CN101881498A - 多联式空调系统的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多联式空调系统的控制方法，包括步骤：根据空调系统的运行参数，使用模糊控制算法，计算出一个目标温度；将压力传感器测得的实际压力转换成饱和的制冷剂温度，将所述制冷剂温度作为实际温度，计算实际温度与目标温度的差值；根据实际温度与目标温度的差值、实际压力的变化率以及实际温度与目标温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，计算并调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际温度与目标温度保持一致。本发明还公开了一种多联式空调系统。本发明公开的空调系统波动性小、平稳，制冷或制热效果好、节能效果好。

Description

多联式空调系统的控制方法和系统
技术领域
本发明涉及空调技术领域，更具体地说，涉及一种多联式空调系统的控制方法和系统。
背景技术
多联式空调(热泵)机组简称多联机，20世纪80年代诞生于日本，在我国是最近几年才发展起来的一种具有集中式空调系统特点的新型空调系统，它集变频、变容等技术于一身，具有使用节能、舒适、控制灵活等特点，通过不同容量机组的组合和布置可满足不同规模建筑物的要求。
传统的空调控制思想将室内外机作为一个整体设计控制方案，是一种典型的集中控制系统。这种控制思想针对一拖一空调系统非常适合，但随着多联机的发展，这种集中控制的思想无法应用到多联机上。
在空调能力输出方面，传统的空调集中控制思想是通过温度差来实现的。例如，在制冷模式下，如果室内机设定温度大于室内环境温度1度以上，就启动压缩机制冷，直到设定温度小于室内环境温度1度以下，才停止压缩机运行；在制热模式下，如果室内机设定温度小于室内环境温度1度以下，就启动压缩机制热，直到设定温度大于室内环境温度1度以上，才停止压缩机运行。
多联机是一台室外机拖动多个室内机，室内机一般具有自由组合，数量不确定的特点，同样能力的室内机之间具有任意更换的特点。并且室内机可以一台运行，也可以部分或全部运行，各个房间的温度独立控制而不互相干扰。因此上述集中控制思想的方法很难直接应用于多联机能力控制中，需要有一种新的方法来实现。
在现有多联机空调能力输出方法上，一般是通过能力计算来实现，对各台室内机的设定温度与环境温度之间的温度差进行PI或PID计算，得出该室内机的能力需求，将各台室内机的能力需求求和是整个系统的能力需求，室外机根据整个系统的能力需求，来输出相应的能力。
发明人在研究和实践应用中发现，上述多联机能力计算方法存在缺点主要是：
(1)系统的波动性比较大，不利于系统的稳定；
(2)系统不是运行在最佳的能效比，不节能；
(3)达不到最佳的制冷/制热效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中多联机能力计算方法存在的系统的波动性比较大，不利于系统的稳定，系统不是运行在最佳的能效比，不节能，达不到最佳的制冷/制热效果的缺点，提供一种多联式空调系统的控制方法和系统，实现空调系统波动小，稳定，运行在最佳的能效比，节能效果好，达到最佳的制冷/制热效果。
本发明解决其技术问题所采用的一种技术方案是：一种多联式空调系统的控制方法，包括步骤：
根据空调系统的运行参数，使用模糊控制算法，计算出一个目标温度；
将压力传感器测得的实际压力转换成饱和的制冷剂温度，将所述制冷剂温度作为实际温度，计算实际温度与目标温度的差值；
根据实际温度与目标温度的差值、实际压力的变化率以及实际温度与目标温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，计算并调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际温度与目标温度保持一致。
所述空调系统的运行参数包括：室外环境温度、室内环境温度、室内盘管进口温度、室内盘管中间温度，室内盘管出口温度和室内风速，以及压缩机运行频率，室外风机转速和室内外电子膨胀阀开度。
制冷模式下，系统处于低压，所述目标温度为目标蒸发温度；制热模式下，系统处于高压，所述目标温度为目标冷凝温度，则具体实现为：
制冷模式下，根据空调系统的运行参数，使用模糊控制算法，计算出一个目标蒸发温度；将低压传感器测得的压力转换成饱和的制冷剂温度，所述制冷剂温度作为实际的蒸发温度，使用模糊控制算法计算实际蒸发温度与目标的蒸发温度的差值，根据实际蒸发温度与目标的蒸发温度差值、实际低压的变化率以及实际蒸发温度与目标蒸发温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，计算调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际蒸发温度与目标的蒸发温度保持一致；
