本發(fā)明涉及中央空調(diào)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種中央空調(diào)冷卻水泵在線變頻控制方法及中央空調(diào)。

背景技術(shù)：

在我國(guó)，2014年建筑能耗總量超過12.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占社會(huì)總能耗30％。中央空調(diào)能耗占建筑總能耗65％，其中空調(diào)機(jī)房能耗占空調(diào)系統(tǒng)能耗70％左右。冷卻水泵的能耗為空調(diào)機(jī)房總能耗的一部分。為了維持制冷機(jī)組冷凝器的換熱效率保持在高區(qū)間運(yùn)行，避免出現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)“小溫差，大流量”導(dǎo)致冷卻水泵能耗增加的現(xiàn)象，需要對(duì)冷卻水泵進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)控制。制冷主機(jī)通過熱交換使制冷劑冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，冷卻水溫度升高，冷卻水泵將升溫了的冷卻水壓入冷卻塔，進(jìn)行降溫處理后，再送回制冷機(jī)組進(jìn)行熱交換。傳統(tǒng)的控制方法是以冷卻水的供水和回水溫差作為控制依據(jù)，溫差大，說明制冷機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說明制冷機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻泵的循環(huán)速度，以節(jié)約電能。傳統(tǒng)控制方法在實(shí)際使用中是存在延時(shí)問題，在延時(shí)期間內(nèi)供回水溫度差達(dá)不到最佳換熱效果，冷卻水泵的能耗也非最低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種控制過程快速準(zhǔn)確、無延時(shí)的中央空調(diào)冷卻水泵在線變頻控制方法及中央空調(diào)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種中央空調(diào)冷卻水泵在線變頻控制方法，包括以下步驟：

S1：檢測(cè)第K時(shí)刻壓縮機(jī)的做功功率P；

S2：檢測(cè)第K時(shí)刻冷凍水的狀態(tài)并計(jì)算冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量Q_ch；

S3：根據(jù)所述壓縮機(jī)的做功功率P以及所述冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量Q_ch控制冷卻水泵在第K+1時(shí)刻輸出的冷卻水流量M_cd。

優(yōu)選地，步驟S2包括：

S21：檢測(cè)第K時(shí)刻冷凍水的供水溫度T_chsup、回水溫度T_chrtn以及冷凍水流量M_ch；

S22：根據(jù)水的比熱容C以及熱量計(jì)算公式計(jì)算得到冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)熱量Q_ch，即Q_ch＝CM_chΔT_ch＝CM_ch(T_chrtn-T_chsup)。

優(yōu)選地，在所述步驟S3中，通過能量守恒定律計(jì)算冷卻水流量M_cd；空調(diào)運(yùn)行過程中的能量守恒包括：

第K+1時(shí)刻制冷劑在冷凝器處散發(fā)的熱量＝第K時(shí)刻制冷劑在蒸發(fā)器處吸收的熱量+第K時(shí)刻壓縮機(jī)做功W，W＝Pt；

制冷劑在蒸發(fā)器處吸收的熱量＝冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量Q_ch；

制冷劑在冷凝器處散發(fā)的熱量＝冷卻水在冷凝器處吸收的熱量Q_cd。

優(yōu)選地，第K+1時(shí)刻冷卻水在冷凝器處吸收的熱量等于第K時(shí)刻冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量與第K時(shí)刻壓縮機(jī)做功W之和，即Q_cd＝Q_ch+W。

優(yōu)選地，所述步驟S3包括：

S31：設(shè)定目標(biāo)冷卻水供回水溫度差ΔT_cd；

S32：根據(jù)Q_cd＝Q_ch+W計(jì)算冷卻水流量M_cd，

S32：根據(jù)所述冷卻水流量M_cd控制冷卻水泵。

本發(fā)明還提供一種中央空調(diào)，包括制冷主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)；

所述制冷主機(jī)包括：通過制冷劑管連接的冷凝器、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)；

