫度手動或自動設(shè)置；對制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器6進(jìn)行運(yùn)行電流負(fù)荷手動或自動設(shè)置，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、延長設(shè)備壽命的目的。電腦7可采用普通帶網(wǎng)卡的PC機(jī)，安裝專業(yè)的能效管理軟件，軟件功能要求與工控機(jī)的組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫接口，同時(shí)支持以太網(wǎng)功能。觸摸工控機(jī)41為帶觸摸功能的工控機(jī)，主要功能是現(xiàn)場顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，并提供實(shí)時(shí)能效值異常報(bào)警提示，方便現(xiàn)場操作人員操作，通過組態(tài)軟件兼容通用自控系統(tǒng)；電腦7則是能效裝置系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，通過專業(yè)的能效管理軟件儲存和分析數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化指引和管理報(bào)表功能，支持以太網(wǎng)功能。如圖4所示，大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測診斷和優(yōu)化調(diào)節(jié)裝置的拓展功能系統(tǒng)還包括局域網(wǎng)8、部門PC機(jī)9、互聯(lián)網(wǎng)10和移動辦公PC機(jī)11。電腦7通過局域網(wǎng)8與部門PC機(jī)9連接；電腦7還通過互聯(lián)網(wǎng)10與移動辦公PC機(jī)11連接。電柜4還可與其他控制系統(tǒng)通過擴(kuò)展的工控通訊連接。本裝置實(shí)時(shí)能效監(jiān)測診斷裝置實(shí)施具體應(yīng)用流程如圖5所示冷水機(jī)組設(shè)備制冷量和溫度采集元件組1、冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組2和室外溫濕度采集原件組3的采集信號，通過信號轉(zhuǎn)換模塊45 (JR480將模擬量信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，由內(nèi)設(shè)MCGS嵌入版版組態(tài)軟件和組態(tài)軟件的觸摸工控機(jī)41通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)整個(gè)冷水機(jī)組的制冷量、耗電量及能效測量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，如果發(fā)生能效數(shù)據(jù)超過預(yù)先設(shè)置值則報(bào)警提示，并且可手動或者自動對制冷機(jī)冷凍水出水溫度和運(yùn)行電流負(fù)荷進(jìn)行設(shè)置，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)時(shí)優(yōu)化的節(jié)能降耗目的。電腦7安裝開發(fā)定制的能效管理軟件， 工控機(jī)的組態(tài)軟件將實(shí)時(shí)及短期貯存數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥苄Ч芾碥浖ㄟ^能效管理軟件長期儲存和分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、分析診斷、優(yōu)化指引、自動報(bào)表和維護(hù)管理等功能，并支持以太網(wǎng)功能。 現(xiàn)場的冷水機(jī)房操作人員可以通過現(xiàn)場電柜4上的帶觸摸功能工控機(jī)人機(jī)界面直接查看冷水機(jī)組的能效參數(shù)，如制冷量、電功率和能效值等；當(dāng)能效參數(shù)超過預(yù)警設(shè)定值時(shí)，人機(jī)界面即出現(xiàn)報(bào)警提示，操作人員可以現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)即時(shí)處理能效問題，同時(shí)電腦7對運(yùn)行能效數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和記錄、系統(tǒng)或設(shè)備的深度優(yōu)化診斷、并提供各種圖文管理報(bào)表， 指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員執(zhí)行能效優(yōu)化調(diào)節(jié)或維護(hù)策略，從而保持冷水機(jī)組及設(shè)備能效持續(xù)優(yōu)化。
權(quán)利要求1.大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置，其特征在于包括制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組、冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組、室外溫濕度采集元件組、電柜、制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器、制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器和電腦；設(shè)備制冷量和溫度采集元件組由多組傳感器組成；每組傳感器由四個(gè)溫度傳感器和一個(gè)流量傳感器組成，四個(gè)溫度傳感器分別安裝在制冷機(jī)組冷凍和冷卻進(jìn)、出水管檢修閥內(nèi)， 流量計(jì)安裝在制冷機(jī)進(jìn)水管或出水管的檢修閥內(nèi)；冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組由電流互感器或電壓互感器與帶RS485通訊接口的電量表組成；電流互感器或電壓監(jiān)測點(diǎn)裝在低壓配電柜中每臺制冷主機(jī)的電源開關(guān)之后， 電流互感器、電壓檢測線再與電量表相連接；室外溫濕度元件組由多個(gè)一體式溫濕度傳感器組成，分別安裝在大型空調(diào)冷水機(jī)組的建筑物外；電柜包括觸摸工控機(jī)、電量采集模塊、信號采集處理裝置、信號轉(zhuǎn)換模塊和網(wǎng)絡(luò)接口 ； 電量采集模塊依次通過信號采集處理裝置與信號轉(zhuǎn)換模塊與觸摸工控機(jī)連接，觸摸工控機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接口與電腦連接；信號采集處理裝置與制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組、室外溫濕度采集元件組、制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器和制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器連接；電量采集模塊與冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述信號采集處理裝置為數(shù)字控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述信號采集處理裝置由信號采集模塊和信號輸出模塊連接組成，信號采集模塊分別與制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組和室外溫濕度采集元件組連接；信號輸出模塊分別與制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器和制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器連接，信號輸出模塊還與信號轉(zhuǎn)化模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置， 其特征在于所述監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置還包括局域網(wǎng)、部門PC機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動辦公PC機(jī)； 電腦通過局域網(wǎng)與部門PC機(jī)連接；電腦還通過互聯(lián)網(wǎng)與移動辦公PC機(jī)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大型空調(diào)冷水機(jī)組實(shí)時(shí)能效監(jiān)測和診斷調(diào)節(jié)裝置，包括制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組、冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組、室外溫濕度采集元件組、電柜和電腦；電柜的電量采集模塊依次通過信號采集處理裝置與信號轉(zhuǎn)換模塊與觸摸工控機(jī)連接，觸摸工控機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接口與電腦連接；信號采集處理裝置與制冷機(jī)組制冷量和溫度采集元件組、室外溫濕度采集元件組、制冷機(jī)上冷凍水出水溫度設(shè)定寄存器和制冷機(jī)上運(yùn)行電流負(fù)荷限定寄存器連接；電量采集模塊與冷水機(jī)組設(shè)備功率或電耗采集組連接。本實(shí)用新型該裝置實(shí)時(shí)測量和跟蹤冷水機(jī)組的能效，實(shí)時(shí)監(jiān)測冷水機(jī)組的制冷量和消耗功率，為管理者提供能效管理標(biāo)尺、定量管理工具。
文檔編號F24F11/02GK202119048SQ20112019406
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者何春炳, 林光, 陽紅軍 申請人:廣州施杰節(jié)能科技有限公司