中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置的製作方法

2023-05-27 13:28:01

專利名稱：中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空氣調節的控制裝置。更具體地說，本實用新型涉及一種應用於中央空調風機盤管的智能溫控、高精度電動動態水流量平衡、計算機聯網監控計費三項技術集成一體化的裝置。
背景技術：
樓宇中央空調運行耗能佔建築總耗能的65％左右，但我們在實際使用中央空調時存在大量的能源浪費現象，這其中固然有用戶節能意識淡薄、收費體制不合理等因素引起，但主要原因還是因為我們的設計、施工與設備運行管理規範的落後。如果不提高空調系統的控制技術水平、而一味地追求空調冷熱量的計量收費，這顯然是將自身技術水平落後造成的浪費轉嫁給了消費者。因此，如何貫徹執行節能環保、高效自然的中央空調末端控制技術，已日益引起人們的重視。
為了可持續發展的需要，必須將中央空調的風機盤管智能溫控技術、計算機聯網冷熱量計量技術和空調水力平衡技術保持整體協調、一致發展。
目前無網絡通訊功能的風機盤管溫控技術已經十分成熟，大量使用的室內溫控器普遍採用製冷/制熱模式手動切換、風機三速手動模式切換，電動二通閥根據房間溫度判斷實現自動開關控制。但是，這類室內溫控器一旦需增加一些聯網通訊功能時其價格將十分昂貴，難以推廣普及應用。
風機盤管冷熱量計量的最新技術可以分成三大類①運行時間累計積算法目前基於這種方法的專利技術與產品很多，但是它的計量精度十分低，沒有真正意義上的溫差與流量的測量裝置，且空調系統隨季節負荷變化沒有任何計量修正的科學依據。當空調水力不平衡時計量誤差將更大，同時也造成能源的極大浪費。②風側溫差流量積算法這種方法以熱工理論的經驗公式為基礎，通過測量空氣側的風量、空氣焓差來反推計算水側的冷/熱量，該方法理念新穎，設計獨特，理論可行，已有多項發明專利。但是裝置過於複雜，可靠性低、難以產業化推廣和普及應用。③水側溫差流量積算法這種計量方法理論上十分完善，精度高，運行可靠，目前有很多成熟的系列化產品。基於這種原理的冷熱量計量表主要由流量傳感器、配對溫度傳感器和積算器三部分組成。按流量傳感器形式的不同，這類能量表還分為機械葉輪式、電磁式和超聲波式三種。其中機械葉輪式熱量表是通過葉輪機械的轉速換算成水的流量，按內部結構由易到優又可分為單流束式、多流束式和標準機芯多流束式三種。因機械葉輪式熱量表中有微型轉動部件，對水介質的要求較高，並要求配套安裝過濾器以防備雜質對表的損傷。這一類能量計量表測量原理和結構相對簡單、價格低廉、精度一般，目前已經大量應用在風機盤管的計量中。而超聲波式和電磁式的小口徑能量表因價格、技術等諸多因素的制約而很少應用於風機盤管的末端計量。
根據誤差理論分析，這種小口徑機械葉輪式能量表計的測量精度主要依賴於水流量的測量精度與配對溫度傳感器的溫差測量精度，其中測量流量的運動部件容易因損壞、堵塞而影響計量精度；水溫差的測量採用熱電阻傳感器(如普通PT500或PT1000系列的精度約為0.25℃)並通過兩路變送計算得到溫差值，精度一般，且熱電阻傳感器溫度測量的一致性較差，當其中一個傳感器發生上偏差、另一個傳感器發生下偏差時，溫差測量的相對精度將會更低，畢竟中央空調冷水系統的水溫差設計計算規範只有5℃，當系統測量存在0.5℃溫差時熱量的誤差將達到10％。同樣地，當空調盤管水系統的水力不平衡時，不僅會造成能源的大量浪費，而且因過流還會引起方法③、②的計量誤差增大，表計壽命縮短、和流動噪聲的增加。
如果在風機盤管系統的水管上將電動二通閥、流量平衡閥、能量計量表全部安裝，不僅現場空間不允許，而且工程造價還會大幅增加。
目前公知的還沒有發現一種應用於空調風機盤管的智能溫控、高精度電動動態水流量平衡、計算機聯網計費三項技術一體化的系統集成裝置。