所述冷凍水系統(tǒng)連接在蒸發(fā)器兩端，包括：通過冷凍水管連接的冷凍水泵以及空調(diào)末端；

所述冷卻水系統(tǒng)連接在冷凝器兩端，包括：通過冷卻水管連接的冷卻水泵以及冷卻塔；

還包括：

用于檢測(cè)第K時(shí)刻的壓縮機(jī)做功功率并輸出功率值P的功率檢測(cè)裝置；

用于檢測(cè)第K時(shí)刻的冷凍水狀態(tài)并輸出檢測(cè)信息的冷凍水檢測(cè)裝置；

與所述功率檢測(cè)裝置、冷凍水檢測(cè)裝置以及所述冷卻水泵相連，根據(jù)所述功率值P與所述檢測(cè)信息控制所述冷卻水泵在第K+1時(shí)刻輸出冷卻水流量M_cd的控制器。

優(yōu)選地，所述冷凍水檢測(cè)裝置包括：

設(shè)置在所述蒸發(fā)器冷凍水輸出端，用于檢測(cè)冷凍水供水溫度T_chsup的供水溫度傳感器；

設(shè)置在所述蒸發(fā)器冷凍水輸入端，用于檢測(cè)冷凍水回水溫度T_chrtn的回水溫度傳感器；

設(shè)置在所述冷凍水管上，用于檢測(cè)冷凍水流量M_ch的流量傳感器。

優(yōu)選地，所述控制器根據(jù)能量守恒定律控制所述冷卻水泵，空調(diào)運(yùn)行過程中的能量守恒包括：

第K+1時(shí)刻制冷劑在冷凝器處散發(fā)的熱量＝第K時(shí)刻制冷劑在蒸發(fā)器處吸收的熱量+第K時(shí)刻壓縮機(jī)做功W，W＝Pt；

制冷劑在蒸發(fā)器處吸收的熱量＝冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量Q_ch；

制冷劑在冷凝器處散發(fā)的熱量＝冷卻水在冷凝器處吸收的熱量Q_cd。

優(yōu)選地，第K+1時(shí)刻冷卻水在冷凝器處吸收的熱量等于第K時(shí)刻冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量與第K時(shí)刻壓縮機(jī)做功W之和，即Q_cd＝Q_ch+W。

優(yōu)選地，所述控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)有目標(biāo)冷卻水供回水溫度差ΔT_cd；控制器依據(jù)Q_cd＝Q_ch+W、熱量計(jì)算公式以及水的比熱容C計(jì)算冷卻水流量并根據(jù)所述冷卻水流量M_cd控制冷卻水泵。

實(shí)施本發(fā)明的中央空調(diào)冷卻水泵在線變頻控制方法及中央空調(diào)，可對(duì)壓縮機(jī)做功數(shù)據(jù)、冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度差、冷凍水流量進(jìn)行采集和計(jì)算，根據(jù)能量守恒定律，在保障冷卻水供回水有著合理的溫差前提下，對(duì)冷卻水泵進(jìn)行變頻控制，比起傳統(tǒng)控制方法更加快捷準(zhǔn)確。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明中央空調(diào)的運(yùn)行原理示意圖；

圖2是本發(fā)明中央空調(diào)控制原理示意圖；

圖3是本發(fā)明中央空調(diào)冷卻水泵在線變頻控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1示出了本發(fā)明中央空調(diào)的一種實(shí)施例，包括制冷主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)；制冷主機(jī)包括：通過制冷劑管連接的冷凝器、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)；冷凍水系統(tǒng)連接在蒸發(fā)器兩端，包括：通過冷凍水管連接的冷凍水泵以及空調(diào)末端；冷卻水系統(tǒng)連接在冷凝器兩端，包括：通過冷卻水管連接的冷卻水泵以及冷卻塔。

還包括：用于檢測(cè)第K時(shí)刻的壓縮機(jī)做功功率并輸出功率值P的功率檢測(cè)裝置；用于檢測(cè)第K時(shí)刻的冷凍水狀態(tài)并輸出檢測(cè)信息的冷凍水檢測(cè)裝置；與功率檢測(cè)裝置、冷凍水檢測(cè)裝置以及冷卻水泵相連，根據(jù)功率值P與檢測(cè)信息控制冷卻水泵在第K+1時(shí)刻輸出冷卻水流量M_cd的控制器。

