CN102434941B

CN102434941B - 一种双压缩机空气调节系统及其优化器

Info

Publication number: CN102434941B
Application number: CN 201110331677
Authority: CN
Inventors: 宁钰琪
Original assignee: SHENZHEN BEST ENERGY ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: Shenzhen Best Energy Environmental Protection Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN102434941A

Abstract

本发明公开一种双压缩机空气调节系统的优化器，用于调节双压缩机空气调节系统中第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机的速度。该优化器包括速度调节设备、送风温度传感器和控制器。速度调节设备位于电源的附近，用于采集来自系统的电流和功率的相关信息以及将这些信息发送到控制器。送风温度传感器与室内风机相连用来采集送风温度值。控制器与速度调节设备和送风温度传感器相连且互相通讯。控制器根据功率和电流值以及送风温度值等信息判断系统工作模式，并将速度命令发送到速度调节设备，以调节速度。本发明也公开一种带有上述优化器的双压缩机空气调节系统。

Description

一种双压缩机空气调节系统及其优化器

技术领域

本发明涉及空气调节系统，尤其涉及双压缩机的空气调节系统，具体是用于但不限于以下的系统：住宅空调系统、屋顶空调系统、住宅和商业气源热泵系统以及水源热泵系统。

背景技术

双压缩机的空气调节系统广泛应用于住宅和商用建筑物。典型的双压缩机空气调节系统由压缩机、温控器、冷凝器（蒸发器）和室内风机组成。典型的双压缩机空气调节系统可通过开启和关闭两级中的一个或多个压缩机来维持室温的稳定，系统低负荷或者房间温度低于预设温度值时，只启动第一级压缩机；系统高负荷或者房间温度高于预设温度值或第一级压缩机运行时间过长时，启动第二级压缩机。室内风机有两种工作模式：打开（ON）和AUTO（自动），在“打开（ON）”工作模式下，不管压缩机是否工作，送风机都可以始终工作。在“AUTO（自动）”工作模式下，室内风机的启停取决于压缩机的启停，当压缩机启动时，室内风机同时启动，反之亦然。

以上的双压缩机空气调节系统有如下缺点：室内湿度过高，噪声大，能耗高和压缩机的更换和维护成本高。

多年来，工程师一直致力于改善双压缩机的空气调节系统，主要的重点是在设备甄选的过程中将超大型设备规格小型化。然而这些发明都不能解决室内相对湿度偏差大、噪声大、能耗高、压缩机更换成本高以及制冷系统维护成本高等问题。

Lifson 和 Taras 在 2005年（美国专利申请号20090255278）提出单一集成调节设备，可同时对冷凝风机、压缩机和室内风机进行控制，或者用三个独立调节设备分别以相同的速度控制其中上述设备，但由于一般压缩机和室内风机采用三相电源，冷凝风机采用单相电源，用单一集成调节设备对三者同时控制，容易造成设备损坏，且其实验室试验结果显示，在大多数运行条件下以同样的速度调节冷凝风机、压缩机和室内风机会造成20%的能量损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提供一种用于调节双压缩机空气调节系统的室内风机和压缩机转速的优化器，解决应用双压缩机空气调节系统的建筑物存在相对湿度偏差大和噪声大、能耗高、压缩机更换成本高、制冷系统运行维护成本高等问题，本发明的另一个目的是提供一种设有上述优化器的双压缩机空气调节系统。

本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：

所述优化器，用于调节双压缩机空气调节系统中室内风机、第一级压缩机、第二级压缩机的速度，所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机分别与第一继电器、第二继电器、第三继电器相连，所述优化器包括速度调节设备、送风温度传感器、控制器；所述速度调节设备分别与电源和所述继电器相连，并与所述控制器通信连接，用于采集电源和所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机的信息，发送给所述控制器，并根据所述控制器的指令，调节所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机的速度；所述送风温度传感器与所述室内风机相连，用于获取所述室内风机的送风温度值，并发送给所述控制器；所述控制器分别与所述速度调节设备、送风温度传感器通信连接，用于根据所述速度调节设备和送风温度传感器上传的信息判断所述双压缩机空气调节系统的工作模式，并将速度调节指令发送给所述速度调节设备。

