CN114294789B - 空调系统的控制方法、空调系统以及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了空调系统的控制方法、空调系统以及空调器，控制方法包括：空调系统开机之后；根据空调系统的运行状态判断是否需要调整压缩机开启数量；当需要减小压缩机开启数量时，选择至少一台已开启压缩机关闭，对调整后的所有已开启压缩机执行升频动作；和/或当需要加大压缩机开启数量时，选择至少一台已关闭压缩机开启，对调整后的所有已开启压缩机执行降频动作。本发明通过调整压缩机开启数量以及已开启压缩机的运行频率，实现匹配室内负荷需求并保持节能运行。

Description

空调系统的控制方法、空调系统以及空调器

技术领域

本发明涉及空调控制技术领域，尤其涉及空调系统的控制方法、空调系统以及空调器。

背景技术

随着全球变暖的逐渐加剧，空调器在人类生活中的作用逐渐重要，空调器的应用场景越来越多，尤其是多系统变频空调器在不断普及。现有多系统变频空调器是由室外机连接若干个室内机构成的制冷循环系统，室外机具有两个以上的压缩机，且压缩机采用变频压缩机，通过对变频压缩机的频率调节匹配不同的室内负荷需求，在运行过程中各个压缩机频率单独调节，导致压缩机频率差异过大，制冷速率不均匀，不满足压缩机的高效运行区间以及智能降温的要求，空调系统可靠性降低，用户体验差且耗能高。

因此，如何设计能够匹配室内需求负荷且保持节能运行的空调系统控制方法是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术存在制冷速率不均匀、耗能高的缺陷，本发明提出空调系统的控制方法、空调系统以及空调器，通过调整压缩机开启数量以及已开启压缩机的运行频率，实现匹配室内负荷需求并保持节能运行。

本发明采用的技术方案是，设计空调系统的控制方法，包括：

空调系统开机之后；

根据空调系统的运行状态判断是否需要调整压缩机开启数量；

当需要减小压缩机开启数量时，选择至少一台已开启压缩机关闭，对调整后的所有已开启压缩机执行升频动作；

和/或当需要加大压缩机开启数量时，选择至少一台已关闭压缩机开启，对调整后的所有已开启压缩机执行降频动作。

进一步的，对调整后的所有已开启压缩机执行升频动作包括：

检测被选中的已开启压缩机关闭时剩余已开启压缩机的运行频率Pmin；

根据运行频率Pmin和调整后的压缩机开启数量计算升频目标频率Pon；

将剩余已开启压缩机升至升频目标频率Pon；

其中，升频目标频率Pon的计算公式为：(n-m₁)*Pon≥n*Pmin-ΔP，n为调整前的压缩机开启数量，m₁为被选中的已开启压缩机数量，ΔP为频率调节值，升频目标频率Pon取满足其计算公式的最小整数。

进一步的，对调整后的所有已开启压缩机执行降频动作包括：

检测被选中的已关闭压缩机开启时其他已开启压缩机的运行频率Pmax；

根据运行频率Pmax和调整后的压缩机开启数量计算降频目标频率Poff；

将所有已开启压缩机降至降频目标频率Poff；

其中，降频目标频率Poff的计算公式为：(n+m₂)*Poff≥n*Pmax+ΔP，n为调整前的压缩机开启数量，m₂为被选中的已关闭压缩机数量，ΔP为频率调节值，降频目标频率Poff取满足其计算公式的最小整数。

进一步的，根据空调系统的运行状态判断是否调整压缩机开启数量包括：

若所有已开启压缩机的频率已降到设定高效下限频率且空调系统输出负荷过高，则判定需要减小压缩机开启数量；

若所有已开启压缩机的频率已达到设定高效上限频率且空调系统输出负荷过低，则判定需要加大压缩机开启数量。

进一步的，空调系统输出负荷的高低根据ΔP来判断；在制冷模式下，当ΔP<0时，判定所述空调系统输出负荷过高，当ΔP>0时，判定所述空调系统输出负荷过低；在制热模式下，当ΔP<0时，判定所述空调系统输出负荷过低，当ΔP>0时，判定所述空调系统输出负荷过高。

