CN106765953A - 分区供水变流量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分区供水变流量控制系统，涉及空调技术领域，用于解决针对空调大系统分区供水，采用传统的控制系统难以满足用能的经济性或舒适度要求的问题。本发明实施例提供的分区供水变流量控制系统包括环境温度负荷率计算器，环境湿度负荷率计算器，温差设定器，供回水温差计算器，供回水温差控制器，超温房间比率计算器，超温房间比率控制器，供水压力设定器，供水压力控制器，执行器以及相关测控仪表。本发明提供的分区供水变流量控制系统用于中央空调系统。

Description

分区供水变流量控制系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种分区供水变流量控制系统。

背景技术

空调大系统中按供水支路可划分多个分支供能区域(即分区)，分区供水通常可通过调质、调量来实现，在采用调量手段下，现有技术通常根据供回水差压、供回水温差对供水流量进行调节。然而，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，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的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分区供水变流量控制系统，用于解决针对空调大系统分区供水，采用传统的控制系统难以满足用能的经济性或舒适度要求的问题。

本发明提供的分区供水变流量控制系统应用于空调大系统，包括：

环境温度负荷率计算器，实测环境温度作为该环境温度负荷率计算器的输入，按照线性或非线性关系计算环境温度负荷率，作为该环境温度负荷率计算器的输出；

环境湿度负荷率计算器，实测环境湿度作为该环境湿度负荷率计算器的输入，按照线性或非线性关系计算环境湿度负荷率，作为该环境湿度负荷率计算器的输出；

温差设定器，所述环境温度负荷率计算器的输出和所述环境湿度负荷率计算器的输出分别作为该温差设定器的输入1和输入2，对该输入1和该输入2进行加权求和计算，得到负荷率，以该负荷率为自变量，按照线性或非线性关系计算得到温差设定值，作为该温差设定器的输出；

供回水温差计算器，供水温度和回水温度分别作为该供回水温差计算器的输入1和输入2，供水温度与回水温度的差值作为供回水温差，该供回水温差作为该供回水温差计算器的输出；

供回水温差控制器，所述温差设定器的输出和所述供回水温差计算器的输出分别作为该供回水温差控制器的输入1和输入2，其中，所述温差设定器的输出作为供回水温差控制器的设定值；所述供回水温差计算器的输出作为该供回水温差控制器的测量值，该供回水温差控制器采用PID控制算法；

超温房间比率计算器，分区内的各房间的房间实际温度、房间设定温度以及温度控制系统运行状态分别作为该超温房间比率计算器的输入；该超温房间比率计算器用于，在所述房间的房间实际温度与所述房间设定温度的差值达到预设的阈值且该房间内的温度控制系统处于运行状态的情况下，将该房间定义为超温房间，计算分区内超温房间的总数与温度控制系统处于运行状态的房间总数的比值，作为超温房间比率；该超温房间比率作为超温房间比率计算器的输出，

超温房间比率控制器，所述超温房间比率计算器的输出作为超温房间比率控制器的输入，并作为超温房间比率控制器的测量值，所述超温房间比率控制器采用PID控制算法；

供水压力设定器，所述供回水温差控制器的输出和所述超温房间比率控制器的输出分别作为该供水压力设定器的输入1和输入2，对该输入1和该输入2进行加权求和计算，得到供水压力设定值，对该供水压力设定值进行上、下限幅处理，得到供水压力设定范围，作为该供水压力设定器的输出；

供水压力控制器，所述供水压力设定器的输出和对供水压力进行测量得到的供水压力测量信号分别作为该供水压力控制器的输入1和输入2，其中，所述供水压力设定器的输出作为该供水压力控制器的设定值，所述供水压力测量信号作为该供水压力控制器的测量值，该供水压力控制器采用PID控制算法；以及

执行器，所述供水压力控制器的输出作为该执行器的输入，该执行器调节对应分区的供水流量。

根据本申请提供的分区供水变流量控制系统，能够获得如下有益效果。

首先，合理的供回水温差不仅代表经济性，也对舒适度有影响。温差过小，系统能效低下，反之，难以保证舒适度的要求，而供水温差变化比较缓慢，是对其进行控制的不利因素，本发明供回水温差控制器与供水压力控制器采用串级控制系统，能够有效克服整个回路滞后大的问题，当空调负荷变化时，首先很快反映在供水压力的变化，供水压力控制器会自动进行调节，从而能够在一定程度上保证供回水温差不会有太大的波动。

