IT技术在空调制冷系统中的应用—网络中央空调

摘要：通过对空调制冷系统存在问题的分析，提出了基于IT技术的网络中央空调概念和实施方案。详细介绍了网络中央空调的框架结构，阐述了核心单元——通用网络控制器和在网络型冷水机组上的应用，分析了局域网络空调控管系统和网中央空调管理系统的功能，并通过与BACNET的空调自控的比较，总结了基于INTERNET的网络中央空调的特点和效益，得出网络中央空调是空调制冷业发展方向。最后进行了具体实例分析。

关键词：网络中央空调、BACNET、INTERNET TCI/IP、系统节能

Application of IT technology in Air-Conditioning & Refrigeration system
——BORRY network air conditioner system (BCNS)

Abstract: According to the analysis about current problem of refrigeration system, the concept and application of BCNS basing on IT technology is proposed. The structure details of BCNS, the core unit: general network controller, the application of controller in network chiller, the performances of LAN manage system and BCNS are introduced. Through the compares with the other automation control system of air conditioner on the basis of BACNET, the characteristics and advantage of BCNS on the basis of INTERNET are concluded. There is a practical example in the end.

Key Words: BCNS, BACNET, INTERNET TCP/IP, ENGERGY SAVING
Tsinghua University . Beijing .China

一、 引言

    在IT技术迅猛发展的时代，国家制定了信息化带动产业化的国策，目前我国能源特别是电力紧张，而空调制冷设备及系统耗能已占国家总能耗近１/5，系统节能面临新的挑战，同时空调制冷设备系统采用智能化控制的不足１/5，并且系统的开放性、兼容性和使用效果较差，不能满足用户的要求。如何将制冷空调系统与IT技术紧密地结合起来，为客户提供高品质的系统服务？
IT技术与传统的制冷空调业相融合是科技发展的必然趋势，利用成熟可靠的IT技术应用在空调制冷系统中，可以为客户提供人性化、个性化和网络化的设计与服务，能够确保制冷空调系统使用更简便、性能更可靠、费用更低廉、服务更迅速。并可以很好地解决空调制冷系统以下问题：
如何使空调制冷的负荷需求与实际相符合？
如何增强空调制冷系统控制的适用性、兼容性，并降低造价？
如何实现空调制冷设备的数字化、网络化？
如何实现定量科学管理，达到系统高效节能，管理便捷？
如何使用户的系统享受专家级的技术支持？得到迅捷周到的服务？
INTERNET网络以其成熟可靠的技术，低廉的价格，在全世界得到了广泛的推广应用。针对目前我国空调制冷业“重建设轻管理，重设备轻系统，空调制冷系统与楼宇智能系统无法兼容，能耗高管理难”的现状，博瑞公司于1999年率先提出了“网络中央空调及数字楼宇”的创新理念，并得到了国家科技部和中国制冷学会等相关部门和业内专家学者的认可和支持。

二、网络中央制冷空调构架

    经过科学分析论证,我们提出了网络中央空调的创新理念，它的框架层次如下:
建立中央空调管理系统：通过Internet 可以实现对各个用户空调制冷系统的在线运行监控及管理，实时提供专家级技术服务,以局域网络为基础，建立局域网络空调控制管理系统（BCNS），将空调自控及楼宇智能化（消防、安保、强弱电等）与楼宇网络资源共享。实现空调制冷设备的网络化，将智能化冷水机组及其它空调制冷设备，升级为网络型设备，主要设备赋予IP地址。

 
网络中央空调的硬件组成主要包括：(1)WWW.ChinaBorry.Com 网站(2)BORRY 网络中央空调管理系统服务器(3) INTERNET 网络 (4)BORRY局域网络空调控管系统（BCNS）(5)LC2000NT通用网络控制器（适用于网络型冷水机组、空调机组、新风机组、冷库、机房辅助设备的控制）等。

BORRY网络中央空调系统，它的基本特点如下：
1、空调制冷设备网络化的基础——LC2000NT通用网络控制器
运用成熟可靠的网络技术，融合BORRY十余年制冷机组控制和系统控制及管理的经验，BORRY公司经过多年的研发，推出LC2000NT通用网络控制器 — 即网络DDC,它是以INTEL高性能微处理器为核心的高可靠性组件，同时配有针对空调制冷系统特点专门开发的控制软件，该控制器可控制各种空调制冷设备,并可直接接入LAN网络,实现空调制冷系统的网络化控制和管理，并可通过因特网实现远程在线监控和管理。LC2000NT通用网络控制器基本特点：

