CN105066343B - 适用于空调一级泵系统的变水温控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于空调一级泵系统的变水温控制系统，涉及制冷控制领域，为提高冷机功率调整时的准确性和降低能耗而发明。该控制系统包括冷机装置、供水管路、回水管路、空调系统以及平衡管路，其中，空调系统包括一个或多个并联的空调末端，空调末端为包括风机盘管在内的多种类型；回水管路上设有一级泵；该控制系统还包括冷机功率预处理装置和冷机功率控制装置及供水差压控制装置，冷机功率预处理装置用于获得回水温度；冷机功率控制装置根据空调系统中所有空调末端冷水阀位开度中的最大值及冷机功率预处理装置输出的水流温度，对冷机装置进行功率控制。本发明可用于适用于空调一级泵系统中的冷机功率控制技术。

Description

适用于空调一级泵系统的变水温控制系统

技术领域

本发明涉及冷水机组控制领域，尤其涉及一种适用于空调一级泵系统的变水温控制系统。

背景技术

目前，一部分冷水机组，特别是大型中央空调系统采用的是一级工频泵。

这是由于，如图1所示，传统的一级泵系统如下：包括冷水机组系统(即冷机装置)、一级泵组、供水管路和回水管路，其中，供水管路包括供水总管5和并联设置在供水总管5上的多个供水分管2，回水管路包括回水总管6和并联设置在回水总管6上的多个回水分管3，冷水机组系统包括并联设置的多个冷水机组1，供水总管5包括多个供水分管2，回水总管6包括多个回水分管3，一级泵组包括并联设置的多个泵4，冷水机组系统的出水管与一级泵组的进水管相连，一级泵组的出水管汇总到供水总管5与供水分管2相连，且通过用户后利用回水分管3和由回水分管3汇总的回水总管6回流至冷水机组系统循环利用。

与变频泵不同，在空调系统中采用的一级工频泵虽然无法如一级变频泵那样进行流量调节，但是，由于其比一级变频泵少了一个故障点，即少了一套变频装置，因此系统性能更加稳定。

在针对适用于空调一级泵系统的变水温控制系统中，为了真正克服能耗浪费，因一级泵采用的是工频泵，冷水输送能不需要考虑，只需从冷机功率调整入手，实现冷量供需平衡同时，降低冷机能耗，目前有二个方面的技术，一是基于空调负荷的冷机功率调控技术，其根据空调的负荷，计算出冷水机组功率设定值，实现冷量供应与空调负荷的有效匹配；二是恒定出水温度设定值，冷机功率随回水温度的变化进行自动调整；水力平衡控制技术，已有相关技术中一般采用通过调整平衡管回流阀以期稳定供回水差压来适应空调系统的负荷要求。

但是，冷机功率调控技术所基于的空调负荷计算值，通常依据供水流量及供回水温差计算得来的，流量仪表长期使用其可靠性和准确度难以保征，同时用于空调负荷计算的供水温度与回水温度因供回水管路长度不同、流速不同明显存在时差，且此时差是变化的，以上因素往往会破坏空调负荷计算的准确性，从而造成负荷调整会存在偏差，供需平衡难以真正建立；而恒定出水温度设定值，冷机功率随回水温度的变化进行自动调整，存在的问题是为满足高负荷的需要，通常温度设定值设置的比较低，而在低负荷时，冷机效率会处于一个比较低的状态，导致能耗过高的问题。

综上所述，在上述已有空调的负荷调整技术中，上述技术存在冷机功率调整准确性不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于空调一级泵系统的变水温控制系统，用于确保冷机功率调整时的准确性，进而节能降耗，使其能够适用于复杂应用场合。

为实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种适用于空调一级泵系统的变水温控制系统，包括冷机装置、连接在所述冷机装置的出水口的供水管路、连接在所述冷机装置的进水口的回水管路、设置在所述供水管路与所述回水管路之间的空调系统以及与所述空调系统并联设置的平衡管路；

其中，所述空调系统包括一个或多个并联的空调末端，空调末端类型为包括风机盘管在内的多种类型；回水管路上设有用于向冷机装置回水的一级泵；

所述控制系统还包括：

冷机功率预处理装置，用于根据所述风机盘管的等效阀位开度值，以及空调系统中除风机盘管以外的其它空调末端的冷水阀开度值，选择所述空调末端冷水阀位开度中的最大值作为输出信号；

