CN107683396B - 控制可变容量压缩机的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

气候控制系统可以包括可变容量压缩机单元和控制压缩机单元的控制模块。压缩机单元能够以第一容量模式和以比第一容量模式高的第二容量模式操作。控制模块可以被配置成基于需求信号和室外空气温度数据在关机状态、第一容量模式和第二容量模式中切换压缩机单元。

Description

控制可变容量压缩机的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年4月26日提交的美国发明专利申请第15/138,551号的优先权并且还要求于2015年4月27日提交的美国临时申请第62/153,209号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容涉及具有可变容量压缩机的气候控制系统以及用于控制气候控制系统的方法。
背景技术
本部分提供与本公开内容有关的背景信息并且不一定是现有技术。
气候控制系统例如热泵系统、制冷系统或空气调节系统可以包括流体回路，其具有室外热交换器、室内热交换器、设置在室内热交换器与室外热交换器之间的膨胀装置、以及使室内热交换器与室外热交换器之间的工作流体(例如，制冷剂或二氧化碳)循环的压缩机。改变压缩机的容量可以影响系统的能量效率以及系统能够加热或冷却房间或空间的速度。
发明内容
本部分提供对本公开内容的总体概述，并且不是对其全部范围或其全部特征的全面公开。
以一种形式，本公开内容提供了一种用于气候控制系统的室外单元。室外单元可以包括可变容量压缩机、室外热交换器和控制模块。可变容量压缩机能够以第一容量模式和以比第一容量模式高的第二容量模式操作。室外热交换器可以与压缩机流体连通。控制模块可以控制压缩机并且可以被配置成基于需求信号和室外空气温度数据在第一容量模式与第二容量模式之间切换压缩机。
在一些配置中，控制模块基于压缩机运行时间在第一容量模式与第二容量模式之间切换压缩机。
在一些配置中，压缩机运行时间是压缩机单元的在第二容量模式下的运行时间。
在一些配置中，压缩机单元在第二容量模式下的运行时间等于在先前需求时段期间在第二容量模式下的先前运行时间。
在一些配置中，控制模块基于室外空气温度斜率在第一容量模式与第二容量模式之间切换压缩机单元。
在一些配置中，控制模块确定室外空气温度斜率在第一范围、第二范围、第三范围和第四范围中的哪个范围内。
在一些配置中，控制模块基于室外空气温度斜率在第一范围、第二范围、第三范围和第四范围中的哪个范围内根据查找表中的四列中的一列来设置压缩机单元在第一容量模式下的运行时间。
在一些配置中，第一范围是中性斜率范围并且包括为零的室外空气温度斜率，第二范围对应于正室外空气温度斜率，第三范围对应于负室外空气温度斜率，并且第四范围对应于极负室外空气温度斜率。
在一些配置中，室外空气温度数据是从室外空气温度传感器获得的。
在一些配置中，室外空气温度数据是基于热交换器盘管温度确定的。
以另一形式，本公开内容提供了一种气候控制系统(例如，热泵，空气调节或制冷系统)，其可以包括可变容量压缩机单元和控制压缩机单元的控制模块。压缩机单元能够以第一容量模式和以比第一容量模式高的第二容量模式操作。控制模块可以被配置成基于需求信号、当前室外空气温度和室外空气温度斜率在第一容量模式与第二容量模式之间切换压缩机单元。
在一些配置中，控制模块基于压缩机运行时间在第一容量模式与第二容量模式之间切换压缩机单元。
在一些配置中，压缩机运行时间是压缩机单元的在第二容量模式下的运行时间。
在一些配置中，压缩机单元在第二容量模式下的运行时间等于在先前需求时段期间在第二容量模式下的先前运行时间。
在一些配置中，控制模块基于室外空气温度斜率在第一容量模式与第二容量模式之间切换压缩机单元。
在一些配置中，控制模块确定室外空气温度斜率在第一范围、第二范围、第三范围和第四范围中的哪个范围内。
在一些配置中，控制模块基于室外空气温度斜率在第一范围、第二反应、第三范围和第四范围中的哪个范围内根据查找表中的四列中的一列来设置压缩机单元在第一容量模式下的运行时间。
在一些配置中，第一范围是中性斜率范围并且包括为零的室外空气温度斜率，第二范围对应于正室外空气温度斜率，第三范围对应于负室外空气温度斜率，并且第四范围对应于极负室外空气温度斜率。
在一些配置中，控制模块基于室外空气温度斜率来调整相对湿度。
在一些配置中，控制模块基于室外空气温度斜率来特征由气候控制系统加热或冷却的建筑物的热负荷。
在一些配置中，气候控制系统包括强制使空气通过室内热交换器的室内风机。室内风机可以具有基于气候控制系统被安装的区域来确定的速度设置。
在一些配置中，控制模块基于气候控制系统被安装的区域来设置系统操作参数。系统操作参数可以包括以下中的一个或更多个：压缩机单元的高容量运行时间、压缩机单元的低容量运行时间以及风扇(例如，室内风机或室外风机)速度。
在一些配置中，控制模块基于室外空气温度值和室外相对湿度值与室外空气温度值和室外相对湿度值的预定范围的比较来选择区域。
在一些配置中，控制模块基于用户选择的室内温度设定点与室内温度设定点的预定范围的比较来选择区域。
以另一形式，本公开内容提供了一种气候控制系统，其包括可变容量压缩机单元和控制压缩机单元的控制模块。压缩机单元能够以第一容量模式和以比第一容量模式高的第二容量模式操作。控制模块可以被配置成基于需求信号、室外空气温度数据和一天中的时间在第一容量模式与第二容量模式之间切换压缩机单元。
在一些配置中，控制模块通过确定室外空气温度斜率来近似一天中的时间。
