專利名稱：空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法及其控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空調(diào)能量耗能最大的部份——制冷壓縮機的節(jié)能控制方法和實現(xiàn)該方法的負荷隨動變工況計算機控制器。它適用逆卡諾循環(huán)機械式制冷的空調(diào)裝置的控制節(jié)能系統(tǒng)。且與現(xiàn)有的各種節(jié)能控制器不沖突，并能在現(xiàn)有的控制節(jié)能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)空調(diào)的進一步的節(jié)能。
二.
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的空調(diào)節(jié)能控制方法主要是針對冷媒系統(tǒng)的風(fēng)機(水泵)進行變風(fēng)(水)量節(jié)能控制，其節(jié)能效果不明顯。其中對壓縮機進行變頻控制以使制冷機的cop效能比維持在設(shè)計值附近，而不是隨負荷下降而下降。傳統(tǒng)節(jié)能控制器是以單參數(shù)控制為目標(biāo)，其特征在于參數(shù)設(shè)定值固定，用輸入(參數(shù)采集值)與設(shè)定值的差值作為控制調(diào)節(jié)器的依據(jù)，其控制輸出也是單一參數(shù)形式。
三.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計一種當(dāng)空調(diào)負荷小于額定值時能通過計算機自動重新設(shè)定空調(diào)的蒸發(fā)壓力，并以該蒸發(fā)壓力以及相應(yīng)的過熱度由計算機控制壓縮機的運轉(zhuǎn)和電子膨脹閥的開啟度的空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法及其控制器，以達到不同負荷條件下空調(diào)壓縮機均以最高的效率運行，特別是在負荷小于額定值條件下cop效能比不是降低或維持而是提高，其cop值在其它條件一定時隨負荷下降而提高。
本發(fā)明的空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法及其控制器，其設(shè)計思路是以計算機為核心多參數(shù)輸入，雙數(shù)字P.I.D控制，各P.I.D的輸入設(shè)定值是隨負荷變化的而不是固定的，從而能保證空調(diào)系統(tǒng)在不同負荷下，以最高效率的蒸發(fā)溫度隨動運行，達到顯著的節(jié)能效果。其中，電子調(diào)節(jié)閥的P.I.D調(diào)節(jié)器的輸入值即制冷劑蒸發(fā)過熱度，是由蒸發(fā)壓力和溫度通過軟件計算出的。
本發(fā)明具體是這樣的一種空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法，涉及由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器構(gòu)成的空調(diào)機組及帶電子膨脹閥的執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于該方法包括由傳感器組采集到的空調(diào)負荷側(cè)冷媒進出口溫度t1、t2，流量q和壓縮機吸氣側(cè)的壓力p、溫度t3，經(jīng)多路A/D轉(zhuǎn)換后送入計算機，其中溫度t1、t2，流量q經(jīng)蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包計算出能滿足當(dāng)前相同制冷量的傳熱溫差的最大蒸發(fā)溫度設(shè)定值t30，并由t30經(jīng)制冷劑數(shù)據(jù)庫軟件包算出與t30相對應(yīng)的蒸發(fā)壓力p0作為數(shù)字P.I.D2調(diào)節(jié)的設(shè)定值，p0與實測值p經(jīng)數(shù)字P.I.D2計算后的值通過D/A轉(zhuǎn)換后再通過執(zhí)行機構(gòu)控制壓縮機在新的蒸發(fā)壓力p0下的運轉(zhuǎn)；同時，由p0值通過制冷劑過熱度設(shè)定值軟件包得出過熱度設(shè)定值t3”；其中p、t3經(jīng)制冷劑蒸汽過熱度軟件包計算出過熱度測量值t3’；
t3’和t3”經(jīng)數(shù)字PID1計算出電子膨脹閥開啟度的調(diào)節(jié)量，通過D/A轉(zhuǎn)換后直接控制電子膨脹閥的開啟度。
當(dāng)以冷媒水進口溫度t20為設(shè)定值時，其蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包包括讀入采集數(shù)據(jù)t1、t2、q及冷媒進口設(shè)定溫度t20，由公式計算出相應(yīng)的t10，讀入冷媒數(shù)據(jù)庫中的比熱C、比容Cv，再讀入蒸發(fā)器數(shù)據(jù)庫中的換熱面積F，并由q讀入相應(yīng)的換熱系數(shù)K，由公式計算出t30，用新的t30替換原來的t30并存儲。
