温度调节系统、空调系统及控制方法
【专利摘要】本发明提供温度调节系统、空调系统及控制方法。控制装置（31）实施基于由室外温度检测器（21）检测出的外部气体温度以及时间上的前后的外部气体温度的温度差，控制自热源装置（2）流出的水（热介质）的温度的第1控制。控制装置（31）通过实施上述第1控制将室内温度调节成目标温度。
【专利说明】温度调节系统、空调系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在利用水回路将负荷装置和热源装置连接起来的空调系统中，通过由热源装置根据负荷改变水温而实现高运转效率的控制技术。
【背景技术】
[0002]以往，通常公知有一种利用热泵等热源设备生成冷热水，再用水泵向室内设备输送该冷热水而对室内进行冷暖调节的空调系统。该方式的空调系统通常是无论负荷如何都使水温为恒定地进行送水，例如在制冷时向室内设备供给16 °C的冷水，在制热时向室内设备供给35°C的热水的方式。在该方式中，在季节的间期或负荷小的情况下，在室温达到设定值时停止热源设备，或者利用三通阀停止向室内设备送水而间歇地进行运转。因此，会损伤舒适性，导致运转效率下降。
[0003]此外，在某空调系统中，带有能由安装施工者设定与外部气体温度相应的目标水温的功能。然而，若水温和负荷是一致的则没有问题，但是，根据条件要进行水温相对于负荷而言较低的能力不足的运转或水温相对于负荷而言较高的能力过剩的运转等。因此，还是会导致舒适性和运转效率的下降。
[0004]作为解决这些课题的手段，专利文献I中公开了一种控制方法，基于使用者所设定的目标室内温度和当前的室内温度的偏差对热源设备所供给的目标水温进行再设定，基于再设定的目标水温和当前的目标水温的偏差对目标水流量进行再设定。具体而言，专利文献I的空调系统包括由压缩机、减压装置及热交换器构成的制冷剂回路和能够与上述制冷剂回路进行热交换的冷热水循环回路。冷热水循环回路向室内设备供给冷热水。在该空调系统中，根据当前的室内温度与目标室内温度的偏差重新设定目标水温，改变热源设备的能力即压缩机频率，从而使水温达到目标值。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2007 - 212085号公报(图3、图4)
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]在上述那样的空调系统中，为了既确保舒适性，又实现高效率的运转，不仅需要根据负荷来改变水温，而且还需要进行抑制室内温度在负荷变化时超出设定温度或低于设定温度的水温设定，即需要根据负荷来改变水温变化幅度。例如，来考虑一下在“制热运转”中固定了设定温度时的外部气体温度低和外部气体温度高的情况下的水温变化幅度。在外部气体温度低的情况下，设定温度和外部气体温度之差大，因此，可以说用于满足设定温度的室内负荷大。此外，在外部气体温度高的情况下，设定温度和外部气体温度之差小，因此，可以说室内负荷小。例如，在从黎明到中午，外部气体温度自低的状态向高的状态变化时，负荷变小，因此，热源设备所需的能力也变小。反之，在自中午到黎明，外部气体温度自高的状态向低的状态变化时，负荷变大，因此，热源设备所需的能力变大。即，根据外部气体温度的变化，热源设备所需的能力不同。
[0010]此外，室内温度虽然会受到外部气体温度变化的影响，但是在建筑物的热容的影响下，室内的温度变化较之外部气体温度变化存在滞后现象。因此，热源设备的能力的变化滞后于负荷的变化。
[0011]即，在如专利文献I所公开的那样，仅根据设定温度和室内温度之差来改变水温的情况下，调整热源设备能力所导致的水温变化相对于伴随外部气体温度变化的负荷变化有所滞后。因此，会产生室内温度超出设定温度或者低于设定温度的情况，仍然会损伤舒适性，也会招致运转效率的下降。
[0012]本发明旨在通过根据外部气体温度变化改变热源设备的出口水温，从而实现高运转效率，而不损伤舒适性。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]本发明的温度调节系统的特征在于，
[0015]包括:
[0016]热介质回路，其用配管将热源装置、热交换装置和输送装置连接成环状，利用上述输送装置使热介质循环，上述热源装置受到控制而对流入的热介质进行加热或冷却，再使热介质流出；上述热交换装置通过使热介质在其中通过而与作为温度调节对象的调节对象进行热交换，将上述调节对象的温度调节成目标温度；上述输送装置输送热介质；
[0017]控制装置，其借助上述热源装置的控制来控制自上述热源装置流出的热介质的温度；
[0018]外部气体温度检测器，其检测外部气体温度；
[0019]上述控制装置实施基于上述外部气体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差，控制自上述热源装置流出的热介质的温度的第I控制，通过实施上述第I控制将上述调节对象的温度调节成目标温度。
