中央空调热平衡节能系统的制作方法

本发明涉及一种中央空调，特别是涉及一种中央空调热平衡节能系统。

背景技术：

空调及热泵系统正被广泛的用来为建筑供暖和制冷，人们意识到，传统中央空调特别是在夏天制冷剂时，大量无用的冷凝热直接排放到环境中，中央空调系统的废热回收尚未得到充分的利用。另一方面，在酒店、医院等建筑中需要大量生活热水，需要额外配备电或燃气锅炉整天运行，因此在能源收支平衡中热损失占了很大一部分。如果利用中央空调产生的废热来制取生活热水，将是一个节能的好办法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种中央空调热平衡节能系统，该节能系统能够在中央空调制冷状况下对废热进行回收利用，加热生活用水，满足酒店、医院、会所、老年公寓、运动馆等场所的热水需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种中央空调热平衡节能系统，在中央空调主机外设置有冷冻水回路、热回路和热平衡节能装置，所述冷冻水回路包括冷冻水回路循环泵，在冷冻水回路循环泵的驱动下，流回中央空调主机的房间末端冷冻水进入热平衡节能装置中发生热交换，释放其热量后流回中央空调主机；所述热回路包括热回路循环泵和板式换热器，在热回路循环泵的驱动下，来自热水系统中的热水进入热平衡节能装置，在热平衡节能装置中发生热交换，吸收冷冻水回路释放的热量后进入板式换热器，在板式换热器中再次发生热交换，将热量传递给生活热水。

进一步，所述热平衡节能装置包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，低压液态制冷剂在压缩机的驱动下，通过节流阀后在蒸发器中与从房间末端流出的冷冻水进行热交换，低压液态制冷剂在蒸发器中蒸发成气体，带走冷冻水中的热量，使冷冻水的温度降低；低温低压的制冷剂气体经过压缩机，在压缩机的压缩下变成高温高压气体，然后制冷剂气体通过冷凝器与生活热水进行热交换，冷凝成中温液体，冷凝过程中释放大量热量给生活热水，然后进行下一次制冷循环。

进一步，还包括监测与控制模块，所述监测与控制模块包括监测装置和控制柜，所述控制柜定时发送控制命令给监测装置，监测装置采集一次现场数据，并将数据封装、打包后发送到云数据中心。

进一步，还包括冷冻水温差控制模块，所述热平衡节能装置与中央空调主机之间设置有冷冻水泵，所述冷冻水泵为变频水泵；所述冷冻水温差控制模块包括温度传感器、PC和PLC及其扩展模块，PLC及其扩展模块通过温度传感器采集到冷冻水回路中的进水和出水温度，并进行A/D转换，PLC及其扩展模块将转换之后的参数发送到PC，PC中内置模糊控制算法，模糊控制算法通过将参数进行模糊化、模糊推理后得出PLC及其扩展模块中PID控制算法所需的Kp、Ti、Td三个参数，然后将Kp、Ti、Td发送给PLC及其扩展模块，PLC及其扩展模块中内置PID控制算法，根据Kp、Ti、Td计算出输出控制信号给冷冻水泵变频器，调节冷冻水泵的转速。

本发明的有益效果在于：

1、本发明在中央空调主机外增加了热平衡节能装置来对制冷工况下中央空调产生的废热进行回收利用，使中央空调系统的废热得到充分利用，解决了能源浪费问题，同时还满足了酒店、医院、会所、老年公寓、运动馆等安装有中央空调场所的热水需求。

2、通常，中央空调主机出现故障时，都是售后工作人员上门进行维修，用户不能拆开主机，本发明是在现有中央空调的基础上，在主机外增加的节能系统，在进行安装和维修时不需要拆开主机，安装和维修方便。

3、本发明在热回路中增加了板式换热器，板式换热器可以起到将空调系统中的热水与生活热水隔离，防止生活热水杯污染。

附图说明

图1为本发明中央空调热平衡节能系统的结构原理图。

图2为本发明热平衡节能装置的结构原理图。

图3为本发明监测与控制模块的结构原理图。

图4为本发明冷冻水温差控制模块的结构原理图。

图5为本发明模糊PID控制逻辑结构图。

图中，1—热平衡节能装置；2—冷冻水回路循环泵；3—热回路循环泵；4—冷冻水泵；5—板式换热器；6—流量计；7—温度变送器；11—压缩机；12—节流阀；13—蒸发器；14—冷凝器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的中央空调热平衡节能系统，在中央空调主机外设置有冷冻水回路、热回路和热平衡节能装置1，其中，冷冻水回路包括冷冻水回路循环泵2，在冷冻水回路循环泵2的驱动下，流回中央空调主机的房间末端冷冻水(通常温度在12℃左右)进入热平衡节能装置1中发生热交换，释放其热量后流回中央空调主机；热回路包括热回路循环泵3和板式换热器5，在热回路循环泵3的驱动下，来自热水系统中的热水(通常温度在50℃)进入热平衡节能装置1，在热平衡节能装置1中发生热交换，吸收冷冻水回路释放的热量后(温度可升高到55℃)进入板式换热器5，在板式换热器5中再次发生热交换，将热量传递给生活热水。其中，板式换热器5可以使热回路中的热水与生活热水隔离，防止热水被污染。

