基于氣候補(bǔ)償?shù)淖冿L(fēng)量空調(diào)末端溫度控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及變風(fēng)量空調(diào)末端的節(jié)能控制，特別是一種基于氣候補(bǔ)償?shù)淖冿L(fēng)量空調(diào)末端溫度控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)因系統(tǒng)的室內(nèi)空氣品質(zhì)良好、部分負(fù)荷時(shí)節(jié)能性優(yōu)越以及區(qū)域控制靈活，廣泛應(yīng)用于各類辦公、商業(yè)建筑中，但其又是現(xiàn)代樓宇的能耗大戶。其通常是根據(jù)最大計(jì)算負(fù)荷來設(shè)計(jì)，采用固定送風(fēng)溫度而改變送風(fēng)量的方式來滿足用戶需求，不能隨室外溫度的變化改變送風(fēng)溫度設(shè)定值。新風(fēng)量的大小影響室內(nèi)空氣質(zhì)量，影響系統(tǒng)負(fù)荷的大小，同時(shí)也影響系統(tǒng)能耗的大小。新風(fēng)以稀釋室內(nèi)污染物濃度，使之達(dá)到用戶可接受的濃度為標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)域新風(fēng)需求量與用戶人數(shù)成正比，與送風(fēng)量成正比。實(shí)際中，室外氣候時(shí)刻在變化，直接影響新風(fēng)負(fù)荷的大小。若不能根據(jù)室外溫度的變化及時(shí)改變送風(fēng)溫度設(shè)定值來補(bǔ)償送風(fēng)溫度，會(huì)造成室內(nèi)過冷或過熱現(xiàn)象，不能有效滿足用戶在多種氣候條件下的用冷/熱需求。由此可見，研究一種變風(fēng)量空調(diào)的節(jié)能方案勢(shì)在必行。
[0003]目前，中央空調(diào)系統(tǒng)的氣候補(bǔ)償節(jié)能控制技術(shù)主要有兩類:
[0004]第一類:通過調(diào)整冷水機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，使中央空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)外部氣候變化調(diào)節(jié)冷水機(jī)組冷凍水供水溫度實(shí)現(xiàn)節(jié)能；具體是氣候補(bǔ)償控制器通過采集室內(nèi)溫度、室外溫濕度、冷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，通過自尋優(yōu)的算法尋找冷機(jī)的最佳工作點(diǎn)，并計(jì)算水系統(tǒng)各設(shè)備的最佳工作頻率，控制使之在最佳工作頻率下運(yùn)行，從而調(diào)整冷凍水供水溫度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。例如:申請(qǐng)?zhí)枮?00810118088.1，名稱為“中央空調(diào)氣候補(bǔ)償控制器和中央空調(diào)氣候補(bǔ)償方法”的中國專利申請(qǐng)。該申請(qǐng)中的方法雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了水系統(tǒng)的節(jié)能，但沒有考慮室外氣候變化對(duì)風(fēng)系統(tǒng)的影響。
[0005]第二類:通過在系統(tǒng)供水管路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)閥通過執(zhí)行器控制、執(zhí)行器通過恒溫控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)、恒溫控制器上設(shè)置熱信號(hào)端子，恒溫控制器通過控制執(zhí)行器的開度實(shí)現(xiàn)進(jìn)水流量的調(diào)整從而控制供回水溫差。例如:申請(qǐng)?zhí)枮?00910157033.6，名稱為集成氣候補(bǔ)償?shù)呐ɑ厮疁囟瓤刂乒?jié)能方法的專利申請(qǐng)。該方法同樣是只考慮了外部氣候變化對(duì)水系統(tǒng)的影響，未考慮對(duì)風(fēng)系統(tǒng)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于現(xiàn)有氣候補(bǔ)償節(jié)能控制技術(shù)僅考慮外部氣候變化對(duì)水系統(tǒng)的影響而未考慮對(duì)風(fēng)系統(tǒng)的影響，使得中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果差的問題，本發(fā)明的目的在于，提出一種基于氣候補(bǔ)償?shù)淖冿L(fēng)量空調(diào)末端溫度控制系統(tǒng)。
