CN101922779A - 一种风机盘管系统及其控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中央空调系统，尤其涉及一种风机盘管系统及其控制方法和装置，用以解决现有技术中存在的风机盘管系统中无法使用热力膨胀阀作为末端水流控制阀的技术偏见。在本发明中，风机盘管系统的末端水流控制阀为热力膨胀阀，其控制方法包括以下步骤：获得室内期望温度与室内当前温度的差值，并根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比；以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。采用本发明提供的技术方案，可以利用使用寿命较长的热力膨胀阀，且室内的温度波动较小。

Description

一种风机盘管系统及其控制方法和装置

技术领域

本发明涉及中央空调系统，尤其涉及一种风机盘管系统及其控制方法和装置。

背景技术

目前，中央空调系统在住宅、商用写字楼、酒店等各种各样的楼宇建筑中得到了越来越广泛的应用。空调系统的末端装置直接影响着对室内环境的控制效果，也直接反映了系统的冷热量。按照空调系统的形式不同，空调系统的末端也有多种形式，就我国目前空调系统的情况来看，风机盘管加新风系统是目前国内各类办公及宾馆建筑中使用最广的空调系统，在我国的中央空调系统使用中占据着主要的地位。研究风机盘管系统的节能控制有着重要的意义。

风机盘管空调系统属半集中式空调系统，也是空气-水空调系统的一种主要形式。风机盘管机组主要由风机、盘管、空气过滤器、调节装置和箱体组成。风机盘管直接安装在空调房间内，流经盘管内的冷水或热水与流经盘管外的空气发生热交换，达到空气调节的目的。风机盘管安装方便、布置灵活，可独立调节室温并且对其他房间基本不产生影响，较易适应建筑物内负荷波动时的调节需要，便于建筑物增扩空调系统；风机盘管机型小，占用建筑空间少，节约建筑层高，并且由于没有风管，防火排烟及噪声传递问题都比较容易解决；另外对水系统而言，由于风机盘管的阻力损失较大，因而水系统不易失调。

风机盘管的控制就是为了调节盘管的供冷量。从风机盘管的原理可知冷量调节可采用风量调节、水量调节和水温调节，其中水温调节属集中调节手段，主要根据负荷情况对整个系统进行调节；风量调节主要是手动三档风机调速，温控风机三级调速；水量控制主要是温控电磁阀通断控制。目前，对于风机盘管的末端控制主要是通过与每个风机盘管对应设置的温控器来完成，自动化程度较高的主要有温控三级风机调速式和三级风机调速加电动水流调节阀控制温控器。温控三级风机调速方式要通过设置在房间中的温度传感器测得房间的实时温度，根据设定的温度值，判断应采取的动作方式，温度过高相应的降低档位，温度过低则调高档位。由于该调节方式自身的简单性，具有一些缺陷：由于空调房间的热惯性很大，风机盘管内的水盘管也有较大的热惯性，因此这样简单的控制就造成较大的室内温度波动，尤其是在低负荷的情况下，极易产生失调。出现这一现象的原因就在于单纯依靠室内温度来判断调节方向的方法没有“预见性”，仅控制了调节的方向，但对于调节的“量”没有进行精确把握，由于空调系统调节的滞后性，当传感器检测到温度超出设定温度的容许区间后才发生相应的调节动作，但此时室内温度不能在动作发生后立即恢复到容许区间内，如果在此期间，温控器没有及时改变调节规则，依然根据原有规则进一步调节，则很容易使调节对象发生超调，这样就出现室内温度反复波动的现象，影响室内的舒适度。

并且，在目前，风机盘管系统的水量控制主要采用温控电磁阀通断控制，然而，电磁阀的使用寿命却较短，而使用寿命较长的热力膨胀阀却因为其通断反应缓慢、容易超调而造成室温的大幅波动而被普遍认为无法在风机盘管系统中使用。