以另一形式，本公开内容提供了一种控制能够以第一容量模式和以比第一容量模式高的第二容量模式操作的压缩机的方法。该方法可以包括：接收来自恒温器的需求信号；获得室外空气温度值；基于室外空气温度值来设置压缩机在第一容量模式下的第一容量运行时间；将压缩机的总运行时间与第一容量运行时间进行比较；以及响应于总运行时间与第一容量时间的比较而将压缩机从第一容量模式切换至第二容量模式。
在一些配置中，第一容量运行时间是基于压缩机在第二容量模式下的先前的第二容量运行时间来设置的。
在一些配置中，方法包括：确定室外空气温度斜率。
在一些配置中，方法包括：确定室外空气温度斜率在第一范围、第二范围、第三范围和第四范围中的哪个范围内。
在一些配置中，第一容量运行时间是基于室外空气温度斜率在第一范围、第二范围、第三范围和第四范围中的哪个范围内根据查找表中的四列中的一列来设置的。
在一些配置中，第一范围是中性斜率范围并且包括为零的室外空气温度斜率，第二范围对应于正室外空气温度斜率，第三范围对应于负室外空气温度斜率，以及第四范围对应于极负室外空气温度斜率。
在一些配置中，确定室外空气温度斜率以调整相对湿度。
在一些配置中，确定室外空气温度斜率以调整待加热或冷却的建筑物的热负荷。
在一些配置中，室外空气温度数据是从室外空气温度传感器获得的。
在一些配置中，室外空气温度数据是基于热交换器盘管温度确定的。
根据本文中提供的描述，适用性的其他方面将变得明显。本发明内容中的描述和具体示例旨在仅出于说明的目的，并不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅出于对所选实施方式而非所有可能实现方式的说明性目的，并且并不旨在限制本公开内容的范围。
图1是具有根据本公开内容的原理的可变容量压缩机的热泵系统的示意图；
图2是示出了用于控制图1的可变容量压缩机的另一方法和算法的状态图；
图3是在图2的方法和算法中可以使用的查找表；
图4是在图2的方法和算法中可以使用的另一查找表；
图5是描绘了对于示例性地理位置的室外环境温度和室外环境相对湿度与一天中的时间的关系的曲线图；
图6是示出了对于示例性气候类型的相对可感知负荷和潜在负荷的表；
图7是提供对于第一气候类型在一天中的各个时间的数据的表；
图8是提供对于第二气候类型在一天中的各个时间的数据的表；
图9是提供对于第三气候类型在一天中的各个时间的数据的表；以及
图10是提供对于第四气候类型在一天中的各个时间的数据的表。
贯穿附图中的若干图，相应附图标记指示相应部件。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例实施方式。
提供示例实施方式以使得本公开内容将是全面的，并且将范围完整地传达给本领域技术人员。阐述许多具体细节例如特定部件、装置和方法的示例以提供对本公开内容的实施方式的全面了解。对于本领域技术人员而言明显的是，不需要采用具体细节，示例实施方式可以以许多不同形式来实现并且不应当被解释为限制本公开内容的范围。在一些示例实施方式中，未详细描述公知的过程、公知的装置结构以及公知的技术。
本文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，并且不旨在限制。如本文中使用的，单数形式“一(a、an)”以及“该(the)”可以旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含”和“具有”是包括性的，从而指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。本文所描述的方法步骤、处理和操作不应解释为必须要求以所讨论或者示出的特定顺序执行，除非具体地被标识为执行顺序。还应当理解，可以采用附加的或者替选的步骤。
当元件或层被称为“在其上”、“啮合至”、“连接至”或“耦接至”另一元件或层时，其可以直接在另一元件或层上、啮合、连接或耦接至另一元件或层，或可以存在中间元件或层。反之，当元件被称为“直接在其上”、“直接啮合至”、“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词应当以类似的方式解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。正如本文所使用的那样，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或更多个的任何和全部组合。
虽然本文可能使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些术语不应当限制这些元件、部件、区域、层和/或部分。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与其他区域、层或部分区分开来。当在本文使用诸如“第一”、“第二”和其他数值术语等的术语时不暗指次序或顺序，除非上下文清楚地指出。因此，在不偏离示例实施方式的教导的情况下，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
在本文中，为了描述一个元件或特征与另一个(另一些)元件或特征如图所示的关系，可能为了容易描述使用空间相对术语例如“内”、“外”、“之下”、“以下”、“低于”、“之上”、“上方”等。空间相对术语可以意图包括除了附图中所示的取向之外的在使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为其他元件或特征“以下”或“之下”的元件将被定向在其他元件或特征“之上”。因此，示例术语“以下”可以包括上下方向二者。该装置可以以其他方式定向(旋转90度或其他取向)，并且对应地解释本文所使用的空间相对描述符。
