一种模块化机组变流量控制系统、方法及空调与流程

1.本发明属于空调技术领域，具体涉及一种模块化机组变流量控制系统、空调及控制方法。


背景技术：

2.随着国民经济的日益增长和生活水平的提高，空调设备在人们生活中的各方面发挥着重要作用，模块化水冷机组也被应用到各种商用、家用等场所。一般在工程应用中，为了确保在最大负荷状态下依然能够满足用户需求，空调的负荷设计时要大于实际总负荷，而且由于时节和需求的变化，空调系统大部分时间都处于低负荷状态下运行，很大程度地造成能源浪费，因此通过按用户实际需求调节系统冷冻水流量的大小来降低系统能耗的方法被广泛应用。然而，水机系统变流量的控制技术需要进一步研究，在机组的运行过程中，系统水流量过大会造成能耗增加，系统水流量过小则需要调节阀门来增加系统水流量，反馈时间比较长，极容易造成系统停机。
3.目前，变流量系统有利用压差结合流量控制单元来实现变流量调节，但由于末端负荷的变化，压差控制的设定值太大，水泵的节能效果不明显，而压差设定值太小，又需要增加其他装置，导致成本过高。这种控制方式无法保证机组在最佳流量状态下可靠运行，也无法保证用户的舒适性要求。
4.另外，专利号为cn103277863a的专利公开了一种空调冷水变流量控制系统及方法，采用压差传感器、流量传感器结合自动旁通阀为主要部件，将实时系统水流量和设定系统水流量的值作比较，来调节旁通阀的开度以控制系统水流量大小。虽然可以达到变流量的目的，但是系统采用的装置复杂，而且采用流量反馈控制的精度不高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种模块化机组变流量控制系统、空调及控制方法，以解决上述技术问题。
6.本发明提供一种模块化机组变流量控制系统，包括依次连接的水泵、分水器、末端群、集水器、机组群；机组群包括有一个机组或两个以上并联的机组；末端群包括一个或两个以上并联的末端；每个机组的进水端设置有进水温度传感器测量机组群进水口温度，每个机组的出水端设置有出水温度传感器用于测量机组群出水口温度，每个机组的出水端还设置有水流开关，控制单元与进水温度传感器、出水温度传感器、水流开关以及变频单元电连接，变频单元与水泵电连接；控制单元根据机组群进水口平均温度和机组群出水口平均温度之间的实时温差及所有水流开关的实时信号，通过变频单元对水泵进行控制，使实时温差始终稳定在目标温差区间内。
7.进一步，根据权利要求1的变流量控制系统，其特征在于，当系统中有某一个或多个水流开关断开时，机组通过调节水泵转速来保证机组正常运行；当实时温差小于目标温差区间最小值时，通过降低水泵转速调节系统水流量；当实时温差大于目标温差区间最大
值时，通过提高水泵转速调节系统水流。
8.进一步，在降频过程中：如果任意一个或多个水流开关在t时间段内持续向控制单元发出断开信号，通过提高水泵转速来增加系统水流量；如果提高水泵转速后水流开关还在发出断开信号，直至水泵达到了最大转速，水流开关依旧断开，控制单元将报机组故障信号；反之提高水泵转速后水流开关不再发出断开信号，则将实时温差降到设定温差范围后，保持水泵频率稳定运行；如果在降频的过程中，水流开关没有发出断开信号，则将实时温差降到设定温差范围后，保持水泵频率稳定运行。
9.本发明还提供一种模块化机组变流量控制方法，用于如上述技术方案所述的变流量控制系统的变流量控制方法；每个进水温度传感器和每个出水温度传感器分别采集每个机组的进水温度和出水温度并发送给控制单元；变流量控制方法包括如下步骤：
10.s1：控制单元接收每个机组的进水温度并计算进水温度的平均值，控制单元接收每个机组出水温度并计算出水温度的平均值；
11.s2：控制单元计算进出水的实时温差，实时温差为进水温度的平均值与出水温度的平均值之差；
12.s3：控制单元将实时温差与目标温差区间比较，通过比较结果控制水泵的频率。