更进一步的，通过以下进一步的技术方案予以解决：

所述速度调节设备用于根据所述控制器的指令将所述电源转换为调节所述室内风机、第一级压缩机、第二级压缩机的速度所需的频率。

所述控制器还和所述第一继电器、第二继电器、第三继电器通信连接；所述控制器通过控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器，分别使所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机启动或关闭。

所述双压缩机空气调节系统还包括温控器，所述温控器与所述第一继电器、第二继电器、第三继电器通信连接，所述控制器和所述温控器通信连接，所述控制器控制所述温控器，所述温控器控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器，分别使所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机启动或关闭。

所述控制器包括模式识别模块、控制模块和故障检测模块，所述模式识别模块用于根据所述速度调节设备和所述送风温度传感器上传的信息判断所述双压缩机空气调节系统的工作模式，所述控制模块，用于根据所述双压缩机空气调节系统的工作模式控制所述的室内风机、第一级压缩机和第二级压缩机的速度，所述故障检测模块，用于检测所述双压缩机系统故障。

所述双压缩机空气调节系统的工作模式包括关闭、循环、一级冷却、二级冷却、一级加热、二级加热或辅助加热中的任意一种。

在所述的一级冷却模式或一级加热模式开始时，所述控制器控制所述速度调节设备的输出使所述第一级压缩机以其最小速度启动。

在二级冷却模式或二级加热模式开始时，所述控制器控制所述速度调节设备的输出使所述第一级压缩机和第二级压缩机以其最小速度启动。

在辅助加热模式当送风温度值高于预定的温度值时，则所述控制器提高所述速度调节设备的输出，反之则降低所述速度调节设备的输出。

在循环模式下，所述控制器控制所述速度调节设备的输出使所述室内风机以最小的速度运转。

相应的本发明还提供一种空气调节系统，其包括以上任一技术方案中所述的优化器。

本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明优化器采用单一调节设备，由于它只控制压缩机和室内风机，因而在保证室内合理的湿度和热舒适度的同时，更具节能效果。更进一步的由于本发明能控制压缩机和室内风机以其最小速度启动，可以防止压缩机的液击故障，且可将马达的故障率降到最低，应用该优化器的系统的实验结果显示，根据现有系统的大小、季节性负荷不一致和现有室内湿度条件，优化器可减少电力峰值需求量大约 30% 到 70%，提高系统能效比约 50%，可降低系统能耗20% 到 50%，解决了已使用双压缩机系统的建筑物存在湿度偏差大和噪声大等问题，而且还可以减少系统维修保养成本和消除新型和现有制冷系统的短期循环。

附图说明

图1是本发明的优化器用于双压缩机空气调节系统的系统图；

图2是本发明控制器的组成系统图；

图3是本发明具体实施方式的节能效果对比曲线图。

具体实施方式

实施方式一：

如图1所示，双压缩机空气调节系统，主要包括室内风机108、第一级压缩机106、第二级压缩机107，所述第一级压缩机106、第二级压缩机107和室内风机108分别通过电源线111、114、116与第一继电器103、第二继电器104、第三继电器105相连。第一继电器 103、第二继电器104、第三继电器105可根据指令分别控制第一级压缩机 106 、第二级压缩机107、室内风机 108的启停。

优化器包括速度调节设备102、送风温度传感器109、控制器110；速度调节设备102与双压缩机空气调节系统的电源线101、111、114、116相连，并与所述控制器110通信连接，第一继电器 103、第二继电器104和第三继电器105分别与电源线 111、114 和116 连接，设于第一级压缩机 106、第二级压缩机 107、室内风机 108 与速度调节设备 102 之间；温度传感器109与室内风机108相连，并与控制器110通信连接，控制器110分别与速度调节设备102、温度传感器109、第一继电器 103、第二继电器104和第三继电器105通信连接（实践中当双压缩机空气调节系统有多套时，每个系统的控制器可能还会有更上级的总的控制器来控制，或者采用一级一级控制的方法来控制）。优化器的运转电源来自电源 101，可以根据电压和频率选择使用单相或三相电源，电源频率为 50 Hz 和/或 60 Hz 时，电源的电压可能为110V、208V 或 480V。

