专利名称：中央空调节电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及空调系统。
背景技术：
现有技术中央空调系统主要由冷冻水循环系统、冷却7JC^环系统及 主机三部分组成。
冷冻水循环系统由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。从主机 蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道(出水)，进入 室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器(回水)。 室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。
冷却水循环部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。 冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，带走室内大量的热能。该热能 通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后 的冷却水压入冷却水塔(出水)，使之与大气进行热交换，降低温度后 再送回主机冷凝器(回水)。
主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒(制冷剂)等组成，其
工作循环过程如下
首先，低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液 体。在冷凝过程中冷媒释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却 水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。
随后，冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置 时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发 器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最终， 蒸发器中气化后的冷媒又变成低压气体，重新进入压缩机，如此循环往 复。
经长期实践，发明人发现，现有技术中央空调系统在设计时，冷冻
泵、冷却泵的电机容量是根据建筑物的最大设计冷负荷选定的，都留有 一定设计余量。由于四季气候及昼夜温差变化，中央空调工作时的冷负
荷总是不断变化。图l和2为一建筑物中中央空调分别在一年和一天中 的实测冷负荷情况，如图所示，该中央空调一年中负荷率在50%以下的 时间超过了全部运4亍时间的50%。工频供电下的水泵始终全速运4亍，管 道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，从而产生大量的节流及 回流损失，同时也增加电机的负荷。
通常冷却水管路的设计温差为5~6匸，而实际应用表明大部分时间 里冷却水管路的温差仅为2 ~ 4x:，这说明实际情况下水泵的转速不适当 地过大，这样就形成中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况，从 而增加管路系统的能量损失，白白消耗许多电能。
中央空调水泵电机的耗电量约占系统总耗电量的20-30%,因此降低 非满负荷工况下的水泵输出流量具有很重要的节能意义。
发明内容
为解决现有技术空调系统在一些时间内负荷率低而造成电能浪费 的技术问题，本发明提供一种节能的中央空调节电装置和空调系统。
为解决上述技术问题而提供的本发明技术方案是提供一种中央空 调节电装置，包括温度检测单元，用于检测空调7jc循环系统进水点和 出水点的温度；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信 号控制所述水循环系统中水泵电机的运转频率；中央处理单元，用于接 收、处理以;5UL送信号，包括接收所述温度检测单元得到的所述进水点 和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实 际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定 温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。
为解决上述技术问题而采用另一本发明技术方案 一种空调系统， 包括冷冻7jc循环系统、冷却水循环系统、主机以及中央空调节电装置， 所述中央空调节电装置包括温度检测单元，用于分别检测所述冷冻水、 冷却水循环系统进水点和出水点的温度；变频处理单元，用于接收变频
信号，并依据所述变频信号控制所述冷冻水、冷却7JC循环系统中水泵电
机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以AJL送信号，包括接 收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进 水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计 算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述 变频信号到所述变频处理单元。
以上技术方案可以看出，区别于现有技术空调系统中的供水流量只 能通过阀门或回流方式调节的方式，本发明通过中央空调节电装置对水 循环系统管路的温度差进行检测，得到空调系统的负荷情况并对其进行 控制，从而实现节能的目的。具体上，是在水循环系统管路的实际温度 差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差 的变频信号，即将水泵运转频率调整到足以使后续的水循环系统管路的 温度差达到设定数值的变频信号。在实际温度差调节为所述设定温度差 后，在不影响空调系统制冷效果的同时7JC循环系统的水泵运转频率可比 原先低，实现有效节能的目的。
图l是现有技术一建筑物中中央空调在一年中的实测冷负荷情况示 意图2是图1中中央空调分别在一天中的实测冷负荷情况示意图3是本发明空调系统实施方式的原理框图4是本发明中央空调节电装置实施方式的原理框图。
具体实施例方式
由流体力学理论可知，大部分流体传输设备(如离心式水泵、风机 等)的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P (扬程)与其转速n 的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可