在一实施例中，设定高效下限频率为压缩机最高频率的30％，设定高效上限频率为压缩机最高频率的70％。

进一步的，上述ΔP的计算公式为：

ΔP＝P*Kp*ΔT；

在制冷模式下，ΔT＝T_环境-T_目标；在制热模式下，ΔT＝T_目标-T_环境，

其中，P为频率变化与温度变化的比例系数，Kp为温度比例系数，T_环境为室内环境温度，T_目标为室内目标温度。

进一步的，实时更新多联机中已开启压缩机的关闭顺序和已关闭压缩机的开启顺序包括：

实时获取各个压缩机的累计运行时间；

按照累计运行时间的长短更新已开启压缩机的关闭顺序，累计运行时间长的已开启压缩机优先关闭，按照累计运行时间的长短更新已关闭压缩机的开启顺序，累计运行时间短的已关闭压缩机优先开启；

当需要减小压缩机开启数量时，按照所述关闭顺序选择至少一台已开启压缩机关闭；

当需要加大压缩机开启数量时，按照所述开启顺序选择至少一台已关闭压缩机开启。

进一步的，控制方法还包括：

空调系统开启之前计算室内需求负荷Q_需；

确定空调系统中所有压缩机的开机顺序；

根据Q_需和各个压缩机的容量确定压缩机开启数量。

进一步的，每次开机之前，获取多联机中所有压缩机的累计运行时间，根据累计运行时间的长短更新开机顺序并编号，累计运行时间短的压缩机优先开机，压缩机的编号按照开启顺序逐渐增大。

进一步的，根据Q_需和各个压缩机的容量确定压缩机开启数量包括：

从n等于1开始，计算

并判断计算结果是否大于0；

若是，则将n加1之后赋值给n，返回计算

的步骤；

若否，则确定开启第1号至第n号的压缩机；

其中，压缩机的编号为从第1号开始的连续正整数，Q_i为第i号压缩机的容量，λ为压缩机容量比例系数。

进一步的，空调系统中已开启压缩机的运行频率相同。

本发明还提出了空调系统，包括：控制模块、室外机以及与室外机连接的室内机，室外机具有两个以上的压缩机，压缩机为变频压缩机，控制模块执行上述的控制方法。

本发明还提出了采用上述空调系统的空调器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、调整压缩机数量的同时切换压缩机的运行频率，在减少压缩机开启数量时执行升频动作，在增加压缩机开启数量时执行降频动作，空调系统输出稳定，制冷或制热速率均匀，室内温度波动小，满足用户的舒适性要求；

2、根据压缩机的运行频率与系统输出负荷调整压缩机开启数量，实现已开启压缩机维持在其最高频率30％～70％的高效运行区间，提升压缩机自身的运行可靠性，实现系统输出匹配环境负荷需求并保持节能运行。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1为本发明中制冷模式下压缩机开启数量的调整流程示意图；

图2为本发明中开机前确定压缩机开启数量。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合实施例对本发明的原理进行详细说明。

本发明提出的控制方法适用于空调系统，多联式空调机组包含控制模块、室外机以及与室外机连接的多个室内机，室外机具有两个以上的变频压缩机，室内机包括空调内机，空调内机一般是指风机盘管，其用于调节其所在房间的温度，室外机和室内机的工作状态均由控制模块进行调节控制，下面详细说明控制模块执行的控制方法。

如图1所示，在优选实施例中，控制方法包括空调系统开机之后的控制逻辑。

空调系统开机之后，实时更新空调系统中已开启压缩机的关闭顺序和已关闭压缩机的开启顺序，实时更新顺序的过程是为实时获取各个压缩机的累计运行时间，按照累计运行时间的长短更新已开启压缩机的关闭顺序，累计运行时间长的已开启压缩机优先关闭，依次编号C_on1、C_on2……C_onn，关闭时从C_on1最先开始，按照累计运行时间的长短更新已关闭压缩机的开启顺序，累计运行时间短的已关闭压缩机优先开启，依次编号C_of1、C_of2……C_ofn，关闭时从C_of1最先开始。

根据空调系统的运行状态判断是否需要调整压缩机开启数量，空调系统的运行状态包含已开启压缩机的频率、空调输出负荷与室内负荷需求。若所有已开启压缩机的频率已降到设定高效下限频率且空调系统输出负荷过高，则判定需要减小压缩机开启数量；若所有已开启压缩机的频率已达到设定高效上限频率且空调系统输出负荷过低，则判定需要加大压缩机开启数量。其中，设定高效下限频率为压缩机最高频率的30％，所述设定高效上限频率为压缩机最高频率的70％，此设计的原因是压缩机最高频率的30％～70％是高效运行区间，压缩机在此范围内运行可以实现压缩机的效率最优，在满足室内负荷需求的情况下，最大限度的节能。