参照图1，提供了气候控制系统10，其可以包括可变容量压缩机(或可变容量压缩机组)12、室外热交换器14、室外风机15、第一膨胀装置16、第二膨胀装置17、室内热交换器18、室内风机19。在图1中所示的特定配置中，系统10是具有换向阀20的热泵系统，该换向阀20能够操作以控制流经系统10的工作流体的方向从而在加热模式与冷却模式之间切换系统10。在一些配置中，系统10可以例如是空气调节系统或制冷系统并且可以仅在冷却模式下能够操作。
如以下更详细描述的那样，控制器或控制模块22可以控制压缩机12的操作并且可以基于从室外空气温度传感器24接收的数据、从恒温器26接收的信号、压缩机12的运行时间T与预定低容量运行时间T1之间的比较以及/或者先前高容量运行时间T2与预定值之间的比较来在低容量模式与高容量模式之间切换压缩机12。控制模块22可以将高容量模式操作的采用最小化或减小以使在保持待加热或冷却的空间内的可接受舒适水平时的能量使用最小化或减小。
压缩机12可以是或可以包括例如涡旋式压缩机、往复式压缩机或旋转叶片式压缩机、和/或任何其他类型的压缩机。压缩机12可以是能够以至少低容量模式和高容量模式操作的任何类型的可变容量压缩机。例如，压缩机12可以是或可以包括多级压缩机、一组可独立操作的压缩机、多速或可变速压缩机(具有可变速或多速电动机)、具有经调节的吸入(例如，阻塞吸入)的压缩机、具有流体注入(例如，节能回路)的压缩机、被配置成用于漩涡分离的脉冲宽度调制的涡旋式压缩机(例如，数字涡旋式压缩机)、具有被配置成泄漏中间压力工作流体的可变体积比阀的压缩机、或具有以上容量调节装置中的两种或更多种的压缩机。应当理解，压缩机12可以包括用于改变其容量和/或系统10的操作能力的任何其他附加或替选结构。
将理解的是，低容量模式和/或高容量模式可以是连续的稳态操作模式，或者压缩机12可以在低容量模式的操作期间和/或在高容量模式的操作期间被调制(例如，脉冲宽度调制)。在受让人共同拥有的美国专利第8,816,014号、美国专利第6,679,072号、美国专利第8,585,382号、美国专利第6,213,731号、美国专利第8,485,789号、美国专利第8,459,053号、以及美国专利第5,385,453号中公开了示例性可变容量压缩机，其公开内容通过引用并入本文。
压缩机12、室外热交换器14、室外风机15、第一膨胀装置16和换向阀20可以设置在室外单元28中。第二膨胀装置17、室内热交换器18和室内风机19可以设置在被设置在家里或其他建筑物32内的室内单元30(例如，空气处理器或炉)内。第一止回阀34可以设置在室外热交换器14与第一膨胀装置16之间，并且可以在冷却模式下限制或阻止流经第一膨胀装置16的流体并且可以在加热模式下允许流经第一膨胀装置16的流体。第二止回阀36可以设置在第二膨胀装置17与室内热交换器18之间并且可以在加热模式下限制或阻止流经第二膨胀装置17的流体并且可以在冷却模式下允许流经第二膨胀装置17的流体。
室外空气温度传感器24被设置在建筑物32的外部并且在室外单元28内或外部，并且室外空气温度传感器24被配置成测量室外环境空气温度并且间歇地、连续地或按照需要将室外环境空气温度值传送到控制模块22。在一些配置中，室外空气温度传感器24可以是温度计或与天气监测和/或天气报告系统或实体相关联的其他传感器。在这样的配置中，控制模块22可以例如经由互联网、Wi-Fi、蓝牙
Figure BDA0001494928770000081
紫蜂
Figure BDA0001494928770000082
电力线载波通信(PLCC)或蜂窝连接或任何其他有线或无线通信协议来从天气监测和/或天气报告系统或实体获得(由传感器24测量的)室外空气温度。
例如，控制模块22可以经由与位于建筑物32中或与建筑物32相关联的Wi-Fi路由器的Wi-Fi连接通过互联网来与天气监测和/或天气报告系统或实体通信。恒温器26设置在建筑物32内部且在室内单元30外部，并且被配置成测量由系统10冷却或加热的房间或空间内的空气温度。恒温器26可以例如是单级恒温器，其响应于房间或空间内的温度升高到设定点温度以上(在冷却模式下)或降低到设定点温度以下(在加热模式下)而生成仅一种类型的需求信号。例如，控制模块22可以设置在任何合适的位置，例如室外单元28的内部或附近或室内单元30的内部或附近。
在冷却模式下，室外热交换器14可以作为冷凝器或气体冷却器进行操作，并且可以例如通过将来自工作流体的热量传递给由室外风机15强制通过室外热交换器14的空气来冷却从压缩机12接收的排放压力工作流体。室外风机15可以包括定速、多速或可变速风扇。在冷却模式下，室内热交换器18可以作为蒸发器进行操作，其中工作流体吸收来自由室内风机19强制通过室内热交换器18的空气的热量，以冷却家里或建筑物32内的空间。室内风机19可以包括定速、多速或可变速风扇。在加热模式下，室外热交换器14可以作为蒸发器进行操作，并且室内热交换器18可以用作冷凝器或气体冷却器，并且可以将来自从压缩机12排放的工作流体的热量传送到待加热的空间。
