专利名称：空调器及其控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空调器及其控制方法及装置。
背景技术：
在相关技术中，变频空调(能力可控型舒适环境调节设备)控制方式通过采用查 表法或者PI模糊控制法，在开机启动阶段性能较差，升降温速度慢且耗电量高。且开机没 有在能效比最佳的情况下运行，压缩机频率波动较大。针对相关技术中空调器的升降温速度较慢且单位时间内耗电量比较高的问题，目 前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种空调器及其控制方法及装置，能够解决相关技术中空调器的 升降温速度较慢且单位时间内耗电量比较高的问题。根据本发明的一个方面，提供了 一种空调器的控制方法。根据本发明的空调器的控制方法包括获取室内温度/湿度、室外温度/湿度及用 户参数；根据室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数计算初始热负荷或初始冷负荷； 根据初始热负荷或初始冷负荷以及预设的降温或升温速度来计算空调输出能力；根据空调 输出能力确定压缩机的频率。优选地，获取室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数包括通过设置于空调 器室内机的室内感温探头、室内湿度探头和设置于空调器室外机的室外感温探头、室外湿 度探头分别获取室内温度/湿度和室外温度/湿度。优选地，初始热负荷或初始冷负荷包括以下之一或任意多个的组合通过墙体、屋 顶的得热量形成的初始热负荷或初始冷负荷；窗户瞬间传导得热形成的初始热负荷或初始 冷负荷；窗户瞬间日射得热形成的初始热负荷或初始冷负荷；内墙、楼板、顶棚和地面形成 的初始热负荷或初始冷负荷；人体显热散热形成的初始热负荷或初始冷负荷；照明设备散 热形成的初始热负荷或初始冷负荷；空调设备散热形成的冷负荷。优选地，在根据室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数计算初始热负荷或初 始冷负荷之后，方法还包括根据初始热负荷或初始冷负荷来修正预先估算的房间初始热 负荷或房间初始冷负荷。优选地，根据室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数主要按照下式计算初始 热负荷或初始冷负荷Qτ = KF Δ t，其中，K为传热系数，单位为W/ (m2 · K)，F为围护结构计 算面积，单位为m2，At为负荷温差，Qt表示初始热负荷或初始冷负荷。优选地，在根据空调输出能力来确定压缩机的频率之后，方法还包括存储频率； 在空调器重新启动后，选择在存储的频率下运行。优选地，根据空调输出能力确定压缩机的频率之前，方法还包括建立空调输出能 力与压缩机的频率之间的对应关系；根据空调输出能力确定压缩机的频率包括根据对应关系来确定压缩机的频率。根据本发明的一个方面，提供了 一种空调器的控制装置。根据本发明的空调器的控制装置包括获取模块，用于获取室内温度/湿度、室外 温度/湿度及用户参数；第一处理模块，用于根据室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户 参数计算初始热负荷或初始冷负荷；第二处理模块，用于根据初始热负荷或初始冷负荷以 及预设的降温或升温速度来计算空调输出能力；第三处理模块。用于根据空调输出能力确 定压缩机的频率。优选地，控制装置还包括存储模块，用于存储频率；选择模块，用于在空调器重 新启动后，选择在存储的频率下运行。根据本发明的一个方面，提供了一种空调器，该空调器包括上文中空调器的控制 装置的所有特征。本发明采用获取室内温度、室外温度及用户参数；根据室内温度、室外温度及用户 参数计算初始热负荷或初始冷负荷；根据初始热负荷或初始冷负荷以及预设的降温或升温 速度来计算空调输出能力；根据空调输出能力确定压缩机的频率，克服了空调器的升降温 速度较慢且单位时间内耗电量比较高的问题，进而达到了使空调器在最佳效率的频率下工 作，减小功耗的效果。
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明实施例的空调器控制装置的结构示意图；图2是根据本发明实施例的空调器控制方法的流程图；图3是根据本发明实施例优选的空调器控制方法的流程图；图4是根据本发明实施例的空调器的制冷量频率曲线的示意图；图5是根据本发明实施例的空调器的频率的效率曲线的示意图；图6是根据本发明实施例的空调器控制装置的示意图。
