一种中央空调系统节能诊断装置

技术领域

本发明专利属于空调节能控制技术领域，具体涉及一种中央空调系统节能 诊断装置。

背景技术

中央空调系统的运行能效水平与设计、施工质量和运行维护等因素均有着 直接的关系，但中央空调系统的运行过程中，往往缺乏运行节能诊断，导致中 央空调系统能效水平低，采用本发明开展节能诊断工作，可有效提高中央空调 系统能效水平，降低中央空调系统的运行费用。

发明内容

本发明针对上述的问题，提供了一种中央空调系统节能诊断装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种中央空调系统节能诊 断装置，包括监测主机和数据采集模块，所述监测主机包括硬件设备和节能诊 断软件，所述节能诊断软件根据能效参数模型进行设计，能够根据采集的参数 实时计算能效参数，并通过计算出的能效参数同规定值的对比判断中央空调系 统的能效水平；所述数据采集模块包括多个子模块，每个所述子模块均包括传 感器和数据采集仪，所述传感器将采集的原始数据通过信号线传输到数据采集 仪，所述数据采集仪进行原始数据一次处理，并将处理后的数据通过信号线传 输到监测主机，所述监测主机对接收的数据进行二次处理，从而得获得能效参 数。

作为优选，所述能效参数模型包括制热性能系数EERsys模型、制冷能效 比COPsys模型、水泵运行效率η模型和岩土冷热不平衡系数β模型。

作为优选，所述数据采集模块的多个子模块包括配电数据采集子模块和用 户侧数据采集子模块。

作为优选，所述配电数据采集子模块中的传感器包括电流传感器、电压传 感器，所述电流传感器、电压传感器安装在空调机组和水泵的配电电缆上；所 述配电数据采集子模块中的数据采集仪为三相电量采集仪，所述三相电量采集 仪输入端通过信号线与电流传感器和电压传感器连接，所述三相电量采集仪输 出端通过信号线与监测主机连接。

作为优选，所述用户侧数据采集子模块中的传感器包括温度传感器一和流 量传感器一，所述流量传感器一安装在用户侧出水主管路上，所述温度传感器 一安装用户侧进水和出水主管路上；所述用户侧数据采集子模块中的数据采集 仪为冷热量采集仪一，所述冷热量采集仪一输入端通过信号线与温度传感器、 流量传感器连接，所述冷热量采集仪一输出端通过信号线与监测主机连接。

作为优选，所述数据采集模块还包括源侧数据采集子模块，所述源侧数据 采集子模块中的传感器包括温度传感器二和流量传感器二，所述流量传感器二 安装在冷源或热源侧热量输送介质循环管路上，所述温度传感器二安装在冷源 或热源侧热量输送介质循环管路与热交换器两个接口处；所述源侧数据采集子 模块中的数据采集仪为冷热量采集仪二，所述冷热量采集仪二输入端通过信号 线与温度传感器连接，所述冷热量采集仪二输出端通过信号线与监测主机连接。

作为优选，所述监测主机的硬件设备包括存储器、处理器、显示器和通信 模块。

作为优选，所述数据采集仪进行原始数据一次处理是将原始数据经过处理， 获得建立能效参数模型的参数值。

作为优选，所述监测主机对接收的数据进行二次处理是监测主机对接收的 数据赋值到能效参数模型进行计算，再把计算值与能效参数规定值进行对比并 得出结论。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：各传感器将采集的原始 数据通过信号线传输到数据采集仪，数据采集仪将原始数据一次处理，并将处 理后的数据通过信号线传输到监测主机，监测主机对接收的进行数据二次处理， 从而得获得能效参数。通过能效参数同规定值的对比，判断中央空调系统的能 效水平，用于分析中央空调系统运行能耗影响因素，制定节能优化措施，从而 提高中央空调系统运行能效水平，降低运行费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍,图1为中央空调系统节能诊断装置构成图,图2为 实施例1提供的地源热泵中央空调系统结构原理图。

1—监测主机，2—配电数据采集子模块，3—源侧数据采集子模块，4—用 户侧数据采集子模块，21—三相电量采集仪一，22—三相电量采集仪二，31— 冷热量采集仪二，41—冷热量采集仪一，5—用户侧，6—地源热泵空调机组，7 —地埋管换热器，61—地源热泵空调机组一号换热器，62—地源热泵空调机组 二号换热器，8—用户侧出水主管道,9—用户侧进水主管道，10—地埋管换热器 出水主管道，11—地埋管换热器进水主管道。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和 实施例对本发明做进一步说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发 明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面 公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

一种中央空调系统节能诊断装置，如图1所示，包括监测主机1和数据采 集模块，监测主机1包括硬件设备和节能诊断软件，节能诊断软件根据能效参 数模型进行设计，能够根据采集的参数实时计算能效参数，并通过计算出的能 效参数同规定值的对比判断中央空调系统的能效水平；

