TW202037858A

TW202037858A - 空調系統的控制方法

Info

Publication number: TW202037858A
Application number: TW109107736A
Authority: TW
Inventors: 張澤文; 程文彥
Original assignee: 群光電能科技股份有限公司
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-10-16
Also published as: TWI717235B; TW202037856A; TWI730660B; TW202038196A; TWI719748B

Abstract

一種空調系統的控制方法，包含：依據即時運轉資訊，控制器計算出盤管的一平均熱交換量。依據即時運轉資訊及一熱交換模型，在熱交換模型中設定一滿載風量參數及一滿載水量參數，控制器計算出一滿載熱交換量。依據平均熱交換量及滿載熱交換量計算出一動態裕度值。判斷動態裕度值是否大於一第一預設條件或小於一第二預設條件，使控制器分別輸出一第一控制訊號或一第二控制訊號，以調整盤管之一盤管進水溫度；以及當動態裕度值小於第一預設條件且大於第二預設條件時，控制器維持目前設定狀態。

Description

空調系統的控制方法

本案係有關一種控制方法，特別是關於一種空調系統的控制方法。

空調設備在對室內空調區域進行冷卻除濕或加熱的過程中主要是透過盤管式熱交換器進行。在現有的參數設計中，通常會根據空調區域在最大負荷設計條件下進行熱交換能力的計算與規格之定義，但是在實際操作上，進入盤管式熱交換器內的液態流體溫度及流量，還有管外的氣態流體溫度及流量，皆會影響盤管式熱交換器的熱交換能力。

目前計算熱交換量的方式大多是透過液態流體於盤管（熱交換器）進出溫差及流量的乘積進行計算，此種方式僅能掌握當前的熱交換量，並無法提供後續優化控制的效益。

本案提出一種空調系統的控制方法，應用於具有一控制器、一盤管、一風機以及複數偵測器的一空調箱，該些偵測器用以偵測盤管的一即時運轉資訊，此空調系統的控制方法包含：依據即時運轉資訊，控制器計算出盤管的一平均熱交換量。依據即時運轉資訊及一熱交換模型，在熱交換模型中設定一滿載風量參數及一滿載水量參數，控制器計算出一滿載熱交換量。依據平均熱交換量及滿載熱交換量計算出一動態裕度值。判斷動態裕度值是否大於一第一預設條件或小於一第二預設條件，其中第一預設條件大於第二預設條件；當動態裕度值大於第一預設條件時，控制器輸出一第一控制訊號，以調整盤管之一盤管進水溫度；當動態裕度值小於第二預設條件時，控制器輸出一第二控制訊號，以調整盤管之盤管進水溫度；以及當動態裕度值小於第一預設條件且大於第二預設條件時，控制器維持目前設定狀態。

在一些實施例中，即時運轉資訊包含一盤管進出口水溫差、一盤管進出口水壓差、一進風溫濕度、一進風量、一盤管進水流量及該盤管進水溫度。

在一些實施例中，在計算平均熱交換量之步驟更包含：設定一預設時間週期及一預設次數；每經過預設時間週期，依據即時運轉資訊計算並記錄每一當前熱交換量；以及達到預設次數後，計算所有紀錄的當前熱交換量的平均值，以作為平均熱交換量。

在一些實施例中，熱交換模型係依據盤管的一原廠性能參數及一環境參數所建立。其中，環境參數包含一進風濕球溫度、一絕對濕度、一焓值及一露點溫度。

在一些實施例中，動態裕度值大於第一預設條件時，於空調箱進行供冷運轉時，控制器依據第一控制訊號提升盤管進水溫度；以及於空調箱進行供熱運轉時，控制器依據第一控制訊號降低盤管進水溫度。

在一些實施例中，動態裕度值小於第二預設條件時，於空調箱進行供冷運轉時，控制器依據第二控制訊號降低盤管進水溫度；以及於空調箱進行供熱運轉時，控制器依據第二控制訊號提升盤管進水溫度。

