控制系統(tǒng)及應(yīng)用其的冷水機(jī)組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及空調(diào)技術(shù)，具體涉及一種控制系統(tǒng)以及應(yīng)用其的冷水機(jī)組。
【背景技術(shù)】
[0002]冷水機(jī)組可用作中央空調(diào)系統(tǒng)的主機(jī)，目前冷水機(jī)組通常通過控制驅(qū)動(dòng)冷卻水的水栗進(jìn)行變頻以實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，但是，在水栗變頻后可能會(huì)導(dǎo)致冷水機(jī)組的壓縮機(jī)運(yùn)行于非節(jié)能區(qū)間。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種控制系統(tǒng)、控制方法和應(yīng)用其的冷水機(jī)組，以使得在任何工況下，水栗和壓縮機(jī)協(xié)調(diào)控制，整個(gè)機(jī)組處于整體節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)。
[0004]第一方面，提供一種冷水機(jī)組的控制系統(tǒng)，包括:
[0005]進(jìn)水溫度傳感器，設(shè)置于所述冷水機(jī)組的蒸發(fā)器進(jìn)水口，用于檢測所述冷水機(jī)組換熱器的進(jìn)水溫度；
[0006]出水溫度傳感器，設(shè)置于所述冷水機(jī)組的蒸發(fā)器出水口，用于檢測所述換熱器的出水溫度；
[0007]換熱器參數(shù)獲取裝置，用于檢測用于計(jì)算傳熱平均溫差的換熱器參數(shù)；
[0008]控制器，用于根據(jù)所述進(jìn)水溫度、出水溫度和所述換熱器參數(shù)控制所述冷水機(jī)組的水栗的頻率和壓縮機(jī)的負(fù)載。
[0009]優(yōu)選地，所述換熱器參數(shù)獲取裝置為壓力傳感器，用于獲取換熱器的氣管壓力。
[0010]優(yōu)選地，所述控制器用于根據(jù)所述氣管壓力獲取對應(yīng)的蒸發(fā)溫度，并根據(jù)所述進(jìn)水溫度、出水溫度計(jì)算進(jìn)出水溫差，根據(jù)所述進(jìn)水溫度、出水溫度和所述蒸發(fā)溫度計(jì)算傳熱平均溫差，控制所述水栗的頻率和所述壓縮機(jī)的負(fù)載以使得所述出水溫度、所述進(jìn)出水溫差和所述傳熱平均溫差保持在各自對應(yīng)的預(yù)定范圍內(nèi)。
[0011]優(yōu)選地，所述控制器還用于獲取水栗頻率變化率和壓縮機(jī)負(fù)載變化率，并控制所述水栗的頻率和所述壓縮機(jī)的負(fù)載以使得所述水栗頻率變化率和壓縮機(jī)負(fù)載變化率保持在各自對應(yīng)的預(yù)定范圍內(nèi)。
[0012]第二方面，提供一種冷水機(jī)組，包括:
[0013]換熱器，用于利用制冷劑與冷卻水換熱；
[0014]壓縮機(jī)，用于對制冷劑進(jìn)行壓縮；
[0015]水栗，連接在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，用于驅(qū)動(dòng)冷卻水在終端機(jī)與換熱器之間循環(huán)；以及
[0016]如上所述的控制系統(tǒng)。
[0017]本實(shí)用新型通過檢測冷水機(jī)組換熱器的進(jìn)水溫度、出水溫度以及用于計(jì)算傳熱平均溫差的換熱器參數(shù)，并基于這些參數(shù)協(xié)調(diào)控制水栗頻率和壓縮機(jī)負(fù)載，可以在任何工況下保持冷水機(jī)組處于整體節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)。
【附圖說明】
[0018]通過以下參照附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中:
[0019]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的冷水機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的冷水機(jī)組的控制系統(tǒng)的示意圖；
[0021]圖3是本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的冷水機(jī)組的控制系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下基于實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行描述，但是本實(shí)用新型并不僅僅限于這些實(shí)施例。在下文對本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。為了避免混淆本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。