LC2000NT通用网络控制器的应用-----实现空调制冷系统的网络化
LC2000NT通用网络控制器目前主要应用在：冷水机组---LC2000NT/D网络型冷水机组（包括开启式、半封闭、低温、水源热泵等）、机房辅助设备---LC2000NT/M型机房辅助设备控制（水泵、冷却塔、电动阀等）、空调机组和新风机组---LC2000NT/A 型空调机组控制等方面。
LC2000NT/D 网络型冷水机组属于信息化机电一体化产品，具备网络通讯功能, 智能化控制方面，功能有所增加。可根据具体情况，将维护管理设定为三个层次：日常、专业、高级。其特点：
1.高度智能化冷水机组
2.丰富的人机界面;屏幕保护及功能设定
3.完善的故障诊断和保护
4.自动能量调节、自动记录系统信息
5.对负荷和耗电量提供定性和定量分析和控制
6.可通过网络通讯模块连接机组群和局域网，实现网络控制。
7.各主要系统运行参数（如压力、温度、流量等）可与BCNS 共享
    LC2000NT在机组上实现了冷水进出水温度、冷却水出水温度、排气温度及油温的实时监测。设置高低压保护开关，冷冻水及冷却水断水保护开关等，实现了系统故障的实时监控。通过控制实现过载保护，油压差保护以及对供液电磁阀、能调电磁阀等主要机组部件的控制。通过控制程序运算，可实现10％～100％负荷变化下的无级能量调节。控制系统检测到各类故障时，电脑控制器自动进入逻辑关机状态并发出报警，在面板上显示出故障类型和部位。在调试和检修阶段，还可以对各状态参数进行重新设定和故障屏蔽，以完成手动关停机组和检修等工作。实现机房群控和网络中央空调功能。机房辅助设备和空调机组等设备通过LC2000NT与网络连接，进行局域网络通讯，融入局域网络空调控制系统中，实现整个系统自动化运行管理。

2. 局域网络空调控管系统（BCNS）
    基于IT技术发展，以INTRANET TCP/IP协议为基础，与 LAN网实现互联，对空调制冷系统进行控制及管理。可直接采用已有LAN网络，无需重新布专线，与传统的楼宇控制网络相比较易实现。
? 能够有效协调冷水机组群和整个系统，改变了仅考虑单机的COP.c值, 引入系统COP.sys值, 以系统高效节能为控制目标,因而系统性能得到很大提高，系统安全可靠性得到充分保证。以TCP/IP为协议,通过LC2000NT对辅助设备和制冷空调机组进行监控。协调管理相关设备，如水泵、冷却塔、补水装置、制冷空调末端设备，由于控制硬件通用，只需相应地使用不同管理软件，因此成本较低。监测系统运行并记录数据：检测纪录数据是BCNS的基本功能，采集大量数据定时打包传送。解决了目前楼宇自控中存在的不兼容问题。
具有完善的故障诊断分析处理系统，可确保系统安全运行。定时保存、打印制冷空调系统运行管理报告，便于用户了解系统运行情况。具有日程安排功能，针对不同需求预先设置运行参数，达到无人值守。

3．网络中央空调管理系统（BCMS）主要功能,博瑞网络管理系统（Borry Control Manager System —— BCMS）是博瑞网络中央空调系统的指挥管理层，通过对网络控管层（BCNS）发来的数据进行分类储存、分析判断、处理诊断，对可能出现的故障进行预警，为空调系统的运行维护和优化调整积累基础数据，使空调系统的运行维护更加科学化、专业化，确保系统在安全、可靠、经济的状态下运行。
博瑞网络管理系统由安装在网络服务器上的数据库和一组软件组成，包括：逻辑运行知识库、能量调节知识库、专家管理知识库、网络服务软件、联机管理软件组成。
通过上述数据库和相关软件，可以实现：查询用户空调制冷系统基本数据和相关信息；实时监测各主机运行状态及制冷空调系统信息，分析空调系统运行情况，确保整个系统在最优化状态下运行；并进行远程控制。专家系统具有最佳运行模式选择，统预警功能，故障诊断等功能：对空调制冷设备做出精确的能量分配、消耗分析及相应费用分析报告，及时反馈给用户。监测空调制冷系统相关设备的运行状况，并给出运行报告。根据用户要求，对用户空调制冷系统实施托管业务。

三、网络中央空调与其他类似技术的比较和分析

1． 通讯协议
楼宇自动化系统BAS出现于20世纪70年代末期。由于市场原因，各个厂家开发独立的通信协议，造成不同厂家控制设备之间的通信非常困难，最终用户的系统性能和投资效益受到损失。社会需求推动着技术向前发展，开发和使用开放的、统一的通信协议是社会和技术发展的必然趋势。
目前我国使用BAS中有两种主要通讯协议：Lonworks和BACnet 。这两种协议在通讯数据结构、数据传输方式、控制方式、成本、兼容性等方面与INTERNET网络还存在较大的区别。三种主要协议的性能比较(INTERNET﹑BACNET和LONWORK)见下表:

