宿舍空调节能控制器及管理系论文

1、毕业设计 (论文)题目: 宿舍分体空调节能控制器及管理系统探讨 院 系: 站 点: 专 业: 工商企业管理 姓 名: 学 号: 指导教师: 华中科技大学远程与继续教育学院 2015 年 1 月毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）I宿舍分体空调节能控制器及管理系统探讨宿舍分体空调节能控制器及管理系统探讨摘摘 要要从 2007 年 8 月起，中央财政开始对十大重点节能技术改造工程实行“以奖代补”政策，每节约一吨标准煤中央财政将给予企业 200 元到 250 元的奖励。以政府带头，加企业快节能减排技术研发，加快节能减排技术产业化示范和推广，由此可见节能技 术将越来越受到企业的重视。而随着人类追

2、求舒适度的享受，以及全球上升的影响，空调使用量日益增加，使用频率越来越频繁，空调能耗将成为企业重要支出。尤其是安装分体式空调的集体宿舍，由于前期并未考虑节能措施，空调用电浪费非常之大，而仅通过人员管理很难达到节能效果。本文介绍了一种新型空调节能控制器及管理系统。它通过远程集中控制空调使用温度、开关机时间、非法操作记录等，降低了管理人员巡视时间人力成本，减少了空调使用时间，避免了因多人间宿舍无节能意识而无人关机的问题。关键词关键词：管理模式；节能控制器；节能管理系统；节能效益；毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）IIA Discussion dormitory controllers an

3、d air conditioning energy management systemAbstractFrom August 2007, the central government began to implement Yijiangdaibu ten key energy policy for technological transformation projects, saving a ton of coal per central government will give companies 200 yuan to 250 yuan reward. Government to take

4、 the lead, plus corporate fast energy saving technologies, speed up energy saving technology industrialization demonstration and promotion of energy-saving technologies will be seen more and more importance in enterprises. With the comfort of the human pursuit of enjoyment, and the impact of the glo

5、bal rise, increasing the amount of air-conditioning use, frequency of use and more frequent, air-conditioning energy consumption will become an important expenditures. Especially the installation of split air-conditioning dormitory, due to the early did not consider energy-saving measures, air-condi

6、tioning electricity waste is very large, but only difficult to achieve energy savings through personnel management. This paper introduces a new type of air-conditioning energy control and management systems. It does this by using a remote centralized control air conditioning temperature, switch time

7、, illegal operation records, reducing the time and labor cost management staff visits, reducing air conditioning usage time, avoiding the more dorms without awareness of energy issues and no shutdown. Keywords: Management Mode；Energy-saving controller；Energy management system；Energy efficiency毕毕 业业

8、设设 计计（ （论论 文）文）1目目 錄錄摘 要.IAbstract.II1 绪论.22 分体空调运行原理及管模式.32.1 分体空调运行原理.32.2 传统的管理模式 .52.3 新型管理模式.63 节能控制器及管理系统的应用.73.1 节能控制器的系统架构73.2 关键设备83.3 节电技术路线.104 节能效益分析与案例.124.1 节能效益分析.124.2 设备维护.134.2 存在问题点及解决方案.135 案例.146 总结与展望.157 致谢.268 参考文献.26毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）21 1 绪绪 论论目前我国供暖空调所消耗的能耗的能源总量已超过一次能源总量

9、的 20%，我国一次能耗总量约占世界总能耗的 11%。尽管目前人均耗量仅为世界人均耗量的 1/2，但若达到世界人均耗量水平，也将对世界能源带来严重影响。因此，一方面要不断改进空调产品性能，另一方面要不断发展空调控制与管理系统，方便使用企业对能源的控制管理。本论文所探讨的并非只是这样一套节能管理的设备，而是希望更多的企业能看到能源管理的重要性，让跟多的企业知道，节能管理也能为企业带来巨大的经济效益。节能不分大小，中国有 13 亿人口，如果每人每年节约 1 度电，它所带来的是将一个惊人的数字。节能不分技术高低，只要有节能意识，哪怕只是调低一下办公室电脑屏幕亮度，都是为节能事业贡献了一份力量。而分体

