CN111102691B - 模块组合空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块组合空调系统及其能量调节控制方法，包括：风冷模块，具有一个或者多个，每个风冷模块具有一个或者多个制冷系统；每个制冷系统中设置有一个或者多个压缩机；总水管，其分别与所述风冷模块的水管连接；主机模块，还包括：温度检测单元，其用于检测所述总水管的水温To；所述主机模块根据所述总水管的水温To和设定目标水温Ts，获取空调系统当前的能量需求比率，并且根据当前的能量需求比率确定需要运行的压缩机数量，相应进行压缩机的工作状态控制。本空调系统根据当前的能量需求比率确定能量输出，结果更加准确，能量输出与需求匹配好，避免能量浪费。同时可以更好地保持运行工况稳定，防止水温波动造成空调舒适度降低。

Description

模块组合空调系统

技术领域

本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及一种模块组合式空调系统。

背景技术

在中央空调领域，常采用模块组合空调系统进行空气温度调节，空调系统的负荷需求与调节面积有关。模块组合可以是风冷模块组合也可以是水冷模块组合。其中，风冷模块是利用换热器使水与冷媒进行热交换来制取冷（热）水的，冷（热）水经水循环系统输送至空调空间，再通过室内热交换器与空气换热，实现室温调控。由于单个风冷模块的冷（热）负荷有限，实际应用中通常是多模块组合使用以满足空调负荷需求，每个风冷模块中可以有1台或多台压缩机，组合后压缩机的数量众多。空调负荷需求变化时，需要实时调整模块组合中运行压缩机的数量以适应需求。

现有技术是根据当前水温To与目标水温Ts的高低按照固定时间加减压缩机。制冷时如果To＞Ts，增开一台压缩机进行加载。反之，关闭一台压缩机进行减载。制热时反之。

由于不同压缩机的容量（制冷制热能力）可能不同，现有控制方式不区分压缩机容量大小，只要水温不满足就按固定时间加减压缩机，也无法准确评估负荷需求的变化并调整加减载速率，能量调节不准确，往往造成负荷的波动，水温不稳定既影响舒适度也会造成能量浪费。此外，机组启动后逐台按固定时间加载，到达满载的时间很长，无法快速满足需求，也极大的影响舒适度，用户体验效果差。

发明内容

为解决现有技术中风冷模块能量调节不准确，往往造成负荷的波动，水温不稳定既影响舒适度也会造成能量浪费的问题，本发明提供一种模块组合式空调系统及其组合能量调节控制方法，其根据系统当前的能量需求比率确定需要运行的压缩机数量，相应进行压缩机的工作状态控制，能量调节准确，达到水温稳定的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种模块组合空调系统，包括：

风冷模块，具有一个或者多个，每个风冷模块具有一个或者多个制冷系统；

每个制冷系统中设置有一个或者多个压缩机；

总水管，其分别与所述风冷模块的水管连接；

主机模块，

还包括：

温度检测单元，其用于检测所述总水管的水温To；

所述主机模块根据所述总水管的水温To和目标水温Ts，获取空调系统当前的能量需求比率，并且根据当前的能量需求比率确定需要运行的压缩机数量，相应进行压缩机的工作状态控制。

进一步的，所述空调系统当前的能量需求比率的获取方法为：

计算所述总水管的水温To和目标水温Ts的差值ΔT；

计算所述总水管的水温变化率Qc；

根据ΔT和/或Qc确定能量调节变化量Δp；

根据前一时刻的能量需求比率和能量调节变化量Δp确定当前的能量需求比率。

进一步的，根据ΔT和Qc通过查表确定能量调节变化量Δp。

进一步的，根据当前的能量需求比率确定需要增加或者减少的压缩机数量的步骤中，首先将空调系统中所有压缩机进行归一化处理，等效成S个标准压缩机，其中，标准压缩机的容量为自定义；