在本发明的一些可行实施例中，空调系统输出负荷的高低根据ΔP来判断。在制冷模式下，当ΔP<0时，判定所述空调系统输出负荷过高，当ΔP>0时，判定所述空调系统输出负荷过低；在制热模式下，当ΔP<0时，判定所述空调系统输出负荷过低，当ΔP>0时，判定所述空调系统输出负荷过高。由于ΔP的正负取决于室内环境温度T_环境与室内目标温度T_目标之差，因此空调系统输出负荷的高低实际上是通过比较室内环境温度T_环境与室内目标温度T_目标的大小来判断。也就是说，在制冷模式下，当T_环境<T_目标时，判定空调系统输出负荷过高，当T_环境>T_目标时，判定空调系统输出负荷过低。在制热模式下，当T_环境<T_目标时，判定空调系统输出负荷过低，当T_环境>T_目标时，判定空调系统输出负荷过高。在实际应用中，也可以直接以室内环境温度T_环境与室内目标温度T_目标之差的正负来判断。

当需要减小压缩机开启数量时，按照关闭顺序选择至少一台已开启压缩机关闭，为保证环境温度和温降速率的稳定性，对调整后的所有已开启压缩机执行升频动作，升频动作的执行过程为检测被选中的已开启压缩机关闭时剩余已开启压缩机的运行频率Pmin，根据运行频率Pmin和调整后的压缩机开启数量计算升频目标频率Pon，将剩余已开启压缩机提升至升频目标频率Pon。

当需要加大压缩机开启数量时，按照开启顺序选择至少一台已关闭压缩机开启，为保证环境温度和温降速率的稳定性，对调整后的所有已开启压缩机执行降频动作，降频动作的执行过程为检测被选中的已关闭压缩机开启时其他已开启压缩机的运行频率Pmax，根据运行频率Pmax和调整后的压缩机开启数量计算降频目标频率Poff，将所有已开启压缩机降至降频目标频率Poff。

下面分别介绍升频目标频率Pon和降频目标频率Poff的计算方式。

升频目标频率Pon的计算公式为：(n-m₁)*Pon≥n*Pmin-ΔP，n为调整前的压缩机开启数量，m₁为被选中的已开启压缩机数量，ΔP为频率调节值，升频目标频率Pon取满足其计算公式的最小整数。

降频目标频率Poff的计算公式为：(n+m₂)*Poff≥n*Pmax+ΔP，n为调整前的压缩机开启数量，m₂为被选中的已关闭压缩机数量，ΔP为频率调节值，降频目标频率Poff取满足计算公式的最小整数。

上述ΔP的计算方式如下：

压缩机的频率采用PID调节，以制冷模式下的计算为例，其中P比例单元为室内环境温度T_环境与室内目标温度T_目标的差值ΔT，ΔT＝T_环境-T_目标；I积分单元为室内温降速率，即室内环境温度的变化的速度，

ΔT_环境为室内温度变化值，△t为室内温度变化值对应的时间变化值；D微分单元为室内温降速率的变化率，

△v为室内温降速率变化值，△t为室内温降速率变化值对应的时间变化值。

根据空调产品来说，其Δt的取值通常在120s～360s，可保证温度调节合理。

则温度变化的计算公式为：

针对空调产品，仅使用比例系数控制，Kp为温度比例系数，其取值范围一般为0.6～0.8，Ki和Kd取值为0。

因此，ΔP＝P×K_p×ΔT，P为频率变化与温度变化的比例系数，其取值范围为1.2～1.5。

在实际计算ΔP时，需要区分制冷模式和制热模式，在制冷模式下，ΔT＝T_环境-T_目标；在制热模式下，ΔT＝T_目标-T_环境。

需要说明的是，空调系统开启后，所有已开启压缩机的运行频率相同，升频动作和降频动作均是针对调整后的压缩机开启数量所包含的已开启压缩机执行。m₁、m₂为正整数，以m₁为例，当m₁大于1时，即为2、3、4等，被选中的多个已开启压缩机同时关闭。同理，当m₂大于1时，被选中的多个已关闭压缩机同时开启。为提高调节精度，在优选实施例中，m₁、m₂均为1，即每次开启或关闭一台压缩机。压缩机开启数量发生变化后，重新根据空调系统的运行状态调整压缩机开启数量，根据累计运行时间合理选择开启或关闭压缩机，有效延长压缩机的使用寿命。当然，实际应用中也可以根据其他参数选择开启或关闭压缩机，本发明对此不作特殊限制。

