CN106871351A

CN106871351A - 一种空调系统的变频送风控制方法

Info

Publication number: CN106871351A
Application number: CN201710086443.0A
Authority: CN
Inventors: 王伟; 徐晓光; 王璐; 贾郑雷; 刘伟; 俎萌萌; 马楠; 蒋全清
Original assignee: China Tobacco Henan Industrial Co Ltd; Xuchang University; Henan University of Animal Husbandry and Economy
Current assignee: China Tobacco Henan Industrial Co Ltd; Xuchang University; Henan University of Animal Husbandry and Economy
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: CN106871351B

Abstract

本发明涉一种用于工业组合式大功率空调系统的变频送风控制方法，目的是提供一种能够根据控制区域冷热负荷需求实时调整风机频率，实现按需送风，降低能耗，同时还能提高控制精度的空调系统的变频送风控制方法，包括以下步骤：判断变频风机是否运行，若否，发送频率输出值P=0给变频器；若是，则分别计算下列各阀门对应的开度和权重系数：表冷阀、加热阀与加湿阀；根据开度和权重系数计算频率调节基数B；根据送风温度与设定温度之差计算频率调节增益系数C；根据频率调节基数B及频率调节增益系数C计算频率输出值，将频率输出值P发送给变频器以控制变频风机变频。本发明的控制方法能快速、精确的根据温湿负荷变化实现送风量的按需供给，节能降耗。

Description

一种空调系统的变频送风控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于工业组合式大功率空调系统的变频送风控制方法。

背景技术

在工业组合式大功率空调系统中，风机的最高频率是按系统的最大负荷需求来设计的。然而空调在运行过程中大部分时间是不需要运行在风机的最高频率的，故通过精确的控制让风机运行在较为优化的频率而实现节能降耗是很有必要的。特别是在烟草系统中，空调的耗电量基本占总耗电量的70％以上。然而，现有技术中，对于工业组合式大功率空调风机频率的控制，一般是根据季节来固定设置的，例如夏季始终运行在48HZ以上，冬季运行在45～48HZ，过渡季节运行在45HZ以下。但事实上：在冬季和夏季，空调平稳运行的情况下，风机即使运行在更低的频率下也能保证控制精度；而在过渡季节，由于风机运行频率较低，空调系统刚开机时需要较长时间才能达到稳定状态。

用于烟草系统的空调系统一般具有用于调节制冷量的表冷阀、用于调节制热量的加热阀以及用于调节加湿量的加湿阀，当控制区域中的热负荷增大时，则通过增大表冷阀的开度来降温；当控制区域中的冷负荷增大时，则通过增大加热阀的开度来升温；当控制区域的湿度下降时，则通过增大加湿阀的开度来增加湿度。此外，控制区域冷热负荷的增大就要求风机的送风量增大，以达到快速调节的目的。目前，风机送风量的控制是采用送风温度与设定温度的差值作为单一变量来进行的，存在的问题是：达到稳态的时间较长，没有考虑到湿度对温度的影响，控制精度较低。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种空调系统的变频送风控制方法，能够根据控制区域冷热负荷需求实时调整风机频率，实现按需送风，降低能耗，同时还能缩短稳态时间，提高控制精度。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段：一种空调系统的变频送风控制方法，所述空调系统包括变频风机、变频器、表冷阀、加热阀以及加湿阀，包括以下步骤：

步骤1：判断变频风机是否运行；若否，令频率输出值P＝0，并进行步骤6；若是，则进入步骤2；

步骤2：获取空调系统控制区域的实时温度、实时湿度、设定温度与设定湿度，并根据实时温度与设定温度的的误差值以及实时湿度与设定湿度的误差值分别计算表冷阀开度V_cold、加热阀开度V_hot以及加湿阀开度V_humi；

步骤3：根据送风系统气流组织形式分别确定表冷阀权重系数K_cold、加热阀权重系数K_hot以及加湿阀权重系数K_humi；

步骤4：根据步骤2中各阀门的开度及步骤3中各阀门的权重系数，计算频率调节基数B：

B＝(K_hot*V_hot+K_cold*V_cold+K_humi*V_humi)/((K_hot+K_cold+K_humi)*100)；

步骤5：根据步骤4中的频率调节基数B计算变频风机的频率输出值P，按如下公式2)计算：

式中,P_max为频率最大限值，P_min为频率最小限值，C为频率调节增益系数；

步骤6：将频率输出值P发送给变频器，由变频器将变频风机的频率调整为P值；

步骤7：回到步骤1。

优选的，根据送风温度与设定温度之差计算频率调节增益系数C：

式中，T_send为送风温度，T_set为设定温度，E_t为判定温差基数。

优选的，所述步骤2中各阀门开度按照如下步骤计算：

步骤201：计算温度输出值T：其中ET(t)为温度误差值,KT_P为温度控制器比例系数，TT_i为温度PID控制器的积分时间；

步骤202：计算湿度输出值H：其中EH(t)为湿度误差值,KH_P为湿度控制器比例系数，TH_i为湿度PID控制器的积分时间；

步骤203：按如下分段函计算加热阀开度：

步骤204：按如下分段函数计算加湿阀开度：

步骤205：当T<0或者H<0时，按如下分段函数计算表冷阀开度：

优选的，步骤3中,若气流组织形式为上送风，则增大加热阀权重系数K_hot，同时降低表冷阀权重系数K_cold；若气流组织形式为下送风，则降低加热阀权重系数K_hot，同时增大表冷阀权重系数K_cold。

