CN105605744A - 基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置 - Google Patents

基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，通过在风机盘管回风入口处设置温度传感器，控制器根据温度传感器测量值确定室内温度，将其与控制面板端人为输入的环境温度设定值比较，得到室内温度与设定温度的偏差值，利用PID运算得到电动水阀开度数据和风机转速数据，转为控制信号同时发送到电动水阀和风机变频器，使二者同步动作，构成根据室内温度和温度设定值的偏差自动调节风机转速和电动水阀开度的风机盘管温度控制结构；电动水阀在自动调节过程中始终受到开度限位的限制，开度限位由风机盘管与水管管径的匹配关系确定。本发明可提高传统风机盘管末端支路的水换热温差稳定性，具有节能高效、换热稳定和自动调节的特点。

Description

基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置
技术领域
本发明涉及一种基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，属于暖通空调技术领域。
背景技术
风机盘管是中央空调的末端产品，由热交换器、水管、过滤器、风扇、接水盘、排气阀和支架等组成，其工作原理是机组内不断的再循环所在房间的空气，使空气通过冷水(热水)盘管后被冷却(加热)，以保持房间温度的恒定。
随着风机盘管技术的不断发展，运用的领域也随之变大，现主要运用在办公室、医院、科研机构等一些场所。风机盘管主要是通过依靠风机的强制作用，通过表冷器的作用达到预期的效果。
现有技术中，集中空调系统的末端换热性能对系统的运行情况有很大的影响。一般的风机盘管，风量可人为调节，水路采用电动阀进行通断控制。当空气入口参数固定，风量为设计风量时，只有当水量和冷量均为设计工况时，进出口温差才是设计温差。若水量减少，则冷量减少，同时进出口温差会大于设计温差。若水量过大，则进出口温差会小于设计温差。为了保证冷冻水系统的节能效果，就必须限制“大流量，小温差”的现象，保证末端的换热效果和合理的水力平衡性能。
风机盘管末端支路的冷冻水流量同时受风机盘管的水阻力、风机盘管进出水管的水阻力和风机盘管的水路阀门阻力等的影响。其中，风机盘管进出水管的水阻力包括沿程阻力和局部阻力的水阻力，沿程阻力主要受水管管径和管长的影响。由于阀门的尺寸是根据水管的管径选取的，因此水路阀门水阻的大小也受到进出水管的管径的影响。实际应用中，当水管管径相对于风机盘管的需要流量而言过大或过小时，阀门的开度就应该与水管的管径有关；否则，需要调节该段末端支路的换热量时，若骤开骤关阀门，水路的阻力和该末端支路的水换热温差也会忽升忽降，影响整个冷冻水系统的控制稳定性。
现有技术的风机盘管结构，由于没有设置根据风机盘管与其水管管径匹配关系控制水阀开度限位的结构，因此存在需要调节该段末端支路的换热量时，骤开骤关阀门，造成水路的阻力和该末端支路的水换热温差忽升忽降，影响整个冷冻水系统的控制稳定性的缺陷。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有风机盘管结构存在水路的阻力和该末端支路的水换热温差忽升忽降、影响整个冷冻水系统的控制稳定性的问题，提供一种基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，该装置通过控制电动水阀的最大开度和根据室内温度与设定温度的偏差值进一步设定电动水阀的实际开度，具有准确调节风机盘管水管流量、提高冷冻水系统的稳定性的特点。
本发明的目的可通过以下的技术方案达到：
基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，包括风机盘管、电动水阀、控制器和控制面板，其结构特点在于：
1)在风机盘管回风入口处设有回风温度传感器，在风机盘管内设有风机；电动水阀安装在风机盘管进水端，风机盘管的型号与水管管径匹配以控制电动水阀开度的最大限位，控制器控制电动水阀的开度调节在开度限位范围内；构成根据风机盘管与水管管径匹配自动调节电动水阀开度的风机盘管温度控制结构；
