CN111981642A - 热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热泵空调技术领域，以解决现有的热泵空调能量调节过程中系统响应慢、能效低的问题，为此，提供了一种热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，该方法包括：检测所述空调系统的总出水温度；根据所述总出水温度确定所述空调系统的能量需求；基于所述能量需求确定所述空调系统的动作区域；基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作。本发明提供的能量调节控制方法，能够有效避免能源浪费，提高系统的能效，实现资源的合理配置，减小模块机组的损耗，实现系统的高效率运转。

Description

热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法

技术领域

本发明涉及热泵空调技术领域，具体涉及一种热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法。

背景技术

模块机组，又称冷水机组，是热泵空调系统中的重要组成部分。模块机组可由单台压缩机及其他部件组成一个独立的制冷(热)系统，也可由多台压缩机及其他部件组成一个可实现多级能量调节的独立制冷(热)系统，两台或者两台以上的独立制冷(热)系统组成一台模块机组。此种模块化设计使得每个制冷(热)系统各自独立、互为备用，任何一个环路发生异常情况都不会影响其他环路的正常运行。

现有的多模块机组之间的能量调节控制通常发生在集控中心内，能量调节方式基本以反馈水温的方式进行，即通过检测水路水温情况并反馈，实现PID调节控制，具体以检测总水路水温进行模块间加卸载控制。以由四台模块机组组成的空调系统的加卸载过程为例，当系统需要加载时，则控制系统在一个温控周期内加载一台机组，直至出水水温达到设定水温；当系统需要卸载时，控制各模块机组以一个温控周期顺次卸载。现有的能量调节方式可在一定程度上实现按需调节的要求，但系统响应慢，能效低，存在一定的调节局限性，不能完全准确高效地反馈室内侧能需要求。

相应地，本领域需要一种新的热泵空调系统能量调节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，即为了解决现有的热泵空调能量调节过程中系统响应慢、能效低的问题，本发明提供了一种热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，所述空调系统包括多台并联的模块机组，所述控制方法包括：

检测所述空调系统的总出水温度；

根据所述总出水温度确定所述空调系统的能量需求；

基于所述能量需求确定所述空调系统的动作区域；

基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，“根据所述总出水温度确定所述空调系统的能量需求”的步骤具体包括：

计算所述总出水温度与预设温度阈值之间的差值；

根据所述差值确定所述空调系统的能量需求，

其中，所述差值越大，所述能量需求越大。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，所述能量需求包括加载需求，所述动作区域包括多个加载区，

“基于所述能量需求确定所述空调系统的动作区域”的步骤具体包括：根据所述加载需求的大小确定对应的一个加载区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：在每个所述加载区内加载至少一个所述模块机组。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，每个所述加载区具有一个对应的温控周期，每个所述加载区的温控周期彼此不同并且与每个所述加载区对应的加载需求的大小成反比例关系，

“在每个所述加载区内加载至少一个所述模块机组”的步骤进一步包括：当时间达到每个所述加载区的温控周期时加载至少一个所述模块机组。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，每个所述加载区的温控周期通过以下公式确定：

其中，T_子表示所述加载区的温控周期，T表示所述空调系统的系统温控周期，N表示所述加载区的个数，i表示第i加载区，且1≤i≤N。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，所述能量需求包括稳定需求，所述动作区域包括稳定区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：

控制所述空调系统维持当前状态，既不加载也不卸载。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，所述能量需求包括卸载需求，所述动作区域包括卸载区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：

在所述卸载区内卸载至少一个已加载的模块机组。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，所述能量需求包括卸载需求，所述动作区域包括卸载区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：

在所述卸载区内以所述多个加载区的温控周期中最大的一个为周期逐步卸载已加载的模块机组，直至剩下最后一个模块机组。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，所述能量需求包括停机需求，所述动作区域包括停机区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：

在所述停机区内直接关闭所有已加载的模块机组。

在上述热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的优选技术方案中，每个所述模块机组都包括至少一个压缩机，

“控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：控制所述模块机组的压缩机的开启和关闭。

本发明提供的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，通过检测空调系统的总出水温度，根据总出水温度来确定空调系统的能量需求，根据能量需求的大小来确定空调系统的动作区域，进而控制模块机组的加卸载动作，在系统的能量需求大时实现模块机组的快速响应，以使总出水温度快速达到设定温度，在能量需求小时通过对已加载的模块机组进行卸载来避免能源浪费，能有效提高系统的能效，实现资源的合理配置，减小模块机组的损耗，实现系统的高效率运转。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，附图中：

图1为本发明实施例提供的热泵空调系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的操作步骤流程图；

图3为本发明提供的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的一个具体实施例；

附图标记列表：

1、空调末端；2、水泵；3、总出水管路；4、总回水管路；5、模块机组；6、水流开关。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些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。例如，虽然下述的实施方式是结合水冷热泵空调系统来解释说明的，但是，这并不是限制性的，本发明的技术方案同样适用于风冷热泵空调等，这种应用对象的改变并不偏离本发明的原理和范围。