[0020]发明效果
[0021]该发明根据外部气体温度变化改变热源设备的出口水温，因此，能实现空调系统的高运转效率，而不损伤舒适性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是实施方式I的空调系统I的结构图。
[0023]图2是表示由实施方式I的控制装置31进行的控制动作的流程图。
[0024]图3是表示实施方式I的室外温度和室内负荷之间的关系的曲线图。
[0025]图4是表示实施方式I的室内温度和外部气体温度的偏差，同出口水温的变化率之间的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0026]实施方式1.[0027]<空调系统结构概要>
[0028]参照图1~图4，说明实施方式I的空调系统I (温度调节系统)。[0029]图1是空调系统I的结构图。空调系统I包括水回路10 (热介质回路)和控制装置31。水回路10通过用配管将室外设备2 (热源装置)、室内设备3 (热交换装置)和水泵
11(输送装置)连接成环状而构成。
[0030](I)室外设备2是具有制冷剂回路4的热源装置。室外设备2接受控制装置31的控制而对流入的水(热介质)进行加热或冷却，再使水流出。室外设备2能够接受控制装置31的控制而调整水(热介质)的加热能力、冷却能力。
[0031](2)室内设备3设置于室内，具有室内热交换器12。室内热交换器12通过使由室外设备2加热或冷却后的水在其中通过而与室内(空调对象的空间)的空气(调节对象)进行热交换，将室内温度调节成目标温度。
[0032](3)水泵11输送例如水那样的热介质。
[0033](4)控制装置31借助室外设备2的控制对自室外设备2流出的水的温度进行控制。
[0034]此外，空调系统I包括检测配置有室外设备2的室外的温度(外部气体温度)的室外温度检测器21 (外部气体温度检测器)、检测配置有室内设备3的室内的温度(调节对象的温度)的室内温度检测器22 (调节对象温度检测器)、检测流入室外设备2 (中间热交换器9)的水的入口水温的入口水温检测器23以及检测自室外设备2 (中间热交换器9)流出的水的出口水温的出口水温检测器24。室外温度检测器21?出口水温检测器24的检测值被控制装置31读取。如图1所示，控制装置31具有存储装置33。室外温度检测器21?出口水温检测器24的检测值存储在存储装置33中。
[0035](制冷剂回路4)
[0036]制冷剂回路4将压缩机5、切换制冷剂流路的四通阀6、进行室外空气和制冷剂的热交换的室外热交换器7、作为减压装置的膨胀阀8、进行水和制冷剂的热交换的中间热交换器9连接成环状。
[0037](压缩机5)
[0038]压缩机5例如为全封闭式压缩机。压缩机5通过根据来自控制装置31的指令用变换器(inverter)改变转速来调整在制冷剂回路4中循环的制冷剂流量。通过该调整，中间热交换器9中的热交换量会发生变化，因此，能控制室外设备2的出口水温。
[0039](四通阀6)
[0040]四通阀6用于切换制冷剂回路4的流动。在不需要切换制冷剂的流动时，例如在使用制冷专用或制热专用的空调系统I时，不用切换流路。在不用切换流路时，可以没有四通阀6。
[0041](室外热交换器7)
[0042]室外热交换器7例如可以使用翅片管型热交换器。在该翅片管型热交换器的情况下，室外热交换器7具有室外风扇(未图示)。在该情况下，室外热交换器7促进自室外风扇供给来的外部气体和制冷剂之间的热交换。此外，室外热交换器7也可以是埋在地下利用地热而能够通年供给稳定的温度的热源的类型。此外，室外热交换器7也可以使用板式热交换器，例如将水、防冻溶液等用作热源。
[0043](膨胀阀8)
[0044]膨胀阀8例如使用开度可变的阀，通过调整开度尽可能减小冷凝器出口过冷却度或蒸发器出口过热度。通过该开度调整能够调整制冷剂流量，因此，能够有效利用热交换器。此外，在并列地排列多个毛细管那样的固定缩径装置的情况下，也能调整制冷剂流量。
[0045](中间热交换器9)
[0046]中间热交换器9例如使用板式热交换器。中间热交换器9进行制冷剂和水之间的热交换，向水回路10供给冷热水。此外，作为中间热交换器9，即使使用双重管式、满液式的热交换器，也能获得与板式热交换器同样的效果。
[0047](室内热交换器12) [0048]室内设备3具有室内热交换器12。室内热交换器12进行水和室内空气之间的热交换，对室内进行加热或冷却。作为室内热交换器12，例如使用散热器。利用流入散热器的水温，可以对室内进行加热或冷却。此外，室内热交换器12不限定于散热器，也可以使用风扇盘管部件、地板制热板等作为室内热交换器12。
[0049](水泵11)
