一种空调系统及其控制方法与流程

本发明涉及水蓄冷空调技术领域，尤其涉及一种空调系统及其控制方法。

背景技术：

随着城市化进程的不断发展，越来越多的数据中心、写字楼、商场、机关单位、娱乐场所、医院、宾馆等大型公共建筑物不断拔地而起，中央空调系统是这些大型公共建筑物必不可少的重要设备设施。中央空调系统的电力负荷“昼重夜轻”，与电网其它负荷“争峰让谷”是造成电网峰谷负荷差的主要因素。为保证电网的安全、合理和经济地运行，鼓励用户调用电负荷，实现“移峰填谷”，国家实行峰谷分时电价。

空调蓄冷技术是应用于峰谷分时电价制度下的一种调用电负荷技术。将冷量储存在某种介质或材料中，在另一时段释放出来的系统称为蓄能系统；当冷量以显热或潜热形式储存在某种介质中，并能够在需要时释放冷量的空调系统称为蓄冷空调系统，简称蓄冷系统；通过制冰方式，以相变潜热储存冷量，并在需要时融冰释放出冷量的空调系统称为冰蓄冷空调系统，简称冰蓄冷系统；利用水的显热储存冷量的系统称为水蓄冷系统。蓄冷介质通常有水、冰及共晶盐相变材料等。

蓄冷系统一般由制冷、蓄冷以及供冷系统组成。制冷、蓄冷系统由制冷主机、蓄冷设备、辅助设备、控制调节设备四部分通过管道和导线(包括控制导线和动力电缆等)连接组成。常规的水蓄冷空调技术，在蓄冷时，采用阀门关闭的方法将空调末端或空调供冷端的水与蓄水容器隔离，如果出现因阀门关闭不严实，使空调末端的水会泄漏进入蓄水容器，经蓄水容器外泄，导致空调系统不能正常运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种运行安全的空调系统及其控制方法。

本发明技术方案提供一种空调系统，包括空调供冷端、第一制冷主机、第二制冷主机、蓄水容器和热交换器；

其中，所述空调供冷端与所述第一制冷主机之间通过第一供水循环管路连接，所述空调供冷端上还设置有第二供水循环管路；

所述第二制冷主机通过第三供水循环管路与所述蓄水容器之间连接，所述蓄水容器上还设置有第四供水循环管路；

所述热交换器连接在所述第二供水循环管路与所述第四供水循环管路之间。

进一步地，所述第二制冷主机与所述热交换器之间还连接有第五供水循环管路。

进一步地，还包括有控制单元，所述控制单元分别与所述第一制冷主机和所述第二制冷主机信号连接，用于控制所述第一制冷主机和所述第二制冷主机的开关。

进一步地，还包括有计算单元和比较判断单元；

所述计算单元分别与所述空调供冷端、所述第一制冷主机和所述蓄水容器信号连接，用于计算出空调供冷端所需要的空调供冷负荷r、蓄水容器的供冷负荷r1、蓄水容器内的蓄冷量r2和第一制冷主机的供冷负荷r3；

所述比较判断单元分别与所述计算单元和所述控制单元信号连接，用于比较r与r1、r与r1+r2，并将比较结果输出至所述控制单元，所述控制单元根据由所述比较判断单元传来的比较结果控制所述第一制冷主机和所述第二制冷主机的开关。

进一步地，还包括有第一温度获取单元；

所述第一温度获取单元与所述控制单元信号连接，用于获取所述蓄水容器内的实际温度t1，并将获取的温度结果输送至所述控制单元，所述控制单元根据由所述第一温度获取单元传来的温度结果控制所述第二制冷主机的开关。

进一步地，还包括有第一温度比较单元；

设蓄水容器的蓄冷目标水温为t2、第二制冷主机的开启温度为t3、第二制冷主机的停机温度为tx；

所述第一温度比较单元分别与所述第一温度获取单元和所述控制单元信号连接，用于比较t1与t2+t3和t1与t2+tx，并将比较结果输出至所述控制单元，所述控制单元根据由所述第一温度比较单元传来的比较结果控制所述第二制冷主机的开关。