表示为
Q = Kl x n
P = K2 x n2
N = Qxp = K3xn3 (Kl、 K2 、 K3为比例常数) 由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更
多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz,则理论上，低频40Hz与高
频50Hz的输出功率之比为(40/50) 3=0. 512 。
由于通常冷却水循环系统中的管路i殳计温差为5 ~ 6 x:，而实际应用
表明大部分时间里冷却水循环系统中的管路温差仅为2 ~ 4。C ，本发明由 此着手，在空调系统低负荷时降低水泵的转速，使水循环系统中的管路 温差达到设计温度差，实现节能的目的。发明人经长期实践证明，在空 调系统中接入本发明中央空调节电装置，在空调系统低负荷时利用变频 技术降低水泵转速来降低管道中的流量，以取代现有技术阀门调节及回
流方式，能取得明显的节能效果，节电率比较高。同时中央空调节电装 置本身具有的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳
调节，并可延长机组及管组的使用寿命。以下结合附图详细描述本发明。 图3是为实现上述技术效果而提供的本发明空调系统实施方式之
所述空调系统包括冷冻水循环系统、冷却水循环系统、主机以及中 央空调节电装置。所述冷冻水循环系统包括冷冻泵。冷却水循环部分包 括冷却泵。主机的作用是提供冷冻水给冷冻水循环系统，接收冷冻水循 环系统带来的热能，并将所述热能传给冷却水循环系统以散发出去。
请一起参阅图4,所述中央空调节电装置包括
温度检测单元，用于分别检测所述冷冻水、冷却水循环系统出水点 和进水点的温度Tl, T2， T3, T4;
变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述 冷冻水、冷却水循环系统中水泵电机的运转频率；
中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述温度 检测单元得到的所述进水点和出水点温度Tl， T2， T3， T4，计算得到 所述进水点和出水点的实际温度差T2-T1， T4-T3，在所述实际温度差 小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的
变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。
上述的本发明空调系统实施方式主要是在现有技术空调系统的基 础上增加中央空调节电装置，通过对水循环系统管路的温度差进行检 测，得到空调系统的负荷情况并对其进行控制实现节能的目的。具体上， 是在负荷小时降低冷冻水、冷却7jC循环系统中水泵电机的运转频率，使
负荷升到合理水平；负荷过大时则反之。体现在本实施方式上，则是在 7諸环系统管路的实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温 度差调节为所述设定温度差的变频信号。这里的将实际温度差调节为设 定温度差的变频信号，是指经过预先测定而得到每一个实际温度差与需 要调整的水泵运转频率的对应关系，只要检测到水循环系统管路的实际 温度差，就能依据所述对应关系，计算出将水泵运转频率调整到足以使 后续的水循环系统管路的温度差达到设定数值-比如5度-的变频信 号。
采用上述本发明，节电效果可以做到在水循环水系统中节电 30-50% 。并且可以看出，本发明是对现在空调系统的节能控制进行量 身定做，利用全闭环控制系统对负荷进行实时监控，合理地使电机输出 适当的功率。
在其他本发明空调系统实施方式中，可以进一步包括压力检测单 元，其用于检测空调水循环系统末端的实际压力并得到压力信号，传送 所述压力信号到所述中央处理单元。本实施方式中，所述中央处理单元 裤一步根据所述压力信号比较所述实际压力和设定的最低压力，在所述 实际压力小于设定的最低压力时，计算出将所述实际压力调节到大于或 等于所述最低压力的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单 元。
增加压力检测单元的目的是要控制水循环系统的最低压力，以保证 系统所要求的扬程，为上述达到的节能技术效果提供保障。 上述的温度、压力检测单元可以分别是温度、压力传感器。 而且，所述冷冻水、冷却水循环系统中的水泵电机可以分别由不同 的变频处理单元控制。即采用一拖一控制方式，控制灵活，节电效果更
加明显。
此外，可以增加人机界面以方便观测和操作，比如增加连接所述中
央处理单元的LCD界面、PVC键盘以及LED指示灯。
请再参阅图4,是本发明提供的中央空调节电装置实施方式之一， 其包括
温度检测单元，用于检测空调7jc循环系统进水点和出水点的温度；
变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所迷变频信号控制所述 水循环系统中水泵电机的运转频率；
中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述温度 检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水 点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述 实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到 所述变频处理单元。
本实施方式可应用于各种温度调节系统中，比如空调系统、冰箱等， 实现节能的目的。
在另一本发明中央空调节电装置中，所述计算出将实际温度差调节 为设定温度差的变频信号，可以由温度控制积分(PID)调节器处理完 成。即中央处理单元输出实际温度差与设定温度差的差值到所述温度控 制PID调节器，所述温度控制PID调节器设置有所述差值与变频信号一 一对应关系，所述对应关系为实际温度差与设定温度差的差值大，对 应降低水泵电机运转频率的变频信号。
所述中央处理单元计算得到所述进水点和出水点的实际温度差、判 断所迷实际温度差是否小于设定温度差的处理也可以由一个或多个温 度比较器完成。
还可以进一步包括压力检测单元，其用于检测空调水循环系统末端 的实际压力并得到压力信号，传送所述压力信号到所述中央处理单元， 此时所述中央处理单元进一步根据所述压力信号比较所述实际压力和 设定的最低压力，在所述实际压力小于设定的最低压力时，计算出将所 述实际压力调节到大于或等于所述最低压力的变频信号，并输出所述变 频信号到所述变频处理单元。