當(dāng)以冷媒水出口溫度t10為設(shè)定值時，其蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包包括讀入采集數(shù)據(jù)t1、t2、q及冷媒出口設(shè)定溫度t10，讀入冷媒數(shù)據(jù)庫中的比熱C、比容Cv，再讀入蒸發(fā)器數(shù)據(jù)庫中的換熱面積F，并由q讀入相應(yīng)的換熱系數(shù)K，由公式計算出t30，用新的t30替換原來的t30并存儲。
在本發(fā)明中，制冷劑蒸汽過熱度計算軟件包、制冷劑數(shù)據(jù)庫軟件包、制冷劑過熱度設(shè)定值軟件包、數(shù)字P.I.D計算軟件包的計算方法在現(xiàn)有文獻中均有記載。
當(dāng)冷媒為空氣時，其傳感器組還可以采集冷媒空氣進口濕度，冷媒空氣出口濕度。并以空氣進出口焓值計算出t30。
一種空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制器，涉及由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器構(gòu)成的空調(diào)機組及帶電子膨脹閥的執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于該控制器包括計算機、多路A/D卡，由安裝于蒸發(fā)器冷媒側(cè)進口端的流量傳感器Q、溫度傳感器T2，安裝于蒸發(fā)器冷媒側(cè)出口端的溫度傳感器T1，安裝于壓縮機吸氣側(cè)的溫度傳感器T3、壓力傳感器P構(gòu)成的傳感器組，安裝于計算機與執(zhí)行機構(gòu)之間的輸出接口，其中傳感器測得的信號經(jīng)變送器后送入多路A/D卡，再經(jīng)多路A/D卡送入計算機，并由計算機處理后經(jīng)輸出接口送入執(zhí)行機構(gòu)。
其輸出接口可以是I/O接口，用于對壓縮機進行能量調(diào)節(jié)和啟?？刂啤?br> 其輸出接口可以是D/A接口，用于對壓縮機進行無極調(diào)速。
其傳感器組中還可以包括分別設(shè)于冷媒進口濕度傳感器，冷媒出口濕度傳感器。用于蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包中對冷媒介質(zhì)為濕空氣時對t30的計算。
在本發(fā)明中相關(guān)符號含義是t1——冷媒出口溫度t2——冷媒進口溫度t3——制冷劑蒸發(fā)溫度p——制冷劑蒸發(fā)壓力q——冷媒容積流量t10——冷媒出口設(shè)定溫度。指冷媒水或空氣從蒸發(fā)器中出來的溫度，有時還可由空調(diào)操作者設(shè)定。
t20——冷媒進口設(shè)定溫度。指冷媒水或空氣進入蒸發(fā)器的溫度，通常由空調(diào)操作者設(shè)定。
t30——制冷劑設(shè)定蒸發(fā)溫度。指在滿足相同制冷量傳熱溫差的條件下最大的可用蒸發(fā)溫度值。
p0——制冷劑設(shè)定蒸發(fā)壓力t3”——過熱度設(shè)定值t3’——過熱度實測值C——冷媒比熱Cv——冷媒比容K——蒸發(fā)器換熱系數(shù)F——蒸發(fā)器換熱面積cop—制冷機組效能比(制冷量/制冷機能耗)本發(fā)明的計算機控制器由傳感器，變送器(冷媒進出口溫度、流量，蒸發(fā)壓力、溫度)，多路A/D參數(shù)采集卡，蒸發(fā)溫度計算軟件包(①制冷劑數(shù)據(jù)庫軟件包②過熱度計算軟件包③過熱度設(shè)定軟件包④數(shù)字P.I.D1計算軟件包⑤數(shù)字P.I.D2計算軟件包)，D/A轉(zhuǎn)換，I/O接口，壓縮機起?？刂疲瑝嚎s機調(diào)速控制，電子調(diào)節(jié)閥開啟度控制組成。其工作原理是由傳感器實時測量空調(diào)冷媒的進出口溫度t1，t2，及流量q，經(jīng)變送器送入計算機多路A/D參數(shù)采集卡，模數(shù)變換后的負荷側(cè)數(shù)字參數(shù)經(jīng)蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包計算出該負荷下的最大可用蒸發(fā)溫度，以此蒸發(fā)溫度由制冷劑數(shù)據(jù)庫軟件包查出對應(yīng)的蒸發(fā)壓力p0作為數(shù)字P.I.D1調(diào)節(jié)壓縮機運行的設(shè)定值，用實測的蒸發(fā)溫度p作為P.I.D的輸入值，由P.I.D1計算出輸出調(diào)節(jié)量，經(jīng)D/A或I/O去控制壓縮機的運行。同時由制冷劑數(shù)據(jù)庫查得p0下的過熱度t3”作為數(shù)字P.I.D2調(diào)節(jié)電子膨脹閥開啟度的設(shè)定值，而實測的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度經(jīng)制冷劑過熱度軟件包計算出蒸發(fā)器中的實際過熱度t3’作為P.I.D2的輸入值，由P.I.D2軟件包計算出的輸出值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換控制電子膨脹閥的開啟度，達到對空調(diào)壓縮機的變工況實時節(jié)能控制。由制冷理論知蒸發(fā)溫度每上調(diào)1℃，制冷機效能比(cop＝制冷量/能耗)將提高15％達到顯著的節(jié)能效果。
