CN106765957B - 基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统，涉及空调技术领域，用于对机组供水温度进行合理控制，解决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。所述供水变温度控制系统包括：环境温度负荷率计算器、环境湿度负荷率计算器、外负荷率计算器、内负荷率计算器、超温房间比率计算器、超温房间比率控制器、出水温度设定器、机组控制器、功率执行器以及相关测控仪表。本发明提供的基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统用于中央空调系统。

Description

基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统。

背景技术

空调大系统中热泵机组供水温度与系统能效有直接的关系，以供冷季为例，供水温度越高，机组效率越高，单位制冷量能耗越低，通常来讲负荷高时，供水温度低些，负荷低时，供水温度高些，既能保证机组的效率，也能保证负荷的需要，满足舒适度的要求。

现有技术通常根据空调系统实时负荷或环境温度调整供供水温度，存在很多缺陷。比如通过计算得到的空调系统实时负荷其实并不能够真实反映实际需要的能量需求，仅代表在某种供能和用能方式下实际消耗的能量；环境温度能够部分间接地表征空调系统的能量需求，但也不够全面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统，用于对机组供水温度进行合理控制，解决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。

为了实现上述目的，本发明提供的基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统包括：

环境温度负荷率计算器，实测环境温度和下一时刻的环境温度预测值分别作为该环境温度负荷率计算器的输入1和输入2，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，实测环境湿度和下一时刻的环境湿度预测值分别作为该环境湿度负荷率计算器的输入1和输入2，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；

外负荷率计算器，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外负荷率计算器的输入1和输入2，对该输入1和该输入2进行加权求和计算，得到外负荷率，作为该外负荷率计算器的输出；

内负荷率计算器，各设备的当前运行状态和下一时刻的运行状态预测值作为该内负荷率计算器的输入，设1≤i≤n，其中n为设备的总个数；设第i个设备的当前运行状态为Di1，运行状态预测值为Di2，在该第i个设备当前运行时，Di1为实数1，否则Di1为实数0，在该第i个设备的下一时刻的运行状态预测为运行时，Di2为实数1，否则Di2为实数0；设所述第i个设备的内负荷为Pi，则Pi＝Ci×Di1×c1+Ci×Di2×c2，其中，Ci为第i个设备的额定热负荷与额定湿负荷总和，c1和c2为常数且c1+c2＝1；设内负荷率为Pnr，则其中，P0为设备全部开启时额定热负荷与湿负荷的总和，内负荷率Pnr作为该内负荷率计算器的输出；

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；

出水温度设定器，所述外负荷率计算器的输出、所述内负荷率计算器的输出和所述超温房间比率控制器的输出分别作为出水温度设定器的输入1、输入2和输入3，对该输入1和该输入2进行加权求和计算，得到总负荷率，以该总负荷率为自变量，按照线性或非线性关系，计算出水温度设定值，计算该出水温度设定值与输入3的和值，以该和值作为该出水温度设定器的输出；

机组控制器，所述出水温度设定器的输出和出水温度测量值分别作为机组控制器输入1和输入2，其中，所述出水温度设定器的输出作为机组控制器的设定值，所述出水温度测量值作为机组控制器的测量值，该机组控制器采用PID控制算法；

功率执行器，所述机组控制器的输出作为该功率执行器的输入，该功率执行器用于调节冷水机组的出水温度。

本发明提供的基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统具有如下有益效果：

首先，本发明提供的供水变温度控制系统不同于现有的技术仅仅利用环境温度表征空调系统的负荷，进行出水温度设定值进行优化设定，本发明同时引入了环境温度、环境湿度二个主要因素来表征空调系统的外负荷，同时引入设备运行状态表征空调系统的内负荷，根据空调系统的总负荷进行出水温度设定值进行优化设定，更加科学合理；

并且，不同于现有的技术仅仅利用实测气象条件等影响因素表征空调系统的负荷，同时引入了这些影响因素的预测值来表征空调系统未来时刻的负荷，增强了所优化的出水温度设定值具备了适应工况条件变化的能力。

此外，现有技术用于优化出水温度设定值都属于开环技术，引入超温房间比率控制器，用于修正出水温度设定值，是通过结合反馈技术，能够进一步完善现有技术的不足。

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供水变温度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基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统，下面结合说明书附图进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统，其应用于图1所示的空调系统中，该空调系统覆盖至少一个分区，在本实施例中以覆盖一个分区(即图中虚线包围部分)为例进行说明。该分区内包括多个房间(图1中为房间1～房间n)，每个房间内安装有一个空调，每个空调配置有温度控制器，用于对对应房间的实际温度进行控制。该分区对应设有变频泵P201，用于控制该分区内的供水流量。

在该分区中，供水温度为T1，回水温度为T2，供水压力为P。对于该分区中的第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。更具体地，例如房间1的房间实际温度为TZ1，房间设定温度为TZ1sp，房间1内的温度控制系统的运行状态为R1。

