CN106196417B - 暖通空调系统热回收 - Google Patents

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Abstract

一种暖通空调系统包括空气调节单元(AHU)、热回收装置和控制器。所述控制器被配置来确定由所述AHU服务的一个或多个区带的平均加热或冷却需求；确定加热或冷却容量在所述热回收装置处是否是可利用的，其中在所述热回收装置处可利用的所述容量是用以使用从由所述AHU服务的所述一个或多个区带提取的空气加热或冷却来自室外环境的空气的加热或冷却容量；基于所述确定的平均加热或冷却需求和所述确定的可利用的加热或冷却容量来确定热回收命令设定点；且将指示所述确定的热回收命令设定点的信号发送至所述AHU和所述热回收装置中的至少一个。

Description

暖通空调系统热回收
技术领域
本文公开的主题涉及暖通空调系统空气调节部件，并且更具体来说，涉及对如空气调节单元的部件的热回收控制的控制。
背景
一些已知的空气调节单元(AHU)可使用热回收装置来回收有用热量，以便针对所需设定点温度(SATsp)控制供应空气温度(SAT)，所述所需设定点温度通常为固定的或基于外侧空气温度加以确定。热回收控制通常回应于SAT与SATsp之间的差加以调制。例如，完全热回收可仅可利用于相对大的差。然而，这可导致能量浪费，因为宝贵的热量将损失至外侧空气，从而导致减小的能量效率和因而增加的操作成本。这还可导致对外侧冷空气的不适当加热。
因此，合乎需要的是提供一种控制系统来改良AHU热回收和与室内环境的实际需求的协调。
简述
一方面，提供一种用于暖通空调系统的控制系统，所述暖通空调系统具有空气调节单元(AHU)和热回收装置。所述控制系统包括：控制器，其具有处理器和存储器，所述控制器处于与AHU的信号通信中。所述控制器被配置来：确定由AHU服务的一个或多个区带的平均加热或冷却需求；确定加热或冷却容量在热回收装置处是否是可利用的，其中在热回收装置处可利用的容量是用以使用从由AHU服务的一个或多个区带提取的空气加热或冷却来自室外环境的空气的加热或冷却容量；基于确定的平均加热或冷却需求和确定的可利用的加热或冷却容量来确定热回收命令设定点；以及将指示确定的热回收命今设定点的信号发送至AHU和热回收装置中的至少一个。
除以上所述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，其他实施方案可包括以下配置，其中控制器还被配置来确定对供应至暖通空调系统的空气的空气质量参数的约束，其中热回收命令设定点还基于确定的约束；其中热回收装置被配置来在完全开放位置与完全闭合位置之间移动；其中如果确定的平均加热或冷却需求具有与确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则确定的热回收命令设定点指示热回收装置应移动至完全开放位置；其中如果确定的平均加热或冷却需求不具有与确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则确定的热回收命令设定点指示热回收装置应移动至完全闭合位置；且/或其中控制器还被配置来基于确定的热回收命令设定点将热回收装置移动至完全开放位置或完全闭合位置。
另一方面，提供一种暖通空调系统。暖通空调系统包括：空气调节单元(AHU)；热回收装置，其与AHU可操作地相关联；以及控制器，其具有处理器和存储器，控制器处于与AHU和热回收装置中的至少一个的信号通信中。所述控制器被配置来：确定由AHU服务的一个或多个区带的平均加热或冷却需求；确定加热或冷却容量在热回收装置处是否是可利用的，其中在热回收装置处可利用的容量是用以使用从由AHU服务的一个或多个区带提取的空气加热或冷却来自室外环境的空气的加热或冷却容量；基于确定的平均加热或冷却需求和确定的可利用的加热或冷却容量来确定热回收命今设定点；以及将指示确定的热回收命令设定点的信号发送至AHU和热回收装置中的至少一个。