其次，在供回水压力根据负荷变化自动控制的基础上，当供回水温差发生变化时，因其变化是较小的，供回水温差控制器就可以采用较慢的速度进行调节，这正好能够适应其滞后大的特点，供回水温差控制器输出会自动改变供水压力控制器的设定值，进一步实现温差的精确调整；

并且，通过设置供回水温差控制器输出的上下限，就等于设定供水压力上下限，能够保证分区供水的合理性，避免热力最不利回路的用能要求，供水压力过低会导致水力失衡，即阻力最大的回路供水不足。

此外，引入超温房间比率控制器，是校正供水压力设定值的合理性。通过楼控系统获取分区内各个房间舒适度的实际状态，使得分区供水更加合理。

最后，相比于固定供回水温差设定值控制策略，根据负荷率改变供回水温差更加合理，低负荷下，因系统为满足水力平衡存在一个最小水量，导致供回水温差会偏小，而随着负荷的增大，允许供回水温差增大，因此本发明的优点在于：在室内负荷稳定的场合，可依据室外温度、湿度反映用能负荷的变化，通过变温差控制，实现经济运行。

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为本发明实施例所提供的中央空调系统的结构示意图。

图2为本发明实施例所提供的分区供水变流量控制系统的结构框图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明实施例提供的分区供水变流量控制系统，下面结合说明书附图进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的变流量控制系统应用于图1所示的空调系统中，该空调系统覆盖多个分区(图1中为分区1～分区m)，每个分区包括多个房间(图1中每个分区包括房间1～房间n)，每个房间内安装有一个空调，该空调配置有温度控制器，该温度控制器用于对该房间内的实际温度进行控制。

以分区1为例，其供水温度为T1，回水温度为T2，供水压力为P。对于分区1中的第i个房间而言，其房间实际温度为TZi，房间设定温度为TZisp，房间内的温度控制系统的运行状态为Ri。具体地，以分区1内的房间1为例，其房间实际温度为TZ1，房间设定温度为TZ1sp，房间内的温度控制系统的运行状态为R1。

对应每个分区设有变频泵，该变频泵用于控制对应分区内的供水流量，在本实施例中，分区1内设置变频泵P201，分区m内设置变频泵P202。在供冷季，通过冷水机组向各分区供水，借此向各分区房间内提供冷量。以分区1为例，其供水温度为T1，回水温度为T2，供水压强为P。

如图2所示，本发明实施例提供的分区供水变流量控制系统包括：环境温度负荷率计算器A，环境湿度负荷率计算器B，温差设定器C，供回水温差计算器D，供回水温差控制器E，超温房间比率计算器I，超温房间比率控制器J，供水压力设定器F，供水压力控制器G，执行器H以及相关测控仪表(未图示)；

关于上述环境温度负荷率计算器A，通过环境温度变送器(上述相关测控仪表中的一种，未图示)实测环境温度T0，作为环境温度负荷率计算器A的输入，而后环境温度负荷率计算器A按照线性或非线性关系计算环境温度负荷率P01，以该环境温度负荷率P01作为环境温度负荷率计算器A的输出。

例如在供冷季，环境温度T0在25℃～40℃范围内变化时，按照线性关系对应环境温度负荷率P01在30％～100％范围内变化；环境温度T0低于25℃时，环境温度负荷率P01为30％，环境温度T0高于40℃时，环境温度负荷率P01为100％。在本实施例中，作为环境温度T0与环境温度负荷率P01的一种可选的具体关系：当25℃≤T0≤40℃时，P01＝(7×T0-130)/150；当T0＜25℃时，P01＝30％；当T0＞40℃时，P01＝100％。

关于上述环境湿度负荷率计算器B，通过环境湿度变送器(上述相关测控仪表中的一种，未图示)实测环境湿度作为环境湿度负荷率计算器的输入，而后环境湿度负荷率计算器B根据环境湿度计算环境湿度负荷率P02。计算得到的环境湿度负荷率P02作为环境湿度负荷率计算器B的输出。

例如在供冷季，环境湿度在60％～90％的范围内变化时，按照线性关系对应环境湿度负荷率P02在0％～100％范围内变化；环境湿度低于60％时，环境湿度负荷率P02为0％；环境湿度高于90％时，环境湿度负荷率P02为100％。在本实施例中，作为环境湿度和环境湿度负荷率P02的一种可选的具体关系，当时，当时，P02＝0；当时，P02＝100％。

