TWI534393B - Adjustment method of air conditioning control parameters and air conditioning system - Google Patents

Description

空調控制參數的調整方法及空調系統

本發明係一調整空調控制參數的方法及空調系統，尤指一種於低消耗功率下的空調控制參數的調整方法及空調系統。

空調系統係用於調整溫度與維持空氣的流通的系統，一般而言，常安裝於室內或一般交通工具之類的密閉空間或空氣不易流通的空間中，以調整室內溫度及保持空氣流通，讓使用者於該空間中能感到舒適。

一般的空調系統中，係包含有壓縮機、冷凝風扇及鼓風機等加強空氣對流與調整溫度的元件，而各元件對於空調系統輸出效能的影響程度不相同，因此如何調整各元件，以達到一特定的輸出功率，來控制室內溫度，係一重要的課題。

空調系統調控溫度的現有技術，係先於實驗室中，針對各種不同的元件的控制參數(如轉速或工作週期)進行測試實驗，例如，分別調整該空調系統的壓縮機、冷凝風扇跟鼓風機的轉速或工作週期，並同時將各元件的控制參數及目前空調系統的輸出功率一併記錄下來。並根據此紀錄的數據建立出一份控制參數與輸出功率的對照表。當使用者對該空調系統設定一特定輸出功率後，該空調系統即以該特定輸出功率讀取該對照表中對應該輸出功率的各元件的控制參數，並調整各元件的控制參數，讓空調系統的輸出功率達到該特定輸出功率，以達到調整室內溫度的目的。

但現有技術僅根據輸出功率與各元件的控制參數來建立對照表，並未進一步對空調系統消耗功率做測量。如此，雖然可以讓空調系統運轉一段時間後使室內溫度到達所設定的空調溫度，但卻無法得知運轉過程中的消耗功率。若空調系統設置於一具有固定電能總量的環境下(如電動車輛)，而為維持長時間的溫度控制，則勢必得控制運轉時的消耗功率多寡。故現有技術的空調系統中各元件的控制參數的調整方法有必要做進一步之改良。

有鑑於既有空調系統於控制空調溫度時並未考慮運轉時消耗功率而可能造成消耗過多電能的缺點，本發明係提供一種空調控制參數的調整方法及空調系統，使空調系統中各元件的控制參數可於每一特定輸出功率範圍內，均調整至最少系統消耗功率時的控制參數，以解決消耗功率過大之問題。

為達成上述發明目的所採取的技術手段係令前述的空調控制參數的調整方法包含有以下步驟：建立一控制參數與功耗對照表，係包含空調系統中各元件的控制參數、空調系統的消耗功率及輸出功率；確認一目標輸出功率；根據該控制參數與功耗對照表確認該目標輸出功率下是否僅有一個較佳操作點；當該目標輸出功率下僅有一個較佳操作點時，調整各元件的控制參數至該較佳操作點；及當該目標輸出功率下有超過一個較佳操作點時，根據一檢索程序計算並選取其中一較佳操作點，並調整各元件的控制參數至選取的較佳操作點。

此外，為達上述發明目的所採取的技術手段係令前述的空調系統包含有一壓縮機、一鼓風機、一冷凝風扇、及一與該壓縮機、該鼓風機及該冷凝風扇電連接的控制器，該控制器係分別控制各元件之控制參數，且包含有：一儲存單元，係儲存有一控制參數與功耗對照表，該控制參數與功耗對照表係包含空調系統中各元件的控制參數、空調系統的消耗功率以及空調系統的輸出功率；一處理單元，係用於確認一目標輸出功率，並根據該控制參數與功耗對照表確認該目標輸出功率下是否僅有一個較佳操作點；當該目標輸出功率下僅有一個較佳操作點時，調整各元件的控制參數至該較佳操作點；當該目標輸出功率下有超過一個較佳操作點時，根據一檢索程序計算並選取其中一較佳操作點，並調整各元件的控制參數至選取的較佳操作點；及其中該較佳操作點係該確認的目標輸出功率下最低消耗功率對應的各元件的控制參數。