进一步地，还包括有第二温度获取单元；

所述第二温度获取单元与所述控制单元信号连接，用于获取所述空调供冷端的实际供冷温度t4，并将获取的温度结果输送至所述控制单元，所述控制单元根据由所述第二温度获取单元传来的温度结果控制所述第一制冷主机的开关。

进一步地，还包括有第二温度比较单元；

设空调供冷端的供冷目标水温为t5、第一制冷主机的开启温度为t6、第一制冷主机的停机温度为ty；

所述第二温度比较单元分别与所述第二温度获取单元和所述控制单元信号连接，用于比较t4与t5+t6和t4与t5+ty，并将比较结果输出至所述控制单元，所述控制单元根据由所述第二温度比较单元传来的比较结果控制所述第一制冷主机的开关。

进一步地，还包括有用电时段判断单元；

所述用电时段判断单元与所述控制单元信号连接，用于判断当前用电时间处于用电高峰时段、用电平峰时段和用电低谷时段中的具体时段，并将判断结果输出至所述控制单元，所述控制单元根据由所述用电时段判断单元传来的判断结果控制所述第一制冷主机和所述第二制冷主机开关。

本发明技术方案还提供一种空调系统的控制方法，包括如下步骤：

蓄水容器蓄冷：

第二制冷主机开启对蓄水容器内的水进行蓄冷；

蓄水容器放冷：

蓄水容器内的冷水经第四供水循环管路进入热交换器内，并与第二供水循环管路中的热水进行热量交换，第二供水循环管路将获得的冷水输送至空调供冷端；

第一制冷主机直接供冷：

开启第一供冷主机向空调供冷端供给冷水。

进一步地，还包括如下步骤，第二制冷主机直接供冷：

开启第二供冷主机向第五供水循环管路供给冷水，并通过热交换器与第二供水循环管路中的热水进行热量交换，第二供水循环管路将获得的冷水输送至空调供冷端。

进一步地，还包括如下步骤，在蓄水容器蓄冷的同时，还通过第二制冷主机直接供冷。

进一步地，还包括如下步骤，在蓄水容器放冷的同时，还通过第二制冷主机直接供冷。

进一步地，还包括如下步骤，第一制冷主机和第二制冷主机联合向空调供冷端供冷。

进一步地，如用电时段判断单元判断当前用电时间处在用电低谷时段中，则通过控制单元开启第二制冷主机向蓄水容器中蓄冷；

如在蓄水容器蓄冷的过程中，比较判断单元比较获得r＜r1，r2＞0，则开启蓄水容器放冷。

进一步地，如用电时段判断单元判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元比较获得r＜r1，r2＞0，则单独开启蓄水容器放冷。

进一步地，如用电时段判断单元判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元比较获得r1+r3＞r＞r1，r2＞0，则在开启蓄水容器放冷的同时，还通过第一制冷主机直接供冷。

进一步地，如用电时段判断单元判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元比较获得r＞r1+r3，r2＞0，则在开启蓄水容器放冷的同时，还通过第一制冷主机和第二制冷主机联合供冷。

进一步地，如用电时段判断单元判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元比较获得r＜r3，r2＝0，则直接通过第一制冷主机供冷。

进一步地，如用电时段判断单元判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元比较获得r＞r3，r2＝0，则通过第一制冷主机和第二制冷主机联合供冷。

进一步地，如用电时段判断单元判断当前用电时间处在用电低谷时段中，控制单元从第一温度获取单元中获得的实际温度t1高于预设温度，则开启第二制冷主机向蓄水容器中蓄冷。

进一步地，在任意时段内，如控制单元从第二温度获取单元中获得的实际供冷温度t4高于预设温度，则开启第一制冷主机直接供冷。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