如图2所示，本发明实施例提供的供水变温度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，外负荷率计算器C，内负荷率计算器D，超温房间比率计算器E，超温房间比率控制器F，出水温度设定器G，机组控制器H，功率执行器I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，相关测控仪表实测环境温度Tn，天气预报系统预报下一时刻的环境温度预测值Tn+1，该环境温度Tn和该环境温度预测值Tn+1分别作为环境温度负荷率计算器A的输入1和输入2，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Pn1，以该环境温度负荷率Pn1作为环境温度负荷率计算器A的输出。

上述计算环境温度负荷率Pn1的具体过程为：对环境温度Tn和环境温度预测值Tn+1进行加权求和，求出参考环境温度Tref，即Tref＝a1×Tn+a2×Tn+1，其中a1+a2＝1。以参考环境温度Tref为自变量，按照线性或非线性关系计算环境温度负荷率Pn1。在本实施例中，优选a1＝0.4，a2＝0.6。

参考环境温度Tref和环境温度负荷率Pn1的具体关系如下。例如在供冷季，参考环境温度Tref在25℃～40℃范围内变化时，按照线性关系对应环境温度负荷率Pn1在30％～100％范围内变化；参考环境温度Tref低于25℃时，环境温度负荷率Pn1为30％，参考环境温度Tref高于40℃时，环境温度负荷率Pn1为100％。在本实施例中，作为参考环境温度Tref与环境温度负荷率Pn1的一种可选的具体关系：当25℃≤Tref≤40℃时，Pn1＝(7×Tref-130)/150；当Tref＜25℃时，Pn1＝30％；当Tref＞40℃时，Pn1＝100％。

关于上述环境湿度负荷率计算器B，相关测控仪表实测环境湿度天气预报系统预报下一时刻的环境湿度预测值该环境湿度和下一时刻的环境湿度预测值分别作为环境湿度负荷率计算器B的输入1和输入2，而后环境湿度负荷率计算器B按照线性或非线性关系计算环境湿度负荷率Pn2，以该环境湿度负荷率Pn2作为环境湿度负荷率计算器B的输出。

上述计算环境湿度负荷率Pn2的具体过程为：对环境湿度和环境湿度预测值进行加权求和，求出参考环境湿度即其中b1+b2＝1。以参考环境湿度为自变量，按照线性或非线性关系计算环境湿度负荷率Pn2。在本实施例中，优选b1＝0.4，b2＝0.6。

参考环境湿度Tref和环境湿度负荷率Pn1的具体关系如下。例如在供冷季，参考环境湿度在60％～90％的范围内变化时，按照线性关系对应环境湿度负荷率Pn2在0％～100％范围内变化；参考环境湿度低于60％时，环境湿度负荷率Pn2为0％；参考环境湿度高于90％时，环境湿度负荷率Pn2为100％。在本实施例中，作为参考环境湿度和环境湿度负荷率Pn2的一种可选的具体关系，当时，当＜60％时，Pn2＝0；当时，Pn2＝100％。

关于上述外负荷率计算器C，环境温度负荷率计算器A的输出作为外负荷率计算器C的输入1(即Pn1)，环境湿度负荷率计算器B的输出作为外负荷率计算器C的输入2(即Pn2)，对输入1和输入2进行加权求和计算，得到外负荷率Por，计算得到的Por作为外负荷率计算器120的输出。具体地，Por＝Pn1×k1+Pn2×k2，其中k1+k2＝1。在本实施例中，优选k1＝0.7，k2＝0.3，并且，k1/k2为环境温度与环境湿度的负荷比。

关于上述内负荷率计算器D，设共有n个设备，在这n个设备中，第i个设备的当前运行状态为Di1，且下一时刻的运行状态预测值为Di2，其中1≤i≤n。在该第i个设备当前运行时，Di1为实数1，否则Di1为实数0；在该第i个设备的下一时刻的运行状态预测为运行时，Di2为实数1，否则Di2为实数0；设第i个空调的内负荷为Pi。则

Pi＝Ci×Di1×c1+Ci×Di2×c2

其中，Ci为第i个设备的额定热负荷与额定湿负荷总和，c1和c2为常数且c1+c2＝1。在本实施例中，优选c1＝0.4，c2＝0.6。

设内负荷率为Pnr，则

其中，P0为设备全部开启时额定热负荷与湿负荷的总和，内负荷率Pnr作为该内负荷率计算器D的输出；

关于上述出水温度设定器G，上述外负荷率计算器C的输出Por作为该出水温度设定器G的输入1，上述内负荷率计算器D的输出Pnr作为该出水温度设定器G的输入2，上述超温房间比率控制器F的输出作为该出水温度设定器G的输入3。

首先，出水温度设定器G对输入1和输入2进行加权平均计算，得到总负荷率。具体地，设总负荷率为Pr，则Pr＝d1×Por+d2×Pnr，其中d1+d2＝1，d1/d2为外负荷与内负荷之比。在本实施例中，优选d1＝0.75，d2＝0.25。