现在参照图2，将描述可以由控制模块22执行的方法和控制算法300。算法300可以控制压缩机12的操作并且在低容量模式与高容量模式之间切换压缩机12。在初始状态310，压缩机12可以关闭。恒温器26可以响应于在由系统10加热或冷却的空间中的空气温度下降到所选设定点温度以下(在加热模式下)或升高到所选设定点温度以上(在冷却模式下)而向控制模块22发送需求信号Y。响应于接收到需求信号Y，控制模块22可以以低容量模式启动压缩机12的操作(状态340)，并且同时在状态320获得(例如，来自输入330处的传感器24)室外空气温度，并且基于来自表345(图3)的数据设置低容量运行时间T1。此后，压缩机12可以继续在低容量模式下运行直到满足冷却需求(即待冷却的空间中的温度下降到由恒温器26指示的所选设定点温度以下并且恒温器将需求信号Y切换成“关闭”)、直到从接收到需求信号Y以来压缩机12的总运行时间T超过在状态320设置的低容量运行时间T1、或者直到压缩机12或系统10被手动关闭或者诊断或保护算法覆盖算法300。
如果在总运行时间T达到预定的低容量运行时间T1之前满足需求，则控制模块22可以关闭压缩机12(状态350)。如果压缩机12运行的时间长于预定的低容量运行时间T1却不满足需求，则控制模块22可以将压缩机12从低容量模式切换成高容量模式(状态360)。压缩机12可以继续在高容量模式下运行，直到满足冷却需求(或直到压缩机12或系统10被手动关闭或者诊断或保护算法覆盖算法100)。当满足需求时，控制模块22可以关闭压缩机12(状态350)。当在通过以高容量模式操作而满足需求之后关闭了压缩机12时，控制模块22可以记录压缩机12在高容量模式下的运行时间T2并且将高容量运行时间T2存储在与控制模块22相关联的存储器模块中。
如上所述，图3描绘了表345，控制模块22根据表345确定低容量运行时间T1。首先，控制模块22基于在输入330处接收的室外环境温度(OAT)值来确定从表345的哪行读取。也就是说，控制模块22从其进行读取的表345的该行是具有包括在输入330处接收的OAT值的OAT范围的行。如果控制模块22在相对较长的预定时间段(例如，几天、几周或更长时间)内没有接收到来自恒温器26的需求信号Y，则控制模块22可以初始地将低容量运行时间T1设置成默认值或在表345的对应OAT行处的基线T1列中列出的基线值。
在低容量运行时间T1被设置成与发起需求信号Y时的OAT对应的基线值的情况下，控制模块22可以使压缩机12在低容量模式下运行(状态340)，直到满足需求或直到压缩机运行时间T超过所设置的低容量运行时间T1。如果运行时间T达到设置的低容量运行时间T1时尚未满足需求，则控制模块22可以将压缩机12切换成高容量模式(状态360)。压缩机12可以继续在高容量模式下操作，直到满足需求。一旦满足需求，则控制器22可以如上所述记录高容量运行时间T2。
在接收到随后的需求信号Y时，控制模块22可以再次根据表345确定低容量运行时间值T1。这时，控制模块22可以确定OAT是否落在多个覆盖范围347中之一内。例如，在冷却模式下的覆盖范围347可以包括85°F至90°F和>90°F，并且在加热模式下的覆盖范围347可以包括40°F至45°F和<40°F。如果在输入330接收到的OAT值落在覆盖范围347中之一内，则控制模块22可以将低容量运行时间T1设置为通过参考对应的OAT行处的覆盖T1列而确定的覆盖值。
可以基于先前高容量运行时间T2n-1来确定对于低容量运行时间T1的覆盖值。例如，如果先前高容量运行时间T2n-1大于预定值(例如，五分钟)，则控制模块22可以将低容量运行时间T1设置为第一值(例如，诸如五秒的短时间段)。如果先前高容量运行时间T2n-1小于预定值(例如，五分钟)，则控制模块22可以将低容量运行时间T1设置为第二值(例如，诸如二十分钟或四十分钟的更长时间段)。控制模块22然后可以使压缩机12在低容量模式下运行(状态340)，直到满足需求或直到压缩机运行时间T达到低容量运行时间T1，在这时控制模块22可以将压缩机切换成高容量模式(状态360)。
如果OAT落在并非覆盖范围347中之一的OAT范围内，则控制模块22将继续将低容量运行时间T1设置为基线T1列中列出的基线值。如上所述，控制模块22可以使压缩机12在低容量模式下运行，直到满足需求或者直到压缩机运行时间T达到低容量运行时间T1，在这时控制模块22可以将压缩机12切换成高容量模式，直到满足需求。
在另一配置中，算法300可以包括基于表445(图4)而非表345来确定低容量运行时间T1。如上所述，控制模块22可以从传感器24连续地或间歇地接收OAT数据并且可以将OAT数据存储在存储器模块中。如上所述，一旦接收到需求信号Y，控制模块22可以在状态320处(例如，从输入330)获得当前的OAT并根据表445设置低容量运行时间T1。
如果控制模块22在相对长的预定时间段(例如、几天、几周或更长的时间)中没有接收到来自恒温器26的需求信号Y，则控制模块22可以初始地将低容量运行时间T1设置成默认值或表445的与在输入330接收到的当前OAT对应的OAT行处的基线T1列446中列出的基线值。在低容量运行时间T1被设置为基线值的情况下，根据上述算法300，控制模块22然后可以使压缩机12在低容量模式下操作(状态340)，直到满足需求或者直到压缩机运行时间T达到设置的低容量运行时间T1，在这时，控制模块22将以高容量模式(状态360)运行压缩机12，直到满足需求。控制模块22可以记录压缩机12的每个运行循环的高容量运行时间T2。