通过设置热交换器，实现空调供冷端与蓄水容器完全隔离，避免空调供冷端的水泄入蓄水容器内，保证了空调系统的安全稳定运行。

并可以实现蓄冷、供冷多种组合方式，充分发挥了制冷作用，提高了制冷效果，满足了不同的需要。

通过错峰用电，优化了空调系统的运行，降低了使用成本。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的空调系统的示意图；

图2为控制单元与第一制冷主机和第二制冷主机信号连接示意图；

图3为计算单元、比较判断单元和控制单元信号连接示意图；

图4为第一温度获取单元、第一温度比较单元和控制单元信号连接示意图；

图5为第二温度获取单元、第二温度比较单元和控制单元信号连接示意图；

图6为用电时段判断单元和控制单元信号连接示意图。

附图标记对照表：

1-空调供冷端；2-第一制冷主机；3-第二制冷主机；

4-蓄水容器；5-热交换器；6-第一供水循环管路；

7-第二供水循环管路；8-第三供水循环管路；9-第四供水循环管路；

10-第五供水循环管路；11-控制单元；12-计算单元；

13-比较判断单元；14-第一温度获取单元；15-第一温度比较单元；

16-第二温度获取单元；17-第二温度比较单元；

18-用电时段判断单元。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，本发明一实施例提供的空调系统，包括空调供冷端1、第一制冷主机2、第二制冷主机3、蓄水容器4和热交换器5。

其中，空调供冷端1与第一制冷主机2之间通过第一供水循环管路6连接，空调供冷端1上还设置有第二供水循环管路7。

第二制冷主机3通过第三供水循环管路8与蓄水容器4连接，蓄水容器4上还设置有第四供水循环管路9；

热交换器5连接在第二供水循环管路7与第四供水循环管路9之间。

本发明中的空调供冷端1为空调向外供冷的末端，也称之为空调末端或用户端。

本发明中的蓄水容器4可以为蓄水槽或蓄水罐。

本发明中的供水循环管路是指用于供给水，且水能够在该管路中循环流通的管路。

本发明提供的空调系统，可以根据需要实现：在用电低谷时采用蓄水容器4蓄冷，在用电高峰时，采用蓄水容器4放冷，节约电费。

本发明提供的空调系统，由于在第二供水循环管路7与第四供水循环管路9之间通过热交换器5进行热量交换，从而实现空调供冷端与蓄水容器完全隔离，避免空调供冷端的水泄入蓄水容器内，保证了空调系统的安全稳定运行。

本发明提供的空调系统可以提供多种工作方式，满足不同的需求，具体如下：

蓄水容器蓄冷；第一制冷主机单独供冷；蓄水容器放冷；蓄水容器放冷+第一制冷主机供冷等，可以实现多样化组合，根据用户的具体需求进行操作，达到省电和有效制冷的效果。

其中，在蓄水容器4蓄冷时：

第二制冷主机3开启，通过第三供水循环管路8和其上面的水泵对蓄水容器4内的水进行循环制冷，然后将制得的冷水通过第三供水循环管路8输送回蓄水容器4内进行蓄冷。

在蓄水容器4放冷时：

蓄水容器4内的冷水经第四供水循环管路9进入热交换器5内，并与第二供水循环管路7中的热水进行热量交换，第二供水循环管路7将获得的冷水输送至空调供冷端1内进行供冷。

在第一制冷主机2直接供冷时：

开启第一供冷主机2，通过第一供水循环管路6向空调供冷端供给冷水。

较佳地，如图1所示，第二制冷主机3与热交换器5之间还连接有第五供水循环管路10，如此可实现：

蓄水容器蓄冷+第二制冷主机供冷；蓄水容器放冷+第二制冷主机供冷；第一制冷主机供冷+第二制冷主机供冷；蓄水容器放冷+第一制冷主机供冷+第二制冷主机供冷，丰富了供冷方案，满足了客户多样化的需求，并实现了省电效果。

