CN106594997B - 供回水温差控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种供回水温差控制系统，涉及空调技术领域，用于解决根据温差调节供水流量存在滞后，容易造成过度供能或者是难以满足舒适度要求，很难实现对供回水温差的有效控制的问题。本发明提供的供回水温差控制系统包括：温差控制器，供水温度和回水温度之差作为该温差控制器的测量值；多个温度控制系统，用于实现对房间温度的控制；增益特征平均计算器，各温度控制系统的增益特征值作为该增益特征平均计算器的输入，增益特征平均值作为该增益特征平均计算器的输出；增益控制器，温差控制器的输出作为该增益控制器的设定值，增益特征平均计算器的输出作为该增益控制器的测量值。本发明提供的供回水温差控制系统用于中央空调系统。

Description

供回水温差控制系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种供回水温差控制系统。

背景技术

现有的空调温度控制系统可通过变化风速档位调整房间温度，如风机盘管温控器产品控制模式大都是根据房间实际温度与房间设定温度的温度偏差值调整风速，小温度偏差采用低速风档，中温度偏差采用中速风挡，高温度偏差采用高速风挡。

现有的空调温度控制系统还有风速或供水量可连续调节类型，可根据房间温度连续调节风机转速或供水量实现对温度的控制，通常采用PID控制算法。

当空调设计选型、暖通施工十分合理、天气正常、房间正常使用的情况下，空调温制器是能够满足人员对舒适度的要求；然而，这都是理想化的设想，物业经常遭到投诉的往往是因为个别房间因丧失水力平衡或特殊场合如临时人员积聚时、气候骤变，舒适度达不到要求。

提高供用能系统能效通常是通过调质、调量来实现，现有技术通常根据供回水差压、供回水温差调整供水流量或根据负荷调整供水机组出水温度。由于过程存在严重的滞后，分区房间末端温度、温控器运行状态等信息没有得到充分利用，以及现有空调温控器智能性比较弱等固有的缺陷，进一步的供用能优化控制功能还不够完善，容易造成过度供能或者是难以满足舒适度要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种供回水温差控制系统，用于解决根据温差调节供水流量存在滞后，容易造成过度供能或者是难以满足舒适度要求，很难实现对供回水温差的有效控制的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种供回水温差控制系统，应用于空调，包括：

温差控制器，对应分区的供水温度和回水温度分别作为该温差控制器的输入，供水温度和回水温度之差作为该温差控制器的测量值，该温差控制器采用PID控制算法；多个温度控制系统，各温度控制系统分别设置在不同的房间内，用于根据对应房间的房间实际温度和预设的房间设定温度，实现对房间温度的控制；增益特征平均计算器，各所述温度控制系统的增益特征值作为该增益特征平均计算器的输入，计算所有所述增益特征值的平均值作为增益特征平均值，该增益特征平均值作为该增益特征平均计算器的输出；增益控制器，所述温差控制器的输出作为该增益控制器的设定值，增益特征平均计算器的输出作为该增益控制器的测量值，该增益控制器采用PID控制算法；以及供水变频器，所述增益控制器输出的控制信号作为该供水变频器的输入，该供水变频器根据该控制信号，调节供水水量。

供回水温差是表征系统能效的一个重要参数，温差过小，系统能效下降；温差过大，很有可能会影响房间舒适度，本发明基于可变增益房间温度控制系统，可将中央空调各个房间的温度控制系统的增益特征值控制在一个合理范围内，能够避免供回水温差过大或过小；同时，可变增益空调温度控制系统能够根据本区域的负荷变化、本回路水力不平衡的工况主动进行换热速率的调整，优化了用能的方式。因而本发明达到了供用能一体化的目标，方案既能保证各个房间舒适度的要求，又能使得供回水温差得到合理提高，能够在保证舒适度的前提下取得明显的节能效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所提供的中央空调系统的结构示意图。

图2为本发明所提供的供回水温差控制系统的结构框图。

图3为本发明实施例1所提供的温度控制器的结构框图。

图4为本发明实施例2所提供的温度控制器的结构框图。

图5为实施例1及实施例2中增益特征值的计算流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明新型保护的范围。

【实施例1】

如图1所示，本实施例提供一种供回水温差控制系统，其应用于空调大系统。该空调大系统由冷水机组和分布在多个分区(即分支供冷区域，在图1中存在m个分区)的多个空调组成，每个分区覆盖多个房间或多个子区域(例如大型商场、工厂等中的一个较大的区域包括多个子区域)，每个房间或每个子区域内设有至少一个空调，在以下说明中，以房间为例进行说明，根据实际应用场景的不同，也可使用子区域来代替本实施例中的房间。采用冷水机组向各个空调输出冷水，通过总变频泵P101控制冷水机组的出水量，进而向各个分区提供冷量。