本發明係所建立的控制參數與功耗對照表係包含有空調系統中各元件的控制參數、該空調系統的消耗功率以及該空調系統的輸出功率。由於空調系統的元件包含有壓縮機、鼓風機及冷凝風扇，故該些元件的控制參數係指該些元件的轉速或工作週期。本發明根據該控制參數與功耗對照表，調整各元件的控制參數，使該空調系統依所設定之目標輸出功率進行運轉時，令該空調系統的消耗功率係於該目標輸出功率下最低值。

但若於該目標輸出功率下具有多組的控制參數所對應的空調系統的消耗功率均係最低值，則根據該檢索程序，計算並選取一組控制參數，即較佳操作點。據此，本發明確能進一步節省電能消耗，以克服現有技術無法判斷消耗功率的問題。

以下配合圖示及本發明之較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。

請參閱圖1及圖2所示本發明的空調系統，其包含有一控制器10、一壓縮機20、一四通換向閥21、一鼓風機30、一蒸發器31、一冷凝風扇40、一冷凝器41及一膨脹閥50。其中具有控制參數的元件係為該壓縮機20、該鼓風機30及該冷凝風扇40，而該控制參數係為各元件的轉速或工作週期。

該控制器10係電連接至該壓縮機20、該鼓風機30及該冷凝風扇40，並包含有一儲存單元11及一處理單元12；其中該儲存單元11中儲存有一控制參數與功耗對照表。該處理單元12係用於確認一目標輸出功率，並根據該控制參數與功耗對照表確認該目標輸出功率下是否僅有一個較佳操作點。該較佳操作點係該目標輸出功率下最低消耗功率對應的各元件的控制參數，然，可能會有多組的控制參數均對應至該目標輸出功率下最低消耗功率。故，當該目標輸出功率下僅具有一個較佳操作點時，則調整各元件的控制參數至該較佳操作點。而當該目標輸出功率下具有超過一個的較佳操作點時，則根據一檢索程序計算並選取其中一較佳操作點作為目標操作點，並調整各元件的控制參數至該目標操作點。舉例來說，該目標輸出功率係指一被使用者調整後的該空調系統的輸出功率。

在本較佳實施例中，該控制參數與功耗對照表係記錄了空調系統中各元件在各種不同的控制參數下分別對應的空調系統的輸出功率與消耗功率。舉例來說，若一空調系統的輸出功率係900W，消耗功率係1000W，而其中一元件之轉速係1000rpm，另一元件之工作週期係30%。該控制參數與功耗對照表係藉由不斷的實驗結果，並記錄下各元件的控制參數、對應的空調系統消耗功率及輸出功率，以於該空調系統使用時，根據輸出功率找出該輸出功率下最低消耗功率時所對應的各元件的控制參數。

當該處理單元12執行該檢索程序時，係固定各元件的控制參數，並分別調整其中一元件的控制參數。當目前輸出功率調整為目標輸出功率時，計算該元件的控制參數的變動百分比，並將該變動百分比記錄為該元件的敏感係數。當只調整該元件的控制參數無法使目前輸出功率調整為目標輸出功率時，將該元件的敏感係數紀錄為無限大。並進一步分別計算各較佳操作點與目前輸出功率對應各元件的控制參數的變化百分比。然後分別將各元件的控制參數的變化百分比分別除以各元件此次對應的敏感係數後加總，且將各較佳操作點對應的總和分別紀錄為各較佳操作點的元件變化度，並自所計算出的複數元件變化度中選取最低元件變化度所對應的較佳操作點。但每次的目前輸出功率與目標輸出功率皆不相同，因此每次均須要重新計算的各元件的敏感係數，故每次使用該檢索程序選取目標輸出功率下的較佳操作點時，均需要計算出此次各元件的敏感係數。