[0023]此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0024]除非上下文明確要求，否則整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0025]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0026]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的冷水機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例以風(fēng)冷式冷水機(jī)組為例進(jìn)行說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本實(shí)用新型實(shí)施例也可以應(yīng)用于其它類型的冷水機(jī)組。如圖1所示，所述冷水機(jī)組包括換熱器1、冷凝器2、風(fēng)扇3、壓縮機(jī)4、膨脹閥
7、水栗5和控制系統(tǒng)6。
[0027]其中，換熱器1與制冷劑循環(huán)管路以及冷卻水循環(huán)管路連接，在換熱器1中，制冷劑與冷卻水進(jìn)行換熱。在本實(shí)施例中，換熱器1為蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器1中，制冷劑被蒸發(fā)從而對冷卻水進(jìn)行制冷。優(yōu)選地，蒸發(fā)器1可以為殼管式蒸發(fā)器。
[0028]壓縮機(jī)4用于吸入換熱后的低溫低壓的氣態(tài)制冷劑進(jìn)行壓縮形成為高溫高壓的氣態(tài)制冷劑。被壓縮機(jī)壓縮后的制冷劑沿制冷劑循環(huán)管路循環(huán)到冷凝器2進(jìn)行冷凝。風(fēng)扇3用于對冷凝器2進(jìn)行散熱，以使得制冷劑在冷凝器2中被冷凝為液態(tài)并沿制冷劑循環(huán)管路經(jīng)由膨脹閥7進(jìn)入蒸發(fā)器1。
[0029]再次進(jìn)行換熱。換熱器1、壓縮機(jī)4、冷凝器2和膨脹閥7構(gòu)成了制冷劑的循環(huán)回路。
[0030]應(yīng)理解，以上以蒸發(fā)器作為換熱器為例進(jìn)行說明，本實(shí)用新型實(shí)施例的冷水機(jī)組也可以采用非相變換熱的換熱器，在采用這類換熱器的前提下，制冷循環(huán)回路中可以不包括冷凝器。
[0031]水栗5連接在冷卻水循環(huán)回路中，用于驅(qū)動(dòng)冷卻水在終端機(jī)a與換熱器1之間循環(huán)。
[0032]應(yīng)理解，在冷卻水循環(huán)管路中，還可以設(shè)置例如截止閥、自動(dòng)排氣閥、排水管、膨脹水箱、止回閥、過濾器等多種儀表或裝置以調(diào)節(jié)和控制冷卻水循環(huán)管路。
[0033]控制系統(tǒng)6用于控制水栗5的頻率和壓縮機(jī)4的負(fù)載以使得整個(gè)冷水機(jī)組運(yùn)行于節(jié)能狀態(tài)。
[0034]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的冷水機(jī)組的控制系統(tǒng)的示意圖。如圖2所示，控制系統(tǒng)6包括進(jìn)水溫度傳感器61、出水溫度傳感器62、換熱器參數(shù)獲取裝置63和控制器64。
[0035]進(jìn)水溫度傳感器61設(shè)置于冷水機(jī)組的蒸發(fā)器進(jìn)水口，用于檢測換熱器1的進(jìn)水溫度V
[0036]出水溫度傳感器62設(shè)置于冷水機(jī)組的蒸發(fā)器出水口，用于檢測換熱器1的出水溫度T。。
[0037]換熱器參數(shù)獲取裝置63用于檢測用于計(jì)算傳熱平均溫差的換熱器參數(shù)。優(yōu)選地，在換熱器為蒸發(fā)器的前提下，由于蒸發(fā)器采用相變方式傳熱，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)保持為飽和溫度(也稱為蒸發(fā)溫度)。此時(shí)，換熱器參數(shù)為蒸發(fā)器的氣管壓力，根據(jù)該氣管壓力可以獲取得到蒸發(fā)器內(nèi)處于氣液平衡狀態(tài)的制冷劑的溫度，從而可以進(jìn)一步計(jì)算換熱器的傳熱平均溫差。這種情況下，換熱器參數(shù)獲取裝置63為壓力傳感器，其用于檢測蒸發(fā)器的氣管壓力。
[0038]在換熱器為非相變式換熱器的前提下，制冷劑以液態(tài)形式在換熱器中與冷卻水進(jìn)行換熱。此時(shí)，換熱器參數(shù)可以為制冷劑的進(jìn)液溫度和出液溫度，基于上述兩個(gè)溫度以及冷卻水的進(jìn)水溫度和出水溫度即可進(jìn)一步計(jì)算換熱器的傳熱平均溫差。這種情況下，換熱器參數(shù)獲取裝置63包括設(shè)置于換熱器的制冷劑循環(huán)管路中的進(jìn)液溫度傳感器和出液溫度傳感器。