另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的热泵空调的工作原理未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

基于背景技术指出的现有的热泵空调能量调节控制方法使得空调系统能效低的问题，本发明提供了一种热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，以在控制系统响应的过程中避免能源浪费，减小模块机组的损耗，实现资源的合理配置，实现系统的高效率运转。

参照图1-图3，图1为本发明实施例提供的热泵空调系统的示意图；图2为本发明实施例提供的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的操作步骤流程图；图3为本发明提供的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法的一个具体实施例。

首先参照图1对本发明的热泵空调系统进行描述。如图1，本实施例提供的热泵空调系统包括多台并联的模块机组5，例如可以为4个或8个模块机组5并联设置。各个模块机组5的出水汇入总出水路管路中，总出水管路3中的冷(热)水在空调末端1进行热交换后通过总回水管路4进入各个模块机组5的水路系统中，每台模块机组5的出水管路上设置有独立的水流开关6，以及可以设置独立的水泵2。每台模块机组5由两个独立的制冷(热)子系统(未图示)组成，每个制冷(热)子系统主要包括压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀，即单台模块机组5采用双压缩机系统，可实现二级能量调控。当然还可以为其他数量的压缩机，在此的两台压缩机仅为示例性描述。对于空调系统中水泵2的控制，机组在待机状态下水泵2不启动，进入工作状态时，首先启动水泵2。对于多台模块机组5共用一套水管路系统的情形，只要机组启动，则所有水泵2全部启动，水泵2的运转不受机组运转台数的限制。

基于上述的空调系统，本实施例提供一种热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，参照图2，该控制方法包括以下步骤：

S1、检测空调系统的总出水温度。空调系统的总出水管路中安装有温度传感器，该温度传感器设置在各分支水路的出水充分混合后的位置处，以提高总出水温度的检测精度。在检测空调系统的总出水温度之前，还需要对系统是否存在故障进行检查。具体地，参照图2，机组上电后，对系统进行初始化，用户选择具体的工作模式后，即向系统发送了开机信号，系统首先检测是否有可用的模块机组，如果系统中的模块机组未全部故障，有可用的模块机组，则控制水路系统中的水泵开启，通过水流对水路系统进行冲洗，运行2分钟后，检测该模块机组中的水温是否满足压缩机的开机温度，若满足，则先开启模块机组中子系统的风机，然后再开启压缩机。若不满足压缩机的开机温度，则继续进行检查是否满足压缩机开机条件。

S2、根据总出水温度确定空调系统的能量需求。具体地，可以通过如下操作实现：

S21、计算总出水温度与预设温度阈值之间的差值。对于热泵空调系统，用户可以自行对总出水温度进行设定，预设温度阈值即用户自行设定的总出水温度值，例如在制热模式下，用户将总出水温度设定为40℃；在制冷模式下，用户将总出水温度设定为10℃。此外，系统还设置有默认总出水温度，当用户未对总出水温度进行自行设定的情形下，系统直接将默认总出水温度作为预设温度阈值来与测定的总出水温度进行比较。例如，在制冷模式下，系统默认总出水温度为7℃，在制热模式下，系统默认总出水温度为45℃。可以理解的是，上述的数值仅仅是示例性的，并不应当构成对本发明保护范围的限制。

S22、根据差值确定空调系统的能量需求，其中，差值越大，能量需求越大。具体地，测定的总出水温度与预设温度阈值进行比较后的结果为一个温度差值，该温度差值在预设温度阈值不同的情形下会造成系统出现不同的能量需求。例如有如下两组数据：第一次的预设温度阈值为5℃，测定的总出水温度为20℃，则差值为15℃；第二次的预设温度阈值为15℃，测定的总出水温度为20℃，则差值为5℃，由该组数据可以看出，第一次的系统能量需求较大，需要更多的冷量来使水温降低至设定值。

具体地，空调系统的能量需求可以划分为加载需求、稳定需求、减载需求和停机需求。加载需求表明系统需要增加模块机组的开启数量来提高制冷(热)量；稳定需求表明系统的总出水温度已非常接近或已达到预设温度阈值，需要系统维持现状；减载需求表明系统需要减少模块机组的开启数量来降低制冷(热)量；停机需求出现在用户发送了停机指令或者系统制冷(热)量远超系统需求的情形下。

S3、基于能量需求确定空调系统的动作区域。具体地，可以经过试验获得步骤2中可能出现的温度差值，然后对温度差值形成的数值范围进行划分，以定义与能量需求相匹配的空调系统的动作区域。动作区域包括加载区、稳定区、卸载区和停机区，其中，加载区可以细分为多个加载区。例如，参照图3所示，空调系统配置有8台并联的模块机组，加载区具体细分为3个加载区，分别是第一加载区、第二加载区和第三加载区。可以理解的是，加载区还可以划分为2个、4个或其他数量的加载区，具体根据需要进行设定。

