CN101952665A - 用于多个单元空气调节系统装置的改进湿度控制 - Google Patents

用于多个单元空气调节系统装置的改进湿度控制 Download PDF

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Abstract

一种空气调节(A/C)系统可以具有：多个空气调节单元，布置在区域的不同分区中，每个空气调节单元操作用以冷却不同分区；湿度传感器，用于感测区域中的湿度；以及控制器。控制器可以适合于分析每个空气调节单元经历的显热负荷并且控制由每个空气调节单元进行的潜热去除，使得由每个空气调节单元进行的潜热去除的百分比不超过每个空气调节单元进行的显热去除的百分比。

Description

用于多个单元空气调节系统装置的改进湿度控制
相关申请的交叉引用
本申请要求在2008年2月20日提交的第61/030,018号美国临时申请和在2009年2月18日提交的第12/388,224号美国申请的优先权，其全部公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及空气调节系统，并且具体地涉及其中使用多个单元空气调节系统装置用于冷却的房间。
背景技术
在本节中的陈述仅提供与本公开内容有关的背景信息并且可以不构成现有技术。
“显冷却(sensible cooling)”，如该术语在加热/通风/空气调节(HAVC)领域中使用的那样是从例如房间的区域内的空气去除热量热度(thermalheat)。从而“显热(sensible heat)”负荷是由于空气中的热量热度所致的热负荷——即空气所处的温度。“潜冷却(latent cooling)”是从空气去除潮湿(moisture)或者湿气(humidity)。从而“潜热(latent heat)”负荷是空气中的潮湿或者湿气所致的热负荷。
参照图1，在其中使用多个空气调节(A/C)单元12、14和16来冷却房间的大房间10中，显热流(粗虚线所示)可以趋向于形成“分区(zone)”18、20和22(粗点线24所示)。虽然一些热可以在分区之间流动(浅虚线26所示)，但是通过对流来控制的多数热流经常停留在由个别A/C单元的气流确定的分区内。根据热负荷在房间10中的分配，这可能引起A/C单元12、14和16之间的热负荷的不平衡，每个A/C单元实质上仅承担它自己的分区中的负荷。
参照图2，潜热(潮湿)流没有像显热一样产生相同的这种“分区化”效应。尽管潜热流可能部分地受A/C单元的气流影响，通常如虚线箭头28所示，潜热流将在房间空间内均匀地分配。这归因于空气中的潮湿所产生的蒸汽压力效应。这种蒸汽压力将迫使潮湿独立于A/C单元12、14和16的气流在房间10内均匀地分配。
由于显(或者热量)热的“分区化”效应，必须允许用于每个A/C单元12、14和16的温度控制独立操作，同时每个单元分别提供它的分区18、20和22所需要的除热。需要这样来保证在整个房间10内维持适当的温度控制。然而，对于单独的A/C单元12、14和16的湿度控制不受该效应的限制。事实上，由于潮湿在房间10内均匀地流动，所以任意一个A/C单元12、14或者16(或者任意一组A/C单元)可以针对整个房间提供全部潜热去除并且仍然在整个房间内维持适当的湿度控制。
图3图示了进行温度和湿度控制的标准方法。由于热“分区化”，用于每个A/C单元12、14和16的显热负荷并不相等。然而，由于潮湿在整个房间10内均匀分配，所以对于每个A/C单元12、14和16的潜热负荷是相等的。由于通过进行冷却从空间去除潮湿，所以没有足够的显负荷以使A/C单元在现有潜热去除所必需的水平进行冷却的任何A/C单元12、14或者16必须提供比显热去除所需要的更多的冷却。为了维持温度控制，这使得加热操作(通常为电加热元件)成为必要，以便平衡湿度控制所需要的额外冷却。
在图3的例子中，A/C单元12和A/C单元16在有效模式中操作，因为它们的相应的显热负荷大于房间10中的潜热负荷。然而，A/C单元14没有有效地操作。它必须至少操作于50％显热负荷以便去除它对房间中的潜热负荷的分担。但是由于它的显热负荷仅为20％，所以它必须提供30％加热以在它的分区中维持适当的温度控制。
发明内容
在一个方面中，本公开内容涉及一种空气调节(A/C)系统。该空气调节系统可以包括：多个空气调节单元，布置在区域的不同分区中，每个空气调节单元操作以冷却不同分区；湿度传感器，用于感测区域中的湿度；以及控制器。控制器可以适用于分析每个空气调节单元经历的显热负荷并且控制由每个空气调节单元进行的潜热去除，使得由每个空气调节单元进行的潜热去除的百分比不超过由每个空气调节单元进行的显热去除的百分比。
