专利名称：空调恒温运行节能控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及空调技术领域，具体为空调恒温运行的节能控制系统，该方法能根据 室内、外环境温度变化，通过冷量或热量计算预测空调下一个工作循环中压缩机或中央空 调末端的工作及停止时间，从而使房间内的温度相对恒定，达到减少压缩机的工作时间的 目的，实现了空调房的恒温节能，并适合各种民用空调的恒温节能控制。
背景技术：
目前空调有两种工作方式，一种就是定频空调，另一种是变频空调。定频空调工作 时，是在设定好所需的温度值后，通过控制空调压缩机的开/关来达到调节房间温度的目 的；而变频空调工作时，当人们设定好需要的房间温度后，它是通过调节压缩机的工作频率 来到达恒温调节温度目的。当变频空调长时间工作后，能够比普通定频空调提高35%左右 的节能效果。众所周知，人体最舒适的环境温度是27 27. 5°C，普通定频空调的温度调节靠 的是温度传感器检测的温度值来进行判断，由于为了保证空调能够适应不同房间的使用， 一般在空调内都将其工作控制模型设定为在制冷模式下，压缩机工作时刻为温度设定值 +l°c，其停止工作时刻为温度设定值-2°c。这种控制模式使得空调在工作时留有相当大 的温度空间，房间温度会有较大的波动，人在房间中能明显感觉到温度的变化，因此为克服 这种温差所带来的不适，人们通常将定频空调设置到26°C以下，且穿一件外套，这样会感 觉比较舒适，但是这种情况持续太长又容易得“空调病”，而且温度越低，空调冷量的损失就 越大，反之，在制热模式下，热量损失也越大，电能的消耗量较大，使得使用成本不必要的增 加。变频空调通过调节压缩机的工作频率来控制制冷量，其工作控制模型设定为把 环境温度控制到约低于设置温度下工作，压缩机基本上不停机；其舒适度比较好，可以把设 定值设到27°C，长时间工作节能效果比较明显，经测试变频空调同比定频空调有35%左右 的节能效果。但由于变频器所采用的是高压高功率器件，其工作温度较高，可靠性较差，成 本较高，维护费用也相当大，而且本身也还具有15%左右的能耗，在睡眠时使用感觉仍然不
王困相
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种在用户设定的温度环境 下，能够在最佳的时间点实时控制空调制冷的启、停，使得空间内的温度波动最小，实现房 间内恒温目的，最终达到节能和使人体感觉更加舒适的空调节能控制系统。本发明的技术方案空调节能控制系统及恒温运行控制方法，包括微处理器模块， 在微处理器模块上连接有按键输入模块、状态显示模块、遥控发射模块、遥控接收模块、通 信模块、参数存储模块和电源模块；其特征在于，在微处理器模块上还连接有温度检测模 块，所述温度检测模块包含一个用于检测室内环境温度A的环境温度传感器和一个用于检测空调出风口温度t2的风口温度传感器；所述微处理器模块对环境温度传感器和风口温度 传感器检测得到的温度数据进行分析后，再对空调设备的制冷和送风时间进行控制，所述 微处理器模块的分析及控制过程按照如下方法进行1)预设空调的初始工作状态参数，包括初始循环工作时间T、初始制冷时间IV、 初始送风时间ΤΛ，所述T = +ΤΛ，并预设空调工作时间的循环增量ΔΤ、空调的工作保护 时间Tft以及所需的最终环境温度t3，所述Τ,” T风、ΔΤ、Tft和t3均为常数且可根据需要由 系统工作人员进行设定，其中T保，T风〉T保；2)初始时让空调制冷运行，当检测到的室内环境温度、与预设的最终环境温度t3 的差值小于rc时，进入恒温控制状态；然后在每一次△ T时间完成时通过环境温度传感器 采集空调所在房间的室内环境温度ti、通过风口温度传感器采集空调出风口温度t2，将每 次采集的、与、进行差值计算，得出制冷时间内的温度差值为At1 = ti-t2，送风时间内 的温度差值At2 = Vt1 ；引入热学公式Q = PCrVAt,其中Q是冷量，P是空气的密度，V是空气的体积流量，C；是空气的热容量，At 是温度差值，所述P、V、C；均为常数；分别将At1和At2代入所述热学公式中，并通过积分计算出房间需要的制冷量
