CN114484725A - 一种空调新风自然冷却动态控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调新风自然冷却动态控制方法及装置，采集第k时刻的室外空气焓值，空气干球温度，空气的相对湿度；采集第k+1时刻的室内空气焓值，室内空气干球温度，室内空气的相对湿度；对各参数进行综合比较，模式一送风风机按最低风机频率运行,冷冻水阀门开度采用常规反馈控制；模式二送风风机以最高频率运行,表冷器冷冻水阀门开度调整为0%；模式三送风风机按最低风机频率运行,表冷器冷冻水阀门开度最大；模式四送风风机以最高频率运行,表冷器冷冻水阀门开度采用常规控制。本发明通过实时控制中央空调系统中新风的供给量，利用室外新风自然冷却室内的冷负荷，最终实现中央空调新风系统节能的目的。

Description

一种空调新风自然冷却动态控制方法及装置

技术领域

本发明属于空调技术领域，尤其涉及一种空调新风自然冷却动态控制方法及装置。

背景技术

在我国，2014年建筑能耗总量超过12.5亿吨标准煤，占社会总能耗30%。中央空调能耗占建筑总能耗65%，其中空调机房能耗占空调系统能耗70%左右。在我国南方地区，尤其是亚热带湿热地区，中央空调系统中有相当大的一部分能耗用在室外新风处理上面。因此传统的中央空调系统运行方式通常是采用有限度的新风供应方式，在提供满足对应的室内面积和人员最低新风需求（即最低新风量）的前提下，不再过多的向室内空调区域供应室外新鲜空气。

发明内容

有鉴于此，本发明利用过渡季节（如春季，秋季）或过渡气候的室内外空气焓值比较，实时的控制中央空调系统中新风量的供给，利用室外新风自然冷却室内的冷负荷，从而可协助减少中央空调系统主机产冷量和供冷量最终实现节能的目的。

本发明第一方面公开的空调新风自然冷却动态控制方法，包括以下步骤：

通过安装在户外的空气焓值变送器采集第k时刻的室外空气焓值i ^k _out,air ，室外空气干球温度T ^k _out,air ，室外空气的相对湿度RH ^k _out,air ；

通过安装在室内的空气焓值变送器采集第k+1时刻的室内空气焓值i ^k+1 _in,air ，室内空气干球温度T ^k+1 _in,air ，室内空气的相对湿度RH ^k+1 _in,air ；

对室内外空气的各参数进行综合比较，针对四种模式分别控制空调系统的风机的运行频率和冷冻水阀门开度，其中模式一采用常规空调制冷循环模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率运行,表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制；模式二采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行,表冷器冷冻水阀门开度调整为0%；模式三采用采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率运行,表冷器冷冻水阀门开度开至最大；模式四采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行,表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制。

进一步的，根据以下原则选择模式一：

当第k+1时刻室内空气焓值小于等于周期内已采集的室外空气焓值平均与系数α乘积时，则在第k+2时刻，采用常规空调制冷循环模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率f _{fresh,air_lower} 运行,表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制K _{valve_auto} ；

其数学计算表达式如下：

当

，

则

其中，i表示空气的焓值，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制，k+1、k+2分别表示第k+1时刻、第k+2时刻，α为空调系统动态控制灵敏系数。

进一步的，根据以下原则选择模式二：

当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、且第k+1时刻室内空气干球温度大于等于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、且第k+1时刻室内空气相对湿度大于等于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行,表冷器冷冻水阀门开度调整为0%，此时不需要冷冻水供应冷量；

其数学计算表达式如下：当

且

且

则

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制，k、k+1、k+2分别表示第k时刻、第k+1时刻、第k+2时刻，α，β，γ为空调系统动态控制灵敏系数。

进一步的，根据以下原则选择模式三：

当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、且第k+1时刻室内空气干球温度大于等于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、但第k+1时刻室内空气相对湿度小于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率f _{fresh,air_lower} 运行,表冷器冷冻水阀门开度开至最大即100%，此时要降低风管中空气流速，加大冷冻水的供应流量进而高效快速的去除空气中含湿量，从而达到快速降低输送到室内空气的相对湿度；

其数学计算表达式如下：当

且

且

则

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制，k、k+1、k+2分别表示第k时刻、第k+1时刻、第k+2时刻，α，β，γ为空调系统动态控制灵敏系数。

