CN103307711A - 空调控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种空调控制***及控制方法，该空调控制***包括一级控制***、二级控制***、室内机、控制柜以及连接上述一级控制***、二级控制***和室内机的水管，上述控制柜电连接于一级控制***、二级控制***及室内机中，上述一级控制***包括主机，水管包括出水管与回水管，一级控制***还包括设置在靠近主机位置的一级变频水泵，二级控制***包括与出水管和回水管两端连接的储能水箱，以及设置在靠近储能水箱的二级变频水泵。本发明空调***及控制方法，既节能又提高了控制的智能化和精确化以及灵敏度。

Description

空调控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及气空调技术，尤其涉及一种空调控制***及控制方法。

背景技术

随着社会发展，大至办公楼，小到家庭住宅等居住办公地点，中央空调应用已经非常普遍。目前，中央空调***主要有以下两种类型，以下举例说明现有的两种主要的中央空调***。

第一类中央空调***：风冷（水冷、地源）机组中央空调***，以风冷为例，行业俗称水***中央空调。

如图1所示，主机11产生的带有能量的热水或冷冻水，由水泵13产生的动力通过水管12输送到室内空调箱14和风机盘管15进行吸热或放热，从而通过热水或冷冻水蕴含的能量达到制热或制冷目的。

水***中央空调的优缺点：

1.1：由于主机蒸发和散热***出厂时已经整体装配好，运行时主机的能效能够保证，并且不会由于管道的长短变化而改变主机本身的效率。

1.2：造价相对比较低。

1.3：管路压力低，相对于寿命比高压***长。

传统中央空调的缺陷：

2.1：水泵定频运行，不能根据负荷大小进行调节、特别在低负荷运行时非常耗能。

2.2：主机根据水温进行开、停机进行调节，在负荷变化时经常出现频繁启停现象，非常耗能。

2.3：主机根据水温启停，会出现加载过度或者卸载过度。

上述水中央空调***的智能化程度较低，无法满足人们对电器智能化的需求。

第二类中央空调***：VRV***，行业俗称氟***。

如图2所示，室外机21产生带有能量的冷媒氟通过冷媒铜管22传递到室内机24，室内机24通过控制器23进行控制，冷媒氟通过冷媒铜管进行循环利用，对室内温度进行调节。

VRV中央空调***的优点：

3.1：主机根据室内机运行状况能够进行变频运行，相对比较节能。

3.2：安装比较方便。

3.3：本身***带控制***，追加计费、管理等控制方便。

VRV中央空调***的缺点：

4.1：***能效比随着实际管路的变换而变换，实际安装运行时工厂能效比仅能提供参考。

4.2：冷媒冲注量大，压力高，管路容易漏氟，并且对于漏点检查非常麻烦。

4.3：相对定频机而言，压塑机容易损坏，配件成本高。

4.4：每个***目前大多厂家最大功率只有48匹（制冷量约130kw左右），对于办公大楼等大面积场合需要多台***。

4.5：由于管路长，***运行时起步功率约10%左右，如果开1.5匹***时，实际运行功率根据***大小和管路的长短不同可能在5匹左右。

4.6：冷媒本身无毒无味，但在空间溶度达到0.3kg/m2时会出现中毒死亡事件，因此，一旦泄露便会产生安全事故，为防止泄露，管路强度要求非常高，因此，成本也就相对较高。

4.7：VRV***为了保证压塑机回油，必须定时进行回油动作，即部分机组关闭情况下强制打开膨胀阀，会产生不必要的浪费。

如上述图1所示的水***中央空调，属于定频空调，如上述图2所示的氟***中央空调，属于变频空调。比较上述两种空调，在满负荷运行时，即主机产生的能量等于负荷需要的能量时，在能效比方面，定频空调效率大于变频空调；在低负荷运行时，即主机产生的能量大于负荷需要的能量时，在能效比方面，定频机效率小于等于变频机效率。