Q1 = f pC/Δ 以及循环工作时间中空调实际制造的冷量込=^ pC/FAi;由于在空调制
冷或送风过程中，房间内气温是逐步变化的，因此对冷量Q进行积分的目的在于将空气温 度的变化情况放置在一个连续的时间段内进行分析，得出的冷量即为整个时间段内的冷量 值，通过这种分析方法能有效的减小在计算冷量时产生的误差。3)将空调当前的循环工作时间以Ttl表示，将Ttl中空调的制冷时间和送风时间分别 以T&。和Twtl表示；将空调下一次的循环工作时间以T'表示，将T'中空调的制冷时间和 送风时间分别以IV'和τΛ'表示；将空调再下一次的循环工作时间以τ"表示，将τ"中 空调的制冷时间和送风时间分别以T冷“和T风"表示；其中，Ttl = T冷JImqJ' = V +T 风'，T〃 =T冷〃 +Τ风〃；再将Q1与Q2进行比较(I)SQ1 = Q2，则保持空调当前的工作状态，并使空调的下一次循环工作时间与当 前的循环工作时间相等，即T' =Ttl，当Ttl为初始状态时，T' =T;(2)若Q1 > Q2，则给当前制冷时间I^tl增加一个循环增量Δ Τ，得到下一次制冷时 间T冷'，即T冷'=T冷0+ΔΤ，此时T' =OVJATHIm'，IV = Imo，当T冷0为初始状
T冷,=T冷+ ΔΤ ;(4)若Q1 < Q2，则将当前制冷时间I^tl减少一个循环增量ΔΤ，得到下一次制冷时 间T冷'，即T冷'=I^0-AIMm' = Imo，当丁冷0为初始状态时，IV =丁冷-八丁；在此情 况下还需要将T^与1 进行比较①若T冷'彡T保，则输出的下一次循环制冷时间为T冷'=IVtl-AT,以及下一次 循环工作时间T' = (τ冷0-ΔΤ)+Τ风0;②若T^ <Tft，则将下一次循环制冷时间T^修正为Tft，此时下一次循环工作 时间被修正为T' =T保+Imo;5)当T'中的T^ < Tft时，再下一次循环工作时间T〃按照如下步骤进行回到步骤2)计算出下一次循环房间需要的制冷量Q/和下一次循环工作时间中空调实际制造的冷量Q2'，并将Q1'与Q2'进行比较I、若Q1' <Q2'，则增加空调的送风时间，即T风〃 =T风'+ΔΤ，且IV =T保， 当T风'为初始状态时，T风〃 =TW + AT，T〃 =Τβ + (ΤΛ + ΔΤ)；II、若Q/ >Q2 ‘，则减少空调的送风时间，即T风〃 =T/ -ΔΤ，当T/为初始 状态时，ΤΛ〃 =T风-ΔΤ;在此情况下还需要将IV'与T保进行比较a)若T/'彡T保，则输出的再下一次循环送风时间为T风〃 =Tm' -ΔΤ，以及再 下一次循环工作时间τ〃 = (T风'-ΔΤ)+Τ保；b)若T风”< T保，则将再下一次循环送风时间T风〃修正为T保，同时将再下一次 循环制冷时间增加一个循环增量ΔΤ，此时再下一次循环工作时间被修正为T〃 =Tft+(Tft + ΔΤ)；5)当T"中的ΤΛ" < Tft时，回到步骤2)进行恒温控制循环操作。