在第二制冷主机3直接供冷时：

开启第二供冷主机3，向第五供水循环管路10供给冷水，并通过热交换器5与第二供水循环管路7中的热水进行热量交换，第二供水循环管路7将获得的冷水输送至空调供冷端1进行供冷。

较佳地，如图2所示，本发明提供的空调系统还包括有控制单元11，控制单元11分别与第一制冷主机2和第二制冷主机3信号连接，用于控制第一制冷主机2和第二制冷主机3的开关。

本发明中提到的信号连接可以为无线信号连接，也可以通过导线进行电路连接。

通过控制单元11自动控制第一制冷主机2和第二制冷主机3的开关，方便控制，实现了整个系统的自动化控制。

较佳地，如图3所示，本发明提供的空调系统还包括有计算单元12和比较判断单元13；

计算单元12分别与空调供冷端1、第一制冷主机2和蓄水容器4信号连接，用于计算出空调供冷端1所需要的空调供冷负荷r、蓄水容器4的供冷负荷r1、蓄水容器4内的蓄冷量r2和第一制冷主机2的供冷负荷r3。

比较判断单元13分别与计算单元12和控制单元11信号连接，用于比较r与r1、r2、r3及r与r1+r3，并将比较结果输出至控制单元11，控制单元11根据由比较判断单元13传来的比较结果控制第一制冷主机2和第二制冷主机3的开关。

例如，在用电高峰时段或用电平峰时段中：

比较判断单元13比较获得r＜r1，r2＞0，则仅采用蓄水容器4放冷。控制单元11可以与蓄水容器4上的控制阀信号连接，通过开启蓄水容器4上的控制阀来实现蓄水容器4自动放冷。

如比较判断单元13比较获得r1+r3＞r＞r1，r2＞0，则在开启蓄水容器4放冷的同时，还通过第一制冷主机2直接供冷。

如比较判断单元比较获得r＞r1+r3，r2＞0，则在开启蓄水容器4放冷的同时，还通过第一制冷主机2和第二制冷主机3联合供冷。

如比较判断单元13比较获得r＜r3，r2＝0，则直接通过第一制冷主机2供冷。

如比较判断单元13比较获得r＞r3，r2＝0，则通过第一制冷主机2和第二制冷主机3联合供冷。

较佳地，如图4所示，本发明提供的空调系统还包括有第一温度获取单元14。

第一温度获取单元14与控制单元11信号连接，用于获取蓄水容器4内的实际温度t1，并将获取的温度结果输送至控制单元11，控制单元11根据由第一温度获取单元14传来的温度结果控制第二制冷主机3的开关。

可以给控制单元11设定一预设温度t0，例如4℃。在用电低谷时段内时，当蓄水容器4内的实际温度t1＞4℃时，则控制单元11直接开启第二制冷主机3进行蓄冷，实现自动化作业。当蓄水容器4内的实际温度t1≤4℃时，则控制单元11保持关闭第二制冷主机3，节约用电。

较佳地，如图4所示，本发明提供的空调系统还包括有第一温度比较单元15。

设蓄水容器4的蓄冷目标水温为t2、第二制冷主机3的开启温度为t3、第二制冷主机3的停机温度为tx。

第一温度比较单元15分别与第一温度获取单元14和控制单元11信号连接，用于比较t1与t2+t3和t1与t2+tx，并将比较结果输出至控制单元11，控制单元11根据由第一温度比较单元15传来的比较结果控制第二制冷主机3的开关。

蓄水容器4的蓄冷目标水温t2、第二制冷主机3的开启温度t3和第二制冷主机3的停机温度为tx可以根据需要设定。

为了获取温度，可以在蓄水容器4内设置温度传感器。

在用电低谷时段中，如第一温度比较单元15的比较结果为t1＞t2+t3，则开启第二制冷主机3对蓄水容器4进行蓄冷；如第一温度比较单元15的比较结果为t1≤t2+tx，则第二制冷主机3关闭，停止蓄冷。