上述两种中央空调，在低负荷运行时产生的能量均不能进行储存，造成了不必要的浪费。

然而，以上两种***均有各自的优缺点，在各种场合上述二种***并不能完全替代。但以上两种***各有不可克服的缺点，整体运行效率较低，均会产生不必要的能源浪费，虽然两种***均有相应的控制***，但造价昂贵、安装麻烦、调试复杂。因此，有必要开发一种安装调试简便，造价较低，节能且具有智能控制***的空调***。

如图3所示，是现有技术中央空调***制热时的原理图，以设定回水温度40℃为例，由于水的比热大，制热时水温较低，温度低于40℃时，例如在38℃以下时，主机逐步启动，直至水温到达40℃前继续加载，出现在低负荷时主机全部启动，当水温高于40℃，例如到达42℃时，主机逐步停机进行卸载，会出现过温度高于42℃时的过加载现象，由于控制不精确不灵敏从而造成了能量的浪费。

如图4所示，是现有技术中央空调***制冷时原理图，以设定回水温度12℃为例，制冷时水温较高，温度高于12℃甚至高于14℃，在高于14℃时，主机逐步启动，直到水温达到12℃时继续加载，出现在低负荷时主机全部启动，当水温低于12℃，例如达到10℃时，主机逐步停机进行卸载，会出现温度低于10℃时的过加载现象，由于控制不精确不灵敏从而造成了能量的浪费。

现有技术制热和制冷时，由于工厂考虑到设备的通用性，整机控制在实际***中控制不精确不灵敏而造成能量的浪费，因此，有必要提供一种控制精确灵敏且节能的中央空调启动方法。

发明内容

针对目前中央空调***或者不具有智能化，或者智能化程度较高但造价昂贵、安装麻烦、调试复杂的问题，本发明提供一种造价相对较低安装调试简便，且智能化的空调控制***和控制方法。

针对目前中央空调***不能将主机在低负荷时产生的能量储存起来，造成不必要浪费的问题，本发明提供一种能够将主机在低负荷运行时产生的能量储存起来，提高***能效比且节能的空调控制***及控制方法。

一种空调控制***，包括一级控制***、二级控制***、室内机、控制柜以及连接上述一级控制***、二级控制***和水管，上述控制柜电连接于一级控制***、二级控制***及室内机中，上述一级控制***包括主机，水管包括出水管与回水管，

一级控制***还包括设置在靠近主机位置的一级变频水泵；

二级控制***包括与出水管和回水管两端连接的储能水箱，以及设置在靠近储能水箱的二级变频水泵。

本发明另一方面，提供一种空调控制方法，包括：

步骤S1：控制柜采集主机出水管和回水管的温度和压力，控制一级变频水泵的运行频率；

步骤S2：控制柜采集室内机出水和回水的温度以及出水回水压力，环境温度参数控制二级变频水泵的运行频率。

本发明提供的一种空调控制***及其控制方法，其包括两级控制***及两级变频水泵的运行频率，***中设有储能水箱，通过控制柜采集的主机、室内机、储能水箱温度和压力以及环境温度，通过两级控制***控制两级变频水泵的运行频率，既节能又提高了控制的智能化和精确化以及灵敏度。

附图说明

图1为现有技术水***中央空调示意图。

图2为现有技术氟***中央空调示意图。

图3为现有技术中央空调***制热时机组启动原理图。

图4为现有技术中央空调***制冷时机组启动原理图。

图5为本发明中央空调结构示意图。

图6为本发明中央空调***主机侧结构示意图。

图7为本发明中央空调***仅主机工作时模块侧示意图。

图8为本发明中央空调***蓄能水箱蓄能时模块侧示意图。

图9为本发明中央空调***蓄能水箱供能时模块侧示意图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

本发明提供了一种空调控制***，包括一级控制***、二级控制***、室内机、控制柜以及连接上述一级控制***、二级控制***和室内机的水管，上述控制柜电连接于一级控制***、二级控制***及室内机中，上述一级控制***包括主机，水管包括出水管与回水管，其中：