2)风机盘管的型号为FC800下，在中档风量时冷量为6550W，热量为9260W，风机最大风量为1360m3/h，设计供回水温差为5度；或者风机盘管型号为FC400，在中档风量时冷量为3290W，热量为4530W，风机最大风量为680m3/h，设计供回水温差为5度；风机盘管1连接的水管管径为1英寸或以下时，电动水阀的开度限位可达到水阀开度的100％；当风机盘管连接的水管管径为1英寸以上而小于或等于1英寸半时，电动水阀的开度限位可达到水阀开度的80％；当风机盘管1连接的水管管径为大于1英寸时，电动水阀的开度限位是水阀开度的60％。
实际应用中，由控制器根据风机盘管的水管管径匹配控制电动水阀开度的最大限位，以控制电动水阀的开度调节在开度限位范围内；控制器通过检测回风温度传感器的输出信号，判断室内温度和设定温度的偏差，以控制电动水阀的开度调节和风机转速调节同步进行；温度设定由控制面板输入并传送到控制器，控制器根据回风温度传感器反馈的数据确定室内温度，并将获得的温度设定值和室内温度数据进行比较处理，得到风机转速控制信号和电动水阀开度控制信号，构成根据风机盘管的水管管径匹配自动调节电动水阀开度的风机盘管温度控制结构。
本发明的目的还可通过以下的技术方案达到：
进一步的，控制器设有多个I/O端口，其中，模拟量输入端口AI包括回风温度信号输入端、电动水阀开度反馈信号输入端、风机转速反馈信号输入端，模拟量输出端口AO包括电动水阀开度控制信号输出端、风机转速控制信号输出端，数字量输入端口DI包括风机启停状态信号输入端、手动自动状态信号输入端、故障报警信号输入端，数字量输出端口DO包括风机启停控制信号输出端、手动自动转换控制信号输出端。
进一步的，所述控制器的模拟量输入端口AI及模拟量输出端口AO的信号传输共同构成了自动循环运行的信号传输结构。
进一步的，控制器根据回风温度传感器反馈的数据确定室内温度，并将获得的温度设定值和室内温度数据利用PID运算处理，得到风机转速控制信号和电动水阀开度控制信号。
进一步的，所述的电动水阀为电动调节阀，阀门开度可通过电信号调节，其供电由控制器电源直接供应，并可通过控制器的控制信号控制阀门开度。
进一步的，所述水阀开度限位在装置工作前写入控制器中，控制器根据环境温度变化持续发送阀门开度控制信号，确保阀门开度变化率较低，阀门最大开度不大于开度限位。
进一步的，所述控制面板包括显示屏及操作按键，可通过按键设定房间温度，显示屏可显示房间当前温度、设定温度、风机盘管启停状态、风量大小和电动水阀开度中的一个或多个。
进一步的，所述的风机为直流无刷风机或变频风机，风机盘管正常工作时风机静压为10-50Pa，风机静压最大不超过100Pa。
本发明具有以下突出的有益效果：
1、本发明在风机盘管回风入口处设有回风温度传感器，在风机盘管内设有风机；由控制器根据风机盘管的水管管径匹配控制电动水阀开度的最大限位，以控制电动水阀的开度调节在开度限位范围内；控制器通过检测回风温度传感器的输出信号，判断室内温度和设定温度的偏差，以控制电动水阀的开度调节和风机转速调节同步进行；温度设定由控制面板输入并传送到控制器，控制器根据回风温度传感器反馈的数据确定室内温度，并将获得的温度设定值和室内温度数据进行比较处理，得到风机转速控制信号和电动水阀开度，构成根据室内温度和温度设定值的偏差自动调节风机转速和电动水阀开度的风机盘管温度控制结构；因此能够解决现有风机盘管结构存在水路的阻力和该末端支路的水换热温差忽升忽降、影响整个冷冻水系统的控制稳定性的问题，具有准确调节风机盘管水管流量、提高冷冻水系统的稳定性的有益效果。
2、本发明通过对电动水阀设定最大开度限位，有效避免“大流量，小温差”的冷冻水现象，在保证提供需要的换热量的同时，风机盘管的冷冻水流量较低，冷冻水系统节能效果好。
3、本发明在限定电动水阀最大开度的基础上，控制器根据变化的环境温度进一步调整电动水阀开度和风机转速，提高冷冻水系统的换热温差，而又避免了冷冻水流量超出需求量，有效解决传统的电动水阀骤开骤关造成的水换热温差忽升忽降，换热性稳定，冷冻水温差较大，换热性能高。
附图说明
