CN109612047B - 变风量空调***的送风温度控制方法 - Google Patents

变风量空调***的送风温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种变风量空调***的送风温度控制方法，包括：采集多个变风量空调***末端装置的实际送风量；得到实际送风量占最大设计送风量的百分比；将所述百分比为最小设计送风量的区域确定为负荷最小区域；在所述负荷最小区域的最小设计送风量的基础上增加一个增量，形成送风量的设定值；根据所述送风量的设定值确定送风温度的设定值；将实际送风温度控制到所述送风温度的设定值。本发明通过在空气处理单元中提高送风温度，使得负荷最小区域的送风量的控制脱离强制最小值，因而无需在末端装置采用电加热方式加热送风，从而在保证室内舒适性的情况下实现了节能效果。

Description

变风量空调***的送风温度控制方法
技术领域
本发明实施例涉及温度控制领域，尤其涉及一种变风量空调***的送风温度控制方法。
背景技术
变风量***是利用改变送入室内的送风量来实现对室内温度调节的全空气空调***。变风量空调***由空气处理机组、送风***、末端装置及自控装置等组成,其中末端装置是变风量***的关键设备,它可以接受室温度调节器的指令,根据室温的高低自动调节送风量,以满足室内负荷的需求。
对于变风量空调***，通常的控制方法是通过改变送风量实现送冷量或送热量的调节，以实现送冷量或送热量与实际负荷的匹配，而不是改变送风温度。在变风量空调***的设计阶段，是按照房间面积设计空调负荷，为了保证新风量，通常会设计一个最小送风量。当建筑物投入使用后，送风温度一般固定在设计温度，例如13度，但由于某些区域或房间的人员偏少，例如某个房间只有一个人使用，这些区域或房间的送风设计量将大于实际的使用负荷，即使将这些房间的送风量降低到最小送风量，这些区域或房间的温度仍然会偏低，降低了体感的舒适性。传统提高温度的方法是在变风量空调***的末端装置内设置电加热装置，采用电加热的方式对送风再热，从而提高送风温度，但这会造成很大的能源浪费。上述情况属于夏季供冷的情况，而对于冬季供热情况，会造成房间的温度偏高，降低了体感的舒适性并导致能源浪费。
现有技术公开了一种变风量空调***的送风温度控制方法(申请号201310015384.X)。该方法通过比较实测送风温度和设定送风温度，来调节空调机组电动水阀以保证送风温度稳定在设定值，并且结合风管静压及末端阀位对设定送风温度进行自动重新设定。该方法未考虑送风量与房间实际负荷的关系。通常，送风量与阀位和静压有关，但送风量与阀位并无严格的对应关系，即相同的阀位对应的送风量可能是不同的，因此阀位不能反映区域负荷，从而无法有效控制送风温度。对于静压，通常是依据负荷最大区域的需求来改变静压，因此静压的变化不能反应负荷最小区域的需求。另外，该方法没有采用反馈控制原理的控制算法，仅是人工经验的程序化表达。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明实施例提供一种变风量空调***的送风温度控制方法，通过调节负荷最小区域的送风量来控制送风温度，在保证体感舒适的情况下实现了节能效果。
本发明实施例提供一种变风量空调***的送风温度控制方法，包括：
采集多个变风量空调***末端装置的实际送风量；
得到实际送风量占最大设计送风量的百分比；
将所述百分比为最小设计送风量的区域确定为负荷最小区域；
在所述负荷最小区域的最小设计送风量的基础上增加一个增量，形成送风量的设定值；
根据所述送风量的设定值和实际送风量测量值的差值获得送风温度的设定值；
将实际送风温度控制到所述送风温度的设定值。
进一步，所述最小设计送风量表示为占最大设计送风量的百分比。
进一步，在最小设计送风量的基础上增加一个百分比，从而获得所述送风量的设定值。
进一步，当所述负荷最小区域为多个区域时，根据前一天所有变风量空调***末端装置的实时运行情况，挑选出送风量最小且工作时间最长的末端装置，将其所在的区域作为送风控制区域。
进一步，当所述负荷最小区域为多个区域时，根据房间的使用情况，将无人使用的房间排除，挑选出正在使用且空调负荷小的房间作为送风控制区域。