一级控制***还包括设置在靠近主机位置的一级变频水泵；

二级控制***包括与出水管和回水管两端连接的储能水箱，以及设置在靠近储能水箱的二级变频水泵。

可选地，所述出水管和回水管靠近主机位置设置，且出水管和回水管上均设置有压力传感器和温度传感器，一级控制***包括主机和靠近主机位置设置的电动阀。

可选地，所述控制柜用于获取设置于出水管附近的温度传感器与设置于回水管附近的温度传感器感应的温差，并根据获取的温差控制一级变频水泵的运行频率。

可选地，所述储能水箱的两端分别与出水管和回水管连接，储能水箱与回水管连接的管路上设置有温度传感器，储能水箱上亦设有温度传感器。

可选地，所述室内机两端分别设有温度传感器，所述控制柜用于采集室内机两端的温度传感器的温度、储能水箱与回水管连接的管路上设置的温度传感器的温度以及储能水箱温度，并根据温差控制二级变频水泵的运行频率。

可选地，所述室内机的两端还均设有压力传感器。

可选地，所述储能水箱为V型喷口储能水箱。

如图5、图6所示，一种空调控制***，包括一级控制***、二级控制***、室内机51和52、控制柜99以及设置于该空调控制***内、连接上述一级控制***、二级控制***和室内机51和52的水管。水管包括出水管91和回水管92。控制柜99电连接于一级控制***、二级控制***和室内机51和52中，其中，

一级控制***包括主机31、32，电动阀35、36，以及一级变频水泵41，电动阀35设置在回水管92上靠近主机31的位置上，电动阀36设置在回水管92上靠近主机32的位置上；另一种实施例，电动阀35、36可以设置在出水管91上靠近主机31、32的位置上；

二级控制***包括分别与出水管91和回水管92连接且串联在一起的储能水箱81、82，以及二级变频水泵42；优选的，本发明储能水箱81、82为V型喷口储能水箱，且为迷宫型储能水箱，当然，储能水箱81、82也可以根据***大小，主机最少运行功率等另行设计。

出水管91和回水管92连接主机31和32、储能水箱81和82、室内机51和52。

在主机31和32出水口处设置有压力传感器64和温度传感器72，在主机31和32回水口附近设置有压力传感器63和温度传感器71；

在室内机51、52入水口处设置有压力传感器61和温度传感器73，在室内机51、52出水口处设置有压力传感器62和温度传感器74；

在储能水箱81出水口处设置有温度传感器75，在储能水箱81上设置有温度传感器76；

压力传感器61、62、63、64感应的压力值，温度传感器71、72、73、74、75、76检测的温度值和出水管91以及回水管92中的压力、温度和水量参数可以传送到控制柜99中，以便控制柜99对整个中央空调***进行智能化控制。

主机31、32运行时，要求额定的水流量，在此水流量情况下，压力传感器63和压力传感器64的压力差始终固定，一级变频水泵41根据主机31、32的流量和扬程选定。

在开启主机31时，电动阀35打开，一级变频水泵41根据压力传感器63和压力传感器64的压力差运行。此时，采集温度传感器71和温度传感器72的温度差以调整主机31的出水、回水温度差，一般情况下，主机31的出水和回水温度差为5℃，调整一级变频水泵41的运行频率，使得主机31始终运行在高效区，可以减少一级变频水泵41的功耗。

当主机31的功率达不到室内机51、52的功率要求时，同时开启主机32，此时，电动阀36打开，一级变频水泵41升高频率以满足两台机组需要的水流量。此时，采集温度传感器71和温度传感器72的温度差以调整主机31、32的出水、回水温度差，一般情况下，主机31、32的出水和回水温度差为5℃，调整一级变频水泵41的运行效率，使得主机31、32始终运行在高校区，可以减少一级变频水泵41的功耗。

