隨著國民經濟的發展、人民生活水平的提高，空調應用日益廣泛。在各類建筑物中，*空調已是現代建筑創造舒適的工作和生活環境所*的重要基礎設施，已成為現代建筑的重要標志之一。然而，空調系統用電量在總用電量中的比例也在不斷上升，*空調用電量的激增已經引起了電網供電緊張。在能源日益緊缺的當今社會，對空調進行節能是一個很熱門的話題。雖然目前市面上的空調節能技術很多，但絕大多數都是針對空調主機進行節能，而忽視了空調的其它兩個重要組成部分——風機和水泵的節能潛力。針對這一現實狀況，本文提出了一種基于實測數據對空調風機和水泵進行節能的方案，并設計了相應的控制器，zui終達到節能效果。
1 *空調風機和水泵的節能方案
1.1 節能控制器總體架構
*空調風機、水泵節能控制器的總體架構如圖1所示，圖的左半部分是需要采集的各種信號，以便核心算法的處理；圖的右半部分是輸出信號，主要輸出的是頻率信號，以便各個風機、水泵變頻之用，詳細介紹如下。
1.1.1 溫度數據
在算法中，需要將冷量值轉換為相應的水泵流量值和風機送風量值，這就需要利用圖2所示的公式進行轉換。由公式可知，需要測量溫度數值，采用溫度傳感器采集所需的溫度信號并且通過串口轉換成數字信號并傳輸到工控機內，單位為攝氏度（℃）。
1.1.2 預測冷量
利用現有的冷量預測技術，獲取室內所需的冷量，單位為瓦（W）。
1.1.3 功率和頻率采集
采用ART2010數據采集卡（圖3）采集各個風機、水泵當前的運行的電壓值，并且通過自帶的AD轉換函數實現電信號和數字信號的轉換，轉換成相應的功率值，單位為瓦（W），傳輸到工控機中。
頻率采集采用頻率計數器，單位為（HZ），同樣傳輸到工控機中。
1.1.4 工控機
工控機就是整個控制器的核心部件，主要包含了整套算法的軟件部分，集成了Java虛擬機，Mysql數據庫等軟件環境。
1.1.5 變頻器
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因素、過流/過壓/過載保護等功能。在這里，根據工控機輸出的變頻信號，通過變頻器，可以改變風機、水泵的運行頻率，實現變頻節能。
1.2 節能方案的介紹及實施
1.2.1 預測室內所需的冷量
利用現有的冷量預測技術，獲取在室內所需的冷量。
1.2.2 冷量和送風量、水流量的轉換
利用圖2的公式將冷量值換算為相應的送風量值和水流量值。
1.2.3 建立控制優先級
通過冷量的預測和冷量對送風量（或流量）的轉換，得到對于一個預測好的冷量，可以轉換為水泵的流量W或者是風機的送風量G，設水泵的可以達到的zui大流量為W'，風機可以達到的zui大的總送風量為G'，此時控制系統會對此做出并相應的優先級設定并進行控制調整，步驟如下：
1）將冷量轉換為風機的送風量G
（1）若，則表示通過風機的調整可以滿足冷量的要求，因此，將G送入規則表并進行相應的變頻控制調整。
（2）若，則表示所需的冷量已經超出風機的可調整范圍，無法通過風機實現要求，此時，保持風機原頻率不變。
2）將冷量轉換為水泵的流量W
（1）若，設，做逆運算將M轉換成冷量QM，再將QM轉換成風機送風量GM
①若，則表示可以先調整風機，再調整水泵來達到需冷量。將GM和M分別送入風機的規則表和水泵的規則表，進行相應的變頻調整控制。
②若，則表示無需進行風機調整，直接將W送入水泵的規則表進行相應的變頻調整控制。
（2）若，則表示需冷量已經超出水泵的可調整范圍，無法通過水泵實現要求，此時，保持水泵原頻率不變。
3）令，做逆運算將轉換成冷量，再把冷量轉換成水泵流量
若，則表示可以先調整風機至額定狀態在調整水泵來滿足需冷量，此時先將風機調制zui大送風量狀態，然后將送入規則表進行相應的變頻控制調整。
若，則表示無論是風機還是水泵或是通過他們的共同調整，均無法滿足需 冷量，此時，只有通過改變制冷主機才可達到要求。因此，保持風機和水泵為原工作狀態，調整空調制冷主機。
1.2.4 建立控制規則表