四.附圖及說明

圖1為本發(fā)明的控制原理邏輯框2為蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包的邏輯框3為應(yīng)用實例的控制原理圖五.實現(xiàn)方式如圖1、圖2所示，一種空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法，涉及由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器構(gòu)成的空調(diào)機組及帶電子膨脹閥的執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于該方法包括由傳感器組采集到的空調(diào)負荷側(cè)冷媒進出口溫度t1、t2，流量q和壓縮機吸氣側(cè)的壓力p、溫度t3，經(jīng)多路A/D轉(zhuǎn)換后送入計算機，其中溫度t1、t2，流量q經(jīng)蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包計算出能滿足當(dāng)前相同制冷量的傳熱溫差的最大蒸發(fā)溫度設(shè)定值t30，并由t30經(jīng)制冷劑數(shù)據(jù)庫軟件包算出與t30相對應(yīng)的蒸發(fā)壓力p0作為數(shù)字P.I.D2調(diào)節(jié)的設(shè)定值，p0與實測值p經(jīng)數(shù)字P.I.D2計算后的值通過D/A轉(zhuǎn)換后再通過執(zhí)行機構(gòu)控制壓縮機在新的蒸發(fā)壓力p0下的運轉(zhuǎn)；同時，由p0值通過制冷劑過熱度設(shè)定值軟件包得出過熱度設(shè)定值t3”；
其中p、t3經(jīng)制冷劑蒸汽過熱度軟件包計算出過熱度測量值t3’；t3’和t3”經(jīng)數(shù)字P.I.D1計算出電子膨脹閥開啟度的調(diào)節(jié)量，通過D/A轉(zhuǎn)換后直接控制電子膨脹閥的開啟度。
其蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包包括讀入采集數(shù)據(jù)t1、t2、q及冷媒進口設(shè)定溫度t20，由公式計算出相應(yīng)的t10，讀入冷媒數(shù)據(jù)庫中的比熱C、比容Cv，再讀入蒸發(fā)器數(shù)據(jù)庫中的換熱面積F，并由q讀入相應(yīng)的換熱系數(shù)K，由公式計算出t30，用新的t30替換原來的t30并存儲。
如圖3所示，本實例是一個典型的空調(diào)制冷系統(tǒng)。本發(fā)明控制器的數(shù)據(jù)監(jiān)測部份由蒸發(fā)器冷媒側(cè)的進出口溫度傳感器T1，T2和流量傳感器Q組成負荷監(jiān)測探測組。由傳感器檢測到的各信號參數(shù)經(jīng)變送器直接送入多路A/D卡進入計算機。由各軟件包計算后的控制輸出一個信號經(jīng)D/A1轉(zhuǎn)換成電信號后送入可控硅變頻調(diào)節(jié)器，將壓縮機驅(qū)動電機的頻率調(diào)整，使驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速變化，以保證該負荷下的蒸發(fā)壓力穩(wěn)定。由各軟件包計算后的控制輸出另一個信號經(jīng)D/A2轉(zhuǎn)換成電信號后送入變送器，由變送器直接控制電子膨脹閥的開啟度，以保證傳熱面積的充分利用和制冷劑的完全蒸發(fā)。當(dāng)負荷減小時，由蒸發(fā)溫度計算軟件包可算出新的蒸發(fā)溫度設(shè)定值上升，則相應(yīng)的蒸發(fā)溫度壓力設(shè)定值上升，由實測到的蒸發(fā)壓力與新的蒸發(fā)壓力比較經(jīng)P.I.D1軟件包可計算出將壓縮機驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速下調(diào)以提高蒸發(fā)溫度。由于蒸發(fā)壓力上調(diào)使電子膨脹閥進出口壓差變小，經(jīng)電子膨脹閥流入蒸發(fā)器的制冷劑流量將減小，其蒸汽的過熱度將上升，由檢測到的p，t3經(jīng)過熱度計算軟件包可算出實測過熱度t3的值，將其送入P.I.D2的輸入端與從制冷劑數(shù)據(jù)庫軟件包查出的標(biāo)準過熱度輸入P.I.D2的設(shè)定端，由P.I.D2軟件包算出電子膨脹閥開啟控制輸出值，送入D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬電壓信號，經(jīng)變送器直接送入電子膨脹閥使閥的開啟度增加至過熱度設(shè)定值。由于降低了壓縮機的轉(zhuǎn)速在同樣負荷下保證了制冷劑的流量不變，即制冷量不變而壓縮機的運行工耗減小、達到節(jié)能控制的目的。
權(quán)利要求