在实际水泵选型中，除了出水和回水压力差外，管路阻力很难确定，一级变频水泵41基本按计算功率的120%选型，这样就造成了水泵功率的浪费，特别在主机31、32部分运行时浪费非常严重，并且在主机31、32运行过程中可能引起阻力的变化，设置压力传感器63、64，能够自动采集压力变化，以便一级变频水泵41自动调整适应，并且能够自动判别堵塞情况。

控制柜99根据从温度传感器73、74采集到的出水和回水温度计算温差，从压力传感器61、62采集到的压力计算压力差以及环境温度等采集数据送入***内进行计算，把计算结果通过0V-10V电压传送到变频器进行调节频率，从而调节二级变频水泵42的输送功率；在负荷大时，增加二级变频水泵42功率，负荷降低时减少二级变频水泵42的功率，但减少功率的同时保证室内机51、52温差，提高***运行效率。同时对于管路复杂的***，增加支回路温度采集，以便采集到更加准确地水温差、压力差及环境温度等参数，并进行精确计算，精确调整二级变频水泵42的功率，以便整个***自适应运行。

如上述，控制柜99根据采集到的温度计算温度差、压力和环境温度等参数进行计算，通过一级变频水泵41和二级变频水泵42进行两级变频控制，使整个中央空调***的控制更加精确化和智能化。

如图7所示并结合图5，主机31、32正常运行，正好满足室内机51、52运行时，水管中的水流自出水管91流出，沿着图7带箭头虚线所示方向运行，并通过回水管92进行回水，对室内机进行能量供给。

如图8所示并结合图5，当主机31、32最小运行功率大于负荷消耗功率时，即：控制柜99采集到压力传感器61、62、63、64的压力参数，温度传感器71、72、73、74的温度参数并进行计算得出主机31、32最小运行功率大于负荷消耗功率，此时，主机31、32出水量大于室内机51、52需求水量，主机31、32多余水量除供给二级变频水泵42外，进入串联的储能水箱81、82进行储能；此时，水流方向如图8箭头虚线所示，一部分水量进入室内机51、52方向，多余的水量沿朝向储能水箱81、82方向进入储能水箱81、82中，将能量储存在储能水箱81、82中。此时，主机31、32产出水量等于室内机51、52所需水量和储能水箱81、82所需水量之和。

如图9所示并结合图5，控制柜99采集的室内机51、52出水口附近的温度传感器74的出水温度和温度传感器76的蓄能水箱温度并计算温差，当温度传感器76检测到的蓄能水箱温度和室内机51、52的温度传感器74的出水温度的温差至少达到前述主机31、32出水和回水温差5℃，此时，主机31、32进行停机，停机时主机31、32的供水量为零，冰水或热水由储能水箱81、82进行提供，储能水箱81、82中的水沿着图7带箭头虚线方向对室内机51、52供给水量；当储能水箱82、82中的能量不足以供给室内机51、52时，即控制柜99采集并计算温度差，当温度传感器74检测到的的室内机51、52出水温度和温度传感器76检测到的储能水箱81、82温度差达到或小于回水温差时，则重新逐步启动主机31、32供给能量，如此，中央空调***循环往复运行，大大减少了主机31、32的开停次数，提高了效率，同时，节省了能耗，达到了环保效果。同时，在主机31、32停机时，一级变频水泵41也停止工作，仅二级变频水泵42运行，向室内机51、52供给水量，减少了一级变频水泵41的使用时间，提高了一级变频水泵41的寿命，进一步提高了***的安全性，减少了维修次数，节省了维修成本。

以上实施例以2台主机31、32以及2台室内机51、52举例对本发明中央空调控制***和方法进行说明，3台及3台以上的主机和室内机的运行原理与上述实施例类似。

针对现有技术中央空调***制热和制冷时由于控制不精确和不敏感从而造成能源浪费的问题，本发明提供一种ΔT温差启动法，以解决此不合理现象。

根据公式Q=CM△T：

公式中各参数如下：Q=机组产生的热量Kcal，C=水比热4.2j/kg.CM=***水容量KG，△T=温差。

在一个已知***中，例如图5所示的中央空调***，***水容量是固定不变的。主机31、32产生的热量会直接影响水温，根据水温的变换速率℃/m可以判断是否进行加载或减载。

