CN201322411Y - 中央空调节电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种中央空调节电装置，所述中央空调节电装置包括：检测空调水循环系统进水点和出水点的温度的温度检测单元；接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述水循环系统中水泵电机的运转频率的变频处理单元；接收、处理以及发送信号的中央处理单元，接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。本实用新型可有效节省空调系统中的电能。

Description

中央空调节电装置

技术领域

本实用新型涉及空调系统及中央空调节电装置。

背景技术

现有技术中央空调系统主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成。

冷冻水循环系统由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道(出水)，进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器(回水)。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。

冷却水循环部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔(出水)，使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器(回水)。

主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒(制冷剂)等组成，其工作循环过程如下：

首先，低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。

随后，冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最终，蒸发器中气化后的冷媒又变成低压气体，重新进入压缩机，如此循环往复。

经长期实践，发明人发现，现有技术中央空调系统在设计时，冷冻泵、冷却泵的电机容量是根据建筑物的最大设计冷负荷选定的，都留有一定设计余量。由于四季气候及昼夜温差变化，中央空调工作时的冷负荷总是不断变化。图1和2为一建筑物中中央空调分别在一年和一天中的实测冷负荷情况，如图所示，该中央空调一年中负荷率在50％以下的时间超过了全部运行时间的50％。工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，从而产生大量的节流及回流损失，同时也增加电机的负荷。

通常冷却水管路的设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这说明实际情况下水泵的转速不适当地过大，这样就形成中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况，从而增加管路系统的能量损失，白白消耗许多电能。

中央空调水泵电机的耗电量约占系统总耗电量的20-30％，因此降低非满负荷工况下的水泵输出流量具有很重要的节能意义。

实用新型内容

为解决现有技术空调系统在一些时间内负荷率低而造成电能浪费的技术问题，本实用新型提供一种节能的中央空调节电装置和空调系统。

为解决上述技术问题而提供的本实用新型技术方案是：提供一种中央空调节电装置，包括：检测空调水循环系统进水点和出水点的温度的温度检测单元；接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述水循环系统中水泵电机的运转频率的变频处理单元；接收、处理以及发送信号的中央处理单元，其连接所述温度检测单元和变频处理单元，接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

为解决上述技术问题而采用另一本实用新型技术方案：一种空调系统，包括冷冻水循环系统、冷却水循环系统、主机以及中央空调节电装置，所述中央空调节电装置包括：分别检测所述冷冻水、冷却水循环系统进水点和出水点的温度的温度检测单元；接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述冷冻水、冷却水循环系统中水泵电机的运转频率的变频处理单元；接收、处理以及发送信号的中央处理单元，其连接所述温度检测单元和变频处理单元，接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

以上技术方案可以看出，区别于现有技术空调系统中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节的方式，本实用新型通过中央空调节电装置对水循环系统管路的温度差进行检测，得到空调系统的负荷情况并对其进行控制，从而实现节能的目的。具体上，是在水循环系统管路的实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，即将水泵运转频率调整到足以使后续的水循环系统管路的温度差达到设定数值的变频信号。在实际温度差调节为所述设定温度差后，在不影响空调系统制冷效果的同时水循环系统的水泵运转频率可比原先低，实现有效节能的目的。

附图说明

图1是现有技术一建筑物中中央空调在一年中的实测冷负荷情况示意图；

图2是图1中中央空调分别在一天中的实测冷负荷情况示意图；

图3是本实用新型空调系统实施方式的原理框图；

图4是本实用新型中央空调节电装置实施方式的原理框图。

具体实施方式

由流体力学理论可知，大部分流体传输设备(如离心式水泵、风机等)的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P(扬程)与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：

Q＝K1×n

P＝K2×n2

N＝Q×P＝K3×n3(K1、K2、K3为比例常数)

由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3＝0.512。

由于通常冷却水循环系统中的管路设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水循环系统中的管路温差仅为2～4℃，本实用新型由此着手，在空调系统低负荷时降低水泵的转速，使水循环系统中的管路温差达到设计温度差，实现节能的目的。发明人经长期实践证明，在空调系统中接入本实用新型中央空调节电装置，在空调系统低负荷时利用变频技术降低水泵转速来降低管道中的流量，以取代现有技术阀门调节及回流方式，能取得明显的节能效果，节电率比较高。同时中央空调节电装置本身具有的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。以下结合附图详细描述本实用新型。