发明内容

本发明实施例提供一种风机盘管系统及其控制方法和装置，用以解决现有技术中存在的风机盘管系统中无法使用热力膨胀阀作为末端水流控制阀的技术偏见。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种风机盘管系统的控制方法，所述风机盘管系统的末端水流控制阀为热力膨胀阀，所述方法包括以下步骤：

获得室内期望温度与室内当前温度的差值，并根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比；

以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。

进一步地，上述控制方法还可具有以下特点：采用比例积分微分PID算法，根据所述差值确定所述通断比。

进一步地，上述控制方法还可具有以下特点：采用模糊算法，根据所述差值确定所述通断比。

进一步地，上述控制方法还可具有以下特点：采用自适应PID算法或自适应模糊算法，根据所述差值确定所述通断比。

进一步地，上述控制方法还可具有以下特点：以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制的具体方法为：根据所述通断比，在下一控制周期开始时，控制所述热力膨胀阀的状态为开启，并在达到所述通断比确定的开通时长后，控制所述热力膨胀阀的状态为关闭。

进一步地，上述控制方法还可具有以下特点：所述风机盘管系统中各末端所对应控制周期的起始时刻在时间轴上均匀分布。

本发明实施例还提供了一种风机盘管系统的控制系统，所述风机盘管系统的末端水流控制阀为热力膨胀阀，所述风机盘管系统的末端包括：

通断比确定模块，用于获得室内期望温度与室内当前温度的差值，根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比并输出；

水阀控制模块，用于接收所述通断比，并以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。

进一步地，上述控制系统还可具有以下特点：所述风机盘管系统的末端包括：

温度设置模块，用于接收用户设置的室内期望温度，并输出给所述通断比确定模块；以及

温度传感器，用于获得室内当前温度，并输出给所述通断比确定模块。

进一步地，上述控制系统还可具有以下特点：所述风机盘管系统还包括：控制起始时刻设置模块，用于对所述风机盘管系统中各末端的控制周期进行设置，令各末端所对应控制周期的起始时刻在时间轴上均匀分布。

本发明实施例还提供了一种风机盘管系统的控制装置，包括：

通断比确定模块，用于获得室内期望温度与室内当前温度的差值，根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比并输出；

水阀控制模块，用于接收所述通断比，并以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。

采用本发明实施例提供的风机盘管系统及其控制方法和装置，克服了风机盘管系统中无法使用热力膨胀阀作为末端水流控制阀这一技术偏见，并且，由于本发明提供的技术方案在风机盘管系统中使用了使用寿命较长的热力膨胀阀，从而增长了系统末端水流控制阀的使用寿命，增强了系统的稳定性。并且，由于在本发明中引入了通断比控制的概念，利用复杂的算法来减小室内温度波动，提高了室内的舒适度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的风机盘管系统的控制方法；

图2为本发明实施例提供的风机盘管系统的控制系统。

具体实施方式

本发明中，风机盘管系统的末端水流控制阀为热力膨胀阀，而对该热力膨胀阀的控制方法包括以下步骤：获得室内期望温度与室内当前温度的差值，并根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比；以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。通过这样的控制方法，使得采用热力膨胀阀来进行末端水流控制成为可能，克服了现有的技术偏见，增加了末端水流控制阀的使用寿命；并且，由于在本发明中引入了通断比控制的概念，不仅控制调节方向，而且控制调节的冷量，使得上述对热力膨胀阀的控制有了预见性，克服了现有技术中由于空调系统的滞后性而引起的大幅超调，减小了室温波动的幅度，提高了室内的舒适度。

下面结合附图对本发明实施例作进一步地描述。

本发明实施例所涉及的风机盘管系统中，末端水流控制阀为热力膨胀阀，本发明实施例提供的风机盘管系统的控制方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤110，获得室内期望温度与室内当前温度；