本发明的工作原理由于房间内空调的耗电量受到气温、建筑和内部运行设备以及人员多少等多方面 因素的影响，而一般情况下，内部运行设备、人员的多少在一段时间内是相对比较固定的， 而建筑结构也是比较固定的，因此对房间空调而言耗能影响最大的就是气温和建筑内外墙 的温差，这也是空调负荷随外界温度变化而变化的根本原因。结合热学传热速率方程进行 分析:Q 热=K0S0Atm式中，Qs是传导热量；Δ tm为室内外传热温差；Ktl是传热系数；Stl是传热面积，其 中对于固定的房间来说，K0和Stl的数值都相对固定。该方程说明了空调热负荷与室内外温差成正比关系，这也是变频空调长时间使用 比定频空调节能的根本原因；同时这也说明了精确控制房间达到设定温度是空调节能最有 效的途径，也就是说假如我们能精确控制普通定频空调，使房间温度恒定在设定温度，同样 能够达到变频空调的节能效果，而这就是本发明的原理基础。因为要达到房间温度恒定并不一定要通过目前市场上的变频空调来实现，结合房 间本身具有一定的热容量的条件，再合理控制空调压缩机的运行时间，一样也可以达到控 制房间内温度相对恒定的要求，这就是本发明的创新所在。本发明的控制方法采取自动优化空调设备制冷和送风时间的方式，即在保障室内 温度达到设定值的前提下，尽量减小空调压缩机的工作时间(空调压缩机的工作时间即为 空调制冷时间)，当达到设定温度值时空调自动转换为送风状态(送风状态即为空调压缩 机停机状态，此时空调只吹风不制冷)，从而实现节能。在工作时，先通过传感器多点实时检 测环境温度(环境温度传感器和风口温度传感器同时工作)，并向微处理器模块输入更准 确的温度数据，经过冷量或热量计算后，再计算准确控制空调的制冷和送风时间，这样就可 以恒定空调房间温度，从而减小室内冷量的散失和达到节能的目的。相对于现有技术，本发明具有以下有益效果本发明通过实时检测室内环境温度和空调出风口的温度，并将检测的温度数据进 冷量或热量计算后，再计算得出空调压缩机最佳的启、停时间点，从而减少了空调压缩机工 作的时间，同时还使得室内温度的波动范围减小，让人体感觉更加舒服，而且空调制冷工作 的时间被大幅度缩短后，达到了非常好的节能效果。本发明的使用效果能够达到或优于变 频空调的使用效果，从而极大的降低了人们购买和维护空调的成本。
图1为本发明空调恒温运行节能控制系统的结构示意图；图2为本发明空调恒温运行节能控制系统的工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。如图1和图2所示，一种空调恒温运行节能控制系统，包括微处理器模块1，在微处 理器模块1上连接有按键输入模块2、状态显示模块3、遥控发射模块4、遥控接收模块6、通 信模块7、参数存储模块8和电源模块9 ；在微处理器模块1上还连接有温度检测模块5，所 述温度检测模块5包含一个用于检测室内环境温度^的环境温度传感器和一个用于检测 空调出风口温度t2的风口温度传感器；在所述微处理器模块1内预设有用于控制空调工作 的恒温控制模型，所述微处理器模块1按照恒温控制模型的控制方法对温度检测模块5输 入的实时温度数据进行计算、分析后，得出空调制冷和送风工作时间，再通过遥控发射模块 4在每个时间点将用于控制空调压缩机启、停的控制信号发送给空调开关，使空调在制冷和 送风工作模式之间交替循环转换。