图1为本发明的一个具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作进一步的详细说明。
具体实施例1：
参照图1，本实施例包括风机盘管1、电动水阀2、控制器3和控制面板4，在风机盘管1回风入口处设有回风温度传感器5，在风机盘管1内设有风机；电动水阀2安装在风机盘管1进水端，风机盘管1的型号与水管管径匹配以控制电动水阀2开度的最大限位，控制器3控制电动水阀2的开度调节在开度限位范围内；构成根据风机盘管1与水管管径匹配自动调节电动水阀2开度的风机盘管1温度控制结构；风机盘管1的型号为FC800下，在中档风量时冷量为6550W，热量为9260W，风机最大风量为1360m3/h，设计供回水温差为5度；风机盘管1连接的水管管径为1英寸或以下时，电动水阀2的开度限位可达到水阀开度的100％；当风机盘管1连接的水管管径为1英寸以上而小于或等于1英寸半时，电动水阀2的开度限位可达到水阀开度的80％；当风机盘管1连接的水管管径为大于1英寸时，电动水阀2的开度限位是水阀开度的60％。
本实施例中：
电动水阀2为电动调节阀，阀门开度可通过电信号调节，其供电由控制器3电源直接供应，并可通过控制器3的控制信号控制阀门开度。所述控制器3的模拟量输入端口AI及模拟量输出端口AO的信号传输共同构成了自动循环运行的信号传输结构。
风机盘管1采用常规技术的风机盘管，电动水阀2采用常规技术中电动调节水阀，控制器3采用常规技术的现场控制器或单片机控制器，控制面板4采用常规技术带若干个功能信号输入按键的显示屏构成。
控制器3对各个部件的监控可显示在控制面板4上，控制面板4由显示屏及操作按键构成，可通过操作按键设定温度，亦可通过操作按键输入控制信号，如对风机的启停控制、手动自动切换控制等；显示屏可同时显示多个数据，如房间当前温度、设定温度、风机盘管1启停状态、风量大小和电动水阀2开度，亦可设置仅显示其中一项。
控制器3带多个信号传输端口，其中模拟量信号传输端口包括模拟量输入端口AI及模拟量输出端口AO两种，回风温度传感器5信号输出端、风机电机转速信号输出端和电动水阀2开度信号输出端连接控制器3AI信号输入端口；风机电机变频器控制信号输入端和电动水阀2开度控制输入端连接控制器3AO信号输出端口；
数字量信号传输端口包括DI和DO两种，风机启停控制器3信号输出端、手动自动切换器信号输出端和故障自动报警器信号输出端连接控制器3DI信号输入端；风机启停控制器3信号输入端和手动自动切换器信号输入端连接控制器3DO信号输出端(注：为简化发明结构，附图中未示出报警器、手动自动切换器等现有技术)；控制器3通过DI端口可监控装置的启停状态、手动自动控制状态和故障自动报警器的运行状态，可通过DO端口输出控制信号，对风机的启动或停止、手动或自动进行控制切换。
控制器3的模拟量输入端口AI及模拟量输出端口AO的信号传输共同构成了装置自动循环运行的信号传输结构。装置自动循环运行的信号传输结构，为装置在自动循环运行和适应环境变化提供了持续的变化信号源，使装置能根据变化信号自动调整自身运作状态。控制器3在计算风机转速和电动水阀2开度时，根据回风温度传感器5反馈的数据确定室内温度，并利用室内环境温度和设定温度的偏差值通过PID运算得到。工作时回风温度传感器5持续测量室内环境温度并向控制器3反馈数据，当室内环境温度发生变化时，控制器3重新进行室内温度与设定温度偏差值的计算，并利用新的偏差值进行PID运算处理，得到新的风机转速控制信号和电动水阀2开度控制信号，重新调整风机转速和电动水阀2的开度，达到根据室内温度变化自动调整装置运作以提高冷冻水系统稳定性的效果。
水阀开度限位在装置工作前写入控制器3中，控制器3根据环境温度变化持续发送阀门开度控制信号，由于环境温度变化速度较慢，随之变化的阀门开度也缓慢调整，确保阀门开度变化率较低，有效避免阀门骤开骤关的情况发生，确保水管末端支路换热温差不会忽升忽降，提高冷冻水系统的换热稳定性，同时，阀门在调节开度时，阀门最大开度不大于开度限位。
风机盘管1中的风机为直流无刷风机或变频风机，以便于控制器3对风机转速的调整，风机盘管1正常工作时风机静压为10-50Pa，风机静压最大不超过100Pa。