以分区1为例，分区1内存在n个房间，每个房间内设有一个空调(即图中的空调1～空调n)，通过变频泵201控制分区1的供水流量，分区1的供水温度为T1，回水温度为T2。同理，在分区m中存在n个房间，每个房间设有一个空调，通过变频泵202控制分区2的供水流量。

如图2所示，在本实施例中，供回水温差控制系统包括：多个温度控制系统(未图示)、增益特征平均计算器H、温差控制器F、增益控制器G、以及供水变频器Q。

关于上述多个温度控制系统，在应用该中央空调系统的建筑等中，每个房间内至少安装有一个该温度控制系统，该温度控制系统可设置在对应的空调中，通过该温度控制系统控制对应房间的温度。如图3或图4所示，其中，每个温度控制系统包括增益自整定器E，其能够根据对应房间的房间实际温度T和预设的房间设定温度Tsp，生成对应的增益特征值n。

增益特征平均计算器H与各温度控制系统连接，各温度控制系统的增益特征值作为该增益特征平均计算器H的输入，例如，在本实施例中，在每个分区内设有p个温度控制系统，则从各温度控制系统获的温度特征值分别为n1、n2……np，该增益特征平均计算器H用于根据各温度控制系统输出的增益特征值n，生成增益特征平均值作为该增益特征平均计算器H的输出。

关于上述温差控制器F，对应分区的供水温度和回水温度分别作为温差控制器F的输入，供水温度和回水温度之差作为该温差控制器F的测量值，该温差控制器采用PID控制算法或其他算法。

关于上述增益控制器G，温差控制器F的输出YF作为该增益控制器G的设定值，增益特征平均计算器的输出YH作为该增益控制器G的测量值，该增益控制器G采用PID控制算法。

关于上述供水变频器Q，增益控制器G输出的控制信号作为该供水变频器Q的输入，供水变频器Q根据该控制信号，调节对应分区的供水水量。该供水变频器可由图1中的变频泵201或变频泵202来提供。

如图3所示，上述温度控制系统包括：多个温度控制器、选择器D、以及增益自整定器E，在以下说明中，以温度控制系统包括第一温度控制器A、第二温度控制器B以及第三温度控制器C为例进行说明。

在多个温度控制器中，房间实际温度T作为各温度控制器的测量值，预设的房间设定温度Tsp作为各温度控制器的设定值，每个温度控制器根据房间实际温度T与房间设定温度Tsp生成风速档位信号，作为该温度控制器的输出。以下说明在供冷季中，上述三个温度控制器的具体控制律。

第一温度控制器A的输出YA根据以下控制律生成：根据房间实际温度T和预设的房间设定温度Tsp计算温度偏差值，当该温度偏差值大于等于预设的第一温度偏差值且小于预设的第二温度偏差值(即温度偏差值为小温差)时，生成第一风速档位信号，当温度偏差值大于等于该预设的第二温度偏差值且小于预设的第三温度偏差值(即温度偏差值为中温差)时且小于预设的第三温度偏差值，生成第二风速档位信号，当温度偏差值大于等于该预设的第三温度偏差值(即温度偏差值为高温差)时，生成第三风速档位信号；

可以理解的是，上述第一温度偏差值、第二温度偏差值和第三温度偏差值可由本领域技术人员根据经验进行设定，在本实施例中，优选第一温度偏差值为1℃、第二温度偏差值为2℃、第三温度偏差值为3℃。

第二温度控制器B的输出YB根据以下控制律生成：根据房间实际温度T和预设的房间设定温度Tsp计算温度偏差值，当温度偏差值大于等于上述第一温度偏差值且小于上述第二温度偏差值时，生成第二风速档位信号，当温度偏差值大于等于上述第二温度偏差值时，生成第三风速档位信号；以及

第三温度控制器C的输出YC根据以下控制律生成：根据房间实际温度T和预设的房间设定温度Tsp计算温度偏差值，当温度偏差值大于等于上述第一温度偏差值时，生成第三风速档位信号，

其中，第一风速档位信号对应的风速小于第二风速档位信号对应的风速，第二风速档位信号对应的风速小于第三风速档位信号对应的风速。

上述增益自整定器E用于根据房间实际温度T和预设的房间设定温度Tsp，生成增益特征值n。具体而言，该增益特征值n越大，代表房间实际温度T与房间设定温度Tsp差值越大，或将房间实际温度T调整至房间设定温度Tsp的难度越大。具体地，如图5所示，增益自整定器E用于实现如下计算流程。

