CN111457469A - 一种精确控制送风温度的空调及其控制方法 - Google Patents

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CN111457469A CN202010429951.6A CN202010429951A CN111457469A CN 111457469 A CN111457469 A CN 111457469A CN 202010429951 A CN202010429951 A CN 202010429951A CN 111457469 A CN111457469 A CN 111457469A
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张华�
李敏华
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Abstract

本发明提供一种精确控制送风温度的空调及其控制方法，包括室外机和室内机，其中室内机的回风温度传感器安装在蒸发器的回风侧，蒸发器的送风侧安装有内风机和送风温度传感器，所述室外机中设置有冷凝器；还包括有压缩机，所述蒸发器通过气态制冷剂管与压缩机连接，所述蒸发器通过液态制冷剂管与冷凝器连接，所述压缩机通过气管与冷凝器连接，还设置有系统控制器，所述系统控制器分别与回风温度传感器、送风温度传感器、内风机、压缩机电连接，在系统控制器中运行空调的控制方法，使其能快速调节送风温度，并平衡压缩机与风机的运行情况以提高空调能效。

Description

一种精确控制送风温度的空调及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调，具体涉及一种精确控制送风温度的空调及其控制方法。
背景技术
现有的空调通过控制风机转速和压缩机频率来控制送风温度。当送风温度低于或高于设定值时，先通过调整风机转速来改变送风温度，当风机转速达到风机转速上限或下限时，若温度还没达到设定值，才通过调整压缩机频率使送风温度达到设定值，但是现有的控制方法存在以下的不足：
1、调节送风温度时，需先通过调整风机转速，即变风量，若单纯的变风量无法使送风温度达到设定值时，才调整压缩机频率输出，这种做法无疑是降低了送风温度的调节速度；
2、在空调运行过程中，由于热负荷变化，可能出现压缩机以最高频率运行、风机以最低转速运行的情况时，此时由于风量小，显热比低，制冷时除湿明显，使得房间的湿度过低，且由于冷风比变小，空调能效降低；
3、在空调运行过程中，由于热负荷变化，可能出现压缩机以最低频率运行、风机以最高转速运行的情况，此时升高了空调的低压侧压力，容易造成压缩机过载而导致其损坏。
发明内容
本发明为解决或部分解决上述问题，而提供的一种精确控制送风温度的空调及其控制方法，目的在于快速调节送风温度，并平衡压缩机与风机的运行情况以提高空调能效。
为此，提供一种精确控制送风温度的空调，包括室外机和室内机，所述室内机包括回风温度传感器、送风温度传感器、蒸发器、内风机，回风温度传感器安装在蒸发器的回风侧，蒸发器的送风侧安装有内风机和送风温度传感器，所述室外机中设置有冷凝器；
还包括有压缩机，所述蒸发器的制冷剂气体接口与压缩机的吸气口分别连接气态制冷剂管的两端，所述蒸发器的制冷剂液体接口与冷凝器液体接口分别连接在液态制冷剂管的两端，所述压缩机的排气口与冷凝器的气体接口分别连接在气管的两端；
还设置有系统控制器，所述系统控制器分别与回风温度传感器、送风温度传感器、内风机、压缩机电连接。
进一步地，所述送风温度传感器设置在内风机的出风口处。
进一步地，还包括有膨胀阀，所述膨胀阀设置在液态制冷剂管上。
进一步地，还包括上诉空调的控制方法，在空调的系统控制器中周期执行下述步骤，直至e(k)、e(p)为零：
差值e(k)计算步骤，其采集回风温度值和送风温度值，计算回风温度与送风温度之间的差值，所述差值为送回风温差值，计算回风温度目标值，所述回风温度目标值为送风温度设定值与目标送回风温差值之和，计算回风温度值与回风温度目标值之间的差值e(k)；
频率F计算步骤，其将差值e(k)作为变量代入PID算法中以求取压缩机的频率F，并以频率F控制压缩机的频率输出；
送回风温度差偏离值e(p)计算步骤，其求取送回风温差与目标送回风温差值之间的差值，所述差值为送回风温度差偏离值e(p)；
转速V计算步骤，其将送回风温度差偏离值e(p)作为变量代入PID算法中以求取风机的转速V，并以转速V控制内风机的转速；
判断步骤，其若判断e(k)、e(p)为零，则控制压缩机保持当前的频率输出，控制内风机保持当前的转速运行；
目标送回风温差值更新步骤，其在压缩机启动后，每隔一个送回风温差采集周期更新一次目标送回风温差值。
进一步地，所述压缩机启动后，先运行至50％的频率。
进一步地，所述内风机启动后，先运行至50％的转速。
进一步地，目标送回风温差值更新步骤进一步包括：
在压缩机启动后，每隔一个送回风温差采集周期A，若设定时间内连续检测到ΔT’≥温度运行波动上限或ΔT’≤温度运行波动下限，则求取当前的送回风温差值与ΔT’之间的和值以作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值。
