專利名稱：一種風機盤管系統及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及中央空調系統，尤其涉及一種風機盤管系統及其控制方法。
背景技術：
目前，中央空調系統在住宅、商用寫字樓、酒店等各種各樣的樓宇建筑中得到了越 來越廣泛的應用。空調系統的末端裝置直接影響著對室內環(huán)境的控制效果，也直接反映了 系統的冷熱量。按照空調系統的形式不同，空調系統的末端也有多種形式，就我國目前空調 系統的情況來看，風機盤管加新風系統是目前國內各類辦公及賓館建筑中使用最廣的空調 系統，在我國的中央空調系統使用中占據著主要的地位。研究風機盤管系統的節(jié)能控制有 著重要的意義。風機盤管空調系統屬半集中式空調系統，也是空氣-水空調系統的一種主要形 式。風機盤管機組主要由風機、盤管、空氣過濾器、調節(jié)裝置和箱體組成。風機盤管直接安裝 在空調房間內，流經盤管內的冷水或熱水與流經盤管外的空氣發(fā)生熱交換，達到空氣調節(jié) 的目的。風機盤管安裝方便、布置靈活，可獨立調節(jié)室溫并且對其他房間基本不產生影響， 較易適應建筑物內負荷波動時的調節(jié)需要，便于建筑物增擴空調系統；風機盤管機型小，占 用建筑空間少，節(jié)約建筑層高，并且由于沒有風管，防火排煙及噪聲傳遞問題都比較容易解 決；另外對水系統而言，由于風機盤管的阻力損失較大，因而水系統不易失調。風機盤管的控制就是為了調節(jié)盤管的供冷量。從風機盤管的原理可知冷量調節(jié)可 采用風量調節(jié)、水量調節(jié)和水溫調節(jié)，其中水溫調節(jié)屬集中調節(jié)手段，主要根據負荷情況對 整個系統進行調節(jié)；風量調節(jié)主要是手動三檔風機調速，溫控風機三級調速；水量控制主 要是溫控電磁閥通斷控制。目前，對于風機盤管的末端控制主要是通過與每個風機盤管對 應設置的溫控器來完成，自動化程度較高的主要有溫控三級風機調速式和三級風機調速加 電動水流調節(jié)閥控制溫控器。溫控三級風機調速方式要通過設置在房間中的溫度傳感器 測得房間的實時溫度，根據設定的溫度值，判斷應采取的動作方式，溫度過高相應的降低檔 位，溫度過低則調高檔位。由于該調節(jié)方式自身的簡單性，具有一些缺陷由于空調房間的 熱慣性很大，風機盤管內的水盤管也有較大的熱慣性，因此這樣簡單的控制就造成較大的 室內溫度波動，尤其是在低負荷的情況下，極易產生失調。出現這一現象的原因就在于單純 依靠室內溫度來判斷調節(jié)方向的方法沒有“預見性”，僅控制了調節(jié)的方向，但對于調節(jié)的 “量”沒有進行精確把握，由于空調系統調節(jié)的滯后性，當傳感器檢測到溫度超出設定溫度 的容許區(qū)間后才發(fā)生相應的調節(jié)動作，但此時室內溫度不能在動作發(fā)生后立即恢復到容許 區(qū)間內，如果在此期間，溫控器沒有及時改變調節(jié)規(guī)則，依然根據原有規(guī)則進一步調節(jié)，則 很容易使調節(jié)對象發(fā)生超調，這樣就出現室內溫度反復波動的現象，影響室內的舒適度。上述溫控器是分散獨立控制式溫控器，同時還具有此類溫控器的一些缺點1、由于各個溫控器之間沒有通訊，各自獨立工作，不成系統，無法統一分析、衡量 各個末端的工作情況，因而冷源及輸配系統無法根據末端的負荷狀況進行精確的調節(jié)，一 些較復雜的優(yōu)化控制策略無法實施。
2、由于各個溫控器分散控制，無法進行集中的節(jié)能管理，容易出現使用人員離開 而風機盤管末端仍開啟運行的浪費能源的情況。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種風機盤管系統及其控制方法，用以節(jié)約風機盤管系統的能
^^ ο為了解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供了一種風機盤管系統的控制方法，包 括以下步驟獲得各個末端水流控制閥在下一控制周期內的通斷比，并以所述通斷比在所述下 一控制周期內對所述水流控制閥進行控制；若系統中通斷比大于或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小于第二閾值，則 提高系統水泵的頻率，若系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或不大于 第四閾值，則降低系統水泵的頻率。進一步地，上述控制方法還可具有以下特點獲得末端水流控制閥在下一控制周 期內的通斷比的具體方法為獲得末端對應的室內的期望溫度與當前溫度的差值，并根據所述差值確定末端水 流控制閥在下一控制周期內的通斷比。