CN107514731A - 冷水机组的变频风机控制方法及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种空调器及其冷水机组的变频风机控制方法。本发明旨在解决现有空调器的变频风机控制方法不能保证空调器的运行效果最优的问题。为此目的，本发明的该变频风机控制方法包括下列步骤：每隔预设时间获取冷水机组的能效比；比较当前获取的所述能效比和前一次获取的所述能效比的大小；根据比较的结果，调整所述变频风机的转速。本发明能够基于空调运行时的实时能效比的变化趋势控制变频风机的转速，并通过变频风机转速的改变使空调器的实时能效比在其运行过程中不断接近最优能效比，从而使空调器的运行效果最佳。

Description

冷水机组的变频风机控制方法及空调器

技术领域

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种空调器及其冷水机组的变频风机控制方法。

背景技术

水冷式商用空调器包括制热(冷)循环系统和热交换液循环系统。水冷式商用空调器的工作原理为：制冷剂在制热(冷)循环系统中通过(高、低)压和和(气、液)态的循环转换过程中释放或者吸收热量，从而改变热交换液循环系统中的热交换液的温度，再通过热交换液在热交换液系统中的循环，将进入空调器中的空气流变为热空气或者冷空气后传递回室内，进而实现对室内环境温度的调节。其中，制热(冷)循环系统(即冷水机组)主要包括两个换热器，并通过制冷剂在这两个换热器中进行气态和液态的变化完成上述制冷剂的循环。其中，一个换热器与热交换液循环系统相连，热交换液经过该换热器时能够通过与换热器内的制冷剂进行换热的方式达到变温的目的，如吸收制冷剂释放的热量或者制冷剂从热交换液中吸收热量。另一个换热器上则安装有变频风机，该变频风机的作用主要是促进该换热器周围的、因制冷剂放热或者吸热而温度改变的空气与周围的正常环境温度的空气之间的流动交换。

在空调器的运行过程中，变频风机的转速控制策略会直接影响到整机的性能。目前最为常见的转速控制策略就是根据压缩机排气口和吸气口的压力值调节变频风机的转速。例如在排气口和吸气口的压力差值过大时降低风机转速。但是，由于压缩机排气口和吸气口的压力值会影响压缩机内制冷剂的回流情况，所以目前根据压缩机排气口和吸气口的压力值控制风机转速的控制策略只能够使压缩机内的制冷剂正常回流、保证空调器机组的正常运行。而并不能使空调器的整机处于高效运行的状态，即不能使空调器机组运行时，在其实际输入单位功率一定的情形下该机组的制冷量或者制热量最多，难以保证空调器机组的运行效果。

因此，本领域需要一种新的空调器冷水机组的变频风机控制方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的空调器的变频风机控制方法不能保证空调器的运行效果最优的问题，本发明提供了一种空调器冷水机组的变频风机控制方法，该变频风机控制方法包括下列步骤：每隔预设时间获取冷水机组的能效比；比较当前获取的所述能效比与前一次获取的所述能效比的大小；根据比较结果，调整所述变频风机的转速。

在上述空调器冷水机组的变频风机控制方法的优选技术方案中，“每隔预设时间获取冷水机组的能效比”的步骤进一步包括：每隔预设时间获取换热器的进水温度、换热器的出水温度和工作电流；基于所述进水温度、所述出水温度和所述工作电流，计算所述冷水机组的能效比。

在上述空调器冷水机组的变频风机控制方法的优选技术方案中，所述工作电流为压缩机的工作电流和变频风机的工作电流之和。

在上述空调器冷水机组的变频风机控制方法的优选技术方案中，所述预设时间为10至30秒之间的任意值。

在上述空调器冷水机组的变频风机控制方法的优选技术方案中，所述比较结果包括：当所述当前获取的所述能效比大于前一次获取的所述能效比时，以设定的风机转速阈值增加所述变频风机的转速；当所述当前获取的所述能效比小于前一次获取的所述能效比时，以设定的风机转速阈值减少所述变频风机的转速；当所述当前获取的所述能效比等于前一次获取的所述能效比时，维持所述变频风机的转速不变。

在上述空调器冷水机组的变频风机控制方法的优选技术方案中，所述设定的风机转速阈值为30-120转/分之间的任意值。

在上述空调器冷水机组的变频风机控制方法的优选技术方案中，在“每隔预设时间获取冷水机组的能效比”的步骤之前，该变频风机控制方法还包括下列步骤：在所述冷水机组开机后，首先获取环境温度和压缩机运行频率；根据所述环境温度、压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系，确定所述变频风机的初始转速，控制所述变频风机的转速到达并稳定至所述初始转速。