数据采集模块包括多个子模块，每个子模块均包括传感器和数据采集仪， 传感器将采集的原始数据通过信号线传输到数据采集仪，数据采集仪进行原始 数据一次处理，并将处理后的数据通过信号线传输到监测主机1，监测主机1 对接收的数据进行二次处理，从而得获得能效参数。

能效参数模型包括制热性能系数EERsys模型、制冷能效比COPsys模型、 水泵运行效率η模型和岩土冷热不平衡系数β模型。

如图1所示，数据采集模块的多个子模块包括配电数据采集子模块2和用户 侧数据采集子模块4，源侧数据采集子模块3是可选择项，对地源热泵中央空调 系统、水源热泵中央空调系统和水冷机组中央空调系统是必须选项，其中水冷 机组中央空调系统源侧是冷却塔，源侧数据采集子模块3测量冷却塔环路。

配电数据采集子模块2中的传感器包括电流传感器、电压传感器，电流传感 器、电压传感器安装在空调机组和水泵的配电电缆上；配电数据采集子模块2中 的数据采集仪为三相电量采集仪，三相电量采集仪输入端通过信号线与电流传 感器和电压传感器连接，三相电量采集仪输出端通过信号线与监测主机连接。

如图1所示，用户侧数据采集子模块4中的传感器包括温度传感器一和流量 传感器一，流量传感器一安装在用户侧出水主管路上，温度传感器一安装用户 侧进水和出水主管路上；用户侧数据采集子模块4中的数据采集仪为冷热量采集 仪二31，冷热量采集仪二31输入端通过信号线与温度传感器、流量传感器连接， 冷热量采集仪二31输出端通过信号线与监测主机连接。

如图1所示，源侧数据采集子模块3中的传感器包括温度传感器二和流量传 感器二，流量传感器二安装在冷源或热源侧热量输送介质循环管路上，温度传 感器二安装在冷源或热源侧热量输送介质循环管路与热交换器两个接口处；源 侧数据采集子模块3中的数据采集仪为冷热量采集仪一41，冷热量采集仪一41输 入端通过信号线与温度传感器连接，冷热量采集仪一41输出端通过信号线与监 测主机连接。

监测主机1的硬件设备包括存储器、处理器、显示器和通信模块。

数据采集仪进行原始数据一次处理是将原始数据经过处理，获得建立能效 参数模型的参数值。

监测主机1对接收的数据进行二次处理是监测主机1对接收的数据赋值到 能效参数模型进行计算，再把计算值与能效参数规定值进行对比并得出结论。

举例：

如图2所示，本实施例中中央空调系统节能诊断装置用于地源热泵中央空 调系统，地源热泵中央空调系统以岩土体为冷热源，由地源热泵空调机组6、 地源热循环水泵、用户侧循环水泵、地埋管换热器7、用户侧5和管道等组成。 地埋管换热器7、地源热循环水泵和地源热泵空调机组一号换热器61由管道首 尾连接，组成地源侧环路；用户侧5、用户侧循环水泵和地源热泵空调机组二 号换热器62由管道首尾连接，组成用户侧环路。地源侧环路和用户侧环路为封 闭环路，循环介质为水。

当用户侧制冷时，地源热泵空调机组6通过地埋管换热器7向地下岩土体 排入热量；当用户侧制热时，地源热泵空调机组6通过地埋管换热器7向地下 岩土体吸取热量。岩土体主要发挥低品位热量的存储功能。地源热泵空调机组 6向岩土体排入和吸取的热量差距应在在一定范围之内。

地源热泵中央空调系统节能诊断装置包括：监测主机1、配电数据采集子 模块2、源侧数据采集子模块3和用户侧数据采集子模块4，硬件配置分别如表 1和表2，传感器安装位置如表3。监测主机1和各数据采集子模块具备标准的 RS485接口，并采用相同modbus通信协议，通过信号线的连接进行数据传 输。

表1监测主机配置

表2数据采集模块组成情况

表3传感器安装位置

如表1所示，监测主机1用于数据接收、存储、分析、显示和远程通信等 功能。监测主机1的硬件包括存储器、处理器、显示器和通信模块等。节能诊 断软件根据能效参数模型进行设计，并根据采集的数据实时计算能效参数，可 选的能效参数模型包括中央空调系统的制热性能系数EERsys、中央空调系统的 制冷能效比COPsys和岩土冷热不平衡系数β等。

(1)中央空调系统的制热性能系数EERsys

式中：EERsys-中央空调系统的制热性能系数；QSC-空调机组的制热量；∑Nic- 制热时空调机组消耗电量；∑Njc-制热时循环水泵消耗电量。中央空调系统的 制热性能系数EERsys与规定值对比，用于判断该能效参数的水平高低。