自控协议 BACnet LonWork TCP/IP
提出者 ASHRAE 美国Echelon公司 ARPARNET/BORRY

发展趋势 平稳下滑 缓慢增长 快速增长
技术特点 监控设备之间的通讯数据
结构 开放式分布式控制网络 监控网络设备间的数据传输在
InternetTCP/IP平台上开放性、
标准化高、容易实现各种控制
通讯介质 专线和桥架 专线和桥架 通用网线
扩展性 较难 较难 很容易
数据容量 有限 有限 无限
复杂程度 中 高 低
施工难度 难 难 易
厂商 美国Honeywell、Johnson、siemens；技术实力雄厚，
各厂家协议不同，产品兼容性差，造价昂贵 ，局限
较大 微软，INTEL，思科等国
际著名公司提供技术平台，
BORRY为运用服务商
性价比 价格较贵，性能局限，兼容较差 价格低廉，性能卓越
通过以上分析比较，可以得出：因特网以其技术的成熟性、通用性、开放性、兼容性、易用性和低廉的价格等特性得到迅速发展。博瑞公司采用的以Internet TCP/IP协议为控管技术，必将在控制和管理和楼宇智能化领域得到广泛应用。
2． 制冷机组能量控制
    目前制冷机组采用微处理器对其进行智能化的控制,通讯接口主要采用232/485接口, 目前BAS通讯协议因受其开放性、兼容性和可靠性的影响,因此目前BAS仅对机组进行开关量的控制和故障监测,无法对耗能大户冷水机组进行能量控制。
采用BORRY网络中央空调系统的冷水机组，由于采用标准和开放的通讯协议，因而机组及机群可以根据系统负荷的需求，实现精确的能量控制，同时以机群、冷站及整个系统的能效为控制目标，实现系统高效节能。
BORRY网络中央制冷空调的推出,打破了以往BA技术由少数公司垄断，互换性差、造价昂贵及操作管理十分复杂的局面；更重要的是它可以实现“OA＋CA＋BA”三网合一，真正实现了数字楼宇。

四、网络中央制冷空调的技术特点及客户收益

技术特点：
1、 建立在成熟的Internet技术基础上，同其它设备可共用一个技术平台。
2、 所不在的全球网络，不需再增加任何附属设备。
3、 可通过网络直接进行控制软件的升级，终生享受专家级的服务。
4、 网络中央空调专家系统。
5、 可与远程用户进行数据交换，实时监测该系统运行状况。
6、 低成本检修，维护方便迅捷；无人值守，降低运行成本。
7、 机组数据、运行资料、工程设计资料及档案资料统一建档管理。
8、 系统独立运行，专业化的网络安全设计，并设防火墙技术。
客户收益：
1、 节约能源
2、 降低智能化和网络化空调制冷系统的初投资
3、 节省维护费用，降低运行管理难度,可实现机房无人值守
4、 最大限度地延长机组寿命
5、 优越的性能价格比
6、 系统具有开放性、兼容性和易用性, 永不落伍的控制升级。

五、网络中央制冷空调系统运用及分析

如何在实际工程中使用BORRY 网络中央空调系统呢？下面介绍一个实例：
1、某办公楼建筑面积3万平方米，采用3台LC2000NT冷水机组
其它空调制冷设备有：空调箱机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、电动阀、平衡阀、流量计、补水泵、补水箱液位计等
2、BORRY网络中央空调管理系统（BCNS）图示

 通过以上介绍在实际工程中应用的BORRY 网络中央空调系统，我们不难发现它所具有的优点，而且能为我们的客户带来了巨大的效益。综上所述，我们可以得到以下结论：
? 面向用户的空调系统的全面解决方案
? 空调自控与楼宇网络相互融合的途径
? 易于实现的空调制冷系统能量控面缸
? 提供专家级的管理系统
? 优越的性能价格比
目前网络中央空调系统已在清华大学教学楼、首都师范大学、中石化等空调制冷行业得到成功应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。
结束语：网络中央空调代表着传统行业在网络时代发展的必然趋势，博瑞公司努力进行了一些探索，上述仅从空调系统的网络化控制和管理方面谈IT技术的运用，同样可对冷冻冷藏系统采用网络控管技术，目前还可推广运用于奥运场馆和地铁的空调系统，通过网络使各个远距离的空调系统统一监控；由于空调制冷专业基于实验科学, 通过网络空调制冷技术的运用, 可实现研发----设备测试----系统测试----长期跟踪分析, 设备和系统完善等一整套从定性分析到定量分析,改变科研---设备生产厂家-----系统建设-----运营管理脱节的局面。我们也认识到存在种种不足和局限，希望能够与广大的空调制冷业内同仁共同努力，以促进整个空调制冷行业信息化的发展，希望借助IT技术的发展，是我国空调制冷业跨入国际领先行列。