CN111795486B - 空调系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种空调系统的控制方法，包含：依据即时运转信息，控制器计算出盘管的一平均热交换量。依据即时运转信息及一热交换模型，在热交换模型中设定一满载风量参数及一满载水量参数，控制器计算出一满载热交换量。依据平均热交换量及满载热交换量计算出一动态裕度值。判断动态裕度值是否大于一第一预设条件或小于一第二预设条件，使控制器分别输出一第一控制信号或一第二控制信号，以调整盘管的一盘管进水温度；以及当动态裕度值小于第一预设条件且大于第二预设条件时，控制器维持目前设定状态。

Description

空调系统的控制方法
技术领域
本案有关一种控制方法，特别是关于一种空调系统的控制方法。
背景技术
空调设备在对室内空调区域进行冷却除湿或加热的过程中主要是通过盘管式热交换器进行。在现有的参数设计中，通常会根据空调区域在最大负荷设计条件下进行热交换能力的计算与规格的定义，但是在实际操作上，进入盘管式热交换器内的液态流体温度及流量，还有管外的气态流体温度及流量，皆会影响盘管式热交换器的热交换能力。
目前计算热交换量的方式大多是通过液态流体于盘管(热交换器)进出温差及流量的乘积进行计算，此种方式仅能掌握当前的热交换量，并无法提供后续优化控制的效益。
发明内容
本案提出一种空调系统的控制方法，应用于具有一控制器、一盘管、一风机以及多个检测器的一空调箱，该些检测器用以检测盘管的一即时运转信息，此空调系统的控制方法包含：依据即时运转信息，控制器计算出盘管的一平均热交换量。依据即时运转信息及一热交换模型，在热交换模型中设定一满载风量参数及一满载水量参数，控制器计算出一满载热交换量。依据平均热交换量及满载热交换量计算出一动态裕度值。判断动态裕度值是否大于一第一预设条件或小于一第二预设条件，其中第一预设条件大于第二预设条件；当动态裕度值大于第一预设条件时，控制器输出一第一控制信号，以调整盘管的一盘管进水温度；当动态裕度值小于第二预设条件时，控制器输出一第二控制信号，以调整盘管的盘管进水温度；以及当动态裕度值小于第一预设条件且大于第二预设条件时，控制器维持目前设定状态。
在一些实施例中，即时运转信息包含一盘管进出口水温差、一盘管进出口水压差、一进风温湿度、一进风量、一盘管进水流量及该盘管进水温度。
在一些实施例中，在计算平均热交换量的步骤更包含：设定一预设时间周期及一预设次数；每经过预设时间周期，依据即时运转信息计算并记录每一当前热交换量；以及达到预设次数后，计算所有纪录的当前热交换量的平均值，以作为平均热交换量。
在一些实施例中，热交换模型依据盘管的一原厂性能参数及一环境参数所建立。其中，环境参数包含一进风湿球温度、一绝对湿度、一焓值及一露点温度。
在一些实施例中，动态裕度值大于第一预设条件时，于空调箱进行供冷运转时，控制器依据第一控制信号提升盘管进水温度；以及于空调箱进行供热运转时，控制器依据第一控制信号降低盘管进水温度。
在一些实施例中，动态裕度值小于第二预设条件时，于空调箱进行供冷运转时，控制器依据第二控制信号降低盘管进水温度；以及于空调箱进行供热运转时，控制器依据第二控制信号提升盘管进水温度。
在一些实施例中，当动态裕度值小于第二预设条件时，控制器更可输出一第三控制信号，以控制空调箱的一风门以减少风门的开度。
在一些实施例中，满载风量参数包含一盘管最大进风量；以及满载水量参数包含一盘管最大进水流量。
在一些实施例中，控制器维持目前设定状态的步骤中，更包含：维持进风量、盘管进水流量及盘管进水温度不变。
因此，本案可根据平均热交换量及满载热交换量获得一动态裕度值，以即时掌握空调箱在各种运转条件下的热交换量及动态裕度值，进而提供后续优化连动控制的目的。
附图说明
图1为根据本案一实施例的空调箱的方块示意图。
图2为根据本案一实施例的空调系统的控制方法的流程示意图。
图3为根据本案使用的盘管的参数关系曲线示意图。