当接收到随后的需求信号Y时，控制模块22可以再次根据表445确定低容量运行时间值T1。这时，控制模块22可以获得当前OAT并且确定OAT在预定时间段(例如在最近二十分钟内，但是可以是适合指示系统状况的任何预定时间段)内的斜率。如果OAT斜率在中性斜率范围内(其中，例如斜率大于每20分钟-0.3度并且小于每20分钟0.3度)，则控制模块22可以将低容量运行时间T1设置成表445的与当前OAT对应的OAT行处的基线T1列446中列出的基线值。如果OAT斜率在正斜率范围内(其中，例如斜率大于每20分钟0.3度)，则控制模块22可以将低容量运行时间T1设置成表445的与当前OAT对应的OAT行处的正OAT斜率列447中列出的值。如果OAT斜率在第一负斜率范围内(其中，例如斜率小于每20分钟-0.3度并且大于每20分钟-0.6度)，则控制模块22可以将低容量运行时间T1设置成表445的与当前OAT对应的OAT行处的负OAT斜率列448中列出的值。如果OAT斜率在第二负斜率范围内(其中，例如斜率小于每20分钟-0.6度)，则控制模块22可以将低容量运行时间T1设置成表445的与当前OAT对应的OAT行处的极负OAT斜率列449中列出的值。
尽管OAT斜率上面被描述为在预定的时间段内被确定，但OAT斜率也可以通过比较在当前压缩机操作循环的开始处(即当接收到当前需求信号Y时)的OAT值和先前压缩机操作循环结束时(即当最近的需求信号Y关闭时)的OAT值来确定。还可以采用用于确定OAT斜率的其他方法。
如图4中所示，列447和列448中的一些行或全部行包括用于基于先前高容量运行时间T2n-1(即，需求信号Y恒定开启或加热或冷却需求恒定存在的先前运行循环的高容量运行时间T2)来确定低容量运行时间T1的步骤。例如，在对应于大于90°F的OAT的正OAT斜率列447的行中：如果先前高容量运行时间T2n-1大于五分钟，则当前低容量运行时间T1n应该设置为5秒；并且如果先前高容量运行时间T2n-1小于或等于五分钟，则当前低容量运行时间T1n应该设置为三十分钟。如图4中所示，上述的时间和温度值可以对于列447和列448的各行变化。
此外，如图4中所示，极负OAT斜率列449可以仅仅包括对于可能不依赖于先前高容量运行时间的每个OAT范围的预定值。在一些配置中，极负OAT斜率列449可以将算法用于针对更冷的OAT范围(例如45°F以下)的负OAT斜率列448。例如，如果OAT斜率小于每20分钟-0.6度并且当前OAT小于45°F，则控制模块22可以根据负OAT斜率列448来设置低容量运行时间T1。
根据上述算法300，在根据表445设置低容量运行时间T1之后，控制模块22可以在低容量模式下操作压缩机12(状态340)，直到满足需求，或者直到压缩机运行时间T达到设置的低容量运行时间T1(此时控制模块22会将压缩机切换成高容量模式直到满足需求)。
OAT斜率总体而言是一天中的时间的良好指标或估计。因此，基于OAT斜率调整低容量运行时间和高容量运行时间有效地调整低容量运行时间和高容量运行时间，以调整昼夜温度分布。也就是说，在一天的过程期间，OAT经常根据相当标准的分布而变化。当在早晨OAT上升时总压缩机运行时间T通常比当在夜晚OAT下降时要短(制冷季节期间)，因为安装了系统10的房屋或建筑物在整个白天累积了热负荷，热负荷在夜晚中仍存在。对于加热模式，负荷转移到清晨，即在正斜率时段或一天中的清晨部分期间高容量运行时间更多，以及在负斜率时段或夜晚低容量运行时间更少，这是因为房屋或建筑物白天期间吸收热量。因此，基于OAT斜率或一天中的时间调整低容量运行时间和高容量运行时间来调整房屋或建筑物的热负荷并且这提高居住者的舒适度。实际时间可以由控制模块22根据内部实时时钟、恒温器实时时钟、经由内部连接访问的实时时钟或任何其他源来确定。
此外，室外环境相对湿度(OARH)通常随着OAT降低而上升，随着OAT增加而下降(如图5所示)。因此，OAT斜率也表明或接近于OARH的斜率。因此，极负OAT斜率(例如小于每20分钟-0.6度的OAT斜率)可以指示例如下午三点左右降雨事件引起的增加的对除湿的需求。因此，确定OAT斜率并基于OAT斜率来调整低容量运行时间和高容量运行时间使得算法300能够调整房屋或建筑物的热负荷以及由于昼夜分布导致的热负荷延迟，并且使得算法300能够调整环境相对湿度的斜率，而无需使用相对湿度传感器。
图5描绘了在给定位置对于给定一天的OAT和OARH分布。如图5所示，下午三点左右降雨事件会伴随有OAT的急剧下降和OARH的相应急剧增加。因此，即使由于降雨事件导致了OAT降低，但是对冷却的需求可能还保持为高，这是因为增加的湿度和在日落之前OAT返回到其先前高的可能性。因此，有极负OAT斜率的这种事件在表445(图4)中在极负OAT斜率列449处被调整，该列无论任何先前高容量运行时间的长度如何都分配非常短的低容量运行时间T1。
如上所述，室内风机19(图1)可以是可以设置成两个或更多个速度的多速风机。因此，系统10能够在至少四个不同模式下操作。在第一模式下，压缩机12可以以低容量模式操作，并且室内风机19可以以低速操作。在第二模式下，压缩机12可以在低容量模式下操作，并且室内风机19可以以高速操作。在第三模式下，压缩机12可以在高容量模式下操作，并且室内风机19可以以低速操作。在第四模式下，压缩机12可以在高容量模式下操作，并且室内风机19可以以高速操作。
在一些配置中，室内风机19的速度可以(例如由安装承办商)手动设置，并且此后，室内风机19的速度可以固定在该速度。室内风机19的速度可以基于安装有系统10的区域的气候(具体地，温度和湿度水平)来选择。例如，如图6中所示，在具有热且潮湿气候(例如，亚热带气候和热带气候)的区域中，室内风机19可以被设置成低设置，因为较低室内风机速度对于更快除湿是有利的。在具有非常热且干的气候(例如，如美国东南部的沙漠气候)的区域中，室内风机19可以被设置成高设置，因为较高室内风机速度对于快速降低可感知热而言是更有利的。在具有混合温度和温和湿度的区域中，室内风机19可以被设置成低设置或中设置。在具有混合温度和较高湿度的区域中，室内风机19可以被设置成低设置。
