专利名称：中央空调末端智能温控与联网计费集成装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空气调节的控制装置。更具体地说，本实用新型涉及一种应用于中央空调风机盘管的智能温控、高精度电动动态水流量平衡、计算机联网监控计费三项技术集成一体化的装置。
背景技术：
楼宇中央空调运行耗能占建筑总耗能的65％左右，但我们在实际使用中央空调时存在大量的能源浪费现象，这其中固然有用户节能意识淡薄、收费体制不合理等因素引起，但主要原因还是因为我们的设计、施工与设备运行管理规范的落后。如果不提高空调系统的控制技术水平、而一味地追求空调冷热量的计量收费，这显然是将自身技术水平落后造成的浪费转嫁给了消费者。因此，如何贯彻执行节能环保、高效自然的中央空调末端控制技术，已日益引起人们的重视。
为了可持续发展的需要，必须将中央空调的风机盘管智能温控技术、计算机联网冷热量计量技术和空调水力平衡技术保持整体协调、一致发展。
目前无网络通讯功能的风机盘管温控技术已经十分成熟，大量使用的室内温控器普遍采用制冷/制热模式手动切换、风机三速手动模式切换，电动二通阀根据房间温度判断实现自动开关控制。但是，这类室内温控器一旦需增加一些联网通讯功能时其价格将十分昂贵，难以推广普及应用。
风机盘管冷热量计量的最新技术可以分成三大类①运行时间累计积算法目前基于这种方法的专利技术与产品很多，但是它的计量精度十分低，没有真正意义上的温差与流量的测量装置，且空调系统随季节负荷变化没有任何计量修正的科学依据。当空调水力不平衡时计量误差将更大，同时也造成能源的极大浪费。②风侧温差流量积算法这种方法以热工理论的经验公式为基础，通过测量空气侧的风量、空气焓差来反推计算水侧的冷/热量，该方法理念新颖，设计独特，理论可行，已有多项发明专利。但是装置过于复杂，可靠性低、难以产业化推广和普及应用。③水侧温差流量积算法这种计量方法理论上十分完善，精度高，运行可靠，目前有很多成熟的系列化产品。基于这种原理的冷热量计量表主要由流量传感器、配对温度传感器和积算器三部分组成。按流量传感器形式的不同，这类能量表还分为机械叶轮式、电磁式和超声波式三种。其中机械叶轮式热量表是通过叶轮机械的转速换算成水的流量，按内部结构由易到优又可分为单流束式、多流束式和标准机芯多流束式三种。因机械叶轮式热量表中有微型转动部件，对水介质的要求较高，并要求配套安装过滤器以防备杂质对表的损伤。这一类能量计量表测量原理和结构相对简单、价格低廉、精度一般，目前已经大量应用在风机盘管的计量中。而超声波式和电磁式的小口径能量表因价格、技术等诸多因素的制约而很少应用于风机盘管的末端计量。
根据误差理论分析，这种小口径机械叶轮式能量表计的测量精度主要依赖于水流量的测量精度与配对温度传感器的温差测量精度，其中测量流量的运动部件容易因损坏、堵塞而影响计量精度；水温差的测量采用热电阻传感器(如普通PT500或PT1000系列的精度约为0.25℃)并通过两路变送计算得到温差值，精度一般，且热电阻传感器温度测量的一致性较差，当其中一个传感器发生上偏差、另一个传感器发生下偏差时，温差测量的相对精度将会更低，毕竟中央空调冷水系统的水温差设计计算规范只有5℃，当系统测量存在0.5℃温差时热量的误差将达到10％。同样地，当空调盘管水系统的水力不平衡时，不仅会造成能源的大量浪费，而且因过流还会引起方法③、②的计量误差增大，表计寿命缩短、和流动噪声的增加。
如果在风机盘管系统的水管上将电动二通阀、流量平衡阀、能量计量表全部安装，不仅现场空间不允许，而且工程造价还会大幅增加。
目前公知的还没有发现一种应用于空调风机盘管的智能温控、高精度电动动态水流量平衡、计算机联网计费三项技术一体化的系统集成装置。