所述恒温控制模型工作时按照如下方法对微处理器模块 1进行分析和控制1)预设空调初始工作状态参数初始循环工作时间T、初始制冷时间T^初始送风 时间T风，且T = IV+T风，并预设空调工作时间的循环增量ΔΤ、空调的工作保护时间T保以 及所需的最终环境温度t3，所述ιν、τΛ、ΔΤ、Τβ和、均为常数且可根据需要由系统工作人 员进行设定，其中丁冷> T保，ΤΛ> T保；这里要求T冷和T风均大于T保的目的在于使空调机能 够正常启动，而Tft则按照现有空调中普遍设置的压缩机保护时间进行设置即可，例如4分 钟，而设置的循环增量ΔT则要求小于空调工作保护时间Tft ；2)首先让空调制冷运行，当检测到的室内环境温度、与预设的最终环境温度、的 差值小于rc时，进入恒温控制状态；然后在每一次△ T时间完成时通过环境温度传感器采 集空调所在房间的室内环境温度t1;通过风口温度传感器采集空调出风口温度t2，将每次 采集的、与、进行差值计算，得出制冷时间内的温度差值为At1 = ti-t2，送风时间内的 温度差值At2 = t2-ti ；其中，每次开机后在第一次检测温度时，直接采集环境温度、和出 风口温度t2，从第二次检测开始在Δ T时间完成时检测；这里引入热学公式Q = P CrVAt,其中Q是冷量，ρ是空气的密度，V是空气的体积流量，Cr是空气的热容量，Δ t 是温度差值，所述P、CpV均为常量。分别将At1和At2代入所述热学公式中，并通过积分计算出房间需要的制冷量 Q 二 f 以及循环工作时间中空调实际制造的冷量込=f PCrVAt ；3)将空调当前的循环工作时间以Ttl表示，将Ttl中空调的制冷时间和送风时间分别 以T&。和Twtl表示；将空调下一次的循环工作时间以T'表示，将T'中空调的制冷时间和 送风时间分别以IV'和τΛ'表示；将空调再下一次的循环工作时间以τ"表示，将τ"中 空调的制冷时间和送风时间分别以T冷“和T风"表示；其中，Ttl = T冷JImqJ' = V +T 风'，T〃 =T冷〃 +Τ风〃；再将Q1与Q2进行比较
(1)若仏=Q2，表示房间需要的冷量与空调制得的冷量相等，此时保持空调当前的 工作状态，并使空调的下一次循环工作时间与当前的循环工作时间相等，即T' =Ttl，且当 Ttl为初始状态时，T' =T;(2)若Q1 > Q2，表示房间需要的冷量大于空调制得的冷量，说明空调的工作时间不 够，此时就给当前制冷时间T^增加一个循环增量ΔΤ，得到下一次制冷时间T^，即T^ = IV。+AT，此时T' = ( ν。+ΔΤ)+Τ风'，且空调送风时间与前一次循环中空调送风时间 相同，即IV =Two ；当IV0为初始状态时，IV =T冷+ ΔΤ;需要说明的是，由于1~冷0的 最小值是大于或等于空调工作保护时间的，当给增加一个循环增量ΔΤ后，肯定也是大 于空调工作保护时间的，因此在此就不需要将此状态下Τ,的值与空调工作保护时间再 进行比较，进而达到简化程序的目的。(3)若Q1 < Q2，表示房间需要的冷量小于空调制得的冷量，说明空调工作的时间太 长需要减少，此时将当前制冷时间IVtl减少一个循环增量ΔΤ，得到下一次制冷时间T^， 艮P τ冷'=T冷0_ΔΤ，Τ风'=Imo，且当IV0为初始状态时，IV =T冷-ΔΤ;因为当制冷时 间减小时，还要受到空调工作保护时间的限制，因此还需要将τ,与1 进行比较①若T^彡Tft，此时空调制冷时间不受空调工作保护时间限制，输出的下一次循 环制冷时间为T冷'=T冷0_ΔΤ，以及下一次循环工作时间T' =( ν0-ΔΤ)+ΤΛ0;②若T^ <Tft，此时空调制冷时间受到空调工作保护时间的限制，需要将下一次 循环制冷时间T冷'修正为T保，此时下一次循环工作时间T' =T保+Imo;4)当T'中的T^ < Tft时，再下一次循环工作时间T〃按照如下步骤进行回到步骤2)计算出下一次循环房间需要的制冷量Q/和下一次循环工作时间中 空调实际制造的冷量Q2'，其中在计算Q1'和Q2'时，对应的积分区间也需要分别按照对 应的下一次循环工作时间中的空调制冷时间和送风时间来进行计算，然后将Q1'与Q2'进 行比较由于这里Q1'与Q2'的比较是以IV' < Tft为前提条件的，因此肯定不存在Q1' = Q2'的情况，所以只考虑以上两种状态。