商用多联空调机节能控制系统的研制

黎绵昌

（顺德职业技术学院 机电工程学院，广东 佛山 528333）

多联机目前大量用在宾馆、写字楼、学校及娱乐等场所，量大面广，却还没有成熟的节能控制措施。所以，针对这种现状，本课题组研发了一种针对多联机的节能控制器。

1 节能控制器市场的现状及采取措施

目前，只有高级宾馆等使用大型水冷式中央空调的场所，有插卡取电和温度控制功能。分散式使用多联机、家用空调的场所，还没有这种节能开关，并且不能控制开停机时间，也不能灵活多变的进行参数调整设定。如今节能控制开关虽不少，但是都存在着不少问题。例如，有些产品其外观不但粗糙而且无法实现温度控制，从原则上来说不能算是节能开关；有些空调节能控制器，虽然能通过温度以及电流电压来控制空调的运行，但是不能实现对时间的控制；有部分节能控制器虽可以实现对时间的控制，但是对时间上的控制却不是灵活的，甚至是不能更改的，而且过了设定时间就必须手动按键才能实现其二次工作；有的是设定的运行时间长度不合理，操作过于频繁；另外，还有接线繁琐、按键繁多、功能不少但没多大用处，更无法实现对商用空调的控制。

针对目前空调节能开关面临的现状，我们对节能控制器的控制系统进行重新设计，将微电脑控制技术、传感技术、显示技术、驱动技术进行集成开发应用，智能化的控制空调器的运行。人体感受舒适标准的高低，舒适度不仅与温度有关，同时与湿度也有要求（一般人体感觉最舒适的温度为：21～24℃、相对湿度为：50%～60%），所以在设计中着重从舒适度方面考虑，通过“参数设置端口”既可以实现温度精确控制，也可以同步设定相对湿度范围，同时可根据作息工作时间对开关机的时间进行设定。

重新设计的节能控制器既可用于家用空调设备的节能控制，也可实现对多联商用空调设备智能化监控。除安装方便外观巧美外操作简单容易，一旦设定好之后就能自动控制，无需再进行人为操作，既方便实用，又高效节能。

2 节能控制器的开发

2.1 控制器设计思路

对于空调，影响能耗的主要因素有：1）认知因素，即使用者的节能意识，具体表现在是否有人走关空调的习惯，以及是否会把空调温度设得很低（国家鼓励空调温度设置在26℃以上）；2）技术因素，产品是否高效节能，具体表现在产品的能效级别以及是否始终运行在高效状态。

鉴于上述因素分析，所设计的控制器能以技术手段实现以下功能：1）强制设置空调温度：夏天室内温度高于26℃（该温度可调）才开始制冷；冬天室内温度低于15℃（该温度可调）才开始制热；2）空调开启后，制冷时室内温度连续6分钟低于23℃（或制热时室内温度连续6分钟高于18℃），压缩机自动关闭；3）设定开关机时间，当人离开房间后会自动关闭空调器的总电源；4）系统带病工作时，要能够及时报警以得到合理的保养和维修，保证运行效率。

2.2 控制器控制系统设计方案

控制器配置温度传感器和湿度传感器，采集室内环境温度和湿度参数，设计温度控制电路、湿度控制电路，将温度和湿度物理量变为电参数。设计微处理器电路、显示电路、按键输入电路、接收温度、湿度信号等。编制控制程序，将采集的温度、湿度与设定的温度、湿度进行逻辑运算控制信号。设计放大及驱动电路，控制触点式控制器，再控温度传感器和空气开关或压缩机电源。空调设备智能型节能控制器微电脑控制系统结构框图，见图1所示。

图1 空调设备智能型节能控制器微电脑控制系统结构框图

设计时钟电路及延时电路，根据设定的运行时间段，对输出的驱动信号进行性能控制。根据室内温度、湿度参数的变化，运行制冷模式或制热或除湿模式。设计外置参数设置控制板，包括按键电路、放大电路、微处理器控制电路、显示电路、输出电路等，对节能控制开关进行参数调节。

系统主要由以下4大部分组成：主控板、参数设置端口，数字式温度传感器和湿度传感器。图2是节能控制器的控制系统结构示意图，功能的设定主要是通过外置的参数设置端口来绑定的，设定好的温度和温度传感器实际检测到的温度对比来实现控制动作。

图2 系统结构示意

图3是系统功能结构图，从功能结构图中可以大致地了解到节能控制器的工作原理，先是220 V的交流电经过变压器的变压，四个二极管的整流、电容的滤波变成了9 V的直流电。9 V的直流电再由三端稳压集成块输出5 V直流电源，再输送到单片机，保障单片机的正常工作。单片机通过设定的时间、温度、湿度以实际的时间、温度湿度对比来决定是否给驱动电路输出信号，实现自动控制，经过驱动电路的开路和断路实现电源供电的开和断。为了满足设计的需要单片机采用了可擦写及存储量较大，管脚为28只，型号为：MEGA8L-8PI的高性能、低功耗8位AVR微入理器，该产品具有的特性为：

1）先进的RISC结构。可存储130条指令，大多数指令执行时间为单个时针周期；有32个8位的通用工作存储器。

图3 系统功能结构

2）数据存储器。具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上的Boot程序实现系统的内编程，真正的读写操作；512字节的EEPROM，擦写寿命达100 000次。

3）工作电源。范围在2.7～5.5 V之间。

2.3 运行效果

将研制的控制器安装在某图书馆杂志阅览室多联机上使用。该阅览室一半用普通多联机，一半用加装节能控制器的多联机。常规多联机在安装节能控制器前后耗电量比较数据如表1所示。

表1 常规多联机在安装节能控制器前后耗电量的对比

1月份，由于温度较低，所以阅览室开启空调取暖，常规多联机能耗较高，而加装节能控制器的多联机要在室温度低于15℃时才能开启，所以能耗降低70.3%。

2月份，学校春节放假，没有采集完整数据。

3～4月份，广东地区返潮、梅雨季节时，阅览室开启空调去湿，常规多联机可能在湿度已经很低的情况下仍然在运行，所以能耗高，而加装节能控制器的多联机在湿度达到以后即停机，所以节能明显。

5月份，广东温度较高，普遍达到26℃以上的室温，此时常规多联机和加装控制器的多联机都要开启，但加装节能控制器的多联机能有效避免中午忘关空调和设定温度太低的问题，所以仍然有21.8%的节能效果。

从上述数据看，节能控制器具有很好的节能效果。但同时也看到了，加装节能控制器以后实际上限制了多联机的使用，所以，最好的使用方式是在保证使用的情况下常规多联机与节能多联机共用，这样既可保证使用同时可获节能。

3 结论

空调设备智能型节能控制器在微电脑控制电路设计、采集环境参数、CPU程序控制、输出控制信号、弱电控制强电、智能化控制空调设备的开机温度和运行时间等方面，均有很好的先进性。使空调设备运行受时间、环境温度及湿度限制，达到节能目的。将微电脑控制技术、传感技术、显示技术、驱动技术进行集成开发应用，智能化的控制空调器的运行，赋予传统空调的新功能，保证空调节能运行，有着很好的科学性。还具有体积小、外观美丽，功耗低，控制温度和时间精确度高等特点。

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