本發(fā)明屬于中央空調(diào)虛擬儲(chǔ)能，尤其涉及一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、相變材料在溫度不變的情況下改變物質(zhì)狀態(tài)并提供大量的潛熱，使得相變材料的相變過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。因此，可以在中央空調(diào)虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)中增設(shè)以相變材料為基礎(chǔ)的儲(chǔ)能裝置，通過(guò)儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存多余的冷量并用于電網(wǎng)高峰時(shí)期，從而延長(zhǎng)電網(wǎng)可調(diào)度時(shí)間。

2、目前，用于中央空調(diào)虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)的相變材料中，只考慮了相變材料在水箱中布局形式，以達(dá)到充分熱量交換和提高冷能的利用效率；但是，相變材料的數(shù)量是隨意設(shè)置的，確定相變材料數(shù)量時(shí)，沒(méi)有考慮建筑物類(lèi)型，也沒(méi)有考慮水箱的換熱性能和經(jīng)濟(jì)性能，存在相變材料數(shù)量過(guò)少不能滿足蓄冷需求，以及相變材料數(shù)量過(guò)多會(huì)帶來(lái)成本增加等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法，根據(jù)建筑物的冷負(fù)荷需求，確定消防水箱的蓄冷量，然后綜合考慮水箱的換熱性能和經(jīng)濟(jì)性能選擇相變球的數(shù)量，可以解決相變材料數(shù)量過(guò)少不能滿足蓄冷需求，和相變材料數(shù)量過(guò)多會(huì)帶來(lái)成本增加之間的矛盾問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案：

3、一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，包括設(shè)置在建筑物內(nèi)的中央空調(diào)群組，以及與所述中央空調(diào)群組連接的儲(chǔ)能型消防水箱；

4、所述儲(chǔ)能型消防水箱內(nèi)設(shè)置有多個(gè)相變蓄冷球；其中，儲(chǔ)能型消防水箱內(nèi)相變蓄冷球數(shù)量的確定過(guò)程為：根據(jù)建筑物的冷負(fù)荷需求與換熱效率的比值，確定所述儲(chǔ)能型消防水箱的蓄冷量；根據(jù)蓄冷量與相變蓄冷球的數(shù)量、單個(gè)相變蓄冷球的體積、相變材料的密度和相變材料的相變潛熱乘積的等式關(guān)系，以及儲(chǔ)能型消防水箱總的造價(jià)成本，與相變蓄冷球的數(shù)量、單個(gè)相變蓄冷球的體積、相變材料的相變潛熱和相變材料的單價(jià)乘積的等式關(guān)系，確定相變球的數(shù)量。

5、進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)能型消防水箱包括消防水箱箱體，以及設(shè)置所述消防水箱箱體內(nèi)的均流板和相變蓄冷球。

6、進(jìn)一步的，所述消防水箱箱體頂部的幾何中心設(shè)有進(jìn)水口，底部的幾何中心設(shè)有出水口；所述消防水箱箱體內(nèi)部設(shè)有兩塊均流板，均流板之間交錯(cuò)布置多層相變蓄冷球。

7、進(jìn)一步的，所述均流板上均勻分布有均流孔。

8、進(jìn)一步的，所述相變蓄冷球包括外殼，以及設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的相變材料；所述相變材料包括但不限于na2cro4·10h2o、kf·4h2o和c16h34。

9、進(jìn)一步的，相變蓄冷球的直徑并得到相變球的數(shù)量確定計(jì)算方式為：

10、e＝qpcm＝n×v×ρc16h34×[r+cp×(tc16h34-tst)]

11、cost＝n×v×ρc16h34×pc16h34+v水×p水

12、v水＝n×d3

13、其中，e為儲(chǔ)能型消防水箱的蓄冷量；qpcm為相變蓄冷球總的蓄冷量；n為相變蓄冷球的數(shù)量；v為單個(gè)相變蓄冷球的體積；ρc16h34為相變材料的密度；r為相變材料的相變潛熱；cp為相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)；tc16h34為相變材料的相變溫度；tst為儲(chǔ)能型消防水箱內(nèi)的初始溫度；cost為儲(chǔ)能型消防水箱總的造價(jià)成本；pc16h34為相變材料的單價(jià)；p水為消防水箱箱體的造價(jià)；v水為消防水箱箱體體積；d為相變蓄冷球的直徑。

14、進(jìn)一步的，所述中央空調(diào)群組和所述儲(chǔ)能型消防水箱連接有控制器，所述控制器用于，在城市用電高峰時(shí)期，通過(guò)自適應(yīng)控制器對(duì)冷媒水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制房間溫度在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)。

15、進(jìn)一步的，高峰時(shí)期，根據(jù)房間內(nèi)溫度變化與流經(jīng)房間冷媒水之間的換熱關(guān)系，對(duì)消防水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)房間溫度這一過(guò)程的一階傳遞函數(shù)進(jìn)行如下推導(dǎo)：

16、

17、其中，tr為房間內(nèi)溫度；tout為房間外溫度；r為等效熱阻；c為房間內(nèi)氣體熱容；q為冷媒水換熱量；n為消防水泵轉(zhuǎn)速；ρ和cp分別為消防水密度和比熱；δt為消防水箱進(jìn)出口溫差；vc為消防水泵排量。

