TWI472705B - Control method of air conditioning device - Google Patents

Description

空調裝置之控制方法

本發明係有關一種控制方法，特別為一種應用於空調裝置之空調節能控制方法。

習知空調控制方法常使用空調裝置的回風溫度與設定的溫度目標值比較，作為控制環境條件之方法。當空調裝置回風溫度高於室內溫度目標值時，會啟動空調裝置運轉，一旦達到目標值，隨即停止空調裝置運轉。直到空調回風溫度高於目標值時，才會再次啟動空調裝置運轉。此方法雖能達到設定之室內溫度條件，但因室內設備的熱量無法得知，便無法隨室內設備的熱量變化趨勢進行更精準的控制，以致於室內環境溫度容易因室內設備發熱量變化過大而導致空調裝置冷卻能力控制不易，衍生如空調裝置冷卻能力過大或空調裝置頻繁啟停的問題。故，習知的空調控制方法因無法預測下一個時段可能的空調負荷變化，以致於室內設備的熱量大量釋放時，不易精確的調整空調裝置冷卻能力，使得空調系統整體運轉效率低落。

由此可見，上述習用方式仍有諸多缺失，實非一良善之設計，而亟待加以改良。

本發明之目的即在於提供一種空調裝置之控制方法，係依空調裝置之冷卻效率對空調裝置進行啟停、溫度與流量參數變化的冷卻能力調控。當冷卻效率小於冷卻效率設定範圍下限值時，可動態停止空調裝置運轉或提高空調裝置溫度值或降低空調裝置流速，以提升空調裝置使用效率與整體能源效率。

本發明係為提供一種空調裝置之控制方法，為能讓讀者更瞭解本發明之技術內容，特舉電腦機房的空調箱以詳盡說明本發明之發明概念。空調箱主要用以冷卻電腦機房內資訊設備所產生之熱獲得量，而資訊設備之熱獲得量與資訊設備之用電量成正相關，因此藉由監測資訊設備之用電量，可計算資訊設備之熱獲得量。依據能量守恒定律，空調箱需提供資訊設備等量的冷卻容量，而空調箱依氣冷或水冷型式的不同，可由監測的送風溫度、及送風濕度、及回風溫度、及回風濕度、及送風量或出水溫度、及回水溫度、及冰水流量資訊計算得到空調箱之冷卻能力。

為了使空調箱能以最小的冷卻能力，達到資訊設備之冷卻需求，依空調箱之冷卻能力值與資訊設備所產生之熱獲得量的比值定義為冷卻效率。當冷卻效率等於1時，表示資訊設備所產生之熱獲得量可由空調箱完全帶走，此時空調箱之冷卻能力最小，空調箱冷卻效率最高。當冷卻效率大於1或冷卻效率設定範圍上限值時，表示空調箱之冷卻能力已超過資訊設備所產生之熱獲得量，因此可藉由減少空調箱之壓縮機運轉台數或減少空調箱之送風量或提高空調箱之送風溫度的方式，以降低空調箱之冷卻能力。反之，當冷卻效率小於1或冷卻效率設定範圍下限值時，表示資訊設備所產生之熱獲得量已超過空調箱可提供之冷卻能力，因此可藉由增加空調箱之壓縮機運轉台數或提高空調箱之送風量或降低空調箱之送風溫度的方式，以提高空調箱之冷卻能力。

為達成上述發明目的，本發明係提出一種空調裝置之控制方法，包含有依一空調區域之熱獲得量及至少一空調裝置之冷卻能力值；及依空調裝置之冷卻能力值與空調區域熱獲得量計算之一冷卻效率，動態調整空調裝置控制參數的控制流程；其中一空調區域之熱獲得量係分析設備用電之資料，計算轉換成空調負載之熱獲得；其中一空調裝置之冷卻能力係分析空調裝置之進、出口流體狀態計算之冷卻能力；其中一冷卻效率控制流程係由設定一冷卻效率設定範圍，並依據熱獲得量與冷卻能力計算之冷卻效率，動態調整空調裝置控制參數如空調裝置啟停、流量或溫度之設定三種，使該空調裝置具有自動調整符合空調區域冷卻需求的最小冷卻能力，以提高空調系統和整體運轉效率，達到節能之目的。