冷机功率控制装置，用于根据所述冷机功率预处理装置所输出的阀位开度信号、所述供水管路的水流温度及所述回水管路的水流温度，对所述冷机装置进行功率控制；

供水差压控制装置，用于根据供回水差压，对平衡管路上的回流阀进行控制。

在本发明的第一方面的第一种可能的实现方式中，所述冷机功率预处理装置包括：

风机盘管等效阀位开度计算单元，用于计算所述风机盘管的等效阀位开度值；

最大值信号选择器，接收所述风机盘管等效阀位开度计算单元所计算的等效阀位开度值，以及空调系统中除风机盘管以外的其它空调的冷水阀开度值，选择所述等效阀位开度值与所述冷水阀开度值中的最大值，作为阀位开度信号输出。

结合本发明的第一方面的第一种可能，在本发明的第一方面的第二种可能的实现方式中，

冷机功率控制装置包括：

冷水阀阀位控制器，根据所述最大值信号选择器输出的阀位开度信号，计算并输出冷水温度设定值信号；

冷水温度测量表，设置在所述供水管路上，测量所述供水管路的冷水温度；

回水温度测量表，设置在所述回水管路上，测量所述回水管路的回水温度；

冷水温度控制器，根据所述冷水阀阀位控制器输出的冷水温度设定值信号、以及所述冷水温度测量表所测量的冷水温度，计算并输出第一控制信号值；

回水温度前馈控制器，根据所述回水温度测量表所测量的回水温度，计算并输出第二控制信号值；

加法器，对所述第一控制信号值与所述第二控制信号值进行求和，将求和后的值作为功率控制信号输出。

本发明实施例提供的适用于空调一级泵系统的变水温控制系统，由于在供水及回水管路中分别设置有冷水温度测量表、回水温度测量表等多个温度测量设备，从而充分利用了冷水温度、回水温度等全面反映冷机功率的参数；在此基础上通过设置在风机盘管上的风机盘管等效阀位开度计算单元计算其等效阀位开度值，从而进一步解决了复杂应用场合下的阀位开度的测量问题，根据空调系统所有空调末端中冷水阀位中的最大值并使之运行在一个高位值，以此改变冷水温度设定值对冷机装置进行功率调节，有效建立了冷机功率与空调负荷的供需平衡，控制效果表现为低负荷时冷水温度设定值高，反之则反之；同时能够使得平衡管路上的冷水回流量降到最低，因而依据本发明能够实现根据空调负荷的变化使得冷水机组保持一个较高的运行效率达到降低冷机能耗的目的，提高了用户体验。

附图说明

图1为现有技术提供的适用于空调一级泵系统的变水温控制系统的示意图；

图2为本发明实施例的适用于空调一级泵系统的变水温控制系统的示意图；

图3为本发明实施例的适用于空调一级泵系统的变水温控制系统的结构示意图；

图4为图3所示控制系统的冷机功率预处理装置C10a在系统中的示意图；

图5为图4所示控制系统的冷机功率控制装置C10b在系统中的示意图；

图6为本发明实施例的控制系统的冷机功率预处理装置及冷机功率控制装置的原理说明图；

图7为本发明实施例的控制系统的供水差压控制装置的原理说明图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，本发明实施例提供一种适用于空调一级泵系统的变水温控制系统。以下通过具体的实施例对本发明实施例提供的适用于空调一级泵系统的变水温控制系统进行详细说明。

在如背景技术所提出的作为现有技术的一级工频泵系统中，基于空调负荷的冷机功率调整技术，由于空调负荷难以得到准确计算值，冷量供需平衡很难实现；因此如果通过背景技术中的空调负荷的冷机功率调整技术进行控制，则控制质量难以保证。而对于而恒定出水温度设定值，冷机功率随回水温度的变化进行自动调整，存在的问题是为满足高负荷的需要，通常温度设定值设置的比较低，而在低负荷时，冷机效率会处于一个比较低的状态，导致能耗过高的问题。

本发明实施例的主要原理在于，在本发明实施例提供的空调一级水泵系统的控制系统中，依据所设计的风机盘管冷水阀的等效开度，在面对具有风机盘管系统的混合空调系统时，根据热力最不利回路的阀门开度来调整冷水温度设定值进而实施冷机功率调整，能够降低冷机能耗，达到实现节能的目的，使之能够适应复杂应用场合的运行要求。

具体而言，针对上述背景技术所存在的问题，本发明实施例提供一种适用于空调一级泵系统的变水温控制系统，如图2及图3所示，包括冷机装置10、连接在冷机装置10的出水口的供水管路L1、连接在冷机装置10的进水口的回水管路L2以及设置在供水管路L1与回水管路L2之间的空调系统L3以及与所述空调系统L3并联设置的平衡管路L4；