根据当前的能量需求比率p(n)计算出所需要运行的标准压缩机的数量M。

进一步的，将空调系统中所有压缩机进行归一化处理步骤中，包括：计算各压缩机的容量与所述标准压缩机的容量的比值，作为所述压缩机的容量系数；

将所有压缩机的容量系数相加，即为所等效成的标准压缩机的数量S。

进一步的，主机模块根据M进行压缩机的工作状态控制步骤，包括：

计算当前所有运行的压缩机的等效标准压缩机数量M0；

将M与M0进行比较，如果两者相等，则保持当前的运行状态不变；

如果M＞M0，则控制增加运行压缩机的数量；

如果M＜M0，则控制减少运行压缩机的数量。

进一步的，在控制增加运行压缩机的数量的步骤中，还包括分别统计未运行压缩机的运行时长，首先加载运行时长短的压缩机。

进一步的，在控制增加运行压缩机的数量的步骤中，还包括：

(11)、比较出运行时长最短的未运行压缩机，并加载该压缩机；

(12)、更新M，更新后的M等于当前M与所有运行压缩机的容量系数的差值；

(13)、判断更新后的M，如果M不小于1，则返回步骤（11），否则，停止加载压缩机。

进一步的，在控制减少运行压缩机的数量的步骤中，还包括分别统计运行压缩机的运行时长，首先减载运行时长长的压缩机。

进一步的，在控制减少运行压缩机的数量的步骤中，还包括：

(21)、比较出运行时长最长的运行压缩机，并减载该压缩机；

(22)、更新M，更新后的M等于所有运行压缩机的容量系数与当前M的差值；

(23)、判断更新后的M，如果M不小于1，则返回步骤（21），否则，停止减载压缩机。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本空调系统根据当前的能量需求比率确定能量输出，结果更加准确，能量输出与需求匹配好，避免能量浪费。同时可以更好地保持运行工况稳定，防止水温波动造成空调舒适度降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提出的模块组合空调系统的一种实施例系统方框图；

图2是本发明所提出的模块组合空调系统的一种实施例控制逻辑图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

风冷模块空调系统通常是多个风冷模块组合使用以满足空调负荷需求，每个风冷模块中有1台或多台压缩机，组合后压缩机的数量众多。受环境温度等外界条件的影响，不同状态负荷需求不同，所需要运行的压缩机的数量也不相同。

对于风冷模块及其组合空调系统的能量调节，目前多是根据当前水温To与目标水温Ts的高低按照固定时间加减压缩机。由于不同压缩机的容量可能不同，只要水温不满足就按固定时间加减压缩机，能量调节不准确，往往造成负荷的波动，水温不稳定既影响舒适度也会造成能量浪费。基于此，本发明提出了一种模块组合空调系统，可以解决上述问题，下面将以具体实施例说明本发明的技术方案。

实施例一,本发明提供了一种模块组合空调系统，如图1所示，包括多个风冷模块，每个风冷模块具有一个或者多个制冷系统，各制冷系统中分别设置有一台或多台压缩机（图中未示出），用于驱动冷媒循环。

同一个风冷模块的冷媒循环系统和其水管中的水进行热交换，对水进行冷却或加热以制取冷（热）水，冷（热）水通过水循环系统循环输送至空气调节空间，再通过室内热交换器与空气换热来调控室温。所有风冷模块的水管分别与总水管（图中未示出）连接，形成总的水循环系统。

主机模块用于控制整个模块组合系统的运行状态，包括各风冷模块的运行状态、以及具体到各风冷模块的各制冷系统的运行状态，模块组合系统中任一台风冷模块均可指定为主机模块，其他的风冷模块作为从机，进行控制。也可以仅有一台风冷模块独立使用。

模块组合空调系统工作时首先设定目标水温Ts，实际水温与目标水温Ts之间的差值反映了当前的负荷需求。本模块组合空调系统还包括温度检测单元，其用于检测总水管的水温To，并发送至主机模块。本实施例的空调系统根据当前的能量需求比率确定能量输出，结果更加准确，能量输出与需求匹配好，避免能量浪费。同时可以更好地保持运行工况稳定，防止水温波动造成空调舒适度降低。

总水管可以是总回水管，也可以是总出水管，本实施例中以总出水管为例进行说明。

空调系统可以包括一个或者多个风冷模块，每个风冷模块具有一个或者多个制冷系统，每个制冷系统中又可以包括一台或以上的压缩机，单台压缩机的容量大小可以相同也可以不同。单台风冷模块的容量有限，通常情况下会组合使用，因此一个组合中就包含了多个系统和压缩机。本方案中根据空调系统实际负荷需求准确控制压缩机加减载以及加减载的速度。具体控制体现在如下：

主机模块根据总水管的水温To和目标水温Ts，获取空调系统当前的能量需求比率，并且根据当前的能量需求比率确定需要运行的压缩机数量，相应进行压缩机的工作状态控制。空调系统当前的能量需求比率可以根据总水管的水温To和目标水温Ts的差值ΔT或水温变化率Qc单独确定，也可以综合ΔT和Qc进行确定。

实际水温To和目标水温Ts的偏差以及水温变化率Qc反应了系统当前制冷（热）能力与实际需求的差距，水温变化率Qc是指一个计算周期的水温变化率，其中，一个计算周期可以是自定义的任意时间段。能量调节周期根据水温变化率实时调整，也可以不调整而采用固定的周期。