進一步地，上述控制方法還可具有以下特點采用比例積分微分PID算法，根據所 述差值確定所述通斷比。進一步地，上述控制方法還可具有以下特點采用模糊算法，根據所述差值確定所 述通斷比。進一步地，上述控制方法還可具有以下特點采用自適應PID算法，根據所述差值 確定所述通斷比。進一步地，上述控制方法還可具有以下特點采用自適應模糊算法，根據所述差值 確定所述通斷比。進一步地，上述控制方法還可具有以下特點在確定系統水泵的頻率調節(jié)度之后， 根據水泵的頻率調節(jié)度對各個末端水流控制閥本周期的通斷比進行調節(jié)。本發(fā)明還提供了一種風機盤管系統，所述風機盤管系統的各個末端分別包括通斷比確定模塊，用于獲得相應末端水流控制閥在下一控制周期內的通斷比并輸 出；水閥控制模塊，用于接收通斷比，并以接收到的通斷比對所述水流控制閥進行控 制；所述風機盤管系統包括處理模塊，用于獲得各通斷比確定模塊獲得的通斷比，并在判斷出系統中通斷比 大于或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小于第二閾值的情況下，指使系統水泵提高 頻率，在判斷出系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或不大于第四閾值 的情況下，指示系統水泵降低頻率。進一步地，上述風機盤管系統還可具有以下特點所述風機盤管系統的各個末端 分別包括
溫度設置模塊，用于接收用戶設置的室內期望溫度，并輸出給其相應通斷比確定 模塊；溫度傳感器，用于獲得室內當前溫度，并輸出給其相應通斷比確定模塊。進一步地，上述風機盤管系統還可具有以下特點所述處理模塊在確定系統水泵 的頻率調節(jié)度之后，將所述頻率調節(jié)度輸出給所述通斷比確定模塊，所述通斷比確定模塊 根據接收到的頻率調節(jié)度對本周期的通斷比進行調整，并將調整后的通斷比輸出給其對應 的水閥控制模塊。采用本發(fā)明提供的技術方案，整個風機盤管系統的阻力系數在系統處于不同負荷 的情況下都盡量接近系統的設計阻力系數，從而在達到同樣供冷效果的情況下，降低了冷 水泵的頻率，節(jié)約了整個風機盤管系統的能耗。


圖1為本發(fā)明實施例提供的風機盤管系統的控制方法流程圖；圖2為本發(fā)明一個實例中風機盤管系統中的工況示意圖；圖3為本發(fā)明提供的風機盤管系統的控制系統框圖。
具體實施例方式本發(fā)明中，在風機盤管系統中，引入通斷比控制的概念，對系統水泵進行更為合理 節(jié)能的控制。本發(fā)明提供的風機盤管系統的控制方法中，獲得各個末端水流控制閥在下一 控制周期內的通斷比，并以所述通斷比在所述下一控制周期內對所述水流控制閥進行控 制；若系統中通斷比大于或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小于第二閾值，則提高 系統水泵的頻率，若系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或不大于第四 閾值，則降低系統水泵的頻率。下面結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地描述。本發(fā)明實施例提供的風機盤管系統的控制方法如圖1所示，包括以下步驟步驟110，各個末端分別獲得室內期望溫度與室內當前溫度；在本實施例涉及的風機盤管系統中，存在與各風機盤管末端對應的溫度設置模塊 以及溫度傳感器，上述溫度傳感器安裝在風機盤管末端所調節(jié)的房間內，用于實時感知室 內當前溫度；上述溫度設置模塊可以安裝在風機盤管末端所調節(jié)的房間內，也可以存在與 任何方便控制風機盤管末端所調節(jié)的房間內室溫的地方，用于接收用戶設置的室內期望溫 度。步驟120，分別計算出相應室內期望溫度與室內當前溫度的差值；步驟130，根據該差值確定各末端水流控制閥在下一控制周期內的通斷比；在本步驟中，確定各末端水流控制閥在下一控制周期內的通斷比的具體方法有很 多，例如，采用 PID(比例積分微分，Proportion Integration Differentiation)算法、模 糊算法、自適應PID算法、自適應模糊算法中的任意一中來根據室內期望溫度與室內當前 溫度的差值進行運算，確定下一控制周期內水流控制閥的通斷比。其中，PID算法是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的 算法，其中
