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      空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:4701366閱讀:380來源:國知局
      專利名稱:空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
      技術領域
      本實用新型系關于一種空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),尤其系指一種針對空調(diào)設備之子 裝置的耗電性能進行整體、自動與持續(xù)性之評估與控制,而獲得自動診斷功能以減少非必 要耗能之控制系統(tǒng)。
      技術背景 隨著國民所得與生活水平的提升,人們極力追求生活上的舒適度,空調(diào)設備在此 趨勢下即成為一項重要產(chǎn)物,并且,從過去的奢侈品躍升為不可或缺的日常生活必需品,尤 其在高溫酷熱的夏季,更為人們的生活空間中帶來涼爽的室溫感受。此外,隨著工業(yè)發(fā)展的腳步快速,工廠內(nèi)不僅需要創(chuàng)造符合人員室溫需求的工作 環(huán)境,為了因應制程環(huán)境中的高溫,空調(diào)設備更是不可缺少的廠房設備之一;所以,除了家 中、辦公室或是各類的室內(nèi)公共空間中,工業(yè)廠房對于空調(diào)設備的需求更隨著工業(yè)發(fā)展而 大幅提升。舉例而言,過去的紡織工廠系使用簡單的裁縫機搭配大量大力進行生產(chǎn)制造,因 此僅需要在門口灑水增加環(huán)境中的濕度來降低溫度,即可符合溫度需求;然而,現(xiàn)在則因為 自動化設備成為生產(chǎn)制造的主力設施,且該等自動化設備多為高熱機臺,在其本身散發(fā)熱 能的同時,也提升了廠房內(nèi)的溫度,因此便需要空調(diào)設備來排除機臺熱負載以及調(diào)控廠房 內(nèi)的空氣溫濕度,由此可知,空調(diào)設備負載以及空調(diào)設備用電勢必大幅增加。然而,人們在透過空調(diào)設備來獲得舒適溫度或排除機臺熱負載的同時,伴隨而來 的是用電量屢創(chuàng)高峰,尤其是在夏季的尖峰時段,當備載容量不足以負擔用電需求時,一旦 發(fā)電機組跳機,限電危機立即顯現(xiàn),反而徒增不必要的產(chǎn)業(yè)損失,因此,空調(diào)設備所耗用的 電力,在夏季尖峰時段的耗電量,占了舉足輕重的地位。因此,若能在不影響空間溫濕度、舒適度以及空調(diào)設備運轉(zhuǎn)壽命的前提下,調(diào)控空 調(diào)設備負載,降低空調(diào)設備用電,不僅可減少空調(diào)用戶的電費支出,更可因應節(jié)能減碳的環(huán) 保趨勢,達到空調(diào)設備的節(jié)能控制。故如何研發(fā)出一種適用于空調(diào)設備的節(jié)能控制系統(tǒng),可調(diào)控空調(diào)設備的整體運轉(zhuǎn) 狀態(tài),藉以達到最適運轉(zhuǎn)效率,而避免非必要性的用電耗損,即成為相關業(yè)者極力研究開發(fā) 的重要方向。

      實用新型內(nèi)容本實用新型有鑒于目前節(jié)能減碳之環(huán)保趨勢以及空調(diào)設備之耗能控制需求,乃積 極著手從事研究,經(jīng)過不斷的試驗及努力,終于開發(fā)出本實用新型。本實用新型之主要目的在于提供一種針對空調(diào)設備之子裝置的耗電性能進行整 體、自動與持續(xù)性之評估與控制,而獲得自動診斷功能以減少非必要耗能之空調(diào)設備節(jié)能 控制系統(tǒng)。為了達到上述目的,本實用新型系采取以下之技術手段予以達成,其中本實用新型之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),系連接于至少一組空調(diào)設備,其包括設備數(shù)據(jù)輸入模塊,具有復數(shù)個數(shù)據(jù)收集單元,系用以收集該空調(diào)設備之各項運 轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及外部環(huán)境之各項數(shù)據(jù);中央運算處理單元,系連接于該設備數(shù)據(jù)輸入模塊,并且接收各數(shù)據(jù)收集單元之 數(shù)據(jù)進行運算處理,以形成控制指令;控制指令輸出模塊,具有復數(shù)個指令控制單元,系連接于該中央運算處理單元,并 且接收該中央運算處理單元之控制指令后,將控制指令傳送至該空調(diào)設備,以調(diào)控該空調(diào) 設備之運轉(zhuǎn)狀態(tài)。