發明內容
本實用新型的主要目的在於克服現有技術中的不足，提供一種中央空調末端智能溫控與聯網計費的集成裝置。
為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的本實用新型提供了一種中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置，包括室內溫控器1、電動二通閥2、數字溫度傳感器3、和風機盤管接線端子5，還包括集控盒4、數據遠程採集單元RTU6、RS-232到RS-485/422的轉換器7和個人計算機8，其中室內溫控器1、電動二通閥2、數字溫度傳感器3、集控盒4和風機盤管接線端子5組成溫控末端智能單元100，室內溫控器1分別與風機盤管接線端子5和集控盒4相連接；室內溫控器1通過集控盒4中的繼電器連接電動二通閥2，對其進行開關控制；數字溫度傳感器3與集控盒4相互連接；每個溫控末端單元均通過集控盒4連接在數字單線總線上，並通過數字單線總線連接到數據遠程採集單元RTU6；所有的數據遠程採集單元RTU6均並聯接在RS-485總線或CAN總線上，並通過總線連接至轉換器7，RS-232到RS-485/422的轉換器7與個人計算機8連接，將所有的數據信息通過總線方式傳送到個人計算機8。
所述集控盒4是由普通繼電器標準產品和接線端子排標準產品組成的裝置接線盒。
所述電動二通閥2包括電動閥體201、閥芯202、閥杆203、閥蓋204和電動執行器205，所述電動閥體201還連接一個流量控制閥組件，包括流量控制閥體207、流量控制閥芯206、彈簧210和壓緊圈211，壓緊圈211連接於流量控制閥體207，將流量控制閥芯206和彈簧210依次壓緊固定於流量控制閥體207內。
所述流量控制閥組件還包括一個流量控制外筒209，流量控制閥芯206、彈簧210和壓緊圈211依次連接，流量控制外筒209在流量控制閥體207內，流量控制外筒209與流量控制閥體207之間有密封圈208。
流量控制閥芯206側面具有沿著流體流動方向逐漸放大的弧形水流通孔。
所述流量控制閥體207可以連接在電動閥體201出口或入口任意一側。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是1、本實用新型將「一線總線」(或稱「數字單總線」)網絡技術、溫控技術、冷熱量計量技術、高精度電動動態水流量平衡技術的一體化計算機系統集成。
2、利用標準的通用室內型溫控器輸出開關量信號控制風機盤管的三速風機與自動流量平衡功能電動二通閥的自動開關，控制室內的熱舒適性。
3、空調盤管水系統安裝高精度自動流量平衡功能電動二通閥後，當溫控器輸出開信號將該電動閥門開啟時，流經該風機盤管的水流量自動控制到設計流量，既不過流也不欠流，從而節約能耗、降低噪聲。
4、當自動流量平衡功能電動二通閥打開時，計算機同時開始自動能量積算與計量，其中溫差測量採用具有一致性很好的DALLAS半導體公司高精度數字溫度傳感器產品(例如DS1820、DS1821、DS1822、DS18B20)。
5、本實用新型的能量計量技術無需專門的測量流量傳感器，流量控制採用高精度機械彈簧自力式原理，這種特殊結構的能量計量精度與機械葉輪式能量表的精度相差無幾，但使用可靠、成本低廉。
6、本實用新型裝置將網絡計費與數據監視進行集成，計量準確、控制可靠、運行穩定，設計新穎、操作方便、安裝簡單、適應性好、價格極低廉。


圖1是本實用新型裝置的網絡拓撲結構示意圖；圖2是圖1中的集控盒4的電路接線示意圖。
圖3是圖2中電動二通閥2的結構示意圖。
具體實施方式
參考附圖1至3，下面將對本實用新型進行詳細描述。