在室内风机19的速度在安装时设置并且此后被固定的配置中，系统10(具有可变容量压缩机12)可以在两种模式之间调节：在上述第一模式与第三模式之间或在上述第二模式与第四模式之间。
在其他配置中，控制模块22可以与室内风机19通信并且可以被配置成调节室内风机19的速度。在这样的配置中，控制模块22可以被配置成在第一模式、第二模式、第三模式与第四模式之间切换系统10(即通过在低容量模式与高容量模式之间调节压缩机12并且通过在高速与低速之间调节室内风机19)。控制模块22可以根据例如OAT、OAT斜率、一天中的时间(由控制模块22根据内部实时时钟、恒温器实时时钟、经由内部连接访问的实时时钟或任何其他源来确定)、低容量运行时间T1和高容量运行时间T2、室内相对湿度、室外相对湿度、历史天气数据和/或播报的天气数据来在第一模式、第二模式、第三模式与第四模式之间切换。
将理解的是，表345和表445以及运行时间T1、运行时间T2也可以基于安装有系统10的区域的气候来调节。图7至图10提供了对图6的示例性区域的概述，其包括一天中的各个时间处低容量/高容量(Y1/Y2)压缩机运行时间设置、OAT斜率、可感知负荷和潜在负荷。
在一些配置中，可以将控制模块22手动设置为多个气候区域中的一个。例如，安装承包商可以通过驱动拨码开关来选择区域。作为另一示例，用户可以在恒温器(例如，Wi-Fi恒温器)的设置菜单中选择区域。
在一些配置中，控制模块22基于实际的室外天气情况(例如，OAT和OARH)获知系统被安装的区域。控制模块22可以被编程有OAT和OARH值的对应于特定气候区域的预定范围。控制模块22可以获得实际OAT和OARH值(例如，从室外单元28上的或附近的OAT和OARH传感器，通过获取并且提供天气数据的Wi-Fi恒温器，或者通过互联网提供的天气数据)并且将实际OAT和OARH值与OAT和OARH值的预定范围进行比较以确定系统10被安装的区域。基于比较，控制模块22可以选择区域中的一个。控制模块22可以在数小时、数天、数周、数月或数年的时段内连续或间歇地获得当前OAT和OARH值并且将获得的当前OAT和OARH值与值的预定范围进行比较，并且可以根据需要基于这些比较来改变区域设置。如上所述，控制模块22可以基于系统10被安装的区域来改变低容量和高容量运行时间、风扇速度和/或其他操作参数。
除了将当前OAT和OARH值与值的预定范围相比较以外，控制模块22还可以将室内温度设定点(即，用户选择的恒温器设定点)与预定范围或值进行比较以获知系统10被安装的区域。每个区域可以与室内温度设定点的某一预定范围相关联(例如，与美国北部的用户相比(例如，在夏季月份期间美国北部的用户可能将他们的室内温度设定点设置为大约72华氏度)，美国南部的用户倾向于将他们的室内温度设定点设置得较温暖(例如，在夏季月份期间大约78华氏度))。在室内温度设定点方面的这种差异可能部分地是由于气候适应。
虽然上面将OAT和OARH值描述为分别由OAT传感器和OARH传感器来测量，但是在一些配置中，控制模块22可以直接地或间接地根据一个或更多个其他测量和/或计算的参数来获得或确定OAT和/或OARH值。例如，来自以下传感器中的一个或更多个的数据可以用于确定或估计OAT值：(i)除霜或室外盘管温度传感器(即，测量室外热交换器14的盘管的温度的传感器)；(ii)冷凝压力传感器；(iii)排出线路温度或压力传感器；(iii)吸入线路温度或压力传感器；(iv)压缩机入口温度或压力传感器；(v)室内盘管出口温度或压力传感器；(vi)室外盘管出口温度或压力传感器；以及(vii)室外盘管液体线路温度传感器。
在系统10在冷却模式或在加热模式下的操作期间，OAT使室外盘管温度和室内盘管温度很好地相关联。因此，可以基于测量或计算的室外盘管温度或室内盘管温度来计算或估计OAT。当系统10正以加热模式操作时(即，在供暖季节期间)，OAT可以比室外盘管温度和室内盘管温度大已知的近似的量(例如，取决于传感器沿盘管的位置以及压缩机正以低容量模式还是以高容量模式操作，大约为5-20华氏度)。当系统10正以冷却模式操作时(即，在制冷季节期间)，OAT可以比室外盘管温度和室内盘管温度小已知的近似的量(例如，取决于传感器沿盘管的位置以及压缩机正以低容量模式还是以高容量模式操作，大约为5-20华氏度)。OAT与盘管温度之间的差异在操作循环一开始或者开始不久时可以较小。OAT与盘管温度之间的相互关系对于特定系统可以是预定的并且可以被编程到控制模块22中。
将理解的是，可以根据吸入压力或排放压力的二次函数或更高阶的多项式函数(取决于系统正以加热模式还是以冷却模式操作)来计算盘管温度。
在本申请中，包括以下定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”来代替。术语“模块”可以指代以下项、是以下项的一部分、或包括以下项：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享的、专用的或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享的、专用的或组)；提供所述功能的其他合适的硬件部件；或以上的一些或全部的组合，例如在片上系统中。
模块可以包括一个或更多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开内容的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另一示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户端模块来实现某个功能。
