CN112032917B - 中央空调冷水系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中央空调冷水系统及控制方法，所述中央空调冷水系统包括空调主机及水路系统，所述空调主机包括压缩机和冷媒管路，所述水路系统包括控制器、水侧换热器、水泵及多个末端换热器，所述冷媒管路用于与所述水侧换热器进行换热，所述水侧换热器、所述末端换热器及所述水泵之间形成循环水路，所述水泵用于控制所述循环水路的流速，所述控制器用于根据所述压缩机的运行频率、各个末端换热器的出水温度以及所述水侧换热器的进水温度和出水温度来控制所述水泵的转速。采用本发明的技术方案，可实现准确的调整水路系统的水流量。

Description

中央空调冷水系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调领域，尤其涉及一种中央空调冷水系统及其控制方法。
背景技术
家用中央空调将室内空调负荷集中处理，产生的冷(热)量是通过一定的介质输送到空调房间，实现室内空气调节的目的。根据家用中央空调冷(热)负荷输送介质的不同可将家用中央空调分为风管系统、冷水系统、冷媒系统三种类型。
目前中央空调冷水系统多使用定频水泵对末端供应冷热水，水路系统的流量无法根据末端实际负荷进行调节，导致户式水机输出的能量无法适应末端负荷，出现供回水温差小能量利用不充分或温差过大不满足末端需求。
随着变频技术的推广，有部分中央空调冷水系统使用变频泵调节水系统流量以适应末端需求，但其控制仅针对供回水温差进行调控，未考虑水温变化趋势，水路系统无法实时适应末端负荷变化导致的水流量需求变化，导致水路供回水温差过大或过小，影响主机和末端换热效率。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中中央空调冷水系统无法准确调节水流量的技术问题，提供一种中央空调冷水系统及其控制方法。
本发明实施例中，提供了一种中央空调冷水系统，其包括空调主机及水路系统，所述空调主机包括压缩机和冷媒管路，所述水路系统包括控制器、水侧换热器、水泵及多个末端换热器，所述冷媒管路用于与所述水侧换热器进行换热，所述水侧换热器、所述末端换热器及所述水泵之间形成循环水路，所述水泵用于控制所述循环水路的流速，所述控制器用于根据所述压缩机的运行频率、各个末端换热器的出水温度以及所述水侧换热器的进水温度和出水温度来控制所述水泵的转速。
本发明实施例中，所述控制器对所述水泵的控制模式包括初始转速调节模式及运行中调节模式，所述初始转速调节模式中，所述水泵的初始转速R0的计算公式如下：
Figure 459179DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，V1为设定的转速系数，P为所述压缩机的当前运行频率，Pmax为所述压缩机的最大运行频率，Pmin为所述压缩机的最小运行频率，t为所述水泵的初始运行时间，Ti为所述水侧换热器的进水温度， To为所述水侧换热器的出水温度。
本发明实施例中，所述初始转速调节模式中，当
Figure 289863DEST_PATH_IMAGE004
趋于1时，所述控制器将对所述水泵的控制模式从初始转速调节模式切换为运行中调节模式，并记录初始模式的运行时间t1，并计算此时的群控温度系数α及所述水泵的转速调整周期T：
α=（Tsomax-Tsomin）/Tsom，
T= t1*α，
其中，Tsomax、Tsomin和Tsom分别是所述多个末端换热器的最高出水温度、最低出水温度及平均温度。
本发明实施例中，所述运行中调节模式中，所述控制器采用如下方式对所述水泵的转速R进行调整：
在每一个转速调整周期T后，重新计算群控温度系数α，
若α下降，则将转速调整为R= Rt-R1；
若α上升，则将转速调整为R= Rt+R1；
其中，Rt为当前转速调整周期T内的转速， R1为转速调整量，且
Figure 846746DEST_PATH_IMAGE006
。
