本發(fā)明涉及的是一種制冷系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于有限測點(diǎn)的空調(diào)系統(tǒng)性能在線檢測方法。

背景技術(shù)：

智能家居概念的日益普及，并逐漸成為未來家居的發(fā)展趨勢。智能家居需要對(duì)空調(diào)器的能效等性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，包括制冷劑流量、制冷量、能效等參數(shù)，以便于實(shí)時(shí)向控制器反饋空調(diào)器的運(yùn)行狀態(tài)。因此空調(diào)器實(shí)時(shí)性能預(yù)測需要滿足：性能監(jiān)測需要空調(diào)器運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無法通過壓縮機(jī)進(jìn)出口處的溫度壓力測點(diǎn)測得制冷劑流量等相關(guān)性能參數(shù)，因此無法準(zhǔn)確得到系統(tǒng)的性能參數(shù)等缺陷，提出一種基于有限測點(diǎn)的空調(diào)系統(tǒng)性能在線檢測方法，在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)布置測點(diǎn)，采集實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，通過運(yùn)算得到空調(diào)系統(tǒng)的能效，無需拆卸空調(diào)就可實(shí)時(shí)監(jiān)測空調(diào)的性能及其他關(guān)鍵參數(shù)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明通過在運(yùn)行中的空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)布置測點(diǎn)實(shí)時(shí)記錄測點(diǎn)參數(shù)，進(jìn)行壓縮機(jī)流量擬合計(jì)算，得到空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑流量；結(jié)合制冷循環(huán)理論進(jìn)行冷凝器和蒸發(fā)器的換熱量計(jì)算，得到空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際制冷量、壓縮機(jī)實(shí)際功率和實(shí)時(shí)EER(能效比)，并基于風(fēng)機(jī)性能曲線和風(fēng)機(jī)阻力-換熱器特征方程計(jì)算得到室內(nèi)外機(jī)的風(fēng)量和壓降，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)性能的在線檢測。

所述的布置測點(diǎn)是指：在空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)與冷凝器之間布置壓縮機(jī)排氣溫度測點(diǎn)和壓縮機(jī)排氣壓力測點(diǎn)，分別得到壓縮機(jī)的排氣溫度參數(shù)和排氣壓力參數(shù)；在冷凝器與蒸發(fā)器之間布置冷凝器液管溫度測點(diǎn)，得到液管溫度參數(shù)；在蒸發(fā)器與壓縮機(jī)之間布置壓縮機(jī)吸氣溫度測點(diǎn)和壓縮機(jī)吸氣壓力測點(diǎn)，分別得到壓縮機(jī)的吸氣溫度參數(shù)和吸氣壓力參數(shù)；在蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)的回風(fēng)側(cè)布置蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)回風(fēng)溫度測點(diǎn)，得到回風(fēng)溫度參數(shù)。

所述的冷凝器與蒸發(fā)器之間設(shè)有膨脹閥。

所述的蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)分別設(shè)有蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)功率儀表和冷凝器風(fēng)機(jī)功率儀表，記錄蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)功率和冷凝器風(fēng)機(jī)功率。

所述的壓縮機(jī)流量擬合計(jì)算是指：利用經(jīng)過壓縮機(jī)性能參數(shù)擬合的壓縮機(jī)理論計(jì)算公式，將任意頻率下的壓縮機(jī)流量用理論模型轉(zhuǎn)化成關(guān)于進(jìn)出口壓力等參數(shù)的多項(xiàng)式形式，通過壓縮機(jī)廠商提供的10系數(shù)模型或20系數(shù)模型得到一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而將多項(xiàng)式中的系數(shù)擬合出來，則可用于計(jì)算制冷劑流量。

所述的制冷劑流量為：其中：m為制冷劑流量，C₀～C₃為待擬合系數(shù)，為氣缸容積，v_i為吸氣比容，f_x為壓縮機(jī)頻率，p_o為壓縮機(jī)排氣壓力，p_i為壓縮機(jī)吸氣壓力。

所述的制冷循環(huán)理論是指：根據(jù)制冷劑流量和蒸發(fā)器出入口的焓值計(jì)算得到空調(diào)系統(tǒng)的冷媒側(cè)換熱量(即理論制冷量)，同理計(jì)算出冷凝器換熱量，但在特殊情況下需考慮熱量損失再計(jì)算實(shí)際制冷量；由于空調(diào)系統(tǒng)的能量守恒，可根據(jù)實(shí)際制冷量、冷凝器換熱量和熱量損失計(jì)算出壓縮機(jī)的實(shí)際功率，得到空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)EER。

所述的特殊情況包括但不限于：壓縮機(jī)布置在蒸發(fā)器附近時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)耗散一部分蒸發(fā)器空氣側(cè)的冷量。

