空调系统的控制方法及空调系统与流程

本发明涉及中央空调技术领域，具体涉及一种空调系统的控制方法及一种空调系统。

背景技术：

中央空调在建筑中的应用日趋普及，从而导致近年来建筑能耗不断攀升，在发达国家和地区，建筑能耗占社会总能耗的30％以上，而中央空调系统又是建筑中的“耗能大户”。造成空调能耗居高不下的主要原因是空调系统没有可靠的控制策略和自动识别控制，所有工程的设计均是采用全负荷的设计方法和配置设备，以满足系统在全负荷工况下运行所需的冷(热)量和风量的要求。然而，在实际运行的过程中，由于受气候和公共建筑中各种具体情况变化的影响，系统大部分时间都运行在变化的部分负荷工况下。因此，可靠的自动控制是空调系统适应在各种部分负荷工况下仍然能正常且节能运行的保证。

根据调查，目前城市轨道交通工程和其它公共建筑空调系统的自动控制系统水平差别较大，有些系统年代较为久远，仍停留在人工操作阶段，有些基本可以实现主机和辅助设备的连锁启动，但对各个设备运行参数没有相应的监控措施，变工况运行时没有相应的调节手段。近年来有些项目空调系统即使安装了较为完善的自动控制相关硬件，但由于控制策略的不当、控制方法的不足或是多专业和系统协同操作得不到落实，最终运营还是回归手动操作，不能实现工况自动转换和节能运行，室内环境也难以得到保证。另外冷暖的感觉是能够被人们首先感知，在过渡季节和冬季室外温度较低、室内负荷较小状态下，减小送风量容易造成新风量不足，可能使室内空气品质恶化。

尽管目前我国城市轨道交通运营里程已超3000公里，地铁车站几千座，但空调末端还没有真正的实现自动运行管理先例，手动管理是主要方式，部分参考设置的自动采集的温湿度数据作为人工判断，仍不能实现节能运行。

技术实现要素：

本发明实施例涉及一种空调系统的控制方法及一种空调系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种空调系统的控制方法，当系统需求的运行总风量不大于系统的最小设计总风量时，按所述最小设计总风量运行；

当系统需求的运行总风量大于系统的最小设计总风量时，所述方法包括：

获取室内实际需要的通风量f1和回风量f2；

在送风道上选取阻力特性系数恒定的管段d1，将所述f1换算成所述d1所对应的静压差值t1；获取送风道的管内与出口之间的压差数据，并与所述t1比较，以指导送风道的实际送风量；

在回排风道上选取阻力特性系数恒定的管段d2，将所述f2换算成所述d2所对应的静压差值t2；获取回排风道的管内与入口之间的压差数据，并与所述t2比较，以指导回排风道的实际回排风量。

作为实施例之一，所述f1与所述f2的获取方法为：获取回排风的温度数据，与室内设计温度进行比较，根据比较差值，按能量需求计算得到所述f1与所述f2。

作为实施例之一，当系统需求的运行总风量大于系统的最小设计总风量时，根据送风道内的送风温度数据调节冷冻水供回水管上的平衡阀的开度，以保持送风温度恒定；当系统需求的运行总风量不大于系统的最小设计总风量时，根据回排风的温度数据调节冷冻水供回水管上的平衡阀的开度，以满足室内负荷需求。

作为实施例之一，获取新风的温湿度数据，计算室外新风焓值h1并与室内设计回风点回风焓值h2进行比较，当h1＞h2时，所述回排风道内的回排风至少部分与新风混合后送入室内；当h1＜h2且室外新风温度大于系统送风点温度时，系统采用全新风运行方式，所述回排风道内的回排风均排入排风道内。

作为实施例之一，所述新风道包括一新风主管和两新风支管，两所述新风支管出口端均设有新风阀且均与混风箱连通，所述新风主管内设有温度传感器，其中一所述新风支管内设有新风机，所述回排风道连接有回风道和排风道，所述回风道上设有回风阀，所述排风道上设有排风阀。