比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關 系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控 制系統，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差 系統(System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分 項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很 小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小， 直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比 關系。自動控制系統在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存 在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后 于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤 差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作 用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣， 具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避 免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能 改善系統在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。模糊控制是將平均溫差定義為多個模糊區(qū)間，將溫度變化率或控制周期結束時的 超調溫差定義為另外的多個模糊區(qū)間，能夠在容許定義的二值之間的模糊地帶，有選擇地 正確執(zhí)行某一指令修改通斷比。自適應算法是根據對歷史控制及效果的分析，修改原算法中控制參數，達到適應 不同控制對象的目的。對于PID控制。自適應算法根據對歷史控制及運行效果的分析，修 改PID參數，以達到更好的舒適性，即自適應PID算法。對于模糊控制。自適應算法根據對 歷史控制及運行效果的分喜，修改模糊區(qū)間內執(zhí)行指令的參數，以達到更好的舒適性，即自 適應模糊算法。步驟140，以該通斷比在下一控制周期內對相應末端水流控制閥進行控制；步驟150，判斷整個風機盤管系統是否處于第一狀態(tài)，若是，提高系統水泵的頻率； 否則進行步驟106 ；所述第一狀態(tài)為系統中通斷比大于或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小
于第二閾值。步驟106，判斷整個風機盤管系統是否處于第二狀態(tài)，若是，降低系統水泵的頻率， 否則不對系統水泵做頻率調整。所述第二狀態(tài)為系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或不大 于第四閾值。在設置第一、二、三、四閾值時，應當使得當系統水泵頻率一定時，處于第一狀態(tài)的 系統的負荷大于處于第二狀態(tài)的系統的負荷。為了使風紀盤管系統的控制效果更佳，上述流程中，在確定系統水泵的頻率調節(jié) 度之后，可以根據水泵的頻率調節(jié)度對各個末端水流控制閥本周期的通斷比進行調節(jié)。在 一次調節(jié)中，若水泵頻率下降，則相應的，各個末端所獲得的冷水量會有所下降，則在此時，可以對本周期的通斷比進行調整，具體的方法可以是給本周期的通斷比乘一個與水泵的頻 率調節(jié)度相關的系數，例如，水泵頻率下降1%，則可以將本周期的通斷比乘以101%。在實 際的操作中，對水泵變頻反饋的處理方法可以根據實際情況而定。在上述流程中，也可以先判斷整個風機盤管系統中通斷比大于或不小于第三閾值 的末端的比例是否小于或不大于第四閾值，并在否定的情況下再判斷整個風機盤管系統中 通斷比大于或不小于第一閾值的末端的比例是否大于或不小于第二閾值，并進行相應處理。在本發(fā)明的一個實例中，風機盤管系統中包括100個末端，而設置上述第一閾值 為95%，第二閾值為7%，第三閾值為90%，第四閾值為2%，則在本實例中，若系統中有8 個末端(即大于7個)的通斷比大于95%，則提高系統水泵的頻率；若系統中有1個末端 (即小于2個)的通斷比大于90%，則降低系統水泵的頻率。