10、空调节能控制器及其管理系统，作为一个新兴产业，不但有创新的思维，先进的技术，未来还有非常大的发展空间，非常值得我们进行学习和探讨。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）32 2 分体空调运行原理及管模式分体空调运行原理及管模式2.12.1 空调运行原理空调运行原理首先让我们先来看看分体空调器的结构和工作原理吧，分体空调器一般都是采用机械压缩式的制冷装置，其基本的元件共有四件：压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置，四者是相通的，其中充灌着制冷剂（又称制冷工质） 。压缩机像一颗奔腾的心脏使得制冷剂如血液一样在空调器中连续不断的流动，实现对房间温度进行调节。空调分为室外机与室内机，而室内机一般有制冷

11、与制热两种模式。制冷时压缩机高压出口经过四通阀 1-2 到热交换器进行热交换，使过热蒸汽逐渐变成饱和蒸汽，进而变成饱和液体或过冷液体。通过毛细管节流降压后的制冷剂液体(混有饱和蒸汽)-到室外机截止阀(也称高压阀)进入室内机热交换器(蒸发器)，从周围介质吸热蒸发成气体，实现制冷。在蒸发过程中，制冷剂的温度和压力保持不变。从蒸发器出来的制冷剂已成为干饱和蒸汽或稍有过热度的过热蒸汽了。物质由液态变成气态时要吸热，这就是空调制冷。 室内机回气：回气管到室外机经由截止阀(也称低压阀或维修阀)进入消音器-四通阀 4-3 到压缩机低压回气侧完成制冷循环。制热时四通阀开闭状态与制冷是正好相反，流经的顺序是：压

12、缩机高压出口经四通阀 1-4 到消音器-截止阀(也称低压阀或维修阀)-室内机热交换器-回到室外机截止阀(也称高压阀)-毛细管-热交换器-四通阀 2-3 到储液器-压缩机低压侧。室外机的热交换器上的温度传感器（热敏电阻）用于制冷时检测热交换器的管道温度，如果温度异常升高则可计算出管道压力，进而把温度异常信号送给控制板，室外机的室外温度传感器（热敏电阻）主要用来检测室外环境温度。其工作原理如图 1.1所示。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）4 图 1.1 室外机工作原理图室内机主要部件是热交换器、风扇以及控制电路板组成，由风扇吸入室内空气经过铜管换热后吹入室内达到换热目的。而控制电路板分为

13、主电路控制板及红外接收控制面板，主电路控制板检测传感器热交换器温度，如制冷或制热时在一定时间内热交换器温度达不到所规定的管温，传感器会把不正常信号送给控制板进行分析，从而做出是否停机处理，进而保护压缩机，避免压缩机长时间高温运转。红外接收控制面板接收遥控器信号指令，发送至主电路控制板，把信号指令进行分析，从而控制空调输出温度及风量等，其工作原理如图 1.2 所示。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）5图 1.2 室外机工作原理图从上述原理可以看出，分体式空调是一个独立的封闭式的控制系统，不具备信号输出、网络连接以及远程控制等功能。2.12.1 传统的管理模式传统的管理模式空调是宿舍主要用

14、电设备，管理不好必然会造成管理费用过高，直接导致效益下滑；用电量过高导致节能目标无法实现；造成宿舍用电负荷过大影响正常供电；空调长时间过度使用缩短空调使用寿命。许多单位宿舍都相应制定了空调使用管理规定以及相应的管理措施，传统的管理模式一般分为以下两种：一种是从员工入手，定期对员工进行宣导加强员工的节能意识，每间宿舍张贴空调使用规定，要求员工开启温度设置和开启时间按规定执行，以及门窗关闭等相关规定，另外有的公司在冬季和夏季对用电量进行限定，规定每个员工每月的用电量，如有超过则需要加付电费等。一种是从宿舍管理人员入手，加强宿舍管理人员的巡查力度，对宿舍管理人员实行定岗定责。有的公司发现有违规使用空

15、调的员工会进行罚款处理，一些公司会在员工熟睡期间对整栋宿舍进行拉闸限电等措施。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）62.22.2 新型管理模式新型管理模式传统管理模式虽然在制度上制定的很完善，但执行效果难以令人满意，分析主要原因，大概有一下几种方面：（1）宿舍房间多，人手紧，不可能对空调的使用做到实时监控；（2）拉闸限电等方式对设备有损害，且易造成员工抱怨；（3）员工节能意识残次不齐，制度难以有效执行；那么如何解决以上问题，既能保证制度真正贯彻实施、解决宿舍管理人员巡视繁忙、人手紧缺等问题，又能达到高效的节能目的，新的管理模式孕育而生新的管理模式采用人机结合，安装节能控制器，采用系统软件