除以上所述特征中的一或多个之外，或作为替代方案，其他实施方案可包括以下配置：其中控制器还被配置来确定对供应至暖通空调系统的空气的空气质量参数的约束，其中热回收命今设定点还基于确定的约束；其中热回收装置被配置来在完全开放位置与完全闭合位置之间移动；其中如果确定的平均加热或冷却需求具有与确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则确定的热回收命令设定点指示热回收装置应移动至完全开放位置；其中如果确定的平均加热或冷却需求不具有与确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则确定的热回收命令设定点指示热回收装置应移动至完全闭合位置；且/或其中控制器还被配置来基于确定的热回收命今设定点将热回收装置移动至完全开放位置或完全闭合位置。
另一方面，提供一种控制暖通空调系统的方法，所述暖通空调系统具有空气调节单元(AHU)、热回收装置和控制器，所述控制器处于与AHU和热回收装置中的至少一个的信号通信中。所述方法包括：确定由AHU服务的一个或多个区带的平均加热或冷却需求；确定加热或冷却容量在热回收装置处是否是可利用的，其中在热回收装置处可利用的容量是用以使用从由AHU服务的一个或多个区带提取的空气加热或冷却来自室外环境的空气的加热或冷却容量；基于确定的平均加热或冷却需求和确定的可利用的加热或冷却容量来确定热回收命令设定点；将指示确定的热回收命令设定点的信号发送至AHU和热回收装置中的至少一个；以及随后以确定的热回收命令设定点操作AHU和热回收装置中的至少一个。
除以上所述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，其他实施方案可包括：确定对供应至暖通空调系统的空气的空气质量参数的约束，其中热回收命令设定点还基于确定的约束；其中空气质量参数是来自室外环境的外侧空气和从由AHU服务的一个或多个区带提取的空气的湿度比和C02含量中的至少一个；其中热回收装置被配置来在完全开放位置与完全闭合位置之间移动。其中如果确定的平均加热或冷却需求是与确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则确定的热回收命令设定点指示热回收装置应移动至完全开放位置；其中如果确定的平均加热或冷却需求不具有与确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则确定的热回收命令设定点指示热回收装置应移动至完全闭合位置；且/或其中所述随后以确定的热回收命令设定点操作AHU和热回收装置中的至少一个包括：基于确定的热回收命令设定点将热回收装置移动至完全开放位置或完全闭合位置。
附图简述
实施方案的前述和其他特征以及优点从结合附图的以下详述显而易见，在附图中：
图1是示例性暖通空调系统的示意图；
图2是例示控制图1中所示的系统的示例性方法的流程图。
详述
图1例示示例性暖通空调系统10，所述示例性暖通空调系统通常包括容量生成设备12，所述容量生成设备与空气调节单元(AHU)14可操作地相关联，所述空气调节单元具有热回收装置16和热交换器或线圈18。容量生成设备12调节(即，加热/冷却)例如水的传热流体并且将调节后的流体供应至AHU 14(通过供应导管20)，其中调节后的流体被利用来调整被迫通过AHU 14的空气。调节后的空气随后用来调整与暖通空调系统10相关联的室内环境22(例如，区域或区带)的温度。流体随后通过返回导管24返回至容量生成设备12，在所述返回导管中，流体被重新调节。
AHU 14通过空气管道28从室外环境26接收空气。空气随后通过热回收装置16，其中空气选择性地被引入与从室内环境22提取的空气的热交换关系中。空气随后被供应至线圈18，其中可进一步通过来自容量生成设备12的传热流体调节(即，加热/冷却)空气。替代地，部件14可不包括线圈18。调节后的空气随后通过空气管道30供应至室内环境22。从室内环境22提取的空气通过空气管道32供应至热回收装置16，其中空气可在热交换关系中用以加热或冷却来自室外环境26的进入空气。所提取的空气随后排放至室外环境26。尽管部件14在示例性实施方案中描述为空气调节单元，但部件14可为具有热回收装置的任何暖通空调部件，所述热回收装置在将外侧空气供应至室内环境22之前对外侧空气进行预调节。
热回收装置16可以是使两个空气流能够交换热能量的装置。热回收装置16可直接混合两个空气流或可间接提供热交换(例如，板式热交换器)。热回收装置16可从完全闭合位置移动至完全开放位置。在完全闭合位置中，从室内环境22提取的空气不被引入与进入的外侧空气的热交换关系中(例如，绕过)。在完全开放位置中，所提取空气的整个部分被引入与进入的外侧空气的热交换关系中。热回收装置可定位于完全闭合位置与完全开放位置之间，使得所提取空气的仅一部分(例如，60％)被引入与进入的外侧空气的热交换关系中。