采用本發(fā)明實施例提供的技術方案，能夠節(jié)約風機盤管系統的能耗，其主要體現 在于降低了水泵的功率，卻達到了同樣的供冷效果。下面，以實際工程中應用比較常見的 定壓差控制方式與本發(fā)明實施例提供的技術方案進行比較。首先，對采用定壓差控制的情況進行說明。定壓差控制在設計階段按最不利末端 (一般為離冷熱源最遠，阻力損失最大的末端)滿足設計壓力的情況確定分/集水器前后壓 差。一般設定為5-10m(米)壓差。在實際工況下，無論末端負荷如何變化，變頻泵的頻率 總是使分/集水器前后壓差維持在設定壓差。假設在實際使用當中，所有末端需求負荷率 均等比例下降，風機盤管會增長關閉水閥的時間同時縮短開啟水閥的時間來維持室內溫度 控制效果。如此一來，從宏觀來看整個風機盤管系統的阻力系數就增加了，同時系統總流量 減少了，作用在最不利末端的實際壓頭大于設計壓頭。接下來，對采用本發(fā)明實施例提供的技術方案的情況進行說明。假設所有末端需 求負荷率均等比例下降，風機盤管會增長關閉水閥的時間同時縮短開啟水閥的時間來維持 室內溫度控制效果。此時，各末端的通斷比會下降，而根據本發(fā)明實施例的控制策略，會降 低冷水泵的頻率，直到使得實際工況下表現出的最不利末端通斷比接近于1。此時整個系統 的阻力系數更接近于設計值，末端的通斷比均接近1，實際壓頭低于設計壓頭。圖2示出的是本發(fā)明一個實例中風機盤管系統中的工況示意圖，其中，P軸表示冷 水泵的壓頭，Q軸表示冷水泵供應的冷水流量，曲線η表示冷水泵的頻率，曲線s表示整個 風機盤管系統的阻力系數。如圖2所示，該變頻泵在采用定壓差控制的情況下，將維持其壓頭為Ρ『在圖2示 出的風機盤管系統的設計工況如Atl點所示，在設計工況下，冷水泵的頻率為IV其壓頭為 Po，輸出流量為Qci,系統的設計阻力系數為Stl，Stl表示系統中各個末端水流控制閥均開啟時 系統的阻力系數，是系統中最小的阻力系數。在采用定壓差控制時，若系統當前所需冷量對應的冷水泵輸出水流量為Q1，則系 統會逐漸穩(wěn)定在A1點，這是由于在系統所需輸出水流量降低時，風機盤管會增長關閉水閥 的時間同時縮短開啟水閥的時間來維持室內溫度控制效果，整個風機盤管系統的阻力系數 就增加了，并維持在S1，而冷水泵的壓頭仍然為Ptl，則其頻率為ηι。在采用本發(fā)明實施例提供的技術方案時，由于整個系統的阻力系數更加接近系統 的設計工況的阻力系數Stl，因此，系統的效率會更高。而在系統當前所需冷量對應的冷水泵輸出水流量為Q1時，冷水泵的壓頭接近于P2，則其頻率為n2。由于定壓差控制方式在設計 P0時，不可能將所有末端水流控制閥都考慮為長期全部開啟，所以Ptl的值一定大于P2的值， 由此可以清晰地看出，Ii1大于n2。冷水泵的功率如公式1所示W = PXQ/η(1)其中，W為冷水泵的功率，P為冷水泵的壓頭，Q為冷水泵供應的冷水流量，η為系
統效率。在采用上述兩種方法的時候，最終達到的狀態(tài)是兩種控制方法中冷水泵的輸出 流量相同，但采用定壓差控制時冷水泵的壓頭大于采用本發(fā)明技術方案時冷水泵的壓頭。 而由于采用本發(fā)明技術方案時，整個系統的阻力系數更接近于設計值，系統效率更高，因 此，采用本發(fā)明實施例提供的技術方案，冷水泵的功率較小，更為節(jié)能。本發(fā)明提供的風機盤管系統的控制系統，如圖3所示，所述風機盤管系統的各個 末端分別包括通斷比確定模塊，用于獲得相應末端水流控制閥在下一控制周期內的通斷比并輸 出；水閥控制模塊，用于接收通斷比，并以接收到的通斷比對所述水流控制閥進行控 制；溫度設置模塊，用于接收用戶設置的室內期望溫度，并輸出給其相應通斷比確定 模塊；溫度傳感器，用于獲得室內當前溫度，并輸出給其相應通斷比確定模塊；所述風機盤管系統包括處理模塊，用于獲得各通斷比確定模塊獲得的通斷比，并在判斷出系統中通斷比 大于或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小于第二閾值的情況下，指使系統水泵提高 頻率，在判斷出系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或不大于第四閾值 的情況下，指示系統水泵降低頻率。進一步地，所述處理模塊在確定系統水泵的頻率調節(jié)度之后，還可以將所述頻率 調節(jié)度輸出給所述通斷比確定模塊，所述通斷比確定模塊根據接收到的頻率調節(jié)度對本周 期的通斷比進行調整，并將調整后的通斷比輸出給其對應的水閥控制模塊。