CN113970169A - 一种用于中央空调的电气节能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于中央空调的电气节能控制方法，包括：步骤一、采集空调主机进水温度、空调主机出水温度、空调主机排气流量、空调主机运行功率、冷却水泵运行功率以及环境温度进行预处理；步骤二、将采集到的信息与存储的标准信息进行对比分类后得到代表中央空调的运行状态标识符，根据状态标识符确定空调主机的运行情况；当状态标识存在时，中央空调正常运行；当状态标识符不存在时，中央空调需要进行调节，将此时的运行信息输入到模糊控制器中，获得表示调节类别的输出向量群，将其作为调节答案输出。通过对中央空调机组的排气效果进行监测，并根据中央空调的运行情况进行及时调节和控制，提高中央空调的运行能力和环境舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于中央空调的电气节能控制方法，属于电气节能领域。
背景技术
当前无论国内还是国外，相比于过去，行业对于中央空调系统的需求不再仅仅满足于人们取暖、纳凉的舒适度感知方面，而是要求在基本温度调节功能之余，强调能源资源消耗量的降低，即对于节能降耗政策的贯彻与执行。据不完全统计，中央空调的耗电一般能占到整座建筑的50％～60％，乃至更高比重；同时，地区季节、昼夜变化对于空调系统负载影响非常直接，尤其在绝大多数时间段内实际的季节性负荷都比设计负荷低，故电器节能优化势在必行。
冷却水系统通过对空调主机进出水温差和入水温度两种数据的采集与分析实现水泵的自动调节。如果只采用温差调节方式，不能保证系统调节的准确性。因为进水温度并不是恒定不变的，它与环境温度与风机性能有关，所以当温差设定值是定值的话，无论进水温度是高还是低，水泵的转速都是一定的。当加入入水温度调节时，如果入水温度较高，温差值可以做出及时的下降调整，保证中央空调的制冷效果，如果进水温度低时，温差值相应调高些，达到节约能源的效果。同时，现有产品一般采用在冷却系统加装旁通阀或关闭冷却塔风扇的方法来控制，这样导致制冷机组排气压力不稳定，因此还需要对冷却系统的排气效果进行监测。
发明内容
本发明设计开发了一种用于中央空调的电气节能控制方法，通过对中央空调机组的排气效果进行监测，并根据中央空调的运行情况进行及时调节和控制，提高中央空调的运行能力和环境舒适度。
本发明提供的技术方案为：
一种用于中央空调的电气节能控制方法，包括：
步骤一、采集空调主机进水温度、空调主机出水温度、空调主机排气流量、空调主机运行功率、冷却水泵运行功率以及环境温度进行预处理；
步骤二、将采集到的信息与存储的标准信息进行对比分类后得到代表中央空调的运行状态标识符，根据状态标识符确定空调主机的运行情况；
当状态标识存在时，中央空调正常运行；
当状态标识符不存在时，中央空调需要进行调节，将此时的运行信息输入到模糊控制器中，获得表示调节类别的输出向量群，将其作为调节答案输出。
优选的是，所述用于中央空调的电气节能控制系统包括：
空调主机；
监测单元，其输入端与所述空调主机的输出端电连接；
控制单元，其输入端与所述监测单元的输出端电连接；
变频器，其输入端与所述控制单元的输出端电连接；
冷却泵，其电连接所述变频器的输出端。
优选的是，所述监测单元包括：空调主机进水温度传感器、空调主机出水温度传感器、空调主机排气流量传感器、环境温度传感器。
优选的是，所述空调主机运行功率Py的经验公式为：
式中，λ为校正系数，WS为系统负荷，单位为kW，qw为冷却水实际流量，单位为L/min，Tin为空调主机的冷却水进水温度，单位为℃，a1、a2、a3为第一拟合系数，取值范围为0.8～1.2。
优选的是，所述冷却泵实际工作中运行功率PB的经验公式为：
式中，
为冷却泵的额定功率，单位为kW，b1、b2为第二拟合系数，取值范围为1.1～1.5。
优选的是，所述步骤二中，模糊控制过程包括：
将归一化后的空调主机排气流量与设定的空调主机排气量进行对比得到空调主机排气量偏差，将归一化后的空调主机运行功率与设定的空调主机功率进行对比得到空调主机功率偏差、将归一化后的冷却水泵运行功率与设定的冷却水泵运行功率进行对比得到冷却水泵运行功率偏差；
将空调主机排气量偏差经过微分计算得到空调主机排气量偏差变化率，将空调主机运行功率偏差经过微分计算得到空调主机运行功率偏差变化率，将冷却水泵运行功率偏差经过微分计算得到冷却水泵运行功率偏差变化率；
将空调主机排气量偏差变化率、空调主机运行功率偏差变化率以及冷却水泵偏差变化率共同经过放大后输入到模糊控制器中，输出调节等级。
优选的是，所述空调主机排气量偏差变化率、所述空调主机运行功率偏差变化率以及冷却水泵偏差变化率的实际变化范围均为[-1,1]，离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。
优选的是，所述空调主机排气量偏差变化率、所述空调主机运行功率偏差变化率以及冷却水泵偏差变化率均分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)。
本发明所述的有益效果：本发明提供的用于中央空调的电气节能控制方法，通过在中央空调运行过程中，对中央空调的运行参数进行监测，并重点监测中央空调的排气效果，通过对中央空调机组的排气效果进行监测，并根据中央空调的运行情况进行及时调节和控制，提高中央空调的运行能力和环境舒适度。