较佳地，如图5所示，本发明提供的空调系统还包括有第二温度获取单元16。

第二温度获取单元16与控制单元11信号连接，用于获取空调供冷端1的实际供冷温度t4，并将获取的温度结果输送至控制单元11，控制单元11根据由第二温度获取单元16传来的温度结果控制第一制冷主机2的开关。

较佳地，如图5所示，本发明提供的空调系统还包括有第二温度比较单元17；

设空调供冷端1的供冷目标水温为t5、第一制冷主机的开启温度为t6、第一制冷主机的停机温度为ty。

第二温度比较单元17分别与第二温度获取单元16和控制单元11信号连接，用于比较t4与t5+t6和t4与t5+ty，并将比较结果输出至控制单元11，控制单元11根据由第二温度比较单元17传来的比较结果控制第一制冷主机2的开关。

空调供冷端1的蓄冷目标水温t5、第一制冷主机2的开启温度t6和第一制冷主机的停机温度ty可以根据需要设定。

为了获取温度，可以在空调供冷端1内设置温度传感器。

如第二温度比较单元17的比较结果为t4＞t5+t6，则开启第一制冷主机2直接向空调供冷端1，提高空调制冷效果；如第二温度比较单元17的比较结果为t4≤t5+ty，则第一制冷主机2停止工作。

较佳地，如图6所示，本发明提供的空调系统还包括有用电时段判断单元18。

用电时段判断单元18与控制单元11信号连接，用于判断当前用电时间处于用电高峰时段、用电平峰时段和用电低谷时段中的具体时段，并将判断结果输出至控制单元11，控制单元11根据由用电时段判断单元18传来的判断结果控制第一制冷主机2和第二制冷主机3开关。

例如，如用电时段判断单元18判断当前用电时间处于用电低谷时段内，则优先开启第二制冷主机3进行蓄冷，此时电价最低，节省电费。

如用电时段判断单元18判断当前用电时间处于用电高峰时段或用电平峰时段内，则优先采用蓄水容器4单独放冷，此时电价最高，节约电费。

用电高峰时段、用电平峰时段和用电低谷时段的具体时间段可以从当地供电局中获取。

例如一种划分方法，用电高峰时段8小时(10:00—15:00；18:00—21:00)；用电平峰时段8小时(7:00—10:00；15:00—18:00；21:00—23:00)；用电低谷时段8小时(23:00—次日7:00)。根据季节、地区还有其它的划分方法。

本发明提供的空调系统可以包括有延时模块单元，当控制单元11需要开启第一制冷主机2或第二制冷主机3时，延时20s或预定时间再开启，起到保护作用。

如图1所示，本发明一实施例提供的空调系统的控制方法，包括如下步骤：

蓄水容器4蓄冷：

第二制冷主机3开启对蓄水容器4内的水进行蓄冷。

蓄水容器4放冷：

蓄水容器4内的冷水经第四供水循环管路9进入热交换器5内，并与第二供水循环管路7中的热水进行热量交换，第二供水循环管路7将获得的冷水输送至空调供冷端1。

第一制冷主机2直接供冷：

开启第一供冷主机2向空调供冷端1供给冷水。

具体地，在蓄水容器4蓄冷时：

第二制冷主机3开启，通过第三供水循环管路8和其上面的水泵对蓄水容器4内的水进行循环制冷，然后将制得的冷水通过第三供水循环管路8输送回蓄水容器4内进行蓄冷。

在蓄水容器4放冷时：

蓄水容器4内的冷水经第四供水循环管路9进入热交换器5内，并与第二供水循环管路7中的热水进行热量交换，第二供水循环管路7将获得的冷水输送至空调供冷端1内进行供冷。

在第一制冷主机2直接供冷时：

开启第一供冷主机2，通过第一供水循环管路6向空调供冷端供给冷水。

本发明提供的空调系统的控制方法，由于在第二供水循环管路7与第四供水循环管路9之间通过热交换器5进行热量交换，从而实现空调供冷端与蓄水容器完全隔离，避免空调供冷端的水泄入蓄水容器内，保证了的空调系统的安全稳定运行。

