云能源解决方案

Cloud Energy Solutions

分体式空调自控解决方案

通过对教室照明进行改造,实现按照人数、光照度、作息时间控制灯光照明,通过平台进行远程控制,达到用电节能目的。

    、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。

建筑用能精细化运行监管系统之“分体式空调器远程节电监控系统”,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、锁闭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器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。

分体式空调器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、节约型医院、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/T 29149-2012)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智能空调红外节电控制器应用

1. 测量

1.1 实时监测分体空调器的耗电量、运行时间:

n  实现空调使用定额管理;

n  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 实时监测使用分体空调器的室内环境温度:

n  落实国务院关于公共场所空调温度的规定。

2. 控制

2.1 温度控制:

n  实时监测室内温度,超过控制器设定温度值,管理者可通过上位机系统红外遥控调整空调设定温度,或红外遥控关机,乃至空调断电。可通过使用者现场手动送电、管理者远程遥控送电;恢复供电后,继续使用空调。

2.2 定时控制:

n  班外时间定时关机并停止为空调供电,上班时间自动为空调供电,消除空调待机能耗。停电和送电的时间由上位机设置。停电后使用者可以现场送电继续使用空调,

2.3 预付费控制:

n  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,自动关机并停止为空调供电;充值后控制器自动恢复供电,继续使用空调。

2.4 远程控制:

n  禁用空调时,远程锁闭控制器停止为空调供电。现场无法恢复空调供电;远程解锁后方可继续使用空调。

n  上位机软件系统联动关联信号,远程控制为空调通断电。

三、系统架构

系统架构一(空调节电监控系统)

ZigBee智能空调红外节电控制器通过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。

系统架构二(大型公建能耗监测系统)

ZigBee智能空调红外节电控制器通过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

p  自动入网。上电后,节点(ZigBee智能空调红外节电控制器)可以自动寻找网络入网。

p  自动登记信息。节点入网后,自动将自己的信息上报到网络中心协调点。

p  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

p  数据自动路由。中间节点收到数据,会自动继续转发。

p  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。

p  抗干扰。双轨传输。

三、关键设备

1ZigBee无线网关

ZigBee智能空调红外节电控制器数据通过ZigBee无线网关,接入RS485网络或局域网络。

p  接口及通讯波特率:RS485接口9600bps,或RJ45接口10Mbps

p  设备负载:支持50100200个从机设备

p  数据透传

p  供电电源:24VDC,1A

p  使用环境:温度-25℃~+75℃,湿度:<95%

2ZigBee智能空调红外节电控制器

DINGHUI®ZigBee智能空调红外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,红外遥控技术,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、本地与远程控制开关机或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

液晶显示,按键查看:有功功率、用电量、用电时间,剩余用电量(可选),控制状态。

p  远程抄读:室温,用电量、用电时间,剩余用电量(可选),控制状态,空调工作电压、电流、有功功率、功率因数。

p  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,空调开关机;

        远程启用智能节电控制器的控制功能、设置控制参数;

p  上电自检,掉电记忆

p  可联机运行,也可脱机运行

p  上位机通讯协议:MODBUS-RTU

性能指标

p  工作电压:85V265V

p  额定电流:16A / 20A

p  计量精度:1

p  静态功耗低于0.4W,动态功耗低于1.0W

p  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

p  每个设备均带中继路由功能,可作为节点中继

p  RF通讯参数:工作频段ISM 2.4GHz,发射功率100mW,接收灵敏度-90dBm

四、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1013%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,设计了ZigBee智能空调红外节电控制器,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) 室温监测与控制。

空调使用期间重点监控冬季运行温度过高和夏季运行温度过低现象。

ZigBee智能空调红外控制器监测室内温度,上位机系统通过与设定温度比较,可远程调整空调的运行温度,或远程空调关机、断电乃至惩罚性的锁闭禁用空调。

(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。

上位机系统通过ZigBee智能空调红外控制器监测空调运行状态,通过热释红外人体感应装置或其他信息判断如为无人空调运行状态,可远程控制空调关机并断电。

(3) 空调禁用时间锁闭控制。

冬季有集中供暖的房间配置的分体空调是禁止使用的,放假期间以及会议室等不常用场所的空调平时也是禁用的,对于分体空调启用时间也有严格的规定,对上述各种情况,管理者根据需要可通过上位机系统远程关闭空调并锁闭禁用,防止空调浪费,消除长期待机能耗。

(4) 定额控制空调使用,减少浪费。

ZigBee智能空调红外控制器实时计量空调用电量和运行时间,用于分室分户计量,可通过上位机软件实现科室定额管理,也可以通过控制器自带预付费实现空调用电的预算控制,精确实现成本控制目标。

关于预付费控制:由上位机系统软件设定空调的可用电量,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;当剩余电量不足设定值10%时报警,当剩余电量为0时,控制器自动空调关机并切断空调供电;上位机系统软件重新设定空调可用电量(充值),控制器自动恢复空调供电。

五、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智能空调红外节电控制器,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90*5/7*6h/d*20%*1000W=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120*5/7*6h/d*25%*1600W=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(90*5/7*16h*50%+90*2/7*24h*50%)*5%*1000W+(120*5/7*16h*70%+120*2/7*24h*70%)*5%*1600W=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5*5h*1000W+5*5h*1600W=65kWh.