图4为根据本案一实施例取得平均热交换量的流程示意图。
其中附图标记为：
10:空调箱
12:控制器
14:盘管
16:风机
18:检测器
181:水压力检测器
182:水温度检测器
183:风压差检测器
184:温湿度检测器
Qcoil:热交换能力
S10～S26:步骤
S101～S103:步骤
Tw:盘管进水温度
具体实施方式
图1为根据本案一实施例的空调箱的方块示意图。请参阅图1所示，空调箱10包含一控制器12、一盘管14、一风机16以及多个检测器18，且控制器12电性连接风机16及检测器18，该些检测器18用以检测盘管14的一即时运转信息，此即时运转信息包含一盘管进出口水温差、一盘管进出口水压差、一进风温湿度、一进风量、一盘管进水流量及一盘管进水温度等。在一实施例中，检测器18包含水压力检测器181、水温度检测器182、风压差检测器183以及温湿度检测器184，水压力检测器181用以感测盘管14的进水口及出水口的水压力，以获得盘管进出口水压差及盘管进水流量；水温度检测器182用以感测盘管14的进水口及出水口的水温度，以获得盘管进出口水温差及盘管进水温度；风压差检测器183用以感测盘管14的风压差，以获得盘管14的进风量；温湿度检测器184用以感测盘管14的进风口的温湿度，以获得进风温湿度，此进风温湿度包含对应的干球温度及相对湿度。其中，盘管14为气态流体与液态流体在进行热交换过程的媒介装置，所以在盘管14本身的几何设计(包含热传材质、形状、面积等物理参数)和气态流体、液态流体之间的参数都会对热交换能力造成影响，而在实际的应用场合中，盘管14的几何设计参数都是固定的，因此只要掌握气态流体与液态流体的即时运转信息，即可计算盘管的热交换能力。
图2为根据本案一实施例的空调系统的控制方法的流程示意图，请同时参阅图1及图2所示，空调系统的控制方法应用于如图1所示的空调箱10，此控制方法包含下列步骤：首先，如步骤S10所示，依据即时运转信息，控制器12计算出盘管14的一平均热交换量。在一实施例中，此即时运转信息包含盘管进出口水温差及盘管进出口水压差。
如步骤S12所示，根据即时运转信息及一热交换模型，在热交换模型中设定一满载风量参数及一满载水量参数，控制器12计算出一满载热交换量。在一实施例中，此即时运转信息包含进风温湿度(包含干球温度及相对湿度)、进风量、盘管进水流量及盘管进水温度。在一实施例中，热交换模型依据盘管14的一原厂性能参数及一环境参数所建立，且此环境参数包含一进风湿球温度、一绝对湿度、一焓值及一露点温度，其中的进风湿球温度由前述的进风温湿度所决定。在一实施例中，本案使用的原厂性能参数即如图3所示，在特定几何材质参数设计下的盘管14的各参数间的参考曲线，此原厂性能参数由盘管14的制造厂商所提供。在一实施例中，热交换模型更包含一满载热交换能力计算公式，此满载热交换能力计算公式为C1*mwater+C2*mair+C3*Tair+C4*RHair+C5*Tw+C6，其中mwater为盘管进水流量、mair为进风量、Tair为干球温度、RHair为相对湿度、Tw为盘管进水温度以及C1～C6为回归系数，且在控制器12利用满载热交换能力计算公式计算满载热交换量时，会将盘管进水流量mwater设定为作为满载水量参数的盘管最大进水流量mwater_100％以及将进风量mair设定为作为满载风量参数的盘管最大进风量mair_100％，以获得满载热交换量为C1*mwater_100％+C2*mair_100％+C3*Tair+C4*RHair+C5*Tw+C6。
如步骤S14所示，依据平均热交换量及满载热交换量计算出一动态裕度值。详言之，控制器12根据裕度计算公式来进行计算，此裕度计算公式为(满载热交换量-平均热交换量)/满载热交换量，以据此计算出动态裕度值。
如步骤S16及步骤S18所示，控制器12判断动态裕度值是否大于一第一预设条件或是判断动态裕度值是否小于一第二预设条件，其中第一预设条件大于第二预设条件。在一实施例中，第一预设条件为25％，第二预设条件为20％。