作为实施例之一，当h1＞h2时，所述新风机运行且对应的所述新风支管上的新风阀开启，另一所述新风支管上的新风阀关闭，所述排风阀关闭，所述回风阀开启；当h1＜h2且室外新风温度大于系统送风点温度时，两所述新风阀均开启，所述新风机停止运行，所述排风阀开启，所述回风阀关闭。

作为实施例之一，将所述h1与室内设计送风点送风焓值h3进行比较，当h1＜h3或所述新风主管内的所述温度传感器的干球温度＜15℃时，两所述新风阀均开启，所述新风机停止运行，所述排风阀开启，所述回风阀关闭，所述空调系统的送风冷却机构停止运行。

作为实施例之一，获取回排风的co2浓度数据c1，并与室内设计co2浓度安全阈值进行比较c0，当c1＞c0时，提高系统的总送风量，至c1小于c0后，回复原参数运行。

本发明实施例涉及一种空调系统，包括送风道、回排风道和新风道，所述送风道上设有送风机及空气处理机构，所述回排风道上设有回排风机，所述新风道与所述送风道入口端连通，所述送风道及所述回排风道均具有至少一段阻力特性系数恒定的管段，所述送风道及所述回排风道上均设有压差传感器及温度传感器，每一所述压差传感器具有用于与室内连通的第一压力接口和连接于对应的风道上的第二压力接口；该空调系统还包括中央控制器、第一比较器和第二比较器，所述送风道上的所述压差传感器与所述第一比较器电连接，所述回排风道上的所述压差传感器与所述第二比较器电连接，所述第一比较器、所述第二比较器、两所述温度传感器、所述送风机及所述回排风机均与所述中央控制器电连接。

作为实施例之一，该空调系统还包括第三比较器；所述新风道内设有温湿度传感器，所述回排风道入口处设有回风焓值变送器，所述回风焓值变送器与所述第三比较器电连接，所述温湿度传感器及所述第三比较器均与所述中央控制器电连接。

本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明选取现场管段阻力特性系数不会发生改变的管段，并通过调试获取真实数据进入数据库，再形成该系统风量在该管段的静压差公式，做为后面前反馈调节方式的计算依据，能快速接近目标值完成调节，避免了漫长的反复比较、反馈等操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一提供的空调系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的空调系统风机控制的流程示意图；

图3为本发明实施例二提供的空调系统水阀控制的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种空调系统，可用于城市轨道交通工程及其它建筑物中，其包括送风道1、回排风道2和新风道3，所述新风道3与所述送风道1入口端连通，送风道1出口端则位于建筑物室内，回排风道2入口端位于建筑物室内，送风道1上设有送风机8及空气处理机构，回排风道2上设有回排风机26。一般地，上述空气处理机构包括混风箱5、过滤器6和表冷器7，所述混风箱5、所述过滤器6、所述表冷器7及所述送风机8沿空气流通方向依次设置，所述表冷器7连接有冷冻水供回水管路9，该冷冻水供回水管路9上设有平衡阀25，一般地，该冷冻水供回水管路9包括冷冻水供水管901和冷冻水回水管902，上述平衡阀25设于所述冷冻水回水管902上；该空气处理机构进一步还包括消声器10，该消声器10位于送风机8与送风道1出口端之间。上述空气处理机构的连接结构、安装关系等均是本领域常规技术，本领域技术人员根据现有技术是易于确知的，此处不再赘述。进一步地，如图，所述回排风道2出口端连接有回风道和排风道4，所述回排风道2上设有回排风阀17，所述回风道上设有回风阀21，所述排风道4上设有排风阀22，所述回风道与所述混风箱5连通。送风道1上设有送风阀16。

进一步优化该空调系统的结构，如图，所述新风道3包括一新风主管301和两新风支管302，两所述新风支管302出口端均设有新风阀18且均与所述混风箱5连通，其中一所述新风支管302内设有新风机23。通过该结构的新风道3，可实现本空调系统的全新风运行模式和小新风运行模式，全新风运行模式下，两个新风支管302均开启，保证新风供应量，小新风运行模式下，设有新风机23的新风支管302开启而另一新风支管302关闭，以控制新风供应量；设有新风机23的新风支管302的管径优选为小于另一新风支管302的管径，二者的管径之比在1:2～2:3之间，可获得较好的新风调节比例，保证空调系统的稳定运行。