关于上述温差设定器C，环境温度负荷率计算器A的输出作为温差设定器C的输入1(即P01)，环境湿度负荷率计算器B的输出作为温差设定器C的输入2(即P02)，对输入1和输入2进行加权求和计算，得到负荷率Lr。具体地，Lr＝输入1×k1+输入2×k2，其中k1+k2＝1。在本实施例中，优选k1＝0.7，k2＝0.3，并且，k1/k2为热负荷与湿负荷比。

进一步地，以负荷率Lr为自变量，计算温差设定值Tspr，以该温差设定值Tspr作为温差设定器的输出。负荷率Lr在30％～100％范围内变化时，对应的温差设定值Tspr在1.5℃～4.5℃范围内变化；负荷率Lr低于30％时，温差设定值1.5℃。在本实施例中，以供冷季为例，作为负荷率Lr与温差设定值的一种可能的具体关系，当30％≤Lr≤100％，Tspr＝(60×Lr+3)/14；当Lr＜30％时，Tspr＝1.5℃。

关于上述供回水温差计算器D，由相关测控仪表测得的供水温度T1和回水温度T2分别作为供回水温差计算器的输入1和输入2，供水温度T1和回水温度T2的差值称作供回水温差，以该供回水温差作为供回水温差计算器D的输出。

关于上述供回水温差控制器E，温差设定器C的输出Tspr和供回水温差计算器D的输出分别作为该供回水温差控制器E的输入1和输入2。其中，温差设定器C的输出Tspr作为供回水温差控制器E的设定值；供回水温差计算器D的输出作为供回水温差控制器E的测量值，该供回水温差控制器E采用PID控制算法。

关于上述超温房间比率计算器I，分区内的各个房间的房间实际温度TZi、房间设定温度TZisp及温度控制系统运行状态Ri分别作为超温房间比率计算器I的输入，在某个房间的房间实际温度TZi与房间设定温度TZisp的差值达到预设的阈值且温度控制系统处于运行状态的情况下，将该房间记作超温房间，进而计算该分区内的超温房间的总数与温度控制系统处于运行状态的房间总数的比值，将该比值称为超温房间比率，该超温房间比率作为超温房间比率计算器I的输出。

关于上述超温房间比率控制器J，超温房间比率计算器I的输出作为超温房间比率控制器J的输入，且作为超温房间比率控制器J的测量值；超温房间比率控制器J的设定值的取值范围为0％～5％。该超温房间比率控制器J采用PID控制算法或其他控制算法。

关于上述供水压力设定器F，供回水温差控制器E的输出作为该供水压力设定器F的输入1，超温房间比率控制器J的输出作为该供水压力设定器F的输入2，对该输入1和输入2进行加权求和计算，得到供水压力设定值Psp1。具体地，在本实施例中，供水压力设定值Psp1＝输入1×k1+输入2×k2，k1+k2＝1，优选k1＝0.8，k2＝0.2，Psp1经过上、下限幅处理得到供水压力设定范围Psp。其中，供水压力设定范围Psp的上限值为系统最大负荷时的供水压力设定值，下限值为系统最低负荷时的供水压力设定值，上限值与下限值根据运行经验得到，由此得到的供水压力设定范围Psp作为供水压力设定器F的输出。

关于上述供水压力控制器G，供水压力设定器F的输出和对供水压力进行测量得到的供水压力测量信号分别作为该供水压力控制器G的输入1和输入2，其中，供水压力设定器F的输出作为该供水压力控制器G的设定值，供水压力测量信号作为该供水压力控制器G的测量值，该供水压力控制器G采用PID控制算法

供水压力控制器G的输出作为上述执行器H的输入信号，该执行器H对应图1中的P201或P202，该执行器可采用变频泵或调节阀。

根据本发明实施例提供的分区变流量控制系统，能够实现如下有益效果：

首先，合理的供回水温差不仅代表经济性，也对舒适度有影响。温差过小，系统能效低下，反之，难以保证舒适度的要求，而供水温差变化比较缓慢，是对其进行控制的不利因素，本发明供回水温差控制器与供水压力控制器采用串级控制系统，能够有效克服整个回路滞后大的问题，当空调负荷变化时，首先很快反映在供水压力的变化，供水压力控制器会自动进行调节，从而能够在一定程度上保证供回水温差不会有太大的波动。