在另一方面中，本公开内容涉及一种控制调节系统，该系统可以包括：第一空气调节单元，布置在区域的第一分区中；以及第二空气调节单元，布置在区域的第二分区中，其中第二分区不同于第一分区。该空气调节系统还可以包括：第一系统，用于感测第一分区中的温度；第二系统，用于感测第二分区中的温度；湿度感测系统，用于感测区域中的湿度；以及控制器，用于接收与由每个第一空气调节单元和第二空气调节单元处理的显热负荷和潜热负荷有关的信息。该控制器可以操作以确定哪个空气调节单元能够适应附加潜热去除而不超过每个空气调节单元进行的显热去除的百分比。控制器可以控制空气调节单元中的一个空气调节单元以提供增加的潜热去除的百分比而不使该一个空气调节单元的总潜热去除负荷的百分比超过该一个空气调节单元进行的显热去除的百分比。
在另一方面中，本公开内容涉及一种空气调节系统，该系统可以包括：第一空气调节单元，布置在区域的第一分区中；第二空气调节单元，布置在区域的第二分区中，其中第二分区不同于第一分区；第三空气调节单元，布置在区域的第三分区中，其中第三分区不同于第一分区和第二分区；第一系统，用于感测第一分区中的温度；第二系统，用于感测第二分区中的温度；第三系统，用于感测第三分区中的温度；湿度感测系统，用于感测区域中的湿度；以及控制器，与每个第一空气调节单元、第二空气调节单元和第三空气调节单元通信。控制器可以适用于监视每个空气调节单元经历的显热去除负荷和潜热去除负荷。控制器还可以适用于确定哪一个或者多个空气调节单元能够适应附加潜热去除负荷的部分而不让它的总潜热去除的百分比超过由每个空气调节单元进行的显热去除的百分比；并且根据空气调节单元中的所选择的空气调节单元的可用潜热冷却容量向空气调节单元中的所选择的空气调节单元分配附加潜热负荷。
在另一方面中，本公开内容涉及一种用于控制具有多个分区的区域中的温度和湿度的方法。该方法可以包括：在每个分区中布置空气调节单元；感测每个分区中的温度；感测区域中的湿度；确定每个空气调节单元经历的显热去除负荷；并且平衡空气调节单元在区域内的潜热去除。可以实现平衡使得每个空气调节单元经历的潜热去除负荷的百分比不超过它的显热去除负荷的百分比。
附图说明
图1是现有技术的空气调节系统的框图，该框图图示了位于房间内的三个分区中的三个独立A/C单元，并且还图示了多数显热流将如何在给定分区内流动而少数将在相邻分区之间流动；
图2是现有技术的空气调节系统的框图，该框图表明了潜热流如何没有包含在房间的不同分区内而通常是将在整个房间内均匀分配；
图3是现有技术的空气调节系统的框图，该框图图示了用于进行房间每个分区的温度和湿度控制的传统方法，并且还图示了这如何可能由于要求不具有足够的显热负荷的一个或者多个A/C单元处理它对潜热负荷的分担而导致A/C单元的低效使用；
图4是根据本公开内容的空气调节系统的一个实施例的框图，该框图图示了可以如何分配潜热去除负荷以限制由A/C单元2处理的潜热去除负荷而增加A/C单元1上的潜热去除负荷，使得所有A/C单元有效地操作；
图5是图4的系统的更详细的框图；
图6是本公开内容的另一实施例的视图，其中每个A/C单元包括它自己的处理器和通信部件并且经由网络总线与其它A/C单元通信；并且
图7是本公开内容的系统在各种A/C单元之间按照需要分配潜热去除负担以实现整个系统的有效操作时可以进行的操作的流程图。
具体实施方式
根据本公开内容的一个方面，选择为整个系统提供最高能量效率模式操作的一个或者多个A/C单元并且将该A/C单元用于针对所有分区的潜热去除而不是让每个A/C单元为它的相应分区独立提供潜热去除。图4图示了这种针对与图3中所示先前标准控制方法例子相同的条件进行温度和湿度控制的改进方法。根据本方法的一种实施，通过将A/C单元14的潜热去除限制于20％而不是允许它正常响应于房间中的潮湿水平来“迫使”(也就是控制)它在有效模式中操作。同时“迫使”(也就是控制)A/C单元12承担本来将要求A/C单元14进行的潜热去除的剩余比例(30％)。也就是说，所需要的潜热去除的这一剩余比例从A/C单元14重新分配到A/C单元12。但是由于A/C单元12的显热负荷(即90％)仍然大于由第一A/C单元12承担的总潜热去除(即80％)，所以不需要加热来在A/C单元12的相应分区(分区1)中维持温度控制，并且A/C单元12因此仍然在有效模式中操作。同时，由于房间中的潮湿均匀分配，所以系统将在所有三个分区18、20和22中仍然维持整体房间湿度控制。组合的A/C单元12、14和16的总潜热去除等于图3中所示先前标准控制模式例子的总潜热去除，但是提高了整体系统效率，因为不需要A/C单元12、14或者16在加热模式中操作以在它的相应分区中维持温度控制。