进一步，当所述负荷最小区域为多个区域时，任意挑选一个区域，将该区域的变风量空调***末端装置的送风量控制到送风量的设定值，然后对下一个负荷最小区域重复上述过程，直到所有区域的送风量都达到送风量的设定值。
进一步，所述获得送风温度的设定值包括，采用比例积分或比例积分微分控制算法，得到所述送风温度的设定值。
进一步，所述获得送风温度的设定值包括，采用自适应PID控制算法，能自动调整比例、积分、微分参数以适应环境变化，得到所述送风温度的设定值。
进一步，所述获得送风温度的设定值包括，采用模型预测控制方法，得到所述送风温度的设定值。
进一步，所述将实际送风温度控制到所述送风温度的设定值包括，将送风温度的实际值与设定值进行比较得出两者的差值，根据差值调节空气处理单元的水阀开度，通过改变送冷量，将实际送风温度控制到送风温度的设定值。
本发明实施例提供的变风量空调***的送风温度控制方法，改变传统的依据经验改变送风温度的控制方式，通过将负荷最小区域的送风量控制到设定值，实现送风温度与负荷的自动适配，并且在空气处理单元中提高/降低送风温度，无需在末端装置中加热送风或开窗降温，从而在保证室内舒适性的情况下实现了节能效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的变风量空调***的送风温度控制方法流程图；
图2为本发明实施例提供的送风温度控制方法在变风量空调***中的运行过程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
如图1所示，本发明实施例提供的变风量空调***的送风温度控制方法，包括：
步骤101，采集多个变风量空调***末端装置的实际送风量；
步骤102，得到实际送风量占最大设计送风量的百分比；
步骤103，将所述百分比为最小设计送风量的区域确定为负荷最小区域；
步骤104，在所述负荷最小区域的最小设计送风量的基础上增加一个增量，形成送风量的设定值；
步骤105，根据所述送风量的设定值和实际送风量测量值的差值确定送风温度的设定值；
步骤106，将实际送风温度控制到所述送风温度的设定值。
变风量空调***启动后，每个变风量空调***的末端装置(VAVBOX)的现场控制器(DDC)采集每个VAVBOX的实际送风量，并将采集的实际送风量通过现场总线送到中控电脑，中控电脑将实际送风量与预先存储的每个VOVBOX的最大设计送风量进行比较，计算实际送风量占最大设计送风量的百分比，将百分比等于最小设计送风量的VAVBOX挑选出来，其所在的区域为负荷最小区域。
为了保证室内的新风量，VAVBOX的现场控制器通常会设计一个最小送风量Fmin，该Fmin以最小设计送风量占最大设计送风量的百分比的形式表示的，通常Fmin为20％。为了提高送风温度需要增大送风量，本发明实施例中，在负荷最小区域的Fmin的基础上增加一个较小的百分比，作为送风量的设定值Fset。在本发明的实施例中，增加的百分比为10％，即Fset＝Fmin+10％。
变风量空调***的外环控制器根据送风量设定值Fset，以及实际送风量的测量值，通过某种算法获得送风温度的设定值Tset，而送风温度作为变风量空调***内环控制器的被控量，由内环控制器通过空气处理单元(AHU)将送风温度控制到送风温度的设定值Tset。外环控制器根据送风量设定值和实际送风量测量值获得送风温度设定值的具体方式，将在下面的实施例中进行描述。
在本发明实施例中，将送风量作为衡量送风温度提升的指标，并且送风量反映了房间的真实负荷。在负荷最小区域，送风量原来处于Fmin(20％)，为了提高送风温度而增大送风量，使得送风量离开Fmin，进入可调节的值，这意味着送冷量与房间实际负荷相符，保证了体感的舒适性。但在提高送风温度的过程中，不能将送风温度提的过高，否则会无法满足负荷最大的房间的冷量需求，因此以负荷最小区域的送风量作为送风温度提升的衡量指标，在Fmin的基础上增加一个较小的增量作为送风量的设定值。这样在提高送风温度的情况下，也能尽可能满足负荷大的房间的冷量需求。并且，本发明实施例在空气处理单元中提高送风温度，无需在VAVBOX内加热送风，从而保证在体感舒适性的情况下，实现了节能的效果。
