CN104374036B - 空调的控制方法和空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空调的控制方法和空调机组。控制方法包括：获得回风温度设定值与室内舒适性指标之间的对应关系；根据当前室内舒适性指标及对应关系确定与当前室内舒适性指标相应的当前回风温度设定值；如果当前的回风温度在以当前回风温度设定值+/‑第一切换偏差的范围内上下波动时，根据供回水温差对水阀的开度进行调节，否则，根据回风温度对水阀的开度进行调节。本发明实现了多目标变量的分段优化控制，可根据回风温度的变化，在水温差控制模式与回风温度控制模式之间切换，能起到减少水阀的开度，以达到节能效果，同时也满足了舒适性的要求。

Description

空调的控制方法和空调机组

技术领域

本发明涉及空调领域，特别是涉及一种空调的控制方法和空调机组。

背景技术

作为中央空调的末端冷水设备组合式空调机，其常规控制方式是通过单目标变量（回风温度作为控制变量，回风温度设定值作为控制目标）的控制方法，以开关量控制方式或者比例控制方式，来调节流经其表冷器冷冻循环水的水阀开度，以实现对室内负荷进行冷热量交换的调节。

组合式空调机的常规控制方式，基本上能够满足机组正常运行；但是，目前通过对使用组合式空调机客户使用情况的综合调查，发现在某些情况下，例如，由于组合式空调机与室内负荷匹配不太合理，或者风机风量设计匹配欠佳，或水路管径设计余量过大等因素存在的情况下，会导致送风口凝霜、水阀调节幅度过快过大、室内舒适度欠佳等问题存在。

一方面，需要综合考虑组合式空调机的各种工作情况，为了使其控制更加全面、可靠、稳定；另一方面，从舒适性、节能性角度出发，需要使组合式空调机设备的水阀尽最大可能工作在比较节能的状态下，以达到减少整个水系统的水流量，从而产生实现节能的目的，同时使室内温度控制目标围绕室内舒适度参数指标进行调节。

基于上述各方面因素的考虑，对于组合式空调机的控制方式，有必要进行更深入的高舒适性优化策略技术的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种节能、舒适性好的空调的控制方法和空调机组。

为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供了一种空调的控制方法，包括：获得回风温度设定值与室内舒适性指标之间的对应关系；根据当前室内舒适性指标及对应关系确定与当前室内舒适性指标相应的当前回风温度设定值；如果当前的回风温度在以当前回风温度设定值+/-第一切换偏差的范围内上下波动时，根据供回水温差对水阀的开度进行调节，否则，根据回风温度对水阀的开度进行调节。

进一步地，对应关系是通过回风温度设定值与室内舒适性指标之间的拟合而确定的。

进一步地，对应关系为：

在制冷工况下：

当PMV＜-0.5时，T_回风S=28，

当-0.5≤PMV≤1时，T_回风S=-6*PMV+25，

当PMV＞1时，T_回风S=19；

和/或，在制热工况下：

当PMV＞0.5时，T_回风S=22，

当-1≤PMV≤0.5时，T_回风S=-6*PMV+25，

当PMV＜-1时，T_回风S=31；

其中，PMV为当前室内舒适性指标；T_回风S为当前回风温度设定值。

进一步地，第一切换偏差是根据下式确定的：

在制冷工况下：

当T_送风＞26℃时，T_切换偏差=0.5，

当T_送风≤26℃时，T_切换偏差=1-(T_送风-16)/20；

和/或，在制热工况下：

当T_送风≥35℃时，T_切换偏差=1－(40-T_送风)/15，

当T_送风＜35℃时，T_切换偏差=0.5；

其中，T_送风为空调的送风温度；T_切换偏差为第一切换偏差的大小。

进一步地，控制方法还包括：当空调的送风温度超出送风上限和/或送风下限的第二切换偏差时，根据送风温度对水阀的开度进行。

进一步地，根据供回水温差对水阀的开度进行调节和/或根据回风温度对水阀的开度进行调节采用PID算法。

作为本发明的第二方面，提供了一种空调机组，其使用了上述的控制方法。

本发明实现了多目标变量的分段优化控制，可根据回风温度的变化，在水温差控制模式与回风温度控制模式之间切换，能起减少水阀的开度，以起到节能效果，同时也满足了舒适性的要求。

附图说明

图1示意性示出了本发明中的控制方法的控制逻辑图；以及

图2示意性示出了采用了本发明中的控制方法的空调机组的系统示意图。

图中附图标记：1、房间；2、舒适度检测仪；3、换热器；4、送风机；5、控制器；6、水阀；7、回风；8、风管；9、送风温度传感器；10、回风温度传感器；11、供水温度传感器；12、回水温度传感器。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明采用一种多目标变量（包括回风温度、水温差、送风温度等）分段优化策略控制方法，以PID控制方式调节水阀的开度，从而使组合式空调机设备在运行过程中更节能、更舒适、更安全可靠。