控制器40处于与AHU 14和室内环境22的信号通信中并且被配置来使AHU 14和热回收装置16的操作与室内环境22的实际需求协调。控制器40可处于与以下各者的信号通信中：第一传感器42，其被配置来测量室外空气温度(OAT)；第二传感器44，其被配置来测量输入空气温度(IAT)；第三传感器46，其被配置来测量热回收空气温度(HRT)；第四传感器48，其被配置来测量供应空气温度(SAT)；以及第五传感器50，其被配置来测量提取空气温度(EAT)。如本文所使用，术语控制器是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路，和/或提供所描述功能的其他合适部件。
图2例示控制暖通空调系统10的示例性方法100，所述方法通常包括步骤120、140和160。在步骤120处，控制器40确定由暖通空调系统10服务的一个或多个区带22的平均加热或冷却需求。在步骤140处，控制器40基于确定的平均需求(输入1)、可利用于回收的容量(输入2)来确定一个或多个热回收命令设定点，并且可基于对供应至区带的空气的质量的任选约束(对于涉及空气的混合的热回收装置)以及外侧空气和来自区带的空气的空气质量的对应测量(输入3)。在步骤160处，控制器40将指示确定的热回收命令设定点的一个或多个信号发送至暖通空调系统10的一个或多个部件。
在步骤120处，控制器40确定暖通空调系统10的平均加热或冷却需求(输入1)。平均需求可通过进行步骤120a或步骤120b来确定，如本文中更详细描述的。
在步骤120a处，如果暖通空调系统10已包括判定机构(例如，控制器40)来确定公用容量产生系统(例如，设备12)是否应处于加热模式或冷却模式中，则所述相同判定适用于确定暖通空调系统10的平均需求。如果系统10不包括这种判定机构或所述判定机构的判定将用以关闭公用容量产生系统(例如，设备12)，则替代地执行步骤120b。
在步骤120b处，控制器40通过以下方程式确定平均需求：
Figure BDA0001001822510000061
其中ΔTi＝RATspi-RATi(其中RATspi是区带/房间i的房间空气温度设定点，并且RATi是区带/房间i的测量房间空气温度)，Vi是区带/房间中的空气的体积，并且Vtot是所有占据的区带/房间22的空气的总体积。如果ΔT为正，则平均需求被确定为加热。如果ΔT为负，则平均需求被确定为冷却。
在步骤140处，控制器基于确定的平均需求(输入1，步骤120)、可利用于在热回收装置16处回收的容量(输入2，步骤142)和任选地对空气质量的约束和测量(输入3，步骤144)，来确定一个或多个热回收命令设定点。热回收命令设定点可仅在热回收装置16使外侧空气与来自室内环境22的所提取空气混合时基于任选约束。
在先前所述步骤120中确定平均需求(输入1)，从而指示暖通空调系统10处于冷却或加热需求中。
在步骤142处，控制器40确定加热或冷却容量在热回收装置16处是否是可利用的(输入2)。在热回收装置16处可利用的容量是用以使用从区带22提取的空气加热或冷却来自外侧的空气的加热或冷却容量。控制器40通过将来自室外环境26的空气的IAT(例如，来自传感器44)与从室内环境22提取的空气的EAT(例如，来自传感器50)进行比较，来确定容量是否是可利用的。如果EAT＜IAT-DT，则冷却容量在热回收装置16处是可利用的，其中DT是在两个测量之间提供预定温度差的小温度间隙(例如，0.5℃或1℃)。如果EAT＞IAT+DT，则加热容量在热回收装置处是可利用的。
在任选的步骤144处，控制器40确定最大热回收命令(输入3)，所述最大热回收命令不超过对供应至区带的空气的空气质量的任选约束，所述任选约束例如湿度比、C02含量和/或其他空气性质(如果存在对应约束和测量)。
基于输入1(步骤120)、输入2(步骤142)和任选地输入3(步骤144)，控制器40通过以下操作确定一个或多个热回收命令设定点：如果容量需求(输入1；加热或冷却)具有与可利用的容量(输入2；加热或冷却)相同的类型(加热或冷却)，则控制器40将热回收命令设定点指示或设定至热回收装置16的完全开放位置(即，在使用约束的情况下，100％开放或最大开放不超过输入3)。