本發(fā)明中央空調(diào)運(yùn)行過程中包括三個(gè)循環(huán)：制冷劑循環(huán)、冷卻水循環(huán)和冷凍水循環(huán)。液體制冷劑流向蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中氣化帶走熱量，將流經(jīng)蒸發(fā)器的冷凍水降溫，降溫后的冷凍水經(jīng)冷凍水泵輸送至各房間內(nèi)的空調(diào)末端，與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換。氣化的制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后變成低壓液體流向冷凝器，在冷凝器內(nèi)與冷卻水進(jìn)行熱交換后進(jìn)一步降溫；冷卻水吸收制冷劑散發(fā)的熱量升溫后，經(jīng)冷卻水泵壓入冷卻塔降溫后，流向冷凝器再次進(jìn)行熱交換。

可以理解的，第K時(shí)刻與第K+1時(shí)刻寬泛指代前一時(shí)刻與后一時(shí)刻，并非在K時(shí)刻的時(shí)間單位上增加1個(gè)時(shí)間單位或成倍增加。根據(jù)用戶需要可將第K時(shí)刻設(shè)為1S，根據(jù)制冷劑的流速和管道長(zhǎng)度可將第K時(shí)刻與第K+1時(shí)刻之間的間隔設(shè)為1min。在第K時(shí)刻時(shí)，部分制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器和壓縮機(jī)，在第K+1時(shí)刻時(shí)，該部分制冷劑從蒸發(fā)器和壓縮機(jī)流至冷凝器，與流經(jīng)冷凝器的冷卻水進(jìn)行熱交換?？梢岳斫獾?，根據(jù)蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和冷凝器之間距離和制冷劑的流速可以設(shè)置不同的間隔時(shí)間以及前一時(shí)刻與后一時(shí)刻的時(shí)間大小。

具體地，功率檢測(cè)裝置可以包括電流傳感器和電壓傳感器?？梢岳斫獾?，對(duì)于部分電控的制冷主機(jī)，其內(nèi)控程序?qū)崟r(shí)采集有壓縮機(jī)的做功功率；此時(shí)可直接讀取制冷主機(jī)得到的做功功率，無需再增加額外的測(cè)量裝置。

冷凍水狀態(tài)檢測(cè)參數(shù)包括：供水溫度、回水溫度以及冷凍水流量；相應(yīng)的冷凍水檢測(cè)裝置包括：設(shè)置在蒸發(fā)器冷凍水輸出端，用于檢測(cè)冷凍水供水溫度T_chsup的供水溫度傳感器；設(shè)置在蒸發(fā)器冷凍水輸入端，用于檢測(cè)冷凍水回水溫度T_chrtn的回水溫度傳感器；設(shè)置在冷凍水管上，用于檢測(cè)冷凍水流量M_ch的流量傳感器。

控制器根據(jù)能量守恒定律控制冷卻水泵，空調(diào)運(yùn)行過程中的能量守恒包括：

第K+1時(shí)刻制冷劑在冷凝器處散發(fā)的熱量＝第K時(shí)刻制冷劑在蒸發(fā)器處吸收的熱量+第K時(shí)刻壓縮機(jī)做功W，W＝Pt；

制冷劑在蒸發(fā)器處吸收的熱量＝冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量Q_ch；

制冷劑在冷凝器處散發(fā)的熱量＝冷卻水在冷凝器處吸收的熱量Q_cd。

從以上能量守恒等式可以得到第K+1時(shí)刻冷卻水在冷凝器處吸收的熱量等于第K時(shí)刻冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量與第K時(shí)刻壓縮機(jī)做功W之和，即Q_cd＝Q_ch+W。

可以理解的，當(dāng)?shù)贙時(shí)刻的大小為1S時(shí)，壓縮機(jī)做功W＝P(單位：J)。此外，在中央空調(diào)的設(shè)計(jì)階段，為了維持制冷機(jī)組冷凝器的換熱效率保持在高區(qū)間運(yùn)行，控制器內(nèi)預(yù)先寫入有目標(biāo)冷卻水供回水溫度差ΔT_cd；例如，設(shè)計(jì)供回水溫度差為5℃。