16、进行远程控制。新型管理模式需要具备以下功能：（1）具备远程控制和网络管理能力，连接网络平台可以进行网上操作，一部手机或电脑就可进行空调启停，温度要求设定等操作管理，不受地域和时间限制；（2）具备集中管理能力，可连接所有空调控制终端，即可批量设置参数，也可单独控制，对空调温度实时进行调整，不受季节、天气和认为等因素影响；（3）具备数据监测管理，对空调开机上线数量、故障报警等资料进行统计并记录，对房间温度自动进行监测，并对相关资料进行备案，可随时调用查看；（4）具备节能管理，可根据用户工作的规律性，设置多个管控时段，非运行时段，空调处于关闭状态，且手动或遥控器均控制无效，避免人为因素导致的脱控运行

17、；对室外温度实时监控，依据管理规定的相关要求进行自动控制；实时对用电量进行监测统计存档，可随时掌握节能效率。 以完善的制度为基础，采用人机结合、系统控制的自动化管理模式，是未来空调节能管理的发展趋势。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）73 3 节能控制器及管理系统的应用节能控制器及管理系统的应用3.13.1 节能控制器的系统架构节能控制器的系统架构通过互联网，把分散于宿舍各楼栋、不同楼层、不同房间的空调机进行组网，从而实现集中监控，系统把受控房间的室内温度、分体空调系统运行的能耗等各项数据，集中送到互联网服务器，并生成管理所需的各种表格，管理人员可登陆互联网服务器，对每一台空调进行实时

18、控制和管理，让每一台分体空调机在任何时间的运行状态，都完全受控，从而避免浪费电力现象的发生。 其组网图如下：图 1.3 系统架构连接图网络特点：（1）自动入网。上电后，节点可以自动寻找网络入网。（2）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。（3）自动分配地址。节点入网后，网络中心协调器按顺序分配节点设备 ID。（4）数据自动广播。网络转换器收到数据，会自动继续转发。（5）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。（6) 抗干扰、电力载波通讯。 毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）83.23.2 关键设备关键设备3.2.1.管理中心管理中心由服务器

19、、PC 主机与软件组成，能够显示空调状态（房间号、温度、时间、制冷模式等）信息，也能够远程控制空调的开关、调节空调的温度和使用时间设置，可以实现时序调度事件、读取数据记录、监视事件和报警应答等操作。供监控人员监控网络运行状况、查看组网状况（q 值、路由状况、通信成功率） 、执行诸如发起组网命令等多种功能，监控人员凭此可及时了解网络的通信状况，及时调整网络转换器的各项配置；软件还可为受控装置提供集中的网络访问、控制和安全性检查，可以根据需要随时添加、移除、删除和更改受控装置和目标设备的设置。通过空调监控系统软件，可以定期访问每个 FN-AC-A-M01 产生的数据，及时处理报警信息，管理软件负责

20、将新的或临时调度程序立即下载到各个 FN-AC-A-M01 中去，还可以对单灯控制器进行升级等。软件采用 C/S 架构，运行环境为 Windows 操作系统，同时支持.net 运行环境。监控系统软件为 FN-AC-A-M01 集中控制器的配套产品，在与 FN-AC-A-M01 等集中控制器产品配合使用的情况下，可用于空调控制控制、热水器等多种系统应用3.2.2.集中控制器（FN-AC-A-M01）集中控制器 FN-AC-A-M01 的主要功能有：路灯时序调整、数据记录、报警处理和发送。时序调度应用程序允许按照管理中心设置的时序来控制路灯，可以根据日期、时间和事件来调节空调的动作；数据记录应用程

21、序记录节能控制器的电流、电压、电能累积等数据活动，并可用来进行趋势分析、报告和应用分析；报警应用程序提供识别、通告和记录路灯报警状况的手段，节能控制器产生报警后，可以设 FN-AC-A-M01收到报警信息、识别错误和报警状态并确认报警成立后，将报警发送到管理中心或发送 E-Mail 到指定的邮件里，也可以发送短消息到手机。FN-AC-A-M01 集中器系统由硬件与软件两部分组成。硬件部分可分为 ECC-PLC、ECC-PS、 ECC-ARM 和 GPRS 模块四个主要模块。由载波板、电源板、ARM板、GPRS 模块组成的 ECC3000 中间管理单元，可以接到单相电力线上。ECC-PLC 是电