如图2所示，本发明的热平衡节能装置的作用是进行热交换，将房间末端返回冷冻水中的热量回收，用于加热生活热水。热平衡节能装置可以采用现有的空调热交换器，也可以采用本实施例的热平衡节能装置，具体包括压缩机11、冷凝器14、节流阀12和蒸发器13，工作时，首先低压液态制冷剂在压缩机11的驱动下，通过节流阀12后在蒸发器13中与从房间末端流出的12℃冷冻水进行热交换，由于节流阀12的作用，低压液态制冷剂在蒸发器13中蒸发成气体，带走冷冻水中的热量，使冷冻水的温度降低；低温低压的制冷剂气体经过压缩机11，在压缩机11的压缩下变成高温高压气体，然后制冷剂气体通过冷凝器14与生活热水进行热交换，冷凝成中温液体，冷凝过程中释放大量热量给生活热水，然后进行下一次制冷循环。这样，通过热平衡节能装置中的压缩机11做功，即可将冷冻水中的热量传递给生活热水。

为了对改造后中央空调取得的节能效果以及经济性能进行分析，本发明还包括监测与控制模块，监测与控制模块用于采集热平衡节能装置、空调冷冻水系统和生活热水加热系统中的温度、流量、用电量等数据，通过TCP/IP体系协议将数据发送到云数据中心，系统的管理者和操作者可随时随地通过web页面访问与管理整个系统。监测与控制模块结构如图3所示，包括监测装置和控制柜，控制柜每隔60秒发送控制命令给监测装置，监测装置采集一次现场数据，并将数据封装、打包后发送到云数据中心，云数据中心接收到数据后通过智能控制算法计算出系统运行最佳方案数据，并将该方案数据返回给监测与控制模块，通过控制柜控制系统运行来实现最佳节能效果和经济性能。

本实施例的监测装置包括电表、温度变送器7和流量计6，其中，电表用于采集系统耗电量，具体实施时，可在各耗电元件所在回路中安装电表，然后再通过集中器将总耗电量发送到云数据中心；温度变送器7和流量计6分别用于采集温度和用水量，具体实施时，可在冷冻水回路、热回路以及热水回路中分别安装温度变送器7和流量计6(参见图1)。

在本发明中，如何解决冷冻水系统当中“大流量小温差”的问题是提高热平衡节能装置节能效果与经济性能的关键。本发明在热平衡节能装置与中央空调主机之间设置有冷冻水泵，冷冻水泵采用变频水泵；在大量的现场调研发现，在制冷季时，中央空调主机出水温度稳定在7℃左右，由于冷冻水泵4转速不合理，导致冷冻水经过末端风机盘管后流回主机的温度只有9-10℃，过低的冷冻水温差使热平衡节能装置不能发挥理想的效果，本发明中使用模糊PID控制算法，在满足末端对冷负荷的需求下，调节冷冻水泵转速，使冷冻水系统进回水温差达到5℃，具体方案是在系统中安装冷冻水温差控制模块，如图4所示，冷冻水温差控制模块包括温度传感器、PC和PLC及其扩展模块，PLC及其扩展模块通过温度传感器采集到冷冻水回路中的进水和出水温度，并进行A/D转换，PLC及其扩展模块将转换之后的参数发送到PC，PC中内置模糊控制算法，模糊控制算法通过将参数进行模糊化、模糊推理后得出PLC及其扩展模块中PID控制算法所需的Kp、Ti、Td三个参数，然后将Kp、Ti、Td发送给PLC及其扩展模块，PLC及其扩展模块中内置PID控制算法，根据Kp、Ti、Td计算出输出控制信号给冷冻水泵变频器，调节冷冻水泵的转速。

具体的，所述PLC及其扩展模块中内置PID控制算法为：

其中u(t)为输出，Kp为比例控制参数，Ti为积分时间参数，Td为微分时间参数，e(t)为输入。

具体的，PC内置的模糊控制算法采用两输入三输出的方式，以中央空调水系统当中实测温度与设定值的偏差el和偏差变化率ecl作为输入，Kp、Ti、Td作为输出，如图5所示，所述el取其语言变量为E1，选定E1的论域为{-6，-4，-2，0，2，4，6}，设立7个模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其对于实际意义为设定值与实测值偏差“相当高”、“比较高”、“略高”、“正好”、“略低”、“比较低”、“相当低”。

所述偏差变化率ecl，取其语言变量为EC1,选定EC1的论域为{-6，-4，-2，0，2，4，6}，设立7个模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其对于实际意义为设定值与实测值偏差“快速上升”、“较快上升”、“略上升”、“不变”、“略下降”、“较快下降”、“快速下降”。

选择三角函数描述E1和EC1模糊子集的隶属度函数u(x)为：

根据PID参数整定原则，制定一组由7×7＝49条模糊语句构成的控制规则：

If(E1 is PB)and(EC1 is PM)then(Kp is NB)(Kp is PB)(Kp is PS)；

If(E1 is PB)and(EC1 is PS)then(Kp is NM)(Kp is PM)(Kp is PS)；

If(E1 is PB)and(EC1 is ZO)then(Kp is NM)(Kp is PM)(Kp is PM)；

If(E1 is PB)and(EC1 is NS)then(Kp is NM)(Kp is PS)(Kp is PM)；

If(E1 is PB)and(EC1 is NM)then(Kp is ZO)(Kp is ZO)(Kp is PM)；

If(E1 is PB)and(EC1 is NB)then(Kp is ZO)(Kp is ZO)(Kp is PB)；

……

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。