CN117537472A - 室内外环境自适应变风量空调控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内外环境自适应变风量空调控制方法及控制系统；一种室内外环境自适应变风量空调控制方法包括：监测室外干球温度t以及相对湿度φ，得到室外环境焓值；根据室外环境焓值以及室外环境焓值变化设置送风温度设定点；当室外空气焓值越高，送风温度设定值越低；当室外空气焓值越低，送风温度设定值越高；当室外空气焓值变化增大，送风温度设定值降低；当室外空气焓值变化减小，送风温度设定值增加。本发明控制方法，根据实时数据分析室内外环境条件，采用模糊控制规则自动优化空调系统的运行参数，如送风温度和风量，以实现最佳的能效和舒适度。

Description

室内外环境自适应变风量空调控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及暖通空调(HVAC)系统的控制技术领域，特别是关于变风量空调系统的优化控制技术。该领域专注于提升空调系统的能效和调节灵活性，以适应不断变化的外部环境条件和内部负荷需求。随着智能建筑技术的发展，对高效、自适应的暖通空调系统提出了更高的要求，尤其是在节能环保和提高室内舒适度方面。

背景技术

在现代建筑中，空调系统的能效和运行效率是优化能源消耗和保障室内环境质量的关键。传统的空调系统控制方法多依赖于定点控制或预设的运行时间表，这在处理复杂的室内外环境交互时常显不足。尤其是在室内外温度、湿度、人员活动等因素频繁变化的情况下，这些传统方法无法有效适应实际需求，导致能源浪费和室内舒适度降低。

随着物联网技术和智能传感器的发展，空调系统的控制技术也在逐步向智能化、自动化方向发展。然而，如何精确地根据实时的室内外环境数据动态调整空调系统的运行，以实现能源和舒适度的最优化，仍是目前技术面临的主要挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种实现最佳的能效和舒适度的室内外环境自适应变风量空调控制方法及控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:

本发明首先提供一种室内外环境自适应变风量空调控制方法，包括：

监测室外干球温度t以及相对湿度φ，得到室外环境焓值；

根据室外环境焓值以及室外环境焓值变化设置送风温度设定点；当室外空气焓值越高，送风温度设定值越低；当室外空气焓值越低，送风温度设定值越高；当室外空气焓值变化增大，送风温度设定值降低；当室外空气焓值变化减小，送风温度设定值增加。

设定模糊控制规则输出送风温度设定点，模糊控制规则的输入变量为室外焓值和室外焓值变化，模糊控制规则的输出变量分别为送风温度。

将模糊控制规则输入变量室外焓值设为高、较高、中、较低及低；室外焓值变化设为显著下降、轻微下降、不变、轻微上升及显著上升；送风温度设为低、较低、中、较高及高。

对每个输入变量和输出变量，定义隶属函数来描述其模糊集合；隶属函数是三角形、梯形或高斯型。

模糊控制规则构建的模糊规则集为：

本发明还提供一种室内外环境自适应变风量空调控制系统，包括组合式空气处理机组、送风末端、测量模块及控制模块；组合式空气处理机组包括过滤段、表冷段、加湿段及送风段；送风末端包括多个变风量末端，安装在多个房间的不同位置；测量模块包括温度计、流量计、风量计、压力计；冷源系统与表冷器连接，用于与空气接触换热，配合加湿段处理空气至合理送风温度、送风湿度；组合式空气处理机组与送风末端连接，将处理后的风送入变风量末端进而送入房间；所述控制模块根据上述一种室内外环境自适应变风量空调控制方法得到设定的送风温度，并控制表冷段设置的表冷器的冷冻水阀门开度。

针对组合式空气处理机组风机，判断变风量末端风阀阀位，若风阀最大开度小于70％，则降低送风机转速；若变风量末端风阀阀位最大开度大于90％，则增大送风机转速，保持最大阀位保持在70％至90％之间。