控制器110接收来自速度调节设备102的电源信息，如输入电流、输出电流、输入电压、输出电压、输入频率、输出频率，功率因素、输出力矩等，和来自温度传感器109的温度值。第一级压缩机 106、第二级压缩机 107 和室内风机 108的最小运行速度时的最低电流或最低功率分别使用不同的频率值来确定，一般第一级压缩机 106和第二级压缩机 107的最低电流或最低功率相等且大于室内风机108的最低电流或最低功率，这些最低电流或最低功率参数均预设在控制器110中，控制器 110 可根据接收到的电源信息判断双压缩机空气调节系统的工作模式并将速度调节指令发送给所述速度调节设备102，所述工作模式包括关闭、循环、一级冷却、二级冷却、一级加热、二级加热或辅助加热中的任意一种，速度调节设备 102 接到控制器110的速度调节指令后，将电源转化后输出的电源即用于调节第一级压缩机 106、第二级压缩机 107 和室内风机 108 的运行速度。

如图2所示，控制器 110 包括模式识别模块 201、控制模块 202 和故障检测模块 203，控制器110内置的程序可根据室内风机108的速度和送风温度值来计算室内实时的冷负荷和热负荷，并由计算得出的负荷信息来调节室内风机108的速度和压缩机的容量。

模式识别模块 201 根据速度调节设备 102的实际输出电流或实际输出功率，和送风温度值来判断系统的工作模式。工作模式的确定依据是室内风机 108、第一级压缩机 106、第二级压缩机107的最小功率和/或电流值与速度调节设备 102 的输出之间的关系，具体如下：

如果速度调节设备 102的实际输出电流或实际输出功率低于室内风机108的最小电流或最小功率，为关闭模式，此时所述控制器控制所述第一级压缩机106、第二级压缩机107和室内风机108均不运行。

如果速度调节设备 102的实际输出电流或实际输出功率最接近（一般是±5%左右，实践中也可根据需要调节）室内风机108的最小电流和/或功率值时，同时，送风温度值在预设定的范围内（例如，介于 67°F 到 83°F之间）时，为循环模式，此时所述控制器控制所述第一级压缩机106、第二级压缩机107不运行，控制所述室内风机108以最小速度运行。

如果速度调节设备 102的实际输出电流或实际输出功率最接近（一般是±5%左右，实践中也可根据需要调节）室内风机108的最小电流和/或功率值与第一级压缩机 106 的最低电流和或最低功率值的总和，且送风温度小于预先设定值（例如 65°F）时，为一级冷却模式，此时所述控制器110控制所述第二级压缩机107不运行，控制所述第一级压缩机106和室内风机110以最小速度启动。

如果速度调节设备 102的实际输出电流和/或功率值最接近（一般是±5%左右，实践中也可根据需要调节）室内风机108与第一级压缩机106和第二级压缩机107的最小电流和/或功率值总和，且所述的送风温度值低于预先设定值（例如65°F）时，为二级冷却模式，此时所述控制器110控制所述第二级压缩机107、第一级压缩机106和室内风机108以其最小速度启动。

对热泵系统来说，如果速度调节设备 102的实际输出电流和/或功率值最接近（一般是±5%左右，实践中也可根据需要调节）室内风机108与第一级压缩机106的最小电流和/或功率值总和，且送风温度值高于预先设定值（例如85°F）时，为一级加热模式，此时所述控制器110控制所述第二级压缩机107不运行，控制第一级压缩机106和室内风机108以最小速度启动。

对热泵系统来说，如果速度调节设备 102的实际输出电流和/或功率值最接近（一般是±5%左右，实践中也可根据需要调节）室内风机108与第一级压缩机106和第二级压缩机107的最小电流和/或功率值总和，且所述的送风温度值高于预先设定值（例如85°F），为二级加热模式，此时所述控制器110控制所述第二级压缩机107、第一级压缩机106和室内风机108以最小速度启动。

