CN101124445A - 解除制冷启动的优化控制 - Google Patents

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Abstract

一种优化解除制冷启动的方法，包括以下步骤：以制冷模式运行空调单元；确定建筑负荷；确定解除制冷器可用容量最大值(Free Ca pM)；以及当所述解除制冷器可用容量最大值大于或者等于建筑负荷时，启动所述空调单元的解除制冷模式。

Description

解除制冷启动的优化控制
发明背景
发明领域
本发明涉及一种使空调单元在制冷运行模式与解除制冷运行模式之间切换的切换点的优化方法。
相关技术说明
在空调单元的常规操作过程中，一般以制冷模式运行空调单元，其中消耗能量使将要冷却的一定体积内的空气冷却。然而，当周围温度较低时，就可能存在利用低温的周围空气进行制冷而不使用制冷模式。当空调单元利用低温的周围空气使空间冷却时，称该单元为以解除制冷模式运行。如上文所述，常规上，甚至当周围空气温度较低时，空调单元仍以制冷模式运行。在这种情况下以制冷模式运行是低效率的空气制冷方式。相反，在这种情况下以解除制冷模式运行空调单元是更有效率的。在解除制冷模式中，启动一个或多个通风式热交换器并且通过周围空气使在空调单元中循环的水冷却。
可惜的是，难于估计可最有效地利用解除制冷的最佳户外温度。该最佳点对应于当建筑负荷等于或小于解除制冷器的容量最大值时的时刻。建筑负荷指需要排除的、以便将空间(例如建筑物内部)保持在恒定温度或所需温度的能量数量。解除制冷器的可用容量最大值指能够通过周围冷空气排除的能量大小。当设法确定空调单元应当从制冷模式切换到解除制冷模式的最适宜的户外温度时出现的一个问题是由解除制冷器容量直接与户外空气温度有关引起的，尽管可以不是建筑负荷。具体地说，对于相同的户外温度，所占据的建筑物以及内部产生的热量可能明显不同。
当解除制冷为可选方案时，优选以解除制冷模式运行，其与运行冷却水的空调系统的制冷模式相反。以解除制冷模式运行有助于实现显著节省能量的目的。在很多应用中都需要制冷，即使户外温度很低。以解除制冷器模式运行包括在冷却水循环路线中使用“干制冷器”(通风式水-空气热交换器)代替使用制冷器。这是因为当户外温度低于系统的水循环温度时，可以使用强制对流而不使用制冷器使热量从循环水传递到周围空气。
在常规应用中，都设定一个执行制冷模式与解除制冷模式之间切换的任意环境温度标准。当环境温度达到这个任意设定的标准时，制冷器关闭并且启动解除制冷模式。如果该任意温度与建筑物制冷的实际需要不一致，那么可能引起运行不稳定。具体地说，可能遇到在解除制冷模式与制冷模式之间发生来回迅速切换的情况。此外，可能出现以非最佳方式执行制冷，例如当解除制冷模式既是可用的也是优选的时，空调单元以制冷模式运行。
因此，所需要的是一种确定在空调单元中从制冷模式到解除制冷模式有效切换的切换点的方法。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种使空调单元在制冷运行模式与解除制冷运行模式之间切换的切换点的优化方法。
根据本发明，优化解除制冷启动的方法包括如下步骤：以制冷模式运行空调单元，确定建筑负荷，确定解除制冷器可用容量最大值(FreeCapM)，以及当所述解除制冷器可用容量最大值大于或者等于建筑负荷时，启动所述空调的解除制冷模式。
在下面的附图和说明书中描述了本发明一个或多个实施例的细节。从说明书和附图中，以及从权利要求书中，将清楚本发明的其他特征、目的和优点。
附图简要说明
图1为本发明方法的逻辑图。
在附图中相同的引用数字和标记表示相同的元件。
详细说明
因此，本发明教导的是提供一种确定空调单元应当在制冷模式运行与解除制冷模式运行之间切换的最佳或者接近最佳点的方法。为此，本发明教导了这种切换点的动态识别，该动态识别通过实时确定建筑负荷和解除制冷器的可用容量最大值而获得。如下面的详细描述，本发明的方法包括动态计算建筑负荷和解除制冷器的可用容量最大值，从而确定在制冷模式运行与解除制冷模式运行之间应当切换的最佳点。
估计建筑负荷和解除制冷器容量是基于制冷器和干制冷器硬件的数学模型和可用参数，其中对于制冷器有：SST(饱和吸入温度)和SCT(饱和冷凝温度)，而对于解除制冷器有：OAT(户外空气温度)和WLT(水循环温度)。
为了动态访问建筑负荷，可以观测制冷器容量。如果剩余水温度是稳定的并且等于水循环温度的设置点，那么包括硬件模型的制冷器容量为建筑负荷的映射。为了得到建筑负荷的精确估算，如下面更完全地描述，需要适当的平衡过程以防止系统不稳定。还可以使用空调单元的流动水、加入水和剩余水的温度来估计制冷器容量。然而，这种方法需要附加的硬件比如水流计，而且增加了系统的费用和复杂性。一种利用SST和SCT的方法比较便宜，因为它不需要额外的传感器。通常，SST和SCT由空调单元系统中的传感器测量。
当解除制冷器的可用容量大于或者等于建筑负荷时，本发明的系统将从制冷模式切换到解除制冷模式。一旦启动了解除制冷模式，通过调整解除制冷器容量获得建筑负荷与解除制冷器容量之间的平衡。当解除制冷器的剩余水温度等于水循环温度设置点时获得这种平衡。当解除制冷器容量变得低于建筑负荷时(即，解除制冷器的剩余水温度高于水循环温度设置点)，本发明的系统重新启动制冷器，从而进入制冷模式并且停止以解除制冷模式运行。