其中，空调系统L3包括一个及以上的空调末端20，空调末端20为包括风机盘管在内的多种类型；回水管路L2上设有用于向冷机装置回水的一级泵P10；

控制系统还包括：

冷机功率预处理装置C10a，用于根据风机盘管20的等效阀位开度值，以及空调系统L3中除风机盘管20以外的其它空调末端的冷水阀开度值，选择所述空调末端冷水阀位开度中的最大值作为输出信号UV。

冷机功率控制装置C10b，用于根据冷机功率预处理装置C10a所输出的阀位开度信号UV、供水管路L1的水流温度T1a及回水管路L2的水流温度T2a，对冷机装置10进行功率控制。

供水差压控制装置C10c，用于根据供回水差压，对平衡管路L4上的回流阀U进行控制。

下面对本发明上述实施例的工作过程予以简要说明。冷机装置10在一级泵P10的工频控制下，将水流供应至供水管路L1，水流流经供水管路L1并供应至空调支路L3，并最终经由回水管路L2流回冷机装置10。这里，冷机功率预处理装置C10a会对空调支路20中的各风机盘管进行阀位开度的模拟计算，得到相当于其他类型空调的冷水阀开度的等效阀位开度值，从而选择所述等效阀位开度值与所述冷水阀开度值中的最大值，作为阀位开度信号输出，冷机功率控制装置C10b则基于在供水及回水管路L1、L2中分别设置有冷水温度测量表T1、回水温度测量表T2所测得的水流温度，进一步结合冷机功率预处理装置C10a输出的阀位开度信号，对冷机装置10进行功率调节。平衡管路L4上设置有回流阀U，供水差压控制装置C10c可以通过所检测的空调末端供回水差压，对回流阀U进行控制，使得平衡管路L4上的冷水回流量降到最低。

此外，风机盘管是中央空调理想的末端产品，由热交换器，水管，过滤器，风扇，接水盘，排气阀，支架等组成，其工作原理是机组内不断的再循环所在房间的空气，使空气通过冷水盘管后被冷却，以保持房间温度的恒定。具体而言，风机盘管空调末端根据房间温度与设定温度的偏差，按照固定的逻辑，开闭冷水二通电磁阀并调整风扇高速、中速、低速的档位，显然，在所有运行方式组合中，风扇在高速模式下开启冷水电磁阀换热量是最大的，由于风机盘管一般采用二通电磁阀的设计，因而难以采用现有技术中来获取二通电磁阀的阀位开度。

由于二通阀只有导通与截止两种状态，不同于调节阀那样可调节阀门的开度，因此，为了衡量二通阀的“开度”，本发明中引入了等效阀位开度值的概念。本发明是为了寻找求取空调系统或支路中所有空调末端中冷水阀位最大值，因而对风机盘管等效阀位开度值的计算可简化为依据二通电磁阀的通断状态信息Wi来计算。

对此，作为本发明实施例的一个具体应用场景的示例，如图4所示，在该实施例中，冷机功率预处理装置C10a包括：

风机盘管等效阀位开度计算单元C1，用于计算所述风机盘管的20等效阀位开度值；

最大值信号选择器S1，接收风机盘管等效阀位开度计算单元C1所计算的等效阀位开度值，以及同一空调支路中除风机盘管以外的其它空调的冷水阀开度值，选择等效阀位开度值与冷水阀开度值中的最大值，作为阀位开度信号输出。