当动态裕度值大于第一预设条件时，如步骤S20所示，控制器12输出一第一控制信号，以调整盘管14的盘管进水温度，提供空调箱10节能运转操作策略。详言之，在动态裕度值大于第一预设条件时，当空调箱10进行供冷运转时，控制器12发出第一控制信号通知冷源主机(图中未示)提升供水温度，以提升盘管进水温度，进而降低运转能耗；当空调箱10进行供热运转时，控制器12发出第一控制信号通知热源主机(图中未示)降低供水温度，以降低盘管进水温度，进而降低能耗。
当动态裕度值小于第二预设条件时，如步骤S22所示，控制器12输出一第二控制信号，以调整盘管14的盘管进水温度，提供空调箱10舒适度运转操作策略，以避免盘管14的热交换能力不足造成环境舒适度降低的结果。详言之，在动态裕度值小于第二预设条件时，当空调箱10进行供冷运转时，控制器12发出第二控制信号通知冷源主机(图中未示)降低供水温度，以降低盘管进水温度；当空调箱10进行供热运转时，控制器12发出第二控制信号通知热源主机(图中未示)提升供水温度，以提升盘管进水温度。在一实施例中，在提升空调舒适度运转操作策略下(动态裕度值小于第二预设条件)，如步骤S26所示，控制器12更可输出一第三控制信号，以利用第三控制信号控制空调箱10的一风门(图中未示)，以减少风门的开度，并借此降低空调负载，提升裕度值。
当动态裕度值小于第一预设条件且大于第二预设条件时(于步骤S16及步骤S18中的判断结果皆为否)，如步骤S24所示，控制器12维持目前设定状态，不提供优化控制策略，以维持进风量、盘管进水流量及盘管进水温度不变。
在一实施例中，如图1及图4所示，在计算平均热交换量的步骤更包含下列步骤：如步骤S101所示，控制器12先设定一预设时间周期及一预设次数。如步骤S102所示，每经过此预设时间周期，控制器12依据盘管进出口水温差及盘管进出口水压差的即时运转信息计算并记录每一当前热交换量。如步骤S103所示，当计算次数达到此预设次数后，控制器12计算所有纪录的当前热交换量的平均值，以作为平均热交换量。在一实施例中，控制器12在计算每一当前热交换利用一实际热交换能力计算公式进行运算，此实际热交换能力计算公式为Qcoil＝ΔT*Cp*mw，其中Qcoil为当前热交换量的热交换能力、ΔT为盘管进出口水温差、Cp为比热以及mw为流量，且实际应用时将通过盘管14的进水口和出水口的盘管进出口水压差来进行流量mw的换算，此流量公式为mw＝C1*ΔP2+C2*ΔP+C3，其中ΔP为盘管进出口水压差以及C1～C3为回归系数，因此，利用实际量测到的盘管进出口水温差ΔT及盘管进出口水压差ΔP的即时运转信息即可计算出每隔一预设时间周期的盘管14的当前热交换量Qcoil，再将累计有预定次数的所有当前热交换量Qcoil加总起来除以预定次数，即可获得前述的平均热交换量。
承上，本案通过于空调箱的控制器内建置热交换模型的方式，当空调箱在动态实际工况条件(包含进风温湿度以及盘管进水温度的即时运转信息)时，控制器可自动计算当进风量与盘管进水流量提供在满载条件下的满载热交换能力应为何，并且根据即时的平均热交换量进行比对，进而计算出空调箱的动态裕度值，控制器得到盘管的动态裕度值将可提供后续优化连动控制的效益。举例来说，当控制器根据计算结果获知盘管长时间皆处于高裕度状态下运转时，本方法可主动告知使用者可以调升冷源系统主机或调低热源系统主机的流体供应温度(盘管进水温度)，或是通过控制器自动调升冷源系统主机或调低热源系统主机的流体供应温度，以减少能耗浪费；反之，当获知盘管长时间皆处于低裕度状态下运转时，则本方法将会主动告知使用者可以调低冷源系统主机或调高热源系统主机的流体供应温度(盘管进水温度)，或是通过控制器自动调低冷源系统主机或调高热源系统主机的流体供应温度，以维持室内舒适空调环境控制。