针对各房间变风量末端风阀，首先设定并监测房间温度，在风量设定范围内，若房间温度大于设定值，则提高送风量设定，若房间温度小于设定值，则降低送风量设定。

送风量通过变风量末端风阀开度调整，在风阀的开度范围内，若风量实际值大于设定值，则降低风阀开度，若风量实际值小于设定值，则增大风阀开度。

针对组合式空调机组新风阀，若在制冷模式下，根据监测的新回风温湿度计算焓值，当新风焓值小于回风焓值，且新风温度小于某阈值温度，启动新风节能模式，否则新风阀设置为满足最小新风要求开度；在新风节能模式下，读取上述由室外焓值确定的送风温度设定值为设定目标温度值；监测新回风混合温度，若新回风混合温度大于设定温度，则提高新风阀开度直到新风阀全开为止，若新回风混合温度小于设定温度，则降低新风阀开度直到最小新风要求开度；同时排风阀跟新风阀同比例控制，回风阀跟新风阀反比例控制，新风阀最小开度随着风量变化同比例调整；

控制系统的各个调节过程，时间尺度从小到大排列起来为；

1)变风量末端根据风量设定值调节风阀开度；

2)组合式空气处理机组根据要求的温度设定值调节冷冻水阀门开度；

3)房间温度控制器根据房间温度设定值调节送风量设定值；

4)根据最大阀位开度调节组合式空气处理机组风机频率；

5)控制系统根据室外焓值以及室外焓值变化调节送风温度设定值；

6)新风阀、回风阀、排风阀开度控制。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

首先，本发明控制方法，实时监测室内外的温度、湿度等参数得到室外环境焓值及室外环境焓值变化，并据此自动调整空调的运行状态，以提高能源利用效率。

其次，本发明控制方法，根据实时数据分析室内外环境条件，采用模糊控制规则自动优化空调系统的运行参数，如送风温度和风量，以实现最佳的能效和舒适度。

此外，系统还能针对不同区域的实际需求动态调整送风量，优化空气分配，从而降低能源浪费。总的来说，本发明的室内外环境自适应变风量空调控制系统通过其创新的控制策略和算法，能够显著提升空调系统的能效和室内舒适度，不仅有助于降低能源消耗，还能为用户提供更优质的室内环境，展现了广泛的市场应用前景。

附图说明

图1为本发明的系统的示意图；

图2为冷冻水阀门开度控制逻辑；

图3为送风量设定控制逻辑；

图4为风阀开度控制逻辑；

图5为新风阀开度控制逻辑；

图中的标号和相对应的部件名称为：1为组合式空气处理机组过滤段，2为组合式空气处理机组表冷器，3为组合式空气处理机组加湿段，4为组合式空气处理机组送风段，5为流量计，6为变风量末端，7为压力计，8为温度计，9为排风阀，10为回风阀，11为新风阀。

具体实施方式

下面结合实例及附图，对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种室内外环境自适应变风量空调控制系统；包括组合式空气处理机组、送风末端、测量系统、控制系统等。组合式空气处理机组包括过滤段1、表冷段2、加湿段3、送风段4；送风末端包括多个变风量末端6，安装在多个房间的不同位置；测量系统包括温度计8、流量计5、压力计7等；控制系统包含PLC控制柜、上位机等，可将控制程序写入PLC，经逻辑判断后下发控制指令。冷源系统与表冷器2连接，用于与空气接触换热，配合加湿段处理空气至合理送风温度、送风湿度；组合式空气处理机组与送风末端连接，将处理后的风送入变风量末端进而送入房间。

在制冷模式下，根据室外环境焓值以及室外环境焓值变化设置送风温度设定点。首先监测室外干球温度t以及相对湿度φ，可换算得空气焓值。当室外空气焓值越高，送风温度设定值越低；当室外空气焓值越低，送风温度设定值越高。同时，监测室外空气焓值变化，取送风温度设定值与空气焓值反方向变化。基于以上规律设定模糊控制规则输出最优送风温度。设定送风温度后，通过PID控制调节表冷器2冷冻水阀门开度，使之满足设定的送风温度。

根据监测的干球温度t以及相对湿度φ，可由以下公式计算空气焓值h

A＝(18.678-t/234.5)*t/(t+257.14)

B＝611.2*EXP(A)

C＝0.6219*(0.01*φ*B/(101326-0.01*φ*B))

h＝1.01*t+(2500+1.84*t)*C。

以下为送风温度模糊控制系统的设计流程

(1)定义输入和输出变量

输入变量:室外焓值(高、较高、中、较低、低)、室外焓值变化(显著下降、轻微下降、不变、轻微上升、显著上升)