藉由本實用新型空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)之配置,由該設備數(shù)據(jù)輸入模塊針對空調(diào) 設備各子裝置的運作狀態(tài)收集運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),并且搭配外氣及空調(diào)負載需求與設備效率特性之 數(shù)據(jù),由該中央運算處理單元將該等數(shù)據(jù)經(jīng)過運算之后,轉(zhuǎn)換為控制空調(diào)設備各子裝置之 運轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制指令,再出該控制指令輸出模塊將該控制指令傳輸至空調(diào)設備各子裝置。本實用新型之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)具有下列優(yōu)勢 一、將空調(diào)設備之各子裝置進行整體性的耗能計算與節(jié)能規(guī)劃,取代習知尋求個 別子裝置最低耗能所獲得之節(jié)能效果,進而獲得實質(zhì)的整體性節(jié)能控制效益;二、適用于一組以上之空調(diào)設備,使該等空調(diào)設備不需各自進行節(jié)能規(guī)劃,可獲得 整體性的節(jié)能效果;三、搭配儲存單元,可將空調(diào)設備之歷史紀錄完整儲存,以茲查詢比對進而隨時調(diào) 整操作參數(shù);四、搭配管理輸出單元,可供系統(tǒng)管理者輸出各項報表或顯示控制所需信息,俾利管理。藉此,本實用新型之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)可依據(jù)空調(diào)設備各子裝置之運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù) 及外部環(huán)境之外氣數(shù)據(jù),自動且持續(xù)地調(diào)控其運轉(zhuǎn)耗能狀態(tài),使得整體空調(diào)設備之能量耗 損極小化,進而達到節(jié)能控制之目的。

      圖1系本實用新型空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)之架構示意圖。圖2系本實用新型空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)之細部架構示意圖。圖3系空調(diào)設備之示意圖。圖4系空調(diào)設備搭配本實用新型空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)之示意圖。主要組件符號說明1空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)14儲存單元11設備數(shù)據(jù)輸入模塊 15管理輸出單元111電表2空調(diào)設備113溫度計21冰水主機114壓力計22冷卻水塔115外氣溫濕度計23冰水泵12 中央運算處理單元 24冷卻水泵13控制指令輸出模塊 25空調(diào)箱[0034]131變頻器具體實施方式
      請參考圖1及圖3所示,本實用新型之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)1,系連接于至少一 組空調(diào)設備2。該組空調(diào)設備2包括 至少一具有冷凝器(圖中未示)之冰水主機21、至少一冷卻水塔22、復數(shù)以冰水 循環(huán)管路(如圖3之空心箭頭所示)連接于該冰水主機21之冰水泵23以及復數(shù)以冷卻水 循環(huán)管路(如圖3之實心箭頭所示)連接于該冷卻水塔22之冷卻水泵24。該空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)1包括設備數(shù)據(jù)輸入模塊11,具有復數(shù)個數(shù)據(jù)收集單元,系用以收集該空調(diào)設備2之各 項運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及外部環(huán)境之各項外氣數(shù)據(jù);中央運算處理單元12,系連接于該設備數(shù)據(jù)輸入模塊11,并且接收各數(shù)據(jù)收集單 元之運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及外氣數(shù)據(jù)進行運算處理,以形成控制指令;控制指令輸出模塊13,具有復數(shù)指令控制單元,系連接于該中央運算處理單元 12,并且接收該中央運算處理單元12之控制指令后,將控制指令傳送至該空調(diào)設備2之冰 水主機21、冰水泵23、冷卻水泵24以及冷卻水塔22,藉此依據(jù)該空調(diào)設備2以及外部環(huán)境 之實際狀況,調(diào)控該空調(diào)設備2之運轉(zhuǎn)狀態(tài),以達到整體性耗能最適化的配置,而獲得節(jié)能 最佳化的效果,相較于尋求個別子裝置最低耗能所獲得的節(jié)能效果,更實質(zhì)地具備整體最 佳化之節(jié)能效益。