本文中所揭示的方法包含用于实现所描述的方法的多个步骤或动作。在不脱离申请专利范围的情况下，前述方法中的步骤可以彼此互换。举例来说，在图2所示的流程图中，步骤S10和步骤S12可以彼此互换，换句话说，先取得平均热交换量或是满载热交换量都不会影响到后续的运算处理，仍然可以继续执行后续步骤S14的计算处理，而不会受到互换步骤的影响。
综上所述，本案可根据平均热交换量及满载热交换量获得一动态裕度值，以即时掌握空调箱在各种运转条件下的热交换量及动态裕度值，进而提供后续优化连动控制的目的。此外，计算获得的热交换量及动态裕度值，同时也可以作为日后场域设计变更与检讨设备空调热交换量时重要的参考依据。
以上所述的实施例仅为说明本案的技术思想及特点，其目的在使熟悉此项技术者能够了解本案的内容并据以实施，当不能以的限定本案的专利范围，即大凡依本案所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本案的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种空调系统的控制方法，应用于具有一控制器、一盘管、一风机以及多个检测器的一空调箱，该些检测器用以检测该盘管的一即时运转信息，该空调系统的控制方法包含：
依据该即时运转信息，该控制器计算出该盘管的一平均热交换量；
依据该即时运转信息及一热交换模型，在该热交换模型中设定一满载风量参数及一满载水量参数，该控制器计算出一满载热交换量；
依据该平均热交换量及该满载热交换量计算出一动态裕度值，其中该控制器根据(该满载热交换量-该平均热交换量)/该满载热交换量，以计算出该动态裕度值；
判断该动态裕度值是否大于一第一预设条件或小于一第二预设条件，其中该第一预设条件大于该第二预设条件；
当该动态裕度值大于该第一预设条件时，该控制器输出一第一控制信号，以调整该盘管的一盘管进水温度；
当该动态裕度值小于该第二预设条件时，该控制器输出一第二控制信号，以调整该盘管的该盘管进水温度；以及
当该动态裕度值小于该第一预设条件且大于该第二预设条件时，该控制器维持目前设定状态。
2.如权利要求1所述的空调系统的控制方法，其中该即时运转信息包含一盘管进出口水温差、一盘管进出口水压差、一进风温湿度、一进风量、一盘管进水流量及该盘管进水温度。
3.如权利要求1所述的空调系统的控制方法，其中在计算该平均热交换量的步骤更包含：
设定一预设时间周期及一预设次数；
每经过该预设时间周期，依据该即时运转信息计算并记录每一当前热交换量；以及
达到该预设次数后，计算所有纪录的该当前热交换量的平均值，以作为该平均热交换量。
4.如权利要求1所述的空调系统的控制方法，其中该热交换模型依据该盘管的一原厂性能参数及一环境参数所建立。
5.如权利要求4所述的空调系统的控制方法，其中该环境参数包含一进风湿球温度、一绝对湿度、一焓值及一露点温度。
6.如权利要求1所述的空调系统的控制方法，其中该动态裕度值大于该第一预设条件时，在调整该盘管进水温度的步骤更包含：
该空调箱进行供冷运转时，该控制器依据该第一控制信号提升该盘管进水温度；以及
该空调箱进行供热运转时，该控制器依据该第一控制信号降低该盘管进水温度。
7.如权利要求1所述的空调系统的控制方法，其中该动态裕度值小于该第二预设条件时，在调整该盘管进水温度的步骤更包含：
该空调箱进行供冷运转时，该控制器依据该第二控制信号降低该盘管进水温度；以及
该空调箱进行供热运转时，该控制器依据该第二控制信号提升该盘管进水温度。
8.如权利要求7所述的空调系统的控制方法，其中当该动态裕度值小于该第二预设条件时，该控制器更可输出一第三控制信号，以控制该空调箱的一风门以减少该风门的开度。
9.如权利要求1所述的空调系统的控制方法，其中该满载风量参数包含一盘管最大进风量；以及该满载水量参数包含一盘管最大进水流量。
10.如权利要求2所述的空调系统的控制方法，其中该控制器维持目前设定状态的步骤中，更包含：维持该进风量、该盘管进水流量及该盘管进水温度不变。
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