一種空調裝置之控制方法，係包含步驟：步驟一設定冷卻效率設定範圍；步驟二監測空調區域之發熱源，以取得該空調區域之熱獲得量；步驟三監測該空調裝置之冷卻流體狀態，以取得該空調裝置輸出之冷卻能力；步驟四依步驟三之該冷卻能力與步驟二之該熱獲得量計算該冷卻效率，並比較該冷卻效率與步驟一之該冷卻效率設定範圍之關係，若該冷卻效率高於該冷卻效率設定範圍上限值，則降低該空調裝置之冷卻能力，若該冷卻效率低於該冷卻效率設定範圍下限值，則提高該空調裝置之冷卻能力，若該冷卻效率等於該冷卻效率設定範圍，則保持該空調裝置之冷卻能力；以及步驟五調整空調控制參數，以控制該空調裝置之冷卻能力，回到步驟三監測調整該空調裝置符合該空調區域冷卻需求的最小冷卻能力。

空調裝置之控制方法，其中另包括：監測該空調區域之設備、照明燈具、以及其他電力設備之用電量、人員數量或其組合，並計算該空調區域之熱獲得量；監測該空調裝置之送風溫度、送風相對濕度、回風溫度、回風相對濕度及送風量資訊，並計算該空調裝置實際冷卻能力；監測該空調裝置之出水溫度、回水溫度、及冰水流量資訊，以計算該空調裝置實際冷卻能力；依該冷卻效率調控該空調裝置之啟停台數以改變該空調裝置之冷卻能力；依該冷卻效率調控該空調裝置之送風溫度以改變該空調裝置之冷卻能力；依該冷卻效率調控該空調裝置之送風風量以改變該空調裝置之冷卻能力；依該冷卻效率調控該空調裝置之冰水溫度以改變該空調裝置之冷卻能力；以及依該冷卻效率調控該空調裝置之冰水流量以改變該空調裝置之冷卻能力。

該空調裝置係包括空調箱、電腦恒溫恒濕空調機、冷風機、箱型冷氣機、風車、水泵、冰水主機、冷卻水塔或其組合。

本發明所提供之一種空調裝置之控制方法，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：

1.　本發明所提供之一種空調裝置之控制方法，係利用一空調區域內之熱獲得量與一空調裝置輸出之冷卻能力進行一冷卻效率計算，使空調裝置具有自動調整冷卻能力之功能。

2.　本發明所提供之一種空調裝置之控制方法，具有控制空調裝置的啟停台數，包含利用熱獲得量啟動供給最小冷卻能力的最適空調裝置數量，避免啟動過多的空調裝置而浪費能源。

3.　本發明所提供之一種空調裝置之控制方法，具有控制空調裝置的流量變化，包含在預測為熱獲得量尖峰時段，可快速供冷，滿足熱獲得量尖峰時段的冷卻需求；在預測為熱獲得量離峰時段，可低速供冷，避免在熱獲得量離峰時段供給過量冷能而浪費能源。

4.　本發明所提供之一種空調裝置之控制方法，具有控制空調裝置的溫度變化，包含在預測為熱獲得量尖峰時段，可低溫供冷，滿足熱獲得量尖峰時段的冷卻需求；在預測為熱獲得量離峰時段，可高溫供冷，避免在熱獲得量離峰時段供給過量冷能而浪費能源。

5.本發明具提升擴充空調裝置使用效率與整體能源效率之功能。

本發明係為提供一種空調裝置之控制方法，係利用空調區域內之熱獲得量與空調裝置輸出之冷卻能力達到能量守恆，透過冷卻效率計算之數值，間接控制空調裝置的啟停台數、流量、或溫度的方式，改變空調裝置輸出之冷卻能力，使空調裝置具有自動調整冷卻能力之功能，在預測為熱獲得量尖峰時段，即冷卻效率低於設定範圍下限時，可快速低溫供冷，滿足熱獲得量尖峰時段的冷卻需求；在預測為熱獲得量離峰時段，即冷卻效率低於設定範圍上限時，可低速高溫供冷，避免在熱獲得量離峰時段供給過量冷能而浪費能源，如此空調裝置之使用效率與整體能源效率得以提升。實施方式請參閱下列圖例說明。