电动水阀2为电动调节阀，可通过电信号而改变阀门的开度，进而调节阀门的流通能力，控制进入换热盘管的水量。实际应用中，可以在电动水阀的出水口处设置流量检测头，通过流量检测头检测电动水阀的流量并送到控制器3的流量反馈输入端，由控制器根据流量判断电动水阀2的开度。
本发明应用在风机盘管1型号为FC800下，国标工况下中档风量时冷量为6550W，热量为9260W。风机转速可调，风机最大风量为1360m3/h。设计供回水温差为5度。该风机盘管1水阀开度限位关系表如下：
水管管径(mm) 水阀开度限位(％)
≤DN25 100
DN25～DN40 80
＞DN40 60
当风机盘管1连接的水管管径为25mm或以下时，电动水阀2的开度限位可达到水阀开度的100％；当风机盘管1连接的水管管径为25mm以上而小于或等于40mm时，电动水阀2的开度限位可达到水阀开度的80％；当风机盘管1连接的水管管径为40mm或以上时，电动水阀2的开度限位是水阀开度的60％。
试验表明：确定水管管径大小，即确定水阀开度限位，在空调冷负荷范围内，测定各个设定温度对风机盘管1换热性能的影响，在各个温度设定值下，室内温度未达到设定温度时，控制器3根据当前的回风温度和房间温度设定值的偏差，利用PID运算处理后，将运算结果转换为控制信号发送给电动水阀和风机的变频器，同时控制水阀开度和风机转速，调整室内温度，在电动水阀2开度调节过程中，最大开度不大于开度限位，未发生“大流量，小温差”现象，水量冷量均达到设计工况。
申请人实际使用表明：
风机盘管供、回水温差一定，供水温度越高，制冷量减幅越大，除湿能力下降。风机盘管风量一定，供水温度一定，供水量变化时，制冷量随供水量的变化而变化，根据部分风机盘管产品性能统计，当供水温度为7℃，供水量减少到80％时，制冷量为原来的92％左右，说明当供水量变化时对制冷量的影响较为缓慢。
风机盘管供、回水温差一定，供水温度升高时，制冷量随着减少，据统计，供水温度升高1℃时，制冷量减少10％左右，供水温度越高，减幅越大，除湿能力下降。
供水条件一定，风机盘管风量改变时，制冷量和空气处理焓差随着变化，一般是制冷量减少，焓差增大，单位制冷量风机耗电变化不大。
风机盘管进、出水温差增大时，水量减少，换热盘管的传热系数随着减小。另外，传热温差也发生了变化，因此，风机盘管的制冷量随供回水温差的增大而减少，据统计当供水温度为7℃，供、回水温差从5℃提高到7℃时，制冷量可减少17％左右。
热环境条件是指物理参数对人体的热舒适性所发生的综合作用。这些物理参数中主要包括空气干球温度、空气的相对湿度，空气流动速度、平均辐射温度、人体的代谢量及衣着等六项。其中，空气的温度及流动速度是评价风机盘管所提供的热环境舒适条件的重要参数。
具体实施例2：
本实施例的特点是：风机盘管1型号为FC400，国标工况下中档风量时冷量为3290W，热量为4530W。风机转速可调，风机最大风量为680m3/h。设计供回水温差为5度。该风机盘管1水阀开度限位关系表如下：
水管管径(mm) 水阀开度限位(％)
≤DN20 100
DN20～DN40 80
＞DN40 60
当风机盘管1连接的水管管径为20mm或以下时，电动水阀2的开度限位可达到水阀开度的100％；当风机盘管1连接的水管管径为20mm以上而小于或等于40mm时，电动水阀2的开度限位可达到水阀开度的80％；当风机盘管1连接的水管管径为40mm或以上时，电动水阀2的开度限位是水阀开度的60％。
确定水管管径大小，即确定水阀开度限位，在空调冷负荷范围内，测定各个设定温度对风机盘管1换热性能的影响，在各个温度设定值下，室内温度未达到设定温度时，控制器3根据当前的回风温度和房间温度设定值的偏差，利用PID运算处理后，将运算结果转换为控制信号发送给水阀和风机变频器，同时控制水阀开度和风机转速，调整室内温度，电动水阀2开度调节过程中，最大开度不大于开度限位，亦未发生“大流量，小温差”现象，水量冷量均达到设计工况。
本发明在使用过程中，控制器3对电动水阀2的自动调整始终不超过开度限位，有效控制风机盘管1进出水温差，避免发生温差过低的现象，并且在换热量充足的情况下，风机盘管1冷冻水流量不超出需要的流量，使实际进出水温差等值于设计温差，提高空调系统的节能效果和换热稳定性。