优选在本实施例中模块组合系统当前的能量需求比率的获取方法为：

计算总水管的水温To和目标水温Ts的差值ΔT；

计算总水管的水温变化率Qc；

根据ΔT和/或Qc确定能量调节变化量Δp；

根据前一时刻的能量需求比率和能量调节变化量Δp确定当前的能量需求比率。

具体的，当前的能量需求比率p(n)=p(n-1)+Δp；

其中，p(n-1)为前一时刻的能量需求比率。

能量需求比率可赋予一个初始值，例如0，机组启动后每个计算周期对能量调节变化量逐步累加得到当前时刻的能量需求比率p(n)。

本实施例中优选采用ΔT和Qc共同确定能量调节变化量Δp，根据总水管的水温To和目标水温Ts的差值ΔT及水温变化率Qc两方面综合确定能量输出，结果更加准确，能量输出与需求匹配好，避免能量浪费。同时可以更好地保持运行工况稳定，防止水温波动造成空调舒适度降低。

能量调节变化量Δp的确定方式可以采用写入公式算法的方式，按照处理周期计算得到，也可以根据ΔT和Qc通过查表确定能量调节变化量Δp。

由于风冷模块中包含一个或多个制系统，每个制系统又包含一个或多个压缩机，而各压缩机的容量不一定相同，仅是单纯通过控制加载或者减载压缩机的数量，很难实现加载或者减载的压缩机容量与能量调节需求相匹配。因此，本实施例的根据当前的能量需求比率确定需要增加或者减少的压缩机数量的步骤中，首先将风冷模块中所有压缩机进行归一化处理，等效成S个标准压缩机，其中，标准压缩机的容量为自定义。为了减小计算量，比如可以将标准压缩机的容量定义为压缩机的最小容量，并且量化为1。

本实施例中通过等效压缩机的方式，不是单纯的加载或者减载一定数量的压缩机，而是通过按照能量需求计算出需要加载或者减载的等效压缩机的数量，具体需要加载或者减载几个实体的压缩机，根据各压缩机的容量进行确定，达到需求与控制量精准匹配的发明目的，避免能量浪费。同时可以更好地保持运行工况稳定，防止水温波动造成空调舒适度降低。

根据当前的能量需求比率p(n)计算出所需要运行的标准压缩机的数量M。

本实施中所需要运行的标准压缩机的数量的计算方法为：M= S*p（n）。

将模块组合空调系统中所有压缩机进行归一化处理步骤中，包括：计算各压缩机的容量与所述标准压缩机的容量的比值，作为压缩机的容量系数；

将所有压缩机的容量系数相加，即为所等效成的标准压缩机的数量S。

主机模块根据M进行压缩机的工作状态控制步骤，包括：

计算当前所有运行的压缩机的等效标准压缩机数量M0；

将M与M0进行比较，如果两者相等，则保持当前的运行状态不变；说名所需要运行的标准压缩机的数量与当前实际运行压缩机的等效标准压缩机数量相等，不需要加载也不需要减载。

如果M＞M0，则控制增加运行压缩机的数量；

如果M＜M0，则控制减少运行压缩机的数量。

由于M为根据当前的能量需求比率p(n)计算出所需要运行的标准压缩机的数量。也即，M是一个客观需求总量，其并没有考虑当前实际运行的数量，当前实际运行的数量可能比M大，此时需要减载，也可能比M小，此时需要加载，也可能相等，此时无需动作。

在控制增加运行压缩机的数量的步骤中，还包括分别统计未运行压缩机的运行时长，首先加载运行时长最短的压缩机。实现能量调节过程中根据每个制冷系统的运行时间，优先加载运行时间最短的系统，尽量使各制冷运行时间平衡。避免部分冷水系统超时运行，而部分制冷始终没有机会开启导致损耗不均衡的现象。

本实施例中优选在控制增加运行压缩机的数量的步骤中，还包括：

S11、比较出运行时长最短的未运行压缩机，并加载该压缩机；

S12、更新M，更新后的M等于当前M与所有运行压缩机的容量系数的差值；

由于在步骤S11中加载了压缩机，因此，该新加入运行压缩机的容量对系统总容量具有贡献，且所加载的压缩机是根据运行时长选择，并未考虑到其容量，因此，需要将该压缩机的容量系数减掉，更新M，进入再次判断是否需要继续加载的步骤。