如图2所示，控制方法包括空调系统开机之前的控制逻辑。

空调系统开启之前计算室内需求负荷Q_需；

确定空调系统中所有压缩机的开机顺序，此处的开机顺序不同于上文的开启顺序，开启顺序是根据已关闭压缩机的累计运行时间长短更新，开机顺序是根据所有压缩机的累计运行时间长短更新，每次开机之前，获取多联机中所有压缩机的累计运行时间，根据累计运行时间的长短更新开机顺序并编号，累计运行时间短的压缩机优先开机，压缩机的编号按照开启顺序逐渐增大，编号依次是C₁、C₂、……C_n。

根据Q_需和各个压缩机的容量确定压缩机开启数量，其过程为从n等于1开始，计算

并判断计算结果是否大于0，若是，则将n加1之后赋值给n，返回计算

的步骤；若否，则确定开启第1号至第n号的压缩机。其中，压缩机的编号为从第1号开始的连续正整数，Q_i为第i号压缩机的容量，λ为压缩机容量比例系数，λ可选为0.7。

为便于理解，以下举例说明，假设n＝2时，

大于0，说明第1号压缩机和第2号压缩机的叠加容量不能满足室内需求负荷Q_需，即C₁和C₂的叠加容量不能满足室内需求负荷Q_需，n加1并赋值变成3后，

小于或等于0，说明第1号压缩机、第2号压缩机和第3号压缩机的叠加容量能满足室内需求负荷Q_需，确定开启第1号压缩机至第3号压缩机，即开启C₁、C₂以及C₃。

上文中的室内需求负荷Q_需是根据用户设定目标计算，其计算方式为：Q_需＝∑开机空调内机额定容量*Ac。

在制冷模式下，A_c＝[(T_环境-7)×1.5+100+0.9×(T_外环-35)]/100；

在制热模式下，A_c＝[(20-T_环境)×5+100+1.1×(7-T_外环)]/100；

A_c的计算公式是预先通过大量的实验数据统计得到的通用公式，T_环境为开机空调内机的室内环境温度，T_外环为开机空调内机的室外环境温度，开机空调内机是由用户设定，用户向控制模块输入开启指令后，控制模块接收到开启指令后将准备开机的空调内机认定为开机空调内机，获取各个开机空调内机的相关参数，T_环境、T_外环等，根据相关参数计算室内需求负荷Q_需。其中，A_c取值范围50％～150％，实际应用中也可以在取值范围内选择固定值，以对室内需求负荷进行模糊计算，再配合后续的压缩机开启顺序初步确定压缩机开启数量。

应当理解的是，现有技术中已出现了大量能够实现室内需求负荷的计算方式，上文仅是本发明提出的一个实施例，室内需求负荷Q_需也可以采用已公开的其他计算方式。

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 (13)

1.空调系统的控制方法，其特征在于，包括：

空调系统开机之后；

根据所述空调系统的运行状态判断是否需要调整压缩机开启数量；

当需要减小压缩机开启数量时，选择至少一台已开启压缩机关闭，对调整后的所有已开启压缩机执行升频动作，包括：

检测被选中的已开启压缩机关闭时剩余已开启压缩机的运行频率Pmin；

根据所述运行频率Pmin和调整后的压缩机开启数量计算升频目标频率Pon；

将剩余已开启压缩机升至所述升频目标频率Pon；

其中，所述升频目标频率Pon的计算公式为：(n-m₁)*Pon≥n*Pmin-ΔP，n为调整前的压缩机开启数量，m₁为被选中的已开启压缩机数量，ΔP为频率调节值，ΔP的正负取决于室内环境温度T_环境与室内目标温度T_目标之差，所述升频目标频率Pon取满足所述计算公式的最小整数；