此外，亦可於該控制參數與功耗對照表建立後，根據該控制參數與功耗對照表中記錄的結果，先行確認各種不同的目標輸出功率是否僅有一較佳操作點。若其中一目標輸出功率下具有複數較佳操作點時，針對該目標功率分別對各種不同的目前輸出功率執行該檢索程序，分別於各種不同的目前輸出功率調整至該目標功率時，計算並選取出一較佳操作點後，將該較佳操作點、目前輸出功率及目標輸出功率均紀錄在該控制參數與功耗對照表中，使本發明在調整空調系統的輸出功率時，無論調整至哪一目標輸出功率，在該控制參數與功耗對照表中，各元件的控制參數僅具有一較佳操作點。換句話說，即是針對每一目前輸出功率與每一目標輸出功率，預先計算並挑選出一較佳操作點，使目前輸出功率調整至目標輸出功率時，僅有一較佳操作點。

舉例來說，各元件的敏感係數的計算方式如下，目前輸出功率對應的各元件的控制參數為該壓縮機20之轉速，1000rpm、該鼓風機30之工作週期，20%，及該冷凝風扇40之工作週期，30%。先固定該鼓風機及該冷凝風扇的控制參數，並調整該壓縮機20的控制參數從1000rpm至1100rpm時，該空調系統的輸出功率係由目前輸出功率調整為目標輸出功率，而該壓縮機20此次的敏感係數為(1100-1000)/1000=10%。並進一步利用此方法計算出該鼓風機30此次的敏感係數，(40-20)/20=100%，及該冷凝風扇40此次的敏感係數，(50-30)/30=66.7%。

舉例來說，各較佳操作點的元件變化度的計算方式如下，目前輸出功率對應的各元件的控制參數係(1000,20,30)，而目標輸出功率對應的複數較佳操作點係(1200,60,50)及(1500,30,40)，則各較佳操作點的元件變化度的計算係：a.(1200-1000)/1000×(1/10%)+(60-20)/20×(1/100%)+(50-30)/30×(1/66.7%)=4.99b. (1500-1000)/1000×(1/10%)+(30-20)/20×(1/100%)+(40-30)/30×(1/66.7%)=5.99

根據以上計算可得知，該較佳操作點(1200,60,50)具有較低的元件變化度，故選取該較佳操作點(1200,60,50)。

此外，本發明係進一步提供了一種空調控制參數的調整方法，該空調控制參數的調整方法係包含有以下步驟：建立一控制參數與功耗對照表，係包含空調系統中各元件的控制參數、空調系統的消耗功率及輸出功率(301)；確認一目標輸出功率(302)；根據該控制參數與功耗對照表確認該目標輸出功率下是否僅有一個較佳操作點(303)；當該目標輸出功率下僅有一個較佳操作點時，調整各元件的控制參數至該較佳操作點(304)；及當該目標輸出功率下有超過一個較佳操作點時，根據一檢索程序計算並選取其中一較佳操作點(305)，並調整各元件的控制參數至選取的較佳操作點(306)。

進一步而言，該空調控制參數的調整方法中的檢索程序係包含有以下步驟：固定各元件的控制參數(S401)；分別調整其中一元件的控制參數(S402)；當目前輸出功率調整為目標輸出功率時，計算該元件的控制參數的變動百分比，並將該元件的控制參數的變動百分比紀錄為該元件的敏感係數(S403)；當只調整該元件的控制參數無法使目前輸出功率調整為目標輸出功率時，將該元件的敏感係數紀錄為無限大(S404)；分別計算各較佳操作點與目前輸出功率對應各元件的控制參數的變化百分比(S405)；分別將各元件的控制參數的變化百分比分別除以各元件的敏感係數後加總，並將加總後的總和分別紀錄為各較佳操作點的元件變化度(S406)；及自所計算出的複數元件變化度中選取最低元件變化度所對應的較佳操作點(S407)。

本發明係利用該控制參數與功耗對照表，找出於目標輸出功率下最低消耗功率所對應的各元件的控制參數作為較佳操作點，使該空調系統於使用時，能運作於最低消耗功率下，以減少能量的消耗，藉以降低空調系統之負載。進一步而言，本發明係於該較佳操作點不止一個時，利用一檢索程序選取一個較佳操作點，藉由於選取較佳操作點時加入該敏感係數的考量，使該空調系統中各元件可在最小幅度的變化下，完成該空調系統輸出功率的調整，進一步維持了該空調系統的操作穩定性。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10‧‧‧控制器
20‧‧‧壓縮機
21‧‧‧四通換向閥
30‧‧‧鼓風機
31‧‧‧蒸發器
40‧‧‧冷凝風扇
41‧‧‧冷凝器
50‧‧‧膨脹閥