经发明人对空调机组的长期观测发现，实际运行过程中，回风温度设定值时刻随室内舒适性指标PMV参数指标的变化而同步变化，根据室内舒适性指标PMV与回风温度设定值T_回风S之间的函数关系，选取合理的T_回风S，以合理的T_回风S作为机组控制目标,是室内环境舒适性得以满足的重要保障。

图1是本发明中的控制方法的控制逻辑图，其中，SP为PID的回路给定值，表示控制目标；PV为PID的过程变量，表示控制变量。需要说明的是，图1中所有符号中带有下标s的，均表示设定值。

作为本发明的第一方面，请参考图1，本发明提供了一种空调的控制方法，包括：获得回风温度设定值与室内舒适性指标之间的对应关系；根据当前室内舒适性指标及对应关系确定与当前室内舒适性指标相应的当前回风温度设定值；如果当前的回风温度在以当前回风温度设定值+/-第一切换偏差的范围内上下波动时，根据供回水温差对水阀的开度进行调节，否则，根据回风温度对水阀的开度进行调节。其中，+/-表示“+和/或-”的意思。

具体地说，首先，该对应关系表明了获得回风温度设定值与室内舒适性指标之间的一种映射关系。在此基础上，如果知道了当前实时的室内舒适性指标，那么就可以根据这种对应关系，得到相应的当前回风温度设定值。

然后，判断当前测得的回风温度与当前回风温度设定值之间的偏差，即判断当前的回风温度是否在以当前回风温度设定值为中心的第一切换偏差内上下波动，即当前回风温度设定值+/-偏差所对应的区间。

实际上，本发明的方法包括以下两种控制模式：（1）水温差控制模式，其控制变量为水温差（即供回水温度差）、控制目标为水温差设定值：如果当前的回风温度在以当前回风温度设定值+/-第一切换偏差的范围内上下波动时，根据供回水温差对水阀的开度进行调节。（2）回风温度控制模式，其控制变量为回风温度、控制目标为回风温度设定值：当前的回风温度在以当前回风温度设定值为中心的第一切换偏差外上下波动时，则根据回风温度对水阀的开度进行调节。

于是，本发明实现了多目标变量的分段优化控制，可根据回风温度的变化，在水温差控制模式与回风温度控制模式之间切换。

本发明基于空调设备换热器具备的大温差小流量、小温差大流量的基本换热特性，同时在满足条件的某段区域内，转换采用合理的水温差（例如，可依据系统与表冷器技术参数确定）对水阀进行控制，能起减少水阀的开度，以起到节能效果。同时，也可避免送风口凝霜、水阀调节幅度过快的问题。

由于当采用水温差控制模式时，换热器的换热效率会得到充分发挥，此时换热器的效率相对于回风温度控制模式下要高。因此，在需求相同冷量来维持室内负荷的情况下，水温差控制模式比回风温度控制模式下所需水流量相对少，从而水温差控制模式下起到减小水阀控制状态达到节能目的；同时，将设备的回风温度设定值与室内的室内舒适性指标PMV（Predicted Mean Vote，预期平均评价）建立相应的函数关系，可以达到提高室内高舒性环境需求的目的。

优选地，对应关系是通过回风温度设定值与室内舒适性指标之间的拟合而确定的。例如，这种拟合可以是利用各种数值计算的方法进行。

优选地，在一个实施例中，对应关系为：

在制冷工况下：

当PMV＜-0.5时，T_回风S=28，

当-0.5≤PMV≤1时，T_回风S=-6*PMV+25，

当PMV＞1时，T_回风S=19；

和/或，在制热工况下：

当PMV＞0.5时，T_回风S=22，

当-1≤PMV≤0.5时，T_回风S=-6*PMV+25，

当PMV＜-1时，T_回风S=31；

其中，PMV为当前室内舒适性指标；T_回风S为当前回风温度设定值。

显然，上述关系式仅仅是一种优选的对应关系，可以根据合理选择和确定控制目标设定值参数（依据系统与表冷器技术参数确定）得到其它的对应关系式。例如，可以在不同的PMV值的范围下，采用不同的公式得到T_回风S的值；进一步地，还可以将PMV值划分为更多个段，每段分别通过相应的公式计算T_回风S的值。所有这些对PMV进行分段后，给出相应每段内的T_回风S的方式，均可视为本发明中的对应关系的等同或变形替代方式。