更具体地，如图5所示，所述冷机功率控制装置C10b包括：

冷水阀阀位控制器A1，根据最大值信号选择器S1输出的阀位开度信号，计算并输出冷水温度设定值控制信号；

冷水温度测量表T1，设置在供水管路L1上，测量供水管路L3的冷水温度；

回水温度测量表T2，设置在回水管路L2上，测量回水管路L2的回水温度；

冷水温度控制器A2，根据冷水阀阀位控制器A1输出的冷水温度设定值、以及冷水温度测量表T1所测量的冷水温度，计算并输出第一控制信号值TIC1；

回水温度前馈控制器A3，根据回水温度测量表T2所测量的回水温度，计算并输出第二控制信号值TIC2；

加法器，对第一控制信号值TIC1与第二控制信号值TIC2进行求和，将求和后的值作为功率控制信号输出。

举例而言，在本发明的一个具体实施例中，如图6及图7所示，Wi(i＝1～m)为某个分支各个风机盘管二通电磁阀的通断状态信号，该状态信号为ON/OFF类型，其作为风机盘管等效阀位开度计算单元C1的输入变量。Vi(i＝1～m)为风机盘管等效阀位开度计算单元C1的输出变量，Vi计算值为如下值，即：在一个控制周期内，风机盘管二通电磁阀的导通时间与总运行时间之比乘于100％。Ui(i＝1～n)为与风机盘管隶属同一分支中的组合式空调箱、预冷空调箱等其它空调机组的冷水阀开度，Ui和Vi一并作为最大值信号选择器S1的输入，最大值信号选择器S1用于选择所有信号中的最大值，但不限于此，选择信号的方式可以根据不同机组的负荷要求进行调整。UV为最大值信号选择器S1的输出，具体而言UV为最大值信号选择器S1中所有输入的最大值，从而被最大值信号选择器S1选择并输出至冷水阀阀位控制器A1的输入端，作为冷水阀阀位控制器A1的测量值，冷水阀阀位控制器A1的设定值一般选取高值，如范围在90％～95％，冷水阀阀位控制器A1的输出值连接至冷水温度控制器A2，作为冷水温度控制器A2的设定值。T1a为冷水温度，接入冷水温度控制器A2的输入端，作为测量值。T2a为回水温度，接入回水温度前馈控制器A3的输入端，作为测量值。加法器S3将冷水温度控制器A2的输出信号TIC1、回水温度前馈控制器A3的输出信号TIC2之和，作为冷机装置10中的功率变频器的输入信号，用以控制冷机装置的功率。这里，冷水温度设定值计算器A1及冷水温度控制器A2可采用PID控制算法，回水温度前馈控制器A3可采用超前滞后算法，形式为K*(1+T1S)/(1+T2S)，此外，供水差压控制装置C10c得到来自空调末端20一侧的供回水压差DP，可采用PID控制算法等，根据计算结果对平衡管路L4上的回流阀U进行控制，本发明实施例对此仅为示例，并不特别限定。

其中，需要说明的是，所述空调20的数量可以为一个及以上。

综上所述，本发明在面对含有组合式空调箱机组、预冷空调箱及风机盘管系统的混合空调系统，针对风机盘管系统，通过计算的二通电磁阀导通时间与总运行时间的比率，来表征风机盘管冷水阀的等效开度，解决了根据热力最不利回路的阀位来进行冷机功率调整或水力平衡调整所遇到的风机盘管冷水阀开度无法直接测量或表示的难题，在本发明中是根据热力最不利回路的阀门开度调整冷水温度进而调整冷机功率。

最后，需要说明的是，虽然上述说明中以集成的器件为例说明各个控制器及温度测量表进行了说明，但是，它们可集成在一个综合控制器中，或者分别对应该综合控制器的各个功能模块，本发明实施例对此并不限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种适用于空调一级泵系统的变水温控制系统，包括冷机装置、连接在所述冷机装置的出水口的供水管路、连接在所述冷机装置的进水口的回水管路、设置在所述供水管路与所述回水管路之间的空调系统以及与所述空调系统并联设置的平衡管路；

其特征在于，所述空调系统包括多个并联的空调末端，所述多个并联的空调末端包括组合式空调机箱组、预冷空调箱以及风机盘管；所述回水管路上设有用于向所述冷机装置回水的一级泵；

所述控制系统还包括：

冷机功率预处理装置，用于根据所述风机盘管的等效阀位开度值，以及空调系统中除风机盘管以外的其它空调末端的冷水阀开度值，选择所述等效阀位开度值与所述冷水阀开度值中的最大值作为输出信号；

冷机功率控制装置，用于根据所述冷机功率预处理装置所输出的阀位开度信号、所述供水管路的水流温度及所述回水管路的水流温度，对所述冷机装置进行功率控制；

供水差压控制装置，用于根据供回水差压，对所述平衡管路上的回流阀进行控制。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，

所述冷机功率预处理装置包括：

风机盘管等效阀位开度计算单元，用于计算所述风机盘管的等效阀位开度值；

最大值信号选择器，接收所述风机盘管等效阀位开度计算单元所计算的等效阀位开度值，以及所述空调系统中除风机盘管以外的其它空调末端的冷水阀开度值，选择所述等效阀位开度值与所述冷水阀开度值中的最大值，作为阀位开度信号输出。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，

所述冷机功率控制装置包括：

冷水阀阀位控制器，根据所述最大值信号选择器输出的阀位开度信号，计算并输出冷水温度设定值信号；

冷水温度测量表，设置在所述供水管路上，测量所述供水管路的冷水温度；

回水温度测量表，设置在所述回水管路上，测量所述回水管路的回水温度；

冷水温度控制器，根据所述冷水阀阀位控制器输出的冷水温度设定值信号、以及所述冷水温度测量表所测量的冷水温度，计算并输出第一控制信号值；

回水温度前馈控制器，根据所述回水温度测量表所测量的回水温度，计算并输出第二控制信号值；

加法器，对所述第一控制信号值与所述第二控制信号值进行求和，将求和后的值作为功率控制信号输出。