其次，在供回水压力根据负荷变化自动控制的基础上，当供回水温差发生变化时，因其变化是较小的，供回水温差控制器就可以采用较慢的速度进行调节，这正好能够适应其滞后大的特点，供回水温差控制器输出会自动改变供水压力控制器的设定值，进一步实现温差的精确调整；

并且，通过设置供回水温差控制器输出的上下限，就等于设定供水压力上下限，能够保证分区供水的合理性，避免热力最不利回路的用能要求，供水压力过低会导致水力失衡，即阻力最大的回路供水不足。

此外，引入超温房间比率控制器，是校正供水压力设定值的合理性。通过楼控系统获取分区内各个房间舒适度的实际状态，使得分区供水更加合理。

最后，相比于固定供回水温差设定值控制策略，根据负荷率改变供回水温差更加合理，低负荷下，因系统为满足水力平衡存在一个最小水量，导致供回水温差会偏小，而随着负荷的增大，允许供回水温差增大，因此本发明的优点在于：在室内负荷稳定的场合，可依据室外温度、湿度反映用能负荷的变化，通过变温差控制，实现经济运行。

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 (3)

1.一种分区供水变流量控制系统，应用于空调大系统，其特征在于，包括：

环境温度负荷率计算器，实测环境温度作为该环境温度负荷率计算器的输入，按照线性或非线性关系计算环境温度负荷率，作为该环境温度负荷率计算器的输出；

环境湿度负荷率计算器，实测环境湿度作为该环境湿度负荷率计算器的输入，按照线性或非线性关系计算环境湿度负荷率，作为该环境湿度负荷率计算器的输出；

温差设定器，所述环境温度负荷率计算器的输出和所述环境湿度负荷率计算器的输出分别作为该温差设定器的输入1和输入2，对该输入1和该输入2进行加权求和计算，得到负荷率，以该负荷率为自变量，按照线性或非线性关系计算得到温差设定值，作为该温差设定器的输出；

供回水温差计算器，供水温度和回水温度分别作为该供回水温差计算器的输入1和输入2，供水温度与回水温度的差值作为供回水温差，该供回水温差作为该供回水温差计算器的输出；

供回水温差控制器，所述温差设定器的输出和所述供回水温差计算器的输出分别作为该供回水温差控制器的输入1和输入2，其中，所述温差设定器的输出作为供回水温差控制器的设定值；所述供回水温差计算器的输出作为该供回水温差控制器的测量值，该供回水温差控制器采用PID控制算法；

超温房间比率计算器，分区内的各房间的房间实际温度、房间设定温度以及温度控制系统运行状态分别作为该超温房间比率计算器的输入；该超温房间比率计算器用于，在所述房间的房间实际温度与房间设定温度的差值达到预设的阈值且该房间内的温度控制系统处于运行状态的情况下，将该房间定义为超温房间，计算分区内超温房间的总数与温度控制系统处于运行状态的房间总数的比值，作为超温房间比率；该超温房间比率作为超温房间比率计算器的输出，

超温房间比率控制器，所述超温房间比率计算器的输出作为超温房间比率控制器的输入，并作为超温房间比率控制器的测量值，所述超温房间比率控制器采用PID控制算法；

供水压力设定器，所述供回水温差控制器的输出和所述超温房间比率控制器的输出分别作为该供水压力设定器的输入1和输入2，对该输入1和该输入2进行加权求和计算，得到供水压力设定值，对该供水压力设定值进行上、下限幅处理，得到供水压力设定范围，作为该供水压力设定器的输出；

供水压力控制器，所述供水压力设定器的输出和对供水压力进行测量得到的供水压力测量信号分别作为该供水压力控制器的输入1和输入2，其中，所述供水压力设定器的输出作为该供水压力控制器的设定值，所述供水压力测量信号作为该供水压力控制器的测量值，该供水压力控制器采用PID控制算法；以及

执行器，所述供水压力控制器的输出作为该执行器的输入，该执行器调节对应分区的供水流量。

2.根据权利要求1所述的分区供水变流量控制系统，其特征在于，设所述负荷率为Lr，则所述Lr与所述温差设定器的输入1和输入2满足：Lr＝输入1×k1+输入2×k2，其中，k1+k2＝1。

3.根据权利要求1或2所述的分区供水变流量控制系统，其特征在于，所述执行器采用变频泵或调节阀。