在一些實施例中，當動態裕度值小於第二預設條件時，控制器更可輸出一第三控制訊號，以控制空調箱之一風門以減少風門的開度。

在一些實施例中，滿載風量參數係包含一盤管最大進風量；以及滿載水量參數係包含一盤管最大進水流量。

在一些實施例中，控制器維持目前設定狀態之步驟中，更包含：維持進風量、盤管進水流量及盤管進水溫度不變。

因此，本案可根據平均熱交換量及滿載熱交換量獲得一動態裕度值，以即時掌握空調箱在各種運轉條件下的熱交換量及動態裕度值，進而提供後續優化連動控制之目的。

圖1為根據本案一實施例之空調箱的方塊示意圖。請參閱圖1所示，空調箱10包含一控制器12、一盤管14、一風機16以及複數偵測器18，且控制器12電性連接風機16及偵測器18，該些偵測器18係用以偵測盤管14的一即時運轉資訊，此即時運轉資訊包含一盤管進出口水溫差、一盤管進出口水壓差、一進風溫濕度、一進風量、一盤管進水流量及一盤管進水溫度等。在一實施例中，偵測器18包含水壓力偵測器181、水溫度偵測器182、風壓差偵測器183以及溫濕度偵測器184，水壓力偵測器181用以感測盤管14之進水口及出水口的水壓力，以獲得盤管進出口水壓差及盤管進水流量；水溫度偵測器182用以感測盤管14之進水口及出水口的水溫度，以獲得盤管進出口水溫差及盤管進水溫度；風壓差偵測器183用以感測盤管14的風壓差，以獲得盤管14之進風量；溫濕度偵測器184用以感測盤管14之進風口的溫濕度，以獲得進風溫濕度，此進風溫濕度包含對應的乾球溫度及相對濕度。其中，盤管14為氣態流體與液態流體在進行熱交換過程的媒介裝置，所以在盤管14本身的幾何設計（包含熱傳材質、形狀、面積等物理參數）和氣態流體、液態流體之間的參數都會對熱交換能力造成影響，而在實際的應用場合中，盤管14的幾何設計參數都是固定的，因此只要掌握氣態流體與液態流體的即時運轉資訊，即可計算盤管的熱交換能力。

圖2為根據本案一實施例之空調系統的控制方法的流程示意圖，請同時參閱圖1及圖2所示，空調系統的控制方法係應用於如圖1所示之空調箱10，此控制方法包含下列步驟：首先，如步驟S10所示，依據即時運轉資訊，控制器12計算出盤管14的一平均熱交換量。在一實施例中，此即時運轉資訊係包含盤管進出口水溫差及盤管進出口水壓差。

如步驟S12所示，根據即時運轉資訊及一熱交換模型，在熱交換模型中設定一滿載風量參數及一滿載水量參數，控制器12計算出一滿載熱交換量。在一實施例中，此即時運轉資訊包含進風溫濕度（包含乾球溫度及相對濕度）、進風量、盤管進水流量及盤管進水溫度。在一實施例中，熱交換模型係依據盤管14的一原廠性能參數及一環境參數所建立，且此環境參數包含一進風濕球溫度、一絕對濕度、一焓值及一露點溫度，其中之進風濕球溫度係由前述之進風溫濕度所決定。在一實施例中，本案使用之原廠性能參數即如圖3所示，在特定幾何材質參數設計下之盤管14的各參數間的參考曲線，此原廠性能參數係由盤管14的製造廠商所提供。在一實施例中，熱交換模型更包含一滿載熱交換能力計算公式，此滿載熱交換能力計算公式係為C1*m_water +C2*m_air +C3*T_air +C4*RH_air +C5*T_w +C6，其中m_water 為盤管進水流量、m_air 為進風量、T_air 為乾球溫度、RH_air 為相對濕度、T_w 為盤管進水溫度以及C1~C6為迴歸係數，且在控制器12利用滿載熱交換能力計算公式計算滿載熱交換量時，會將盤管進水流量m_water 設定為作為滿載水量參數的盤管最大進水流量m_{water_100%} 以及將進風量m_air 設定為作為滿載風量參數的盤管最大進風量m_{air_100%} ，以獲得滿載熱交換量為 C1* m_{water_100%} +C2* m_{air_100%} +C3* T_air +C4*RH_air +C5*T_w +C6。

如步驟S14所示，依據平均熱交換量及滿載熱交換量計算出一動態裕度值。詳言之，控制器12係根據裕度計算公式來進行計算，此裕度計算公式為（滿載熱交換量-平均熱交換量）/滿載熱交換量，以據此計算出動態裕度值。

如步驟S16及步驟S18所示，控制器12判斷動態裕度值是否大於一第一預設條件或是判斷動態裕度值是否小於一第二預設條件，其中第一預設條件大於第二預設條件。在一實施例中，第一預設條件係為25％，第二預設條件係為20％。