具體實施例1提供了一種中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置，包括室內溫控器1、電動二通閥2、數字溫度傳感器3、和風機盤管接線端子5，，還包括集控盒4、數據遠程採集單元(RTU)6、RS-232到RS-485/422的轉換器7和個人計算機(PC)8，其中室內溫控器1、電動二通閥2、數字溫度傳感器3、集控盒4和風機盤管接線端子5組成溫控末端智能單元100，室內溫控器1分別與風機盤管接線端子5和集控盒4相連接；室內溫控器1通過集控盒4中的接線端子排連接電動二通閥2，對其進行開關控制；數字溫度傳感器3與集控盒4相互連接；每個溫控末端智能單元100均通過集控盒4連接在數字單總線上，並通過數字單線總線連接到數據遠程採集單元(RTU)6；所有的數據遠程採集單元(RTU)6均聯接在RS-485總線或CAN總線上，並通過總線連接至轉換器7。RS-232到RS-485/422轉換器7與個人計算機8連接，將所有的監測數據通過總線方式傳送到個人計算機8。
一個具有四口的RTU可以連接56支數字溫度傳感器3(如果按附圖2所示，一個集控盒4設計連接二支數字溫度傳感器3，那麼一個RTU可以連接28個集控盒)，而一個具有八口的RTU可以連接112支數字溫度傳感器3。所有的RTU均並接在RS-485總線上(也可以並接在CAN總線上)，一條RS-485總線並接的RTU數量可以達到16個。
利用RS-232到RS-485/422的轉換器7將所有的監測數據通過總線方式傳送到個人計算機(PC)8，從而實現了對所有測點的溫度數據、房間室內溫控器開關狀態進行數據採集和監測。
所述集控盒4是一個很普通的小裝置盒，參考集控盒4內的接線示意圖很容易製作。集控盒4包括了安裝機盒、220VAC/RELAY型普通繼電器(標準產品，如OMRON的MY2N型號)、接線端子排(標準產品)組成。通過繼電器控制數字溫度傳感器3的ON/OFF狀態。當數字傳感器處於OFF狀態時，PC機上讀取的溫度數據為零值，此時數字溫度傳感器3處於離線狀態；當數字傳感器處於ON狀態時，PC機上讀取的溫度數據為實際測量值，此時數字溫度傳感器3處於在線狀態，。
電動二通閥2包括電動閥體201、閥芯202、閥杆203、閥蓋204和電動執行器205，電動閥體還連接一個流量控制閥組件，所述流量控制閥組件包括流量控制閥體207、流量控制外筒209、流量控制閥芯206、彈簧210和壓緊圈211，流量控制閥芯206、彈簧210和壓緊圈211依次連接。壓緊圈211連接於流量控制閥體207，將流量控制閥體207、流量控制外筒209、彈簧210依次壓緊固定；流量控制外筒209在流量控制閥體207內，流量控制外筒209與流量控制閥體207中間有密封圈208。
流量控制閥芯206的側面具有沿著流體流動方向逐漸放大的弧形水流通孔。
流量控制閥體207可以連接在電動閥體201出口或入口任意一側。
當動流量平衡功能的電動二通閥2處於開啟狀態時，利用PC可以根據「水側溫差流量積算法」計算某盤管結點的瞬時冷/熱功率負荷，並對時間進行數值積分，累積計算出在某一段時間內的用冷量或用熱量，並分別進行不斷的定時存儲和刷新累計流量、累計冷量、累計熱量。具體如下PC機根據每個自動流量平衡功能電動二通閥的標定控制流量(即設計流量)與數字溫度傳感器測量溫差的乘積，經過單位換算修正後，得到流過該盤管的供冷或供熱瞬態負荷，再對時間進行數值離散積分，得到風機盤管在某一段時間內的當前耗冷量或當前耗熱量，計算出累計流量、累計冷量或累計熱量(分別存貯到所對應的數據結構體中)。
某盤管具體從t0時刻到時刻t的能量積分公式如下ENFCU＝∫0Cw·ρw·Qw·|ΔT|·dt其中各個符號的意義表示如下ENFCU盤管在從t0時刻到時刻t能量積分累計，單位為KwH；Cw單位轉換換算係數(程序給定值)；ρw冷/熱水的密度(程序給定值)；Qw自動流量平衡功能的電動二通閥出廠標定體積流量；|ΔT|供水溫度、回水溫度的溫差測量值，取絕對值；PC在數值積分累計的同時，按一定的時間周期規律將相關數據根據需要保存在外存(硬碟)中。