[0039]控制器64與進(jìn)水溫度傳感器61、出水溫度傳感器62和換熱器參數(shù)獲取裝置63連接，接收三者檢測到的進(jìn)水溫度義、出水溫度?；以及換熱器參數(shù)?？刂破?4同時(shí)還與水栗5以及壓縮機(jī)4連接，以分別向水栗5和壓縮機(jī)4發(fā)送指令進(jìn)行控制。
[0040]控制器64用于根據(jù)進(jìn)水溫度！\、出水溫度?；和換熱器參數(shù)(優(yōu)選為氣管壓力P ,)控制冷水機(jī)組的水栗5的頻率和壓縮機(jī)4的負(fù)載。
[0041]具體地，控制器64根據(jù)氣管壓力Pi獲取對應(yīng)的蒸發(fā)溫度T e,并根據(jù)進(jìn)水溫度！\、出水溫度T。計(jì)算進(jìn)出水溫差ΔΤ(也即，ΔΤ = Τ -TJ，然后根據(jù)進(jìn)水溫度!\、出水溫度Τ。和蒸發(fā)溫度?；計(jì)算傳熱平均溫差△ T d，進(jìn)而控制水栗5的頻率和壓縮機(jī)4的負(fù)載以使得出水溫度T。、進(jìn)出水溫差ΛΤ和傳熱平均溫差A(yù)Td保持在各自對應(yīng)的預(yù)定范圍內(nèi)。其中，傳熱平均溫差A(yù) Td可以采用各種現(xiàn)有方式計(jì)算獲得，例如，可以采用對數(shù)平均溫差計(jì)算方式來計(jì)算，也可以采用算數(shù)平均計(jì)算方式來計(jì)算。在本實(shí)施例中，采用算數(shù)平均計(jì)算方式來計(jì)算傳熱平均溫差Δ Td，即:Δ Td= (Τ 0+Τχ) /2-Te0
[0042]出水溫度T?？梢员硎纠渌畽C(jī)組的制冷效果是否可以達(dá)到用戶要求，進(jìn)出水溫差A(yù)T和傳熱平均溫差A(yù)Td可以表示水栗和壓縮機(jī)協(xié)同工作的效率狀態(tài)?？傮w來說，傳熱平均溫差A(yù) Td越大說明壓縮機(jī)的工作效率越高，但是，傳熱平均溫差A(yù)Td過大可能也會(huì)導(dǎo)致水栗的效率下降。因此，將上述參數(shù)控制在對應(yīng)的預(yù)定范圍內(nèi)，可以在滿足用戶要求的同時(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組整體運(yùn)行于節(jié)能狀態(tài)。
[0043]在本實(shí)施例中，控制器64按照如下方式控制壓縮機(jī)進(jìn)行加載或卸載，也即，在同時(shí)滿足以下條件時(shí)控制壓縮機(jī)4加載:
[0044](1)、出水溫度?；大于目標(biāo)出水溫度T 3與第一控制偏差a的和，即，T 0>Ts+a0其中，目標(biāo)出水溫度^為預(yù)先設(shè)定的值，其可以由用戶通過冷水機(jī)組的人機(jī)交互系統(tǒng)(例如控制面板)進(jìn)行設(shè)置和修改。第一控制偏差a也為預(yù)先設(shè)置的值，其優(yōu)選為0.5攝氏度。
[0045](2)、傳熱平均溫差ΔΤ/j、于傳熱溫差下限閾值b，或，水栗4處于最大頻率。其中，傳熱溫差下限閾值b為預(yù)先設(shè)定的值。
[0046]在同時(shí)滿足以下條件時(shí)，控制器64控制壓縮機(jī)4卸載:
[0047](1)、出水溫度T。小于目標(biāo)出水溫度T 3與第一控制偏差a的差，即，T
[0048](2)、傳熱平均溫差Δ 1^大于傳熱溫差上限閾值c，或，水栗處于最小運(yùn)行頻率，或水栗未進(jìn)行降頻。其中，傳熱溫差上限閾值c為預(yù)先設(shè)定的值。
[0049]在其它情況下控制壓縮機(jī)5保持當(dāng)前狀態(tài)。
[0050]第一控制偏差a限定了出水溫度T?？梢云x目標(biāo)出水溫度T s的范圍，SP(Ts-a, Ts+a)，一旦出水溫度T。偏離目標(biāo)出水溫度T s超出第一控制偏差a限定的范圍，則有可能觸發(fā)對壓縮機(jī)負(fù)載進(jìn)行干預(yù)，以保證出水溫度?；的穩(wěn)定。
[0051]同時(shí)，傳熱溫差下限閾值b和傳熱溫差上限閾值c限定了系統(tǒng)換熱平均溫差的最優(yōu)區(qū)間，即(b，c)，在此區(qū)間內(nèi)，壓縮機(jī)4和水栗5協(xié)作使得系統(tǒng)整體效率較高。傳熱平均溫差A(yù) Td偏離系統(tǒng)換熱溫差不處于最優(yōu)區(qū)間時(shí)，系統(tǒng)整體效率較低。
[0052]在出水溫度T。高出目標(biāo)出水溫度T s較多，且系統(tǒng)換熱溫差不處于最優(yōu)區(qū)間時(shí)，通過控制壓縮機(jī)4加載來降低出水溫度?；，同時(shí)會(huì)增大傳熱平均溫差△ Td以使得系統(tǒng)整體效率提升。
[0053]在出水溫度T。高出目標(biāo)出水溫度T s較多，且水栗已經(jīng)處于最大頻率狀態(tài)，無法進(jìn)一步通過加快水循環(huán)來降低出水溫度時(shí)，需要通過對壓縮機(jī)4加載來保證出水溫度?；穩(wěn)定。
[0054]在出水溫度T。低于目標(biāo)出水溫度T s較多，且系統(tǒng)換熱溫差不處于最優(yōu)區(qū)間時(shí)，通過控制壓縮機(jī)4卸載來提高出水溫度?；，同時(shí)會(huì)減小傳熱