根据《公共建筑节能设计标准》，确定中央空调系统的制热性能系 数EERsys的规定值，中央空调系统的制热性能系数EERsys大于等于规定值时， 表示该能效水平较高，系统节能，反之系统不节能。

(2)中央空调系统的制冷能效比COPsys

式中：COPsys-中央空调系统的制冷能效比；QSH-空调机组的制冷量；∑Nih- 制冷时空调机组消耗电量；∑Njh-制冷时循环水泵消耗电量。中央空调系统的 制冷能效比COPsys与规定值对比，用于判断该能效参数的水平高低。

根据《公共建筑节能设计标准》，确定中央空调系统的制冷能效比 COPsys的规定值，中央空调系统的制冷能效比COPsys大于等于规定值时，表 示该能效水平较高，系统节能，反之系统不节能。

(3)岩土冷热不平衡系数β

β＝Qx/Qp

Qx-制热时向地下岩土吸取的热量；Qp-制冷时向地下岩土排入的热量。岩土 冷热不平衡系数β，需要控制在正负15％之内，否则岩土温度不能自然恢复， 进而影响系统的能效水平。

如表2和表3所示，配电数据采集子模块2采用两台三相电量采集仪，分 别配置三只电流传感器和三只电压传感器，各传感器采用信号线同三相电量采 集仪连接。传感器安装于空调机组和循环水泵配电总电缆位置，三相电量采集 仪一21和三相电量采集仪二22可分别采集空调机组和循环水泵的配电数据， 通过原始数据一次处理，获得空调机组消耗电量和循环水泵消耗电量。本技术 方案选用的正泰P666三相电量采集仪，其具有处理器，连接电流传感器和电压 传感器，根据其内置程序可完成电量数据的计算，具备标准的RS485接口，并 采用相同modbus通信协议，通过信号线与监测主机1进行数据传输。

如表2和表3所示，源侧数据采集子模块3和用户侧数据采集子模块4均 分别冷热量采集仪二31和冷热量采集仪一41，各配置两只温度和一只流量传 感器，各传感器通过信号线同冷热量采集仪连接。传感器安装于地埋管换热器 主管道和用户侧主管道，冷热量采集仪可采集进出水温度和通过的水流量数据， 通过原始数据一次处理，获得制热时向地下岩土吸取的热量、制冷时向地下岩 土排入的热量、空调机组的制冷量和空调机组的制热量。本技术方案选用的虹 润OHR-F660冷热量采集仪，其具有32位微处理器，配备温度传感器和流量传 感器后，根据其内置程序可完成冷(热)量的计算，同时具备标准的RS485接口，采用modbus通信协议进行通信，通过信号线与监测主机进行数据传输。

各传感器将采集的原始数据通过信号线传输到数据采集仪，数据采集仪将 原始数据一次处理，并将处理后的数据通过信号线传输到监测主机，监测主机 对接收的进行数据二次处理，从而得获得能效参数。通过能效参数同规定值的 对比，判断中央空调系统的能效水平，用于分析中央空调系统运行能耗影响因 素，制定节能优化措施，从而提高中央空调系统运行能效水平，降低运行费用。

可选的节能优化措施包括但不仅限于对循环水泵优化、空调机组优化和辅 助设备优化。

循环水泵优化：清洗循环水泵过滤器，减少部分局部阻力；维修循环水泵 水封、轴承等，避免循环水泵带病工作；安装或启用循环水泵变频器，根据负 荷变化情况调节变频器工作参数；对于采用变频技术后，循环水泵效率仍然较 低时，更换与系统流量和扬程匹配的高效率循环水泵。

空调机组优化：对空调机组换热器定期清洗，清除换热器结垢，恢复换热 器热传导；对老化且性能系数不达标的空调机组进行更换；对长时间空调机组 处于低负荷率工作，或启动频繁的状况，增配小机组。

辅助设备优化：对地源热泵或水源热泵的中央空调系统的热量补偿(排放) 设备进行改造。改造方式包括：当冬季地源侧循环水温低时如热量补偿采用电 能直接补偿，耗电量，可因地制宜采用废热补偿，太阳能补偿，或采用空气源 热泵替代电能直接补偿的形式；当夏季地源侧循环水温高，机组效率变低，可 采用冷却塔等形式进行辅助散热。

实施例2空气源热泵中央空调系统

本发明实施例用于测量空气源热泵中央空调系统能效参数，空气源热泵中 央空调系统以大气为冷热源，由空气源热泵空调机组、用户侧循环水泵、用户 侧和管道等组成。用户侧、用户侧循环水泵和空气源热泵空调机组由管道首尾 连接，组成用户侧环路，该环路为封闭环路，循环介质为水。