空调器冷水机组的变频风机控制方法的优选技术方案中，所述环境温度、压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系以表格的形式存储，所述“根据环境温度、压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系，确定所述变频风机的目标转速”的步骤具体包括：根据所述环境温度和所述压缩机运行频率，通过查表的方式获取所对应的变频风机转速，确定为所述变频风机的初始转速。

根据另一个方面，本发明还提供一种空调器，所述空调器包括冷水机组，所述空调器还包括控制单元，其中，所述控制单元用于执行上述任一种变频风机控制方法。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，先通过空调器运行的环境温度来确定其开始运行时空调器冷水机组的变频风机的初始运行转速，然后在冷水机组的运行过程中每隔预设时间获取冷水机组的能效比，并比较当前获取的所述能效比和前一次获取的所述能效比，基于比较后所获得的能效比的变化趋势，来调整空调器冷水机组的变频风机的转速。本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法能够基于空调运行时的实时能效比的变化趋势控制该变频风机的转速，并通过变频风机的转速的改变使空调器的实时能效比在其运行过程中不断接近最优能效比，从而使空调器的运行效果最佳。

附图说明

图1是水冷式商用空调的原理图；

图2是本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法的流程示意图；

图3是本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法中“每隔预设时间获取冷水机组的能效比”步骤包含的子步骤的逻辑图；

图4是本发明的空调器冷水机组的变频风机获取初始转速的流程示意图；

图5是本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法的逻辑图。

具体实施方式

首先，本领域技术人员应当理解的是，本节描述的实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。此外，尽管本申请中按照特定顺序描述了本发明的方法的各个步骤，但是这些顺序并不是限制性的，在不偏离本发明的基本原理的前提下，本领域技术人员可以按照不同的顺序来执行所述步骤。再者，还需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

首先参阅图1，该图为水冷式空调器的原理图。如图1所示，水冷式商用空调器主要包括制冷剂循环系统(即冷水机组)和热交换液循环系统。其中，水冷式商用空调器的制冷剂循环系统——即冷水机组主要包括压缩机11、第一换热器12、第二换热器13、第二换热器13位置的变频风机18、四通阀14、膨胀阀15、储液罐16和气液分离器17。热交换液循环系统主要包括水泵21、室内机22和储水装置(图1未示出)。空调器制热或者制冷运行时，制冷剂在冷水机组的第一换热器12和第二换热器13中液化放热或者汽化吸热进行循环流动。其中，第一换热器12处连接有热交换液循环系统，第二换热器13处安装有变频风机18。在制冷剂循环流动的过程中，制冷剂不断流经第一换热器12内液化或者气化，为热交换液循环系统中的水提供热量和冷量，使储水装置中的水进入第一换热器12处的热交换液循环系统后温度升高或者降低。变温的水再流动至热交换液循环系统中的室内机22位置，室内机22将水的热量或者冷量以热交换的方式传递进入到室内机的空气流中，进而空气流经过在室内机的循环回到室内环境中，使室内环境的温度改变。最后，经过热交换的水再继续流回到储水装置内，完成一个热交换液循环系统的循环。相应地，在制冷剂的循环过程中，为使制冷剂在制冷剂循环系统内不断循环，第二换热器13内的制冷剂不断进行与第一换热器12内的制冷剂的状态变化相反的变化。比如，若制冷剂在第一换热器12内气化，则其在第二换热器13内液化。当制冷剂在第二换热器13内气化或者液化时，吸收或者释放的热量会使第二换热器13处的空气温度降低或者升高。此时，第二换热器13位置的变频风机18能够促进温度变化的空气与环境温度的空气的交换，使得第二换热器13内的制冷剂的蒸发或者冷凝温度保持在适宜的范围，保证了空调器冷水机组的正常运行。关于压缩机、四通阀、膨胀阀、储液罐、气液分离器等系统部件，由于其结构和功能都是现有技术中已知的，因而此处不再进行赘述。下面，本发明将结合第二换热器13及其位置上的变频风机18来描述本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法。

接下来参阅图2和图3，图2为本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法的流程示意图，图3是本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法中“每隔预设时间获取冷水机组的能效比”步骤包含的子步骤的逻辑图。如图2所示，本发明提供了一种空调器冷水机组的变频风机控制方法，该变频风机控制方法主要包括下列步骤：