所述的冷媒側(cè)換熱量為：Q_eva＝m×(h₁-h₄)，其中：Q_eva為制冷量，h₁為蒸發(fā)器出口的焓值，h₄為蒸發(fā)器入口的焓值。

所述的蒸發(fā)器出口的焓值h₁可由壓縮機(jī)吸氣溫度參數(shù)和吸氣壓力參數(shù)得到。

所述的實(shí)際制冷量為：Q_real＝Q_eva-Q_loss，其中：Q_loss為熱量損失。

所述的熱量損失為：其中：h為換熱系數(shù)，Dia為壓縮機(jī)外徑，L為壓縮機(jī)長度，R為風(fēng)機(jī)開度(％)，R_bass為測試時(shí)風(fēng)機(jī)的基準(zhǔn)開度，T_o為壓縮機(jī)排氣溫度，T_r為蒸發(fā)器回風(fēng)溫度。

所述的冷凝器換熱量為：Q_cond＝m×(h₂(p₂,T₂)-h₃(p₂,T₃))，其中：Q_cond為冷凝器換熱量，h₂為冷凝器出口的焓值，h₃為冷凝器入口的焓值，p₂為冷凝器出口的壓力，T₂為冷凝器液管溫度，T₃為冷凝器入口的溫度。

所述的壓縮機(jī)實(shí)際功率為：W_real＝W_ceff+Q_loss，其中：W_real為壓縮機(jī)實(shí)際功率，W_ceff為壓縮機(jī)理論功率，W_ceff＝Q_cond-Q_eva。

所述的能效比為：其中：W_e和W_c為蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)功率和冷凝器風(fēng)機(jī)功率。

所述的基于風(fēng)機(jī)性能曲線和風(fēng)機(jī)阻力-換熱器特征方程計(jì)算是指：根據(jù)風(fēng)機(jī)廠商提供的風(fēng)機(jī)性能曲線關(guān)系式(Pq-Power)可以得到在給定功率下的風(fēng)機(jī)的壓降與風(fēng)量的第一個(gè)關(guān)系式；結(jié)合換熱器(冷凝器與蒸發(fā)器)空氣側(cè)阻力特性方程以及風(fēng)量與風(fēng)速的關(guān)系，可得到換熱器空氣側(cè)的壓降與風(fēng)量的第二個(gè)關(guān)系式；兩個(gè)關(guān)系式聯(lián)立求解，得到給定風(fēng)機(jī)功率下的風(fēng)量及壓降。

所述的風(fēng)機(jī)性能曲線為：ΔP＝f(q,P)，其中：ΔP為壓降，q為風(fēng)量，P為風(fēng)機(jī)功率。

所述的換熱器空氣側(cè)阻力特性方程為：其中：g為重力加速度，L、d為換熱器固有參數(shù)且已知，v為風(fēng)速。

所述風(fēng)速與風(fēng)量的關(guān)系為：其中：A為換熱器迎風(fēng)側(cè)面積。

所述的給定風(fēng)機(jī)功率下的風(fēng)量及壓降為：其中：k為所有常數(shù)項(xiàng)的乘積，對(duì)于該款換熱器k為定值。

本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括：制冷劑流量擬合計(jì)算模塊、兩器計(jì)算模塊以及風(fēng)機(jī)計(jì)算模塊，其中：制冷劑流量擬合模塊與系統(tǒng)監(jiān)測測點(diǎn)相連并采集壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括蒸發(fā)溫度測點(diǎn)、冷凝溫度測點(diǎn)、壓縮機(jī)頻率，并傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)制冷劑流量參數(shù)至兩器計(jì)算模塊，兩器計(jì)算模塊根據(jù)蒸發(fā)器、冷凝器進(jìn)出口焓差的計(jì)算算法相連并傳輸制冷量、壓縮機(jī)功率、系統(tǒng)EER，風(fēng)機(jī)計(jì)算模塊與兩器風(fēng)側(cè)阻力特性及風(fēng)機(jī)性能曲線相連并傳輸風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)風(fēng)量與功率信息。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，無需拆卸空調(diào)器即可在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)時(shí)監(jiān)測空調(diào)系統(tǒng)的性能及其他關(guān)鍵參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明示意圖；

圖2為布置測點(diǎn)示意圖；

圖3為制冷循環(huán)理論示意圖；

圖中：1為壓縮機(jī)、2為壓縮機(jī)排氣溫度測點(diǎn)、3為壓縮機(jī)排氣壓力測點(diǎn)、4為冷凝器、5為冷凝器液管溫度測點(diǎn)、6為膨脹閥、7為蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)回風(fēng)溫度測點(diǎn)、8為蒸發(fā)器、9為壓縮機(jī)吸氣溫度測點(diǎn)、10為壓縮機(jī)吸氣壓力測點(diǎn)、W_e為蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)功率儀表、W_c為冷凝器風(fēng)機(jī)功率儀表。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例包括以下步驟：