[0050]水泵11向室外设备2和室内设备3供给作为热介质的水。水泵11有转速恒定的类型、利用变换器等可改变转速的类型。此外，通过组合转速恒定的水泵11和开度可变的容量控制阀并调整容量控制阀的开度，能够调整循环的水流量。
[0051]<中间热交换器9的出口水温的确定方法>
[0052]接着，说明在空调系统I中，控制装置31根据外部气体温度变化来确定中间热交换器9的“目标出口水温”的方法。作为例子，对制热的情况(下述所示的式(6))进行说明。以下所说明的控制由控制装置31来执行。此外，以下所说明的“目标出口水温的确定方法”涉及下述的第I控制。即，控制装置31通过基于式(A)的控制，使室内温度保持恒定。
[0053]Two ⑴=Two(H) + Λ Tl+ Λ T2 (A)
[0054]Two⑴:当前的出口水温；
[0055]Two (i_0:规定期间前的出口水温；
[0056]Λ Tl:由第I控制计算出的出口水温变化；
[0057]Λ Τ2:由第2控制计算出的出口水温变化；
[0058]更具体地讲，控制装置31通过同时控制第2控制(基于ΛΤ2的计算的控制)和第I控制(基于△!!的计算的控制)而使室内温度保持在大致恒定的温度，上述第2控制通过基于时间上的前后的室内温度的温度差控制自室外设备2 (中间热交换器9)流出的出口水温(Tw。⑴)，而使室内保持在大致恒定温度；上述第I控制通过基于外部气体温度和时间上的前后的外部气体温度的温度差控制自室外设备2流出的出口水温(Tw。⑴)，而使室内保持在大致恒定温度。
[0059]以下，说明基于外部气体温度的温度差的第I控制的内容。
[0060]另外，在下述内容中，(i_l)表示规定时间前，(i)表示经过规定时间后。
[0061 ] 此外，在下述内容中，入口水温Tw1、出口水温Tw。是指室外设备2(中间热交换器9)的入口水温、出口水温。
[0062]规定时间前的室内负荷，即室内和外部气体之间的热交换量Qit5H)可以由规定时间前的建筑物的热交换性能AKi。(i_m室内温度Tai (i_l5以及外部气体温度Ta。(i_n，以式(I)表不。
[0063][式I]
【权利要求】
1.一种温度调节系统，其特征在于， 该温度调节系统包括: 热介质回路，其用配管将热源装置、热交换装置和输送装置连接成环状，利用上述输送装置使热介质循环，上述热源装置受到控制而对流入的热介质进行加热或冷却，使热介质流出；上述热交换装置通过使热介质在其中通过而与作为温度调节对象的调节对象进行热交换，将上述调节对象的温度调节成目标温度；上述输送装置输送热介质； 控制装置，其借助上述热源装置的控制来控制自上述热源装置流出的热介质的温度； 外部气体温度检测器，其检测外部气体温度； 上述控制装置实施基于上述外部气体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差，控制自上述热源装置流出的热介质的温度的第I控制，通过实施上述第I控制将上述调节对象的温度调节成目标温度。
2.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于， 上述第I控制在上述外部气体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差的基础上,还使用如下(I)~(3)中的任一项: Cl)过去的时刻的上述调节对象的温度和上述外部气体温度的温度差； (2)过去的时刻的热介质流入上述热源装置的流入温度和流出上述热源装置的流出温度的温度差； (3)衡量由上述输送装置输送的热介质的流量的流量指标值的时间上的前后的流量指标值之差。
3.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于， 上述控制装置在执行上述第I控制时， 在上述外部气体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差的基础上， 还使用过去的时刻的上述调节对象的温度和上述外部气体温度的温度差， 并且还使用过去的时刻的热介质流入上述热源装置的流入温度和流出上述热源装置的流出温度的温度差。
4.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于， 上述控制装置在执行上述第I控制时， 在上述外部气体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差的基础上， 还使用过去的时刻的上述调节对象的温度和上述外部气体温度的温度差， 并且还使用衡量由上述输送装置输送的热介质的流量的流量指标值的时间上的前后的流量指标值之差。
