CN106765855B - 用于空调系统中的控制装置和方法、空调系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于空调系统中的控制装置和方法以及包括该控制装置的空调系统，该控制装置包括：联合控制模块，被配置为根据预定调节目标对空调系统的压缩机和冷凝器进行联合控制，以降低空调系统的能耗。

Description

用于空调系统中的控制装置和方法、空调系统

技术领域

本发明总体上涉及空调系统，具体地涉及空调系统的控制，更具体地涉及一种用于空调系统中的控制装置和方法以及包括该控制装置的空调系统。

背景技术

空调系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、室内风机、室外风机、电子膨胀阀等部件，空调系统的能耗包括所有这些部件的能耗。目前，变频空调系统得到越来越广泛的应用，其中采用了转速可调节的变频压缩机。此外，室内风机和室外风机的转速一般也可以调整。

发明内容

在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图用来确定本公开的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本公开的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于空调系统中的控制装置，包括：联合控制模块，被配置为根据预定调节目标对空调系统的压缩机和冷凝器进行联合控制，以降低空调系统的能耗。

根据本申请的另一个方面，提供了一种用于空调系统中的控制方法，包括：根据预定调节目标对空调系统的压缩机和冷凝器进行联合控制，以降低空调系统的能耗。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种空调系统，包括上述控制装置。

根据本发明的其他发明，还提供了用于实现上述用于空调系统中的控制方法的计算机程序代码和计算机程序产品以及其上记录有该用于实现上述用于空调系统中的控制方法的计算机程序代码的计算机可读存储介质。

通过以下结合附图对本发明的优选实施例的详细说明，本申请的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

为了进一步阐述本申请的以上和其它优点与特征，下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。其中，在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。应当理解，这些附图仅描述本申请的典型示例，而不应看作是对本申请的范围的限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一个实施例的用于空调系统中的控制装置的结构框图；

图2示出了传统变频空调系统的构成的一个示例的示意图；

图3示出了联合控制模块的构成的一个示例的图；

图4示出了应用本发明的实施例的控制装置的空调系统的示例的结构框图；

图5示出了冷凝温度的设置的一个示例的表；

图6示出了在不同室外干球温度和制冷负荷需求下优化的冷凝温度的变化曲线的示例；

图7示出了根据本申请的另一个实施例的用于空调系统中的控制装置的结构框图；以及

图8示出了根据本申请的一个实施例的用于空调系统中的控制方法的流程图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节模糊了发明的要点，在附图中仅示出与发明方案密切相关的结构和部件，而省略了关系不大的其他细节。

图1示出了根据本申请的一个实施例的用于空调系统中的控制装置 100的结构框图，该控制装置100包括：联合控制模块101，被配置为根据预定调节目标对空调系统的压缩机和冷凝器进行联合控制，以降低空调系统的能耗。

空调系统包括室内部分和室外部分，室内部分包括例如压缩机子系统、蒸发器子系统、节流装置等，室外部分包括例如冷凝器子系统等，其中在变频空调系统中节流装置也称为电子膨胀阀，用于稳定系统的过热度。图2示出了传统变频空调系统的构成的一个示例的示意图，其中，压缩机子系统包括变频压缩机和压缩机控制器，蒸发器子系统包括室内变频风机和蒸发器，冷凝器子系统包括室外风机控制器和冷凝器。

其中，室内风机和室外风机的转速可以根据制冷需求来调节，此外，在变频空调系统中还可以调节变频压缩机的转速，由于在整个空调系统中，压缩机的功耗占很大部分，而变频压缩机的转速可以根据制冷需求来调节，因此变频空调系统相比于定频空调系统具有明显的节能优势。

通常，分别独立控制室内风机、室外风机和变频压缩机的转速，例如，可以检测回风温度和出风温度，与设定的温度值进行比较后，采用PI或 PID调节的控制方式来调整变频压缩机的转速，使系统输出所需要的制冷量，最后使得回风温度或出风温度稳定在设定值。室内风机的转速调节方式与变频压缩机的调节方式类似。而室外侧风机的转速则可以根据冷凝温度与风机转速曲线或固定冷凝温度来控制。当根据冷凝温度与风机转速曲线来控制时，预先根据实验或经验数据总结出冷凝温度与室外风机转速对应的曲线并存储在室外风机控制器中，并且根据例如通过室外侧信号采集传感器等获得的冷凝温度来查询该曲线以获得室外风机转速的设定值。当通过固定冷凝温度来控制时，通过调整室外风机的转速来使冷凝温度稳定在所设定的固定值。