22、力线载波通讯的收发电路和以 RISE3301 芯片为核心的 PLC 协议栈处理部分，用于完成电力线载波通讯的所有功能。ECC-PLC 板和 ECC-ARM 板通过UART 口进行通讯。ECC-PS 为电源板，主要包含开关电源电路和耦合器电路两部分，与外部 220V AC连接，为整个系统提供电源；ECC-ARM 板为 FN-AC-A-M01 的嵌入式系统板，主要为毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）9嵌入式 LINUX 系统运行提供硬件资源和多个外设接口，并提供系统状态指示灯显示；GPRS 模块内部集成了 TCP/IP 协议，通过串口，可以方便地发送命令到 GPRS 模块、收发用户数据到服

23、务器。ECC3000 集中器内置应用程序提供了一整套丰富的功能，使得它即可连接管理中心也可以独立的工作而不需要 PC3.2.3.空调节能控制器空调节能控制器的主要功能有：控制空调开关、温度调节、时间控制、温度采集、湿度采集、计算电流电压功率以及功率因数等。单灯控制器功能主要由 MTN3301 模块实现，由以下单元组成：电力线载波芯片、电力线载波通信电路、照度探头电路、智能电子镇流控制器单通道调温器电路、电压、电流测量电路、电能测量电路、测温度电路、测湿度电路、手工操作开关和电源部分。通过 MTN3301，可以将一个通信节点动态配置为一个路由或普通节点，其出色的物理层性能和自动路由的特点为系统提

24、供了可靠的网络通信性能。3.2.4.基本功能本系统由管理中心（服务器、PC 主机与软件） 、集中控制器与节能控制器组成一套完整的、稳定的、可靠的运行系统，其基本功能如下：（1）本地查看：功率、累计用电量、累计用电时间，通断电状态，定时状态，室内温度，设备 ID，信号强度（2）指示灯与蜂鸣器：掌握设备运行状态（3）开关：本地开关控制电力输出（4）上电自检，掉电记忆高级管理功能：（1）远程指令控制实现警告性、节电性、强制性切断供电，强化用电管控（2）远程设置报警或保护参数，实现过流/过压声光报警或跳闸保护（3）远程设置分时段定时控制或倒计时（用电时间）控制管理（4）更多控制方式：温度控制、时间控制

25、、本地控制、远程控制通讯功能：远程抄读：累计用电量、累计用电时间、通断电状态及时间、通信信号强度，空调工作电压、电流、功率、功率因数，单次用电量、单次用电时间，室温。远程断电控制或下载控制参数，可联机运行，也可脱机运行毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）10性能指标：（1）工作电压：220V（2）额定电流：10A / 16A（3）静态功耗低于 0.4W，动态功耗低于 1.0W（4）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3.33.3 节电技术路线节电技术路线3.3.1 分体空调存在浪费的环节空调使用浪费主要有 4 个方面

26、：（1）空调使用时，设定温度超过国家规定办公场所等空调温度（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。对这一现象，现实中大量分体空调除一纸文件及集体拉闸管理以外并无好的管控方案。（2）空调使用季节，上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。（4）空调长时间不用（包括使用空调和不使用空调的季节） ，几乎没有人会拔掉空调插头，空调待机能耗浪费严重。3

27、.3.2 分体空调节电方案空调节能控制器具备远程集中控制功能，经远程设置使用温度和启用时间后，遥控器将无法直接控制空调，针对以上浪费现象具体节能方案如下：（1）室温监测与控制利用远程控制功能，将空调使用期间冬季温度上限设定在 20以下、夏季温度下限设定在 26以上，设定后空调开启期间遥控器只能控制限定内的温度，限定外的温度遥控器将无法控制。对室内温度进行实时监控，对于有员工破坏节能器后越过节能器直接接线而导致宿舍温度过高或过低现象。空调节能控制器监测室内温度与设定温度比较，如有异常节能控制器会发出警告利用无线网络发送给 PAD 然后上传服务器，管理者可远程警告性关断空调供电或惩罚性停用空调（在

28、压缩机工作时频繁断电会影响空调使用寿命） 。用户使用时按键启动为插座通电。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）11（2）空调使用时间锁定控制。根据管理规定，远程设定空调关闭的时段（可设置多个时段） ，设定后空调关闭不受遥控器控制，到时间点空调直接关闭并断电（消除空调长期待机能耗） ，且在空调关闭期间遥控器无法直接开启，在空调关闭管控时间段过了之后上电，但系统不会直接开启空调，开启空调需要员工使用遥控器开启，防止提前启用空调，也防止延长空调使用。（3）无人空调监控。空调使用季节，利用人体感应探头实时监控宿舍空调无人运行的浪费现象。如果宿舍内空调在运行一定时间内，人体感应探头未能感应到有人在