以空调系统制冷为例，其动作区域的划分可以参照如下示例：

第一加载区，需满足：T_总出-T_预设＞+10；

第二加载区，需满足：+5＜T_总出-T_预设≤+10；

第三加载区，需满足：+2＜T_总出-T_预设≤+5；

稳定区，需满足：0＜T_总出-T_预设≤+2；

卸载区，需满足：-2＜T_总出-T_预设≤0；

停机区，需满足：T_总出-T_预设≤-2。

其中，T_总出表示测定的总出水温度，T_预设表示用户设定温度，即预设温度阈值。

以空调系统制热为例，其动作区域的划分可以参照如下示例：

第一加载区，需满足：T_总出-T_预设≤-10；

第二加载区，需满足：-10＜T_总出-T_预设≤-5；

第三加载区，需满足：-5＜T_总出-T_预设≤-2；

稳定区，需满足：-2＜T_总出-T_预设≤0；

卸载区，需满足：0＜T_总出-T_预设≤+2；

停机区，需满足：T_总出-T_预设＞+2。

步骤2中确定的能量需求与系统的动作区域有如下对应关系：加载需求对应不同的加载区，稳定需求对应稳定区，卸载需求对应卸载区，停机需求对应停机区。

进一步地，当系统的能量需求确定为加载需求时，可根据加载需求的大小进一步确定对应的一个加载区。

S4、基于确定出的动作区域控制模块机组的动作。

在空调系统工作初期，通常需要先对系统进行加载，每个加载区具有一个对应的温控周期，每个加载区的温控周期彼此不同，并且与每个加载区对应的加载需求的大小成反比例关系，则步骤S4需要执行的具体操作是：在每个加载区内加载至少一个模块机组。例如在步骤3中，初始确定的加载区为第二加载区，则首先按照第二加载区的温控周期加载一个模块机组，持续一个温控周期后，若系统根据其能量需求确定的动作区域仍然为第二加载区，则继续加载一个模块机组，直至系统确定了新的动作区域。

加载过程可以在一个温控周期的起始时开始加载，还可以在温控周期期间内进行加载，进一步地，当时间达到每个加载区的温控周期时加载至少一个模块机组，即在温控周期的期末进行加载，即下一个温控周期的期初进行加载，这样既方便系统控制，而且能更准确地反应系统的需求。

在一些优选的实施例中，每个加载区的温控周期可以通过以下公式确定：

其中，T子表示加载区的温控周期，T表示空调系统的系统温控周期，N表示加载区的个数，i表示第i加载区，且1≤i≤N。具体地，参照图3，共划分为3个加载区，第一加载区的温控周期为1/3T，第二加载区的温控周期为2/3T，第三加载区的温控周期为T。通过此种方式确定各个加载区的温控周期，可以实现总出水温度的连续渐变，避免水温出现大幅度波动。

当系统加载一定时间后，总出水温度逐渐接近设定温度，系统的能量需求也会随之发生变化。当系统的能量需求确定为稳定需求时，相应地，空调系统的动作区域确定为稳定区，如图3所示，确定为稳定需求时，则控制空调系统维持当前状态，既不加载也不卸载。

当系统以当前状态继续工作一段时间后，制造的冷(热)量会超过系统需求，则空调系统的能量需求会减小。当系统检测到该变化后，会确定出新的能量需求，即系统的能量需求确定为卸载需求，相应地，系统的动作区域会确定为卸载区。当确定为卸载区时，控制系统在卸载区内卸载至少一个已加载的模块机组。进一步地，控制模块机组在卸载区内以多个加载区的温控周期中最大的一个为周期逐步卸载已加载的模块机组，直至剩下最后一个模块机组。如图3所示，第一加载区的温控周期为1/3T，第二加载区的温控周期2/3T，第三加载区的温控周期为T，其中T为系统温控周期，卸载时，控制模块机组以T为温控周期逐步卸载已加载的模块机组。

当空调系统运行足够时间后，系统通过检测总出水温度后确定系统的能量需求为停机需求，则系统的动作区域确定为停机区。在停机区内直接关闭所有已加载的模块机组即可。具体地，在系统接收到停机信号后，控制各模块机组的压缩机按照设定的顺序以固定的时间间隔执行关闭操作，直至最后一台压缩机关闭后，关闭该模块机组中各子系统中的风机，然后延时关闭水泵。需要说明的是，在模块机组停机后，水泵仍然保持运行状态，在模块机组出现故障停机时，水泵按故障停机逻辑关闭。