通过实验发现，当冷凝温度降低时，变频压缩机的功耗会降低，从而使得压缩机部分可以节能例如达15％。当然，降低冷凝温度意味着要增大室外风机的转速，从而会增大室外风机的功耗。因此，为了实现节能的目的，需要在二者之间进行平衡，使系统既能满足制冷负荷需求且不超过系统稳定运行的限制，又能在尽量高的能效比条件下运行。在单独控制的情况下，可能会出现室外温度比较低、部分负荷时，冷凝温度仍然比较高的工况，节能效果有进一步提升的空间。

通过采用本实施例的控制装置100，通过根据预定调节目标对压缩机和冷凝器联合控制，可以实现更有效的节能。该控制装置100可以位于空调系统的室外侧，也可以位于室内侧。具体地，该控制装置100例如可以位于冷凝器子系统、压缩机子系统、蒸发器子系统之一上，也可以是独立存在的功能装置。此外，控制装置100可以通过系统处理器实现。可以理解，控制装置100的位置并不限于此，而是可以位于便于与室内部分和室外部分进行耦接的任何位置处。并且，控制装置100可以通过硬件、固件、软件或其任意组合之一实现。

如图3所示，在一个示例中，联合控制模块101包括冷凝温度设置单元1001，被配置为根据制冷负荷需求和室外干球温度来设置冷凝器的冷凝温度。例如，制冷负荷需求可以基于压缩机的转速来确定。在该示例中，调节目标为冷凝温度。

图4示出了包括控制装置100的空调系统的示例的结构框图。在该示例中，控制装置100根据压缩机的转速和室外干球温度来设置冷凝温度，并将该冷凝温度的设置值提供给室外风机控制器，以使其以适当的转速工作，从而使冷凝温度稳定在设置值。

在一个示例中，冷凝温度设置单元1001被配置为在允许的冷凝温度范围内按照与室外干球温度和制冷负荷需求相关的函数来设置冷凝温度。此外，冷凝温度设置单元1001可以在要设置的冷凝温度超过允许的上限值时将冷凝温度设置为上限值，在要设置的冷凝温度超过允许的下限值时将冷凝温度设置为下限值。

例如，对于机房用的变频空调系统，由于室内环境温湿度相对比较固定，可以在不考虑室内环境温湿度的情况下针对不同的室外干球温度和压缩机的转速的组合来搜索获得最优节能效果的冷凝温度。图5示出了冷凝温度的设置的一个示例的表，其中，示出了室外干球温度为25度、室内干球温度为35度、室内湿球温度为20.6度时获得最优节能效果的情况下，不同的压缩机转速与冷凝温度的对应关系。类似地，还可以例如通过实验获得不同的室外干球温度下，在获得最优节能效果时，不同的压缩机转速与冷凝温度(以下称为优化的冷凝温度)的对应关系。

通过这些对应关系，发现优化的冷凝温度与室外干球温度和制冷负荷需求相关。但是，冷凝温度自身有一个允许范围，当超过该范围时，可以利用该范围的边界来设置优化的冷凝温度。

在一个示例中，可以按如下关系式来设置冷凝温度：

在该式中，T_cond,set为冷凝温度的设置值，T_cond,max为系统允许的冷凝温度最大值，T_cond,min为系统允许的冷凝温度最小值。T_out为室外干球温度，Q 为制冷负荷需求比如变频压缩机的转速，k₁、k₂、k₃及指数y的值可由实验标定。

可以看出，在该示例中，冷凝温度被设置为与室外干球温度成正比并且与以制冷负荷需求为自变量的幂函数成正比。当y为1时，冷凝温度被设置为与室外干球温度和制冷负荷需求的线性函数，可以理解，该线性函数的函数值限于允许的冷凝温度的范围内。通过标定k₁、k₂、k₃及指数y的值，可以使得上式(1)应用于具有不同系统参数的不同的空调系统。