制热模式下，根据空调系统的运行参数，使用模糊控制算法，计算出一个目标冷凝温度；将高压传感器测得的压力转换成饱和的制冷剂温度，所述制冷剂温度作为实际的冷凝温度，使用模糊控制算法计算实际冷凝温度与目标的冷凝温度的差值；根据实际冷凝温度与目标的冷凝温度差值、实际高压的变化率以及实际冷凝温度与目标冷凝温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使得实际冷凝温度与目标的冷凝温度保持一致。
一种多联式空调系统，包括压缩机、压力传感器、室外风机、盘管、室内外电子膨胀阀，还包括：
模糊计算单元，根据空调系统的运行参数，计算出一个目标温度；
压力温度转换单元，将压力传感器测得的实际压力转换成饱和的制冷剂温度；
比例积分微分计算单元，计算空调系统压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度；
控制调节单元，用于控制调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际温度与目标温度保持一致。
所述空调系统的运行参数包括：室外环境温度、室内环境温度、室内盘管进口温度、室内盘管中间温度，室内盘管出口温度和室内风速，以及压缩机运行频率，室外风机转速和室内外电子膨胀阀开度。
所述目标温度包括目标蒸发温度和目标冷凝温度。
与现有技术相比，本发明实施例中，主要是控制空调系统的压力，由于压力控制技术主要是控制系统的压力，在制冷模式下，控制低压，在制热模式下，控制高压，并且这种控制是闭环控制，所以系统的波动性会比较小，比较平稳。同时，空调系统会自动调节低压或高压，以获得较好的制冷或制热效果。空调系统自行调节自己的低压或高压，以获得一个较好的能效运行点，因此会显著增强空调系统的节能效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例提供的一种多联式空调系统的控制方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种多联式空调系统的组成原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的主要思想是在能力计算的基础上增加系统压力控制方法，在制冷模式下，控制低压；在制热模式下，控制高压，包括步骤：
101：根据空调系统的运行参数，使用模糊控制算法，计算出一个目标温度；
102：将压力传感器测得的实际压力转换成饱和的制冷剂温度，将所述制冷剂温度作为实际温度，计算实际温度与目标温度的差值；
103：根据实际温度与目标温度的差值、实际压力的变化率以及实际温度与目标温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，计算并调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际温度与目标温度保持一致。
需要说明的是，本发明实施例中，所述空调系统的运行参数包括：室外环境温度(OAT)、室内环境温度(RAT)、室内盘管进口温度(ICIT)、室内盘管中间温度(ICMT)，室内盘管出口温度(ICOT)和室内风速(IFAN)，以及压缩机运行频率，室外风机转速和室内外电子膨胀阀开度。
需要说明的是，本发明实施例中，制冷模式下，所述目标温度为目标蒸发温度；制热模式下，所述目标温度为目标冷凝温度。空调系统的一个压力对应一个饱和的制冷剂温度。
本发明实施例中，主要是控制空调系统的压力，由于压力控制技术主要是控制系统的压力，在制冷模式下，控制低压，在制热模式下，控制高压，并且这种控制是闭环控制，所以系统的波动性会比较小，比较平稳。同时，空调系统会自动调节低压或高压，以获得较好的制冷或制热效果。空调系统自行调节自己的低压或高压，以获得一个较好的能效运行点，因此会显著增强空调系统的节能效果。
下面分别以制冷模式和制热模式具体说明本发明的实施方法。
实施例一
制冷模式下，当多联机在压力控制输出时，本发明实施例提供的压力控制方法包括步骤：
A1)根据空调系统的运行参数，所述空调系统的运行参数包括室外环境温度(Outside Air Temperature，OAT)、室内环境温度(Room Air Temperature，RAT)、室内盘管进口温度(ICIT)、室内盘管中间温度(ICMT)，室内盘管出口温度(ICOT)和室内风速(IFAN)，以及压缩机运行频率，室外风机转速和室内外电子膨胀阀开度，使用模糊控制算法，计算出一个目标蒸发温度；
A2)将低压传感器测得的压力转换成饱和的制冷剂温度，所述制冷剂温度作为实际的蒸发温度，计算实际蒸发温度与目标蒸发温度的差值；