作為本實用新型的實施例之一,中央處理單元的型號為Intel i 7930,控制指令 輪出模塊的型號為DANFOS FC 301,管理輸出單元的型號為Docu Print 203A。在實際使用 中,只要功能相同,其它型號的上述元器件也均可使用。請參考圖2、3、4所示,該復數(shù)個數(shù)據(jù)收集單元系包括復數(shù)電表111、復數(shù)溫度計 113、復數(shù)壓力計114以及一外氣溫濕度計115。該復數(shù)電表111系可分別設置連接于該冰水主機21、該冷卻水塔22、該冰水泵23 以及該冷卻水泵24,以量測各空調(diào)設備子裝置之用電度數(shù)。該復數(shù)溫度計113系設置連接于該冰水主機21之冰水進、出位置以及該冰水主機 21之冷凝器的冷卻水進、出位置,以量測冰水與冷卻水之進、出溫度。該復數(shù)壓力計114系分別設置連接于該冰水泵23之冰水的進、出位置,透過該冰 水泵23之冰水進、出位置的壓力差量測結(jié)果,推算出該冰水泵23之冰水流量;并且分別設 置連接于該冷卻水泵24之冷卻水的進、出位置,透過該冷卻水泵24之冷卻水進、出位置的 壓力差量測結(jié)果,推算出該冷卻水泵24之冷卻水流量。該外氣溫濕度計115系用以量測外部環(huán)境氣候之溫度與濕度。此外,該中央運算處理單元12具有一運算模型,并依據(jù)該運算模型之運算規(guī)則, 將該設備數(shù)據(jù)輸入模塊11所收集的各項信息進行運算處理,取得操作參數(shù),并依據(jù)各操作 參數(shù)形成各項控制指令,以作為系統(tǒng)調(diào)控的標準;其中,該中央運算處理單元12所形成對 于該冰水主機21之控制指令,系直接傳送至該冰水主機21,并且由該冰水主機21內(nèi)部之控 制單元(圖中未示)接收后,依據(jù)該控制指令針對該冰水主機21之卸載量進行調(diào)控。[0049]再者,該復數(shù)指令控制單元系為復數(shù)變頻器131,該復數(shù)變頻器131系分別連接設 置于該冷卻水塔22、該冰水泵23以及該冷卻水泵24,藉以在接收到該中央運算處理單元12 所下達之控制指令后,將控制指令傳達至該冷卻水塔22、該冰水泵23以及該冷卻水泵24, 對其馬達(圖中未示)進行最佳化控制。 另外,該空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)1更包括儲存單元14,系為一數(shù)據(jù)庫,其連接于該設備數(shù)據(jù)輸入模塊11以及該中央運算處 理單元12,一方面接收并儲存該設備數(shù)據(jù)輸入模塊11之數(shù)據(jù)收集單元所收集之各項數(shù)據(jù) 以及該中央運算處理單元12之運算結(jié)果,一方面將提供該中央運算處理單元12需要的參 考數(shù)據(jù)以供運算所需;管理輸出單元15,系為一人機接口,其連接于該中央運算處理單元12以及該儲存 單元14,可將該中央運算處理單元12以及該儲存單元14之信息進行實時顯示,以提供管理 警報、紀錄查詢以及報表輸出之功能。請再參考圖2、3、4所示,該空調(diào)設備2另包括一空調(diào)箱25,在該空調(diào)設備2運轉(zhuǎn)以 維持一空調(diào)空間中所需要之溫濕度的過程中,該冰水主機21系制造冰水并輸送至該空調(diào) 箱25中的冰水盤管(圖中未示)以吸收該空調(diào)空間中的熱量而進行熱交換且輸出調(diào)制后 符合溫濕度需求之冷風,并且由該冰水泵23將熱交換后的冰水送回該冰水主機21中,與循 環(huán)冷煤進行熱交換以降低水溫,藉此建立一冰水循環(huán)以持續(xù)輸出符合溫濕度需求之冷風。然而,該冰水主機21在制造冰水的過程中,會持續(xù)產(chǎn)生熱量,此熱量藉由循環(huán)冷 媒傳送至該冰水主機21之冷凝器,并透過該冷卻水塔22之冷卻水與其進行熱交換而進行 散熱的動作,并且由該冷卻水泵24將熱交換后的冷卻水送回該冷卻水塔22中,再與外氣進 行熱交換以降低水溫,藉此建立一冷卻水循環(huán)以持續(xù)幫助該冰水主機21散熱。因此,在該空調(diào)設備2運轉(zhuǎn)的過程中,該冰水主機21、該冷卻水塔22、該冰水泵23 以及該冷卻水泵24勢必耗損龐大的電力能量,故可使用本實用新型之空調(diào)設備節(jié)能控制 系統(tǒng)1,針對該空調(diào)設備2進行節(jié)能控制。當該空調(diào)設備2透過空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)1進行節(jié)能控制,必須先行安裝該設 備數(shù)據(jù)輸入模塊11之數(shù)據(jù)收集單元,包括該電表111、該溫度計113、該壓力計114以及該 外氣溫濕度計115。