I、若Q1' <Q2'，表示房间需要的冷量值仍然小于空调制得的冷量值，说明空调 的制冷工作时间太长，这时只能增加空调的送风时间，即ΤΛ" =Tm' +ΔΤ，此时空调制冷 时间是始终为空调保护时间，即IV =T保，且当T风'为初始状态时，T风〃 =Τλ + ΔΤ,Τ" = Τβ + (ΤΛ + ΔΤ)；同样的，由于ΤΛ'的最小值是大于或等于空调工作保护时间的，当给T Λ'增加一个循环增量△ T后，肯定也是大于空调工作保护时间的，因此在此就不需要将此 状态下ΤΛ"的值与空调工作保护时间再进行比较。II、若Q1' >Q2‘，表示房间需要的冷量值大于空调制得的冷量值，说明空调的送 风工作时间太长，这时只能减少空调的送风时间，即ΤΛ〃 =Tm' -ΔΤ，当Τλ'为初始状态 时，TV =Τλ-ΔΤ;因为当送风时间减小时，还要受到空调工作保护时间的限制，因此还需 要将ΤΛ"与1 进行比较a)若ΤΛ"彡Tft，此时空调送风时间不受空调工作保护时间限制，输出的再下一次 循环送风时间为T风〃 =T风'-ΔΤ，以及再下一次循环工作时间T〃 = (T风'-ΔΤ)+Τ保；b)若ΤΛ" <Tft，此时空调制冷时间受到空调工作保护时间的限制，需要将再下一 次循环送风时间ΤΛ"修正为Tft，同时将再下一次循环制冷时间增加一个循环增量ΔΤ，此
8时再下一次循环工作时间为Τ〃 =Τβ + (Τβ + ΔΤ)；5)当Τ"中的ΤΛ" < Tft时，回到步骤2)进行恒温控制循环操作。本发明中，不仅仅限于空调制冷的操作，同时适用于空调的制热恒温控制，因此将 本发明方法中的制冷参数换成制热参数，也是同样适用于空调或中央空调末端的制热恒温 控制。以重庆地区某移动通信公司基站机房空调为例，本发明的节能效果见表一和表 --；其中，表一为使用本发明控制系统的普通砖混结构手机基站内空调的能耗对比 表；表二为使用本发明控制系统的保温板房结构手机基站内空调的能耗对比表。在表一和 表二中，“非受控”表示检测对象为未采用本发明的控制系统的普通空调房，“受控”表示检 测对象为采用了本发明控制系统的空调房，所述“能耗值”是根据电表显示的用电量并采用 常规计算方式得出的电能消耗数值。表一
权利要求
空调恒温运行节能控制系统，包括微处理器模块，在微处理器模块上连接有按键输入模块、状态显示模块、遥控发射模块、遥控接收模块、通信模块、参数存储模块和电源模块；其特征在于，在微处理器模块上还连接有温度检测模块，所述温度检测模块包含一个用于检测室内环境温度t1的环境温度传感器和一个用于检测空调出风口温度t2的风口温度传感器；所述微处理器模块先对环境温度传感器和风口温度传感器检测得到的温度数据进行分析后，再对空调设备的制冷和送风时间进行控制，所述微处理器模块的分析及控制过程按照如下方法进行1)预设空调的初始工作状态参数，包括初始循环工作时间T、初始制冷时间T冷、初始送风时间T风，所述T＝T冷+T风，并预设空调工作时间的循环增量ΔT、空调的工作保护时间T保以及所需的最终环境温度t3，所述T冷＞T保，T风＞T保；2)初始时让空调制冷运行，当检测到的室内环境温度t1与预设的最终环境温度t3的差值小于1℃时，进入恒温控制状态；然后在每一次ΔT时间完成时通过环境温度传感器采集空调所在房间的室内环境温度t1、通过风口温度传感器采集空调出风口温度t2，将每次采集的t2与t1进行差值计算，得出制冷时间内的温度差值为Δt1＝t1 t2，送风时间内的温度差值Δt2＝t2 