对热泵系统来说，如果速度调节设备 102的实际输出电流和/或功率值最接近（一般是±5%左右，实践中也可根据需要调节）室内风机108的最小电流和/或功率值总和，且送风温度值高于预先设定值（例如90°F）时，为辅助加热模式。

控制模块202根据送风温度值和系统的工作模式来控制速度调节设备102的输出，从而控制室内风机108、第一级压缩机106和第二级压缩机107的速度。此外根据在控制器110里预设的控制程序通过第一继电器103、第二继电器104和第三继电器105分别控制第一级压缩机106、第二级压缩机107和室内风机108的开启或关闭。

在循环模式下，控制模块202控制速度调节设备102的输出使得室内风机108以其最小速度（例如是室内风机最大速度的20%）运行，而第一继电器103和第二继电器104分别使得第一级压缩机106和第二级压缩机107不工作；而在关闭模式下，不管速度调节设备 102 的输出多大，第一继电器103、第二继电器104和第三继电器105始终分别使得第一级压缩机106、第二级压缩机107和室内风机108保持在未启动状态。

在一级冷却和一级加热模式下，控制模块202控制速度调节设备 102的输出使第一级压缩机106以最低速度（如第一级压缩机106的最大速度的50%）运行，此时与二级加热或二级冷却工作模式有关的第二级压缩机107则通过第二继电器104保持其不工作。

当系统开始二级加热或二级冷却模式时，控制模块 202 会在预设定的时间周期内（例如，5 min）控制速度调节设备 102 的输出使第一级压缩机106和第二级压缩机107以其最小速度启动。

换言之，在一级冷却模式、一级加热模式、二级冷却模式、二级加热模式开始时控制模块202控制速度调节设备 102 的输出使第一级压缩机和/或第二级压缩机以最小速度启动，然后在第一级压缩机106和/或第二级压缩机107启动后的几秒钟或更短的时间内，温度传感器109获取送风温度值（Supply air temperature , SAT），使用移动平均数来平滑温度数据（例如可以使用10项数据），控制模块202在预设的时间（如10min）内记录和更新送风温度值，同时记录上半时（前5min）的平均送风温度值(T_sa1) 和下半时（后5min）的平均送风温度值(T_sa2)，然后使用下述公式计算：

Spd=min(spdMax, max(spdMin, (currentSpd-β(T_sa1-T_sa2)))

其中：Spd表示分配到速度调节设备 102 的速度百分比；

currentSpd表示更新前（即接收到速度调节指令前）速度调节设备 102 的速度；

spdMin表示第一级压缩机106或第二级压缩机107的最小速度限值；

spdMax表示速度调节设备102的最高输出速度限值；

β为调节比率，介于 1 到 10 之间，优选地，β=4。

在控制模块202里计算完成后把Spd以信号形式发送给速度调节设备102, 速度调节设备102根据该速度调节指令调节输出频率，从而调节第一级压缩机106、第二级压缩机107或室内风机108的速度。

而在辅助加热模式，控制模块202会调节速度调节设备102的输出使送风温度值保持在预先设定值以下。预先设定的温度值是调节风机108速度的特性，当送风温度值高于预先设定值（比如90°F），则必须提高速度调节设备102的输出；反之若送风温度值低于预先设定值，则必须降低速度调节设备102的输出。

故障检测模块203使用他人的识别压缩机和风机故障专利技术。控制器110的编程在本专利申请说明书中并未详述，但是对于该领域中掌握一般技能的人应该已经熟知。

如图3所示，为本具体实施方式的节能效果对比曲线图。其中曲线1为双压缩机空气调节系统未使用本优化器时的24小时耗能曲线，曲线2为使用本优化器后的24小时耗能曲线图，从附图可以看出，使用本优化器后的双压缩机空气调节系统具有明显的节能效果。

实施方式二：

与实施方式一的区别仅在于，双压缩机空气调节系统中现有的温控器与第一继电器103、第二继电器104、第三继电器105通信连接；控制器110和温控器通信连接；所述控制器110控制所述温控器，所述温控器中设有控制程序来控制所述第一继电器103、第二继电器104、第三继电器105，使所述室内风机108、第一级压缩机106和第二级压缩机107启动或关闭。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种双压缩机空气调节系统的优化器，用于调节所述双压缩机空气调节系统中第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机的速度，所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机分别与第一继电器、第二继电器、第三继电器相连，其特征在于：