S210：每隔预设时间获取冷水机组的能效比。

其中，预设时间为10至30秒之间的任意值。例如，预设时间可以是是15秒、20秒等，即每隔15秒或者20秒获取一次冷水机组的能效比。所述能效比指的是制冷量(制热量)与运行功率之比，能效越高说明能源转化的程度越大，该值越大说明空调的制冷能力或者制热能力越佳。而冷水机组的能效比与换热器的进出水温度以及工作电流有关。

因此，如图3所示，具体获取冷水机组的能效比的步骤为：

S310：每隔预设时间获取换热器的进水温度、换热器的出水温度和工作电流。

具体而言，进水温度T_wi和出水温度T_wo是通过设置在第一换热器位置的温度传感器获取的，温度传感器对进水温度T_wi和出水温度T_wo进行实时检测，并经预设时间后取当前检测值用于计算机组的能效比。当然，进水温度、出水温度等参数的检测阶段并不是限定的，仅管本发明的实施方式中，冷水机组的进水温度、出水温度等参数的检测阶段是结合实时检测并经过预设时间后即时获取的形式来描述的，但是，也可以对其进行阶段性的检测，即经过预设时间后检测进水温度、出水温度和压缩机或者变频风机的电流值进行冷水机组能效比的计算。所述工作电流为压缩机工作电流和变频风机的工作电流之和。此外，换热器的进水温度、换热器的出水温度和压缩机或者变频风机的工作电流的获取方式也不局限于传感器检测，所设定的检测方式只要不影响能效比的计算即可，上述参数获取阶段及方式的改变并未超出本发明的原理和保护范围。

S320：基于进水温度、出水温度和工作电流，计算冷水机组的能效比。

具体地，通过获取的进水温度T_wi和出水温度T_wo与工作电流，再结合热交换液的比热容C和热交换液的流量V、系数K、电压U和功率因子cosΦ等参数计算空调器的能效比。其中，能效比COP的计算公式为：

COP＝Q/P (1)

上述公式(1)中，Q为空调器冷水机组的制热量(单位：w)；P为空调器冷水机组的实时功率(单位：w)。

以制热为例，空调器冷水机组的制热量Q的计算公式为：

Q＝C*V*|T_wo―T_wi| (2)

上述公式(2)中，C为热交换液的比热容(单位：J/(kg·℃))；V为热交换液的流量(单位：kg/s)；T_wi是第一换热器位置的热交换液循环系统的进水温度(单位：℃)；T_wo是第一换热器位置的热交换液循环系统的出水温度(单位：℃)。

再者，公式(1)中的空调器冷水机组的实时功率P通过如下公式计算：

P＝K*U*I*COSφ (3)

上述公式(3)中，系数K的取值为1.732；U是空调器冷水机组的工作电压，一般取380V或0.38KV；I是空调器冷水机组的压缩机的工作电流和变频风机的工作电流之和(单位：A)；COSφ为功率因子，可以取0.85，也可以根据实际情况选取其他值。

关于上述公式(1)至(3)，本领域技术人员能够理解的是，除第一换热器位置的热交换液循环系统的进水温度T_wi和出水温度T_wo与压缩机和变频风机的电流之和I外，热交换液的比热容C、热交换液的流量V和功率因子COSφ等参数均因不同的空调器取值有所不同，具体取值可根据空调器的性能或者运行需要等具体设定。