步骤S1，初始化增益特征值n＝1；

步骤S2，若所述房间实际温度T大于所述房间设定温度Tsp与预设的第一偏置值a1之和，将n+1赋值给n并转至步骤S4，否则转至步骤S3；在本实施例中，该第一偏置值a1的取值范围为1.5℃～2℃；

步骤S3，若所述房间实际温度T小于所述房间设定温度Tsp与预设的第二偏置值a2之差，将n-1赋值给n并转至步骤S4，否则转至步骤S2；在本实施例中，该第二偏置值a2的取值范围为0.3℃～0.5℃；

步骤S4，在所述n小于预设的下限值b1时，将该下限值b1赋值给n并转至步骤S6，否则转至步骤S5；在本实施例中，该下限值b1为1；

步骤S5，在所述n大于预设的上限值b2时，将该上限值b2赋值给n并转至步骤S6，否则转至步骤S6；在本实施例中，该上限值b2为3。

步骤S6，输出增益特征值n，计时器清零并开始计时，转至步骤S7；

步骤S7，在计时时间t未达到预设时间tsp时，等待，否则转步骤S8；

步骤S8，结束。

根据上述内容可知，在房间实际温度T与房间设定温度Tsp相差较大时，增益自整定器E输出的n值较大，并且，在房间实际温度T长时间无法调整到房间设定温度Tsp时，增益自整定器E所输出的增益特征值n将会进一步增大。因此，增益特征值n越大，房间实际温度T与房间设定温度Tsp差值越大，或将房间实际温度T调整至房间设定温度Tsp的难度越大。

关于上述选择器D，增益自整定器的输出(即增益特征值n)以及各所述温度控制器的输出(即各风速档位信号)分别作为该选择器D的输入，该选择器D用于根据所述增益特征值n，从各所述温度控制器输出的风速档位信号中选择一个风速档位信号作为该选择器D的输出，以控制风机以该风速档位信号对应的风速进行送风。

在本实施例中，选择器E具体用于：

当增益特征值为1时，选择第一温度控制器A，控制风机以第一温度控制器A的输出YA对应的风速进行送风；

当增益特征值为2时，选择第二温度控制器B，控制风机以第二温度控制器B的输出YB对应的风速进行送风；

当增益特征值为3时，选择第三温度控制器C，控制风机以第三温度控制器C的输出YC对应的风速进行送风。

由此可知，当增益特征值n越大时，对应相同的房间实际温度T与房间设定温度Tsp的偏差值，选择器D所选择的温度控制器的输出所对应的风速越大，因而房间实际温度T和房间设定温度Tsp差值越大、或将房间实际温度T调整至房间设定温度Tsp的难度越高时，风机的送风速度越大，由此能够及时且智能地调节房间实际温度T。

供回水温差是表征系统能效的一个重要参数，温差过小，系统能效下降；温差过大，很有可能会影响房间舒适度，本发明基于可变增益房间温度控制系统，可将中央空调各个房间的温度控制系统的增益特征值控制在一个合理范围内，能够避免供回水温差过大或过小；同时，可变增益空调温度控制系统能够根据本区域的负荷变化、本回路水力不平衡的工况主动进行换热速率的调整，优化了用能的方式。因而本发明达到了供用能一体化的目标，方案既能保证各个房间舒适度的要求，又能使得供回水温差得到提高，能够在保证舒适度的前提下取得明显的节能效果。

【实施例2】

本实施例提供了一种供回水温差控制系统，在本实施例中，对于与实施例1中相同的部分，附加相同的附图标记并省略其说明。

如图2所示，在本实施例中，供回水温差控制系统包括：多个温度控制系统(未图示)、增益特征平均计算器H、温差控制器F、增益控制器G、以及供水变频器Q。

如图4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中的温度控制系统包括：增益自整定器E、增益计算器O、以及温度控制器P。

关于上述增益自整定器E，房间实际温度T和预设的房间设定温度Tsp分别作为该增益自整定器E的输入，根据房间实际温度T和预设的房间设定温度Tsp生成增益特征值n，作为该增益自整定器E的输出。具体而言，该增益特征值n越大，代表房间实际温度T与房间设定温度Tsp差值越大，或将房间实际温度T调整至房间设定温度Tsp的难度越大。具体地，如图5所示，增益自整定器E用于实现如下计算流程。

步骤S1，初始化增益特征值n＝1；

步骤S2，若所述房间实际温度T大于所述房间设定温度Tsp与预设的第一偏置值a1之和，将n+1赋值给n并转至步骤S4，否则转至步骤S3；在本实施例中，该第一偏置值a1的取值范围为1.5℃～2℃；