例如，在存在C02含量的约束和对应测量的情况下，供应至区带22的空气的C02含量必须低于预定设定点C02sp。热回收装置16将来自外侧26的新鲜空气与从区带(22)提取的空气混合，并且热回收命令设定点确定两者之间的比率。不超过约束(输入3)的热回收命令完全开放位置设定点随后被确定为：
方程式(2)输入3＝(C02sp-C02ia)/(C02ea-C02ia)，
其中C02ia是来自外侧的新鲜空气的C02含量，并且C02ea是从建筑物提取的空气的C02含量。因而，如果C02ea＜＝C02sp，则输入3为100％。这可假定，相同的空气流动是取自外侧环境而不是内侧环境，否则方程式(2)可能需要解释这些空气流动。
如果容量需求(输入1)不具有与可利用的容量(输入2)相同的类型(加热/冷却)，则控制器40指示热回收命令设定点为0％，使得无热容量被回收。
在步骤160处，控制器40将确定的热回收需求设定点发送至AHU 14(或热回收装置16)，并且以确定的设定点操作AHU 14。步骤160仅可在预定时间(例如五分钟)之后重新执行，以防止热回收命令在热回收装置16中的无回收(0％)与所述热回收命令的完全开放或最开放位置之间的变化。替代地，可使用滞后机构(未示出)，使得在某预定阈值得以克服的情况下，热回收装置16可仅在0％与100％之间切换。控制随后可返回至步骤120。因而，控制器40被编程来进行本文所述的步骤。
本文描述的是用于控制如AHU的暖通空调系统部件中的热回收装置的系统及方法。当热回收装置使外侧空气与来自建筑物的空气混合时，系统通过在暖通空调系统的加热或冷却容量可利用时将热回收装置设定至完全开放位置(100％)，或设定至不超过对供应至建筑物的空气的质量的任选约束的最大位置(＜100％)，来回收一大部分否则浪费的热容量。如果没有有用的加热或冷却容量可利用于回收，则将热回收装置设定至大致上完全闭合位置(例如，0％)，从而可通过供应来自外侧的冷空气通过AHU并且供应至建筑物中，来使暖通空调系统能够在自由冷却模式中操作。
因而，系统及方法减少总暖通空调系统能量消耗，防止对可变/调制热回收装置的需要，防止对用于热回收装置控制的PID控制系统的需要，从而节省试运行时间和现场定制，简化使用现有控制手段的实施方式，并且可扩展至广范围的AHU产品和热回收装置配置和建筑物类型。
虽然已仅结合有限数目的实施方案详细描述了本公开，但应容易理解，本公开不限于这类公开的实施方案。相反，本公开可被修改以并入之前并未描述但与本公开的精神和范围相符的任何数目的变化、改变、替代或等效布置。另外，尽管已经描述了各种实施方案，但应理解，本公开的各方面可包括所描述的实施方案中的仅一些者。因此，本公开不应被视为受先前描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (19)

1.一种用于暖通空调系统的控制系统，所述暖通空调系统具有空气调节单元和热回收装置，所述控制系统包括：
控制器，其具有处理器和存储器，所述控制器处于与所述空气调节单元的信号通信中，所述控制器被配置来：
确定由所述空气调节单元服务的一个或多个区带的平均加热或冷却需求；
确定加热或冷却容量在热回收装置处是否是可利用的，其中在所述热回收装置处可利用的所述容量是用以使用从由所述空气调节单元服务的所述一个或多个区带提取的空气加热或冷却来自室外环境的空气的加热或冷却容量；
基于所述确定的平均加热或冷却需求和所述确定的可利用的加热或冷却容量来确定热回收命令设定点；以及
将指示所述确定的热回收命令设定点的信号发送至所述空气调节单元和所述热回收装置中的至少一个。
2.如权利要求1所述的控制系统，其中所述控制器还被配置来确定对供应至所述暖通空调系统的空气的空气质量参数的约束，其中所述热回收命令设定点还基于所述确定的约束。
3.如权利要求1所述的控制系统，其中所述热回收装置被配置来在完全开放位置与完全闭合位置之间移动。
4.如权利要求3所述的控制系统，其中如果所述确定的平均加热或冷却需求具有与所述确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则所述确定的热回收命令设定点指示所述热回收装置应移动至所述完全开放位置。
5.如权利要求4所述的控制系统，其中如果所述确定的平均加热或冷却需求不具有与所述确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则所述确定的热回收命令设定点指示所述热回收装置应移动至所述完全闭合位置。
6.如权利要求5所述的控制系统，其中所述控制器还被配置来基于所述确定的热回收命令设定点将所述热回收装置移动至所述完全开放位置或所述完全闭合位置。
