CN114459136B - 中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调控制技术领域，特别是一种中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法，包括以下步骤，步骤1若△Trs≤0，不执行；步骤2风机盘管全功率运行，Fs＝100％，W＝100％；步骤3检测△Trs是否下降；步骤4计算斜率k1；步骤5保持Fs，降低Vv；步骤6检测ΔTrs值是否下降；步骤7计算斜率k2；步骤8判断k2和k1是否相似；步骤9计算A＝Vv：Fs；步骤10根据△Trs进行PI计算；步骤11得出Fs和Vv对应的百分比值；步骤12通过通信总线和水泵控制器联动；步骤13重复步骤3至12。本发明实现了在降温调节的过程中，确保风机盘管一直处于高效运行，总能耗降低了20％，节能减排。

Description

中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法

技术领域

本发明属于空调控制技术领域，特别是一种中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法。

背景技术

风机盘管是中央空调的末端产品，其工作原理是机组内不断循环所在房间的空气，使空气通过冷水盘管后被冷却，以保持房间温度的恒定，随着风机盘管技术的不断发展，运用的领域也随之变大，现主要运用于商场、办公室、医院、科研机构等场所，现有技术中集中空调系统的末端换热性能对整个空调系统的运行情况有很大的影响。

一般的风机盘管的额定供冷量(全热量)包含了冷风冷量(显热量)和由冷凝水(潜热量)损耗的冷量，冷凝水损耗的冷量最高占比可以达到30％，很浪费能源，而且风机盘管的运行的能效不是均匀分布的，有不同的能效区，要如何实现风机盘管保持最高效率运行，需要精准控制；专利名称为“一种中央空调系统末端设备节能优化控制”、专利号为“201810537178.8”的发明专利公开了一种节能优化控制，该发明只对水温差和风机盘管的输出冷量进行控制，忽略了冷凝水的实际损耗，无法实现风机盘管的最高效率运行。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出一种中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法，实现了在降温调节的过程中，确保风机盘管一直处于高效运行，减少了水流量同时降低了水泵的功耗，总能耗降低了20％。本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法，包括以下步骤：

初始化：设室内温度为Tr，设置温度为Ts，风机盘管供回水温度差为ΔTw，风量为Fs，水阀开度为Vv，冷水量为W，风机盘管总冷量为Q1，冷风冷量为Q2，冷凝水损耗量为Q3，根据实验数据得出风机盘管总冷量的数据模型；

则(1)△Trs＝Tr-Ts；

(2)Q1＝4200*ΔTw*W；

(3)Q1＝Q2+Q3；

步骤1：若△Trs≤0，不执行，若ΔTrs＞0，执行步骤2；

步骤2：风机盘管全功率运行，Fs＝100％，W＝100％；

步骤3：在单位时间段内检测△Trs是否下降；若△Trs下降，执行步骤4，否则维持现状态，等待降温；

步骤4：在该单位时间段内计算出△Trs下降的斜率k1；

步骤5：保持Fs，降低Vv；

步骤6：在第二个单位时间段内检测△Trs值是否下降；若△Trs下降，执行步骤7，否则增加Vv，重复步骤6；

步骤7：在第二个单位时间段内计算出ΔTrs下降的斜率k2；

步骤8：判断k2和k1是否相似，若相似执行步骤9，否则执行步骤6；

步骤9：计算水阀开度和风量的比值A＝Vv∶Fs；

步骤10：根据△Trs进行PI计算，得到一个变化值，该变化值与Q1成正比，得出Q1的变化值。

步骤11：利用Q1的计算值在数据模型中查出所有的交集点，利用A值判断出最接近的一个交集点，得出该交集点对应的坐标值，即为Fs和Vv对应的百分比值，利用该Fs和Vv对应的百分比值分别调节风量和水量；

步骤12：通过通信总线和水泵控制器联动，当Vv需要降低时，提前降低水泵的功率，降低水压和水流量；

步骤13：重复步骤3至12，直至Tr＝Ts。

进一步地，数据模型为根据各个风机盘管的型号，在默认环境下，进行多次实验得出的数据，以风量的相对值建立横坐标，以总冷量的相对值建立纵坐标，根据不同的水流量，对应得出试验数据点，然后绘制试验数据点和拟合数据曲线，形成数据模型。