还需要说明的是，模块机组一旦启动，压缩机在最短运行时间内不随出水温度变化而停机，故障保护除外。模块机组一旦停机，压缩机在最短停机间隔时间和两次启动间隔时间内，不随任何开机指令而开机，必须同时满足最短停机间隔时间和压缩机两次启动间隔时间，方可再次启动运行，其中最短停机间隔时间和压缩机两次启动间隔时间通过实验测定，以保护压缩机不因频繁启停而损坏。

进一步地，上述控制方法实现了模块机组之间的能量调节逻辑，当模块机组配置有多台压缩机以实现多级能调时，每个模块机组对其配置的压缩机进行独立调节，即在能量调节过程中，一个模块机组的压缩机的开启和关闭不受其他模块机组的影响，具体地，各个模块机组中压缩机的开启和关闭按照如下控制方式进行控制：

在制热模式下执行：

T1、检测模块机组的出水温度。

T2、将该出水温度与预设温度阈值进行比较，获得差值。

T3、根据差值来控制压缩机的开启和关闭。

具体地，当出水温度与预设温度阈值的差值大于1℃时，则关闭一台压缩机；当出水温度与预设温度阈值的差值在(-1,1)℃之间时，控制压缩机保持当前状态；当出水温度与预设温度阈值的差值小于-1℃时，控制模块机组开启一台压缩机。

需要说明的是，在模块机组单独控制中，检测的是模块机组的出水温度，而非空调系统的总出水温度。此外，当关闭至只剩一台压缩机时，则停止关闭压缩机，以保证该模块机组处于加载状态。此外，可以在记录了压缩机的累积工作时间的情形下对各压机的开启和关闭进行优先级判断，按照累积运行时间长短区分，累积运行时间长的后开启，累积运行时间短的先开启，累积运行时间长的先关闭，累积运行时间短的后关闭，以保证各压缩机的工作时间均衡，从而最大限度地延长系统及其压缩机的工作寿命。

本发明提供的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，通过检测空调系统的总出水温度，根据总出水温度来确定空调系统的能量需求，根据能量需求的大小来确定空调系统的动作区域，进而控制模块机组的加卸载动作，在系统的能量需求大时实现模块机组的快速响应，以使总出水温度快速达到设定温度，在能量需求小时通过对已加载的模块机组进行卸载来避免能源浪费，能有效提高系统的能效，实现资源的合理配置，减小模块机组的损耗，实现系统的高效率运转。

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 (10)

1.一种热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，所述空调系统包括多台并联的模块机组，所述控制方法包括：

检测所述空调系统的总出水温度；

根据所述总出水温度确定所述空调系统的能量需求；

基于所述能量需求确定所述空调系统的动作区域；

基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作。

2.根据权利要求1所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，“根据所述总出水温度确定所述空调系统的能量需求”的步骤具体包括：

计算所述总出水温度与预设温度阈值之间的差值；

根据所述差值确定所述空调系统的能量需求，

其中，所述差值越大，所述能量需求越大。

3.根据权利要求2所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，所述能量需求包括加载需求，所述动作区域包括多个加载区，

“基于所述能量需求确定所述空调系统的动作区域”的步骤具体包括：根据所述加载需求的大小确定对应的一个加载区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：在每个所述加载区内加载至少一个所述模块机组。

4.根据权利要求3所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，每个所述加载区具有一个对应的温控周期，每个所述加载区的温控周期彼此不同并且与每个所述加载区对应的加载需求的大小成反比例关系，

“在每个所述加载区内加载至少一个所述模块机组”的步骤进一步包括：当时间达到每个所述加载区的温控周期时加载至少一个所述模块机组。

5.根据权利要求4所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，每个所述加载区的温控周期通过以下公式确定：

其中，T_子表示所述加载区的温控周期，T表示所述空调系统的系统温控周期，N表示所述加载区的个数，i表示第i加载区，且1≤i≤N。

6.根据权利要求2所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，所述能量需求包括稳定需求，所述动作区域包括稳定区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：

控制所述空调系统维持当前状态，既不加载也不卸载。

7.根据权利要求2所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，所述能量需求包括卸载需求，所述动作区域包括卸载区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：

在所述卸载区内卸载至少一个已加载的模块机组。

8.根据权利要求4所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，所述能量需求包括卸载需求，所述动作区域包括卸载区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：

在所述卸载区内以所述多个加载区的温控周期中最大的一个为周期逐步卸载已加载的模块机组，直至剩下最后一个模块机组。

9.根据权利要求2所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，所述能量需求包括停机需求，所述动作区域包括停机区，

“基于确定出的动作区域控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：

在所述停机区内直接关闭所有已加载的模块机组。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的热泵空调系统模块机组的能量调节控制方法，其特征在于，每个所述模块机组都包括至少一个压缩机，

“控制所述模块机组的动作”的步骤具体包括：控制所述模块机组的压缩机的开启和关闭。

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