在本实施例涉及的风机盘管系统中，存在与各风机盘管末端对应的温度设置模块以及温度传感器，上述温度传感器安装在风机盘管末端所调节的房间内，用于实时感知室内当前温度；上述温度设置模块可以安装在风机盘管末端所调节的房间内，也可以存在于任何方便控制风机盘管末端所调节的房间内的室温的地方，用于接收用户设置的室内期望温度。

步骤120，计算出上述室内期望温度与室内当前温度的差值；

步骤130，根据该差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比；

步骤140，以该通断比在下一控制周期内对热力膨胀阀进行控制。

在本实施例中，应当预先设置热力膨胀阀的控制周期，例如，预先设置热力膨胀阀的控制周期为30分钟，则每30分钟会做一次其通断比的运算，并在下一个30分钟的周期内采用本次得出的通断比对热力膨胀阀进行控制。

在步骤中，具体的控制方法在本实施例中不进行限制，只要控制结果符合计算出的本周期对应的通断比即可。例如，在本发明的一个实例中，计算出的通断比为50％，则只要在本周期的30分钟内，热力膨胀阀的开启状态累计为15分钟，关闭状态累计为15分钟即可。但是，为了达到更好的控制效果，现在提供一个控制实例，具体为：根据计算出的通断比，在下一控制周期开始时，控制所述热力膨胀阀的状态为开启，并在达到所述通断比确定的开通时长后(当通断比为50％，周期为30分钟的情况下，即当达到15分钟后)，控制所述热力膨胀阀的状态为关闭。这样连续的维持开启或者关闭的状态，可以减少热力膨胀阀的状态变化，增加热力膨胀阀的寿命。

然而，上述控制实例也存在一个缺点，即如果整个风机盘管系统中各末端所对应控制周期的起始时刻相同，则在每个控制周期内，都是该控制周期的前段所需水量特别大，这是由于根据上述控制实例的控制策略，各个热力膨胀阀都是在周期开始阶段开启，则会出现在周期开始阶段所有热力膨胀阀都开启的情况，而在周期的结束阶段，则只会有少量热力膨胀阀还维持开启状态，这样就会造成负荷的不平衡。因此，为了克服这一缺点，可以对整个风机盘管系统中各末端所对应控制周期的起始时刻进行设置，使得各末端所对应控制周期的起始时刻在时间轴上均匀分布，这样就能够减少负荷的不平衡的情况发生。

在本发明的另一个实例中，预先设置热力膨胀阀的控制周期为60分钟，计算出的通断比为50％，则热力膨胀阀的开启状态累计应为30分钟，关闭状态累计应为30分钟，在本实例中，在该控制周期开始时，先开启10分钟，再关闭10分钟，并在本控制周期内如此操作三次，则实现了热力膨胀阀的开启状态累计应为30分钟，关闭状态累计应为30分钟的控制目的。且室内的温度波动可能会比一次性开启30分钟再关闭30分钟的情况小，但是，明显地，这样操作，在一个周期内热力膨胀阀进行开关操作分别三次，与一次性开启30分钟再关闭30分钟的情况相比，热力膨胀阀的使用寿命会受到一定影响。另外，由于热力膨胀阀本身进行开启或者关闭的操作需要一定的时间，因此，对热力膨胀阀输出开启或者关闭指令的时间间隔不宜过短。

在步骤130中，确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比的具体方法有很多，例如，采用PID(比例积分微分，Proportion Integration Differentiation)算法、模糊算法、自适应PID算法或自适应模糊算法中的任意一种来根据室内期望温度与室内当前温度的差值进行运算，确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比。

其中，PID算法是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的算法，其中：

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(steady-state error)。

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(system with steady-state error)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

模糊控制是将平均温差定义为多个模糊区间，将温度变化率或控制周期结束时的超调温差定义为另外的多个模糊区间，能够在容许定义的二值之间的模糊地带，有选择地正确执行某一指令修改通断比。