具体实施例方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。图1是根据本发明实施例的空调器控制装置的结构示意图。本发明空调器的控制装置通过确定最佳效率频率控制模式(即在用户预期的舒 适目标下以最省电模式运行)，使空调可在实际使用中，能在满足客户降温时间及温度波动 需求的同时，以最佳效率频率在大部分使用时间运行，达到节能目的。不同机型配置相应的 负荷一频率曲线、频率一效率曲线。在本发明的实施例中，空调器控制装置获取室内、室外温度/湿度，用户设定的参 数用户设定参数(如房间面积、容量大小、朝向、窗面积、是否开窗、使用地区及人数等，用 户不设置时采用默认值)，开机初始阶段的降温/升温速度指令，计算室内温度与设定温度 的温差、室内温差变化率、房间初始热(冷)负荷，作为节能控制的输入参数。其中，空调器控制装置修正估算的房间初始热(冷)负荷后，根据客户设定的降温/升温速度来计算出所需空调输出能力％，通过空调控制器数据存储单元中存储的空调输 出能力&与压缩机频率f关系的数据库，确定压缩机频率。本发明还可以比较估算房间初始负荷相对应的平衡频率点与最佳能效频率点，最 终给出初始状态最佳效率频率控制模式。其中，本发明根据室温的变化率对房间负荷进行实时修正；自动记忆压缩机停机 运行前的频率，在重新启动时自动选择前次停机时的频率运行；同时客户可自定义房间面 积、容量大小、朝向、窗面积、是否开窗、使用地区及人数等参数，空调器控制装置通过检测 室内机进、出口的温度、湿度，获取室内/外温度、室温变化率。本发明提供的变频空调(能 力可控型舒适环境调节设备)控制置，还可以包括室内外感温探头、湿度探头，用于检测 并输出室内外温度、湿度的测量值；数据处理单元，用于根据室内温度，计算室内温度与设 定温度的温差，房间初始热(冷)负荷，作为节能控制的输入参数；数据存储单元中，用于 存储的空调输出能力％与压缩机频率f关系的数据库；节能运行控制器，用于根据房间热 (冷)负荷、相应房间负荷下的平衡频率点，结合频率一效率曲线，确定开机每种降温/升温 速度下最佳效率频率控制模式。其中，室内感温探头、湿度探头设置在室内机进、出风口位置，室外感温探头、湿度 探头设置在室外机进风口位置；节能运行控制器中预设各种温度的频率一效率曲线，通过 比较估算房间初始负荷及相对应的平衡频率点与最佳能效频率点，获得在相应开机降温/ 升温速度下的最佳效率频率控制模式。根据本发明的实施例，提供了 一种空调器的控制方法。图2是根据本发明实施例的空调器控制方法的流程图。如图2所示，该方法包括如下步骤S202至步骤S208 步骤S202，获取室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数；步骤S204，根据室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数计算初始热负荷或初 始冷负荷；步骤S206，根据初始热负荷或初始冷负荷以及预设的降温或升温速度来计算空调 输出能力；步骤S208，根据空调输出能力确定压缩机的频率。本发明的空调器获取室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数可以包括通过 设置于空调器室内机的室内感温探头、湿度探头和设置于空调器室外机的室外感温探头、 湿度探头分别获取室内温度/湿度和室外温度/湿度。其中，初始热负荷或初始冷负荷可以包括以下之一或任意多个的组合通过墙体、 屋顶的得热量形成的初始热负荷或初始冷负荷；窗户瞬间传导得热形成的初始热负荷或初 始冷负荷；窗户瞬间日射得热形成的初始热负荷或初始冷负荷；内墙、楼板、顶棚和地面形 成的初始热负荷或初始冷负荷；人体显热散热形成的初始热负荷或初始冷负荷；照明设备 散热形成的初始热负荷或初始冷负荷；空调设备散热形成的冷负荷。在根据室内温度、室外温度及用户参数计算初始热负荷或初始冷负荷之后，上述 方法还可以包括根据初始热负荷或初始冷负荷来修正预先估算的房间初始热负荷或房间 初始冷负荷。空调控制装置可以根据室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数按照下式计算初始热负荷或初始冷负荷Qτ = KF Δ t，其中，K为传热系数，单位为W/ (m2 · K)，F为围护 结构计算面积，单位为m2，At为负荷温差，Qt表示初始热负荷或初始冷负荷。其中，在根据空调输出能力来确定压缩机的频率之后，方法还可以包括存储频 率；在空调器重新启动后，选择在存储的频率下运行。