[0007]為了達(dá)到上述目的本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種用于變風(fēng)量空調(diào)末端的節(jié)能控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、末端控制器、送風(fēng)溫度控制器、新風(fēng)控制器、新風(fēng)閥、室外溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器、送風(fēng)溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、冷凍水閥、數(shù)據(jù)采集AI模塊、數(shù)據(jù)采集A0模塊、末端風(fēng)閥、換熱器、送風(fēng)機(jī)和VAV BOX17。其中，上位機(jī)與末端控制器、送風(fēng)溫度控制器以及新風(fēng)控制器相連；末端控制器的輸入端分別與室內(nèi)溫度傳感器、風(fēng)速傳感器的數(shù)據(jù)采集AI模塊相連，末端控制器的輸出端與末端風(fēng)閥的數(shù)據(jù)采集A0模塊相連；送風(fēng)溫度控制器的輸入端與送風(fēng)溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集AI模塊相連，送風(fēng)溫度控制器的輸出端與冷凍水閥的數(shù)據(jù)采集A0模塊相連；新風(fēng)控制器的輸入端與新風(fēng)閥以及室外溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集AI模塊相連，新風(fēng)控制器的輸出端與新風(fēng)閥的數(shù)據(jù)采集A0模塊相連；室外溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器、送風(fēng)溫度傳感器、風(fēng)速傳感器的電流型輸出端分別與自身對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集AI模塊的輸入端相連；新風(fēng)閥、冷凍水閥、末端風(fēng)閥電壓型輸出端分別與自身對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集AI模塊的輸入端相連；末端風(fēng)閥電壓型輸入端、冷凍水閥電流型輸入端、新風(fēng)閥電壓型輸入端分別與自身對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集A0模塊的輸出端相連；數(shù)據(jù)采集AI模塊連接上位機(jī)及其對(duì)應(yīng)的傳感器，數(shù)據(jù)采集A0模塊連接上位機(jī)及其對(duì)應(yīng)的執(zhí)行裝置。
[0009]所述新風(fēng)閥、室外溫度傳感器安裝在新風(fēng)入口風(fēng)管處；末端風(fēng)閥安裝在VAV BOX內(nèi)；室內(nèi)溫度傳感器安裝在末端房間內(nèi)；送風(fēng)溫度傳感器安裝在送風(fēng)管內(nèi)；風(fēng)速傳感器安裝在VAV BOX的風(fēng)管內(nèi)；冷凍水閥安裝在換熱器回水管路上。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種基于氣候補(bǔ)償?shù)淖冿L(fēng)量空調(diào)末端溫度控制方法，包括如下步驟:
[0011]步驟1:在每種新風(fēng)量的設(shè)定值下，確定每組室外溫度、室內(nèi)溫度設(shè)定值和送風(fēng)溫度設(shè)定值的組合下系統(tǒng)總耗電量最小值，并得到系統(tǒng)總耗電量最小值所對(duì)應(yīng)的送風(fēng)溫度設(shè)定值，作為最優(yōu)送風(fēng)溫度設(shè)定值；將室外溫度和室內(nèi)溫度設(shè)定值作為自變量，將最優(yōu)送風(fēng)溫度設(shè)定值作為因變量，得到當(dāng)前的新風(fēng)量工況下對(duì)應(yīng)的擬合曲線；將擬合曲線及其對(duì)應(yīng)的新風(fēng)量設(shè)定值存入擬合曲線數(shù)據(jù)庫。
[0012]步驟2:采集當(dāng)前新風(fēng)量，從擬合曲線數(shù)據(jù)庫中找出與該新風(fēng)量對(duì)應(yīng)的擬合曲線；采集當(dāng)前室外溫度和室內(nèi)溫度設(shè)定值，并由擬合曲線得到送風(fēng)溫度設(shè)定值；將得到的送風(fēng)溫度設(shè)定值弓I入控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。
[0013]進(jìn)一步的，具體步驟如下:
[0014]步驟11:判斷當(dāng)前新風(fēng)量是否在設(shè)定范圍內(nèi)，是則執(zhí)行步驟12，否則結(jié)束；
[0015]步驟12:判斷當(dāng)前室外溫度是否在設(shè)定區(qū)間內(nèi)，是則執(zhí)行步驟13 ;否則執(zhí)行步驟17 ；
[0016]步驟13:判斷當(dāng)前室內(nèi)溫度設(shè)定值是否在設(shè)定區(qū)間內(nèi)，是則執(zhí)行步驟14 ;否則執(zhí)行步驟16 ；