优选地，在一个实施例中，第一切换偏差是根据下式确定的：

在制冷工况下：

当T_送风＞26℃时，T_切换偏差=0.5，

当T_送风≤26℃时，T_切换偏差=1-(T_送风-16)/20；

和/或，在制热工况下：

当T_送风≥35℃时，T_切换偏差=1－(40-T_送风)/15，

当T_送风＜35℃时，T_切换偏差=0.5；

其中，T_送风为空调的送风温度；T_切换偏差为第一切换偏差的大小。

显然，上述关系式仅仅是一种优选的确定第一切换偏差的方式，可以根据合理选择和确定控制目标设定值参数（依据系统与表冷器技术参数确定）得到其它的对应关系式。例如，可以在不同的T_送风的范围下，采用不同的公式得到T_切换偏差的值；进一步地，还可以将T_送风划分为更多个段，每段分别通过相应的公式计算T_切换偏差的值。所有这些对T_送风进行分段后，给出相应每段内的T_切换偏差的方式，均可视为本发明中的用于确定第一切换偏差的等同或变形替代方式。

优选地，控制方法还包括：当空调的送风温度超出送风上限和/或送风下限的第二切换偏差时，根据送风温度对水阀的开度进行调节。本发明的方法还包括送风温度控制模式，其以送风温度作为控制变量。

也就是说，在水温差控制模式与回风温度控制模式运行的同时，在机组设备的整个控制过程还贯穿有该送风温度控制模块，其按照送风温度值上限和下限保护模式切换，以起到保护、可靠安全运行的目的。

优选地，根据供回水温差对水阀的开度进行调节和/或根据回风温度对水阀的开度进行调节采用PID算法。特别地，PID调节时，刚开始偏离设定范围时不是最大开度。

请参考图1，在空调机组运行的过程中，通过室内舒适性指标PMV与回风温度设定值对应函数关系，可计算得出满足室内高舒性的回风温度设定值，然后采用本发明中的多目标变量分段优化控制策略，通过PID控制方式对水阀开度进行调节。下面结合图1对本发明中的方法的控制逻辑进行详细地示意性说明。

（1）通过室内舒适性指标PMV与回风温度设定值T_回风S之间的函数关系得出空调机组对应室内房间满足舒适性的回风温度设定值T_回风S。

（2）回风温度控制模式：

当T_回风≥T_回风S+T_切换偏差（制冷）或T_回风≤T_回风S-T_切换偏差（制热）时，空调机组以T_回风S作为控制目标，以回风温度作为控制变量，对水阀以PID控制方式进行开度调节控制；其中，T_切换偏差是按照前文的方式通过送风温度值进行合理计算选取得到的。

（3）水温差控制模式：

当回风温度达到设定温度范围内时，例如制冷工况下，

当T_回风S-T_切换偏差≤T_回风≤T_回风S+T_切换偏差时，

机组切换控制目标，以供回水温差设定值△T_{供回水温差S}（此参数可设定：如10℃-5℃，根据系统特点确定）作为控制目标，以PID控制方式调节水阀开度，实现对△T_{供回水温差S}变量的稳定控制，充分利用和发挥组合式空调机内的换热性能；当T_回风超出T_回风S+/-T_切换偏差范围外时，则返回至回风温度控制模式。

（4）送风温度控制模式：

在整个控制过程中，制冷模式时

当T_送风＜T_{送风下限S}-0.5（T_{送风下限S}可设定：13℃/16℃，根据设备系统性能），

或者制热模式时

当T_送风＞T_{送风上限S}+0.5（T_{送风上限S}可设定：35℃/40℃，根据设备系统性能），

机组分别T_{送风下限S}（制冷）或T_{送风上限S}（制热）作为控制目标，对送风温度变量进行控制，从而对水阀以PID控制方式进行开度调节，实现对送风温度的保护，避免送风温度过低或过高现象的发生；

当T_送风＞T_送风下S（制冷）或T_送风＜T_送风上S（制热），则返回上述回风温度控制模式或水温差控制模式。

采用了本发明中的多目标变量分段优化控制策略后，通过试验数据分析，组合空调设备水阀开度可比原常规控制方式大为降低。其中，有两个技术参数点的合理选定较为关键：

其一，T_切换偏差，若选择在+/-0.5℃内，则因两个模式间循环切换频率快，使得水温差控制过程时间较短、平均水流量较大，进而造成冷热量浪费达不到理想节能效果；若选择在+/-1.5℃之外，则因进入水温差控制过程时间较长，将引起回风温度大幅度波动，因此采用通过送风温度与T_切换偏差之间的函数关系，必须选取合理的T_切换偏差进行回风温度控制模式与供回水温差工作模式的切换。