具体地，步骤5和步骤6中，Vv每次以5％为单位进行降低或增加。

具体地，步骤8中，k2和k1是温度下降趋势与时间轴的夹角，两者之差在±5％内，可判断k2和k1相似。

特别地，当Fs或Vv或△Tw的值出现严重背离的时，警报提示。

本发明实现了在降温调节的过程中，确保风机盘管一直处于高效运行，减少了水流量同时降低了水泵的功耗，总能耗降低了20％，节能减排。

附图说明

图1为本发明的逻辑图；

图2为本实施例数据模型的示意图；

图3为本实施例斜率的示意图；

图4为本实施例两斜率对比的示意图；

图5为温度变化的示意图；

图6为本实施例查找数据模型的示意图。

具体实施方式

图1为本发明的逻辑图，如图1所示，一种中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法，包括以下步骤：

初始化：设室内温度为Tr，设置温度为Ts，风机盘管供回水温度差为ΔTw，风量为Fs，水阀开度为Vv，冷水量为W，风机盘管总冷量为Q1，冷风冷量为Q2，冷凝水损耗量为Q3，根据实验数据得出风机盘管总冷量的数据模型。

则(1)ΔTrs＝Tr-Ts。

(2)Q1＝4200*ΔTw*W。

(3)Q1＝Q2+Q3。

步骤1：若ΔTrs≤0，不执行，若ΔTrs＞0，执行步骤2。

步骤2：风机盘管全功率运行，Fs＝100％，W＝100％。

步骤3：在单位时间段内检测ΔTrs是否下降；若ΔTrs下降，执行步骤4，否则维持现状态，等待降温。

步骤4：在该单位时间段内计算出ΔTrs下降的斜率k1和计算出该单位时间段能耗的累计值

步骤5：保持Fs，降低Vv。

步骤6：在第二个单位时间段内检测ΔTrs值是否下降；若ΔTrs下降，执行步骤7，否则增加Vv，重复步骤6。

步骤7：在第二个单位时间段内计算出ΔTrs下降的斜率k2和计算出第二个单位时间段能耗的累计值

步骤8：判断k2和k1是否相似，若相似执行步骤9，否则执行步骤6。

步骤9：计算水阀开度和风量的比值A＝Vv∶Fs，以此A值作为一个最优比，此时根据Fs和Vv的实测值在数据模型中查出Q1对应的百分比值，得出一个Q1的临时目标值。

步骤10：根据ΔTrs进行PI计算，得到一个变化值Control，由于Control与Q1之间是正比的关系，得出Q1的变化值，然后通过计算得出所需的Q1的计算值，Q1的计算值＝Q1的临时目标值-Q1的变化值。

步骤11：利用Q1的计算值在数据模型中查出所有的交集点，利用A值判断出最接近的一个交集点，得出该交集点对应的坐标值，即为Fs和Vv对应的百分比值，利用该Fs和Vv对应的百分比值分别调节风量和水量。

步骤12：通过通信总线和水泵控制器联动，当Vv需要降低时，提前降低水泵的功率，降低水压和水流量，防止水流出现突变的情况，降低水阻的同时降低了水泵的功耗。

步骤13：重复步骤3至12，直至Tr＝Ts。

其中，数据模型为根据各个风机盘管的型号，在默认环境下，进行多次实验得出的数据，以风量的相对值建立横坐标，以总冷量的相对值建立纵坐标，根据不同的水流量，对应得出试验数据点，然后绘制试验数据点和拟合数据曲线，形成数据模型。

步骤5和步骤6中，Vv每次以5％为单位进行降低或增加。

步骤8中，k2和k1是温度下降趋势与时间轴的夹角，如果两者之差在±5％内，可以判断为k2和k1相似。

当Fs或Vv或ΔTw的值出现严重背离的时，警报提示。

以下以一个实际例子来说明本发明的控制方法。

设定25平米的房间，刚开始时室内温度Tr是30℃，用户设置温度Ts是26℃，风机盘管供水温度是7.0℃，回水温度是12.0℃，供回水温度差ΔTw＝5.0℃，供回水平均温度是9.5℃。

初始化：使用风机盘管型号为FP1190，风量Fs范围为0～100％，水阀开度Vv范围为0～100％，冷水量W范围为0～0.35公升/秒，当Fs＝100％时，W＝100％时得出：