18、進(jìn)一步的，引入修正因子得到一階傳遞函數(shù)g(z)表示為：

19、

20、其中，u(z)和y(z)為輸入和輸出；a和b為傳遞函數(shù)待求系數(shù)；a1和b1為修正因子；實(shí)時(shí)修正的性能指標(biāo)為：

21、

22、其中，為待估計(jì)參數(shù)矩陣；λ為遺傳因子，0≤λ≤1；y(k)為系統(tǒng)輸出量；為系統(tǒng)輸入量。

23、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第二方面，本發(fā)明還提供了一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)控制方法，采用如下技術(shù)方案：

24、一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，使用了如第一方面中所述的適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，包括：所述儲(chǔ)能型消防水箱從所述中央空調(diào)群組獲得冷能，所述儲(chǔ)能型消防水箱內(nèi)部相變材料凝固并儲(chǔ)存冷能；在城市用電高峰時(shí)期，所述儲(chǔ)能型消防水箱內(nèi)部相變材料熔化并釋放冷能，并將冷能提供給為用戶側(cè)。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

26、本發(fā)明根據(jù)建筑物的冷負(fù)荷需求，確定消防水箱的蓄冷量，然后綜合考慮水箱的換熱性能和經(jīng)濟(jì)性能選擇相變球的數(shù)量，可以解決相變材料數(shù)量過(guò)少不能滿足蓄冷需求，和相變材料數(shù)量過(guò)多會(huì)帶來(lái)成本增加之間的矛盾問(wèn)題。

27、本發(fā)明中儲(chǔ)能型消防水箱的內(nèi)部設(shè)有均流板，使得冷媒水與相變蓄冷球進(jìn)行充分換熱，外部布置有性能較好的保溫材料，減少儲(chǔ)能型消防水箱與外界的熱量交換，提高能量的利用效率。

28、外界環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化給城市用電高峰時(shí)期儲(chǔ)能消防水箱冷媒水流量調(diào)節(jié)帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，包括系統(tǒng)非線性、擾動(dòng)不可測(cè)等；基于此，本發(fā)明引入了自適應(yīng)溫度控制方法，可以保證城市用電高峰時(shí)期房間溫度控制的高精度，使系統(tǒng)展現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性，以及提升在外界動(dòng)態(tài)環(huán)境變化下的自適應(yīng)性。

技術(shù)特征：

1.一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置在建筑物內(nèi)的中央空調(diào)群組，以及與所述中央空調(diào)群組連接的儲(chǔ)能型消防水箱；

2.如權(quán)利要求1所述的一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)能型消防水箱包括消防水箱箱體，以及設(shè)置所述消防水箱箱體內(nèi)的均流板和相變蓄冷球。

3.如權(quán)利要求2所述的一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述消防水箱箱體頂部的幾何中心設(shè)有進(jìn)水口，底部的幾何中心設(shè)有出水口；所述消防水箱箱體內(nèi)部設(shè)有兩塊均流板，均流板之間交錯(cuò)布置多層相變蓄冷球。

4.如權(quán)利要求2所述的一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述均流板上均勻分布有均流孔。

5.如權(quán)利要求1所述的一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述相變蓄冷球包括外殼，以及設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的相變材料；所述相變材料包括但不限于na2cro4·10h2o、kf·4h2o和c16h34。

6.如權(quán)利要求1所述的一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，相變蓄冷球的直徑并得到相變球的數(shù)量確定計(jì)算方式為：

7.如權(quán)利要求1所述的一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述中央空調(diào)群組和所述儲(chǔ)能型消防水箱連接有控制器，所述控制器用于，在城市用電高峰時(shí)期，通過(guò)自適應(yīng)控制器對(duì)冷媒水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制房間溫度在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)。

8.如權(quán)利要求7所述的一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，高峰時(shí)期，根據(jù)房間內(nèi)溫度變化與流經(jīng)房間冷媒水之間的換熱關(guān)系，對(duì)消防水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)房間溫度這一過(guò)程的一階傳遞函數(shù)進(jìn)行如下推導(dǎo)：

9.如權(quán)利要求8所述的一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，引入修正因子得到一階傳遞函數(shù)g(z)表示為：

10.一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，使用了如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)，包括：所述儲(chǔ)能型消防水箱從所述中央空調(diào)群組獲得冷能，所述儲(chǔ)能型消防水箱內(nèi)部相變材料凝固并儲(chǔ)存冷能；在城市用電高峰時(shí)期，所述儲(chǔ)能型消防水箱內(nèi)部相變材料熔化并釋放冷能，并將冷能提供給為用戶側(cè)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于中央空調(diào)虛擬儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種適配相變球數(shù)量的中央空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法，包括設(shè)置在建筑物內(nèi)的中央空調(diào)群組，以及與所述中央空調(diào)群組連接的儲(chǔ)能型消防水箱；所述儲(chǔ)能型消防水箱內(nèi)設(shè)置有多個(gè)相變蓄冷球；根據(jù)建筑物的冷負(fù)荷需求，確定消防水箱的蓄冷量，然后綜合考慮水箱的換熱性能和經(jīng)濟(jì)性能選擇相變球的數(shù)量，可以解決相變材料數(shù)量過(guò)少不能滿足蓄冷需求，和相變材料數(shù)量過(guò)多會(huì)帶來(lái)成本增加之間的矛盾問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：張龍,潘家鵬,霍猛,曹曉滿,溫以千,黃蒙,徐廣強(qiáng),劉剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?br/>技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2