大型商场的空调系统节能设计

【摘要】1.上位机功能 上位机选用工业控制计算机，其作用是通过与下位机的通信，实时采集商场内部的环境参数，上位机在接收到这些信息后，对数据进行处理、显示、存储，以适当的形式显示给...

[摘 要] 本文结合商场环境的实际情况，提出了采用先进的测控技术实现空调节能的设计思路、体系架构方法，重点介绍了实现商场中央空调的节能方法。

[关键词] 温度传感器 单片机 节能 变频器

随着国民经济的快速增长，商业企业正在飞速发展，尤其是大型商场在日益增多。目前我国的电力资源十分紧缺，能源是我国国民经济发展中的一个战略问题，实行“节能优先，结构多元，环境友好”的可持续发展战略，把节约资源提升到基本国策的高度，将“控制人口，节约资源，保护环境”并称为新时期的三大基本国策。商场消耗的能源主要用于空调及照明设备，节约能源既能够降低商场的运营成本，提高商场的竞争力，又符合我国的国策。因此，开发一套适用于商场环境的自动控制系统，在保证商场室内舒适环境的前提下，达到绿色、节能的目的，具有非常重要的意义。

一、系统组成

本系统是一个集散式控制系统。它包含两个层次的含义：一是分布式的智能数据采集系统（下位机）；另一个是数据处理和显示系统（上位机系统）。下位机通常指硬件层上的，即各种智能数据采集、控制设备。这些智能采集设备将采集到的各种参数转换成数字信号，并以串行通信的方式传送给上位机。系统组成如图1所示。

1.上位机功能

上位机选用工业控制计算机，其作用是通过与下位机的通信，实时采集商场内部的环境参数，上位机在接收到这些信息后，对数据进行处理、显示、存储，以适当的形式显示给用户，以达到监视的目的；上位机作为人机界面，还可以接受操作人员的指令，将设定的控制参数发送到下位机，以达到自动控制的目的。

2.下位机功能

下位机是以AT89C52单片机为核心的智能设备处理机，它主要完成商场室内、外温度的检测，按设定要求及当前室外的环境温度，自动控制空调机组、换风设备的工作状态。下位机的分布以楼层为单元。

温度传感器采用美国达拉斯公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，微处理器只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口少，可节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20的温度测量范围为-55℃～+125℃, 具有12位A/D转换精度，测温分辨率：0.0625℃；微处理器通过简单地编程即可实现（12位的）数字值读数方式，与微处理器的接线如图2所示。

3.方案简介本系统的节能主要体现在以下两个方面

(1)目前，大型商场的换风系统，在给人们带来舒适购物环境的同时，也消耗掉了大量的电力能源。风机在大多数时间内处于轻载运行，风量的调节通常采用传统的节流控制方式（采用调节挡板或阀门来改变鼓风量）。虽然实际供风量改变了但电动机的额定电压和额定转速不变，使电动机长期处于高功耗、低效率下运行，造成电能的浪费，通过采用变频调速技术改造传统商场的供风系统，以变频调速的方式改变风量，能够显著地降低电能消耗。

(2)商场的中央空调缺乏自动控制系统，一年四季工作在制冷或制热状态，本系统通过采用自动检测及控制技术，充分利用春、秋季室外新风调节商场的室内环境，减少空调机组运行时间，可获得极大的节能效果。

二、系统功能

本系统为全数字化集中管理，分散控制方案。主要实现对商场内环境温度的自动调控。根据采集的室内及室外实际温度值决定是否启动空调机组的运行。当室外温度低于一定值时，不启动空调制冷，采用换风降温，并且根据室内的实际温度与设定值的差值，通过PID运算自动调节变频器的输出，控制风量的大小，保障商场室内环境的舒适性。同理，当室外温度高于一定值时，不启动空调制热，由于商场内人员密度大，温度一定会高于室外。这样，可以减少空调机组的运行时间，达到节能、环保的目的。系统控制流程图如图3所示。

1.上位机设计

上位机的应用软件采用组态软件编制，主要由主控界面、系统设置、数据采集（与下位机的通信）、数据处理（计算、存储）、系统帮助等五部分组成。系统软件具有良好的模块化程序及标准的互联接口，便于组成各种规模的系统，有利于产品和技术的更新换代，还具有较强的应用程序接口（API），以便针对特殊应用编制应用软件及进行系统功能的扩充和开发。例如，如果下位机增添商场内的灯光自动控制单元，可以方便地实现商场照明的自动控制。

2.下位机设计

下位机系统主要由：单片机、数字式温度传感器、光电隔离器、变频器等组成。通过温度传感器(室内、室外)进行数据采集，主要完成商场环境温度的检测，控制空调、换风设备的工作状态，实现商场内部环境温度的自动控制。

单片机因其体积小、价格低廉、开发应用方便，在工业控制、数据采集、智能仪表等方面得到广泛的应用。下位机的软件采用汇编语言编制，包括主程序、初始化程序、数据采集、通信程序、控制输出等。它是一个独立的测控单元，并能够通过串行总线与上位机进行数据交换。

三、系统的优越性

本设计方案充分发挥了微型计算机、单片机的优势，微型计算机具有容量大、适合进行大量的数据处理、存储和输出的特征；单片机系统成本低廉,体积小,恰到好处地弥补了微型计算机系统体积大,操作繁琐,成本高,不宜推广等缺陷。二者的有机结合，使系统结构紧凑,性能可靠,集管理、测控于一体，提高了系统的性能价格比。

四、结束语

本系统在保持商场舒适环境的前提下，充分利用外界自然资源缩短空调机组的运行时间，节约能源、延长空调寿命，为商场带来直接的经济效益，每年能为3万平方米的商场节约近百万元的资金，是商用空调系统理想的节能方案。

参考文献:

[1]刘 红:我国的能源现状及发展.商场现代化,2004(10):21

[2]DALLAS 1-Wire Digital Thermometer datasheet.DALLAS SEMICONDUCTOR

[3]张东春 郝海龙:应用变频技术改造商场通风系统.商场现代化,2007(3):45～46

[4]赵佩华:单片机接口技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2005

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