其二，供回水温差设定值△T_{供回水温差S}的合理选定（参数可设定10℃-5℃)，这主要是与机组换热器特性和系统设计紧密相关（如常规系统选定5℃即换热效率最高，若采用椭圆管或多排管等系统则选定10℃更为合理）。基于合理的水温差设定值的前提下，进入供回水温差控制模式后，自动调节水阀开度，将供回水温差稳定在目标值较小范围内，充分发挥了换热器的换热性能，进而减少了水阀开度（即水流量），达到水系统节能目的。

进一步地，本发明中的送风温度控制模式可对设备的运行起到防护，以防止送风温度过高或过低现象发生，其中，送风温度上限保护点、下限保护点的参数合理选定、参数回差设置相当重要。如：制冷模式时当T_送风＜T_{送风下限S}-0.5（T_{送风下限S}可设定：13℃-16℃，根据系统确定），制热模式时当T_送风＞T_{送风上限S}+0.5（T_{送风上限S}可设定：35℃-40℃，根据系统确定），若上限、下限保护点选定过低、过高时，会导致送风工作模式频繁切换或起不到防结霜效果。

特别地，下面对本发明中采用PID的控制进行示例性地说明。

A.当前的回风温度在当前回风温度设定值+/-第一切换偏差的范围内上下波动时，根据供回水温差对水阀的开度进行PID调节。此时PID调节中：SP为PID的回路给定值，表示控制目标，此时SP=供回水温差设定值；PV为PID的过程变量；此时PV=供回水温差采样值；输出按照PID控制模式进行水阀输出调节。

B.如果当前的回风温度在当前回风温度设定值+/-第一切换偏差的范围外波动时，根据回风温度对所述水阀的开度进行调节。此时PID调节中：SP为PID的回路给定值，表示控制目标，此时SP=回风温度设定值；PV为PID的过程变量；此时PV=回风温度采样值；输出按照PID控制模式进行水阀输出调节

作为本发明的第二方面，提供了一种空调机组，其使用了上述的控制方法。

请参考图2，房间1内安装有舒适度检测仪2，风管8的送风端设置有送风温度传感器9，风管8的回风7的输入端内设置有回风温度传感器10，供水管路上设置有供水温度传感器11，回水管路上设置有回水温度传感器12，冷冻循环水流经组合式空调机内的换热器3，通过送风机4的抽出式送风方式，将冷冻循环水的冷（热）量转换为室内负荷需求能量，从而构成组合式空调机的空调系统结构。

在机组的系统结构下，控制器5实时采集送风温度T_送风、回风温度T_回风、供水温度T_供水、回水温度T_回水和供回水温差△T_供回水，经控制器5的运算处理后，按照本发明中的控制方式，通过PID控制方式调节水阀6的开度，通过直接启动方式控制送风机4。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空调的控制方法，其特征在于，包括：

获得回风温度设定值与室内舒适性指标之间的对应关系；

根据当前室内舒适性指标及所述对应关系确定与所述当前室内舒适性指标相应的当前回风温度设定值；

如果当前的回风温度在以所述当前回风温度设定值+/-第一切换偏差的范围内上下波动时，根据供回水温差对水阀的开度进行调节，否则，根据回风温度对所述水阀的开度进行调节。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述对应关系是通过回风温度设定值与室内舒适性指标之间的拟合而确定的。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述对应关系为：

在制冷工况下：

当PMV＜-0.5时，T_回风S＝28，

当-0.5≤PMV≤1时，T_回风S＝-6*PMV+25，

当PMV＞1时，T_回风S＝19；

和/或，在制热工况下：

当PMV＞0.5时，T_回风S＝22，

当-1≤PMV≤0.5时，T_回风S＝-6*PMV+25，

当PMV＜-1时，T_回风S＝31；

其中，PMV为当前室内舒适性指标；T_回风S为当前回风温度设定值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一切换偏差是根据下式确定的：

在制冷工况下：

当T_送风＞26℃时，T_切换偏差＝0.5，

当T_送风≤26℃时，T_切换偏差＝1-(T_送风-16)/20；

和/或，在制热工况下：

当T_送风≥35℃时，T_切换偏差＝1－(40-T_送风)/15，

当T_送风＜35℃时，T_切换偏差＝0.5；

其中，T_送风为所述空调的送风温度；T_切换偏差为所述第一切换偏差的大小。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据供回水温差对水阀的开度进行调节和/或所述根据回风温度对所述水阀的开度进行调节采用PID算法。

6.一种空调机组，其特征在于，其使用了权利要求1至5中任一项所述的控制方法。