步驟1、在運(yùn)行中的空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)布置測點(diǎn)，實(shí)時(shí)記錄測點(diǎn)參數(shù)。

如圖2所示，所述的布置測點(diǎn)是指：在空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)與冷凝器之間布置壓縮機(jī)排氣溫度測點(diǎn)和壓縮機(jī)排氣壓力測點(diǎn)，分別得到壓縮機(jī)的排氣溫度參數(shù)T₀和排氣壓力參數(shù)p₀；在冷凝器液管出布置液管溫度測點(diǎn)，得到液管溫度參數(shù)T₂；在蒸發(fā)器與壓縮機(jī)之間布置壓縮機(jī)吸氣溫度測點(diǎn)和壓縮機(jī)吸氣壓力測點(diǎn)，分別得到壓縮機(jī)的吸氣溫度參數(shù)T₁和吸氣壓力參數(shù)p₁；在蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)的回風(fēng)側(cè)布置蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)回風(fēng)溫度測點(diǎn)，得到回風(fēng)溫度參數(shù)T_r。

所述的冷凝器與蒸發(fā)器之間設(shè)有膨脹閥。

所述的蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)分別設(shè)有蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)功率儀表和冷凝器風(fēng)機(jī)功率儀表，記錄蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)功率W_e和冷凝器風(fēng)機(jī)功率W_c。

步驟2、根據(jù)步驟1得到的參數(shù)通過壓縮機(jī)流量擬合計(jì)算模塊進(jìn)行壓縮機(jī)流量擬合計(jì)算，得到空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑流量。

所所述的壓縮機(jī)流量擬合計(jì)算是指：利用經(jīng)過壓縮機(jī)性能參數(shù)擬合的壓縮機(jī)理論計(jì)算公式，將任意頻率下的壓縮機(jī)流量用理論模型轉(zhuǎn)化成關(guān)于進(jìn)出口壓力等參數(shù)的多項(xiàng)式形式，通過壓縮機(jī)廠商提供的10系數(shù)模型得到一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而將多項(xiàng)式中的系數(shù)擬合出來，則可用于計(jì)算制冷劑流量。

所述的壓縮機(jī)為變頻壓縮機(jī)。

所述的制冷劑流量m為：其中：C₀～C₃為待擬合系數(shù)，為氣缸容積，v_i為吸氣比容，f_x為壓縮機(jī)頻率，p_i為壓縮機(jī)吸氣壓力。

所述的壓縮機(jī)進(jìn)口壓力p_i、壓縮機(jī)出口壓力p_o、氣缸容積吸氣比容v_i和頻率f_x已知。

根據(jù)壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)測試實(shí)驗(yàn)得出的10系數(shù)公式可以得到在不同蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和頻率下的一系列流量數(shù)據(jù)，按照上式通過最小二乘法進(jìn)行擬合，即可得到C₀～C₃。

步驟3、結(jié)合制冷循環(huán)理論，通過兩器計(jì)算模塊計(jì)算得到空調(diào)系統(tǒng)的制冷量、冷凝器換熱量、壓縮機(jī)功率和EER(能效比)。

所述的制冷循環(huán)理論是指：根據(jù)制冷劑流量和蒸發(fā)器出入口的焓值計(jì)算得到空調(diào)系統(tǒng)的冷媒側(cè)換熱量(即理論制冷量)，同理計(jì)算出冷凝器換熱量，但在特殊情況下需考慮熱量損失再計(jì)算實(shí)際制冷量；由于空調(diào)系統(tǒng)的能量守恒，可根據(jù)實(shí)際制冷量、冷凝器換熱量和熱量損失計(jì)算出壓縮機(jī)的實(shí)際功率，得到空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)EER。

本實(shí)施例為特殊情況，即壓縮機(jī)布置在蒸發(fā)器附近，壓縮機(jī)會(huì)耗散一部分蒸發(fā)器空氣側(cè)的冷量。

所述的冷媒側(cè)換熱量Q_eva為：Q_eva＝m×(h₁-h₄)，其中：h₁為蒸發(fā)器出口的焓值，h₄為蒸發(fā)器入口的焓值。

如圖3所示，A點(diǎn)為蒸發(fā)器出口，B點(diǎn)為冷凝器入口，C點(diǎn)為冷凝器出口，D點(diǎn)為蒸發(fā)器入口，對(duì)應(yīng)的焓值分別為h₁、h₂、h₃和h₄。