5.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于， 上述控制装置在执行上述第I控制时， 在上述外部气体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差的基础上， 还使用过去的时刻的上述调节对象的温度和上述外部气体温度的温度差， 并且，基于时间上的前后的上述外部气体温度的温度差，同过去的时刻的上述调节对象的温度和上述外部气体温度的温度差的温度差之间的比值，控制自上述热源装置流出的热介质的温度。
6.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于，上述控制装置在执行上述第I控制时， 在上述外部气体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差的基础上， 还使用过去的时刻的热介质流入上述热源装置的流入温度和流出上述热源装置的流出温度的温度差， 并且，基于时间上的前后的上述外部气体温度的温度差，同过去的时刻的热介质流入上述热源装置的流入温度和流出上述热源装置的流出温度的温度差的温度差之间的乘积值，控制自上述热源装置流出的热介质的温度。
7.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于， 上述控制装置在执行上述第I控制时， 在上述外部气体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差的基础上， 还使用衡量由上述输送装置输送的热介质的流量的流量指标值的时间上的前后的流量指标值之差， 并且，基于时间上的前后的上述外部气体温度的温度差，同衡量由上述输送装置输送的热介质的流量的流量指标值的时间上的前后的流量指标值之差的乘积值，控制自上述热源装置流出的热介质的温度。
8.根据权利要求3所述的温度调节系统，其特征在于， 上述控制装置在执行上述第I控制时， 基于时间上的前后的上述外部气体温度的温度差同过去的时刻的上述调节对象的温度和上述外部气体温度的温度差的温度差之间的比值，乘以过去的时刻的热介质流入上述热源装置的流入温度和流出上述热源装置的流出温度的温度差所得的值，控制自上述热源装置流出的热介质的温度。
9.根据权利要求4所述的温度调节系统，其特征在于， 上述控制装置在执行上述第I控制时， 基于时间上的前后的上述外部气体温度的温度差同过去的时刻的上述调节对象的温度和上述外部气体温度的温度差的温度差之间的比值，乘以衡量由上述输送装置输送的热介质的流量的流量指标值的时间上的前后的流量指标值之差所得的值，控制自上述热源装置流出的热介质的温度。
10.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于， 上述温度调节系统还具有检测上述调节对象的温度的调节对象温度检测器； 上述控制装置实施基于由上述调节对象温度检测器检测出的上述调节对象的温度，控制自上述热源装置流出的热介质的温度的第2控制，使用上述第I控制和上述第2控制将上述调节对象的温度调节成目标温度。
11.根据权利要求10所述的温度调节系统，其特征在于， 上述控制装置在通过执行上述第2控制而判断为上述调节对象的温度保持在大致恒定温度时，也执行上述第I控制。
12.根据权利要求10所述的温度调节系统，其特征在于， 上述控制装置周期性地执行用于上述第I控制的第I运算和用于上述第2控制的第2运算； 上述第I运算的周期和上述第2运算的周期不同。
13.根据权利要求1所述的温度调节系统，其特征在于， 上述温度调节系统使用热泵装置作为上述热源装置。
14.根据权利要求13所述的温度调节系统，其特征在于， 上述热泵装置能够进行除霜运转； 上述控制装置将上述热泵装置的除霜运转中的期间度和从除霜运转切换至正常运转为止的规定期间内的外部气体温度，从用于上述第I控制的外部气体温度中排除。
15.—种空调系统，其特征在于， 该空调系统通过使用上述权利要求1~权利要求14中任一项所述的温度调节系统，以室内空气为上述调节对象利用上述热交换装置进行空调。
16.一种控制温度调节系统的控制方法， 该温度调节系统包括: 热介质回路，其用配管将热源装置、热交换装置和输送装置连接成环状，利用上述输送装置使热介质循环，上述热源装置接受控制而对流入的热介质进行加热或冷却，使热介质流出；上述热交换装置通过使热介质在其中通过而与作为温度调节对象的调节对象进行热交换，从而调节上述调节对象的温度；上述输送装置输送热介质； 外部气体温度检测器，其检测外部气体温度； 其特征在于， 控制装置实施基于上述外部气·体温度以及时间上的前后的上述外部气体温度的温度差，控制自上述热源装置流出的热介质的温度的第I控制，通过实施上述第I控制将上述调节对象的温度调节成目标温度。
【文档编号】F24F11/02GK103597290SQ201180071265
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2011年5月31日 优先权日:2011年5月31日
【发明者】加藤央平, 松泽耕司 申请人:三菱电机株式会社