當該冰水主機21啟動以制造冰水,即由設置于該冰水主機21之電表111量測其 用電度數(shù),并且由該以冰水循環(huán)管路連接于冰水主機21之冰水泵23進行冰水循環(huán)輸送的 動作,此時,設置于該冰水泵23之電表111亦量測其用電度數(shù),并且由設置于冰水主機21 之冰水進、出位置的溫度計113量測冰水進、出該冰水主機之溫度,以及由設置于該冰水泵 23之冰水的進、出位置的壓力計114,量測冰水進、出該冰水泵23之壓力,以推算出該冰水 泵23之冰水流量。同時,在該冰水主機21制造冰水的過程中,該冷卻水塔22以及該冷卻水泵24亦 建立冷卻水循環(huán),從該冷凝器帶走該冰水主機21之熱量,此時,即由設置于該冷卻水塔與 22該冷卻水泵24之電表111量測其用電度數(shù);并且由設置于該冷卻水泵24之冷卻水進、 出位置的壓力計114量測冷卻水進、出該冷卻水泵24之壓力,以推算出該冷卻水泵24之冷 卻水流量;以及由設置于該冷卻水塔之冷卻水進、出位置的溫度計113量測冷卻水進、出該 冷卻水塔之溫度。[0059]再者,除了該空調(diào)設備2之運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)外,更透過該外氣溫濕度計115,量測外部環(huán)境氣候之溫度與濕度,以收集外氣數(shù)據(jù)。當該設備數(shù)據(jù)輸入模塊11之數(shù)據(jù)收集單元收集了各項數(shù)據(jù)之后,一方面?zhèn)魉椭?該儲存單元14進行儲存,另一方面?zhèn)魉椭猎撝醒脒\算處理單元12,該中央運算處理單元12 在接收各項數(shù)據(jù)后,隨即由其內(nèi)建之運算模型依據(jù)其運算規(guī)則,進行運算處理。舉例而言,該中央運算處理單元12依據(jù)冰水進、出該冰水主機21之溫度求得溫 差,并搭配冰水循環(huán)管路之總流量,即可計算出實際之冰水主機21負載。該中央運算處理單元12依據(jù)冷卻水進、出該冷卻水塔22之溫度求得溫差,并搭配 冷卻水進、出該冷卻水泵24之壓差所推算之冷卻水流量,即可計算出實際之冷卻水塔24散 熱量。該中央運算處理單元12依據(jù)外氣溫濕度、冷卻水流量、冷卻水塔之進出口水溫以 及空氣流量,即可計算出該冷卻水塔之散熱能力,其中該空氣流量系由該冷卻水塔22之風 扇轉(zhuǎn)速換算而得。另外,上述所有使用該壓力計114求得冰水或冷卻水進出該冰水泵23或冷卻水泵 24之壓力差,進而推算冰水或冷卻水流量的做法,并非唯一做法,僅為本實用新型之一實施 例,故該數(shù)據(jù)收集單元另可包括至少一流量計,藉以取代以壓力差推算流量之做法,直接由 該流量計量測而獲得冰水或冷卻水流量,因此該至少一流量計時設置于該冰水循環(huán)管路以 及冷卻水循環(huán)管路上,藉以量測冰水或冷卻水流量。當該中央運算處理單元12完成各項運算處理之后,即取得該空調(diào)設備2在整體熱 量平衡及耗電值為最低的情況下,該冰水主機21、該冷卻水塔22、該冰水泵23以及該冷卻 水泵24之操作參數(shù);之后,該中央運算處理單元12將該等操作參數(shù)儲存于該儲存單元14, 并且以該等操作參數(shù)作為控制指令傳送至設置于該冰水主機21、該冷卻水塔22、該冰水泵 23以及該冷卻水泵24以及該冷卻水泵之變頻器131。當該等變頻器131接收到該等控制指令后,隨即傳送至該冰水主機21、該冷卻水 塔22、該冰水泵23以及該冷卻水泵24,以調(diào)控其運轉(zhuǎn)狀態(tài),藉此,將該等空調(diào)設備2之子裝 置的運作調(diào)整至整體總耗能最小化的狀態(tài),進而獲得節(jié)能控制最佳化的效果。除此之外,系統(tǒng)管理者可透過該管理輸出單元15將該中央運算處理單元12以及 該儲存單元14之信息進行輸出,以供管理之用。故本實用新型之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)能夠達到全面性、整體性的節(jié)能控制目 的,使得空調(diào)設備的運轉(zhuǎn)能夠依照本身狀態(tài)以及外氣條件,調(diào)整至最適狀態(tài)下的運轉(zhuǎn)效率, 而不需要讓空調(diào)設備的各個子裝置全都維持在最高效率下的運轉(zhuǎn),徒增不必要的用電耗 損。惟以上所述者,僅為本實用新型之較佳實施例,當不能以此限定本實用新型實施 之范圍;故,凡依本實用新型申請專利范圍及實用新型說明書內(nèi)容所作之簡單的等效變化 與修飾,皆應仍屬本新型專利涵蓋之范圍內(nèi)。