上述实施例以供冷情况为例做了说明，在供暖情况下，由于负荷最小区域的送风温度过高造成体感舒适性差，此时应当降低送风温度，这时外环控制器的控制方向相反。
根据本发明实施例提供的方法，计算实际送风量占最大设计送风量的百分比，将百分比等于最小设计送风量的VAVBOX挑选出来，其所在的区域为负荷最小区域。如果百分比等于最小设计送风量的VAVBOX为多个，即存在多个负荷最小区域时，将根据以下方式，但不限于下述方式，从中挑选出作为控制对象的区域。
(1)对前一天所有VAVBOX的实时运行情况进行统计，从中挑选出工作于最小风量且工作时间最长的VAVBOX作为当天的控制对象；
(2)将房间的使用情况，例如房间每天的日程安排输入控制***，排除处于未使用状态的房间，将那些处于使用状态且负荷小的房间挑选出来，作为控制对象；
(3)任意挑选一个区域的VAVBOX作为控制对象，依据上述本发明实施例提供的方法，提高该VAVBOX的实际送风量到达送风量的设定值，然后对其他处于最小设计送风量的VAVBOX重复上述过程，直到所有VAVBOX的送风量都达到送风量的设定值或以上；
(4)人为依据经验，对重要的房间优先考虑其舒适性，例如对于贵宾室，将优先被挑选出来作为控制对象，而无人区域将被排除，不再作为控制对象，并关闭该区域的空调。
挑选出负荷最小区域作为控制区域，以该区域的送风量作为送风温度提升的衡量指标，这样在提高送风量的情况下，也能满足负荷大的房间的冷量需求。
根据本发明实施例提供的方法，变风量空调***的外环控制器根据送风量设定值Fset，通过本领域常用的以下方式，但不限于下述方式，获得送风温度的设定值Tset。
(1)外控制器采用比例积分(PI)或比例积分微分(PID)控制算法，计算送风温度设定值。具体方式是，外环控制器根据风量实际检测值与风量设定值的差值，即偏差e，计算比例控制作用Ke的控制量、积分控制作用
Figure BDA0001887194810000061
的控制量，需要时还会进一步计算微分控制作用
Figure BDA0001887194810000062
的控制量，然后将上述前两者的控制量，或将上述三者的控制量相加，作为送风温度的设定值。对于K、Ti、Td参数，可以通过调试工程师的现场调试，也可以通过理论计算或仿真获得，这些方式对本领域技术人员是熟知的，在此不再赘述。
(2)外环控制器采用自适应PID控制算法，自动调整比例(P)、积分(I)、微分(D)三个参数。例如，可以定时采用阶跃响应法确定***传递函数，从而计算这三个参数，实现定时对这三个参数进行修改，以适应环境的变化，具体算法对本领域技术人员是熟知的，在此不再赘述。
(3)外控制器采用模型预测控制方法(MPC)计算送风温度的设定值。与传统的PID控制方式相比，MPC方法不但使用当前和过去的偏差值，而且还通过预测模型来预测未来的偏差值，以滚动优化的方式确定当前的最优控制策略。有关MPC算法对本领域技术人员是熟知的，在此不再赘述。
由此产生的送风温度设定值作为变风量空调***内环控制器的被控量，通过内环控制器将送风温度控制到送风温度设定值，实现送风温度的调节。
本发明实施例提供的方法中，将送风温度控制到送风温度的设定值的具体方式是：获得实际送风温度与送风温度设定值之间的差值，将该差值作为变风量空调***的内环控制器的输入，由内环控制器通过调节空气处理单元(AHU)的水阀开度，改变送冷量，从而改变送风温度，将送风温度控制到设定值。内控制器可以采用变风量空调***原有的AHU控制的软硬件，也可以重新设计，方法与外控制器的设计相同。
内环控制器通过调节空气处理单元(AHU)的水阀开度改变送风温度，无需在VAVBOX内加热送风，从而保证在体感舒适性的情况下，实现了节能的效果。
图2描述了本发明实施例提供的变风量空调***的送风温度控制方法，在变风量空调***中的运行过程图。
如图2所示，采用串级控制方式对变风量空调***的送风风量及送风温度的进行控制。首先，采集获得末端装置(VAVBOX)4的实际送风量，计算实际送风量占最大设计送风量的百分比，将百分比等于最小设计送风量的VAVBOX挑选出来，其所在的区域为负荷最小区域。在该区域的最小设计送风量的基础上增加一个较小的百分比，作为送风量的设定值Fset。