如上所使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包括执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路包括结合附加的处理器电路执行来自一个或更多个模块的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的提及包括分立晶片上的多个处理器电路、单个晶片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程，或以上的组合。术语共享存储器电路包括存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语组存储器电路包括结合附加存储器存储来自一个或更多个模块的一些或全部代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所使用的术语计算机可读介质不包括通过介质(例如在载波上)传播的暂态电或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可以被认为是有形的且非暂态的。非暂态有形计算机可读介质的非限制性示例有非易失性存储器电路(例如闪速存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模型只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以由通过配置通用计算机执行体现在计算机程序中的一个或更多个特定功能而创建的专用计算机来部分地或完全地实现。上述功能块、流程组件和其他元件用作软件说明，其可以通过有经验的技术人员或编程人员的例行工作被译为计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂态有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或更多个操作系统、用户应用、后台服务和后台应用等。
计算机程序可以包括：(i)用于解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)；(ii)汇编代码；(iii)由编译器从源代码生成的目标代码；(iv)用于由解译器执行的源代码；(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以使用来自包括以下的语言的句法来编写：C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、
Figure BDA0001494928770000161
Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、
Figure BDA0001494928770000162
HTML5、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、
Figure BDA0001494928770000163
Lua和
Figure BDA0001494928770000164
除非使用短语“用于……的装置”明确记载了一个元件，或者除非在使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”的方法权利要求的情况下，否则权利要求书中记载的元件都不是35U.S.C§112(f)的含义内的装置加功能(means-plus-function)元件。
出于说明和描述的目的提供了对实施方式的以上描述。其并非旨在是详尽的或限制本公开内容。特定实施方式的各个元件或特征通常并不限于该特定实施方式，而是在适用情况下能够互换并且可以用于所选实施方式，即使未具体示出或描述。这些元件或特征可以以许多方式来变化。这样的变化并不视为脱离本公开内容，而是所有这样的修改旨在被包括在本公开内容的范围内。

Claims (28)

1.一种气候控制系统，包括可变容量压缩机单元和控制所述压缩机单元的控制模块，所述压缩机单元能够以第一容量模式和以比所述第一容量模式高的第二容量模式操作，所述控制模块被配置成基于需求信号、当前室外空气温度和室外空气温度斜率在所述第一容量模式与所述第二容量模式之间切换所述压缩机单元。
2.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述控制模块确定所述室外空气温度斜率在第一范围、第二范围、第三范围和第四范围中的哪个范围内。
3.根据权利要求2所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于所述室外空气温度斜率在所述第一范围、所述第二范围、所述第三范围和所述第四范围中的哪个范围内根据查找表中的四列中的一列来设置所述压缩机单元在所述第一容量模式下的运行时间。
4.根据权利要求3所述的气候控制系统，其中，所述第一范围包括为零的室外空气温度斜率，所述第二范围对应于正室外空气温度斜率，所述第三范围对应于负室外空气温度斜率，并且所述第四范围对应于极负室外空气温度斜率。
5.根据权利要求4所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于压缩机运行时间在所述第一容量模式与所述第二容量模式之间切换所述压缩机单元。