优选的，步骤3中,当空调系统运行为制冷工况时，则增大表冷阀的权重系数K_cold；当空调系统运行为除湿工况，则降低表冷阀的权重系数K_cold。

优选的，所述判定温差基数E_t的取值范围为4<E_t<7。

优选的，所述送风温度T_send与设定温度T_set均为湿球温度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、表冷阀、加热阀以及加湿阀的开度反应了控制区域温湿负荷的实时变化，采用各阀门的开度作为过程变量来动态调节变频风机的频率，从而实现根据湿度与温度的动态变化来按需送风，使送风量即满足当前需求，又能避免过度送风造成的能源浪费。并且，与采用送风温度与设定温度的差值作为单一变量来进行变频控制相比，由于考虑到湿度对温度影响，因此能够提高送风量的控制精度。同时，综合考虑空调送风系统的气流组织形式来确定个阀门的权重系数，使计算出的频率输出值P更接近实际需求值。

2、现有技术中，由于在空调系统中为保证控制区域的舒适度，必须限制最大送风温度(就限制了表冷阀和加热阀的开度)，同时，为了避免控制区域形成凝结水，还需限制最大送风湿度(就限制了加湿阀的开度)，这样就会导致在冬夏季开机阶段由于达到最大送风温度或最大送风湿度而出现降频现象，从而延长了空调达到设定温度的稳态时间。本发明引入频率调节增益系数C，从而当送风温度与设定温度差值较大时，能够提高频率输出值P，从而缩短稳态时间，达到快速制冷或制热的目的。

3、由于温度和湿度是相互影响的状态量，因此本发明采用湿球温度来计算频率调节增益系数C，能够有效提高控制精度。

4、本发明在选择表冷阀权重系数时，除了考虑气流组织形式，还考虑到表冷阀的开度同时受到制冷和除湿工况影响来动态调节表冷阀权重系数，使送风量满足相应工况的需求：制冷时，增大表冷阀权重系统，增大送风量；除湿时，降低表冷阀系数，降低送风量。

附图说明

图1为本具体实施方式中空调系统变频送风控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明，一种空调系统的变频送风控制方法，所述空调系统包括变频风机、变频器、表冷阀、加热阀以及加湿阀，包括以下步骤：

B＝(K_hot*V_hot+K_cold*V_cold+K_humi*V_humi)/((K_hot+K_cold+K_humi)*100)；

步骤5：根据步骤4中的频率调节基数B计算变频风机的频率输出值P：

步骤7：回到步骤1。

本具体实施方式中，当控制区域的热负荷大时，表冷阀的开度增大，当冷负荷大时，加热阀的开度增大，当需大量加湿时加湿阀的开度增大。由此可见，控制区域的冷热负荷与阀门开度呈正相关。当控制区域的冷/热负荷大时，空调的送风量增大，而送风量增大则表示风机的运行频率增大。因此，采用本发明的变频送风控制方法能够实现对控制区域温度和湿度的调节。表冷阀、加热阀以及加湿阀的开度反应了控制区域温湿负荷的实时变化，采用各阀门的开度作为过程变量来动态调节变频风机的频率，从而实现根据湿度与温度的动态变化来按需送风，使送风量即满足当前需求，又能避免过度送风造成的能源浪费。并且，与采用送风温度与设定温度的差值作为单一变量来进行变频控制相比，由于考虑到湿度对温度影响，因此能够提高控制精度。同时，综合考虑空调送风系统的气流组织形式来确定个阀门的权重系数，使计算出的频率输出值P更接近实际需求值。

本具体实施方式中，根据送风温度与设定温度之差计算频率调节增益系数C：

其中，T_send为送风温度，T_set为设定温度，所述送风温度T_send与设定温度T_set均为湿球温度：由于温度和湿度是相互影响的状态量，因此本发明采用湿球温度来计算频率调节增益系数C，能够有效提高控制精度。E_t为判定温差基数，所述判定温差基数E_t的取值范围为4<E_t<7。判定温差基数E_t<7能提高控制区域的舒适性，同时避免控制区域产生凝结水。判定温差基数E_t>4，能够满足按需送风的需求，并能减少在夏季出现空调机组再热现象。判定温差基数E_t的最终取值由工程师根据现场实际情况进行调试修正。