图3是为实现上述技术效果而提供的本实用新型空调系统实施方式之一：

所述空调系统包括冷冻水循环系统、冷却水循环系统、主机以及中央空调节电装置。所述冷冻水循环系统包括冷冻泵。冷却水循环部分包括冷却泵。主机的作用是提供冷冻水给冷冻水循环系统，接收冷冻水循环系统带来的热能，并将所述热能传给冷却水循环系统以散发出去。

请一起参阅图4，所述中央空调节电装置包括：

温度检测单元，用于分别检测所述冷冻水、冷却水循环系统出水点和进水点的温度：T1，T2，T3，T4；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述冷冻水、冷却水循环系统中水泵电机的运转频率；

中央处理单元，其连接所述温度检测单元和变频处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度：T1，T2，T3，T4，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差：T2-T1，T4-T3，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

上述的本实用新型空调系统实施方式主要是在现有技术空调系统的基础上增加中央空调节电装置，通过对水循环系统管路的温度差进行检测，得到空调系统的负荷情况并对其进行控制实现节能的目的。具体上，是在负荷小时降低冷冻水、冷却水循环系统中水泵电机的运转频率，使负荷升到合理水平；负荷过大时则反之。体现在本实施方式上，则是在水循环系统管路的实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号。这里的将实际温度差调节为设定温度差的变频信号，是指经过预先测定而得到每一个实际温度差与需要调整的水泵运转频率的对应关系，只要检测到水循环系统管路的实际温度差，就能依据所述对应关系，计算出将水泵运转频率调整到足以使后续的水循环系统管路的温度差达到设定数值-比如5度-的变频信号。

采用上述本实用新型，节电效果可以做到在水循环水系统中节电30-50％。并且可以看出，本实用新型是对现在空调系统的节能控制进行量身定做，利用全闭环控制系统对负荷进行实时监控，合理地使电机输出适当的功率。

在其他本实用新型空调系统实施方式中，可以进一步包括压力检测单元，其用于检测空调水循环系统末端的实际压力并得到压力信号，传送所述压力信号到所述中央处理单元。本实施方式中，所述中央处理单元进一步根据所述压力信号比较所述实际压力和设定的最低压力，在所述实际压力小于设定的最低压力时，计算出将所述实际压力调节到大于或等于所述最低压力的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

增加压力检测单元的目的是要控制水循环系统的最低压力，以保证系统所要求的扬程，为上述达到的节能技术效果提供保障。

上述的温度、压力检测单元可以分别是温度、压力传感器。

而且，所述冷冻水、冷却水循环系统中的水泵电机可以分别由不同的变频处理单元控制。即采用一拖一控制方式，控制灵活，节电效果更加明显。

此外，可以增加人机界面以方便观测和操作，比如增加连接所述中央处理单元的LCD界面、PVC键盘以及LED指示灯。

请再参阅图4，是本实用新型提供的中央空调节电装置实施方式之一，其包括：

温度检测单元，用于检测空调水循环系统进水点和出水点的温度；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述水循环系统中水泵电机的运转频率；

中央处理单元，其连接所述温度检测单元和变频处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

本实施方式可应用于各种温度调节系统中，比如空调系统、冰箱等，实现节能的目的。

在另一本实用新型中央空调节电装置中，所述计算出将实际温度差调节为设定温度差的变频信号，可以由温度控制积分(PID)调节器处理完成。即中央处理单元输出实际温度差与设定温度差的差值到所述温度控制PID调节器，所述温度控制PID调节器设置有所述差值与变频信号一一对应关系，所述对应关系为：实际温度差与设定温度差的差值大，对应降低水泵电机运转频率的变频信号。

所述中央处理单元计算得到所述进水点和出水点的实际温度差、判断所述实际温度差是否小于设定温度差的处理也可以由一个或多个温度比较器完成。

还可以进一步包括压力检测单元，其用于检测空调水循环系统末端的实际压力并得到压力信号，传送所述压力信号到所述中央处理单元，此时所述中央处理单元进一步根据所述压力信号比较所述实际压力和设定的最低压力，在所述实际压力小于设定的最低压力时，计算出将所述实际压力调节到大于或等于所述最低压力的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