进一步地，目标送回风温差值更新步骤进一步包括：
若当前能力计算周期的目标送回风温差值≥特征温度1时，则将特征温度1作为当前能力计算周期的目标送回风温差值，将当前的目标送回风温差值与负数形式的差值ΔT’之间的和值作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值；
若当前能力计算周期的目标送回风温差值≤特征温度2，则以特征温度2作为当前能力计算周期的目标送回风温差值，将当前的目标送回风温差值与正数形式的差值ΔT’之间的和值作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值；
所述特征温度1、特征温度2为设定值。
进一步地，目标送回风温差值更新步骤进一步包括：在压缩机启动后，每隔一个送回风温差采集周期B中，若连续采集到差值ΔT’在温度运行波动下限与温度运行波动上限之间，则计算回风温度值与送风温度设定值之间的差值，并将该差值作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值。
进一步地，目标送回风温差值更新步骤进一步包括：当机组重新开机或压缩机重新开启时，将目标送回风温差值的初始值作为第1个能力计算周期的目标送回风温差值。
有益效果：
本发明的精确控制送风温度的空调，包括室外机和室内机，其中室内机的回风温度传感器安装在蒸发器的回风侧，蒸发器的送风侧安装有内风机和送风温度传感器，所述室外机中设置有冷凝器；还包括有压缩机，所述蒸发器通过气态制冷剂管与压缩机连接，所述蒸发器通过液态制冷剂管与冷凝器连接，所述压缩机通过气管与冷凝器连接，还设置有系统控制器，所述系统控制器分别与回风温度传感器、送风温度传感器、内风机、压缩机电连接，在系统控制器中运行空调的控制方法，使其能快速调节送风温度，并平衡压缩机与风机的运行情况以提高空调能效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明的精确控制送风温度的空调的结构示意图；
图2为本发明的电子设备的结构示意图；
图3为本发明的计算机可读存储介质的结构示意图。
附图标记说明：1-回风温度传感器；2-送风温度传感器；3-蒸发器；4-内风机；5-压缩机；6-膨胀阀；7-冷凝器；21-处理器；22-存储器；23-存储空间；24-程序代码；31-程序代码。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
见图1，本实施例的空调包括室外机和室内机。其中，室内机包括：回风温度传感器1、送风温度传感器2、蒸发器3、内风机4，回风温度传感器1安装在蒸发器3的回风侧，用于检测回风温度；蒸发器3的送风侧安装有内风机4来加速空气流动高效换热送出冷风；送风温度传感器2安装在蒸发器3的送风侧，具体设置在内风机4的出风口处用于检测送风温度以准确地反映送风温度，室外机中设置有冷凝器7；
还设置有压缩机5，生厂商可通过设计将压缩机5放置在室外机或室内机中，蒸发器3的制冷剂气体接口与压缩机5的吸气口通过气态制冷剂管的两端进行连接，蒸发器3的制冷剂液体接口与冷凝器7液体接口通过液态制冷剂管的两端进行连接，压缩机5的排气口与冷凝器7的气体接口通过气管的两端进行连接，以实现空调系统中制冷剂的循环流动。
在液态制冷剂管上设置有膨胀阀6，用于控制液态制冷剂的流动速度和压力。
本实施例还具有图1中未标示出的系统控制器，所述系统控制器分别与回风温度传感器1、送风温度传感器2电连接以采集温度信号；系统控制器分别与内风机4电连接以控制内风机4的转速；系统控制器与压缩机5电连接以控制压缩机5的输出频率。
基于上述空调结构，运行以下方法以实现调节内风机4的转速V与压缩机5的频率F。
以下述步骤来计算每个能力计算周期(例如为5秒)的差值e(k)和送回风温度差偏离值e(p)，并将差值e(k)作为变量代入PID计算公式中计算出压缩机5的频率F、将送回风温度差偏离值e(p)作为变量代入PID计算公式计算出内风机4的转速，每隔一个能力计算周期重复以下步骤直至直到e(k)、e(p)为零，这样的循环控制方法使得送风温度可以更快达到设定值。
其中，计算差值e(k)的方式是：采集回风温度值和送风温度值，计算回风温度与送风温度之间的差值，所述差值为送回风温差值；计算送风温度设定值与目标送回风温差值(例如其初始值设置为4℃)之间的和值，所述和值为回风温度目标值；计算回风温度值与回风温度目标值之间的差值e(k)；
具体地，回风温度值由回风温度传感器1采集，送风温度值由送风温度传感器2采集，所述送风温度设定值、目标送回风温差值为设定值。
计算压缩机5的频率F的方式是：将差值e(k)作为变量代入PID计算公式中计算出压缩机5的频率F，系统控制器以频率F来控制压缩机5的频率输出；
具体地，压缩机5的频率F的计算公式为：
Figure BDA0002500179960000041
其中，KP’为压缩机比例系数，KI’为压缩机积分系数，F1为压缩机启动频率。