发明内容
本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种中央空调末端智能温控与联网计费的集成装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的本实用新型提供了一种中央空调末端智能温控与联网计费集成装置，包括室内温控器1、电动二通阀2、数字温度传感器3、和风机盘管接线端子5，还包括集控盒4、数据远程采集单元RTU6、RS-232到RS-485/422的转换器7和个人计算机8，其中室内温控器1、电动二通阀2、数字温度传感器3、集控盒4和风机盘管接线端子5组成温控末端智能单元100，室内温控器1分别与风机盘管接线端子5和集控盒4相连接；室内温控器1通过集控盒4中的继电器连接电动二通阀2，对其进行开关控制；数字温度传感器3与集控盒4相互连接；每个温控末端单元均通过集控盒4连接在数字单线总线上，并通过数字单线总线连接到数据远程采集单元RTU6；所有的数据远程采集单元RTU6均并联接在RS-485总线或CAN总线上，并通过总线连接至转换器7，RS-232到RS-485/422的转换器7与个人计算机8连接，将所有的数据信息通过总线方式传送到个人计算机8。
所述集控盒4是由普通继电器标准产品和接线端子排标准产品组成的装置接线盒。
所述电动二通阀2包括电动阀体201、阀芯202、阀杆203、阀盖204和电动执行器205，所述电动阀体201还连接一个流量控制阀组件，包括流量控制阀体207、流量控制阀芯206、弹簧210和压紧圈211，压紧圈211连接于流量控制阀体207，将流量控制阀芯206和弹簧210依次压紧固定于流量控制阀体207内。
所述流量控制阀组件还包括一个流量控制外筒209，流量控制阀芯206、弹簧210和压紧圈211依次连接，流量控制外筒209在流量控制阀体207内，流量控制外筒209与流量控制阀体207之间有密封圈208。
流量控制阀芯206侧面具有沿着流体流动方向逐渐放大的弧形水流通孔。
所述流量控制阀体207可以连接在电动阀体201出口或入口任意一侧。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是1、本实用新型将“一线总线”(或称“数字单总线”)网络技术、温控技术、冷热量计量技术、高精度电动动态水流量平衡技术的一体化计算机系统集成。
2、利用标准的通用室内型温控器输出开关量信号控制风机盘管的三速风机与自动流量平衡功能电动二通阀的自动开关，控制室内的热舒适性。
3、空调盘管水系统安装高精度自动流量平衡功能电动二通阀后，当温控器输出开信号将该电动阀门开启时，流经该风机盘管的水流量自动控制到设计流量，既不过流也不欠流，从而节约能耗、降低噪声。
4、当自动流量平衡功能电动二通阀打开时，计算机同时开始自动能量积算与计量，其中温差测量采用具有一致性很好的DALLAS半导体公司高精度数字温度传感器产品(例如DS1820、DS1821、DS1822、DS18B20)。
5、本实用新型的能量计量技术无需专门的测量流量传感器，流量控制采用高精度机械弹簧自力式原理，这种特殊结构的能量计量精度与机械叶轮式能量表的精度相差无几，但使用可靠、成本低廉。
6、本实用新型装置将网络计费与数据监视进行集成，计量准确、控制可靠、运行稳定，设计新颖、操作方便、安装简单、适应性好、价格极低廉。
图1是本实用新型装置的网络拓扑结构示意图；图2是图1中的集控盒4的电路接线示意图。
图3是图2中电动二通阀2的结构示意图。
具体实施方式
参考附图1至3，下面将对本实用新型进行详细描述。