7.一种暖通空调系统，其包括：
空气调节单元；
热回收装置，其与所述空气调节单元可操作地相关联；以及
控制器，其具有处理器和存储器，所述控制器处于与所述空气调节单元和所述热回收装置中的至少一个的信号通信中，所述控制器被配置来：
确定由所述空气调节单元服务的一个或多个区带的平均加热或冷却需求；
确定加热或冷却容量在所述热回收装置处是否是可利用的，其中在所述热回收装置处可利用的所述容量是用以使用从由所述空气调节单元服务的所述一个或多个区带提取的空气加热或冷却来自室外环境的空气的加热或冷却容量；
基于所述确定的平均加热或冷却需求和所述确定的可利用的加热或冷却容量来确定热回收命令设定点；以及
将指示所述确定的热回收命令设定点的信号发送至所述空气调节单元和所述热回收装置中的至少一个。
8.如权利要求7所述的暖通空调系统，其中所述控制器还被配置来确定对供应至所述暖通空调系统的空气的空气质量参数的约束，其中所述热回收命令设定点还基于所述确定的约束。
9.如权利要求7所述的暖通空调系统，其中所述热回收装置被配置来在完全开放位置与完全闭合位置之间移动。
10.如权利要求9所述的暖通空调系统，其中如果所述确定的平均加热或冷却需求具有与所述确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则所述确定的热回收命令设定点指示所述热回收装置应移动至所述完全开放位置。
11.如权利要求10所述的暖通空调系统，其中如果所述确定的平均加热或冷却需求不具有与所述确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则所述确定的热回收命令设定点指示所述热回收装置应移动至所述完全闭合位置。
12.如权利要求11所述的暖通空调系统，其中所述控制器还被配置来基于所述确定的热回收命令设定点将所述热回收装置移动至所述完全开放位置或所述完全闭合位置。
13.一种控制暖通空调系统的方法，所述暖通空调系统具有空气调节单元、热回收装置和控制器，所述控制器处于与所述空气调节单元和所述热回收装置中的至少一个的信号通信中，所述方法包括：
确定由所述空气调节单元服务的一个或多个区带的平均加热或冷却需求；
确定加热或冷却容量在所述热回收装置处是否是可利用的，其中在所述热回收装置处可利用的所述容量是用以使用从由所述空气调节单元服务的所述一个或多个区带提取的空气加热或冷却来自室外环境的空气的加热或冷却容量；
基于所述确定的平均加热或冷却需求和所述确定的可利用的加热或冷却容量来确定热回收命令设定点；
将指示所述确定的热回收命令设定点的信号发送至所述空气调节单元和所述热回收装置中的至少一个；以及
随后以所述确定的热回收命令设定点操作所述空气调节单元和所述热回收装置中的至少一个。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括确定对供应至所述暖通空调系统的空气的空气质量参数的约束，其中所述热回收命令设定点还基于所述确定的约束。
15.如权利要求14所述的方法，其中空气质量参数是来自所述室外环境的外侧空气和从由所述空气调节单元服务的所述一个或多个区带提取的所述空气的湿度比和CO2含量中的至少一个。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述热回收装置被配置来在完全开放位置与完全闭合位置之间移动。
17.如权利要求16所述的方法，其中如果所述确定的平均加热或冷却需求是与所述确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则所述确定的热回收命令设定点指示所述热回收装置应移动至所述完全开放位置。
18.如权利要求17所述的方法，其中如果所述确定的平均加热或冷却需求不具有与所述确定的可利用的加热或冷却容量相同的类型，则所述确定的热回收命令设定点指示所述热回收装置应移动至所述完全闭合位置。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述随后以所述确定的热回收命令设定点操作所述空气调节单元和所述热回收装置中的至少一个包括：基于所述确定的热回收命令设定点将所述热回收装置移动至所述完全开放位置或所述完全闭合位置。
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