进一步地，所述压缩机启动后，在第一个能力计算周期内，系统控制器控制压缩机先运行至最高频率的50％，压缩机先运行至最高频率的50％是为了使压缩机工作在一个平衡的状态，以更快地适应后续的调整。
计算送回风温度差偏离值e(p)的方式是：所述送回风温度差偏离值e(p)为送回风温差与目标送回风温差值之间的差值；
计算内风机4的转速V的方式是：将送回风温度差偏离值e(p)作为变量代入PID计算公式计算出内风机4的转速V，系统控制器以转速V来控制内风机4的转速；
具体地，内风机4的转速V的计算公式为：
Figure BDA0002500179960000051
为内风机比例系数，P I’为内风机积分系数，V1为内风机启动转速。
同样，所述内风机4启动后，先运行至最高转速的50％，内风机4先运行至最高频率的50％是为了使内风机4工作在一个平衡的状态，以更快地适应后续的调整。
上述中，每隔一个能力计算周期，系统控制器分别采集差值e(k)与送回风温度差偏离值e(p)并判断e(k)、e(p)是否为零，若判断e(k)、e(p)为零，则控制压缩机5保持当前的频率输出，同时控制内风机4保持当前的转速运行，以维持送风温度在送风温度设定值的上下波动范围(例如为±0.5℃)；否则继续执行下述更新目标送回风温差值的步骤。
本实施例中，更新目标送回风温差值的步骤是：在压缩机启动后，为实时更新目标送回风温差值以达到稳定控制压缩机5的输出频率和内风机4的转速的效果，系统控制器每隔一个送回风温差采集周期A(例如为4秒)中，若连续2s出现以下的两种情况中的任意一种，则求取当前的送回风温差值与ΔT’之间的和值为来作为下个能力计算周期的目标送回风温差值，所述ΔT’＝送风温度设定值-送风温度值。
上述中，
情况(1)为：ΔT’≥温度运行波动上限(例如0.5℃)；
情况(2)为：ΔT’≤温度运行波动下限(例如-0.5℃)。
具体地，若第n个能力计算周期的目标送回风温差值≥特征温度1(例如20℃)时，则将特征温度1作为第n个能力计算周期的目标送回风温差值，以第n、n+1、n+2......个能力计算周期的目标送回风温差值与负数形式的差值ΔT’之间的和值作为第n+1、n+2、n+3......个能力计算周期的目标送回风温差值，以保持目标送回风温差值≤特征温度1；若第i个能力计算周期的目标送回风温差值≤特征温度2(例如1℃)，则以特征温度2作为第i个能力计算周期的目标送回风温差值，以第i、i+1、i+2......个能力计算周期的目标送回风温差值与正数形式的差值ΔT’之间的和值作为第i+1、i+2、i+3......个能力计算周期的目标送回风温差值，直至当前的目标送回风温差值再次大于或等于特征温度1，以此类推以更新目标送回风温差值，这样循环调节的方式是为了保证送风温度在温度运行波动上限和温度运行波动下限，不会出现过调的情况。
重复执行上述步骤，直至e(k)、e(p)为零。
本实施例通过不断地更新目标送回风温差值，可使空调器快速地适应房间负荷变化，进而快速控制送风温度。
本实施例中，可用按照下述方式来替代上述的更新目标送回风温差值的步骤，以达到稳定控制压缩机5的输出频率和内风机4的转速的效果，具体为：
在压缩机启动后，每隔一个送回风温差采集周期B(例如3秒)中，若连续2s采集到差值ΔT’在温度运行波动下限与温度运行波动上限之间，则计算回风温度值与送风温度设定值之间的差值，将该差值作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值。
本实施例中，也用按照下述方式来替代上述的更新目标送回风温差值的步骤，以达到稳定控制压缩机5的输出频率和内风机4的转速的效果，具体为：
当机组重新开机或压缩机重新开启时，将目标送回风温差值的初始值(例如为4℃)作为第1个能力计算周期的目标送回风温差值。
本发明的优点在于：
1.由于内风机与压缩机实时调整输出且输出的趋势相同(即同增加输出或减少输出)，送风温度可以更快达到设定值；
2.采用送风温度与回风温度耦合的方法，将控制送风温度转换为控制回风温度，进而间接控制送风温度，其优点在于回风温度比较稳定且能反应房间实际负荷大小，将其作为控制送风温度的关键参数，可以很好的解决送风温度波动大的问题，并且内风机转速及压缩机频率与负荷大小相匹配，可以提高部分负荷下的能效比。
需要说明的是：
本实施例所用的方法，可转化为可存储于计算机存储介质中的程序步骤及装置，通过被控制器调用执行的方式进行实施。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的检测电子设备的佩戴状态的装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