当需要加大压缩机开启数量时，选择至少一台已关闭压缩机开启，对调整后的所有已开启压缩机执行降频动作。

2.空调系统的控制方法，其特征在于，包括：

空调系统开机之后；

根据所述空调系统的运行状态判断是否需要调整压缩机开启数量；

当需要减小压缩机开启数量时，选择至少一台已开启压缩机关闭，对调整后的所有已开启压缩机执行升频动作；

当需要加大压缩机开启数量时，选择至少一台已关闭压缩机开启，对调整后的所有已开启压缩机执行降频动作，包括：

检测被选中的已关闭压缩机开启时其他已开启压缩机的运行频率Pmax；

根据所述运行频率Pmax和调整后的压缩机开启数量计算降频目标频率Poff；

将所有已开启压缩机降至所述降频目标频率Poff；

其中，所述降频目标频率Poff的计算公式为：(n+m₂)*Poff≥n*Pmax+ΔP，n为调整前的压缩机开启数量，m₂为被选中的已关闭压缩机数量，ΔP为频率调节值，ΔP的正负取决于室内环境温度T_环境与室内目标温度T_目标之差，所述降频目标频率Poff取满足所述计算公式的最小整数。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，根据所述空调系统的运行状态判断是否调整压缩机开启数量包括：

若所有已开启压缩机的频率已降到设定高效下限频率且所述空调系统输出负荷过高，则判定需要减小压缩机开启数量；

若所有已开启压缩机的频率已达到设定高效上限频率且所述空调系统输出负荷过低，则判定需要加大压缩机开启数量。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述空调系统输出负荷的高低根据ΔP来判断；

在制冷模式下，当ΔP<0时，判定所述空调系统输出负荷过高，当ΔP>0时，判定所述空调系统输出负荷过低；

在制热模式下，当ΔP<0时，判定所述空调系统输出负荷过低，当ΔP>0时，判定所述空调系统输出负荷过高。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述设定高效下限频率为压缩机最高频率的30％，所述设定高效上限频率为压缩机最高频率的70％。

6.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，ΔP的计算公式为：

ΔP＝P*Kp*ΔT；

在制冷模式下，ΔT＝T_环境-T_目标；在制热模式下，ΔT＝T_目标-T_环境，

其中，P为频率变化与温度变化的比例系数，Kp为温度比例系数，T_环境为室内环境温度，T_目标为室内目标温度。

7.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，还包括：

实时更新多联机中已开启压缩机的关闭顺序和已关闭压缩机的开启顺序包括：

实时获取各个所述压缩机的累计运行时间；

按照累计运行时间的长短更新已开启压缩机的关闭顺序，累计运行时间长的已开启压缩机优先关闭，按照累计运行时间的长短更新已关闭压缩机的开启顺序，累计运行时间短的已关闭压缩机优先开启；

当需要减小压缩机开启数量时，按照所述关闭顺序选择至少一台已开启压缩机关闭；

当需要加大压缩机开启数量时，按照所述开启顺序选择至少一台已关闭压缩机开启。

8.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，还包括：

空调系统开启之前计算室内需求负荷Q_需；

确定所述空调系统中所有压缩机的开机顺序；

根据所述Q_需和各个压缩机的容量确定压缩机开启数量。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，每次开机之前，获取多联机中所有压缩机的累计运行时间，根据累计运行时间的长短更新所述开机顺序并编号，累计运行时间短的压缩机优先开机，压缩机的编号按照开启顺序逐渐增大。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据所述Q_需和各个压缩机的容量确定压缩机开启数量包括：

从n等于1开始，计算

并判断计算结果是否大于0；

若是，则将n加1之后赋值给n，返回计算

的步骤；

若否，则确定开启第1号至第n号的压缩机；

其中，所述压缩机的编号为从第1号开始的连续正整数，Q_i为第i号压缩机的容量，λ为压缩机容量比例系数。

11.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述空调系统中已开启压缩机的运行频率相同。

12.空调系统，包括：控制模块、室外机以及与所述室外机连接的室内机，所述室外机具有两个以上的压缩机，所述压缩机为变频压缩机；其特征在于，所述控制模块执行权利要求1至11任一项所述的控制方法。

13.空调器，其特征在于，所述空调器采用权利要求12所述的空调系统。

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