A3)根据实际蒸发温度与目标蒸发温度差值、实际低压的变化率以及实际蒸发温度与目标蒸发温度差值的变化率，使用比例积分微分(PID)算法，计算调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际蒸发温度与目标的蒸发温度保持一致。
需要说明的是，所述实际蒸发温度与目标蒸发温度差值的变化率等于实际蒸发温度与目标蒸发温度差值除以时间T。本发明实施例中，在模糊控制技术的基础上，还使用PID算法，闭环控制调节压缩机的能力输出，室外风机风速，室内外电子膨胀阀的开度，使得实际蒸发温度与目标的蒸发温度保持一致。
本发明实施例中，主要是控制空调系统的压力，在制冷模式下，控制低压，并且这种控制是闭环控制，所以系统的波动性会比较小，比较平稳。同时，空调系统会自动调节低压或高压，以获得较好的制冷或制热效果。空调系统自行调节自己的低压或高压，以获得一个较好的能效运行点，因此会显著增强空调系统的节能效果。
实施例二
制热模式下，当多联机在压力控制输出时，本发明实施例提供的压力控制方法包括：
B1)根据空调系统的运行参数，所述空调系统的运行参数包括室外环境温度(Outside Air Temperature，OAT)、室内环境温度(Room Air Temperature，RAT)、室内盘管进口温度(ICIT)、室内盘管中间温度(ICMT)，室内盘管出口温度(ICOT)和室内风速(IFAN)，以及压缩机运行频率，室外风机转速和室内外电子膨胀阀开度，使用模糊控制算法，计算出一个目标的冷凝温度；
B2)将高压传感器测得的压力转换成饱和的制冷剂温度，所述制冷剂温度作为实际冷凝温度，计算实际冷凝温度与目标冷凝温度的差值；
B3)根据实际冷凝温度与目标的冷凝温度差值、实际高压的变化率以及实际冷凝温度与目标冷凝温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，计算调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际冷凝温度与目标的冷凝温度保持一致。
需要说明的是，所述实际冷凝温度与目标冷凝温度差值的变化率等于实际冷凝温度与目标冷凝温度差值除以时间T。本发明实施例中，在模糊控制技术的基础上，还使用PID算法，闭环控制调节压缩机的能力输出，室外风机风速，室内外电子膨胀阀的开度，使得实际蒸发温度与目标的蒸发温度保持一致。
本发明实施例中，主要是控制空调系统的压力，在制热模式下，控制高压，并且这种控制是闭环控制，所以系统的波动性会比较小，比较平稳。同时，空调系统会自动调节低压或高压，以获得较好的制冷或制热效果。空调系统自行调节自己的低压或高压，以获得一个较好的能效运行点，因此会显著增强空调系统的节能效果。
如图2所示，基于以上方法，本发明实施例还提供了一种多联式空调系统，包括压缩机、压力传感器、室外风机、盘管、室内外电子膨胀阀，还包括：
模糊计算单元201，根据空调系统的运行参数，所述空调系统的运行参数包括：室外环境温度、室内环境温度、室内盘管进口温度、室内盘管中间温度，室内盘管出口温度和室内风速，以及压缩机运行频率，室外风机转速和室内外电子膨胀阀开度，计算出一个目标温度；
压力温度转换单元202，将压力传感器测得的实际压力转换成饱和的制冷剂温度；
空调系统的一个压力对应一个饱和的制冷剂温度。
比例积分微分计算单元203，计算空调系统压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度；
控制调节单元204，用于控制调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际温度与目标温度保持一致。
所述目标温度包括目标蒸发温度和目标冷凝温度。
下面结合制冷模式下的一组实验数据来做具体详细的说明。
当一台室外机(假如功率为14.0kW)联接四台室内机A、B、C、D，四台室内机A、B、C、D的功率分别为2.2kW、7.1kW、4.5kW、2.2kW，运行参数如表一所示：
表一
  ICIT(℃)   ICMT(℃)   ICOT(℃)  设定温度SPT(℃)   RAT(℃)   模式
  A   7.5   11.5   10  24   25   高风档
  B   25   25   24.5  26   25   中风档
  C   7.5   7   11  25   25.8   高风档
  D   4.5   5.5   6.5  23   26.4   高风档
OAT＝37℃.。
上述表一，通过模糊控制算法和PID算法，会得出压缩机频率为51转/秒，室外风机转速是600转/秒，此时的实际低压温度(即实际蒸发温度)为4℃。所述数值仅为举例说明，并不局限于该数值。
经过时间T后，室内机状态参数变为，如表二所示：
表二
  ICIT(℃)   ICMT(℃)   ICOT(℃)  设定温度SPT(℃)   RAT(℃)   模式
  A   7.5   8.5   10  24   25   高风档