输出变量:送风温度(低、较低、中、较高、高)

输入变量室外焓值以及焓值变化具体论域划分，可由制冷季历史运行数据确定，也可参考建筑地区制冷季气象数据集。室外焓值“低”可取过渡季节平均焓值，室外焓值“高”可取夏季最高温时焓值，以两者为上下限，将焓值均分为四段，获得五个端点值分别为“高、较高、中、较低、低”。焓值变化“显著下降”可取一日内各组采集数据焓值下降百分比最大值，焓值变化“显著上升”可取同样一日内各组采集数据焓值上升百分比最大值，可采集多日数据，求得多日平均最大值以及最小值，采集数据时间间隔需等于送风温度调整周期。焓值变化“不变”可取为0，焓值变化“轻微上升”可取为最大值的一半，焓值变化“轻微下降”可取为最小值的一半。

输出变量制冷季送风温度通常可为15-18℃，可将其按照“低、较低、中、较高、高”均匀划分为多个区间，例如“低”定义为15℃，“较低”定义为15.8℃，“中”定义为16.6℃，“较高”定义为17.2℃，“高”定义为18℃。

(2)设定隶属函数

对每个输入和输出变量，定义隶属函数来描述其模糊集合。这些隶属函数可以是三角形、梯形或高斯型等。

(3)构建模糊规则集

根据室外焓值以及室外焓值变化确定送风温度可如下表所示：

模糊规则制定的原则如下所示：

1)当室外焓值高或较高且变化为不变或上升时，送风温度应设定为较低至低，以降低室内温度，反映外部环境的热量增加。

2)当室外焓值中时，送风温度主要保持在中，以维持稳定的室内环境，除非室外焓值变化显著上升，此时应稍微降低送风温度。

3)当室外焓值较低或低时，送风温度应适度提高，特别是当室外焓值显著下降时，送风温度应设为高，以抵抗外部冷空气的影响。

4)在室外焓值变化为显著下降时，送风温度应当作较大幅度的提高，以快速响应外部环境的冷却。

5)在室外焓值变化为显著上升时，送风温度应当作较大幅度的降低，以减少室内温度上升的速度。

(4)模糊推理

使用模糊逻辑推理来模拟人类决策过程，将模糊输入值映射到模糊输出值。

(5)去模糊化

将模糊输出值转换为一个精确的控制信号，通常采用质心方法、最大隶属度法或加权平均法。

(6)实现和调试

在实际系统中实现模糊控制器，并通过调试来优化隶属函数和模糊规则。

针对组合式空气处理机组风机，判断变风量末端风阀阀位，若风阀最大开度小于70％，则降低送风机转速。若变风量末端风阀阀位最大开度大于90％，则增大送风机4转速，保持最不利环路的阀门即最大阀位保持在70％至90％之间。

针对各房间变风量末端6风阀，首先设定并监测房间温度，在风量设定范围内，若房间温度大于设定值，则提高送风量设定，若房间温度小于设定值，则降低送风量设定。送风量通过变风量末端风阀开度调整，在风阀的开度范围内，若风量实际值大于设定值，则降低风阀开度，若风量实际值小于设定值，则增大风阀开度。

针对组合式空调机组新风阀11，若在制冷模式下，根据监测的新回风温湿度计算焓值，当新风焓值小于回风焓值，且新风温度小于某阈值温度，启动新风节能模式，否则新风阀设置为满足最小新风要求开度。在新风节能模式下，读取上述由室外焓值确定的送风温度设定值为设定目标温度值。监测新回风混合温度，若新回风混合温度大于设定温度，则提高新风阀11开度直到新风阀全开为止，若新回风混合温度小于设定温度，则降低新风阀11开度直到最小新风要求开度，最小新风要求开度可以根据按房间人员数量以及规范规定的换气次数确定。同时排风阀9跟新风阀11同比例控制，回风阀10跟新风阀11反比例控制，新风阀11最小开度随着风量变化同比例调整。

控制系统的各个调节过程，时间尺度从小到大排列起来为；

1)变风量末端6根据风量设定值调节风阀开度；

2)组合式空气处理机组根据要求的温度设定值调节表冷段冷冻水阀门开度；

3)房间温度控制器根据房间温度设定值调节送风量设定值；

4)根据最大阀位开度调节组合式空气处理机组风机频率；

5)控制系统根据室外焓值以及室外焓值变化调节送风温度设定值；

6)新风阀、回风阀、排风阀开度控制。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、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内。