利用高級語言(C++)進行二次開發和組態，該系統集成裝置可以實現諸如集中抄表、分時段計費、系統監控、計費管理、收費管理、業主管理、能源效率統計等等功能，具體在軟體升級時不斷完善。
在實際的計量過程中，始終根據集控盒中的繼電器對電動二通閥的電壓進行探測，如果供水、回水的溫度傳感器均處於離線狀態，則判定用戶不用冷或不用熱。
本實施例各部件基本採用通用產品進行集成。
其中通用房間型室內溫控器屬於成熟產品(如SIEMENS的RAB10.1或RDF10.2型號)，它可以根據房間的溫度進行電動二通閥的開關控制，滿足室內熱舒適性的要求。具有自動流量平衡功能的電動二通閥系本發明人的專利產品，當室內溫控器將電動二通閥打開時，它通過機械自力式原理高精度控制盤管水流量的自動恆定，無需進行水流量的二次測量。以插入或者搭接方式安裝在供水、回水管道上的兩個數字溫度傳感器系DALLAS半導體公司通用產品，如DS18B20、DS1820S等型號的單線型數字溫度傳感器是最新的半導體一線器件，它體積小、適用電壓寬、經濟實用、一致性好，可以靈活輕鬆組建溫度傳感器總線型網絡拓撲，為測量系統的構建引入全新概念。當室內溫控器將自動流量平衡功能的電動二通閥打開時，通過並聯導線接通集控盒內的繼電器，該繼電器的無源觸點可將現場的兩個數字溫度傳感器直接與「一線總線」連通成在線狀態，其溫度信息以數字方式傳輸到數據遠程採集單元(簡稱RTU，也有通用型的成熟產品)，通過RTU將「一線總線」協議轉換成通用的RS-485或CAN協議。
利用乙太網串行埠伺服器標準產品(如ADVANTECH的ADAM-4571型號)可以將所有的RS-485串行設備直接連接到乙太網，作為一個乙太網結點來工作。通過TCP、UDP、IP、Socket、Winsock等技術，通用串行埠伺服器可直接應用於Microsoft Windows或Linux等不同的作業系統中，供監控電腦(PC)直接讀取數據，以實現計算機集中的能量計量積算、運行狀態監控等功能。或者也可利用標準埠轉換模塊產品(如ADVANTECH的ADAM-4520型號，這是一種帶隔離的RS-232到RS-485/422轉換器)將RS-485轉成RS-232後直接連接到計算機的RS-232埠中。
當室內溫控器輸出信號關閉電動二通閥時，兩個數字溫度傳感器與「一線總線」利用繼電器脫離總線，進入離線狀態，電腦無需進行該盤管的能量計量。
本實用新型利用高精度動態水流量平衡功能的緊湊型電動二通閥既能實現閥門的開關滿足室內熱舒適性要求，又能自動控制和平衡水流量。同時，本實用新型利用一對一致性很好的數字溫度傳感器在計算機網絡上直接測量供水、回水的溫度及它們的溫差，基於目前最成熟的「水側溫差流量積算法」原理進行能量計量積算，實現了高精度自動水流量平衡功能的電動二通閥與冷熱量計算機網絡計量、室內溫控與數據採集監視技術的裝置一體化。
本實施例創新性應用了DALLAS公司的單線型數字溫度傳感器「一線總線」產品，結合「高精度動態水流量平衡功能的緊湊型電動二通閥」、室內溫控器、計算機通用網絡產品等標準產品，實現了智能溫控、高精度電動動態水流量平衡、計算機聯網監控計費三項技術一體化的集成。
最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一個具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形，諸如所有的RTU可以掛接在乙太網串行埠伺服器標準產品中，利用乙太網(Ethernet)進行數據傳送；RTU還可以通過轉換模塊(如RS-485轉換成PROFIBUS、BACNET等)掛接到各種工業總線上。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求1.