當動態裕度值大於第一預設條件時，如步驟S20所示，控制器12輸出一第一控制訊號，以調整盤管14之盤管進水溫度，提供空調箱10節能運轉操作策略。詳言之，在動態裕度值大於第一預設條件時，當空調箱10進行供冷運轉時，控制器12發出第一控制訊號通知冷源主機（圖中未示）提升供水溫度，以提升盤管進水溫度，進而降低運轉能耗；當空調箱10進行供熱運轉時，控制器12發出第一控制訊號通知熱源主機（圖中未示）降低供水溫度，以降低盤管進水溫度，進而降低能耗。

當動態裕度值小於第二預設條件時，如步驟S22所示，控制器12輸出一第二控制訊號，以調整盤管14之盤管進水溫度，提供空調箱10舒適度運轉操作策略，以避免盤管14的熱交換能力不足造成環境舒適度降低的結果。詳言之，在動態裕度值小於第二預設條件時，當空調箱10進行供冷運轉時，控制器12發出第二控制訊號通知冷源主機（圖中未示）降低供水溫度，以降低盤管進水溫度；當空調箱10進行供熱運轉時，控制器12發出第二控制訊號通知熱源主機（圖中未示）提升供水溫度，以提升盤管進水溫度。在一實施例中，在提升空調舒適度運轉操作策略下（動態裕度值小於第二預設條件），如步驟S26所示，控制器12更可輸出一第三控制訊號，以利用第三控制訊號控制空調箱10之一風門（圖中未示），以減少風門的開度，並藉此降低空調負載，提升裕度值。

當動態裕度值小於第一預設條件且大於第二預設條件時（於步驟S16及步驟S18中之判斷結果皆為否），如步驟S24所示，控制器12維持目前設定狀態，不提供優化控制策略，以維持進風量、盤管進水流量及盤管進水溫度不變。

在一實施例中，如圖1及圖4所示，在計算平均熱交換量之步驟更包含下列步驟：如步驟S101所示，控制器12先設定一預設時間週期及一預設次數。如步驟S102所示，每經過此預設時間週期，控制器12依據盤管進出口水溫差及盤管進出口水壓差的即時運轉資訊計算並記錄每一當前熱交換量。如步驟S103所示，當計算次數達到此預設次數後，控制器12計算所有紀錄的當前熱交換量的平均值，以作為平均熱交換量。在一實施例中，控制器12在計算每一當前熱交換係利用一實際熱交換能力計算公式進行運算，此實際熱交換能力計算公式係為Qcoil＝ΔT*Cp*m_w ，其中Qcoil為當前熱交換量的熱交換能力、ΔT為盤管進出口水溫差、Cp為比熱以及m_w 為流量，且實際應用時將透過盤管14之進水口和出水口的盤管進出口水壓差來進行流量m_w 的換算，此流量公式係為m_w ＝C1*ΔP² +C2*ΔP+C3，其中ΔP為盤管進出口水壓差以及C1~C3為迴歸係數，因此，利用實際量測到的盤管進出口水溫差ΔT及盤管進出口水壓差ΔP的即時運轉資訊即可計算出每隔一預設時間週期之盤管14的當前熱交換量Qcoil，再將累計有預定次數的所有當前熱交換量Qcoil加總起來除以預定次數，即可獲得前述之平均熱交換量。

承上，本案透過於空調箱之控制器內建置熱交換模型之方式，當空調箱在動態實際工況條件（包含進風溫濕度以及盤管進水溫度的即時運轉資訊）時，控制器可自動計算當進風量與盤管進水流量提供在滿載條件下的滿載熱交換能力應為何，並且根據即時的平均熱交換量進行比對，進而計算出空調箱的動態裕度值，控制器得到盤管之動態裕度值將可提供後續優化連動控制之效益。舉例來說，當控制器根據計算結果獲知盤管長時間皆處於高裕度狀態下運轉時，本方法可主動告知使用者可以調升冷源系統主機或調低熱源系統主機的流體供應溫度（盤管進水溫度），以減少能耗浪費；反之，當獲知盤管長時間皆處於低裕度狀態下運轉時，則本方法將會主動告知使用者可以調低冷源系統主機或調高熱源系統主機的流體供應溫度（盤管進水溫度），以維持室內舒適空調環境控制。

本文中所揭示的方法包含用於實現所描述的方法的多個步驟或動作。在不脫離申請專利範圍的情況下，前述方法中的步驟可以彼此互換。舉例來說，在圖2所示的流程圖中，步驟S10和步驟S12可以彼此互換，換句話說，先取得平均熱交換量或是滿載熱交換量都不會影響到後續的運算處理，仍然可以繼續執行後續步驟S14的計算處理，而不會受到互換步驟的影響。