請參閱圖一至圖五所示，係為本發明之空調裝置之控制方法之流程圖、監測空調區域之發熱源流程圖、計算空調區域之熱獲得量流程圖、監測空調裝置之冷卻流體狀態流程圖、調整空調裝置之控制參數流程圖之第一實施例，圖一包括步驟：設定冷卻效率設定範圍值10，監測空調區域之發熱源20，再計算空調區域之熱獲得量21，並監測空調裝置之冷卻流體狀態30，依監測空調裝置之冷卻流體狀態30，計算空調裝置之冷卻能力31、依計算空調區域之熱獲得量21與計算空調裝置之冷卻能力31，並計算冷卻效率40，再來比較設定冷卻效率設定範圍值10與計算冷卻效率步驟40，判定冷卻效率41，其中若冷卻效率高於冷卻效率設定範圍上限值時，則降低空調裝置之冷卻能力411，若冷卻效率低於冷卻效率設定 範圍下限值，則提高空調裝置之冷卻能力413，但若冷卻效率等於冷卻效率設定範圍，則保持空調裝置之冷卻能力412，根據比較結果，調整空調裝置之控制參數50，而再回到步驟30。

其中計算冷卻效率40之方式如下：冷卻能力/熱獲得量=冷卻效率

其中該監測空調區域之發熱源20係包括監測資訊設備之用電量201、監測照明燈具之用電量202、監測其他電力設備之用電量203及監測空調區域之人員數量204；該計算空調區域之熱獲得量21包括計算資訊設備之熱獲得量211、及計算照明燈具之熱獲得量212、及計算其他電力設備之熱獲得量213、及計算人員之熱獲得量214；該監測空調裝置之冷卻流體狀態30包括監測送風溫度301、及監測送風相對濕度302、及監測回風溫度303、及監測回風相對濕度304、及監測送風風量305；該調整空調裝置之控制參數50包括調整啟停台數501、及調整送風溫度502、及調整送風風量503。

請參閱圖一、圖六以及圖七所示，係為本發明之空調裝置之控制方法之流程圖、監測空調區域之發熱源流程圖、計算空調區域之熱獲得量流程圖、冷卻流體狀態流程圖、控制參數流程圖之第二實施例圖一包括步驟：設定冷卻效率設定範圍值10，並監測空調區域之發熱源20，計算空調區域之熱獲得量21，監測空調裝置之冷卻流體狀態30，依監測空調裝置之冷卻流體狀態30，計算空調裝置之冷卻能力31，依計算空調區域之熱獲得量21與計算空調裝置之冷卻能力31，計算冷卻效率40，再來比較設定冷卻效率設定範圍值10與計算冷卻效率步驟40，判定冷卻效率41，其中若冷卻效率高於冷卻效率設定範圍上限值時，則降低空調裝置之冷卻能力411，及若冷卻效率低於冷卻效率設定範圍下限值，則提高空調裝置之冷卻能力413，但若冷卻效率等於冷卻效率設定範圍，則保 持空調裝置之冷卻能力412，根據比較結果，調整空調裝置之控制參數50，而回到步驟30。

其中該監測空調區域之發熱源20包括監測資訊設備之用電量201、監測照明燈具之用電量202、監測其他電力設備之用電量203及監測空調區域之人員數量204；該計算空調區域之熱獲得量21包括計算資訊設備之熱獲得量211、及計算照明燈具之熱獲得量212、及計算其他電力設備之熱獲得量213、及計算人員之熱獲得量214；該監測空調裝置之冷卻流體狀態30包括監測出水溫度306、及監測回水溫度307、及監測冰水流量308；該調整空調裝置之控制參數50包括調整啟停台數501、及調整冰水溫度504、及調整冰水流量505。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