本发明实施例中，所述冷媒管路包括四通阀、电子膨胀阀及翅片换热器，所述四通阀的一个接口与所述翅片换热器相连接，一个接口与所述电子膨胀阀相连接，另外两个接口分别与所述压缩机的排气口和回气口相连接，所述翅片换热器与所述电子膨胀阀相连接。
本发明实施例中，所述水路系统还包括连接于所述水侧换热器和所述多个末端换热器之间的分水器。
本发明实施例中，还提供了一种中央空调冷水系统的控制方法，所述中央空调冷水系统包括空调主机及水路系统，所述空调主机包括压缩机和冷媒管路，所述水路系统包括水侧换热器、水泵及多个末端换热器，所述冷媒管路用于与所述水侧换热器进行换热，所述水侧换热器、所述末端换热器及所述水泵之间形成循环水路，所述方法包括：
根据所述压缩机的运行频率、各个末端换热器的出水温度以及所述水侧换热器的进水温度和出水温度来控制所述水泵的转速。
本发明实施例中，所述水泵的控制模式包括初始转速调节模式及运行中调节模式，所述初始转速调节模式中，所述水泵的初始转速R0计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
其中，V1为设定的转速系数，P为所述压缩机的当前运行频率，Pmax为所述压缩机的最大运行频率，Pmin为所述压缩机的最小运行频率，t为所述水泵的初始运行时间，Ti为所述水侧换热器的进水温度， To为所述水侧换热器的出水温度。
本发明实施例中，所述初始转速调节模式中，当
Figure 590144DEST_PATH_IMAGE009
趋于1时，所述水泵的控制模式从初始转速调节模式切换为运行中调节模式，记录初始模式的运行时间t1，并计算此时的群控温度系数α及所述水泵的转速调整周期T，
α=（Tsomax-Tsomin）/Tsom，
T= t1*α，
其中，Tsomax、Tsomin和Tsom分别是所述多个末端换热器的最高出水温度、最低出水温度及平均温度。
本发明实施例中，所述运行中调节模式中，采用如下方式对所述水泵的转速R进行调整：
在每一个转速调整周期T，重新计算所述群控温度系数α，
若α下降，则将转速调整为R= Rt-R1；
若α上升，则将转速调整为R= Rt+R1；
其中，Rt为当前转速调整周期T内的转速， R1为转速调整量，且
Figure 398831DEST_PATH_IMAGE011
。
与现有技术相比较，采用本发明的中央空调冷水系统及其控制方法, 根据所述压缩机的运行频率、各个末端换热器的出水温度以及所述水侧换热器的进水温度和出水温度来控制所述水泵的转速，综合考量压缩机输出能力、水路总管水温变化率和末端水温变化率，实现所述水路系统中流量精准调节，适应末端群负荷变化导致的水流量需求变化，使所述水路系统供水温差维持在换热效率高的温差范围内，从而达到系统节能的效果。
附图说明
图1是本发明实施例的中央空调冷水系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的中央空调冷水系统控制方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例中，提供了一种中央空调冷水系统，其包括空调主机及水路系统。
所述空调主机包括压缩机、四通阀、电子膨胀阀及翅片换热器。所述四通阀的一个接口与所述翅片换热器相连接，一个接口与所述电子膨胀阀相连接，另外两个接口分别与所述压缩机的排气口和回气口相连接，所述翅片换热器与所述电子膨胀阀相连接。所述四通阀、所述电子膨胀阀及所述翅片换热器形成冷媒管路。所述压缩机用于为所述冷媒管路提供制冷量。所述冷媒管路用于与所述水路系统进行换热。
所述水路系统包括控制器、水侧换热器、变频水泵、分水器及多个末端换热器。所述水侧换热器、所述末端换热器及所述变频水泵之间形成循环水路。所述变频水泵用于控制所述循环水路的流速。所述分水器用于将从所述水侧换热器流出的水分别输送给所述多个末端换热器。所述冷媒管路流经所述水侧换热器，用于与所述水侧换热器中的水进行换热。所述水侧换热器的进水口和出水口分别设置有进水温度传感器和出水温度传感器，用于分别检测所述水侧换热器的进水温度和出水温度。需要说明的是，所述变频水泵也可以采用普通的定频进行替代，本发明对此不进行限定。
