CN1363805A

CN1363805A - 空调负荷随动变工况节能控制方法及其控制器

Info

Publication number: CN1363805A
Application number: CN 02113336
Authority: CN
Inventors: 黄明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2002-08-14

Abstract

本发明涉及一种空调负荷随动变工况节能控制方法及其控制器,其设计思路是以计算机为核心,冷媒出口温度t₁、冷媒进口温度t₂、制冷剂蒸发温度t₃、制冷剂蒸发压力p、冷媒容积流量q等多参数输入,双数字P.I.D控制,各P.I.D的输入设定值是随负荷变化的而不是固定的,从而能保证空调系统在不同负荷下,以最高效率的蒸发温度随动运行,达到显著的节能效果。其中,电子调节阀的P.I.D调节器的输入值即制冷剂蒸发过热度,是由蒸发压力和温度通过软件计算出的。

Description

空调负荷随动变工况节能控制方法及其控制器

一.所属技术领域

本发明涉及一种空调能量耗能最大的部份——制冷压缩机的节能控制方法和实现该方法的负荷随动变工况计算机控制器。它适用逆卡诺循环机械式制冷的空调装置的控制节能系统。且与现有的各种节能控制器不冲突，并能在现有的控制节能的基础上实现空调的进一步的节能。

二.背景技术

传统的空调节能控制方法主要是针对冷媒系统的风机(水泵)进行变风(水)量节能控制，其节能效果不明显。其中对压缩机进行变频控制以使制冷机的cop效能比维持在设计值附近，而不是随负荷下降而下降。传统节能控制器是以单参数控制为目标，其特征在于参数设定值固定，用输入(参数采集值)与设定值的差值作为控制调节器的依据，其控制输出也是单一参数形式。

三.发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计一种当空调负荷小于额定值时能通过计算机自动重新设定空调的蒸发压力，并以该蒸发压力以及相应的过热度由计算机控制压缩机的运转和电子膨胀阀的开启度的空调负荷随动变工况节能控制方法及其控制器，以达到不同负荷条件下空调压缩机均以最高的效率运行，特别是在负荷小于额定值条件下cop效能比不是降低或维持而是提高，其cop值在其它条件一定时随负荷下降而提高。

本发明的空调负荷随动变工况节能控制方法及其控制器，其设计思路是以计算机为核心多参数输入，双数字P.I.D控制，各P.I.D的输入设定值是随负荷变化的而不是固定的，从而能保证空调系统在不同负荷下，以最高效率的蒸发温度随动运行，达到显著的节能效果。其中，电子调节阀的P.I.D调节器的输入值即制冷剂蒸发过热度，是由蒸发压力和温度通过软件计算出的。

本发明具体是这样的：

一种空调负荷随动变工况节能控制方法，涉及由压缩机、冷凝器、蒸发器构成的空调机组及带电子膨胀阀的执行机构，其特征在于该方法包括：由传感器组采集到的空调负荷侧冷媒进出口温度t₁、t₂，流量q和压缩机吸气侧的压力p、温度t₃，经多路A/D转换后送入计算机，其中温度t₁、t₂，流量q经蒸发温度设定值计算软件包计算出能满足当前相同制冷量的传热温差的最大蒸发温度设定值t₃₀，并由t₃₀经制冷剂数据库软件包算出与t₃₀相对应的蒸发压力p₀作为数字P.I.D2调节的设定值，p₀与实测值p经数字P.I.D2计算后的值通过D/A转换后再通过执行机构控制压缩机在新的蒸发压力p₀下的运转；

同时，由p₀值通过制冷剂过热度设定值软件包得出过热度设定值t₃”；

其中p、t₃经制冷剂蒸汽过热度软件包计算出过热度测量值t₃’；

t₃’和t₃”经数字PID1计算出电子膨胀阀开启度的调节量，通过D/A转换后直接控制电子膨胀阀的开启度。

当以冷媒水进口温度t₂₀为设定值时，其蒸发温度设定值计算软件包包括读入采集数据t₁、t₂、q及冷媒进口设定温度t₂₀，由公式计算出相应的t₁₀，读入冷媒数据库中的比热C、比容C_v，再读入蒸发器数据库中的换热面积F，并由q读入相应的换热系数K，由公式计算出t₃₀，用新的t₃₀替换原来的t₃₀并存储。

当以冷媒水出口温度t₁₀为设定值时，其蒸发温度设定值计算软件包包括读入采集数据t₁、t₂、q及冷媒出口设定温度t₁₀，读入冷媒数据库中的比热C、比容C_v，再读入蒸发器数据库中的换热面积F，并由q读入相应的换热系数K，由公式计算出t₃₀，用新的t₃₀替换原来的t₃₀并存储。