本发明在根据空调输出能力确定压缩机的频率之前，方法还可以包括建立空调 输出能力与压缩机的频率之间的对应关系；根据空调输出能力确定压缩机的频率包括根 据对应关系来确定压缩机的频率。图3是根据本发明实施例优选的空调器控制方法的流程图。如图3所示，本发明实用新型变频空调(能力可控型舒适环境调节设备)节能控 制方法具体包括以下步骤步骤S301，不同机型的空调配置相应的负荷一频率曲线、不同开机降温/升温速 度下的频率一效率曲线。步骤S302，计算房间初始热(冷)负荷。本发明空调器获取室内温度/湿度、室外温度/湿度；输入设定温度，用户设定参 数(如房间面积、容量大小、朝向、窗面积、是否开窗、使用地区及人数等，用户不设置时采 用默认值)，开机初始阶段用户输入的降温/升温速度指令，如快、中、慢等若干档。一般地，在室内机进、出风口设置室内感温探头、室内湿度探头，在室外机进风口 位置设置室外感温探头、室外湿度探头。通过检测室内机进、出风口的温度、室外机进风口 温度，获得室内温度、室外温度，作为计算室内温度与设定温度的温差、室内温差变化率，房 间初始热(冷)负荷的基础数据。其中，房间冷负荷Q冷包括建筑围护结构传入室内热量(太阳辐射进入的热量和 室内空气温差经围护结构传入的热量)形成的冷负荷，人体散热形成的冷负荷，灯光照明 散热形成的冷负荷，以及其他设备散热形成的冷负荷。计算如下(参考《简明空调设计手 册》)通过墙体、屋顶的得热量形成的冷负荷，可按下式计算Q, = KFAt1W (1)式中，K 传热系数，W/(m2 ·Κ) ；F 围护结构计算面积，m2 ；Atl 围护结构的冷负荷 计算温差，简称负荷温差。窗户瞬间传导得热形成的冷负荷，可按下式计算Qc, τ = KF Δ tj ⑵式中，Δ t2 计算时刻的负荷温差，°〇;1(:传热系数，单层窗可取5.81/(1112*1()；双 层窗可取2. 9ff/(m2 · K)。窗户日射得热形成的冷负荷，可按下式计算无内遮曰时QT= XgXdFJw, J (3)在上式中，、为窗户的构造修正系数；JW, τ为计算时刻时，透过无内遮阳外窗的太 阳总辐射热形成的冷负荷，简称负荷强度，ff/m2 ；Xd为地点修正系数。有内遮日时Qτ = XgXdXzFJn, τ W (4)式中，Jw, τ 计算时刻时，透过有内遮阳外窗的负荷强度，ff/m2 ；Xz 地点修正系数。内墙，楼板，顶棚和地面形成的冷负荷，可概略按下式计算
Q, = KF(twp+AtrtN)ff(5)式中，t-夏季空气调节室外计算日平均温度，°C ;tN:室内空调计算温度，°C; Atj:考虑太阳辐射热等因素的附加空气温升，°C。人体显热散热形成的冷负荷，可按下式计算Q, = nn' Q1X^t W(6)式中，η 室内总人数；η'群集系数；ql 不同室温和劳动性质时成年男子的散热 量，W ；T 人员进入空调房间的时刻，h ； τ -T 人员进入房间时到计算时刻的时间，h ；Χτ_τ τ -T时间人体显热散热量的冷负荷系数。照明设备散热形成的冷负荷可按下式计算白炽灯』τ=ΝΧτ_ΤW (7)荧光灯QT= IVi2NX(8)式中，N 照明灯具所需功率，W ；nl 镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器 装在空调房间内时，nl = 1.2 ；当暗装荧光灯的镇流器装设在顶棚内时，可取nl = 1. 0 ;T 开灯时刻，h； τ-Τ 从开灯时刻到计算时刻的时间，h ；Χτ_τ τ -T时间照明散热的冷负荷系数。设备散热形成的冷负荷可按下式计算Q, = Q' X,_Tff(9)式中，Q 设备的实际散热量，W ;T 设备投入使用时间，h ； τ -T 从设备投入使用的 时刻到计算时刻的时间，h ；Χτ_Τ τ -T时间设备散热的冷负荷系数。电热和电动设备实际散热的计算方法如下电热设备Q' = lOOOr^rw^N W (10)当工艺设备及其电动机都放在室内时Q' = lOOOn^hsN/ ηW(11)当工艺设备在室内，而电动机不在室内时Q' = 1000nin2n3N W(12)当工艺设备不在室内，只有电动机放在 室内时
Ο’ = 1000￥7η3^·Ν W(13)