应当理解，在图4的例子中，从A/C单元14向A/C单元12重新分配的潜热负荷的剩余比例可以向A/C单元12和A/C单元16二者重新分配。但是向A/C单元16的重新分配不应多于房间中的潜热负荷的10％，使得A/C单元16的新(即总)潜热负荷不多于A/C单元16的显热负荷60％。在该例子中，A/C 16的新潜热负荷将为60％，这将是可接受的，并且因此不需要任何加热。
现在参照图5，根据本公开内容的一个实施例示出了A/C系统100。在该实施例中，三个A/C单元12、14和16布置在房间10内并且各自与控制器102通信。每个A/C单元12、14和16还分别与关联的温度/湿度感测子系统104、106和108通信，每个感测子系统感测它的关联分区中的空气温度和湿度。可替换地，可以在房间10中使用单个湿度传感器10，因为潮湿将在整个房间内均匀分配。
控制器12可以是通用计算机、可编程控制器或者任何其它形式的适当的控制系统。控制器102从用于每个分区的各个子系统104、106和108接收温度和湿度信息(或者从传感器110接收湿度信息)。控制器102还从每个A/C单元12、14和16接收与由每个A/C单元12、14和16处理的显热负荷和潜热负荷有关的信息。控制器102确定哪个A/C单元12、14或者16能够处理附加潜热负荷并且向这样的单元分配附加潜热负荷。有可能的是控制器102可以确定附加潜热负荷可以在A/C单元12、14或者16中的两个A/C单元之间分配而不是仅分配给A/C单元中的一个并且因此可以向所选择的A/C单元分配附加潜热负荷的部分，使得两个A/C单元中的每个A/C单元的潜热负荷不超过两个A/C单元的显热负荷。也有可能的是控制器102可以确定A/C单元12、14或者16中的一个或者多个A/C单元如A/C单元12由于具有比显热负荷更高的潜热负荷而低效地操作。在该实例中，控制器102将操作用以减少或者限制由A/C单元12处理的总潜热负荷，使得它的潜热去除负荷不超过它的显热去除负荷。因此，为了在A/C单元12、14和16之间最有效地分配附加潜热负荷，控制器102可以减少或限制一个或者多个A/C单元12、14或者16的潜热负荷同时增加一个或者多个其它A/C单元的潜热负荷。
现在参照图6，示出了根据本公开内容另一实施例的A/C系统200。系统200包括各自分别包括处理器/通信子系统202a、204a和206a的三个A/C单元202、204和206。温度/湿度感测子系统208、210和212分别在三个分区的每个分区内与A/C单元202、204和206通信。每个处理器/通信子系统202a、204a和206a与网络通信总线214通信以在部件202a、204a和206a之间实现通信。虽然在房间10的外面示出了通信总线，但是将理解可以容易地在房间10内包括通信总线214。通信总线214可以形成在子系统202a、204a和206a之间实现通信的局域网(LAN)或者任何其它通信链路。主要差别于是在于不需要外部控制器，因为每个A/C单元202、204和206包括它自己的处理器/通信子系统。系统200的操作方法在其它方面与系统100相同。处理器/通信子系统202a、204a和206a在它们具有可用潜冷却容量并且在这样的境况之下接受附加潜热负荷时相互通信、但是程度仅限于它们各自承担的总潜热冷却的百分比不超过各自经历的显热负荷的百分比。
系统100和200还操作以持续地实时监视和控制各种A/C单元之间的潜热负荷平衡。这保证如果在房间10的任一个分区中的温度条件改变，则将快速检测到这样的条件并且将重新进行上述潜热负荷平衡以调节每个A/C单位的潜热负荷。
参照图7，示出了流程图300，该流程图阐述系统100或者200进行的基本操作。为求便利，在描述流程图300的操作时将参照A/C系统100的具体部件，但是将理解可以由A/C系统200的部件进行相同或者相似操作。在操作302获得或者确定由每个A/C单元12、14和16处理的显热负荷。在操作304获得或者确定每个A/C单元12、14和16的潜热负荷。在操作306获得或者确定房间10中的湿度。在操作308，控制器102可以相对于其它A/C单元并且考虑到房间10中的湿度分析每个A/C单元12、14和16的潜热负荷。在操作310，控制器102确定A/C单元12、14和16的潜热负荷是否需要平衡以控制房间10中的湿度。如果在操作310的答案为“否”，则跳回至操作302并且可以重复操作302至310。如果在操作310的答复为“是”，则控制器102可以如在操作312所示尝试通过从具有最高显热负荷的A/C单元开始调节每个A/C单元12、14或者16的潜热负荷来实施潜热负荷平衡。