在本发明中，制冷剂蒸汽过热度计算软件包、制冷剂数据库软件包、制冷剂过热度设定值软件包、数字P.I.D计算软件包的计算方法在现有文献中均有记载。

当冷媒为空气时，其传感器组还可以采集冷媒空气进口湿度，冷媒空气出口湿度。并以空气进出口焓值计算出t₃₀。

一种空调负荷随动变工况节能控制器，涉及由压缩机、冷凝器、蒸发器构成的空调机组及带电子膨胀阀的执行机构，其特征在于该控制器包括计算机、多路A/D卡，由安装于蒸发器冷媒侧进口端的流量传感器Q、温度传感器T2，安装于蒸发器冷媒侧出口端的温度传感器T1，安装于压缩机吸气侧的温度传感器T3、压力传感器P构成的传感器组，安装于计算机与执行机构之间的输出接口，其中传感器测得的信号经变送器后送入多路A/D卡，再经多路A/D卡送入计算机，并由计算机处理后经输出接口送入执行机构。

其输出接口可以是I/O接口，用于对压缩机进行能量调节和启停控制。

其输出接口可以是D/A接口，用于对压缩机进行无极调速。

其传感器组中还可以包括分别设于冷媒进口湿度传感器，冷媒出口湿度传感器。用于蒸发温度设定值计算软件包中对冷媒介质为湿空气时对t₃₀的计算。

在本发明中相关符号含义是：

t₁——冷媒出口温度

t₂——冷媒进口温度

t₃——制冷剂蒸发温度

p——制冷剂蒸发压力

q——冷媒容积流量

t₁₀——冷媒出口设定温度。指冷媒水或空气从蒸发器中出来的温度，有时还可由空调操作者设定。

t₂₀——冷媒进口设定温度。指冷媒水或空气进入蒸发器的温度，通常由空调操作者设定。

t₃₀——制冷剂设定蒸发温度。指在满足相同制冷量传热温差的条件下最大的可用蒸发温度值。

p₀——制冷剂设定蒸发压力

t₃”——过热度设定值

t₃’——过热度实测值

C——冷媒比热

C_v——冷媒比容

K——蒸发器换热系数

F——蒸发器换热面积

cop—制冷机组效能比(制冷量/制冷机能耗)

本发明的计算机控制器由传感器，变送器(冷媒进出口温度、流量，蒸发压力、温度)，多路A/D参数采集卡，蒸发温度计算软件包(①制冷剂数据库软件包②过热度计算软件包③过热度设定软件包④数字P.I.D1计算软件包⑤数字P.I.D2计算软件包)，D/A转换，I/O接口，压缩机起停控制，压缩机调速控制，电子调节阀开启度控制组成。其工作原理是：由传感器实时测量空调冷媒的进出口温度t₁，t₂，及流量q，经变送器送入计算机多路A/D参数采集卡，模数变换后的负荷侧数字参数经蒸发温度设定值计算软件包计算出该负荷下的最大可用蒸发温度，以此蒸发温度由制冷剂数据库软件包查出对应的蒸发压力p₀作为数字P.I.D1调节压缩机运行的设定值，用实测的蒸发温度p作为P.I.D的输入值，由P.I.D1计算出输出调节量，经D/A或I/O去控制压缩机的运行。同时由制冷剂数据库查得p₀下的过热度t₃”作为数字P.I.D2调节电子膨胀阀开启度的设定值，而实测的蒸发压力和蒸发温度经制冷剂过热度软件包计算出蒸发器中的实际过热度t₃’作为P.I.D2的输入值，由P.I.D2软件包计算出的输出值经D/A转换控制电子膨胀阀的开启度，达到对空调压缩机的变工况实时节能控制。由制冷理论知蒸发温度每上调1℃，制冷机效能比(cop＝制冷量/能耗)将提高15％达到显著的节能效果。

四.附图及说明

图1为本发明的控制原理逻辑框图

图2为蒸发温度设定值计算软件包的逻辑框图

图3为应用实例的控制原理图

五.实现方式

如图1、图2所示，一种空调负荷随动变工况节能控制方法，涉及由压缩机、冷凝器、蒸发器构成的空调机组及带电子膨胀阀的执行机构，其特征在于该方法包括：由传感器组采集到的空调负荷侧冷媒进出口温度t₁、t₂，流量q和压缩机吸气侧的压力p、温度t₃，经多路A/D转换后送入计算机，其中温度t₁、t₂，流量q经蒸发温度设定值计算软件包计算出能满足当前相同制冷量的传热温差的最大蒸发温度设定值t₃₀，并由t₃₀经制冷剂数据库软件包算出与t₃₀相对应的蒸发压力p₀作为数字P.I.D2调节的设定值，p₀与实测值p经数字P.I.D2计算后的值通过D/A转换后再通过执行机构控制压缩机在新的蒸发压力p₀下的运转；

t₃’和t₃”经数字P.I.D1计算出电子膨胀阀开启度的调节量，通过D/A转换后直接控制电子膨胀阀的开启度。

其蒸发温度设定值计算软件包包括读入采集数据t₁、t₂、q及冷媒进口设定温度t₂₀，由公式计算出相应的t₁₀，读入冷媒数据库中的比热C、比容C_v，再读入蒸发器数据库中的换热面积F，并由q读入相应的换热系数K，由公式计算出t₃₀，用新的t₃₀替换原来的t₃₀并存储。