一般地，上述送风机8、回排风机26及新风机23均优选为采用变频控制方式，即各风机均连接有变频器。

如图，本空调系统还包括中央控制器，用于实现对系统的自动化控制，上述的送风阀16、回排风阀17、回风阀21、排风阀22、新风阀18、平衡阀25、新风机23的工作电路、送风机8的工作电路及所述回排风机26的工作电路均与该中央控制器电连接，这些元件及电路与中央控制器的电连接结构是本领域技术人员根据现有技术易于确知的，此处不再赘述。上述的送风变频器19、回排风变频器20及新风变频器24均与该中央控制器电连接。

进一步地，所述送风道1及所述回排风道2均具有至少一段阻力特性系数恒定的管段，如图1，所述送风道1及所述回排风道2上均设有压差传感器11及温度传感器(或温湿度传感器)12，每一所述压差传感器11具有用于与室内连通的第一压力接口和连接于对应的风道上的第二压力接口。优选地，该空调系统还包括第一比较器31和第二比较器32，送风道1上的压差传感器11与该第一比较器31电连接，回排风道2上的压差传感器11与该第二比较器32电连接，第一比较器31、第二比较器32、两所述温度传感器12、所述均与所述中央控制器电连接。上述的第一比较器31、第二比较器32用于将阻力特性系数恒定的管段所换算的静压差值与相应风道上的压差传感器11的信号数据进行比较，以便于中央控制器控制该风道的风流量。

进一步地，该空调系统还包括第三比较器33；所述新风道3内设有温湿度传感器14，所述回排风道2入口处设有回风焓值变送器，所述回风焓值变送器与所述第三比较器33电连接，所述温湿度传感器及所述第三比较器33均与所述中央控制器电连接。对于上述的设有新风支管302的新风道3，该温湿度传感器14优选为设置于新风主管301内。上述的第三比较器33用于将室外新风焓值并与室内设计回风点回风焓值进行比较，其中，该室外新风焓值可根据新风道3上设置的温湿度传感器14检测的数据计算得到。进一步地，可在新风道3内设置新风焓值变送器，该新风焓值变送器与中央控制器电连接，通过该新风焓值变送器检测新风焓值，并与上述通过新风道3上设置的温湿度传感器14检测的数据计算得到的新风焓值比较，在二者相差较大时，可报警，以避免参数错误而导致系统错误运行。

本实施例中，优选为将上述的第一比较器31、第二比较器32、第三比较器33与中央控制器集成在一个控制柜中。上述中央控制器优选为采用plc。本实施例提供的空调系统既能完全独立自动调节运行，不受其它系统的限制与影响；同时可与上位集中监控平台通过以太网等进行连接，可通过bacnet/ip协议进行数据的传输。该空调系统具有远程接管、本地手动、本地自动三种调节模式，具有工频模式、变频模式两种控制回路，具有远程操作、本柜操作、现场操作三种启停操作方式；该控制柜进一步还具有火灾信号接口。进一步地，该控制柜可记录各风机的运行电量和运行时间，并将计量数据传送给集中监控平台，由集中监控平台进行统计分析，并生产数据报表，以指导本空调系统的节能控制操作。进一步地，该控制柜可对运行过程中各设备的故障及系统的保护发生的具体时间进行记录，并在控制柜上设置有故障指示灯，当设备发生故障时，系统会自动点亮故障指示灯，提示操作人员排除故障。

进一步地，所述回排风道2上设有co2浓度传感器13，所述co2浓度传感器13与所述中央控制器电连接。通过该co2浓度传感器13检测室内co2浓度，当风量减小到一定程度引起室内co2浓度超标，其反馈信息至中央控制器，中央控制器可采用提高系统的总送风量等方式使室内co2浓度低至一定的安全值。上述方式使得本发明提供的空调系统具有在co2浓度高时自动保护功能，提高室内空气质量。另外，还可设置压差传感器15对过滤器6进出口两侧压差进行监控，以保证过滤器6的正常稳定运行。