步骤S3，若所述房间实际温度T小于所述房间设定温度Tsp与预设的第二偏置值a2之差，将n-1赋值给n并转至步骤S4，否则转至步骤S2；在本实施例中，该第二偏置值a2的取值范围为0.3℃～0.5℃；

步骤S4，在所述n小于预设的下限值b1时，将该下限值b1赋值给n并转至步骤S6，否则转至步骤S5；在本实施例中，该下限值b1为1；

步骤S5，在所述n大于预设的上限值b2时，将该上限值b2赋值给n并转至步骤S6，否则转至步骤S6；在本实施例中，该上限值b2为3。

步骤S6，输出增益特征值n，计时器清零并开始计时，转至步骤S7；

步骤S7，在计时时间t未达到预设时间tsp时，等待，否则转步骤S8；

步骤S8，结束。

根据上述内容可知，在房间实际温度T与房间设定温度Tsp相差较大时，增益自整定器E输出的增益特征值n较大，并且，在房间实际温度T长时间无法调整到房间设定温度Tsp时，增益自整定器E所输出的增益特征值n将会进一步增大。因此，增益特征值n越大，代表房间实际温度T与房间设定温度Tsp差值越大，或将房间实际温度T调整至房间设定温度Tsp的难度越大。

增益计算器O用于根据上述增益特征值n生成增益KP，具体地：

在增益特征值n为1时，令增益KP为kp；

在增益特征值n为2时，令增益KP为a*kp；

在增益特征值n为3时，令增益KP为b*kp，其中，1<a<b，在本实施例中，a取值为1.2，b取值为1.5。增益KP可根据本申请的温度控制系统的应用场景不同进行取值。

温度控制器P，房间实际温度T、所述房间设定温度Tsp以及所述增益计算器的输出(即增益KP)分别作为该温度控制器P的输入，该温度控制器P用于根据房间实际温度T、房间设定温度Tsp、以及所述增益KP生成风速控制信号，以使风机以该风速控制信号对应的风速进行送风；该温度控制器P采用PID或PI控制算法。

供回水温差是表征系统能效的一个重要参数，温差过小，系统能效下降；温差过大，很有可能会影响房间舒适度，本发明基于可变增益房间温度控制系统，可将中央空调各个房间的温度控制系统的增益特征值控制在一个合理范围内，能够避免供回水温差过大或过小；同时，可变增益空调温度控制系统能够根据本区域的负荷变化、本回路水力不平衡的工况主动进行换热速率的调整，优化了用能的方式。因而本发明达到了供用能一体化的目标，方案既能保证各个房间舒适度的要求，又能使得供回水温差得到提高，能够在保证舒适度的前提下取得明显的节能效果。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种供回水温差控制系统，应用于空调，其特征在于，包括：

温差控制器，对应分区的供水温度和回水温度分别作为该温差控制器的输入，供水温度和回水温度之差作为该温差控制器的测量值，该温差控制器采用PID控制算法；

多个温度控制系统，各温度控制系统分别设置在不同的房间内，用于根据对应房间的房间实际温度和预设的房间设定温度，实现对房间温度的控制；

增益特征平均计算器，各所述温度控制系统的增益特征值作为该增益特征平均计算器的输入，计算所有所述增益特征值的平均值作为增益特征平均值，该增益特征平均值作为该增益特征平均计算器的输出；

增益控制器，所述温差控制器的输出作为该增益控制器的设定值，所述增益特征平均计算器的输出作为该增益控制器的测量值，该增益控制器采用PID控制算法；以及

供水变频器，所述增益控制器输出的控制信号作为该供水变频器的输入，该供水变频器根据该控制信号，调节供水水量。

2.根据权利要求1所述的供回水温差控制系统，其特征在于，每个所述温度控制系统包括：

增益自整定器，房间实际温度和预设的房间设定温度分别作为该增益自整定器的输入，根据房间实际温度和预设的房间设定温度生成增益特征值，作为该增益自整定器的输出；

多个温度控制器，房间实际温度作为各所述温度控制器的测量值，预设的房间设定温度作为各所述温度控制器的设定值，每个所述温度控制器根据房间实际温度与房间设定温度生成风速档位信号，作为该温度控制器的输出；以及

选择器，所述增益自整定器的输出以及各所述温度控制器的输出分别作为该选择器的输入，该选择器用于根据所述增益特征值，从各所述温度控制器输出的风速档位信号中选择一个风速档位信号作为该选择器的输出，以控制风机以该风速档位信号对应的风速进行送风。