圖1係本發明空調系統之示意圖。圖2係本發明空調系統之功能方塊圖。圖3係本發明檢索方法之流程圖。圖4係本發明檢索程序之流程圖。

Claims (6)

1. 一種空調控制參數的調整方法，係包含有以下步驟(a)建立一控制參數與功耗對照表，係包含有一空調系統中各元件控制參數、空調系統的消耗功率及輸出功率；(b)確認一目標輸出功率；(c)根據該控制參數與功耗對照表確認該目標輸出功率下是否僅有一個較佳操作點；其中該較佳操作點係該目標輸出功率下最低消耗功率對應的各元件的控制參數；(d)當該目標輸出功率下僅有一個較佳操作點時，調整各元件的控制參數至該較佳操作點；及(e)當該目標輸出功率下有超過一個較佳操作點時，根據一檢索程序計算並選取其中一較佳操作點，並調整各元件的控制參數至選取的較佳操作點。
2. 如請求項1所述之空調控制參數的調整方法，上述步驟(e)的檢索程序係包含有以下步驟：(e1)固定各元件的控制參數；(e2)分別調整其中一元件的控制參數；(e3)當目前輸出功率調整為該目標輸出功率時，計算該元件的控制參數的變動百分比，並將該元件的控制參數的變動百分比紀錄為該元件的敏感係數；(e4)分別計算各較佳操作點與目前輸出功率對應各元件的控制參數的變化百分比；(e5)分別將各元件的控制參數的變化百分比分別除以各元件的敏感係數後加總，並將加總後的總和分別紀錄為各較佳操作點的元件變化度；及(e6)自所計算出的複數元件變化度中選取最低元件變化度所對應的較佳操作點。
3. 如請求項2所述之空調控制參數的調整方法，上述步驟(e3)中，當只調整該元件的控制參數無法使目前輸出功率調整為目標輸出功率時，將該元件的敏感係數紀錄為無限大。
4. 一種空調系統，係包含有一壓縮機、一鼓風機、一冷凝風扇、及一與該壓縮機、該鼓風機及該冷凝風扇電連接的控制器，其中該控制器係分別控制各元件之控制參數，且包含有：一儲存單元，係儲存有一控制參數與功耗對照表，該控制參數與功耗對照表係包含空調系統中各元件的控制參數、空調系統的消耗功率以及空調系統的輸出功率；一處理單元，係用於確認一目標輸出功率，並根據該控制參數與功耗對照表確認該目標輸出功率下是否僅有一個較佳操作點；當該目標輸出功率下僅有一個較佳操作點時，調整各元件的控制參數至該較佳操作點；當該目標輸出功率下有超過一個較佳操作點時，根據一檢索程序計算並選取其中一較佳操作點，並調整各元件的控制參數至選取的較佳操作點；及其中該較佳操作點係該確認的目標輸出功率下最低消耗功率對應的各元件的控制參數。
5. 如請求項4所述之空調系統，其中該控制器的處理單元係進一步固定各元件的控制參數，並分別調整其中一元件的控制參數；當目前輸出功率調整為該目標輸出功率時，計算該元件的控制參數的變動百分比，並將該變動百分比記錄為該元件的敏感係數；並進一步分別計算各較佳操作點與目前輸出功率對應各元件的控制參數的變化百分比，然後分別將各元件的控制參數的變化百分比分別除以各元件此次對應的敏感係數後加總，且將各較佳操作點對應的總和分別紀錄為各較佳操作點的元件變化度，並自所計算出的複數元件變化度中選取最低元件變化度所對應的較佳操作點。
6. 如請求項5所述之空調系統，其中該控制器的處理單元於固定各元件的控制參數，並分別調整其中一元件的控制參數時，只調整該元件的控制參數無法使目前輸出功率調整為目標輸出功率時，將該元件的敏感係數紀錄為無限大。