      權利要求一種空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),其特征在于系連接于至少一組空調(diào)設備,該組空調(diào)設備具有至少一冰水主機、至少一冷卻水塔、復數(shù)冰水泵以及復數(shù)冷卻水泵,該空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng)包括設備數(shù)據(jù)輸入模塊,具有復數(shù)個數(shù)據(jù)收集單元,系用以收集該空調(diào)設備之各項運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及外部環(huán)境之各項外氣數(shù)據(jù);中央運算處理單元,系連接于該設備數(shù)據(jù)輸入模塊,并且接收各數(shù)據(jù)收集單元之數(shù)據(jù)進行運算處理,以形成控制指令;控制指令輸出模塊,具有復數(shù)個指令控制單元,系連接于該中央運算處理單元,并且接收該中央運算處理單元之控制指令后,將控制指令傳送至該空調(diào)設備,以調(diào)控該空調(diào)設備之運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
      2.根據(jù)權利要求1所述之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),其特征在于其中該復數(shù)個數(shù)據(jù)收 集單元系包括復數(shù)電表、復數(shù)溫度計、復數(shù)壓力計以及一外氣溫濕度計。
      3.根據(jù)權利要求1或2所述之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),其特征在于其中該復數(shù)指令 控制單元系為復數(shù)變頻器。
      4.根據(jù)權利要求2所述之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),其特征在于其中該復數(shù)電表系分 別設置連接于該冰水主機、該冷卻水塔、該冰水泵以及該冷卻水泵,該壓力計系設置連接于 該冰水泵之冰水的進、出位置以及該冷卻水泵之冷卻水的進、出位置,該復數(shù)溫度計系設置 連接于該復數(shù)冰水主機之冰水進、出位置以及該復數(shù)冷卻水塔之冷卻水進、出位置。
      5.根據(jù)權利要求3所述之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),其特征在于其中該復數(shù)變頻器系 分別連接設置于該冷卻水塔、該冰水泵以及該冷卻水泵。
      6.根據(jù)權利要求3所述之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),其特征在于更包括儲存單元,系為一數(shù)據(jù)庫,其連接于該設備數(shù)據(jù)輸入模塊以及該中央運算處理單元管理輸出單元,系為一人機接口,其連接于該中央運算處理單元以及該儲存單元。
      7.根據(jù)權利要求1所述之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),其特征在于其中該冰水主機系以 冰水循環(huán)管路與該冰水泵連接,該冷卻水塔系以冷卻水循環(huán)管路與該冷卻水泵連接。
      8.根據(jù)權利要求7所述之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),其特征在于其中該復數(shù)個數(shù)據(jù)收 集單元更包括至少一設置于該冰水循環(huán)管路之流量計以及至少一設置于該冷卻水循環(huán)管 路之流量計。
      專利摘要本實用新型系關于一種空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),系連接于至少一組空調(diào)設備,其包括設備數(shù)據(jù)輸入模塊,用以收集該空調(diào)設備運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及各項外氣數(shù)據(jù);中央運算處理單元,系連接于該設備數(shù)據(jù)輸入模塊,接收各項數(shù)據(jù)進行運算處理,以形成控制指令;控制指令輸出模塊,系連接于該中央運算處理單元,接收控制指令后傳送至該空調(diào)設備,以調(diào)控其運轉(zhuǎn)狀態(tài);藉由本實用新型之空調(diào)設備節(jié)能控制系統(tǒng),可依據(jù)該空調(diào)設備各子裝置特性及整體系統(tǒng)負載與外氣條件的實際狀態(tài),整體性地調(diào)控該空調(diào)設備的運作,使得該空調(diào)設備的整體耗能為最小,進而獲得整體性的節(jié)能控制效果。
      文檔編號F24F11/02GK201764636SQ20102051625
      公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權日2010年9月3日
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