在操作314，控制器102确定由每个A/C单元12、14和16处理的潜热负荷是否少于或者等于由每个A/C单元处理的显热负荷。如果对这一询问的答案为“是”，则可以跳转至操作302，并且重复操作302-310。如果在操作314的答案为“否”，则控制器可以控制加热器(未示出)以如在操作316所示按照需要实施附加加热。
在各种实施例中，因此将理解可以按照需要增加或者限制由任意一个或者多个A/C单元经历的潜热负荷以平衡由每个A/C单元处理的潜热负荷。
提供示例实施例使得本公开内容将是透彻的并且将向本领域技术人员完全传达范围。阐述了许多具体细节如具体部件、设备和方法的例子以提供对本公开内容的实施例的透彻理解。本领域技术人员将清楚不需要采用具体细节，示例实施例可以按许多不同形式来体现并且不应理解为限制公开内容的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述公知过程、公知设备结构和公知技术。
这里使用的术语仅为了描述特定示例实施例而不意在进行限制。如这里所用，单数形式“一个/一种”和“该”除非上下文另有明示否则也可以用来包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包含意味并且因此指明存在所述特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件、但是并不排除存在或者添加一个或者多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其组合。这里描述的方法步骤、过程和操作除非具体标识有执行顺序否则并不理解为必然要求它们按照讨论或者图示的特定顺序来进行。也将理解可以采用附加或者替代步骤。
当要素或者层被称为“在......上”、“对接到”、“连接到”或者“耦合到”另一要素或者层时，它可以直接在另一要素或者层上、对接、连接或者耦合到另一要素或者层或者可以存在居间要素或者层。对照而言，当要素被称为“直接在......上”、“直接对接到”、“直接连接到”或者“直接耦合到”另一要素或者层时，可以没有居间要素或者层存在。用来描述要素之间关系的其它字眼应当以类似方式来解释(例如“在......之间”比对“直接在......之间”、“相邻”比对“直接相邻”等)。如这里所用，术语“和/或”包括一个或者多个关联的列举项中的任一项和所有组合。

Claims (21)

1.一种空气调节(A/C)系统，包括：
多个空气调节单元，布置在区域的不同分区中，每个空气调节单元操作以冷却所述不同分区；
湿度传感器，用于感测所述区域中的湿度；以及
控制器，适用于分析每个所述空气调节单元经历的显热负荷并且控制由每个所述空气调节单元进行的潜热去除，使得由每个所述空气调节单元进行的潜热去除的百分比不超过由每个所述空气调节单元进行的显热去除的百分比。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器适用于减少所述空气调节单元中的至少一个空气调节单元的潜热去除负荷同时增加所述空气调节单元中的不同的一个空气调节单元的潜热去除负荷。
3.根据权利要求1所述的系统，其中每个所述空气调节单元与位于它的关联的所述分区中的温度感测系统通信。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括可编程控制器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器适用于确定所述空气调节单元中的两个不同空气调节单元之间的附加潜冷却负荷的分配不超过由所述空气调节单元中的所述两个不同空气调节单元进行的所述显热去除的百分比。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括计算机。
7.一种空气调节(A/C)系统，包括：
第一空气调节单元，布置在区域的第一分区中；
第二空气调节单元，布置在所述区域的第二分区中，其中所述第二分区不同于所述第一分区；
第一系统，用于感测所述第一分区中的温度；
第二系统，用于感测所述第二分区中的温度；
湿度感测系统，用于感测所述区域中的湿度；