例如，图2示出了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备传统上包括处理器21和被安排成存储计算机可执行指令(程序代码)的存储器22。存储器22可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器22具有存储用于执行实施例中的任何方法步骤的程序代码24的存储空间23。例如，用于程序代码的存储空间23可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码24。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图3所述的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以具有与图2的电子设备中的存储器22类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元存储有用于执行根据本发明的方法步骤的程序代码31，即可以由诸如21之类的处理器读取的程序代码，当这些程序代码由电子设备运行时，导致该电子设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种精确控制送风温度的空调，包括室外机和室内机，其特征在于，所述室内机包括回风温度传感器、送风温度传感器、蒸发器、内风机，回风温度传感器安装在蒸发器的回风侧，蒸发器的送风侧安装有内风机和送风温度传感器，所述室外机中设置有冷凝器；
还包括有压缩机，所述蒸发器的制冷剂气体接口与压缩机的吸气口分别连接气态制冷剂管的两端，所述蒸发器的制冷剂液体接口与冷凝器液体接口分别连接在液态制冷剂管的两端，所述压缩机的排气口与冷凝器的气体接口分别连接在气管的两端；
还设置有系统控制器，所述系统控制器分别与回风温度传感器、送风温度传感器、内风机、压缩机电连接。
2.根据权利要求1所述的空调，其特征在于，所述送风温度传感器设置在内风机的出风口处。
3.根据权利要求1所述的空调，其特征在于，还包括有膨胀阀，所述膨胀阀设置在液态制冷剂管上。
4.权利要求1-3中任一项所述空调的控制方法，其特征在于，在空调的系统控制器中周期执行下述步骤，直至e(k)、e(p)为零：
差值e(k)计算步骤，其采集回风温度值和送风温度值，计算回风温度与送风温度之间的差值，所述差值为送回风温差值，计算回风温度目标值，所述回风温度目标值为送风温度设定值与目标送回风温差值之和，计算回风温度值与回风温度目标值之间的差值e(k)；
频率F计算步骤，其将差值e(k)作为变量代入PID算法中以求取压缩机的频率F，并以频率F控制压缩机的频率输出；
送回风温度差偏离值e(p)计算步骤，其求取送回风温差与目标送回风温差值之间的差值，所述差值为送回风温度差偏离值e(p)；
转速V计算步骤，其将送回风温度差偏离值e(p)作为变量代入PID算法中以求取风机的转速V，并以转速V控制内风机的转速；
判断步骤，其若判断e(k)、e(p)为零，则控制压缩机保持当前的频率输出，控制内风机保持当前的转速运行；
目标送回风温差值更新步骤，其在压缩机启动后，每隔一个送回风温差采集周期更新一次目标送回风温差值。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述压缩机启动后，先运行至50％的频率。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述内风机启动后，先运行至50％的转速。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，目标送回风温差值更新步骤进一步包括：
在压缩机启动后，每隔一个送回风温差采集周期A，若设定时间内连续检测到ΔT’≥温度运行波动上限或ΔT’≤温度运行波动下限，则求取当前的送回风温差值与ΔT’之间的和值以作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，目标送回风温差值更新步骤进一步包括：
若当前能力计算周期的目标送回风温差值≥特征温度1时，则将特征温度1作为当前能力计算周期的目标送回风温差值，将当前的目标送回风温差值与负数形式的差值ΔT’之间的和值作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值；
若当前能力计算周期的目标送回风温差值≤特征温度2，则以特征温度2作为当前能力计算周期的目标送回风温差值，将当前的目标送回风温差值与正数形式的差值ΔT’之间的和值作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值；
所述特征温度1、特征温度2为设定值。
9.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，目标送回风温差值更新步骤进一步包括：在压缩机启动后，每隔一个送回风温差采集周期B中，若连续采集到差值ΔT’在温度运行波动下限与温度运行波动上限之间，则计算回风温度值与送风温度设定值之间的差值，并将该差值作为下一个能力计算周期的目标送回风温差值。
10.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，目标送回风温差值更新步骤进一步包括：当机组重新开机或压缩机重新开启时，将目标送回风温差值的初始值作为第1个能力计算周期的目标送回风温差值。
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