需要说明的是，上述空调系统运行过程中涉及的自动化控制可采用现有常用的自动化控制方式，无需另外编程。

实施例二

本发明实施例提供一种空调系统的控制方法，可用于上述实施例一所提供的空调系统中以控制其运行，实现空调系统的自动控制。

本实施例提供的空调系统的控制方法主要涉及风机控制和水阀(主要指空调系统表冷器7冷冻水电动阀)控制两方面，其中：

风机控制是通过对系统各种工艺参数及设备参数的采集，计算并记录系统的输出能量趋势序列，结合系统特性、循环周期、历史负荷数据等推理预测未来时刻系统的负荷，从而确定空调系统的总送风量大小，再根据空调系统回风温度及该回风温度与系统设计回风温度的比较结果确定空调系统的送风量的比例，从而实现空调系统的送风机8的变频装置频率控制，而回排风机26采用跟随系统送风机8相适应的风量(频率)运行，以维持调节区域(公共区、室内等)环境的正压；

对于表冷器7冷冻水电动阀的控制分2个阶段，当系统需求的运行总风量在最小设计总风量以上时，系统运行总风量根据室内需要采用变风量运行方式，此时保证送风温度恒定；当系统需求的运行总风量在最小总风量时，根据回风温度来调节表冷器7的供水量以满足室内负荷需求。

具体地，上述方法包括如下方面：

(1)如图，当系统需求的运行总风量大于系统的最小设计总风量时，该方法包括：

获取室内实际需要的通风量f1和回风量f2；优选地，该f1与f2的获取方法为：获取回排风的温度数据(可通过获取回排风道2上的温度传感器或温湿度传感器12的数据实现)，与室内设计温度进行比较，根据比较差值，按能量需求计算得到所述f1与所述f2；具体地，可根据热学公式q＝cm△t计算出室内实际需要的通风量f1和f2；

在送风道1上选取阻力特性系数恒定的管段d1(例如，地铁空调系统管网的阻力特性系数是因阀门调节、共用风道中其它系统的影响等而发生改变)，将所述f1换算成所述d1所对应的静压差值t1(具体可根据风机性能曲线与管网阻力曲线，确定风量对应的静压值，这是本领域技术人员易于确定的，此处从略)；获取送风道1的管内与出口之间的压差数据(可通过获取送风道1上的压差传感器11的数据实现)，并与所述t1比较，以指导送风道1的实际送风量；

在回排风道2上选取阻力特性系数恒定的管段d2，将所述f2换算成所述d2所对应的静压差值t2；获取回排风道2的管内与入口之间的压差数据(可通过获取回排风道2上的压差传感器11的数据实现)，并与所述t2比较，以指导回排风道2的实际回排风量。

上述方法中，指导送风道1的实际送风量的方式可以为：通过控制器控制送风机8的变频装置，以控制送风机8的送风量，使得送风道1上的压差传感器11的信号数据与上述的t1尽量接近。指导回排风道2的实际回排风量的方式相同，不再赘述。通过以上操作可使送风机8和回排风机26的变频调节在一个设定的周期内能保证室内温度维持在设定需求值范围内，随后自动进入下一个循环周期。

上述方法的主要优点是根据选取现场管段阻力特性系数不会发生改变的管段，并通过调试获取真实数据进入数据库，再形成该系统风量在该管段的静压差公式，做为后面前反馈调节方式的计算依据，能快速接近目标值完成调节，避免了漫长的反复比较、反馈等操作。

(2)当系统需求的运行总风量不大于系统的最小设计总风量时，按最小设计总风量运行，此时，送风机8的变频装置采用相应的频率工作，回排风机26的变频装置跟随送风机8采用相适应的频率运行。