1.一種空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法，涉及由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器構(gòu)成的空調(diào)機組及帶電子膨脹閥的執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于該方法包括由傳感器組采集到的空調(diào)負荷側(cè)冷媒進出口溫度t1、t2，流量q和壓縮機吸氣側(cè)的壓力p、溫度t3，經(jīng)多路A/D轉(zhuǎn)換后送入計算機，其中溫度t1、t2，流量q經(jīng)蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包計算出能滿足當(dāng)前相同制冷量的傳熱溫差的最大蒸發(fā)溫度設(shè)定值t30，并由t30經(jīng)制冷劑數(shù)據(jù)庫軟件包算出與t30相對應(yīng)的蒸發(fā)壓力p0作為數(shù)字P.I.D2調(diào)節(jié)的設(shè)定值，p0與實測值p經(jīng)數(shù)字P.I.D2計算后的值通過D/A轉(zhuǎn)換后再通過執(zhí)行機構(gòu)控制壓縮機在新的蒸發(fā)壓力p0下的運轉(zhuǎn)；同時，由p0值通過制冷劑過熱度設(shè)定值軟件包得出過熱度設(shè)定值t3”；其中p、t3經(jīng)制冷劑蒸汽過熱度軟件包計算出過熱度測量值t3’；t3’和t3”經(jīng)數(shù)字PID1計算出電子膨脹閥開啟度的調(diào)節(jié)量，通過D/A轉(zhuǎn)換后直接控制電子膨脹閥的開啟度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法，其特征在于蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包包括讀入采集數(shù)據(jù)t1、t2、q及冷媒進口設(shè)定溫度t20，由公式計算出相應(yīng)的t10，讀入冷媒數(shù)據(jù)庫中的比熱C、比容Cv，再讀入蒸發(fā)器數(shù)據(jù)庫中的換熱面積F，并由q讀入相應(yīng)的換熱系數(shù)K，由公式計算出t30，用新的t30替換原來的t30并存儲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法，其特征在于蒸發(fā)溫度設(shè)定值計算軟件包包括讀入采集數(shù)據(jù)t1、t2、q及冷媒出口設(shè)定溫度t10，讀入冷媒數(shù)據(jù)庫中的比熱C、比容Cv，再讀入蒸發(fā)器數(shù)據(jù)庫中的換熱面積F，并由q讀入相應(yīng)的換熱系數(shù)K，由公式計算出t30，用新的t30替換原來的t30并存儲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法，其特征在于傳感器組還可以采集冷媒空氣進口濕度，冷媒空氣出口濕度。
5.一種空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制器，涉及由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器構(gòu)成的空調(diào)機組及帶電子膨脹閥的執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于該控制器包括計算機、多路A/D卡，由安裝于蒸發(fā)器冷媒側(cè)進口端的流量傳感器Q、溫度傳感器T2，安裝于蒸發(fā)器冷媒側(cè)出口端的溫度傳感器T1，安裝于壓縮機吸氣側(cè)的溫度傳感器T3、壓力傳感器P構(gòu)成的傳感器組，安裝于計算機與執(zhí)行機構(gòu)之間的輸出接口，其中傳感器測得的信號經(jīng)變送器后送入多路A/D卡，再經(jīng)多路A/D卡送入計算機，并由計算機處理后經(jīng)輸出接口送入執(zhí)行機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制器，其特征在于輸出接口可以是I/O接口，用于對壓縮機進行能量調(diào)節(jié)和啟?？刂?。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制器，其特征在于輸出接口可以是D/A接口，用于對壓縮機進行無極調(diào)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制器，其特征在于傳感器組中還可以包括分別設(shè)于冷媒進口濕度傳感器，冷媒出口濕度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空調(diào)負荷隨動變工況節(jié)能控制方法及其控制器,其設(shè)計思路是以計算機為核心,冷媒出口溫度t
文檔編號F24F11/02GK1363805SQ0211333
公開日2002年8月14日 申請日期2002年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月6日
發(fā)明者黃明 申請人:黃明