根據(jù)物性計(jì)算公式，利用一點(diǎn)的溫度和壓力即可計(jì)算該點(diǎn)的焓值。而A點(diǎn)與B點(diǎn)的壓力p₁、p₂和溫度T₁、T₂均已知，可得到A點(diǎn)和B點(diǎn)的焓值h₁、h₂；C點(diǎn)的溫度T₃已知，C點(diǎn)的壓力與B點(diǎn)相同，D點(diǎn)的焓值h₄與C點(diǎn)相同。

由上式得到的冷媒側(cè)換熱量為理論制冷量，還需考慮由蒸發(fā)器旁的壓縮機(jī)與周圍的空氣換熱造成的熱量損失，因此對(duì)理論制冷量進(jìn)行修正，得到實(shí)際制冷量。

所述的實(shí)際制冷量為：Q_real＝Q_eva-Q_loss，其中：Q_loss為熱量損失(耗散量)。

所述的熱量損失Q_loss為：其中：h為換熱系數(shù)，d為壓縮機(jī)外徑，L為壓縮機(jī)長度，R為風(fēng)機(jī)開度(％)，R_bass為測試時(shí)風(fēng)機(jī)的基準(zhǔn)開度，T_r為蒸發(fā)器回風(fēng)溫度。

所述的換熱系數(shù)h通常為50。

所述的風(fēng)機(jī)開度R由風(fēng)機(jī)儀表直接讀出。

所述的冷凝器換熱量Q_cond為：Q_cond＝m×(h₂(p₂,T₂)-h₃(p₂,T₃))。

所述的壓縮機(jī)實(shí)際功率可由空調(diào)系統(tǒng)的能量守恒進(jìn)行分析計(jì)算。

所述的壓縮機(jī)實(shí)際功率為：W_real＝W_ceff+Q_loss，其中：W_real為壓縮機(jī)實(shí)際功率，W_ceff為壓縮機(jī)理論功率，W_ceff＝Q_cond-Q_eva。

所述的能效比為：

步驟4、基于風(fēng)機(jī)性能曲線和風(fēng)機(jī)阻力-換熱器特征方程通過風(fēng)機(jī)計(jì)算模塊計(jì)算得到室內(nèi)外機(jī)的風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)性能的在線檢測。

所述的基于風(fēng)機(jī)性能曲線和風(fēng)機(jī)阻力-換熱器特征方程計(jì)算是指：根據(jù)風(fēng)機(jī)廠商提供的風(fēng)機(jī)性能曲線關(guān)系式(Pq-Power)可以得到在給定功率下的風(fēng)機(jī)的壓降與風(fēng)量的第一個(gè)關(guān)系式；結(jié)合換熱器(冷凝器與蒸發(fā)器)空氣側(cè)阻力特性方程以及風(fēng)量與風(fēng)速的關(guān)系，可得到換熱器空氣側(cè)的壓降與風(fēng)量的第二個(gè)關(guān)系式；兩個(gè)關(guān)系式聯(lián)立求解，得到給定風(fēng)機(jī)功率下的風(fēng)量及壓降。

所述的風(fēng)機(jī)性能曲線為：ΔP＝f(q,P)，其中：ΔP為壓降，q為風(fēng)量，P為風(fēng)機(jī)功率。

所述的第二個(gè)關(guān)系式的推導(dǎo)過程如下：空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)外機(jī)的空氣側(cè)壓降與風(fēng)速存在二次方關(guān)系，而風(fēng)速與風(fēng)量存在線性關(guān)系，即：其中：g為重力加速度，A為換熱器迎風(fēng)側(cè)面積，L、d為換熱器固有(已知)參數(shù)，將換熱器的測試工況點(diǎn)數(shù)據(jù)以及風(fēng)速與風(fēng)量的關(guān)系代入，可得：ΔP＝kq²，其中：k為換熱器阻力特性系數(shù)，即所有常數(shù)項(xiàng)的乘積。

所述的給定風(fēng)機(jī)功率下的風(fēng)量q及壓降ΔP為：在已知風(fēng)機(jī)功率P的情況下，聯(lián)立方程為二元二次方程，可解得壓降與風(fēng)量的唯一實(shí)根。

所述的風(fēng)機(jī)功率P與風(fēng)機(jī)開度R存在線性關(guān)系，即：P＝aR+b，其中：a和b為待擬合的系數(shù)。

所述的風(fēng)機(jī)開度R與壓降ΔP的關(guān)系為：ΔP＝f(R)。

所述的風(fēng)機(jī)開度R與風(fēng)量q的關(guān)系為：q＝f(R)。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。