所述控制器用于根据所述压缩机的运行频率、各个末端换热器的出水温度以及所述水侧换热器的进水温度和出水温度来控制所述变频水泵的转速。所述控制器对所述变频水泵的控制模式包括初始转速调节模式及运行中调节模式。
如图2所示，所述中央空调冷水系统的控制过程如下：
首先，所述变频水泵启动后，所述控制器控制所述变频水泵进入初始转速调节模式，根据所述压缩机的运行频率及所述水侧换热器的进水温度和出水温度对所述变频水泵的初始转速进行调节，所述变频水泵的初始转速R0的计算公式如下：
Figure 536551DEST_PATH_IMAGE013
，
其中，V1为设定的转速系数，为转换量纲所设定，可根据水泵特性进行设定，P为所述压缩机的当前运行频率，Pmax为所述压缩机的最大运行频率，Pmin为所述压缩机的最小运行频率，t为所述变频水泵的初始运行时间，Ti为所述水侧换热器的进水温度， To为所述水侧换热器的出水温度。
需要说明的时，在上述计算公式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为第一种计算空调输出能力的系数，一般机组刚刚启动都会按照很小的频率运行，此时的水温变化率还没有满足，急需要较大的计算系数，所以采用此系数计算初始转速。
Figure 340035DEST_PATH_IMAGE016
为水温变化系数，刚刚启动时，水泵需求一般都极大，但是压缩机能力输出还没起来，急需要加快水流系统流动。采用温差/出水的变化量，可以直观的彰显此需求。
当
Figure DEST_PATH_IMAGE017
趋于1时，则说明所述水侧换热器中的温度趋于稳定，所述控制器将对所述变频水泵的控制模式从初始转速调节模式切换为运行中调节模式，记录初始模式的运行时间t1，并计算此时的群控温度系数α及在所述运行中调节模式中所述变频水泵的转速调整周期T：
α=（Tsomax-Tsomin）/Tsom，
T= t1*α，
其中，Tsomax、Tsomin和Tsom分别是所述多个末端换热器的最高出水温度、最低出水温度及平均温度。
在所述运行中调节模式中，所述控制器采用如下方式对所述变频水泵的转速R进行调整：
在每一个转速调整周期T后，重新计算群控温度系数α，
若α下降，则将转速调整为R= Rt-R1；
若α上升，则将转速调整为R= Rt+R1；
若α不变，则将维持当前转速不变；
其中，Rt为当前转速调整周期T内的转速， R1为转速调整量，且
Figure DEST_PATH_IMAGE019
。
需要说明的时，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为第二种计算空调输出能力的系数，一般空调机组开始平稳运行时，频率输出都很高，此时的水温变化率开始快速变化，急需要较小的计算系数再做相应的微调，所以采用此系数计算调整量，从而更加精准的控制所述变频水泵的转速。
综上所述，采用本发明的中央空调冷水系统及其控制方法, 根据所述压缩机的运行频率、各个末端换热器的出水温度以及所述水侧换热器的进水温度和出水温度来控制所述变频水泵的转速，综合考量压缩机输出能力、水路总管水温变化率和末端水温变化率，实现所述水路系统中流量精准调节，适应末端群负荷变化导致的水流量需求变化，使所述水路系统供水温差维持在换热效率高的温差范围内，从而达到系统节能的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种中央空调冷水系统，其特征在于，包括空调主机及水路系统，所述空调主机包括压缩机和冷媒管路，所述水路系统包括控制器、水侧换热器、水泵及多个末端换热器，所述冷媒管路用于与所述水侧换热器进行换热，所述水侧换热器、所述末端换热器及所述水泵之间形成循环水路，所述水泵用于控制所述循环水路的流速，所述控制器用于根据所述压缩机的运行频率、各个末端换热器的出水温度以及所述水侧换热器的进水温度和出水温度来控制所述水泵的转速；