本具体实施方式中，所述步骤2中各阀门开度按照如下步骤计算：

步骤203：按如下分段函计算加热阀开度：

步骤204：按如下分段函数计算加湿阀开度：

步骤205：当T<0或者H<0时，按如下分段函数计算表冷阀开度：

这样，当温度输出值T大于零时才需要进行制热，加热阀开度V_hot＝T，当温度输出值T小于零时才需要进行制冷，V_cold＝|T|V_cold＝|T|；同时考虑湿度，当湿度输出值H大于零时开启加湿阀，V_humi＝H；当湿度输出值H小于零时关闭加湿阀，同时开启表冷阀，V_cold＝|H|。这样，各阀门的开度就随着温湿度输出值的变化而变化，由于频率调节基数B是综合各阀门开度的计算结果，因此变频风机的频率输出值P也是综合考虑各阀门开度的计算结果，那么，通过各阀门开度作为变量来进行频率输出值P的调节能够适应控制区域温湿度的变化，并且能够得到综合考虑控制区域温湿度的频率输出值P，因此变频风机根据频率输出值P产生的送风量即满足当前控制区域温湿度的需求，又能避免过度送风造成的能源浪费。

本具体实施方式中，步骤3中,若气流组织形式为上送风，则增大加热阀权重系数K_hot，同时降低表冷阀权重系数K_cold；若气流组织形式为下送风，则降低加热阀权重系数K_hot，同时增大表冷阀权重系数K_cold。例如：当空调系统为上送风时可设K_hot＝1.8、K_cold＝0.6、K_humi＝1；当空调系统为下送风时，可设K_hot＝0.8、K_cold＝2.0、K_humi＝1。

本具体实施方式中，步骤3中,当空调系统运行为制冷工况时，则增大表冷阀的权重系数K_cold；当空调系统运行为除湿工况，则降低表冷阀的权重系数K_cold。

本发明在选择表冷阀权重系数时，除了考虑气流组织形式，还考虑到表冷阀的开度同时受到制冷和除湿工况影响来动态调节表冷阀权重系数，使送风量满足相应工况的需求：制冷时，增大表冷阀权重系统，增大送风量；除湿时，降低表冷阀系数，降低送风量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种空调系统的变频送风控制方法，其特征在于：所述空调系统包括变频风机、变频器、表冷阀、加热阀以及加湿阀，包括以下步骤：

B＝(K_hot*V_hot+K_cold*V_cold+K_humi*V_humi)/((K_hot+K_cold+K_humi)*100)；

P = \{\begin{matrix} (P_{\max} - P_{\min}) * (B * C) + P_{\min} & B * C < 1 \\ P_{\max} & B * C &GreaterEqual; 1 \end{matrix}

步骤7：回到步骤1。

2.根据权利要求1所述的空调系统的变频送风控制方法，其特征在于：根据送风温度与设定温度之差计算频率调节增益系数C：

C = \{\begin{matrix} 1, & | T_{s e n d} - T_{s e t} | < E_{t} \\ \frac{| T_{s e n d} - T_{s e t} |}{E_{t}}, & | T_{s e n d} - T_{s e t} | &GreaterEqual; E_{t} \end{matrix}

3.根据权利要求1所述的空调系统的变频送风控制方法，其特征在于：所述步骤2中各阀门开度按照如下步骤计算：

步骤203：按如下分段函计算加热阀开度：

V_{h o t} = \{\begin{matrix} T & T > 0 \\ 0 & T < 0 \end{matrix};

步骤204：按如下分段函数计算加湿阀开度：

V_{h u m i} = \{\begin{matrix} H & H > 0 \\ 0 & H < 0 \end{matrix};

步骤205：当T<0或者H<0时，按如下分段函数计算表冷阀开度：

V_{c o l d} = \{\begin{matrix} | T | & T < H \\ | H | & H < T \end{matrix} .

4.根据权利要求1所述的空调系统的变频送风控制方法，其特征在于：步骤103中,若气流组织形式为上送风，则增大加热阀权重系数K_hot，同时降低表冷阀权重系数K_cold；若气流组织形式为下送风，则降低加热阀权重系数K_hot，同时增大表冷阀权重系数K_cold。

5.根据权利要求1所述的空调系统的变频送风控制方法，其特征在于：步骤103中,当空调系统运行为制冷工况时，则增大表冷阀的权重系数K_cold；当空调系统运行为除湿工况，则降低表冷阀的权重系数K_cold。

6.根据权利要求2所述的空调系统的变频送风控制方法，其特征在于：所述判定温差基数E_t的取值范围为4<E_t<7。

7.根据权利要求2所述的空调系统的变频送风控制方法，其特征在于：所述送风温度T_send与设定温度T_set均为湿球温度。