3.根据权利要求2所述的供回水温差控制系统，其特征在于，在供冷季，所述增益自整定器用于实现如下步骤：

步骤S1，初始化增益特征值n＝1；

步骤S2，若所述房间实际温度大于所述房间设定温度与预设的第一偏置值之和，将n+1赋值给n并转至步骤S4，否则转至步骤S3；

步骤S3，若所述房间实际温度小于所述房间设定温度与预设的第二偏置值之差，将n-1赋值给n并转至步骤S4，否则转至步骤S2；

步骤S4，在所述n小于预设的下限值时，将该下限值赋值给n并转至步骤S6，否则转至步骤S5；

步骤S5，在所述n大于预设的上限值时，将该上限值赋值给n并转至步骤S6，否则转至步骤S6；

步骤S6，输出增益特征值n，计时器清零并开始计时，转至步骤S7；

步骤S7，在计时时间未达到预设时间时，等待，否则转步骤S8；

步骤S8，结束。

4.根据权利要求3所述的供回水温差控制系统，其特征在于，在供冷季，所述多个温度控制器包括：

第一温度控制器，其根据房间实际温度和预设的房间设定温度计算温度偏差值，当所述温度偏差值大于等于预设的第一温度偏差值且小于预设的第二温度偏差值时，生成第一风速档位信号，当所述温度偏差值大于等于预设的第二温度偏差值且小于预设的第三温度偏差值时，生成第二风速档位信号，当所述温度偏差值大于等于预设的第三温度偏差值时，生成第三风速档位信号；

第二温度控制器，其根据房间实际温度和预设的房间设定温度计算温度偏差值，当所述温度偏差值大于等于所述第一温度偏差值且小于所述第二温度偏差值时，生成第二风速档位信号，当所述温度偏差值大于等于所述第二温度偏差值时，生成第三风速档位信号；以及

第三温度控制器，其根据房间实际温度和预设的房间设定温度计算温度偏差值，当所述温度偏差值大于等于所述第一温度偏差值时，其生成第三风速档位信号，

其中，第一风速档位信号对应的风速小于第二风速档位信号对应的风速，第二风速档位信号对应的风速小于第三风速档位信号对应的风速，

所述选择器用于：

当所述增益特征值为1时，选择所述第一温度控制器输出的风速档位信号，并控制风机以该风速档位信号对应的风速进行送风；

当所述增益特征值为2时，选择所述第二温度控制器输出的风速档位信号，并控制风机以该风速档位信号对应的风速进行送风；

当所述增益特征值为3时，选择所述第三温度控制器输出的风速档位信号，并控制风机以该风速档位信号对应的风速进行送风。

5.根据权利要求1所述的供回水温差控制系统，其特征在于，每个所述温度控制系统包括：

增益自整定器，房间实际温度和预设的房间设定温度分别作为该增益自整定器的输入，根据房间实际温度和预设的房间设定温度生成增益特征值，作为该增益自整定器的输出；

增益计算器，所述增益特征值作为该增益计算器的输入，根据该增益特征值生成增益，作为该增益计算器的输出；以及

温度控制器，所述房间实际温度、所述房间设定温度以及所述增益计算器的输出分别作为该温度控制器的输入，该温度控制器用于根据房间实际温度、房间设定温度、以及所述增益生成风速控制信号，以使风机以该风速控制信号对应的风速进行送风；该温度控制器采用PID或PI控制算法。

6.根据权利要求5所述的供回水温差控制系统，其特征在于，在供冷季，所述增益自整定器用于实现如下步骤：

步骤S1，初始化增益特征值n＝1；

步骤S2，若所述房间实际温度大于所述房间设定温度与预设的第一偏置值之和，将n+1赋值给n并转至步骤S4，否则转至步骤S3；

步骤S3，若所述房间实际温度小于所述房间设定温度与预设的第二偏置值之差，将n-1赋值给n并转至步骤S4，否则转至步骤S2；

步骤S4，在所述n小于预设的下限值时，将该下限值赋值给n并转至步骤S6，否则转至步骤S5；

步骤S5，在所述n大于预设的上限值时，将该上限值赋值给n并转至步骤S6，否则转至步骤S6；

步骤S6，输出增益特征值n，计时器清零并开始计时，转至步骤S7；

步骤S7，在计时时间未达到预设时间时，等待，否则转步骤S8；

步骤S8，结束，

所述增益计算器具体用于：

在所述增益特征值为1时，令所述增益为kp；

在所述增益特征值为2时，令所述增益为a*kp；

在所述增益特征值为3时，令所述增益为b*kp，其中，1<a<b。