基于上述壓縮機(jī)功率、冷凍水參數(shù)和冷卻水目標(biāo)供回水溫度差，控制器依據(jù)Q_cd＝Q_ch+W、熱量計(jì)算公式以及水的比熱容C計(jì)算冷卻水流量。具體計(jì)算過程如下：

Q_ch＝CM_chΔT_ch＝CM_ch(T_chrtn-T_chsup)

W＝Pt

Q_cd＝CΔT_cdΔT_cd

綜上可得，

控制器根據(jù)冷卻水流量M_cd控制冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，使其冷卻水輸出量與計(jì)算量相等。控制器對(duì)冷卻水泵的控制快捷準(zhǔn)確，無延時(shí)，原因在于：在前一時(shí)刻檢測(cè)了部分制冷劑的能量變化狀況，在后一時(shí)刻與前一時(shí)刻的間隔時(shí)間內(nèi)，在保證能量守恒和高換熱效率的情況下計(jì)算得到最佳冷卻水流量，信號(hào)往返時(shí)間不超過2S，內(nèi)置算法時(shí)間小于50ms，二者耗時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)置的間隔時(shí)間。在后一時(shí)刻時(shí)，根據(jù)間隔時(shí)間內(nèi)的計(jì)算結(jié)果對(duì)該部分制冷劑的熱交換進(jìn)行控制。該過程可準(zhǔn)確做到對(duì)同一部分制冷劑的熱交換控制，不存在延時(shí)問題?？梢岳斫獾?，該控制器可以為PLC或DDC控制箱。

針對(duì)前述中央空調(diào)，本發(fā)明還提供一種中央空調(diào)冷卻水泵在線變頻控制方法，包括以下步驟：

S1：檢測(cè)第K時(shí)刻壓縮機(jī)的做功功率P；

S2：檢測(cè)第K時(shí)刻冷凍水的狀態(tài)并計(jì)算冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量Q_ch；

S3：根據(jù)壓縮機(jī)的做功功率P以及冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量Q_ch控制冷卻水泵在第K+1時(shí)刻輸出的冷卻水流量M_cd。

中央空調(diào)運(yùn)行過程中包括三個(gè)循環(huán)：制冷劑循環(huán)、冷卻水循環(huán)和冷凍水循環(huán)。液體制冷劑流向蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中氣化帶走熱量，將流經(jīng)蒸發(fā)器的冷凍水降溫，降溫后的冷凍水經(jīng)冷凍水泵輸送至各房間內(nèi)的空調(diào)末端，與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換。氣化的制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后變成低壓液體流向冷凝器，在冷凝器內(nèi)與冷卻水進(jìn)行熱交換后進(jìn)一步降溫；冷卻水吸收制冷劑散發(fā)的熱量升溫后，經(jīng)冷卻水泵壓入冷卻塔降溫后，流向冷凝器再次進(jìn)行熱交換。

可以理解的，第K時(shí)刻與第K+1時(shí)刻寬泛指代前一時(shí)刻與后一時(shí)刻，并非在K時(shí)刻的時(shí)間單位上增加1個(gè)時(shí)間單位或成倍增加。根據(jù)用戶需要可將第K時(shí)刻設(shè)為1S，根據(jù)制冷劑的流速和管道長(zhǎng)度可將第K時(shí)刻與第K+1時(shí)刻之間的間隔設(shè)為1min。在第K時(shí)刻時(shí)，部分制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器和壓縮機(jī)，在第K+1時(shí)刻時(shí)，該部分制冷劑從蒸發(fā)器和壓縮機(jī)流至冷凝器，與流經(jīng)冷凝器的冷卻水進(jìn)行熱交換?？梢岳斫獾?，根據(jù)蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和冷凝器之間距離和制冷劑的流速可以設(shè)置不同的間隔時(shí)間以及前一時(shí)刻與后一時(shí)刻的時(shí)間大小。

冷凍水狀態(tài)檢測(cè)參數(shù)包括：供水溫度、回水溫度以及冷凍水流量；相應(yīng)的步驟S2包括：

S21：檢測(cè)第K時(shí)刻冷凍水的供水溫度T_chsup、回水溫度T_chrtn以及冷凍水流量M_ch；

S22：根據(jù)水的比熱容C以及熱量計(jì)算公式計(jì)算得到冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)熱量Q_ch，即Q_ch＝CM_chΔT_ch＝CM_ch(T_chrtn-T_chsup)。