綜上所述，本案可根據平均熱交換量及滿載熱交換量獲得一動態裕度值，以即時掌握空調箱在各種運轉條件下的熱交換量及動態裕度值，進而提供後續優化連動控制之目的。此外，計算獲得的熱交換量及動態裕度值，同時也可以作為日後場域設計變更與檢討設備空調熱交換量時重要的參考依據。

以上所述之實施例僅係為說明本案之技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案之內容並據以實施，當不能以之限定本案之專利範圍，即大凡依本案所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案之申請專利範圍內。

10:空調箱 12:控制器 14:盤管 16:風機 18:偵測器 181:水壓力偵測器 182:水溫度偵測器 183:風壓差偵測器 184:溫濕度偵測器 Q_coil:熱交換能力 S10~S26:步驟 S101~S103:步驟 Tw:盤管進水溫度

圖1為根據本案一實施例之空調箱的方塊示意圖。圖2為根據本案一實施例之空調系統的控制方法的流程示意圖。圖3為根據本案使用之盤管的參數關係曲線示意圖。圖4為根據本案一實施例取得平均熱交換量的流程示意圖。

S10~S26:步驟

Claims

一種空調系統的控制方法，應用於具有一控制器、一盤管、一風機以及複數偵測器的一空調箱，該些偵測器用以偵測該盤管的一即時運轉資訊，該空調系統的控制方法包含：依據該即時運轉資訊，該控制器計算出該盤管的一平均熱交換量；依據該即時運轉資訊及一熱交換模型，在該熱交換模型中設定一滿載風量參數及一滿載水量參數，該控制器計算出一滿載熱交換量；依據該平均熱交換量及該滿載熱交換量計算出一動態裕度值；判斷該動態裕度值是否大於一第一預設條件或小於一第二預設條件，其中該第一預設條件大於該第二預設條件；當該動態裕度值大於該第一預設條件時，該控制器輸出一第一控制訊號，以調整該盤管之一盤管進水溫度；當該動態裕度值小於該第二預設條件時，該控制器輸出一第二控制訊號，以調整該盤管之該盤管進水溫度；以及當該動態裕度值小於該第一預設條件且大於該第二預設條件時，該控制器維持目前設定狀態。
如請求項1所述之空調系統的控制方法，其中該即時運轉資訊包含一盤管進出口水溫差、一盤管進出口水壓差、一進風溫濕度、一進風量、一盤管進水流量及該盤管進水溫度。
如請求項1所述之空調系統的控制方法，其中在計算該平均熱交換量之步驟更包含：設定一預設時間週期及一預設次數；每經過該預設時間週期，依據該即時運轉資訊計算並記錄每一當前熱交換量；以及達到該預設次數後，計算所有紀錄的該當前熱交換量的平均值，以作為該平均熱交換量。
如請求項1所述之空調系統的控制方法，其中該熱交換模型係依據該盤管的一原廠性能參數及一環境參數所建立。
如請求項4所述之空調系統的控制方法，其中該環境參數包含一進風濕球溫度、一絕對濕度、一焓值及一露點溫度。
如請求項1所述之空調系統的控制方法，其中該動態裕度值大於該第一預設條件時，在調整該盤管進水溫度之步驟更包含：該空調箱進行供冷運轉時，該控制器依據該第一控制訊號提升該盤管進水溫度；以及該空調箱進行供熱運轉時，該控制器依據該第一控制訊號降低該盤管進水溫度。
如請求項1所述之空調系統的控制方法，其中該動態裕度值小於該第二預設條件時，在調整該盤管進水溫度之步驟更包含：該空調箱進行供冷運轉時，該控制器依據該第二控制訊號降低該盤管進水溫度；以及該空調箱進行供熱運轉時，該控制器依據該第二控制訊號提升該盤管進水溫度。
如請求項7所述之空調系統的控制方法，其中當該動態裕度值小於該第二預設條件時，該控制器更可輸出一第三控制訊號，以控制該空調箱之一風門以減少該風門的開度。
如請求項1所述之空調系統的控制方法，其中該滿載風量參數係包含一盤管最大進風量；以及該滿載水量參數係包含一盤管最大進水流量。
如請求項2所述之空調系統的控制方法，其中該控制器維持目前設定狀態之步驟中，更包含：維持該進風量、該盤管進水流量及該盤管進水溫度不變。