“7在上式中，N:设备的总安装功率，W; η :电动机效率，可由产品样本查得；nl 利用 系数(安装系数)，即电动机最大实耗功率与安装功率之比，一般为0. 7-0. 9 ；n2 同时使用 系数，即同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般为0. 5-0. 8 ;n3:负荷系数，反映平均 负荷达到设计负荷的程度，一般为0. 5 ；n4 对有密闭耗罩的电热设备，考虑排风带走热量 的系数，一般取0.5。冬季热负荷则包括围护结构的耗热量和加热友门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热 量。围护的耗热量，应包括基本耗热量和附加耗热量。围护结构的基本耗热量，按下式计算Q, = aKF(tn-tJff (14)式中，tm:冬季室外计算温度，°C ;tn:冬季室内计算温度，°C;a 围护结构温差修正解数。围护结构的附加耗热量，应按其占基本耗热量的百分率确定。各项附加(或修正) 百分率，参考《采暖通风与空气调节设计规范》。多层和高层民用建筑，可按下式计算门缝隙渗入冷空气的耗热量Q, = 0. 28cp P ^1LKtn-Om W (15)式中，cp 空气定压比热，cp = IkJ/(kg · °C ) ； Pwn 室外空气密度，kg/m3 ；L 经每 米门窗缝隙渗入室内的冷空气量，m3/(h · m) ；1 门窗缝隙长度，m ；m 冷风渗透量的朝向修 正系数。步骤S303，修正房间初始冷负荷(以下均以制冷工况为例计算，制热工况的计算 步骤相同，此处不再赘述)。对计算得到的房间初始冷负荷进行修正Q‘ =式中，k为冷负荷修正系数。修正系数根据典型房间环境模拟试验室中的实测值 与估算的负荷值相比较而得，例如，室外环境温度35°C，室内32°C时，典型房间环境模拟试 验室中的房间初始负荷实测值为Qa，估算值为Q冷，则冷负荷修正系数k = Qa/Q&实际上， 以环境模拟试验室的实际测试值作为修正后的标准房间初始冷负荷值。步骤S304，计算房间总容量的空气从初始温度降至设定温度所需的冷量％，制冷总负荷包括房间初始冷负荷以及房间总容量的空气从初始温度降至设定温 度所需的冷量％。Q0计算如下获取室内温度及湿度数据后，计算空气的焓值hl、h2，焓值h推算如下h = 1. 01t+d (2500+1. 84T)/1000式中，d为含湿量；焓差为Ah = hl_h2。因此房间总容量的空气从初始温度降至设定温度所需的冷量仏为 = m(h0-hs)
=P 空气V Ahkj上式中，m:房间空气总质量，kg ;V:房间空气总体积，可看作等同于房间总体积， Hl3 ；h0,hs分别为初始状态、到达设定温度时的焓值。开机初始状态时取初始温度Ttl与T设定的中间值Tm计算初始房间总容量的空气 所需冷量％。步骤S305，计算预计房间负荷达到平衡的时间t平衡。根据计算的房间冷负荷’以及初始状态降至设定温度房间总容量的空气所需冷 量％、空调输出能力％，可以计算预计房间负荷达到平衡的时间t平衡。公式如下Q冷，Xt平衡+Q0 = QcXt平衡 (16)式中各符号的单位Q冷，，kff ；Q0, kj ；Qc, kW。反之，也可以根据平衡时间来计算出所需空调输出能力Qco步骤S306，空调输出能力％的计算。初始阶段的降温/升温速度，如快、中、慢等若干档的设定，可转换为t设定，例如 快速档8min彡t快彡12min ；中速档15min彡t中彡20min ；慢速档30min彡t慢彡40min。根据设定的降温/升温速度，取降温时间的平均值tm作为平衡时间来计算出相对 应的空调输出能力Qc。例如设定快速档，分别计算出Smiruiaiiin的平均时间为IOminJg据式(16)来计算对应空调的输出能力％。步骤S307，根据空调输出能力Qc与压缩机频率f的关系，确定压缩机频率f。本发明在修正估算的房间初始热(冷)负荷后，根据客户设定的降温/升温速度 来计算出所需空调输出能力Qc，通过空调控制器存储单元中存储的空调输出能力％与压缩 机频率f关系的数据库，确定压缩机频率。考虑实际变工况的情况，空调输出能力Qc与室外温度Tw、房间室内温度Tru压缩 机频率f等参数密切相关，是一个比较复杂的三元函数关系，可以表示为戏=F (f，Tw, Tn)。本发明可以通过试验建立％与f关系的数据库，确定每个频率f在不同的温度对 应的制冷量Qe，存储于空调控制器存储单元中，再使用插值法就可较为准确地得到每一状 态下的制冷能力。本发明的压缩机频率可参照现有查表控制法，例如制冷时压缩机频率范围6 85Hz，步长参照现有设计。％与f关系简化为F(f，Qc)。(1)，通过试验确定在不同室外温度、室内温度下的F(f，Qc)。例如室外温度选取26°C、29°C、33°C、35°C、40°C，室内温度选取 27°C、30°C、35°C，
确定在不同室外/室内温度组合下的F(f，Qe)，列表如下所示