S220：比较当前获取的所述能效比与前一次获取的所述能效比的大小。

S230：根据比较结果，调整所述变频风机的转速。

当所述当前获取的所述能效比大于前一次获取的所述能效比时，以设定的风机转速阈值增加所述变频风机的转速；

当所述当前获取的所述能效比小于前一次获取的所述能效比时，以设定的风机转速阈值减少所述变频风机的转速；

当所述当前获取的所述能效比等于前一次获取的所述能效比时，维持所述变频风机的转速不变。

也就是说，根据获取的当前能效比和前一次能效比之间的差值来判断空调器冷水机组的变化趋势，根据能效比的变化趋势来控制变频风机的转速。使转速增加或者减少的调节方式可以是连续的调节方式或者按照预设的规则阶梯式的调节方式。关于此点，需要说明的是，尽管本发明的方案是将两次能效比的差值作为比较结果来间接计算冷水机组的能效比的变化趋势的，但是，除差值外，该冷水机组还可设置两次能效比其他形式的比较结果来计算其变化趋势，例如，通过两次能效比的比值或者直接比较两次能效比得出其变化趋势。优选地，风机转速阈值为30-120转/分之间的任意值，即：在差值大于零的情形下，所述变频风机的转速增加30-120转/分之间的任意值，即在上述范围内任意取值，且采用该值为调节步长的阶梯式的调节方式；在差值小于等于零的情形下，使变频风机的转速减少30-120转/分之间的任意值，即在上述范围内任意取值，且采用该值为调节步长的阶梯式的调节方式。上述两次取值中，选取的值可以相同，也可以不同。作为一种优选地实施方式，两次取值均为60转/分钟。但显然，取值范围并不局限于30-120转/分，也可在除该数值区间的其他数值范围内取值，只要所设定的取值范围和取值在不影响空调器的正常运转的情形下满足本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法的运行需求即可，上述数值的改变并未超出本发明的原理和变化范围。

综上所述，该发明所述的变频风机的控制方法是通过每隔预设时间获取的空调器的冷水机组的实时能效比，并通过比较相邻两次获得的实时能效比来得出空调器冷水机组的实时能效比的变化趋势，最后根据该变化趋势控制风机的转速，使得风机变化后的转速能够使空调器的能效比趋向最大，以使空调器接近最优的运行状态。

由于空调器的能效比反映了空调运行过程中的单位输入功率转换成的制冷量，因此能效比越的值越大表示空调器的运行效果越佳。基于此，当空调器的能效比变大或者变小时，通过改变变频风机的转速的方式，使变频风机处的空气与环境温度的空气的交换加快，进而通过风机处的第二换热器内的制冷剂的蒸发或者冷凝温度变化改变空调器冷水机组的压缩机的实时功率，从而调节空调器冷水机组的实时能效比以实现能效比的最大化。具体而言，当能效比处于变大趋势时，通过增大变频风机转速的方式，使得空调器的实时能效比持续变大；而当能效比处于变小趋势时，通过减小变频风机转速的方式，使得空调器的实时能效比由变小趋势变为变大趋势。最终，通过调节变频风机的转速的方式，将空调器的实时能效比调整至最大能效比的状态，从而使得空调器的运行效果达到最优状态。

再参阅图4，图4是本发明的空调器冷水机组的变频风机获取初始转速的流程示意图。在上述空调器冷水机组的变频风机控制方法中，在步骤S210之前，还包括下列步骤：

S410：在所述冷水机组开机后，获取环境温度和压缩机运行频率。

S420：根据环境温度、压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系，确定变频风机的初始转速，控制变频风机的转速达到初始转速。

其中，在能够使空调器冷水机组的能效比最大的原则下建立环境温度、压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系，通过根据该映射关系当环境温度和压缩机运行频率确定的情况下，即可获得能效比达到最大时所对应的变频风机的转速。该映射关系以表格的形式存储，当已知压缩机运行频率时，且通过温度传感器获取空调器运行的环境温度时，通过查表的方式获得该压缩机运行频率和环境温度所对应的变频风机运行转的初始转速。

通过以上预设转速的控制策略，使风机转速能够比较快地达到与最大能效比对应的目标转速，因此提高了控制效率。具体地，在空调器处于制冷工况时，不同的压缩机运行频率下各环境温度与风机转速的映射关系见表1：

表1：环境温度和压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系表(制冷)

续表1：环境温度和压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系表(制冷)

在空调器处于制热工况时，不同的压缩机运行频率下各环境温度与风机转速的映射关系见表2：

表2：环境温度和压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系表(制热)

续表2：环境温度和压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系表(制热)

从表1和表2可以看出，由于环境温度与变频风机转速的映射关系是基于能够使冷水机组的能效比最大的原则建立的，而能效比的大小与空调器的压缩机运行频率密切相关，因此，在确定上述映射关系的过程中，还涉及到空调器的压缩机运行频率。也就是说，在不同压缩机运行频率下，同一环境温度对应的变频风机的转速可能是不同的。

此外，本领域技术人员能够理解的是，本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法是在空调器正常运行的前提下实现的，因此，该空调器可以通过某些限定以使其冷水机组能够正常运行。也就是说，执行本发明的控制方法的过程中空调器应当始终处于正常运行的状态。例如，将空调器冷水机组的压缩机排气温度限制在能够满足空调器正常运行条件的范围内，以及将该压缩机的压缩比限制在能够满足空调器正常运行条件的范围内，以保证空调器冷水机组能够一直处于正常运行状态。当然，所采用的限用条件并不局限于对压缩机的排气温度和压缩比的变化范围，所采用的只要限用条件满足空调器的正常运行需求即可。