t1；引入热学公式Q＝ρCrVΔt，其中Q是冷量，ρ是空气的密度，V是空气的体积流量，Cr是空气的热容量，Δt是温度差值；分别将Δt1和Δt2代入所述热学公式中，并通过积分计算出房间需要的制冷量以及循环工作时间中空调实际制造的冷量3)将空调当前的循环工作时间以T0表示，将T0中空调的制冷时间和送风时间分别以T冷0和T风0表示；将空调下一次的循环工作时间以T′表示，将T′中空调的制冷时间和送风时间分别以T冷′和T风′表示；将空调再下一次的循环工作时间以T″表示，将T″中空调的制冷时间和送风时间分别以T冷″和T风″表示；其中，T0＝T冷0+T风0，T′＝T冷′+T风′，T″＝T冷″+T风″；再将Q1与Q2进行比较(1)若Q1＝Q2，则保持空调当前的工作状态，并使空调的下一次循环工作时间与当前的循环工作时间相等，即T′＝T0，当T0为初始状态时，T′＝T；(2)若Q1＞Q2，则给当前制冷时间T冷0增加一个循环增量ΔT，得到下一次制冷时间T冷′，即T冷′＝T冷0+ΔT，此时T′＝(T冷0+ΔT)+T风′，且T风′＝T风0，当T冷0为初始状态时，T冷′＝T冷+ΔT；(3)若Q1＜Q2，则将当前制冷时间T冷0减少一个循环增量ΔT，得到下一次制冷时间T冷′，即T冷′＝T冷0 ΔT，且T风′＝T风0，当T冷0为初始状态时，T冷′＝T冷 ΔT；在此情况下还需要将T冷′与T保进行比较①若T冷′≥T保，则输出的下一次循环制冷时间即为T冷′＝T冷0 ΔT，以及下一次循环工作时间T′＝(T冷0 ΔT)+T风0；②若T冷′＜T保，则将下一次循环制冷时间T冷′修正为T保，此时下一次循环工作时间被修正为T′＝T保+T风0；4)当T′中的T冷′＜T保时，再下一次循环工作时间T″按照如下步骤进行回到步骤2)计算出下一次循环房间需要的制冷量Q1′和下一次循环工作时间中空调实际制造的冷量Q2′，并将Q1′与Q2′进行比较Ⅰ、若Q1′＜Q2′，则增加空调的送风时间，即T风″＝T风′+ΔT，且T冷″＝T保，当T风′为初始状态时，T风″＝T风+ΔT，T″＝T保+(T风+ΔT)；Ⅱ、若Q1′＞Q2′，则减少空调的送风时间，即T风″＝T风′ ΔT，当T风′为初始状态时，T风″＝T风 ΔT；在此情况下还需要将T风″与T保进行比较a)若T风″≥T保，则输出的再下一次循环送风时间即为T风″＝T风′ ΔT，以及再下一次循环工作时间T″＝(T风′ ΔT)+T保；b)若T风″＜T保，则将再下一次循环送风时间T风″修正为T保，同时将再下一次循环制冷时间增加一个循环增量ΔT，此时再下一次循环工作时间被修正为T″＝T保+(T保+ΔT)；5)当T″中的T风″＜T保时，回到步骤2)进行恒温控制循环操作。FSA00000338817400021.tif,FSA00000338817400022.tif
全文摘要
本发明介绍一种空调恒温运行节能控制系统，它包括微处理器模块，在微处理器模块上连接有按键输入模块、状态显示模块、遥控发射模块、遥控接收模块、通信模块、参数存储模块、电源模块和温度检测模块，所述温度检测模块包含一个环境温度传感器和一个风口温度传感器；本系统通过传感器多点实时检测环境温度，微处理器模块对输入的温度数据经过冷量或热量计算分析后，然后自动优化空调设备的制冷和送风时间控制，在保障室内温度达到设定值的前提下，这样可以尽量减小空调压缩机的工作时间，从而达到恒温目的，实现了节能。
文档编号F24F11/00GK101976050SQ20101053696
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者朱永强, 田利 申请人:田利;朱永强