而后，出水温度设定器G以该总负荷率Pr为自变量，按照线性或非线性关系计算出水温度设定值Tsp1。总负荷率Pr与出水温度设定值Tsp1的关系如下。例如在供冷季，总负荷率Pr在30％～100％范围内变化时，对应出水温度设定值Tsp1在12℃～7℃变化；总负荷率Pr低于30％时，出水温度设定值Tsp1为12℃；总负荷率Pr高于100％时，出水温度设定值Tsp1为7℃。在本实施例中，作为总负荷率Pr与出水温度设定值Tsp1的一种可选的具体关系：当30％≤Pr≤100％时，Tsp1＝(99-50×Pr)/7；当Pr＜30％时，Tsp1＝12℃；当Pr＞100％时，Tsp1＝7℃。

最后，出水温度设定器G计算出水温度设定值Tsp1与输入3(超温比率控制器F的输出)之和，得到的和值Tsp作为出水温度设定器G的输出。

关于机组控制器H，出水温度设定器G的输出Tsp作为机组控制器H的设定值；相关测控仪表对供水温度进行测量，获得的供水温度测量值T1作为机组控制器H的测量值，机组控制器H采用PID控制算法或其他算法。

机组控制器H的输出作为上述功率执行器I的输入，功率执行器I用于控制冷水机组的出水温度T。

本发明实施例提供的基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统具有如下有益效果：

首先，本发明提供的供水变温度控制系统不同于现有的技术仅仅利用环境温度表征空调系统的负荷，进行出水温度设定值进行优化设定，本发明同时引入了环境温度、环境湿度二个主要因素来表征空调系统的外负荷，同时引入设备运行状态表征空调系统的内负荷，根据空调系统的总负荷进行出水温度设定值进行优化设定，更加科学合理；

并且，不同于现有的技术仅仅利用实测气象条件等影响因素表征空调系统的负荷，同时引入了这些影响因素的预测值来表征空调系统未来时刻的负荷，增强了所优化的出水温度设定值具备了适应工况条件变化的能力。

此外，现有技术用于优化出水温度设定值都属于开环技术，引入超温房间比率控制器，用于修正出水温度设定值，是通过结合反馈技术，能够进一步完善现有技术的不足。

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)

1.一种基于负荷预测与舒适度反馈的供水变温度控制系统，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，实测环境温度和下一时刻的环境温度预测值分别作为该环境温度负荷率计算器的输入1和输入2，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，实测环境湿度和下一时刻的环境湿度预测值分别作为该环境湿度负荷率计算器的输入1和输入2，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；

外负荷率计算器，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外负荷率计算器的输入1和输入2，对该输入1和该输入2进行加权求和计算，得到外负荷率，作为该外负荷率计算器的输出；

内负荷率计算器，各设备的当前运行状态和下一时刻的运行状态预测值作为该内负荷率计算器的输入，设1≤i≤n，其中n为设备的总个数；设第i个设备的当前运行状态为Di1，运行状态预测值为Di2，在该第i个设备当前运行时，Di1为实数1，否则Di1为实数0，在该第i个设备的下一时刻的运行状态预测为运行时，Di2为实数1，否则Di2为实数0；设所述第i个设备的内负荷为Pi，则Pi＝Ci×Di1×c1+Ci×Di2×c2，其中，Ci为第i个设备的额定热负荷与额定湿负荷总和，c1和c2为常数且c1+c2＝1；设内负荷率为Pnr，则其中，P0为设备全部开启时额定热负荷与湿负荷的总和，内负荷率Pnr作为该内负荷率计算器的输出；

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；

出水温度设定器，所述外负荷率计算器的输出、所述内负荷率计算器的输出和所述超温房间比率控制器的输出分别作为出水温度设定器的输入1、输入2和输入3，对该输入1和该输入2进行加权求和计算，得到总负荷率，以该总负荷率为自变量，按照线性或非线性关系，计算出水温度设定值，计算该出水温度设定值与输入3的和值，以该和值作为该出水温度设定器的输出；

机组控制器，所述出水温度设定器的输出和出水温度测量值分别作为机组控制器输入1和输入2，其中，所述出水温度设定器的输出作为机组控制器的设定值，所述出水温度测量值作为机组控制器的测量值，该机组控制器采用PID控制算法；以及

功率执行器，所述机组控制器的输出作为该功率执行器的输入，该功率执行器用于调节冷水机组的出水温度。

2.根据权利要求1所述的供水变温度控制系统，其特征在于，设所述外负荷率为Por，则所述Por和所述外负荷率计算器的输入1和输入2满足：

Por＝k1×输入1+k2×输入2，其中，k1+k2＝1。

3.根据权利要求1所述的供水变温度控制系统，其特征在于，设所述总负荷率为Pr，则所述Pr和出水温度设定器的输入1和输入2满足：

Pr＝d1×输入1+d2×输入2，其中，d1+d2＝1。