S13、判断更新后的M，如果M不小于1，则返回步骤S11，否则，停止加载压缩机。当M小于1时，说明需求与实际运行的数量相当，无需继续加载，保持当前数量运行即可。

同理的，在控制减少运行压缩机的数量的步骤中，还包括分别统计运行压缩机的运行时长，首先减载运行时长长的压缩机。

与加载压缩机的控制步骤相近似，在控制减少运行压缩机的数量的步骤中，还包括：

S21、比较出运行时长最长的运行压缩机，并减载该压缩机；

S22、更新M，更新后的M等于所有运行压缩机的容量系数与当前M的差值；

S23、判断更新后的M，如果M不小于1，则返回步骤S21，否则，停止减载压缩机。

在控制减少运行压缩机的数量的步骤中，通过分别统计运行压缩机的运行时长，首先减载运行时长短的压缩机。实现能量调节过程中根据每个制冷的运行时间，尽量使各制冷运行时间平衡。避免部分制冷超时运行，而部分制冷始终没有机会开启导致损耗不均衡的现象。

在压缩机加载或者减载步骤中，逐台加载或者减载压缩机，一方面是由于不同压缩机的容量系数不同，计算出来需要运行的数量是等效压缩机的数量，与实际压缩机数量不一致，保证了精准调节，防止出现过度调节导致需要再调节回去的情况发生，从而实现准确调节。

本实施例的模块组合空调系统根据水温偏差大小和变化率计算负荷需求大小，从而合理匹配运行压缩机数量。每隔设定时间周期计算一次负荷需求，能量调节周期根据水温的变化率实时调整。

此外，能量调节周期根据水温变化实时调整，是一种自适应的能量调节方式。能量调节时多台压缩机可以短时内快速启停，实现了快速响应，每次能量调节的压缩机分配间隔可短至10s以下。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上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，可轻易想到的变化或替换，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权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种模块组合空调系统，包括：

风冷模块，具有一个或者多个，每个风冷模块具有一个或者多个制冷系统；

每个制冷系统中设置有一个或者多个压缩机；

总水管，其分别与所述风冷模块的水管连接；

主机模块，

其特征在于，还包括：

温度检测单元，其用于检测所述总水管的水温To；

所述主机模块根据所述总水管的水温To和目标水温Ts，获取空调系统当前的能量需求比率，并且根据当前的能量需求比率确定需要运行的压缩机数量，相应进行压缩机的工作状态控制；

根据当前的能量需求比率确定需要增加或者减少的压缩机数量的步骤中，首先将空调系统中所有压缩机进行归一化处理，等效成S个标准压缩机，其中，标准压缩机的容量为自定义；

根据当前的能量需求比率p(n)计算出所需要运行的标准压缩机的数量M。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统当前的能量需求比率的获取方法为：

计算所述总水管的水温To和目标水温Ts的差值ΔT；

计算所述总水管的水温变化率Qc；

根据ΔT和/或Qc确定能量调节变化量Δp；

根据前一时刻的能量需求比率和能量调节变化量Δp确定当前的能量需求比率。

3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，根据ΔT和Qc通过查表确定能量调节变化量Δp。

4.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，将空调系统中所有压缩机进行归一化处理步骤中，包括：计算各压缩机的容量与所述标准压缩机的容量的比值，作为所述压缩机的容量系数；

将所有压缩机的容量系数相加，即为所等效成的标准压缩机的数量S。

5.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，主机模块根据M进行压缩机的工作状态控制步骤，包括：

计算当前所有运行的压缩机的等效标准压缩机数量M0；

将M与M0进行比较，如果两者相等，则保持当前的运行状态不变；

如果M＞M0，则控制增加运行压缩机的数量；

如果M＜M0，则控制减少运行压缩机的数量。

6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，在控制增加运行压缩机的数量的步骤中，还包括分别统计未运行压缩机的运行时长，首先加载运行时长最短的压缩机。

7.根据权利要求6所述的空调系统，其特征在于，在控制增加运行压缩机的数量的步骤中，还包括：

(11)、比较出运行时长最短的未运行压缩机，并加载该压缩机；

(12)、更新M，更新后的M等于当前M与所有运行压缩机的容量系数的差值；

(13)、判断更新后的M，如果M不小于1，则返回步骤（11），否则，停止加载压缩机。

8.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，在控制减少运行压缩机的数量的步骤中，还包括分别统计运行压缩机的运行时长，首先减载运行时长最长的压缩机。

9.根据权利要求8所述的空调系统，其特征在于，在控制减少运行压缩机的数量的步骤中，还包括：

(21)、比较出运行时长最长的运行压缩机，并减载该压缩机；

(22)、更新M，更新后的M等于所有运行压缩机的容量系数与当前M的差值；

(23)、判断更新后的M，如果M不小于1，则返回步骤（21），否则，停止减载压缩机。

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