六、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智能空调红外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智能空调红外节电控制器外壳采用阻燃工程塑料;面板式ZigBee智能空调红外节电控制器,安全可靠。

(2) ZigBee智能空调红外节电控制器具备过流、过压跳闸保护功能。

(3) ZigBee智能空调红外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。

4、明明白白消费,实实在在节能。

七、典型解决方案

7.1 ZigBee智能空调红外节电控制器

7.1.1功能介绍

1、测量

l  实时监测分体空调器的耗电量、运行时间:

l  实现空调使用定额管理;

l  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。

l  实时监测使用分体空调器的室内环境温度:

l  落实国务院关于公共场所空调温度的规定。

2、控制

l  温度控制:

l  实时监测室内温度,超过控制器设定温度值,管理者可通过上位机系统红外遥控调整空调设定温度,或红外遥控关机,乃至空调断电。可通过使用者现场手动送电、管理者远程遥控送电;恢复供电后,继续使用空调。

l  定时控制:

l  班外时间定时关机并停止为空调供电,上班时间自动为空调供电,消除空调待机能耗。停电和送电的时间由上位机设置。停电后使用者可以现场送电继续使用空调,

l  预付费控制:

l  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,自动关机并停止为空调供电;充值后控制器自动恢复供电,继续使用空调。

l  远程控制:

l  禁用空调时,远程锁闭控制器停止为空调供电。现场无法恢复空调供电;远程解锁后方可继续使用空调。

l  上位机软件系统联动关联信号,远程控制为空调通断电。

7.1.2功能特点

l  液晶显示,按键查看:有功功率、用电量、用电时间,剩余用电量(可选),控制状态。

l  远程抄读:室温,用电量、用电时间,剩余用电量(可选),控制状态,空调工作电压、电流、有功功率、功率因数。

l  控制:按键控制智能节电控制器电力输出;

l        远程遥控智能节电控制器电力输出,空调开关机;

l        远程启用智能节电控制器的控制功能、设置控制参数;

l  上电自检,掉电记忆

l  可联机运行,也可脱机运行

l  上位机通讯协议:MODBUS-RTU

7.1.3性能指标

l  工作电压:85V265V

l  额定电流:16A / 20A

l  计量精度:1

l  静态功耗低于0.4W,动态功耗低于1.0W

l  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

l  每个设备均带中继路由功能,可作为节点中继

l  RF通讯参数:工作频段ISM 2.4GHz,发射功率100mW,接收灵敏度-90dBm

7.2 ZigBee无线红外空调遥控器

7.2.1功能介绍

1、监控

l  实时监测分体空调器的运行时间:

l  实时监测使用分体空调器的室内环境温度:

l  落实国务院关于公共场所空调温度的规定。

2、控制

l  可以远程通过上位机实现普通遥控器的功能

7.3 ZigBee无线网关

ZigBee无线网关(RJ45接口)管理以它为管理中心的无线自组网及温控器等终端设备,负责建立网络,维护智能终端设备表、分配网络地址、管理设备的网络连接与断开,并将终端设备和上位机的数据透明传输,实现数据通讯;支持UDP、TCP模式;负载能力分50、100、200三个规格。

ZigBee无线网关,上行口为RS485接口,通讯波特率为9600bps;负载能力分50、100、200三个规格。

7.4.设备选型

空调远程控制节能产品清单

区域

产品名称

数量(只)

A1.2.3.4

ZigBee无线红外空调遥控器(柜机控制)

90

安装250路的网关

B2.3.4

ZigBee无线红外空调遥控器(柜机控制)

46

安装150路的网关

CDEF

ZigBee无线红外空调遥控器(柜机控制)

74

安装250路的网关

CDEF

ZigBee智能空调红外节电控制器(挂机控制)

21

 

ZigBee无线网关50路(RJ45接口)

5

可选不同接口

 

ZigBee无线网关50路(RS485接口)

 

 

备注:1.ZigBee智能空调红外节电控制器,除了红外遥控开关机、调温外,还具备用电的计量和通断电管理功能

     2.ZigBee无线红外空调遥控器仅具备开关机和调温功能

     3.建议按房间计量柜机

     4.考虑每个柜机安装1ZigBee通讯的带用电管理的电表,对于分户计量和用电控制非常有必要



成功案例

  • 案例一

  • 案例二

  • 案例三