参见图1，详细地显示了本发明的方法。如上文所述，本发明教导了建筑负荷的动态确定，并且将建筑负荷与解除制冷容量最大值进行比较，以便确定是否将制冷模式切换到解除制冷模式。参见图1，假设在执行步骤1之前空调单元是以制冷模式运行。对于步骤1，计算了建筑负荷。因为建筑负荷是瞬时制冷容量的函数，所以首先并且重复地计算瞬时制冷容量P。如图所示，计算瞬时制冷容量作为空调单元系统中压缩机数量、压缩机类型、SST和SCT的函数。那么在一段时间内积分(integrate)所计算的瞬时制冷容量以便计算建筑负荷估计。尽管可以在任何需要的时间内积分建筑负荷估计，但是通常积分不超过10分钟，优选不超过5分钟，从而获得建筑负荷的平均值。
同时，计算解除制冷器的容量最大值。解除制冷器的容量最大值为可用解除制冷容量的最大值。计算解除制冷器容量最大值作为户外空气温度、水循环温度设置点和空调单元物理模型的函数。如步骤2所示，如果空调单元模型的物理参数是已知的，那么可以将这些参数与户外空气温度和系统的水循环温度设置点相结合，以便动态地计算解除制冷器的容量最大值。
在步骤3中，将所计算的解除制冷器的容量最大值与建筑负荷进行比较。如果解除制冷器的容量最大值大于或者等于建筑负荷，那么可通过切换到解除制冷模式就可以符合建筑负荷的制冷要求。如果解除制冷器的容量最大值不大于或者等于建筑负荷，那么就不能切换到解除制冷模式，并且如逻辑流程图所示，系统继续以制冷模式运行。
然而，如步骤4所示，如果计算的解除制冷器的容量最大值大于或者等于建筑负荷，则暂停以制冷模式运行并且启动解除制冷模式。通常，以解除制冷模式运行包括启动许多风扇以便循环较冷的户外环境空气，从而符合建筑负荷的需要。结果，一旦确定以解除制冷模式运行，则连续地启动风扇并且继续增加风扇，直到不需要增加解除制冷容量。
如步骤5所示，获得瞬时解除制冷器容量作为户外空气温度，系统水循环温度和空调单元系统状态的函数，具体地说，是当前运行的风扇数量以及水泵的速度的函数。下一步，如步骤6所示，做出是否需要额外的解除制冷模式制冷的决定。具体地说，将水循环温度与水循环温度设置点进行比较。水循环温度设置点相当于欲冷却的建筑物或者空间内需要获得的温度。如果水循环温度高于水循环温度设置点，就需要额外制冷。事实上，如果水循环温度(WLT)不高于水循环温度设置点(WLTSP)，逻辑图表指出返回到步骤5，再次动态计算解除制冷器容量。然而，在步骤6中，如果WLT高于WLTSP，则存在更多制冷的需要，并且算法执行步骤7。
在步骤7中，将步骤5中计算的解除制冷器容量(FreeCAP)与步骤2中计算的解除制冷容量最大值(FreeCapM)进行比较。如果FreeCAP不等于FreeCapM，那么就存在通过没有被有效利用的解除制冷模式增加制冷的机会。结果，解除制冷容量增加，并且算法返回步骤5，重新计算解除制冷器容量。通常，增加解除制冷容量可以通过启动额外风扇或者增加水泵速度完成。如果FreeCAP等于FreeCapM，那么就存在这种情况：需要额外的制冷，但是系统已经为了达到利用周围空气温度来冷却空调单元的效率最大值而运行。在这种情况下，就不再可能以解除制冷模式符合建筑负荷，并且随着系统再次进入以制冷模式运行，解除制冷模式停止。
已经描述了本发明的一个或多个实施例。不过，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，其他实施方式都将落入所附权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种优化解除制冷启动的方法，包括以下步骤：
以制冷模式运行空调单元；
确定建筑负荷；
确定解除制冷器可用容量最大值(FreeCapM)；以及
当所述解除制冷器可用容量最大值大于或者等于建筑负荷时，启动所述空调单元的解除制冷模式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定建筑负荷包括以下步骤：
计算多个瞬时制冷容量；以及
在一段时间内积分所述多个瞬时制冷容量，以生成建筑负荷平均值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述启动步骤进一步包括解除所述制冷模式。
4.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
计算解除制冷器容量(FreeCap)；
将剩余水温度(WLT)与剩余水温度设置点(WLTSP)进行比较；以及
当WLT高于WLTSP并且FreeCAP不等于FreeCapM时，增加解除制冷容量(FreeCAP)。
5.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
计算解除制冷器容量(FreeCap)；
将剩余水温度(WLT)与剩余水温度设置点(WLTSP)进行比较；以及
当WLT高于WLTSP并且FreeCAP等于FreeCapM时，解除所述解除制冷模式。
6.权利要求5所述的方法，包括启动所述制冷模式的额外步骤。
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