自适应算法是根据对历史控制及效果的分析，修改原算法中控制参数，达到适应不同控制对象的目的。对于PID控制。自适应算法根据对历史控制及运行效果的分析，修改PID参数，以达到更好的舒适性，即自适应PID算法。对于模糊控制。自适应算法根据对历史控制及运行效果的分喜，修改模糊区间内执行指令的参数，以达到更好的舒适性，即自适应模糊算法。

本发明实施例提供的风机盘管系统的控制系统，其末端水流控制阀为热力膨胀阀，且如图2所示，其末端包括：

通断比确定模块，用于获得室内期望温度与室内当前温度的差值，根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比并输出给水阀控制模块；

水阀控制模块，用于接收所述通断比，并以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。

温度设置模块，用于接收用户设置的室内期望温度，并输出给所述通断比确定模块；以及

温度传感器，用于获得室内当前温度，并输出给所述通断比确定模块。

所述风机盘管系统还可以包括：控制起始时刻设置模块，与通断比确定模块连接，用于对所述风机盘管系统中各末端的控制周期进行设置，令各末端所对应控制周期的起始时刻在时间轴上均匀分布，即各末端计算通断比的时刻在时间轴上均匀分布。

本实施例还提供一种与上述风机盘管系统相应的控制装置，包括：

通断比确定模块，用于获得室内期望温度与室内当前温度的差值，根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比并输出；

水阀控制模块，用于接收所述通断比，并以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。

综上所述，采用本发明提供的技术方案，可以利用使用寿命较长的热力膨胀阀，克服了目前对于风机盘管系统中无法使用热力膨胀阀作为末端水流控制阀的技术偏见。并且，由于本发明提供的技术方案在风机盘管系统中使用了使用寿命较长的热力膨胀阀，从而增长了系统末端水流控制阀的使用寿命，避免了因为阀门损坏，长期处于关闭或开启状态而导致室内无法供冷或者供冷量无法通过阀门进行调解的情况，从而增强了系统的稳定性。并且，由于在本发明中引入了通断比控制的概念，利用复杂的算法来减小室内温度波动，提高了室内的舒适度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种风机盘管系统的控制方法，其特征在于，所述风机盘管系统的末端水流控制阀为热力膨胀阀，所述方法包括以下步骤：

获得室内期望温度与室内当前温度的差值，并根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比；

以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，采用比例积分微分PID算法，根据所述差值确定所述通断比。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，采用模糊算法，根据所述差值确定所述通断比。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，采用自适应PID算法或自适应模糊算法，根据所述差值确定所述通断比。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制的具体方法为：根据所述通断比，在下一控制周期开始时，控制所述热力膨胀阀的状态为开启，并在达到所述通断比确定的开通时长后，控制所述热力膨胀阀的状态为关闭。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述风机盘管系统中各末端所对应控制周期的起始时刻在时间轴上均匀分布。

7.一种风机盘管系统的控制系统，其特征在于，所述风机盘管系统的末端水流控制阀为热力膨胀阀，所述风机盘管系统的末端包括：

通断比确定模块，用于获得室内期望温度与室内当前温度的差值，根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比并输出；

水阀控制模块，用于接收所述通断比，并以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述风机盘管系统的末端包括：

温度设置模块，用于接收用户设置的室内期望温度，并输出给所述通断比确定模块；以及

温度传感器，用于获得室内当前温度，并输出给所述通断比确定模块。

9.如权利要求7或8所述的控制系统，其特征在于，所述风机盘管系统还包括：控制起始时刻设置模块，用于对所述风机盘管系统中各末端的控制周期进行设置，令各末端所对应控制周期的起始时刻在时间轴上均匀分布。

10.一种风机盘管系统的控制装置，其特征在于，包括：

通断比确定模块，用于获得室内期望温度与室内当前温度的差值，根据所述差值确定下一控制周期内热力膨胀阀的通断比并输出；

水阀控制模块，用于接收所述通断比，并以所述通断比在所述下一控制周期内对所述热力膨胀阀进行控制。

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