在变风量空调***中，外环控制又称主控回路，外环控制器1作为主控制器对VAVBOX的送风量进行控制。该外环控制器根据实际送风量与送风量设定值Fset之间的偏差，通过某种算法获得控制量，并将该控制量作为送风温度的设定值Tset。
在变风量空调***中，内环控制又称为副控制回路，内环控制器2对送风温度进行控制。将上述送风温度的设定值Tset输入内环控制器，该内环控制器根据送风温度的实际值与设定值之间的差值，获得空气处理单元(AHU)的冷冻水阀开度3的控制量，根据该控制量通过控制流过表冷器(水和空气的热交换器)的冷冻水流量来控制通过表冷器的空气的冷却量，从而实现对送风温度的控制。
上述外环和内环控制均为依据差值的控制，属于反馈控制，即控制器会一直比较被控量的实测值与设定值，如果存在差值，控制器就会产生控制量进而操纵执行机构(例如水阀)进行动作，从而使被控量发生变化，其目标消除被控量的实测值和设定值之间的偏差。
图2中“VAVBOX”4是传统的VAVBOX，其包含原有的控制器。对于压力无关型VAVBOX，一般采用串级控制实现对风量的控制，本发明实施例不改动VAVBOX原有的控制器。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种变风量空调***的送风温度控制方法，其特征在于，包括：
采集多个变风量空调***末端装置的实际送风量；
得到实际送风量占最大设计送风量的百分比；
将所述百分比为最小设计送风量的区域确定为负荷最小区域；所述最小设计送风量表示为占最大设计送风量的百分比；
在所述负荷最小区域的最小设计送风量的基础上增加一个增量，形成送风量的设定值；
根据所述送风量的设定值和实际送风量测量值的差值获得送风温度的设定值；
将实际送风温度控制到所述送风温度的设定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增量为在最小设计送风量的基础上增加一个百分比，从而获得所述送风量的设定值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述负荷最小区域为多个区域时，根据前一天所有变风量空调***末端装置的实时运行情况，挑选出送风量最小且工作时间最长的末端装置，将其所在的区域作为送风控制区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述负荷最小区域为多个区域时，根据房间的使用情况，将无人使用的房间排除，挑选出正在使用且空调负荷小的房间作为送风控制区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述负荷最小区域为多个区域时，任意挑选一个区域，将该区域的变风量空调***末端装置的送风量控制到送风量的设定值，然后对下一个负荷最小区域重复上述过程，直到所有区域的送风量都达到送风量的设定值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得送风温度的设定值包括，采用比例积分或比例积分微分控制算法，得到所述送风温度的设定值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得送风温度的设定值包括，采用自适应比例积分微分控制算法，能自动调整比例、积分、微分参数以适应环境变化，得到所述送风温度的设定值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得送风温度的设定值包括，采用模型预测控制方法，得到所述送风温度的设定值。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将实际送风温度控制到所述送风温度的设定值包括，将送风温度的实际值与设定值进行比较得出两者的差值，根据差值调节空气处理单元的水阀开度，通过改变送冷量，将实际送风温度控制到送风温度的设定值。
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