所述优化器包括速度调节设备、送风温度传感器、控制器；

所述速度调节设备分别与电源和所述第一继电器、第二继电器、第三继电器相连，并与所述控制器通信连接，用于采集电源和所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机的电流和/或功率，发送给所述控制器，并根据所述控制器的指令，调节所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机的速度；

所述送风温度传感器与所述室内风机相连，用于获取所述室内风机的送风温度值，并发送给所述控制器；

所述控制器分别与所述速度调节设备、送风温度传感器通信连接，用于根据所述速度调节设备和送风温度传感器上传的电流和/或功率判断所述双压缩机空气调节系统的工作模式，并根据所述工作模式将速度调节指令发送给所述速度调节设备；

所述控制器包括模式识别模块、控制模块和故障检测模块，

所述模式识别模块用于根据所述速度调节设备和所述送风温度传感器上传的信息判断所述双压缩机空气调节系统的工作模式；

所述控制模块，用于根据所述双压缩机空气调节系统的工作模式控制所述的第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机的速度；

所述故障检测模块，用于检测所述双压缩机空气调节系统的故障；

所述双压缩机空气调节系统的工作模式包括关闭、循环、一级冷却、二级冷却、一级加热、二级加热或辅助加热中的任意一种；

在所述的一级冷却模式或一级加热模式开始时，所述控制器控制所述速度调节设备的输出使所述第一级压缩机以其最小速度启动；

在所述二级冷却模式或二级加热模式开始时，所述控制器控制所述速度调节设备的输出使所述第一级压缩机和第二级压缩机以其最小速度启动；

在第一级压缩机和/或第二级压缩机启动后的几秒钟或更短的时间内，温度传感器用于获取送风温度值，控制模块用于在预设的时间内记录和更新送风温度值，同时记录上半时的平均送风温度值T_sa1和下半时的平均送风温度值T_sa2，然后使用下述公式计算：

Spd=min(spdMax,max(spdMin,(currentSpd-β(T_sa1-T_sa2)))

其中：Spd表示分配到速度调节设备的速度百分比；

currentSpd表示更新前速度调节设备的速度；

spdMin表示第一级压缩机或第二级压缩机的最小速度限值；

spdMax表示速度调节设备的最高输出速度限值；

β为调节比率，介于1到10之间；

在控制模块还用于在计算完成后把Spd以信号形式发送给速度调节设备，速度调节设备用于根据该速度调节指令调节输出频率，从而调节第一级压缩机、第二级压缩机或室内风机的速度。

2.根据权利要求1所述的优化器，其特征在于：

所述控制器还和所述第一继电器、第二继电器、第三继电器通信连接；

所述控制器通过控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器，分别使所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机启动或关闭。

3.根据权利要求1所述的优化器，其特征在于：所述双压缩机空气调节系统还包括温控器；

所述温控器与所述第一继电器、第二继电器、第三继电器通信连接；

所述控制器和所述温控器通信连接；

所述控制器控制所述温控器，所述温控器控制所述第一继电器、第二继电器、第三继电器，分别使所述第一级压缩机、第二级压缩机和室内风机启动或关闭。

4.根据权利要求1所述的优化器，其特征在于：

在所述二级冷却模式或二级加热模式开始时，所述控制器控制所述速度调节设备的输出使所述第一级压缩机和第二级压缩机以其最小速度启动。

5.根据权利要求1所述的优化器，其特征在于：在所述辅助加热模式时，当送风温度值高于预定的温度值时，则所述控制器提高所述速度调节设备的输出，反之则降低所述速度调节设备的输出。

6.根据权利要求1所述的优化器，其特征在于：在所述循环模式下，所述控制器控制所述速度调节设备的输出使所述室内风机以最小的速度运转。

7.一种双压缩机空气调节系统，其特征在于：包括如权利要求1至6任一所述的优化器。