綜上所述，由于本發(fā)明提供的風機盤管系統的控制方法中，獲得各個末端水流控 制閥在下一控制周期內的通斷比，并以所述通斷比在所述下一控制周期內對所述水流控制 閥進行控制；若系統中通斷比大于或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小于第二閾 值，則提高系統水泵的頻率，若系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或 不大于第四閾值，則降低系統水泵的頻率。因此，整個風機盤管系統的阻力系數在系統處于 不同負荷的情況下都會盡量接近設計工況下的阻力系數，從而在達到同樣供冷效果的情況 下，降低了冷水泵的頻率，節(jié)約了整個風機盤管系統的能耗。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種風機盤管系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟獲得各個末端水流控制閥在下一控制周期內的通斷比，并以所述通斷比在所述下一控制周期內對所述水流控制閥進行控制；若系統中通斷比大于或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小于第二閾值，則提高系統水泵的頻率，若系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或不大于第四閾值，則降低系統水泵的頻率。
2.如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，獲得末端水流控制閥在下一控制周期 內的通斷比的具體方法為獲得末端對應的室內的期望溫度與當前溫度的差值，并根據所述差值確定末端水流控 制閥在下一控制周期內的通斷比。
3.如權利要求2所述的控制方法，其特征在于，采用比例積分微分PID算法，根據所述 差值確定所述通斷比。
4.如權利要求2所述的控制方法，其特征在于，采用模糊算法，根據所述差值確定所述 通斷比。
5.如權利要求2所述的控制方法，其特征在于，采用自適應PID算法，根據所述差值確 定所述通斷比。
6.如權利要求2所述的控制方法，其特征在于，采用自適應模糊算法，根據所述差值確 定所述通斷比。
7.如權利要求1至6任一權利要求所述的控制方法，其特征在于，在確定系統水泵的頻 率調節(jié)度之后，根據水泵的頻率調節(jié)度對各個末端水流控制閥本周期的通斷比進行調整。
8.—種風機盤管系統，其特征在于，所述風機盤管系統的各個末端分別包括通斷比確定模塊，用于獲得相應末端水流控制閥在下一控制周期內的通斷比并輸出；水閥控制模塊，用于接收通斷比，并以接收到的通斷比對所述水流控制閥進行控制；所述風機盤管系統包括處理模塊，用于獲得各通斷比確定模塊獲得的通斷比，并在判斷出系統中通斷比大于 或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小于第二閾值的情況下，指示系統水泵提高頻 率，在判斷出系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或不大于第四閾值的 情況下，指示系統水泵降低頻率。
9.如權利要求8所述的風機盤管系統，其特征在于，所述風機盤管系統的各個末端分 別包括溫度設置模塊，用于接收用戶設置的室內期望溫度，并輸出給其相應通斷比確定模塊；溫度傳感器，用于獲得室內當前溫度，并輸出給其相應通斷比確定模塊。
10.如權利要求8或9所述的風機盤管系統，其特征在于，所述處理模塊在確定系統水 泵的頻率調節(jié)度之后，將所述頻率調節(jié)度輸出給所述通斷比確定模塊，所述通斷比確定模 塊根據接收到的頻率調節(jié)度對本周期的通斷比進行調整，并將調整后的通斷比輸出給其對 應的水閥控制模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及中央空調系統，尤其涉及一種風機盤管系統及其控制方法，用以節(jié)約風機盤管系統的能耗。本方案中，獲得各個末端水流控制閥在下一控制周期內的通斷比，并以所述通斷比在所述下一控制周期內對所述水流控制閥進行控制；若系統中通斷比大于或不小于第一閾值的末端的比例大于或不小于第二閾值，則提高系統水泵的頻率，若系統中通斷比大于或不小于第三閾值的末端的比例小于或不大于第四閾值，則降低系統水泵的頻率。采用本方案，在達到同樣供冷效果的情況下，降低了冷水泵的頻率，節(jié)約了整個風機盤管系統的能耗。
文檔編號F24F11/00GK101922780SQ20091008681
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權日2009年6月16日
發(fā)明者鞏亮, 韓錚 申請人:北京萬誠華科技有限公司