图6示出了在不同室外干球温度和制冷负荷需求下冷凝温度的变化曲线的示例，其中，横轴代表制冷负荷需求，纵轴代表冷凝温度，不同室外干球温度下的冷凝温度的曲线用不同的符号表示，这里所述的冷凝温度为优化的冷凝温度。可以看出，在室外干球温度较低比如低于20度时，冷凝温度基本上设置为允许范围的下限值，在图中表现为几条曲线基本重合。

冷凝温度设置单元1001可以实时地根据制冷负荷需求和室外干球温度来计算当前要设置的冷凝温度。冷凝温度设置单元1001可以在处理器芯片中编程实现，也可以采用硬件或固件实现。

例如，可以周期性地执行计算和设置，也可以仅在制冷负荷需求和室外干球温度的至少一个的变化超过预定范围时执行计算和设置。在前一种方式下，周期的大小决定了控制的精确程度和所能达到的节能的效果。在后一种方式下，对于预定范围大小的设置决定了控制的精确程度和所能达到的节能的效果。可以理解，周期越小，预定范围越小，则控制精度越高，所能达到的节能效果越好。此外，该周期和预定范围也可以设置为可调的。

在另一个示例中，如图1中的虚线框所示，控制装置100还可以包括：存储模块102，被配置为存储包括制冷负荷需求、室外干球温度、冷凝温度的关联数据表，其中，冷凝温度设置单元1001被配置为通过查找该关联数据表来确定要设置的冷凝温度。

存储模块102例如可以实现在处理器芯片中，也可以设置为单独的非易失性存储器。上述关联数据表可以在出厂时存储在存储模块102中并且不可改动。此外，也可以将存储模块102设置为可重写的，即可以在实际使用中例如根据空调系统的改变等因素来修改上述关联数据表。

该关联数据表中的冷凝温度可以通过实验设定，也可以通过其他任何能够降低空调系统的能耗的方式设定。

在上述示例中，通过根据制冷负荷需求和室外干球温度来设置冷凝温度，实现了空调系统的压缩机和冷凝器的联合控制，进一步降低了系统的能耗。

在以上的描述中，假定了室内干球温度和室内湿球温度基本固定的应用情形，但是本申请并不限于此，冷凝温度设置单元1001可以被配置为还根据室内干球温度和室内湿球温度来设置冷凝温度。

例如，存储模块102存储包括制冷负荷需求、室外干球温度、室内干球温度、室内湿球温度、冷凝温度的关联数据表，其中，冷凝温度设置单元1001被配置为通过查找该关联数据表来确定要设置的冷凝温度。如果采用实时计算的方式来设置冷凝温度，可以在所采用的函数中包括室内干球温度和室内湿球温度的项。

以上虽然主要针对变频空调系统进行了描述，但是对于室外风机转速可调的定频空调系统也适用。

图7示出了根据本申请的一个实施例的用于空调系统中的控制装置 200的结构框图，除了包括图1中所示的模块之外，如图7中的虚线框所示，空调装置200还可以包括：转速控制模块203，被配置为控制室外风机的转速以使得冷凝器的冷凝温度稳定在所设置的值。在这种情况下，由控制装置200根据所设置的冷凝温度进一步控制室外风机的转速。例如，可以将控制装置200与室外风机控制器集成在一起。

此外，如图7中的虚线框所示，控制装置200还可以包括：感测模块 201，被配置为感测室外干球温度；以及需求获取模块202，被配置为获取制冷负荷需求。例如，感测模块201可以采用已有的室外侧信号采集传感器来实现，也可以通过设置另外的传感器来实现。需求获取模块202 例如可以为各种通信接口，用于从提供制冷负荷需求的部件比如变频压缩机来获取制冷负荷需求。这里所述的通信接口例如可以为采用各种通信协议的接口，也可以为简单的电路连接。

在上文的实施方式中描述控制装置的过程中，显然还公开了一些处理或方法。下文中，在不重复上文中已经讨论的一些细节的情况下给出这些方法的概要，这些方法可以由上文描述的模块或部件执行，也可以完全采用软件来实现。

图8示出了根据本申请的一个实施例的用于空调系统中的控制方法的流程图，该方法包括：根据预定调节目标对空调系统的压缩机和冷凝器进行联合控制，以降低空调系统的能耗(S14)。