具体实施例1提供了一种中央空调末端智能温控与联网计费集成装置，包括室内温控器1、电动二通阀2、数字温度传感器3、和风机盘管接线端子5，，还包括集控盒4、数据远程采集单元(RTU)6、RS-232到RS-485/422的转换器7和个人计算机(PC)8，其中室内温控器1、电动二通阀2、数字温度传感器3、集控盒4和风机盘管接线端子5组成温控末端智能单元100，室内温控器1分别与风机盘管接线端子5和集控盒4相连接；室内温控器1通过集控盒4中的接线端子排连接电动二通阀2，对其进行开关控制；数字温度传感器3与集控盒4相互连接；每个温控末端智能单元100均通过集控盒4连接在数字单总线上，并通过数字单线总线连接到数据远程采集单元(RTU)6；所有的数据远程采集单元(RTU)6均联接在RS-485总线或CAN总线上，并通过总线连接至转换器7。RS-232到RS-485/422转换器7与个人计算机8连接，将所有的监测数据通过总线方式传送到个人计算机8。
一个具有四口的RTU可以连接56支数字温度传感器3(如果按附图2所示，一个集控盒4设计连接二支数字温度传感器3，那么一个RTU可以连接28个集控盒)，而一个具有八口的RTU可以连接112支数字温度传感器3。所有的RTU均并接在RS-485总线上(也可以并接在CAN总线上)，一条RS-485总线并接的RTU数量可以达到16个。
利用RS-232到RS-485/422的转换器7将所有的监测数据通过总线方式传送到个人计算机(PC)8，从而实现了对所有测点的温度数据、房间室内温控器开关状态进行数据采集和监测。
所述集控盒4是一个很普通的小装置盒，参考集控盒4内的接线示意图很容易制作。集控盒4包括了安装机盒、220VAC/RELAY型普通继电器(标准产品，如OMRON的MY2N型号)、接线端子排(标准产品)组成。通过继电器控制数字温度传感器3的ON/OFF状态。当数字传感器处于OFF状态时，PC机上读取的温度数据为零值，此时数字温度传感器3处于离线状态；当数字传感器处于ON状态时，PC机上读取的温度数据为实际测量值，此时数字温度传感器3处于在线状态，。
电动二通阀2包括电动阀体201、阀芯202、阀杆203、阀盖204和电动执行器205，电动阀体还连接一个流量控制阀组件，所述流量控制阀组件包括流量控制阀体207、流量控制外筒209、流量控制阀芯206、弹簧210和压紧圈211，流量控制阀芯206、弹簧210和压紧圈211依次连接。压紧圈211连接于流量控制阀体207，将流量控制阀体207、流量控制外筒209、弹簧210依次压紧固定；流量控制外筒209在流量控制阀体207内，流量控制外筒209与流量控制阀体207中间有密封圈208。
流量控制阀芯206的侧面具有沿着流体流动方向逐渐放大的弧形水流通孔。
流量控制阀体207可以连接在电动阀体201出口或入口任意一侧。
当动流量平衡功能的电动二通阀2处于开启状态时，利用PC可以根据“水侧温差流量积算法”计算某盘管结点的瞬时冷/热功率负荷，并对时间进行数值积分，累积计算出在某一段时间内的用冷量或用热量，并分别进行不断的定时存储和刷新累计流量、累计冷量、累计热量。具体如下PC机根据每个自动流量平衡功能电动二通阀的标定控制流量(即设计流量)与数字温度传感器测量温差的乘积，经过单位换算修正后，得到流过该盘管的供冷或供热瞬态负荷，再对时间进行数值离散积分，得到风机盘管在某一段时间内的当前耗冷量或当前耗热量，计算出累计流量、累计冷量或累计热量(分别存贮到所对应的数据结构体中)。
某盘管具体从t0时刻到时刻t的能量积分公式如下ENFCU＝∫0Cw·ρw·Qw·|ΔT|·dt其中各个符号的意义表示如下ENFCU盘管在从t0时刻到时刻t能量积分累计，单位为KwH；Cw单位转换换算系数(程序给定值)；ρw冷/热水的密度(程序给定值)；Qw自动流量平衡功能的电动二通阀出厂标定体积流量；|ΔT|供水温度、回水温度的温差测量值，取绝对值；PC在数值积分累计的同时，按一定的时间周期规律将相关数据根据需要保存在外存(硬盘)中。