进一步的，根据以下原则选择模式四：

当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、但第k+1时刻室内空气干球温度小于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、且第k+1时刻室内空气相对湿度大于等于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行, 表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制K _{valve_auto} ，此时要尽可能增加风管中空气流速进而尽可能利用室外低焓值空气，并增加室内空气新鲜度，而冷冻水的供应流量则根据实际需要及送风温度设定值进行PID控制即可；

其数学计算表达式如下：当

且

且

则

。

进一步的，所述空调系统动态控制灵敏系数

的计算方法如下：

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，k+1分别表示第k+1时刻。

本发明第二方面公开的一种空调新风自然冷却动态控制装置，包括：

处理器；

以及，存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行上述的可执行指令来执行空调新风自然冷却动态控制方法。

本发明的有益效果如下：

本发明有效而准确的实现在过渡季节（如春季，秋季）或过渡气候的室内外空气焓值比较，依据室内外空气焓值差值的大小，实时控制中央空调系统中新风量的供给策略。相较于传统的控制方法，本发明最终可实现中央空调系统中新风系统的节能。

附图说明

图1本发明的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明的空调新风自然冷却动态控制步骤及方法如下：

通过安装在户外的空气焓值变送器采集第k时刻的室外空气焓值i ^k _out,air ，室外空气干球温度T ^k _out,air ，室外空气的相对湿度RH ^k _out,air ；

通过安装在室内的空气焓值变送器采集第k+1时刻的室内空气焓值i ^k+1 _in,air ，室内空气干球温度T ^k+1 _in,air ，室内空气的相对湿度RH ^k+1 _in,air （通常是在中央空调系统空气测回风处，如空调处理机组所在机房，此处的空气可认为是均匀和充分混合的）；

对室内外空气的各参数进行综合比较，针对四种情形分别控制空调系统的风机的运行频率和冷冻水阀门开度：

1）模式1：当

当

，

则

即：当第k+1时刻室内空气焓值小于等于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积时，则在第k+2时刻，采用常规空调制冷循环模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率f _{fresh,air_lower} 运行,表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制K _{valve_auto} 。

2）模式2：当

且

且

则

即：当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、且第k+1时刻室内空气干球温度大于等于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、且第k+1时刻室内空气相对湿度大于等于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行,表冷器冷冻水阀门开度调整为0%，此时不需要冷冻水供应冷量。

3）模式3：当

且

且

则

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制，k、k+1、k+2分别表示第k时刻、第k+1时刻、第k+2时刻，α，β，γ为空调系统动态控制灵敏系数。

即：当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、且第k+1时刻室内空气干球温度大于等于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、但第k+1时刻室内空气相对湿度小于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率f _{fresh,air_lower} 运行,表冷器冷冻水阀门开度开至最大即100%，此时要降低风管中空气流速，加大冷冻水的供应流量（冷量）进而高效快速的去除空气中含湿量，从而达到快速降低输送到室内空气的相对湿度。

4）模式4：

且

且

则

其中，i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制，k、k+1、k+2分别表示第k时刻、第k+1时刻、第k+2时刻。α、β、γ为空调系统动态控制灵敏系数，在某些实施例中，其对应取值范围分别为[0.95，0.98]、[1.05，1.08]、[1.02，1.05]。

即：当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、但第k+1时刻室内空气干球温度小于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、且第k+1时刻室内空气相对湿度大于等于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行, 表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制K _{valve_auto} ，此时要尽可能增加风管中空气流速进而尽可能利用室外低焓值空气，并增加室内空气新鲜度。而冷冻水的供应流量（冷量）则根据实际需要及送风温度设定值进行PID控制即可。

在某些实施例中α、β、γ的计算方法如下：

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，k+1分别表示第k+1时刻。

本发明的有益效果如下：

本发明相较于传统的中央空调系统现场的简单控制方法，只需在室内外相应监测点添加温度及湿度传感器，通过本发明的焓差比较及控制方法，即可实现在过渡季节（如春季，秋季）或过渡气候中新风供应量的动态调控。通过实时控制中央空调系统中新风的供给量，利用室外新风自然冷却室内的冷负荷，最终实现中央空调新风系统节能的目的。