其中，空调系统可以为变频空调系统，也可以为室外风机转速可调的定频空调系统。

在一个示例中，在步骤S14中，根据制冷负荷需求和室外干球温度来设置冷凝器的冷凝温度。即，将冷凝温度作为预定调节目标。其中，制冷负荷需求例如可以基于压缩机的转速确定。

在步骤S14中，可以在允许的冷凝温度范围内按照与室外干球温度和制冷负荷需求正相关的函数来设置冷凝温度。此外，在要设置的冷凝温度超过允许的上限值时将冷凝温度设置为上限值，在要设置的冷凝温度超过允许的下限值时将冷凝温度设置为下限值。

例如，冷凝温度可以被设置为与室外干球温度成正比，并且与以制冷负荷需求为自变量的幂函数成正比。作为示例，冷凝温度可以被设置为室外干球温度和制冷负荷需求的线性函数。

此外，如图8中的虚线框所示，该方法还可以包括步骤S11：存储包括制冷负荷需求、室外干球温度、冷凝温度的关联数据表，并且在步骤 S14中通过查找该关联数据表来确定要设置的冷凝温度。

如图8中的虚线框所示，该方法还可以包括如下步骤：感测室外干球温度(S12)；以及获取制冷负荷需求(S13)。此外，虽然图8中未示出，但是上述方法还可以包括控制室外风机的转速以使得冷凝器的冷凝温度稳定在所设置的值的步骤。

在另一个示例中，在步骤S14中还根据室内干球温度和室内湿球温度来设置冷凝温度。相应地，如果采用查表法，则在步骤S11中存储包括制冷负荷需求、室外干球温度、室内干球温度、室内湿球温度和冷凝温度的关联数据表，并且在步骤S14中通过查找该关联数据表来确定要设置的冷凝温度。

通过执行上述控制方法，可以有效地降低空调系统的能耗。

还应指出，这里的方法实施例是与上述装置实施例相对应的，因此在方法实施例中未详细描述的内容可参见装置实施例中相应部分的描述，在此不再重复。

应当理解，根据本公开的实施例的存储介质和程序产品中的机器可执行的指令还可以被配置成执行与上述装置实施例相对应的方法，因此在此未详细描述的内容可参考先前相应部分的描述，在此不再重复。

相应地，用于承载上述包括机器可执行的指令的程序产品的存储介质也包括在本公开中。该存储介质包括但不限于软盘、光盘、磁光盘、存储卡、存储棒等等。

另外，还应该指出的是，上述一系列处理和装置也可以通过软件和/ 或固件实现。在通过软件和/或固件实现的情况下，从存储介质或网络向具有专用硬件结构的计算机安装构成该软件的程序，该计算机在安装有各种程序时，能够执行各种功能等等。

虽然以上参照优选实施例描述了本申请，但是应当理解，所描述的实施例仅是说明性的而不是限定性的。对于本领域的技术人员来说，在不背离本申请的实质和范围的情况下，可以进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

例如，在以上实施例中包括在一个单元中的多个功能可以由分开的装置来实现。替选地，在以上实施例中由多个单元实现的多个功能可分别由分开的装置来实现。另外，以上功能之一可由多个单元来实现。无需说，这样的配置包括在本公开的技术范围内。

在该说明书中，流程图中所描述的步骤不仅包括以所述顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行地或单独地而不是必须按时间序列执行的处理。此外，甚至在按时间序列处理的步骤中，无需说，也可以适当地改变该顺序。

最后，还需要说明的是，除非上下文清楚地指出为其它情况，否则在全部说明书和权利要求中，应当以涵盖性的意义，也就是说，以“包括、但不限于”的意义，解释词语“包括”、“包含”等。另外，词语“这里”、“上面”、“下面”和类似含义的词语应当是指本文的整体，而不是指任何特定部分。在上下文允许的情况下，使用单数或复数的词语也可能分别包括复数或者单数。关于两个或更多个项目的列举的词语“或者”覆盖以下所有对该词语的解释：列表中的项目中的任意一个；列表中的所有项目；以及列表中的项目的任意组合。

另外，术语“或”意欲表示包含性的“或”而不是排他性的“或”。即，除非另外指定或根据上下文清楚地表明，否则短语“X使用A或B”意欲表示自然包括性的置换的任何一种。即，短语“X使用A或B”被下面情况的任何一种满足：X使用A；X使用B；或，X使用A和B两者。另外，在本申请和所附的权利要求中使用的冠词“一”一般被解释为表示“一个或更多个”，除非另外指定从上下文清楚涉及单数形式。