在步驟S3中，通過能量守恒定律計(jì)算冷卻水流量M_cd；空調(diào)運(yùn)行過程中的能量守恒包括：

第K+1時(shí)刻制冷劑在冷凝器處散發(fā)的熱量＝第K時(shí)刻制冷劑在蒸發(fā)器處吸收的熱量+第K時(shí)刻壓縮機(jī)做功W，W＝Pt；

制冷劑在蒸發(fā)器處吸收的熱量＝冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量Q_ch；

制冷劑在冷凝器處散發(fā)的熱量＝冷卻水在冷凝器處吸收的熱量Q_cd。

根據(jù)上述能量守恒等式可得，第K+1時(shí)刻冷卻水在冷凝器處吸收的熱量等于第K時(shí)刻冷凍水在蒸發(fā)器處散發(fā)的熱量與第K時(shí)刻壓縮機(jī)做功W之和，即Q_cd＝Q_ch+W。可以理解的，當(dāng)?shù)贙時(shí)刻的大小為1S時(shí)，壓縮機(jī)做功W＝P(單位：J)。

此外，在中央空調(diào)的設(shè)計(jì)階段，為了維持制冷機(jī)組冷凝器的換熱效率保持在高區(qū)間運(yùn)行，應(yīng)預(yù)先寫入有目標(biāo)冷卻水供回水溫度差ΔT_cd；例如，設(shè)計(jì)供回水溫度差為5℃。

進(jìn)一步地，步驟S3包括：

S31：設(shè)定目標(biāo)冷卻水供回水溫度差ΔT_cd；

S32：根據(jù)Q_cd＝Q_ch+W計(jì)算冷卻水流量M_cd，

S32：根據(jù)冷卻水流量M_cd控制冷卻水泵。

實(shí)施本發(fā)明的控制方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻水泵的控制快捷準(zhǔn)確，無延時(shí)，原因在于：在前一時(shí)刻檢測(cè)了部分制冷劑的能量變化狀況，在后一時(shí)刻與前一時(shí)刻的間隔時(shí)間內(nèi)，在保證能量守恒和高換熱效率的情況下計(jì)算得到最佳冷卻水流量，信號(hào)往返時(shí)間不超過2S，內(nèi)置算法時(shí)間小于50ms，二者耗時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)置的間隔時(shí)間。在后一時(shí)刻時(shí)，根據(jù)間隔時(shí)間內(nèi)的計(jì)算結(jié)果對(duì)該部分制冷劑的熱交換進(jìn)行控制。該過程可準(zhǔn)確做到對(duì)同一部分制冷劑的熱交換控制，不存在延時(shí)問題。用戶根據(jù)需要可對(duì)檢測(cè)時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，優(yōu)選地，本發(fā)明的檢測(cè)為實(shí)時(shí)檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果在線調(diào)控冷卻水泵；實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果的不同，冷卻水泵的相應(yīng)轉(zhuǎn)速也不同，即該調(diào)控過程為變頻調(diào)控過程?？梢岳斫獾模脩艨筛鶕?jù)需要設(shè)定相應(yīng)的檢測(cè)時(shí)間間隔，如每隔2min檢測(cè)一次。

可以理解的在一些實(shí)施例中，在步驟S2中只進(jìn)行冷凍水狀態(tài)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)得到的參數(shù)不做計(jì)算。在步驟S3中對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總計(jì)算得到冷卻水流量。

綜上，實(shí)施本發(fā)明的中央空調(diào)冷卻水泵在線變頻控制方法及中央空調(diào)，可對(duì)壓縮機(jī)做功數(shù)據(jù)、冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度差、冷凍水流量進(jìn)行采集和計(jì)算，根據(jù)能量守恒定律，在保障冷卻水供回水有著合理的溫差前提下，對(duì)冷卻水泵進(jìn)行變頻控制，比起傳統(tǒng)控制方法更加快捷準(zhǔn)確。

可以理解的，以上實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制；應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，可以對(duì)上述技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行自由組合，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍；因此，凡跟本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的等同變換與修飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。