上述公式可以变换成△T=(机组制冷量Q—室内机功率Q)/4.19*1000KG；中央空调***可以根据每分钟甚至更短时间内的温度变化判断***是否需要再启动并加载。

如图5至图9所示，例如：2台主机31、32的功率各为100kw，***水容量为1000KG，预设温差△T，例如是5℃，以上参数提前输入控制柜99内存中进行存储。控制柜99首先通过每分钟甚至更高的频率通过温度传感器71、72分别采集回水管92和出水管91温度并计算温差，在温差达到预设温差时，则先后启动主机31和主机32加载能量，由于主机31、32加载，温差会逐步缩小，当温差小于预设温差时则逐步对主机31、32进行停机；当温差小于预设温差时，会出现机组制冷量Q大于室内机功率Q的情况，此时，将多余能量逐步存储到储能水箱81、82中；控制柜99以上述同样频率采集温度传感器71、72、73、74、75、76的温度，通过温度传感器73、74采集到的温度计算温差，当温差再次大于预设温差时，则根据从温度传感器71、72采集到温度计算出温差，如果此温差小于预设温差时，则说明储能水箱81、82中有多余的能量，此时启动储能水箱81、82对室内机51、52进行供给能量；当温度传感器71、72的温差达到预设温差时则关闭储能水箱81、82同时逐步启动主机31、32，如此循环运行，可以达到对整个中央空调***精确灵敏的控制。根据控制柜99中的温度采集频率对整个***进行控制，更好的解决了过度加载从而造成能源浪费，同时，本发明储能水箱81、82储存的能量对主机31、32进行了补充，避免了主机31、32的频繁启动，节约能量的同时，降低了主机31、32的启动和停机频率，从而提高了整个***的安全性，降低了维修次数。以上也可以看出，通过多个温度采集点的采集，提高了***控制的智能化。同时，可以根据室内机51、52的增加等***变化，增加温度传感器的数量，以便对***进行更精确的控制。

另外，主机31、32本身可以进行50%-100%或更低的加载速度，例如25%-50%-75%-100%，多数***在60%-80%时工作在高效区，例如，当主机31运行100%功率时，另外一台主机32启动，这样2台主机运行在50%的高效区，可以大大减少能源消耗。

一般中央空调***制热时出水45℃，回水40℃；制冷时出水温度7℃，回水12℃。本发明控制柜99可以实时侦测收到***各个区域的温度，根据室外温度和室内工况，制冷时提高启动水温，而制热时降低启动水温，每提高1度或降低1度，主机31、32效率提高3%-5%；例如，制热时，根据室外温度、室内工况，出水温度在低于45度，例如设定出水温度为44℃-43℃-42℃时产生的能量足以达到供给室内机51、52的功率，则设定出水温度为44℃-43℃-42℃，如此，则可以提高主机31、32的运行效率。制冷时则提高启动水温，原理同上。

传统的机组开停机设定温度为正负2℃，例如制热设定回水温度40度时，温度低于38度时启动，大于42度时停机。

本发明中央空调***控制柜99可以根据采集的环境温度和负荷状况，对再启动温度自动修正，当采集到的室外温度和室内温度温差较大时，说明要达到室内机51、52的功率需要更多的能量，则***自动修正将38℃再启动温度自动调整为37度℃更低，这样减少主机31、32的开停比例，进一步节能。