Claims (12)

1.一种用于空调系统中的控制装置，包括：

联合控制模块，被配置为根据预定调节目标对所述空调系统的压缩机和冷凝器进行联合控制，以降低所述空调系统的能耗，其中，所述预定调节目标为所述冷凝器的冷凝温度，

其中，所述联合控制模块包括冷凝温度设置单元，被配置为根据制冷负荷需求和室外干球温度来设置所述冷凝器的冷凝温度，其中，所述制冷负荷需求基于压缩机的转速确定，以及

其中，所述冷凝温度设置单元被配置为在允许的冷凝温度范围内按照与所述室外干球温度和所述制冷负荷需求相关的函数来设置所述冷凝温度，其中，所述函数为下式：

其中，T_cond，set为冷凝温度的设置值，T_cond，max为系统允许的冷凝温度最大值，T_cond，min为系统允许的冷凝温度最小值，T_out为所述室外干球温度，Q为所述制冷负荷需求，k₁、k₂、k₃及指数y的值可由实验标定。

2.根据权利要求1所述的控制装置，还包括：

感测模块，被配置为感测所述室外干球温度；以及

需求获取模块，被配置为获取所述制冷负荷需求。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述冷凝温度设置单元被配置为还根据室内干球温度和室内湿球温度来设置所述冷凝温度，并且其中，所述冷凝温度设置单元被配置为在允许的冷凝温度范围内按照与所述室内干球温度和所述室内湿球温度相关的函数来设置所述冷凝温度。

4.根据权利要求1所述的控制装置，还包括：

存储模块，被配置存储包括所述制冷负荷需求、所述室外干球温度、所述冷凝温度的关联数据表，

其中，所述冷凝温度设置单元被配置为通过查找所述关联数据表来确定要设置的所述冷凝温度。

5.根据权利要求3所述的控制装置，还包括：

存储模块，被配置存储包括所述制冷负荷需求、所述室外干球温度、所述室内干球温度、所述室内湿球温度和所述冷凝温度的关联数据表，

其中，所述冷凝温度设置单元被配置为通过查找所述关联数据表来确定要设置的所述冷凝温度。

6.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述空调系统为变频空调系统。

7.根据权利要求1所述的控制装置，还包括：

转速控制模块，被配置为控制室外风机的转速以使得所述冷凝器的冷凝温度稳定在所设置的冷凝温度。

8.一种空调系统，包括根据权利要求1至7中的任意一项所述的控制装置。

9.根据权利要求8所述的空调系统，其中，所述控制装置位于冷凝器子系统、压缩机子系统、蒸发器子系统之一上。

10.一种用于空调系统中的控制方法，包括：

根据预定调节目标对所述空调系统的压缩机和冷凝器进行联合控制，以降低所述空调系统的能耗，其中，所述预定调节目标为所述冷凝器的冷凝温度，

其中，所述联合控制包括：根据制冷负荷需求和室外干球温度来给出所述冷凝器的冷凝温度，其中，所述制冷负荷需求基于所述压缩机的转速确定，以及

其中，所述联合控制包括：在允许的冷凝温度范围内按照与所述室外干球温度和所述制冷负荷需求正相关的函数来设置所述冷凝温度，其中，所述函数为下式：

其中，T_cond，set为冷凝温度的设置值，T_cond，max为系统允许的冷凝温度最大值，T_cond，min为系统允许的冷凝温度最小值，T_out为所述室外干球温度，Q为所述制冷负荷需求，k₁、k₂、k₃及指数y的值可由实验标定。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其中，所述联合控制还包括根据室内干球温度和室内湿球温度来给出所述冷凝温度，并且其中，所述冷凝温度设置单元被配置为在允许的冷凝温度范围内按照与所述室内干球温度和所述室内湿球温度相关的函数来设置所述冷凝温度。

12.根据权利要求10所述的控制方法，还包括：存储包括所述制冷负荷需求、所述室外干球温度、所述冷凝温度的关联数据表，其中，通过查找所述关联数据表来确定要设置的所述冷凝温度。

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