6.根据权利要求5所述的气候控制系统，其中，所述压缩机运行时间是所述压缩机单元在所述第二容量模式下的运行时间。
7.根据权利要求6所述的气候控制系统，其中，所述压缩机单元在所述第二容量模式下的所述运行时间等于在先前需求时段期间在所述第二容量模式下的先前运行时间。
8.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于所述室外空气温度斜率来调整相对湿度。
9.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于所述室外空气温度斜率来调整由所述气候控制系统加热或冷却的建筑物的热负荷。
10.根据权利要求1所述的气候控制系统，还包括强制使空气通过室内热交换器的室内风机，所述室内风机具有基于所述气候控制系统被安装的区域来确定的速度设置。
11.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于所述气候控制系统被安装的区域来设置系统操作参数，所述系统操作参数包括以下中的一个或更多个：所述压缩机单元的高容量运行时间、所述压缩机单元的低容量运行时间以及风扇速度。
12.根据权利要求11所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于室外空气温度值和室外相对湿度值与室外空气温度值和室外相对湿度值的预定范围的比较来选择区域。
13.根据权利要求11所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于用户选择的室内温度设定点与室内温度设定点的预定范围的比较来选择区域。
14.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述室外空气温度数据是从室外空气温度传感器获得的。
15.根据权利要求1所述的气候控制系统，其中，所述室外空气温度数据是基于热交换器盘管温度确定的。
16.一种气候控制系统，包括可变容量压缩机单元和控制所述压缩机单元的控制模块，所述压缩机单元能够以第一容量模式和以比所述第一容量模式高的第二容量模式来操作，所述控制模块被配置成基于需求信号、室外空气温度数据和一天中的时间在所述第一容量模式与所述第二容量模式之间切换所述压缩机单元。
17.根据权利要求16所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于所述压缩机单元在所述第二容量模式下的运行时间在所述第一容量模式与所述第二容量模式之间切换所述压缩机单元。
18.根据权利要求17所述的气候控制系统，其中，所述压缩机单元在所述第二容量模式下的所述运行时间等于在先前需求时段期间在所述第二容量模式下的先前运行时间。
19.根据权利要求16所述的气候控制系统，其中，所述控制模块通过确定室外空气温度斜率来近似所述一天中的时间。
20.根据权利要求19所述的气候控制系统，其中，所述控制模块确定所述室外空气温度斜率在第一范围、第二范围、第三范围和第四范围中的哪个范围内，并且其中，所述第一范围包括为零的室外空气温度斜率，所述第二范围对应于正室外空气温度斜率，所述第三范围对应于负室外空气温度斜率，并且所述第四范围对应于极负室外空气温度斜率。
21.根据权利要求20所述的气候控制系统，其中，所述控制模块基于所述室外空气温度斜率在所述第一范围、所述第二范围、所述第三范围和所述第四范围中的哪个范围内根据查找表中的四列中的一列来设置所述压缩机单元在所述第一容量模式下的运行时间。
22.一种控制能够以第一容量模式和以比所述第一容量模式高的第二容量模式操作的压缩机的方法，所述方法包括：
接收来自恒温器的需求信号；
获得室外空气温度值；
基于所述室外空气温度值来设置所述压缩机的在所述第一容量模式下的第一容量运行时间；
将所述压缩机的总运行时间与所述第一容量运行时间进行比较；以及
响应于所述总运行时间与所述第一容量运行时间的比较而将所述压缩机从所述第一容量模式切换至所述第二容量模式。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一容量运行时间是基于所述压缩机的在所述第二容量模式下的先前的第二容量运行时间来设置的。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括：确定室外空气温度斜率。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，确定室外空气温度斜率以调整相对湿度。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，确定室外空气温度斜率以调整加热或冷却的建筑物的热负荷。
27.根据权利要求24所述的方法，还包括：确定所述室外空气温度斜率在第一范围、第二范围、第三范围和第四范围中的哪个范围内，其中，所述第一范围包括为零的室外空气温度斜率，所述第二范围对应于正室外空气温度斜率，所述第三范围对应于负室外空气温度斜率，并且所述第四范围对应于极负室外空气温度斜率。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一容量运行时间是基于所述室外空气温度斜率在所述第一范围、所述第二范围、所述第三范围和所述第四范围中的哪个范围内根据查找表中的四列中的一列来设置的。
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