附图说明
图1为本发明所述的用于中央空调的电气节能控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种用于中央空调的电气节能控制方法，通过对中央空调机组的排气效果进行监测，并根据中央空调的运行情况进行及时调节和控制，提高中央空调的运行能力和环境舒适度，具体包括：
步骤一、采集空调主机进水温度、空调主机出水温度、空调主机排气流量、空调主机运行功率、冷却水泵运行功率以及环境温度进行预处理；
步骤二、将采集到的信息与存储的标准信息进行对比分类后得到代表中央空调的运行状态标识符，根据状态标识符确定空调主机的运行情况；
当状态标识存在时，中央空调正常运行；
当状态标识符不存在时，中央空调需要进行调节，将此时的运行信息输入到模糊控制器中，获得表示调节类别的输出向量群，将其作为调节答案输出。
用于中央空调的电气节能控制方法通过控制系统来实现，用于中央空调的电气节能控制系统包括：空调主机、监测单元、控制单元、变频器以及冷却泵，其中，监测单元的输入端与空调主机的输出端电连接，能够接收空调主机传递的运行信号，控制单元的输入端电连接监测单元的输出端，变频器的输入端电连接控制单元的输出端，冷却泵的输入端电连接变频器的输出端，通过监测单元，其中，监测单元包括：空调主机进水温度传感器、空调主机出水温度传感器、空调主机排气流量传感器、环境温度传感器。
其中，空调主机运行功率Py的经验公式为：
式中，λ为校正系数，WS为系统负荷，单位为kW，qw为冷却水实际流量，单位为L/min，Tin为空调主机的冷却水进水温度，单位为℃，a1、a2、a3为第一拟合系数，取值范围为0.8～1.2。
冷却泵实际工作中运行功率PB的经验公式为：
式中，
为冷却泵的额定功率，单位为kW，b1、b2为第二拟合系数，取值范围为1.1～1.5。
空调主机排气流量传感器将监测到的气体流量传递给控制单元，空调主机进水温度传感器和出水温度传感器将监测到的进水温度和出水温度发送给控制单元，环境温度传感器将环境温度发送给控制单元，在控制单元中与存储的标准信息进行对比分类后得到代表中央空调的运行状态标识符，并根据中央空调的运行状态标识符进行控制调节。
当状态标识符不存在时，对空调主机排气流量以及空调主机的运行功率进行归一化，输入到模糊控制器中，获得表示调节类别的向量群，包括：将归一化后的空调主机排气流量与设定的空调主机排气量进行对比得到空调主机排气量偏差，将归一化后的空调主机运行功率与设定的空调主机功率进行对比得到空调主机功率偏差、将归一化后的冷却水泵运行功率与设定的冷却水泵运行功率进行对比得到冷却水泵运行功率偏差；
将空调主机排气量偏差经过微分计算得到空调主机排气量偏差变化率e1，将空调主机运行功率偏差经过微分计算得到空调主机运行功率偏差变化率e2，将冷却水泵运行功率偏差经过微分计算得到冷却水泵运行功率偏差变化率e3；
将主机排气量偏差变化率e1、空调主机运行功率偏差变化率e2、冷却水泵运行功率偏差变化率e3共同经过放大后输入到模糊控制器中，输出调节等级I＝{I0,I1,I2,I3}，其中，I0为正常运行，I1为一级调节，I2为二级调节
其中，e1、e2、e3的实际变化范围分别为[-1,1]，[-1,1]，[-1,1]；离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，I的离散论域为{0,1,2,3}，
则e1、e2、e3对应的量化因子k1＝6/1，k2＝6/1，k3＝6/1；
定义模糊子集及隶属函数：
把空调主机排气量偏差变化率信号分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出空调调节变化率信号e1的隶属度函数表，如表1所示
表1
把送空调主机运行功率偏差变化率信号e2分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出送风机电压调节偏差变化率信号e2的隶属度函数表，如表2所示：
表2
| e<sub>2</sub> | -6 | -5 | -4 | -3 | -2 | -1 | 0 | +1 | +2 | +3 | +4 | +5 | +6 |
| PB | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0.4 | 0.7 | 0.8 |
| PM | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | 0.7 |
| PS | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0.4 | 0.8 | 0.7 | 1.0 | 0 |
| ZR | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 0.4 | 1.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| NB | 0 | 0 | 0.5 | 0.6 | 1.0 | 0.8 | 0.5 | 0.3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| NM | 0.3 | 0.5 | 1.0 | 0.6 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| NS | 1.0 | 0.8 | 0.4 | 0.2 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