上述启动方法中，无论是主机31、32启动供给能量还是储能水箱81、82供给能量均适用。

如上，本发明提供一种空调控制方法，包括，

步骤S1，控制柜采集主机出水管和回水管的温度和压力，并根据采集的温度和压力控制一级变频水泵的运行频率；

步骤S2，控制柜采集室内机出水和回水的温度以及出水回水压力，环境温度参数控制二级变频水泵的运行频率。

步骤S1还包括步骤S11，主机开启时，控制柜根据主机出水和回水的压差控制一级变频水泵的运行频率，同时采集主机出水和回水温度调整一级变频水泵的运行频率。

步骤S2还包括步骤S21，控制柜根据采集到的室内机出水和回水压力和温度以及环境温度，控制二级变频水泵的运行频率。

步骤S21还包括步骤S22，控制柜根据采集到的主机和室内机的温度和压力以及环境温度，控制一级变频水泵的运行频率和二级变频水泵的运行频率；当主机出水量大于室内机需求水量时，控制柜控制多余水量进入储能水箱。

步骤S21还包括步骤S23，控制柜根据储能水箱的温度和压力以及室内机的温度和压力控制关停和启动主机。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (12)

1.一种空调控制***，包括一级控制***、二级控制***、室内机、控制柜以及连接上述一级控制***、二级控制***和室内机的水管，上述控制柜电连接于一级控制***、二级控制***及室内机中，上述一级控制***包括主机，水管包括出水管与回水管，其特征在于：

一级控制***还包括设置在靠近主机位置的一级变频水泵；

二级控制***包括与出水管和回水管两端连接的储能水箱，以及设置在靠近储能水箱的二级变频水泵。

2.根据权利要求1所述的空调控制***，其特征在于，所述出水管和回水管靠近主机位置设置，且出水管和回水管上均设置有压力传感器和温度传感器，一级控制***包括主机和靠近主机位置设置的电动阀。

3.根据权利要求2所述的空调控制***，其特征在于，所述控制柜用于获取设置于出水管附近的温度传感器与设置于回水管附近的温度传感器感应的温差，并根据获取的温差控制一级变频水泵的运行频率。

4.根据权利要求3所述的空调控制***，其特征在于，所述储能水箱的两端分别与出水管和回水管连接，储能水箱与回水管连接的管路上设置有温度传感器，储能水箱上亦设有温度传感器。

5.根据权利要求4所述的空调控制***，其特征在于，所述室内机两端分别设有温度传感器，所述控制柜用于采集室内机两端的温度传感器的温度、储能水箱与回水管连接的管路上设置的温度传感器的温度以及储能水箱温度，并根据温差控制二级变频水泵的运行频率。

6.根据权利要求5所述的空调控制***，其特征在于，所述室内机的两端还均设有压力传感器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的空调控制***控制***，其特征在于，所述储能水箱为V型喷口储能水箱。

8.一种空调控制方法，其特征在于：

步骤S1：通过控制柜采集主机出水管和回水管的温度和压力，控制一级变频水泵的运行频率；

步骤S2：控制柜采集室内机出水和回水的温度以及出水回水压力，环境温度参数控制二级变频水泵的运行频率。

9.根据权利要求8所述的空调控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

步骤S11：主机开启时，控制柜根据主机出水和回水的压差控制一级变频水泵的运行频率，并且采集主机出水和回水温度，根据出水和回水的温差调整一级变频水泵的运行频率。

10.根据权利要求9所述的空调控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：

步骤S21：控制柜根据采集到的室内机出水和回水压力和温度以及环境温度，控制二级变频水泵的运行频率。

11.根据权利要求10所述的空调控制方法，其特征在于，所述步骤S21还包括：

步骤S22：控制柜根据采集到的主机和室内机的温度和压力以及环境温度，控制一级变频水泵和二级变频水泵的运行频率；当主机出水量大于室内机需求水量时，控制柜控制多余水量进入储能水箱。

12.根据权利要求10所述的空调控制方法，其特征在于，所述步骤S21还包括：

步骤S23：控制柜根据储能水箱的温度和压力以及室内机的温度和压力控制关停和启动主机。

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