  B   25   25   24.5  26   25   中风档
  C   8   7   11.5  25   25.8   高风档
  D   4.5   5.5   6  23   26.4   高风档
OAT＝37℃.。
通过计算各状态参数的差值，以及差值的变化率，由模糊控制算法和PID算法得到压缩机运行频率为52转/秒，室外风机转速维持在600转/秒。此时系统的实际压力温度为3℃。同样，再经过时间T，系统利用上面的运行参数重新计算，得出新的压缩机运行频率，室外风机转速，并产生新的实际低压温度(即实际蒸发温度)。
综上所述，本发明实施例中，主要是控制空调系统的压力，由于压力控制技术主要是控制系统的压力，在制冷模式下，控制低压，在制热模式下，控制高压，并且这种控制是闭环控制，所以系统的波动性会比较小，比较平稳。同时，空调系统会自动调节低压或高压，以获得较好的制冷或制热效果。空调系统自行调节自己的低压或高压，以获得一个较好的能效运行点，因此会显著增强空调系统的节能效果。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多联式空调系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：
根据空调系统的运行参数，使用模糊控制算法，计算出一个目标温度；
将压力传感器测得的实际压力转换成饱和的制冷剂温度，将所述制冷剂温度作为实际温度，计算实际温度与目标温度的差值；
根据实际温度与目标温度的差值、实际压力的变化率以及实际温度与目标温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，计算并调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际温度与目标温度保持一致。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空调系统的运行参数包括：室外环境温度、室内环境温度、室内盘管进口温度、室内盘管中间温度，室内盘管出口温度和室内风速，以及压缩机运行频率，室外风机转速和室内外电子膨胀阀开度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制冷模式下，系统处于低压，所述目标温度为目标蒸发温度；制热模式下，系统处于高压，所述目标温度为目标冷凝温度，则具体实现为：
制冷模式下，根据空调系统的运行参数，使用模糊控制算法，计算出一个目标蒸发温度；将低压传感器测得的压力转换成饱和的制冷剂温度，所述制冷剂温度作为实际的蒸发温度，使用模糊控制算法计算实际蒸发温度与目标的蒸发温度的差值，根据实际蒸发温度与目标的蒸发温度差值、实际低压的变化率以及实际蒸发温度与目标蒸发温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，计算调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际蒸发温度与目标的蒸发温度保持一致；
制热模式下，根据空调系统的运行参数，使用模糊控制算法，计算出一个目标冷凝温度；将高压传感器测得的压力转换成饱和的制冷剂温度，所述制冷剂温度作为实际的冷凝温度，使用模糊控制算法计算实际冷凝温度与目标的冷凝温度的差值；根据实际冷凝温度与目标的冷凝温度差值、实际高压的变化率以及实际冷凝温度与目标冷凝温度差值的变化率，使用比例积分微分算法，调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使得实际冷凝温度与目标的冷凝温度保持一致。
4.一种多联式空调系统，包括压缩机、压力传感器、室外风机、盘管、室内外电子膨胀阀，其特征在于，还包括：
模糊计算单元，根据空调系统的运行参数，计算出一个目标温度；
压力温度转换单元，将压力传感器测得的实际压力转换成饱和的制冷剂温度；
比例积分微分计算单元，计算空调系统压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度；
控制调节单元，用于控制调节压缩机的能力输出、室外风机风速以及室内外电子膨胀阀的开度，使实际温度与目标温度保持一致。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述空调系统的运行参数包括：室外环境温度、室内环境温度、室内盘管进口温度、室内盘管中间温度，室内盘管出口温度和室内风速，以及压缩机运行频率，室外风机转速和室内外电子膨胀阀开度。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述目标温度包括目标蒸发温度和目标冷凝温度。
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