总冷量(全热)Q1＝7350W；

冷风冷量(显热)Q2＝5150W；

冷凝水(潜热)Q3＝2200W。

图2为数据模型的示意图，如图2所示，数据模型为根据各个风机盘管的型号，在默认环境下，进行多次实验得出的数据，以风量的相对值建立横坐标，范围为0～100％，以总冷量的相对值建立纵坐标，范围为0～100％，根据不同的水流量，对应得出试验数据点，然后绘制试验数据点和拟合数据曲线，曲线为不同的水流量下对应的总冷量和风量关系曲线，形成数据模型。

步骤1：由于ΔTrs＝Tr-Ts＝4.0℃，ΔTrs＞0需要降温，执行步骤2。

步骤2：风机盘管全功率运行，Fs＝100％，W＝100％。

步骤3：运行10分钟后，检测ΔTrs是否下降，实测ΔTrs从4.0℃降低为3.0℃，执行步骤4。

步骤4：在该10分钟内计算ΔTrs值下降的斜率k1，图3为本实施例斜率的示意图，如图3所示，下降的温差为4.0℃-3.0℃＝1.0℃，则k1＝1.0/10。

此时W＝0.35公升/秒，ΔTw＝5℃，则Q1＝4200*5.0*0.35＝7.350(KW)，该10分钟的累计冷量能耗为

步骤5：保持Fs，降低Vv，本实施例将Vv从95％到90％再到85％一直往下变化，此时W跟着Vv同步变化，W从95％到90％再到85％一直往下变化。

步骤6：运行第二个10分钟后，再次检测ΔTrs值是否下降，实测ΔTrs从3.0℃降低为2.0℃，执行步骤7。

步骤7：在第二个10分钟内计算ΔTrs值下降的斜率k2，温差为3.0℃-2.0℃＝1.0℃，则k2＝1.0/10。

此时W和Vv都降低到75％，W＝75％*0.35＝0.265公升/秒，实测ΔTw＝6℃，则Q1＝4200*6.0*0.263＝6.620(KW)，累计冷量能耗为

步骤8：图4为本实施例两斜率对比的示意图，如图4所示，k1＝k2，说明在同一个空间相隔连续的单位时间段内(10分钟)，由于冷负荷相似，温度下降的趋势是一样的，可以判断出2次制冷效果是相同的，即Q2是相同的；说明在Q1减少情况下，制冷效果仍然是相同的，说明降低水流量后，回水温度增加与室内温度差ΔTio提高，冷凝水消耗冷量减少，由于k2值与k1值相同输出的冷风冷量相同，因此Q2不变。

步骤9：计算水阀开度和风量的比值A＝Vv：Fs，以此A值作为一个最优比；利用此时的Vv和Fs实测值计算比值A，此时，实测Vv降低到75％，Fs＝100％，则A＝Vv：Fs＝75％：100％＝0.75，此时0.75为最优值。

此时可根据Fs＝100％和Vv＝75％的实测值在数据模型中查出Q1对应的百分比值，参见图2所示，得出一个Q1的临时目标值＝90％，执行步骤10。

步骤10：根据ΔTrs进行PI计算，得到计算值Control。

PI公式：

e：为ΔTrs；

e(k)：为第k次的ΔTrs(k)；

n：为运行次数。

Control的范围值是0～100％，该计算值Control只是一个参考值，不能直接用于输出控制，由于Control与Q1之间是正比的关系，因此能通过Control的变化来反映出Q1的变化。

本实施例通过PI计算得出Control减少20％，则Q1的变化值＝20％，然后通过计算得出所需的Q1的计算值，Q1的计算值＝90％-20％＝70％。

步骤11：利用Q1的计算值在数据模型中查出所有的交集点，Q1＝70％，图6为本实施例查找数据模型的示意图，如图6所示，按照70％的冷量坐标线，可以查找到多个交集点，获得3个交集点。

交集点a：风量坐标是50％，水流量轨迹是100％，Vv和Fs的比值是2.0；交集点b：风量坐标是60％，水流量轨迹是75％，Vv和Fs的比值是1.25；交集点c：风量坐标是55％，水流量轨迹是75％，Vv和Fs的比值是0.73。

由于A＝0.75，交集点c最接近，所以得出Vv＝55％，Fs＝75％，然后调节水阀的开度为55％，调节风阀的开度为75％，此时实测Q1＝5068W，利用数据模型计算的Q1＝70％*7350W＝5145W，两者的误差在±2％范围内，同样属于最高能效输出。