10‧‧‧設定冷卻效率設定範圍值

20‧‧‧監測空調區域之發熱源

201‧‧‧監測資訊設備之用電量

202‧‧‧監測照明燈具之用電量

203‧‧‧監測其他電力設備之用電量

204‧‧‧監測空調區域之人員數量

21‧‧‧計算空調區域之熱獲得量

211‧‧‧計算資訊設備之熱獲得量

212‧‧‧計算照明燈具之熱獲得量

213‧‧‧計算其他電力設備之熱獲得量

214‧‧‧計算人員之熱獲得量

30‧‧‧監測空調裝置之冷卻流體狀態

301‧‧‧監測送風溫度

302‧‧‧監測送風相對濕度

303‧‧‧監測回風溫度

304‧‧‧監測回風相對濕度

305‧‧‧監測送風風量

306‧‧‧監測出水溫度

307‧‧‧監測回水溫度

308‧‧‧監測冰水流量

31‧‧‧計算空調裝置之冷卻能力

40‧‧‧計算冷卻效率

41‧‧‧判定冷卻效率

411‧‧‧降低空調裝置之冷卻能力

412‧‧‧保持空調裝置之冷卻能力

413‧‧‧提高空調裝置之冷卻能力

50‧‧‧調整空調裝置之控制參數

501‧‧‧調整啟停台數

502‧‧‧調整送風溫度

503‧‧‧調整送風風量

504‧‧‧調整冰水溫度

505‧‧‧調整冰水流量

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：圖一係為本發明空調裝置之控制方法之流程圖；圖二係為本發明空調裝置之控制方法之監測空調區域之發熱源流程圖；圖三係為本發明空調裝置之控制方法之計算空調區域之 熱獲得量流程圖；圖四係為本發明空調裝置之控制方法之監測空調裝置之第一實施例冷卻流體狀態流程圖；圖五係為本發明空調裝置之控制方法之調整空調裝置之第一實施例控制參數流程圖；圖六係為本發明空調裝置之控制方法之監測空調裝置之第二實施例冷卻流體狀態流程圖；圖七係為本發明空調裝置之控制方法之調整空調裝置之第二實施例控制參數流程圖。

10．．．設定冷卻效率設定範圍值

20．．．監測空調區域之發熱源

21．．．計算空調區域之熱獲得量

30．．．監測空調裝置之冷卻流體狀態

31．．．計算空調裝置之冷卻能力

40．．．計算冷卻效率

41．．．判定冷卻效率

411．．．降低空調裝置之冷卻能力

412．．．保持空調裝置之冷卻能力

413．．．提高空調裝置之冷卻能力

50．．．調整空調裝置之控制參數

Claims (3)

1. 一種空調裝置之控制方法，係包含步驟：步驟一、設定冷卻效率設定範圍；步驟二、監測空調區域之發熱源，以取得該空調區域之熱獲得量；步驟三、監測該空調裝置之冷卻流體狀態，以取得該空調裝置輸出之冷卻能力；步驟四、依步驟三之該冷卻能力與步驟二之該熱獲得量計算該冷卻效率，並比較該冷卻效率與步驟一之該冷卻效率設定範圍之關係，若該冷卻效率高於該冷卻效率設定範圍上限值，則降低該空調裝置之冷卻能力，若該冷卻效率低於該冷卻效率設定範圍下限值，則提高該空調裝置之冷卻能力，若該冷卻效率等於該冷卻效率設定範圍，則保持該空調裝置之冷卻能力；以及步驟五、調整空調裝置控制參數，以控制該空調裝置之冷卻能力，回到步驟三監測該空調裝置符合該空調區域冷卻需求的最小冷卻能力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之空調裝置之控制方法，其中另包括：步驟二、監測該空調區域之設備、照明燈具、以及其他電力設備之用電量、人員數量或其組合，並計算該空調區域之熱獲得量；步驟三、監測該空調裝置之送風溫度、送風相對濕度、 回風溫度、回風相對濕度及送風量資訊，並計算該空調裝置實際冷卻能力；監測該空調裝置之出水溫度、回水溫度、及冰水流量資訊，以計算該空調裝置實際冷卻能力；步驟五、依該冷卻效率調控該空調裝置之啟停台數以改變該空調裝置之冷卻能力；依該冷卻效率調控該空調裝置之送風溫度以改變該空調裝置之冷卻能力；依該冷卻效率調控該空調裝置之送風風量以改變該空調裝置之冷卻能力；依該冷卻效率調控該空調裝置之冰水溫度以改變該空調裝置之冷卻能力；以及依該冷卻效率調控該空調裝置之冰水流量以改變該空調裝置之冷卻能力。
3. 如申請專利範圍第1項所述之空調裝置之控制方法，其中該空調裝置係包括空調箱、電腦恒溫恒濕空調機、冷風機、箱型冷氣機、風車、水泵、冰水主機、冷卻水塔或其組合。