[0017]步驟14:在每種送風(fēng)溫度設(shè)定值下，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，采集系統(tǒng)總耗電量，得到系統(tǒng)總耗電量最小值所對(duì)應(yīng)的送風(fēng)溫度設(shè)定值，作為最優(yōu)送風(fēng)溫度設(shè)定值；執(zhí)行步驟15 ;
[0018]步驟15:將室內(nèi)溫度設(shè)定值提高一個(gè)步長(zhǎng)得到更新后的室內(nèi)溫度設(shè)定值；執(zhí)行步驟13 ；
[0019]步驟16:將室外溫度提高一個(gè)步長(zhǎng)得到更新后的當(dāng)前室外溫度；執(zhí)行步驟12 ;
[0020]步驟17:將室外溫度和室內(nèi)溫度設(shè)定值作為自變量，將最優(yōu)送風(fēng)溫度設(shè)定值作為因變量，得到當(dāng)前新風(fēng)量工況下對(duì)應(yīng)的擬合曲線；將擬合曲線及其對(duì)應(yīng)的新風(fēng)量存入擬合曲線數(shù)據(jù)庫；執(zhí)行步驟18 ;
[0021]步驟18:將當(dāng)前新風(fēng)量提高一個(gè)步長(zhǎng)得到更新后的當(dāng)前新風(fēng)量；執(zhí)行步驟11。
[0022]進(jìn)一步的，所述步驟11中，所述新風(fēng)量不小于總送風(fēng)量的10%，即新風(fēng)閥開度不小于10%。
[0023]進(jìn)一步的，所述步驟13中，所述室內(nèi)溫度設(shè)定值的范圍為18_21°C。
[0024]進(jìn)一步的，所述步驟14中，所述送風(fēng)溫度設(shè)定范圍為26-33 °C。
[0025]進(jìn)一步的，所述步驟2的具體步驟如下:
[0026]步驟21:采集當(dāng)前新風(fēng)量，從擬合曲線數(shù)據(jù)庫中找出與該新風(fēng)量對(duì)應(yīng)的擬合曲線；
[0027]步驟22:采集當(dāng)前室外溫度和室內(nèi)溫度設(shè)定值，將二者作為自變量代入步驟21中找到的曲線中，得到最優(yōu)送風(fēng)溫度設(shè)定值。
[0028]步驟23:將得到的送風(fēng)溫度設(shè)定值引入控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。此時(shí)，系統(tǒng)的總能耗顯然處于最小值。
[0029]步驟24:判斷預(yù)設(shè)的控制檢測(cè)時(shí)間是否到達(dá)，若到達(dá)則重復(fù)以上執(zhí)行步驟21-23。
[0030]本發(fā)明的有益效果如下:
[0031]1、本發(fā)明的氣候補(bǔ)償調(diào)節(jié)介質(zhì)為風(fēng)，新風(fēng)溫度即為室外溫度，新風(fēng)量的大小直接影響系統(tǒng)負(fù)荷的大小，也就影響系統(tǒng)總能耗的大小，所以新風(fēng)量對(duì)整個(gè)過程的影響非常大，同時(shí)新風(fēng)量對(duì)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)有直接的影響。本發(fā)明中，上位機(jī)通過對(duì)當(dāng)前新風(fēng)量的大小、室外溫度的連續(xù)監(jiān)測(cè)及用戶對(duì)室內(nèi)溫度的需求來確定當(dāng)前最佳送風(fēng)溫度設(shè)定值，進(jìn)而通過送風(fēng)溫度控制器控制水閥的開度，調(diào)節(jié)水流量，實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中送風(fēng)溫度與室外溫度變化的自動(dòng)氣候補(bǔ)償，達(dá)到送風(fēng)溫度隨用戶需冷/熱量的變化而變化，實(shí)現(xiàn)按需供冷/熱的目標(biāo)，在保證供冷/熱品質(zhì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
[0032]2、已有的氣候補(bǔ)償方法是通過構(gòu)筑建筑物冷消耗曲線與用戶的設(shè)定溫度，計(jì)算用戶的需冷量，然后與冷水機(jī)組的工作效率曲線計(jì)算出冷機(jī)的有效工作點(diǎn)。在這過程中只處理了室外溫度對(duì)水系統(tǒng)的影響，而未考慮室外溫度對(duì)風(fēng)系統(tǒng)的影響，及新風(fēng)量對(duì)風(fēng)系統(tǒng)的影響。本發(fā)明根據(jù)新風(fēng)量變化、室內(nèi)用戶的需求、室外溫度變化以及與系統(tǒng)總能耗間的關(guān)系，利用總能耗最小原則，確定出不同新風(fēng)量下最佳的送風(fēng)溫度，本發(fā)明可用于樓宇自控的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)末端控制裝置中。
[0033]3、傳統(tǒng)的供暖系統(tǒng)中的氣候補(bǔ)償器的調(diào)