本发明建立数据模型的目的是，利用实测的Vv和Fs的值通过数据模型查到所对应的Q1值，此Q1值为经过多次实验得出的最优值，以此最优值来调节Vv和Fs，从而使得实际的Q1值无限接近该最优值，从而实现高效运行，并不断保持。本发明由于建立了数据模型，无需对Q1值进行监测，省去了测量Q1值的设备，减少了生产成本。

步骤12：通过通信总线和水泵控制器联动，当Vv值需要降低时，提前降低水泵的功率，降低水压和水流量，防止水流出现突变的情况，降低水阻的同时降低了水泵的功耗；由于制冷水功耗占70％和水循环功耗占20％，降低制冷水和水循环的功耗能有效的降低整个系统的功耗。

步骤13：此时室内温度Tr从30℃下降了2℃，下降到28℃，图5为温度变化的示意图，如图5所示，温度值每一次围绕设定值波动，从波峰到波谷的过程为一次制冷过程，每次制冷进行初期都进行最优比计算，重复步骤3至12，直至Tr＝Ts。

在Tr＝Ts之前，即本发明实现了在降温调节的过程中，确保风机盘管一直运行在最高能效区间，总能耗减少了18.7％，能耗对比(电能功率)见表1。

当Fs或Vv或ΔTw的值出现严重背离的时，则警报提示，如：Fs和Vv均为100％，运行30分钟后，进水温度为7℃，回水温度为8℃，ΔTw都一直维持在低值，则说明Q1没有输出，警报提示为硬件故障，如风机故障或风轮集尘严重或滤网堵塞或水阀故障。

表1

总之，本发明实现了在降温调节的过程中，确保风机盘管一直处于高效运行，减少了水流量同时降低了水泵的功耗，总能耗降低了20％，节能减排。

Claims (4)

1.一种中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法，其特征是，包括以下步骤：

初始化：设室内温度为Tr，设置温度为Ts，风机盘管供回水温度差为△Tw，风量为Fs，水阀开度为Vv，冷水量为W，风机盘管总冷量为Q1，冷风冷量为Q2，冷凝水损耗量为Q3，根据实验数据得出风机盘管总冷量的数据模型；

则(1)△Trs＝Tr-Ts；

(2)Q1＝4200*△Tw*W；

(3)Q1＝Q2+Q3；

步骤1：若△Trs≤0，不执行，若△Trs＞0，执行步骤2；

步骤2：风机盘管全功率运行，Fs＝100％，W＝100％；

步骤3：在单位时间段内检测△Trs是否下降；若△Trs下降，执行步骤4，否则维持现状态，等待降温；

步骤4：在该单位时间段内计算出△Trs下降的斜率k1；

步骤5：保持Fs，降低Vv；

步骤6：在第二个单位时间段内检测△Trs值是否下降；若△Trs下降，执行步骤7，否则增加Vv，重复步骤6；

步骤7：在第二个单位时间段内计算出△Trs下降的斜率k2；

步骤8：判断k2和k1是否相似，k2和k1是温度下降趋势与时间轴的夹角，两者之差在±5％内，判断k2和k1相似，若相似执行步骤9，否则执行步骤6；

步骤9：计算水阀开度和风量的比值A＝Vv：Fs；

步骤10：根据△Trs进行PI计算，得到一个变化值，该变化值与Q1成正比，得出Q1的变化值；

步骤11：利用Q1的计算值在数据模型中查出所有的交集点，利用A值判断出最接近的一个交集点，得出该交集点对应的坐标值，即为Fs和Vv对应的百分比值，利用该Fs和Vv对应的百分比值分别调节风量和水量；

步骤12：通过通信总线和水泵控制器联动，当Vv需要降低时，提前降低水泵的功率，降低水压和水流量；

步骤13：重复步骤3至12，直至Tr＝Ts。

2.根据权利要求1所述的中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法，其特征是，所述数据模型为根据各个风机盘管的型号，在默认环境下，进行多次实验得出的数据，以风量的相对值建立横坐标，以总冷量的相对值建立纵坐标，根据不同的水流量，对应得出试验数据点，然后绘制试验数据点和拟合数据曲线，形成数据模型。

3.根据权利要求1所述的中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法，其特征是，所述步骤5和步骤6中，Vv每次以5％为单位进行降低或增加。

4.根据权利要求1所述的中央空调系统末端设备的高能效优化控制方法，其特征是，当Fs或Vv或△Tw的值出现严重背离的时，警报提示。