权利要求
1.一种空调器的控制方法，其特征在于，包括获取室内温度和/或湿度、室外温度和/或湿度及用户参数； 根据所述室内温度和/或湿度、所述室外温度和/或湿度及所述用户参数计算初始热 负荷或初始冷负荷；根据所述初始热负荷或所述初始冷负荷以及预设的降温或升温速度来计算空调输出 能力；根据所述空调输出能力确定所述压缩机的频率&。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取室内温度和/或湿度、室外温度和/ 或湿度及用户参数包括通过设置于空调器室内机的室内感温探头、室内湿度探头和设置于所述空调器室外机 的室外感温探头、室外湿度探头分别获取所述室内温度和/或湿度和所述室外温度和/或 湿度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始热负荷或所述初始冷负荷包括 以下之一或任意多个的组合通过墙体、屋顶的得热量形成的初始热负荷或初始冷负荷； 窗户瞬间传导得热形成的初始热负荷或初始冷负荷； 窗户瞬间日射得热形成的初始热负荷或初始冷负荷； 内墙、楼板、顶棚和地面形成的初始热负荷或初始冷负荷； 人体显热散热形成的初始热负荷或初始冷负荷； 照明设备散热形成的初始热负荷或初始冷负荷； 空调设备散热形成的冷负荷。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在根据所述室内温度和/或 湿度、所述室外温度和/或湿度及所述用户参数计算初始热负荷或初始冷负荷之后，所述 方法还包括根据所述初始热负荷或所述初始冷负荷来修正预先估算的房间初始热负荷或房间初 始冷负荷。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述室内温度、所述室外温度及所述用户参数主要按照下式计算房间初始热负荷 或初始冷负荷Q, = KFAt，其中，所述K为传热系数，单位为W/ (m2 ·Κ)，所述F为围护结构计算面积，单位为m2，所述Δ t 为负荷温差，所述Qt表示所述房间初始热负荷或所述初始冷负荷。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述空调输出能力来确定所述压 缩机的频率fo之后，所述方法还包括根据预先存储的频率与能效之间的曲线数据，确定最佳能效比频率fEmax，通过比较fEmax 与所述fo的关系，确定压缩机的工作频率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述空调输出能力确定所述压缩机的频率之前，所述方法还包括 建立所述空调输出能力与所述压缩机的频率之间的对应关系；根据所述空调输出能力确定所述压缩机的频率包括根据所述对应关系来确定所述压 缩机的频率；在根据所述空调输出能力确定所述压缩机的频率之后，所述方法还包括 存储所述频率；在所述空调器重新启动后，选择在存储的所述频率下运行。
8.—种空调器的控制装置，其特征在于，包括获取模块，用于获取室内温度和/或湿度、室外温度和/或湿度及用户参数； 第一处理模块，用于根据所述室内温度和/或湿度、所述室外温度和/或湿度及所述用 户参数计算初始热负荷或初始冷负荷；第二处理模块，用于根据所述初始热负荷或所述初始冷负荷以及预设的降温或升温速 度来计算空调输出能力；第三处理模块，用于根据所述空调输出能力确定所述压缩机的频率。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括 存储模块，用于存储所述频率；选择模块，用于在所述空调器重新启动后，选择在存储的所述频率下运行。
10.一种空调器，其特征在于，包括权利要求8或9所述的空调器的控制装置。
全文摘要
本发明提供了一种空调器及其控制方法和装置，其中，该方法包括获取室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数；根据室内温度/湿度、室外温度/湿度及用户参数计算初始热负荷或初始冷负荷；根据初始热负荷或初始冷负荷以及预设的降温或升温速度来计算空调输出能力；根据空调输出能力确定压缩机的频率。通过本发明，能够使空调器在最佳效率的频率下工作，进而减小功耗。
文档编号F24F11/00GK102128481SQ201010000338
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者张有林, 田云, 翟丽华, 马颖江 申请人:珠海格力电器股份有限公司