当用户侧制冷时，空气源热泵空调机组向大气排入热量；当用户侧制热时， 空气源热泵空调机组从大气吸取热量。

本发明实施例包括：监测主机1、配电数据采集子模块2和用户侧数据采集 子模块4，硬件配置分别如表4-表6，传感器安装位置如表6。监测主机1和各 数据采集子模块具备标准的RS485接口，并采用相同modbus通信协议，通过信 号线的连接进行数据传输。

表4监测主机配置

表5数据采集模块组成情况

表6传感器安装位置

监测主机1用于数据接收、存储、分析、显示和远程通信等功能。监测主 机1的硬件包括存储器、处理器、显示器和通信模块等。

节能诊断软件根据能效参数模型进行设计，并根据采集的数据实时计算能 效参数，可选的能效参数模型包括中央空调系统的制热性能系数EERsys和中央 空调系统的制冷能效比COPsys等。

(1)中央空调系统的制热性能系数EERsys

式中：EERsys-中央空调系统的制热性能系数；QSC-空调机组的制热量；∑Nic- 制热时空调机组消耗电量；∑Njc-制热时循环水泵消耗电量。中央空调系统的 制热性能系数EERsys与规定值对比，用于判断该能效参数的水平高低。

根据《公共建筑节能设计标准》，确定中央空调系统的制热性能系 数EERsys的规定值，中央空调系统的制热性能系数EERsys大于等于规定值时， 表示该能效水平较高，系统节能，反之系统不节能。

(2)中央空调系统的制冷能效比COPsys

式中：COPsys-中央空调系统的制冷能效比；QSH-空调机组的制冷量；∑Nih- 制冷时空调机组消耗电量；∑Njh-制冷时循环水泵消耗电量。中央空调系统的 制冷能效比COPsys与规定值对比，用于判断该能效参数的水平高低。

根据《公共建筑节能设计标准》，确定中央空调系统的制冷能效比 COPsys的规定值，中央空调系统的制冷能效比COPsys大于等于规定值时，表 示该能效水平较高，系统节能，反之系统不节能。

如表5和表6所示，配电数据采集子模块2采用两台三相电量采集仪，分 别配置三只电流传感器和三只电压传感器，各传感器采用信号线同三相电量采 集仪连接。传感器安装于空气源热泵空调机组和循环水泵配电总电缆位置，两 台三相电量采集仪可分别采集空调机组和循环水泵的配电数据，通过原始数据 一次处理，获得空调机组消耗电量和循环水泵消耗电量。本技术方案选用的正 泰P666三相电量采集仪，其具有处理器，配备电流传感器和电压传感器，根据 其内置程序可完成电量数据的计算，具备标准的RS485接口，并采用相同modbus 通信协议，通过信号线与监测主机进行数据传输。

如表5和表6所示，用户侧数据采集子模块4采用冷热量采集仪一41和 冷热量采集仪二31，均配置两只温度和一只流量传感器，各传感器通过信号线 同冷热量采集仪连接。传感器安装于用户侧主管道，冷热量采集仪可采集进出 水温度和通过的水流量数据，通过原始数据一次处理，获得空气源热泵空调机 组的制冷量和制热量。本技术方案选用的虹润OHR-F660冷热量采集仪，其具有 32位微处理器，配备温度传感器和流量传感器后，根据其内置程序可完成冷 (热)量的计算，同时具备标准的RS485接口，采用modbus通信协议进行通信， 通过信号线与监测主机进行数据传输。

各传感器将采集的原始数据通过信号线传输到数据采集仪，数据采集仪将 原始数据一次处理，并将处理后的数据通过信号线传输到监测主机1，监测主 机1对接收的进行数据二次处理，从而得获得能效参数。通过能效参数同规定 值的对比，判断中央空调系统的能效水平，用于分析中央空调系统运行能耗影 响因素，制定节能优化措施，从而提高中央空调系统运行能效水平，降低运行 费用。

可选的节能优化措施包括但不仅限于对循环水泵优化、空调机组优化和辅 助设备优化。

循环水泵优化：清洗循环水泵过滤器，减少部分局部阻力；维修循环水泵 水封、轴承等，避免循环水泵带病工作；安装或启用循环水泵变频器，根据负 荷变化情况调节变频器工作参数；对于采用变频技术后，循环水泵效率仍然较 低时，更换与系统流量和扬程匹配的高效率循环水泵。

空调机组优化：对空调机组换热器定期清洗，清除换热器结垢，恢复换热 器热传导；对老化且性能系数不达标的空调机组进行更换；对长时间空调机组 处于低负荷率工作，或启动频繁的状况，增配小机组。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的 限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改 型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案 内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改等同变化，仍 属于本发明技术方案的保护范围。