所述控制器对所述水泵的控制模式包括初始转速调节模式及运行中调节模式，所述初始转速调节模式中，所述水泵的初始转速R0的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，V1为设定的转速系数，P为所述压缩机的当前运行频率，Pmax为所述压缩机的最大运行频率，Pmin为所述压缩机的最小运行频率，t为所述水泵的初始运行时间，Ti为所述水侧换热器的进水温度， To为所述水侧换热器的出水温度。
2.如权利要求1所述的中央空调冷水系统，其特征在于，所述初始转速调节模式中，当
Figure DEST_PATH_IMAGE004
趋于1时，所述控制器将对所述水泵的控制模式从初始转速调节模式切换为运行中调节模式，并记录初始模式的运行时间t1，计算此时的群控温度系数α及所述水泵的转速调整周期T：
α=（Tsomax-Tsomin）/Tsom，
T= t1*α，
其中，Tsomax、Tsomin和Tsom分别是所述多个末端换热器的最高出水温度、最低出水温度及平均温度。
3.如权利要求2所述的中央空调冷水系统，其特征在于，所述运行中调节模式中，所述控制器采用如下方式对所述水泵的转速R进行调整：
在每一个转速调整周期T后，重新计算群控温度系数α，
若α下降，则将转速调整为R= Rt-R1；
若α上升，则将转速调整为R= Rt+R1；
其中，Rt为当前转速调整周期T内的转速， R1为转速调整量，且
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
4.如权利要求1所述的中央空调冷水系统，其特征在于，所述冷媒管路包括四通阀、电子膨胀阀及翅片换热器，所述四通阀的一个接口与所述翅片换热器相连接，一个接口与所述电子膨胀阀相连接，另外两个接口分别与所述压缩机的排气口和回气口相连接，所述翅片换热器与所述电子膨胀阀相连接。
5.如权利要求1所述的中央空调冷水系统，其特征在于，所述水路系统还包括连接于所述水侧换热器和所述多个末端换热器之间的分水器。
6.一种中央空调冷水系统的控制方法，所述中央空调冷水系统包括空调主机及水路系统，所述空调主机包括压缩机和冷媒管路，所述水路系统包括水侧换热器、水泵及多个末端换热器，所述冷媒管路用于与所述水侧换热器进行换热，所述水侧换热器、所述末端换热器及所述水泵之间形成循环水路，其特征在于，所述方法包括：
根据所述压缩机的运行频率、各个末端换热器的出水温度以及所述水侧换热器的进水温度和出水温度来控制所述水泵的转速；
所述水泵的控制模式包括初始转速调节模式及运行中调节模式，所述初始转速调节模式中，所述水泵的初始转速R0的计算公式如下：
Figure 698651DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，V1为设定的转速系数，P为所述压缩机的当前运行频率，Pmax为所述压缩机的最大运行频率，Pmin为所述压缩机的最小运行频率，t为所述水泵的初始运行时间，Ti为所述水侧换热器的进水温度， To为所述水侧换热器的出水温度。
7.如权利要求6所述的中央空调冷水系统的控制方法，其特征在于，所述初始转速调节模式中，当
Figure 84633DEST_PATH_IMAGE004
趋于1时，所述水泵的控制模式从初始转速调节模式切换为运行中调节模式，记录初始模式的运行时间t1，并计算此时的群控温度系数α及所述水泵的转速调整周期T，
α=（Tsomax-Tsomin）/Tsom，
T= t1*α，
其中，Tsomax、Tsomin和Tsom分别是所述多个末端换热器的最高出水温度、最低出水温度及平均温度。
8.如权利要求7所述的中央空调冷水系统的控制方法，其特征在于，所述运行中调节模式中，采用如下方式对所述水泵的转速R进行调整：
在每一个转速调整周期T，重新计算所述群控温度系数α，
若α下降，则将转速调整为R= Rt-R1；
若α上升，则将转速调整为R= Rt+R1；
其中，Rt为当前转速调整周期T内的转速， R1为转速调整量，且
Figure 598790DEST_PATH_IMAGE006
。
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