本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。

而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。

综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空调新风自然冷却动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过安装在户外的空气焓值变送器采集第k时刻的室外空气焓值i ^k _out,air ，室外空气干球温度T ^k _out,air ，室外空气的相对湿度RH ^k _out,air ；

通过安装在室内的空气焓值变送器采集第k+1时刻的室内空气焓值i ^k+1 _in,air ，室内空气干球温度T ^k+1 _in,air ，室内空气的相对湿度RH ^k+1 _in,air ；

对室内外空气的各参数进行综合比较，针对四种模式分别控制空调系统的风机的运行频率和冷冻水阀门开度，其中模式一采用常规空调制冷循环模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率运行,表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制；模式二采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行,表冷器冷冻水阀门开度调整为0%；模式三采用采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率运行,表冷器冷冻水阀门开度开至最大；模式四采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行, 表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制。

2.根据权利要求1所述的空调新风自然冷却动态控制方法，其特征在于，根据以下原则选择模式一：

当第k+1时刻室内空气焓值小于等于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积时，则在第k+2时刻，采用常规空调制冷循环模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率f _{fresh,air_lower} 运行,表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制K _{valve_auto} ；

其数学计算表达式如下：

当

，

则

其中，i表示空气的焓值，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制， k+1、k+2分别表示第k+1时刻、第k+2时刻，α为空调系统动态控制灵敏系数。

3.根据权利要求2所述的空调新风自然冷却动态控制方法，其特征在于，根据以下原则选择模式二：

当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、且第k+1时刻室内空气干球温度大于等于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、且第k+1时刻室内空气相对湿度大于等于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行,表冷器冷冻水阀门开度调整为0%，此时不需要冷冻水供应冷量；

其数学计算表达式如下：当

且

且

则

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制，k、k+1、k+2分别表示第k时刻、第k+1时刻、第k+2时刻，α，β，γ为空调系统动态控制灵敏系数。

4.根据权利要求2所述的空调新风自然冷却动态控制方法，其特征在于，根据以下原则选择模式三：

当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、且第k+1时刻室内空气干球温度大于等于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、但第k+1时刻室内空气相对湿度小于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机按规定的最低需求及最低设定风机频率f _{fresh,air_lower} 运行,表冷器冷冻水阀门开度开至最大即100%，此时要降低风管中空气流速，加大冷冻水的供应流量进而高效快速的去除空气中含湿量，从而达到快速降低输送到室内空气的相对湿度；

其数学计算表达式如下：当

且

且

则

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制，k、k+1、k+2分别表示第k时刻、第k+1时刻、第k+2时刻，α，β，γ为空调系统动态控制灵敏系数。

5.根据权利要求2所述的空调新风自然冷却动态控制方法，其特征在于，根据以下原则选择模式四：

当第k+1时刻室内空气焓值大于周期内已采集的室外空气焓值平均与空调系统动态控制灵敏系数α乘积、但第k+1时刻室内空气干球温度小于第k-1、k、k+1时刻的室外空气干球温度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数β乘积、且第k+1时刻室内空气相对湿度大于等于第k、k+1时刻的室外空气相对湿度窗口移动平均值与空调系统动态控制灵敏系数γ乘积时，则在第k+2时刻，采用新风自然冷却动态控制模式，空调系统送风风机以最高运行频率50Hz运行, 表冷器冷冻水阀门开度采用常规的PID反馈控制K _{valve_auto} ，此时要尽可能增加风管中空气流速进而尽可能利用室外低焓值空气，并增加室内空气新鲜度，而冷冻水的供应流量则根据实际需要及送风温度设定值进行PID控制即可；

其数学计算表达式如下：当

且

且

则

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，f表示空调系统风机运行频率，K表示冷冻水阀门开度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，valve表示阀门，fresh表示新风，auto表示PID自动控制，k、k+1、k+2分别表示第k时刻、第k+1时刻、第k+2时刻，α，β，γ为空调系统动态控制灵敏系数。

6.根据权利要求3至权利要求5任一所述的空调新风自然冷却动态控制方法，其特征在于，所述

的计算方法如下：

i表示空气的焓值，T表示温度，RH表示相对湿度，in和out分别表示室内，室外；air表示空气，k+1分别表示第k+1时刻。

7.一种空调新风自然冷却动态控制装置，其特征在于，包括：

处理器；

以及，存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由所述可执行指令来执行权利要求1至6任一项所述空调新风自然冷却动态控制方法。

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