进一步优化上述方法，对应于上述控制方式，表冷器7冷冻水电动阀的控制过程如下：当系统需求的运行总风量大于系统的最小设计总风量时，根据送风道1内的送风温度数据(可通过送风道1上的温度传感器或温湿度传感器12获取数据)调节冷冻水供回水管上的平衡阀25的开度，以保持送风温度恒定；当系统需求的运行总风量不大于系统的最小设计总风量时，根据回排风的温度数据(可通过回排风道2上的温度传感器或温湿度传感器12获取数据)调节冷冻水供回水管上的平衡阀25的开度，以满足室内负荷需求。

进一步优化上述方法，除涉及到上述的风机控制和表冷器7冷冻水电动阀控制外，在空调系统的实际运行中，还涉及到如下各工况方面的自动控制：

(1)基于上述实施例一所提供的空调系统，获取新风的温湿度数据(可通过安装在新风道3上的温湿度传感器14获取数据)，计算室外新风焓值h1并与室内设计回风点回风焓值h2(即室内设计回风点的设计回风焓值)进行比较，当h1＞h2时，采用小新风运行方式，所述回排风道2内的回排风至少部分与新风混合后送入室内；当h1＜h2且室外新风温度大于系统送风点温度时，系统采用全新风运行方式，所述回排风道2内的回排风均排入排风道4内。本实施例中，优选地，上述小新风运行方式为：新风机23运行且对应的新风支管302上的新风阀18开启，另一新风支管302上的新风阀18关闭，排风阀22关闭，回风阀21开启，回风与小新风混合后并经处理后送入室内。而全新风运行方式为：两新风阀18均开启，新风机23停止运行，排风阀22开启，回风阀21关闭，回排风直接排入排风道4内，室外新风经处理后送入室内。

(2)基于上述实施例一所提供的空调系统，获取新风的温湿度数据(可通过安装在新风道3上的温湿度传感器14获取数据)，计算室外新风焓值h1，将所述h1与室内设计送风点送风焓值h3(即室内设计送风点的设计送风焓值)进行比较，当h1＜h3或新风主管301内的温度传感器或温湿度传感器14的干球温度＜15℃时，采用全新风运行方式，该全新风运行方式此处不再赘述，室外新风不经冷却处理，利用空调器(仍包括过滤处理、消声处理等)直接送入室内。

(3)冬季室外新风低于一定温度(如5℃)时，回风阀21和排风阀22则部分开启，回风与室外新风混合后，送入室内，以提高冬季通风的舒适性。

(4)获取回排风的co2浓度数据c1(可通过安装在回排风道2上的co2浓度传感器13获取数据)，并与室内设计co2浓度安全阈值进行比较c0，当c1＞c0时(如风量减小到一定程度引起室内co2浓度超标)，优先采用提高系统的总送风量的方式，至c1小于c0后，回复原参数运行，也即至室内co2浓度低至一定的安全值时，回归原来的空调系统控制方式。上述方式使得本发明提供的空调系统具有在co2浓度高时自动保护功能，提高室内空气质量。

(5)火灾工况下，接受上级命令执行相应设备的启闭。

上述各工况下，室内多余空气可从口部正压渗出，以保证室内空气品质；上述口部包括通风口、排风口等与外界相通的通风部位。

以上室外空气参数、室内co2浓度、温度数据可利用建筑物bas系统常规设置而采集的数据，同时本系统也设置有一组室外空气参数和多组风管温湿度采集装置，可与来自bas系统数据进行对比和发出提醒，以判断采集装置的可靠性，避免因采集数据的不准确而导致不能实际应用。

与常规措施相比，本发明通过实时监测室内外空气参数和室内空气质量，针对上述的各个不同工况，系统可实时自动选择运行模式、新风比例和送/回风量，调节表冷器7供回水量，实现空气质量、室内温湿度、系统能耗三者最优控制的空调系统的运行控制，可解决现有空调系统不能自动选择工况和运行能耗高的弊端，可以在地铁车站空调系统或大型公建空调系统设计中进行推广、借鉴和应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。