Claims (10)

1.一种室内外环境自适应变风量空调控制方法，其特征在于，包括：

监测室外干球温度t以及相对湿度φ，得到室外环境焓值；

根据室外环境焓值以及室外环境焓值变化设置送风温度设定点；当室外空气焓值越高，送风温度设定值越低；当室外空气焓值越低，送风温度设定值越高；当室外空气焓值变化增大，送风温度设定值降低；当室外空气焓值变化减小，送风温度设定值增加。

2.根据权利要求1所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制方法，其特征在于，设定模糊控制规则输出送风温度设定点，模糊控制规则的输入变量分别为室外焓值和室外焓值变化，模糊控制规则的输出变量为送风温度。

3.根据权利要求2所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制方法，其特征在于，将模糊控制规则输入变量室外焓值设为高、较高、中、较低及低；室外焓值变化设为显著下降、轻微下降、不变、轻微上升及显著上升；送风温度设为低、较低、中、较高及高。

4.根据权利要求3所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制方法，其特征在于，

对每个输入变量和输出变量，定义隶属函数来描述其模糊集合；隶属函数是三角形、梯形或高斯型。

5.根据权利要求3所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制方法，其特征在于，模糊控制规则构建的模糊规则集为：

6.一种室内外环境自适应变风量空调控制系统，包括组合式空气处理机组、送风末端、测量模块及控制模块；组合式空气处理机组包括过滤段、表冷段、加湿段及送风段；送风末端包括多个变风量末端，安装在多个房间的不同位置；测量模块包括温度计、流量计、风量计、压力计；冷源系统与表冷器连接，用于与空气接触换热，配合加湿段处理空气至合理送风温度、送风湿度；组合式空气处理机组与送风末端连接，将处理后的风送入变风量末端进而送入房间；其特征在于，所述控制模块根据权利要求1-5所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制方法得到设定的送风温度，并控制表冷段设置的表冷器的冷冻水阀门开度。

7.根据权利要求6所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制系统，其特征在于，针对组合式空气处理机组风机，判断变风量末端风阀阀位，若风阀最大开度小于70％，则降低送风机转速；若变风量末端风阀阀位最大开度大于90％，则增大送风机转速，保持最大阀位保持在70％至90％之间。

8.根据权利要求7所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制系统，其特征在于，

针对各房间变风量末端风阀，首先设定并监测房间温度，在风量设定范围内，若房间温度大于设定值，则提高送风量设定，若房间温度小于设定值，则降低送风量设定。

9.根据权利要求7所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制系统，其特征在于，送风量通过变风量末端风阀开度调整，在风阀的开度范围内，若风量实际值大于设定值，则降低风阀开度，若风量实际值小于设定值，则增大风阀开度。

10.根据权利要求7所述的一种室内外环境自适应变风量空调控制系统，其特征在于，针对组合式空调机组新风阀，若在制冷模式下，根据监测的新回风温湿度计算焓值，当新风焓值小于回风焓值，且新风温度小于某阈值温度，启动新风节能模式，否则新风阀设置为满足最小新风要求开度；在新风节能模式下，读取上述由室外焓值确定的送风温度设定值为设定目标温度值；监测新回风混合温度，若新回风混合温度大于设定温度，则提高新风阀开度直到新风阀全开为止，若新回风混合温度小于设定温度，则降低新风阀开度直到最小新风要求开度；同时排风阀跟新风阀同比例控制，回风阀跟新风阀反比例控制，新风阀最小开度随着风量变化同比例调整；

控制系统的各个调节过程，时间尺度从小到大排列起来为；

1)变风量末端根据风量设定值调节风阀开度；

2)组合式空气处理机组根据要求的温度设定值调节冷冻水阀门开度；

3)房间温度控制器根据房间温度设定值调节送风量设定值；

4)根据最大阀位开度调节组合式空气处理机组风机频率；

5)控制系统根据室外焓值以及室外焓值变化调节送风温度设定值；

6)新风阀、回风阀、排风阀开度控制。