利用高级语言(C++)进行二次开发和组态，该系统集成装置可以实现诸如集中抄表、分时段计费、系统监控、计费管理、收费管理、业主管理、能源效率统计等等功能，具体在软件升级时不断完善。
在实际的计量过程中，始终根据集控盒中的继电器对电动二通阀的电压进行探测，如果供水、回水的温度传感器均处于离线状态，则判定用户不用冷或不用热。
本实施例各部件基本采用通用产品进行集成。
其中通用房间型室内温控器属于成熟产品(如SIEMENS的RAB10.1或RDF10.2型号)，它可以根据房间的温度进行电动二通阀的开关控制，满足室内热舒适性的要求。具有自动流量平衡功能的电动二通阀系本发明人的专利产品，当室内温控器将电动二通阀打开时，它通过机械自力式原理高精度控制盘管水流量的自动恒定，无需进行水流量的二次测量。以插入或者搭接方式安装在供水、回水管道上的两个数字温度传感器系DALLAS半导体公司通用产品，如DS18B20、DS1820S等型号的单线型数字温度传感器是最新的半导体一线器件，它体积小、适用电压宽、经济实用、一致性好，可以灵活轻松组建温度传感器总线型网络拓扑，为测量系统的构建引入全新概念。当室内温控器将自动流量平衡功能的电动二通阀打开时，通过并联导线接通集控盒内的继电器，该继电器的无源触点可将现场的两个数字温度传感器直接与“一线总线”连通成在线状态，其温度信息以数字方式传输到数据远程采集单元(简称RTU，也有通用型的成熟产品)，通过RTU将“一线总线”协议转换成通用的RS-485或CAN协议。
利用以太网串行端口服务器标准产品(如ADVANTECH的ADAM-4571型号)可以将所有的RS-485串行设备直接连接到以太网，作为一个以太网结点来工作。通过TCP、UDP、IP、Socket、Winsock等技术，通用串行端口服务器可直接应用于Microsoft Windows或Linux等不同的操作系统中，供监控电脑(PC)直接读取数据，以实现计算机集中的能量计量积算、运行状态监控等功能。或者也可利用标准端口转换模块产品(如ADVANTECH的ADAM-4520型号，这是一种带隔离的RS-232到RS-485/422转换器)将RS-485转成RS-232后直接连接到计算机的RS-232端口中。
当室内温控器输出信号关闭电动二通阀时，两个数字温度传感器与“一线总线”利用继电器脱离总线，进入离线状态，电脑无需进行该盘管的能量计量。
本实用新型利用高精度动态水流量平衡功能的紧凑型电动二通阀既能实现阀门的开关满足室内热舒适性要求，又能自动控制和平衡水流量。同时，本实用新型利用一对一致性很好的数字温度传感器在计算机网络上直接测量供水、回水的温度及它们的温差，基于目前最成熟的“水侧温差流量积算法”原理进行能量计量积算，实现了高精度自动水流量平衡功能的电动二通阀与冷热量计算机网络计量、室内温控与数据采集监视技术的装置一体化。
本实施例创新性应用了DALLAS公司的单线型数字温度传感器“一线总线”产品，结合“高精度动态水流量平衡功能的紧凑型电动二通阀”、室内温控器、计算机通用网络产品等标准产品，实现了智能温控、高精度电动动态水流量平衡、计算机联网监控计费三项技术一体化的集成。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，诸如所有的RTU可以挂接在以太网串行端口服务器标准产品中，利用以太网(Ethernet)进行数据传送；RTU还可以通过转换模块(如RS-485转换成PROFIBUS、BACNET等)挂接到各种工业总线上。