所述变频处理单元可以采用正弦波脉宽调(SPWM)的自关断器件，变频调速范围能适应各种调速设备的要求，频率范围0.00-50.00HZ可调。控制精度高，变频处理单元的数字设定分辨率为±0.01％，模拟设定分辨率为±0.1％。

所述变频处理单元变频器为容性负载，可有效改善电机的功率因数，减少无功损耗；还具有过流、过压、过载、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保证整个系统的正常运作；变频拖动系统的启动、停止及速度转换过程平稳顺畅，舒适感较好；有“手动”“自动”两种工作模式，在变频器出现故障的情况下，仍可按手动工作方式继续运行；并且还具有电压、电流、功率因数、频率等显示功能。

所述设定温度差可以是5～6度。

所述中央处理单元可以是可编程控制器(PLC)，或者由PLC、PID调节器及一体化节电器组成的计算单元，又或者是由温度比较器、PLC以及PID调节器组成的计算单元，根据实际工况进行调节输出功率。由温度比较器、PLC以及PID调节器组成的计算单元中，温度比较器中设有设定温度差，与来自温度检测单元的水循环系统进出水点得到的实际温度差进行比较，将实际温度差与设定温度差的差值经PLC输入到所述PID调节器。

本实施方式中，可以将温度控制PID调节器的设定温差设定到5℃左右，这个PID调节器就可以根据检测到的实际温度差与设定温度差之间的差值的大小，计算出应该输出的对应电流模拟量为4-20mA的变频信号。即如果实际温度差大于5℃时，应该输出的电流模拟量从4-20mA变化。这个模拟量直接输出到变频器处理单元上，控制变频器按设定的频率变化范围变化，最终的结果是控制水循环系统管路的温度差稳定在5℃。一般变频处理单元的频率输出设定为最低30HZ，与变频信号4-20mA的对应关系为30-50HZ。

以上对本实用新型所提供的一种空调系统和中央空调节电装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种中央空调节电装置，其特征在于，包括：

检测空调水循环系统进水点和出水点的温度的温度检测单元；

接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述水循环系统中水泵电机的运转频率的变频处理单元；

接收、处理以及发送信号的中央处理单元，其连接所述温度检测单元和变频处理单元，接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

2.根据权利要求1所述的中央空调节电装置，其特征在于，所述计算出将实际温度差调节为设定温度差的变频信号，由温度控制积分调节器处理完成，所述温度控制积分调节器设置有所述实际温度差与设定温度差的差值与变频信号一一对应关系，所述对应关系为：实际温度差与设定温度差的差值大，对应降低水泵电机运转频率的变频信号。

3.根据权利要求2所述的中央空调节电装置，其特征在于，所述变频处理单元是采用正弦波脉宽调的自关断器件。

4.根据权利要求2所述的中央空调节电装置，其特征在于，进一步包括：

检测空调水循环系统末端的实际压力并得到压力信号，传送所述压力信号到所述中央处理单元的压力检测单元，

所述中央处理单元进一步根据所述压力信号比较所述实际压力和设定的最低压力，在所述实际压力小于设定的最低压力时，计算出将所述实际压力调节到大于或等于所述最低压力的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

5.根据权利要求1所述的中央空调节电装置，其特征在于，所述设定温度差为5～6度。

6.根据权利要求1所述的中央空调节电装置，其特征在于，所述中央处理单元是可编程控制器。

7.一种空调系统，包括冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及主机，其特征在于，进一步包括：中央空调节电装置，其包括：

分别检测所述冷冻水、冷却水循环系统进水点和出水点的温度的温度检测单元；

接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述冷冻水、冷却水循环系统中水泵电机的运转频率的变频处理单元；

接收、处理以及发送信号的中央处理单元，其连接所述温度检测单元和变频处理单元，接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

8.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，进一步包括：

检测空调水循环系统末端的实际压力并得到压力信号，传送所述压力信号到所述中央处理单元的压力检测单元，

所述中央处理单元进一步根据所述压力信号比较所述实际压力和设定的最低压力，在所述实际压力小于设定的最低压力时，计算出将所述实际压力调节到大于或等于所述最低压力的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。

9.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，所述冷冻水、冷却水循环系统中的水泵电机分别由不同的变频处理单元控制。

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