较佳地，如图1所示，本发明提供的空调系统的控制方法还包括如下步骤，第二制冷主机3直接供冷。

开启第二供冷主机3向第五供水循环管路10供给冷水，并通过热交换器5与第二供水循环管路7中的热水进行热量交换，第二供水循环管路7将获得的冷水输送至空调供冷端1。

较佳地，本发明提供的空调系统的控制方法还包括如下步骤，在蓄水容器4蓄冷的同时，还通过第二制冷主机3直接供冷，实现蓄水容器蓄冷+第二制冷主机供冷的方案。

较佳地，本发明提供的空调系统的控制方法还包括如下步骤，在蓄水容器4放冷的同时，还通过第二制冷主机3直接供冷，实现蓄水容器放冷+第二制冷主机供冷的联合供冷方案。

较佳地，本发明提供的空调系统的控制方法还包括如下步骤，第一制冷主机2和第二制冷主机3联合向空调供冷端供冷，实现第一制冷主机和第二制冷主机联合供冷的方案。

具体地，本本发明提供的空调系统的控制方法，可以实现如下蓄冷、放冷方案：

蓄水容器蓄冷；第一制冷主机单独供冷；蓄水容器放冷；蓄水容器放冷+第一制冷主机供冷；蓄水容器蓄冷+第二制冷主机供冷；蓄水容器放冷+第二制冷主机供冷；第一制冷主机供冷+第二制冷主机供冷；蓄水容器放冷+第一制冷主机供冷+第二制冷主机供冷。

较佳地，如用电时段判断单元18判断当前用电时间处在用电低谷时段中，则通过控制单元11开启第二制冷主机3向蓄水容器4中蓄冷，此时电价最低，节约电费。

如在蓄水容器4蓄冷的过程中，比较判断单元13比较获得r＜r1，r2＞0，则开启蓄水容器4放冷，优先适用蓄水容器放冷，节约电费。

较佳地，如用电时段判断单元18判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元13比较获得r＜r1，r2＞0，则单独开启蓄水容器4放冷，优先采用蓄水容器放冷，节约电费。

较佳地，如用电时段判断单元18判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元13比较获得r1+r3＞r＞r1，r2＞0，则在开启蓄水容器4放冷的同时，还通过第一制冷主机2直接供冷，提高制冷效果，并能够节约电费。

较佳地，如用电时段判断单元18判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元13比较获得r＞r1+r3，r2＞0，则在开启蓄水容器4放冷的同时，还通过第一制冷主机2和第二制冷主机3联合供冷，提高制冷效果，并能够节约电费。

较佳地，如用电时段判断单元18判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元13比较获得r＜r3，r2＝0，则直接通过第一制冷主机2供冷，满足供冷需求。

较佳地，如用电时段判断单元18判断当前用电时间处在用电高峰时段或用电平峰时段中，且比较判断单元13比较获得r＞r3，r2＝0，则通过第一制冷主机2和第二制冷主机3联合供冷，满足供冷需求。

较佳地，如用电时段判断单元18判断当前用电时间处在用电低谷时段中，控制单元11从第一温度获取单元14中获得的实际温度t1高于预设温度，则开启第二制冷主机3向蓄水容器4中蓄冷，实现了自动化控制。

较佳地，在任意时段内，如控制单元11从第二温度获取单元16中获得的实际供冷温度t4高于预设温度，则开启第一制冷主机2直接供冷，满足供冷需求。

综上所述，本发明提供空调系统及其控制方法，通过设置热交换器，实现空调供冷端与蓄水容器完全隔离，避免空调供冷端的水泄入蓄水容器内，保证了空调系统的安全稳定运行。并可以实现蓄冷、供冷多种组合方式，充分发挥了制冷作用，提高了制冷效果，满足了不同的需要。通过错峰用电，优化了空调系统的运行，降低了使用成本。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。