所述变频处理单元可以采用正弦波脉宽调(SP窗)的自关断器件， 变频调速范围能适应各种调速设备的要求，频率范围0. 00-50. OOHZ可 调。控制精度高，变频处理单元的数字设定分辨率为土O. 01%,模拟设 定分辨率为± 0. 1% 。
所述变频处理单元变频器为容性负载，可有效改善电机的功率因 数，减少无功损耗；还具有过流、过压、过载、过热等多种电子保护装 置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保证整个系统的正常运作； 变频拖动系统的启动、停止及速度转换过程平稳顺畅，舒适感^好；有 "手动""自动，，两种工作模式，在变频器出现故障的情况下，仍可按 手动工作方式继续运行；并且还具有电压、电流、功率因数、频率等显 示功能。
所述设定温度差可以是5 ~ 6度。
所述中央处理单元可以是可编程控制器(PLC)，或者由PLC、 PID 调节器及一体化节电器组成的计算单元，又或者是由温度比较器、PLC 以及PID调节器组成的计算单元，根据实际工况进行调节输出功率。由 温度比较器、PLC以及PID调节器组成的计算单元中，温度比较器中设 有设定温度差，与来自温度检测单元的水循环系统进出水点得到的实际 温度差进行比较，将实际温度差与设定温度差的差值经PLC输入到所述 PID调节器。
本实施方式中，可以将温度控制PID调节器的设定温差设定到5匸 左右，这个PID调节器就可以根据检测到的实际温度差与设定温度差之 间的差值的大小，计算出应该输出的对应电流模拟量为4-20mA的变频 信号。即如果实际温度差大于5'C时，应该输出的电流^=莫拟量从4-20mA 变化。这个模拟量直接输出到变频器处理单元上，控制变频器按设定的 频率变化范围变化，最终的结果是控制水循环系统管路的温度差稳定在 5'C。一般变频处理单元的频率输出设定为最低30HZ，与变频信号4-20mA 的对应关系为30-50HZ。
以上对本发明所提供的一种空调系统和中央空调节电装置进行了
详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐 述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；同时， 对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应 用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发 明的限制。
权利要求
1.一种中央空调节电装置，其特征在于，包括温度检测单元，用于检测空调水循环系统进水点和出水点的温度；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述水循环系统中水泵电机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。
2. 根据权利要求1所述的中央空调节电装置，其特征在于，所述计 算出将实际温度差调节为设定温度差的变频信号，由温度控制积分调节 器处理完成，所述温度控制调节器设置有所述实际温度差与设定温度差 的差值与变频信号一一对应关系，所述对应关系为实际温度差与设定 温度差的差值大，对应降低水泵电机运转频率的变频信号。
3. 根据权利要求2所述的中央空调节电装置，其特征在于，所述变 频处理单元是采用正弦波脉宽调的自关断器件。
4. 根据权利要求2所述的中央空调节电装置，其特征在于，进一步 包括压力检测单元，用于检测空调7jc循环系统末端的实际压力并得到压 力信号，传送所述压力信号到所述中央处理单元，所述中央处理单元进一步根据所述压力信号比较所述实际压力和 设定的最低压力，在所述实际压力小于设定的最低压力时，计算出将所 述实际压力调节到大于或等于所述最低压力的变频信号，并输出所述变 频信号到所述变频处理单元。
5. 根据权利要求1所述的中央空调节电装置，其特征在于，所述设 定温度差为5 ~ 6度。
6. 根据权利要求1所述的中央空调节电装置，其特征在于，所述中 央处理单元是可编程控制器。
7. —种空调系统，包括冷冻水循环系统、冷却水循环系统以及主机， 其特征在于，进一步包括中央空调节电装置，其包括温度检测单元，用于分别检测所述冷冻水、冷却水循环系统进水点 和出水点的温度；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述 冷冻水、冷却水循环系统中水泵电机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述温度 检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水 点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述 实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到 所述变频处理单元。
8. 根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，进一步包括压 力检测单元，用于检测空调水循环系统末端的实际压力并得到压力信 号，传送所述压力信号到所述中央处理单元，所述中央处理单元进一步根据所述压力信号比较所述实际压力和 设定的最低压力，在所述实际压力小于设定的最低压力时，计算出将所 述实际压力调节到大于或等于所述最低压力的变频信号，并输出所述变 频信号到所述变频处理单元。
9. 根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，所述冷冻水、冷 却水循环系统中的水泵电机分别由不同的变频处理单元控制。
全文摘要
本发明提供一种中央空调节电装置。所述中央空调节电装置包括温度检测单元，用于检测空调水循环系统进水点和出水点的温度；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述水循环系统中水泵电机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述温度检测单元得到的所述进水点和出水点温度，计算得到所述进水点和出水点的实际温度差，在所述实际温度差小于设定温度差时，计算出将所述实际温度差调节为所述设定温度差的变频信号，并输出所述变频信号到所述变频处理单元。本发明可有效节省空调系统中的电能。
文档编号G05B19/04GK101363654SQ200810142199
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月11日 优先权日2008年9月11日
发明者卿济民, 勇 周, 商毛红, 岩 崔 申请人:深圳市赛为智能股份有限公司