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求1.一种中央空调末端智能温控与联网计费集成装置，包括室内温控器(1)、电动二通阀(2)、数字温度传感器(3)、和风机盘管接线端子(5)，其特征在于，还包括集控盒(4)、数据远程采集单元RTU(6)、RS-232到RS-485/422的转换器(7)和个人计算机(8)，其中室内温控器(1)、电动二通阀(2)、数字温度传感器(3)、集控盒(4)和风机盘管接线端子(5)组成温控末端智能单元(100)，室内温控器(1)分别与风机盘管接线端子(5)和集控盒(4)相连接；室内温控器(1)通过集控盒(4)中的继电器连接电动二通阀(2)，对其进行开关控制；数字温度传感器(3)与集控盒(4)相互连接；每个温控末端单元均通过集控盒(4)连接在数字单线总线上，并通过数字单线总线连接到数据远程采集单元RTU(6)；所有的数据远程采集单元RTU(6)均并联接在RS-485总线或CAN总线上，并通过总线连接至转换器(7)，RS-232到RS-485/422的转换器(7)与个人计算机(8)连接，将所有的数据信息通过总线方式传送到个人计算机(8)。
2.根据权利要求1所述的中央空调末端智能温控与联网计费集成装置，其特征在于，所述集控盒(4)是由普通继电器标准产品和接线端子排标准产品组成的装置接线盒。
3.根据权利要求1所述的中央空调末端智能温控与联网计费集成装置，其特征在于，所述电动二通阀(2)包括电动阀体(201)、阀芯(202)、阀杆(203)、阀盖(204)和电动执行器(205)，所述电动阀体(201)还连接一个流量控制阀组件，包括流量控制阀体(207)、流量控制阀芯(206)、弹簧(210)和压紧圈(211)，压紧圈(211)连接于流量控制阀体(207)，将流量控制阀芯(206)和弹簧(210)依次压紧固定于流量控制阀体(207)内。
4.根据权利要求3所述的中央空调末端智能温控与联网计费集成装置，其特征在于，所述流量控制阀组件还包括一个流量控制外筒(209)，流量控制阀芯(206)、弹簧(210)和压紧圈(211)依次连接，流量控制外筒(209)在流量控制阀体(207)内，流量控制外筒(209)与流量控制阀体(207)之间有密封圈(208)。
5.根据权利要求3所述的中央空调末端智能温控与联网计费集成装置，其特征在于，所述流量控制阀芯(206)的侧面具有沿着流体流动方向逐渐放大的弧形水流通孔。
6.根据权利要求3至5所述的任意一种中央空调末端智能温控与联网计费集成装置，其特征在于，所述流量控制阀体(207)可以连接在电动阀体(201)出口或入口任意一侧。
专利摘要本实用新型公开了一种空气调节的控制装置，旨在提供一种应用于中央空调风机盘管的智能温控、高精度电动动态水流量平衡、计算机联网监控计费三项技术集成一体化的装置。本实用新型包括包括室内温控器、电动二通阀、数字温度传感器、和风机盘管接线端子，还包括集控盒、数据远程采集单元RTU6、RS－232到RS－485/422的转换器和个人计算机，每个温控末端单元均通过集控盒4连接在数字单线总线上，并通过数字单线总线连接到数据远程采集单元RTU6；所有RTU6均并联接在RS－485总线或CAN总线上，连接至转换器，将所有的数据信息通过总线方式传送到个人计算机8。本实用新型计量准确、控制可靠、运行稳定，设计新颖、操作方便、安装简单、适应性好、价格极低廉。
文档编号F24F11/00GK2826261SQ20052001440
公开日2006年10月11日 申请日期2005年8月26日 优先权日2005年8月26日
发明者沈新荣 申请人:沈新荣