29、宿舍，系统将会关闭空调并上锁，并以警报提示，此宿舍员工如需继续使用空调需要在系统管理员处解锁，既能达到节能效果，又能提高员工节能意识。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）124 4 节能效益分析节能效益分析4.14.1 节能效益分析节能效益分析以 1.5P 壁挂式空调为例，以 1 年度为周期进行空调节电效益分析：4.1.1 假设条件（1）以宿舍普通员工作息时间为准：6 天工作制、白班和夜班各 8 小时。（2）以武汉的采暖时间为准设定空调使用时间夏天 120 天，冬天 60 天。（3）空调运行功率夏天 1.2KW，冬天 1.9KW。（4）宿舍所有门窗通风及建筑保温均符合要求。4.1.2.空

30、调使用能耗浪费（1）空调没有管控使用时间：因分白班和夜班，如果没有时间管控，基本上没有员工会自觉关闭空调，空调将会是 24 小时运行，压缩机一天运行时间为 60%，那么 1台空调年使用能耗为 1.2kw24h120+1.9kw24h60=619260%=3715kwh。（2）空调管控使用时间：经节能器管控后设定白夜班各使用 8 小时，那么 1 台空调年使用能耗为 1.2kw16h120+1.9kw16h60=412860%=2476kwh，每台空调依设定时间使用将会减少 1290KW.4.1.3.空调超温运行能耗浪费（1）夏季空调设定温度 25(低 1)将多耗电 1.2kw16h12010%=

31、230kwh；如果设置温度更低，电力浪费更多。（2）冬季空调设定温度 22(高 2) ,多耗电 1.9kw16h6020%=364kwh；如果设置温度更高，电力浪费更多。4.1.4.宿舍无人空调运行能耗浪费因各种原因造成的忘记关闭空调下班的情况比比皆是，按 5%概率计算单台空调的无人运行浪费：37155%=185kwh.4.1.5.提前启用或延长空调使用时间造成的能耗浪费按夏季、冬季各多使用 5 天计算单台空调的能耗浪费：524h1.9kw+ 524h1.9kw =360 kwh。以上可以看出经节能控制器控制后，1 台空调大约可以节约 2400 度电，按 0.6 元每度，一年可节约能耗费用 1

32、440 元。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）134.24.2 设备维护设备维护整套系统依靠网络运行，而节能控制器为单体小设备，无需进行维护，如果没有员工刻意破坏，将不会产生维护费用4.34.3 存在问题点及解决方案存在问题点及解决方案4.3.1.节能控制器防呆措施不佳，容易被员工恶意破坏。解决方案：（1）将节能控制器体积缩小，直接放入室内机内部进行控制；（2）如微缩技术无法短时间完善，可采用专用不锈钢盒将其密封，平配备专用螺丝防止员工拆卸。4.3.1.PAD 载波通讯有时会中断，空调无法及时开机。解决方案：安装独立控制箱，避免其他设备干扰。毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文）1

33、4 5 5 案例案例本案以富士康科技园武汉园区男生宿舍为例，该宿舍 2100 个房间，每个房间设计居住人数为 6 人，配置 1.5 匹分体空调、75 升热水器、两台风扇及其他小功率电器。2013 年住其宿人数约 7000 人，年耗电量约 1400000kwh，而空调用电量约为5600000kwh，占总用电量的 40%。2014 年部门主管加大管理力度，规范空调管理使用规定，加派人员巡查，并且冬季和夏季每天在员工熟睡期间将每层总电源拉闸后再送电等一系列措施，虽然成效显著，在人数相差不大的情况下，14 年男生宿舍全年能耗约 1230000 kwh，能耗下降 12%。但频繁的拉闸再送电对电源空开和空调等设备都存在一定损害，而且人力需求也相当大，长期使用此办法不可行，为此部门主管在走访其他企业和收集相关资料后决定，采用本节能控制器管理系统。2014 年 11 月公司男生宿舍 2100 个房间空调实施全面改造，一个月的时间将全部空调设备改造完成并在 12 月份开始投入使用。工程总投资额 135 万元人民币，公司前期无需投入一分钱，仅在节能系统投入使