如图3所示，本实例是一个典型的空调制冷系统。本发明控制器的数据监测部份由蒸发器冷媒侧的进出口温度传感器T1，T2和流量传感器Q组成负荷监测探测组。由传感器检测到的各信号参数经变送器直接送入多路A/D卡进入计算机。由各软件包计算后的控制输出一个信号经D/A₁转换成电信号后送入可控硅变频调节器，将压缩机驱动电机的频率调整，使驱动电机的转速变化，以保证该负荷下的蒸发压力稳定。由各软件包计算后的控制输出另一个信号经D/A₂转换成电信号后送入变送器，由变送器直接控制电子膨胀阀的开启度，以保证传热面积的充分利用和制冷剂的完全蒸发。当负荷减小时，由蒸发温度计算软件包可算出新的蒸发温度设定值上升，则相应的蒸发温度压力设定值上升，由实测到的蒸发压力与新的蒸发压力比较经P.I.D1软件包可计算出将压缩机驱动电机的转速下调以提高蒸发温度。由于蒸发压力上调使电子膨胀阀进出口压差变小，经电子膨胀阀流入蒸发器的制冷剂流量将减小，其蒸汽的过热度将上升，由检测到的p，t₃经过热度计算软件包可算出实测过热度t₃的值，将其送入P.I.D2的输入端与从制冷剂数据库软件包查出的标准过热度输入P.I.D2的设定端，由P.I.D2软件包算出电子膨胀阀开启控制输出值，送入D/A转换器变成模拟电压信号，经变送器直接送入电子膨胀阀使阀的开启度增加至过热度设定值。由于降低了压缩机的转速在同样负荷下保证了制冷剂的流量不变，即制冷量不变而压缩机的运行工耗减小、达到节能控制的目的。

Claims

1.一种空调负荷随动变工况节能控制方法，涉及由压缩机、冷凝器、蒸发器构成的空调机组及带电子膨胀阀的执行机构，其特征在于该方法包括：由传感器组采集到的空调负荷侧冷媒进出口温度t₁、t₂，流量q和压缩机吸气侧的压力p、温度t₃，经多路A/D转换后送入计算机，其中温度t₁、t₂，流量q经蒸发温度设定值计算软件包计算出能满足当前相同制冷量的传热温差的最大蒸发温度设定值t₃₀，并由t₃₀经制冷剂数据库软件包算出与t₃₀相对应的蒸发压力p₀作为数字P.I.D2调节的设定值，p₀与实测值p经数字P.I.D2计算后的值通过D/A转换后再通过执行机构控制压缩机在新的蒸发压力p₀下的运转；

2.根据权利要求1所述的空调负荷随动变工况节能控制方法，其特征在于蒸发温度设定值计算软件包包括读入采集数据t₁、t₂、q及冷媒进口设定温度t₂₀，由公式计算出相应的t₁₀，读入冷媒数据库中的比热C、比容C_v，再读入蒸发器数据库中的换热面积F，并由q读入相应的换热系数K，由公式计算出t₃₀，用新的t₃₀替换原来的t₃₀并存储。

3.根据权利要求1所述的空调负荷随动变工况节能控制方法，其特征在于蒸发温度设定值计算软件包包括读入采集数据t₁、t₂、q及冷媒出口设定温度t₁₀，读入冷媒数据库中的比热C、比容C_v，再读入蒸发器数据库中的换热面积F，并由q读入相应的换热系数K，由公式计算出t₃₀，用新的t₃₀替换原来的t₃₀并存储。

4.根据权利要求1所述的空调负荷随动变工况节能控制方法，其特征在于传感器组还可以采集冷媒空气进口湿度，冷媒空气出口湿度。

5.一种空调负荷随动变工况节能控制器，涉及由压缩机、冷凝器、蒸发器构成的空调机组及带电子膨胀阀的执行机构，其特征在于该控制器包括计算机、多路A/D卡，由安装于蒸发器冷媒侧进口端的流量传感器Q、温度传感器T2，安装于蒸发器冷媒侧出口端的温度传感器T1，安装于压缩机吸气侧的温度传感器T3、压力传感器P构成的传感器组，安装于计算机与执行机构之间的输出接口，其中传感器测得的信号经变送器后送入多路A/D卡，再经多路A/D卡送入计算机，并由计算机处理后经输出接口送入执行机构。

6.根据权利要求4所述的空调负荷随动变工况节能控制器，其特征在于输出接口可以是I/O接口，用于对压缩机进行能量调节和启停控制。

7.根据权利要求4所述的空调负荷随动变工况节能控制器，其特征在于输出接口可以是D/A接口，用于对压缩机进行无极调速。

8.根据权利要求4所述的空调负荷随动变工况节能控制器，其特征在于传感器组中还可以包括分别设于冷媒进口湿度传感器，冷媒出口湿度传感器。