以風機為例，如下表1就是建立的風機變頻控制規則表。可以看到，該表對于不同送風量條件下的各個風機的運行頻率和運行功率以及總功率都進行了相應的記錄。在某一特定的送風量條件下，查找該表，只要排選出送風量相同的數據條進行比較，就可以很容易的得到在總功率zui小的情況下，各個風機的運行頻率，進而可以實現變頻節能的目的。水泵的變頻控制規則表也如是建立。
注：表中例如的數據是指第x個風機的第n組數據，總功率為各個風機的功率之和
2 *空調風機和水泵節能方案的實現
2.1 輸入信號轉化為數字量
2.1.1 工業控制計算機
在本系統中，使用了由上海易控電子科技有限公司的CER-A3527型工業控制計算機。該工控機是基于PC104的CER系列軍用全加固計算機平臺，該計算機可以實現IP68的靜態防水，-40～+85℃的工作溫度，滿足沖擊，振動，復雜電磁環境等要求，同時具有擴展方便等特性。而CER-A3527計算機平臺采用IN的超低功耗ATOM系列CPU ，整機無風扇，可以可靠的工作在-20～+70℃的溫度環境。 在工控機中，安裝了Java虛擬機（JVM），以便Java主算法程序的運行，并且安裝了mysql數據庫，用于保存采集到的各種數據，以便查詢。
2.1.2 ART2010數據采集卡
對于數字量的采集及輸出，本系統采用了一塊由北京阿爾泰科技發展有限公司開發的ART2010數據采集卡。ART2010模板是PC104總線兼容的數據采集板。ART2010板上設計有12Bit分辨率的A/D轉換器，提供了16路單端模擬輸入通道，16路開關量輸入，一個8255I/O接口（24路可編程I/O口），3路定時/計數器。在本控制系統中，將它與CER-A3527工控機的PC104擴展槽相連，主要用于實現數字數據量的傳輸。
ART2010數據采集卡主要采集各個風機、水泵的工作電壓值，然后通過其自帶的AD轉換函數實現電信號和數字信號的轉換，轉變為功率值，送入工控機中。
2.2 輸出信號轉化為變頻信號
當算法程序通過對采集到的各項數據分析后，得到一組對于當前情況下zui為節能的風機、水泵工作頻率，通過變頻器轉換為電信號，進而改變各個風機、水泵的工作頻率。
2.3 控制規則表的建立和查詢
在mysql數據庫中分別建立風機、水泵控制規則表，然后實現對數據庫中數據的查詢，找出*解。
2.4 界面設計
數據庫和算法都實現以后，zui后就要通過界面反映出來，以便進行觀測。界面設計采用java的swing技術。
3 節能效果分析
在沒有使用節能算法的情況下，各個空調會以自身主機的型號和特性為基礎，根據室內溫度和設定溫度的值來調節各個空調部件的運轉。由于沒有進行優化，空調的實時能耗在絕大多數情況下都是比較大的。
而在使用了節能算法以后，由于本算法是根據各個空調部件實測的功率和頻率來來進行變頻操作，從而優化節能的，所以在長時間運行以后，空調的節能效果將會非常顯著。
根據空調各個部件的運行功率和運行時間就可以得到空調運行的總能耗在主程序中插入一段記錄空調運行總能耗的語句后，可以實時的記錄下空調當前的總能耗值。對數據進行整理以后，畫出相應的能耗曲線圖，如下：
由圖3可以看到，在空調剛起步運行時，由于采集的數據量并不是很大，節能效果并不是很明顯。但是在經過一段時間的運行以后，由于采集的樣本容量越來越大，控制規則表也得到相應的優化，進而實際的節能效果也越發顯著。當空調長時間運行以后，使用節能算法比未使用節能算法可以節能20%～30%左右。這對*空調這樣的大能耗型電氣設備來說，其節能效果已經十分明顯，對于節約能源將起到非常關鍵的作用。
4 結論
空調節能是一個與經濟、科技都緊密關聯的話題，本文提出了對風機和水泵進行節能的方案，并且結合了工業控制計算機、ART2010數據采集卡、溫度傳感器、變頻器等硬件，以及Mysql數據庫，Java編程語言，Swing界面設計技術等軟件技術完成了該方案的實現過程，取得了良好的效果，對于其節能的實際經濟效益還有待進一步地研究和考證。