控制器，用于接收与由每个所述第一空气调节单元和第二空气调节单元处理的显热负荷和潜热负荷有关的信息、确定哪个所述空气调节单元能够适应附加潜热去除而不超过每个所述空气调节单元进行的显热去除的百分比，并且控制所述空气调节单元中的所述一个空气调节单元以提供增加的潜热去除的百分比而不使所述一个空气调节单元的潜热去除负荷的总百分比超过所述一个空气调节单元进行的所述显热去除的百分比。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器适用于减少所述空气调节单元之一的潜热去除负荷同时增加所述空气调节单元中的另一空气调节单元的潜热去除负荷。
9.根据权利要求7所述的系统，还包括第三空气调节单元，并且其中所述控制器适用于确定所述附加潜热去除如何能够在所述第一、第二和第三空气调节单元中的两个空气调节单元之间分配而不使由所述两个空气调节单元进行的总潜热去除负荷百分比超过由所述两个空气调节单元中的每个空气调节单元进行的所述显热去除的百分比。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器包括可编程控制器。
11.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器包括计算机。
12.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器持续监视由每个所述空气调节单元进行的所述显热去除并且还响应于任意一个所述空气调节单元的显热负荷的改变来调节用于每个所述空气调节单元的潜热去除负荷。
13.一种空气调节(A/C)系统，包括：
第一空气调节单元，布置在区域的第一分区中；
第二空气调节单元，布置在所述区域的第二分区中，其中所述第二分区不同于所述第一分区，
第三空气调节单元，布置在所述区域的第三分区中，其中所述第三分区不同于所述第一分区和第二分区；
第一系统，用于感测所述第一分区中的温度；
第二系统，用于感测所述第二分区中的温度；
第三系统，用于感测所述第三分区中的温度；
湿度感测系统，用于感测所述区域中的湿度；
控制器，与每个所述第一空气调节单元、第二空气调节单元和第三空气调节单元通信并且适用于监视每个所述空气调节单元经历的显热去除负荷和潜热去除负荷；以及
所述控制器还适用于确定哪一个或者多个所述空气调节单元能够适应附加潜热去除负荷的部分而不让它的总潜热去除的百分比超过由每个所述空气调节单元进行的显热去除的百分比，并且根据所述空气调节单元中的所选择的空气调节单元的可用潜热冷却容量向所述空气调节单元中所选择的空气调节单元分配所述附加潜热负荷。
14.根据权利要求13所述的系统，其中每个所述第一系统、第二系统和第三系统包括湿度感测能力。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器包括可编程控制器。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器包括通用计算机。
17.一种用于控制具有多个分区的区域中的温度和湿度的方法，所述方法包括：
在每个所述分区中布置空气调节单元；
感测每个所述分区中的温度；
感测所述区域中的湿度；
确定每个所述空气调节单元经历的显热去除负荷；并且
平衡所述空气调节单元在所述区域内的潜热去除，使得每个所述空气调节单元经历的潜热去除负荷的百分比不超过它的所述显热去除负荷的百分比。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述平衡在所述区域内的潜热去除包括限制所述空气调节单元中的所选择一个或者多个空气调节单元经历的潜热去除负荷的百分比。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述平衡所述空气调节单元在所述区域内的潜热去除包括减少由所述空气调节单元之一进行的潜热去除的百分比并且增加由所述空气调节单元中的不同的一个空气调节单元的潜热去除的百分比。
20.根据权利要求17所述的方法，其中平衡所述空气调节单元在所述区域内的潜热去除包括使用控制器来与所述空气调节单元通信并且控制每个所述空气调节单元经历的所述潜热去除的百分比。
21.根据权利要求17所述的方法，其中平衡所述空气调节单元在所述区域内的潜热去除包括通信总线以与每个所述空气调节单元的处理器/通信子系统进行通信，使得所述处理器/通信子系统能够协作控制它们的所述潜热去除的百分比。
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