上面是结合附图和实施例对本发明的优选实施方式作出详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，以等同替换或改变等不脱离本发明宗旨作出的各种变化，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，包括风机盘管(1)、电动水阀(2)、控制器(3)和控制面板(4)，其特征在于：
1)在风机盘管(1)回风入口处设有回风温度传感器(5)，在风机盘管(1)内设有风机；电动水阀(2)安装在风机盘管(1)进水端，风机盘管(1)的型号与水管管径匹配以控制电动水阀(2)开度的最大限位，控制器(3)控制电动水阀(2)的开度调节在开度限位范围内；构成根据风机盘管(1)与水管管径匹配自动调节电动水阀(2)开度的风机盘管(1)温度控制结构；
2)风机盘管(1)的型号为FC800下，在中档风量时冷量为6550W，热量为9260W，风机最大风量为1360m3/h，设计供回水温差为5度；或者风机盘管(1)型号为FC400，在中档风量时冷量为3290W，热量为4530W，风机最大风量为680m3/h，设计供回水温差为5度；风机盘管(1)连接的水管管径为1英寸或以下时，电动水阀(2)的开度限位可达到水阀开度的100％；当风机盘管(1)连接的水管管径为1英寸以上而小于或等于1英寸半时，电动水阀(2)的开度限位可达到水阀开度的80％；当风机盘管(1)连接的水管管径为大于1英寸时，电动水阀(2)的开度限位是水阀开度的60％。
2.根据权利要求1所述的基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，其特征在于：控制器(3)设有多个I/O端口，其中，模拟量输入端口AI包括回风温度信号输入端、电动水阀(2)开度反馈信号输入端、风机转速反馈信号输入端，模拟量输出端口AO包括电动水阀(2)开度控制信号输出端、风机转速控制信号输出端，数字量输入端口DI包括风机启停状态信号输入端、手动自动状态信号输入端、故障报警信号输入端，数字量输出端口DO包括风机启停控制信号输出端、手动自动转换控制信号输出端。
3.根据权利要求2所述的基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，其特征在于：所述控制器(3)的模拟量输入端口AI及模拟量输出端口AO的信号传输共同构成了自动循环运行的信号传输结构。
4.根据权利要求1所述的基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，其特征在于：控制器(3)根据回风温度传感器(5)反馈的数据确定室内温度，并将获得的温度设定值和室内温度数据利用PID运算处理，得到风机转速控制信号和电动水阀(2)开度控制信号。
5.根据权利要求1所述的基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，其特征在于：所述的电动水阀(2)为电动调节阀，阀门开度通过电信号调节，其供电由控制器(3)电源直接供应，并通过控制器(3)的控制信号控制阀门开度。
6.根据权利要求1所述的基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，其特征在于：所述水阀开度限位在装置工作前写入控制器(3)中，控制器(3)根据环境温度变化持续发送阀门开度控制信号，确保阀门开度变化率较低，阀门最大开度不大于开度限位。
7.根据权利要求1所述的基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，其特征在于：所述控制面板(4)包括显示屏及操作按键，可通过按键设定房间温度，显示屏可显示房间当前温度、设定温度、风机盘管(1)启停状态、风量大小和电动水阀(2)开度中的一个或多个。
8.根据权利要求1所述的基于与水管管径匹配控制水阀开度的风机盘管温度控制装置，其特征在于：所述的风机为直流无刷风机或变频风机，风机盘管(1)正常工作时风机静压为10-50Pa，风机静压最大不超过100Pa。
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