把冷却水泵运行功率变化率e3分为三个模糊状态：PB(正大)，ZR(零)，NB(负大)，结合经验报警系数偏差变化率e3的隶属的函数表，如表3所示
表3
| e<sub>3</sub> | -6 | -5 | -4 | -3 | -2 | -1 | 0 | +1 | +2 | +3 | +4 | +5 | +6 |
| PB | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0.5 | 1.0 |
| ZR | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 0.5 | 1.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| NS | 1.0 | 0.8 | 0.6 | 0.4 | 0 | 0 | 0 | 0.4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用三输入单输出的方式通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则，模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到调节等级I，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则及可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，得出I控制规则见表4。
表4
通过对中央空调机组的排气效果进行监测，并根据中央空调的运行情况进行通过模糊控制及时调控，提高中央空调的运行能力和环境舒适度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种用于中央空调的电气节能控制方法，其特征在于，包括：
步骤一、采集空调主机进水温度、空调主机出水温度、空调主机排气流量、空调主机运行功率、冷却水泵运行功率以及环境温度进行预处理；
步骤二、将采集到的信息与存储的标准信息进行对比分类后得到代表中央空调的运行状态标识符，根据状态标识符确定空调主机的运行情况；
当状态标识存在时，中央空调正常运行；
当状态标识符不存在时，中央空调需要进行调节，将此时的运行信息输入到模糊控制器中，获得表示调节类别的输出向量群，将其作为调节答案输出。
2.根据权利要求1所述的用于中央空调的电气节能控制方法，其特征在于，所述用于中央空调的电气节能控制系统包括：
空调主机；
监测单元，其输入端与所述空调主机的输出端电连接；
控制单元，其输入端与所述监测单元的输出端电连接；
变频器，其输入端与所述控制单元的输出端电连接；
冷却泵，其电连接所述变频器的输出端。
3.根据权利要求2所述的用于中央空调的电气节能控制方法，其特征在于，所述监测单元包括：空调主机进水温度传感器、空调主机出水温度传感器、空调主机排气流量传感器、环境温度传感器。
4.根据权利要求3所述的用于中央空调的电气节能控制方法，其特征在于，所述空调主机运行功率Py的经验公式为：
式中，λ为校正系数，WS为系统负荷，单位为kW，qw为冷却水实际流量，单位为L/min，Tin为空调主机的冷却水进水温度，单位为℃，a1、a2、a3为第一拟合系数，取值范围为0.8～1.2。
5.根据权利要求4所述的用于中央空调的电气节能控制方法，其特征在于，所述冷却泵实际工作中运行功率PB的经验公式为：
式中，
为冷却泵的额定功率，单位为kW，b1、b2为第二拟合系数，取值范围为1.1～1.5。
6.根据权利要求5所述的用于中央空调的电气节能控制方法，其特征在于，所述步骤二中，模糊控制过程包括：
将归一化后的空调主机排气流量与设定的空调主机排气量进行对比得到空调主机排气量偏差，将归一化后的空调主机运行功率与设定的空调主机功率进行对比得到空调主机功率偏差、将归一化后的冷却水泵运行功率与设定的冷却水泵运行功率进行对比得到冷却水泵运行功率偏差；
将空调主机排气量偏差经过微分计算得到空调主机排气量偏差变化率，将空调主机运行功率偏差经过微分计算得到空调主机运行功率偏差变化率，将冷却水泵运行功率偏差经过微分计算得到冷却水泵运行功率偏差变化率；
将空调主机排气量偏差变化率、空调主机运行功率偏差变化率以及冷却水泵偏差变化率共同经过放大后输入到模糊控制器中，输出调节等级。
7.根据权利要求6所述的用于中央空调的电气节能控制方法，其特征在于，所述空调主机排气量偏差变化率、所述空调主机运行功率偏差变化率以及冷却水泵偏差变化率的实际变化范围均为[-1,1]，离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。
8.根据权利要求7所述的用于中央空调的电气节能控制方法，其特征在于，所述空调主机排气量偏差变化率、所述空调主机运行功率偏差变化率以及冷却水泵偏差变化率均分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220125 |