接下来再参阅图5，图5示出了本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法的逻辑图。如图5所示，作为一种优选的实施方式，本发明的空调器冷水机组的变频风机控制方法的详细步骤为：

S510：检测环境温度和压缩机运行频率。

所述环境温度和压缩机运行频率可以通过现有技术中设置的传感器等设备获取。但不仅限于该种方式获得。

S520：确定空调器冷水机组的变频风机初始转速N。

该初始转速N是通过查表的方式获取的，根据上述步骤中检测到的环境温度和压缩机运行频率，根据环境温度、压缩机运行频率和风机转速的对应关系，获取变频风机的初始转速。

S530：控制变频风机的转速到达初始转速N。

S540：每隔预设时间t获取换热器的进水温度、出水温度、压缩机和变频风机的工作电流。

其中，预设时间可以设定为10-30秒之间的任意值，而能效比则是根据该预设时间间隔内根据检测到的进水温度、出水温度和压缩机的工作电流根据已知公式计算得到的。所述进水温度、出水温度可根据设置在换热器的温度传感器获取。

S550：根据进水温度、出水温度、压缩机和变频风机的工作电流，计算空调器的实时能效比；

S560：计算相邻时间间隔的两个能效比，比较两个能效比的大小；

当当前能效比大于前一次能效比时，则进入步骤S570；当当前能效比小于前一次能效比时，则进入步骤S580；当当前能效比等于前一次能效比时，则进入步骤S590。

S570：控制变频风机转速N增加x。

S580：控制变频风机的转速N减小x。

S590：维持所述变频风机的转速不变。

上述实施例通过获取空调器的能效比的变化趋势来控制空调器冷水机组的变频风机的转速，使空调器的能效比因该变频风机转速的改变而变大，使空调器在运行时其实时能效比最大，保证了空调器的最优运行效果。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空调器冷水机组的变频风机控制方法，其特征在于，该变频风机控制方法包括：

每隔预设时间获取冷水机组的能效比；

比较当前获取的所述能效比与前一次获取的所述能效比的大小；

根据比较结果，调整所述变频风机的转速。

2.根据权利要求1所述的空调器冷水机组的变频风机控制方法，其特征在于，“每隔预设时间获取冷水机组的能效比”的步骤进一步包括：

每隔预设时间获取换热器的进水温度、换热器的出水温度和工作电流；

基于所述进水温度、所述出水温度和所述工作电流，计算所述冷水机组的能效比。

3.根据权利要求2所述的空调器冷水机组的变频风机控制方法，其特征在于：所述工作电流为压缩机的工作电流和变频风机的工作电流之和。

4.根据权利要求2所述的空调器冷水机组的变频风机控制方法，其特征在于，所述预设时间为10至30秒之间的任意值。

5.根据权利要求1所述的空调器冷水机组的变频风机控制方法，其特征在于，所述比较结果包括：

当所述当前获取的所述能效比大于前一次获取的所述能效比时，以设定的风机转速阈值增加所述变频风机的转速；

当所述当前获取的所述能效比小于前一次获取的所述能效比时，以设定的风机转速阈值减少所述变频风机的转速；

当所述当前获取的所述能效比等于前一次获取的所述能效比时，维持所述变频风机的转速不变。

6.根据权利要求5所述的空调器冷水机组的变频风机控制方法，其特征在于，所述设定的风机转速阈值为30-120转/分之间的任意值。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的空调器冷水机组的变频风机控制方法，其特征在于，在“每隔预设时间获取冷水机组的能效比”的步骤之前，该变频风机控制方法还包括下列步骤：

在所述冷水机组开机后，获取环境温度和压缩机运行频率；

根据所述环境温度、压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系，确定所述变频风机的初始转速，控制所述变频风机转速达到初始转速。

8.根据权利要求8所述的空调器冷水机组的变频风机控制方法，其特征在于，所述环境温度、压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系以表格的形式存储，所述“根据环境温度、压缩机运行频率与变频风机转速的映射关系，确定所述变频风机的目标转速”的步骤具体包括：

根据所述环境温度和所述压缩机运行频率，通过查表的方式获取所对应的变频风机转速，确定为所述变频风机的初始转速。

9.一种空调器，包括冷水机组，其特征在于，所述空调器还包括控制单元，

其中，所述控制单元用于执行权利要求1至8中任一项所述的变频风机控制方法。