一種中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置，包括室內溫控器(1)、電動二通閥(2)、數字溫度傳感器(3)、和風機盤管接線端子(5)，其特徵在於，還包括集控盒(4)、數據遠程採集單元RTU(6)、RS-232到RS-485/422的轉換器(7)和個人計算機(8)，其中室內溫控器(1)、電動二通閥(2)、數字溫度傳感器(3)、集控盒(4)和風機盤管接線端子(5)組成溫控末端智能單元(100)，室內溫控器(1)分別與風機盤管接線端子(5)和集控盒(4)相連接；室內溫控器(1)通過集控盒(4)中的繼電器連接電動二通閥(2)，對其進行開關控制；數字溫度傳感器(3)與集控盒(4)相互連接；每個溫控末端單元均通過集控盒(4)連接在數字單線總線上，並通過數字單線總線連接到數據遠程採集單元RTU(6)；所有的數據遠程採集單元RTU(6)均並聯接在RS-485總線或CAN總線上，並通過總線連接至轉換器(7)，RS-232到RS-485/422的轉換器(7)與個人計算機(8)連接，將所有的數據信息通過總線方式傳送到個人計算機(8)。
2.根據權利要求1所述的中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置，其特徵在於，所述集控盒(4)是由普通繼電器標準產品和接線端子排標準產品組成的裝置接線盒。
3.根據權利要求1所述的中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置，其特徵在於，所述電動二通閥(2)包括電動閥體(201)、閥芯(202)、閥杆(203)、閥蓋(204)和電動執行器(205)，所述電動閥體(201)還連接一個流量控制閥組件，包括流量控制閥體(207)、流量控制閥芯(206)、彈簧(210)和壓緊圈(211)，壓緊圈(211)連接於流量控制閥體(207)，將流量控制閥芯(206)和彈簧(210)依次壓緊固定於流量控制閥體(207)內。
4.根據權利要求3所述的中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置，其特徵在於，所述流量控制閥組件還包括一個流量控制外筒(209)，流量控制閥芯(206)、彈簧(210)和壓緊圈(211)依次連接，流量控制外筒(209)在流量控制閥體(207)內，流量控制外筒(209)與流量控制閥體(207)之間有密封圈(208)。
5.根據權利要求3所述的中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置，其特徵在於，所述流量控制閥芯(206)的側面具有沿著流體流動方向逐漸放大的弧形水流通孔。
6.根據權利要求3至5所述的任意一種中央空調末端智能溫控與聯網計費集成裝置，其特徵在於，所述流量控制閥體(207)可以連接在電動閥體(201)出口或入口任意一側。
專利摘要本實用新型公開了一種空氣調節的控制裝置，旨在提供一種應用於中央空調風機盤管的智能溫控、高精度電動動態水流量平衡、計算機聯網監控計費三項技術集成一體化的裝置。本實用新型包括包括室內溫控器、電動二通閥、數字溫度傳感器、和風機盤管接線端子，還包括集控盒、數據遠程採集單元RTU6、RS－232到RS－485/422的轉換器和個人計算機，每個溫控末端單元均通過集控盒4連接在數字單線總線上，並通過數字單線總線連接到數據遠程採集單元RTU6；所有RTU6均並聯接在RS－485總線或CAN總線上，連接至轉換器，將所有的數據信息通過總線方式傳送到個人計算機8。本實用新型計量準確、控制可靠、運行穩定，設計新穎、操作方便、安裝簡單、適應性好、價格極低廉。
文檔編號F24F11/00GK2826261SQ20052001440
公開日2006年10月11日 申請日期2005年8月26日 優先權日2005年8月26日
發明者沈新榮 申請人:沈新榮