13.进一步，s3步骤中控制水泵频率的具体方法包括，若实时温差大于目标温差区间最大值，则控制单元发出信号控制变频单元升频以提高水泵转速；若实时温差不小于目标温差区间最小值且不大于目标温差区间最大值，则保持水泵的频率运行；若实时温差小于目标温差区间最小值，则控制单元发出信号控制变频单元降频以降低水泵转速。
14.进一步，当实时温差小于目标温差区间最小值时，进行如下步骤：
15.s31：控制降低水泵转速，并检测水流开关状态，如果任意一个或多个水流开关在t时间段内持续向控制单元发出断开信号，则提高水泵转速；
16.s32：提高水泵转速后，再次检测水流开关状态，若水流开关还在发出断开信号，将调节水泵转速，直至水泵转速达到最大转速，若水流开源仍为断开状态，则判断故障；若水流开关没有再发出断开信号，则再次比较实时温差和目标温差区间，并根据检测结果调节水泵频率，直至实时温差稳定在目标温差区间。
17.进一步，s31步骤中，如果控制单元检测到所有水流开关均未发出断开信号，则再次比较实时温差和目标温差区间，并根据检测结果调节水泵频率，直至实时温差稳定在目标温差区间。
18.进一步，s32步骤中，判断故障时，控制单元发出报警信号，报警信号通过控制单元中内置的无线传输模块发出给相关人员。
19.进一步，变流量控制系统运行一段时间后，再进行s1步骤。
20.本发明还提供一种空调，空调为模块化水冷机组，空调包括如上述任一技术方案所述的模块化机组变流量控制系统或如上述任一技术方案所述的模块化机组变流量控制方法。
21.本发明提出一种模块化机组变流量控制系统、方法及空调，通过采用温差来控制系统水流量大小，不需要安装压差传感器、电动阀、流量控制器等装置，不仅简化了系统结构，还大大降低了成本。
附图说明
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
23.图1为本发明一种模块化机组变流量控制系统的结构示意图；
24.图2为本发明另一种模块化机组变流量控制系统的结构示意图；
25.图3为本发明一种模块化机组变流量控制方法的流程图；
26.图中：水泵1、分水器2、集水器3、末端群4、机组群5、水流开关6、进水温度传感器7、出水温度传感器8、控制单元9、变频单元10。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
29.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
30.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
32.如图1或图2所示，一种模块化机组变流量控制系统，包括通过水管依次连接的水泵1、分水器2、末端群4、集水器3、机组群5；机组群5包括有一个机组或2个以上并联的机组，机组可以是整体式机组或分体式机组；末端群包括一个末端或两个以上并联的末端，末端具体包括风机盘管、地暖、散热器；每个机组的进水端设置有进水温度传感器7，每个机组的出水端设置有出水温度传感器8，控制单元9与进水温度传感器7、出水温度传感器8以及变频单元10电连接，变频单元10与水泵1电连接。控制单元9优选为单片机，进水温度传感器7和出水温度传感器8采用接触式温度传感器。为使每条支路机组上水流的开启和关闭更加方便和使控制水流量时的检测更加准确，每个机组的出水端还设置有水流开关6，水流开关6与控制单元9电连接。优选的水流开关6的位置是，水流开关6设在出水温度传感器8后端。通过增加设置水流开关6来控制系统水流量的通断，当系统中有某一个或多个水流开关断开时，机组就会立即通过调节水泵1转速来保证机组正常运行，而不是当系统水流量不满足要求时就停机，故而提升了机组运行的可靠性。
33.其中水泵1、分水器2、末端群4、集水器3、机组群5、水流开关6形成了水循环通道，利用进水温度传感器7和出水温度传感器8采集机组进出口处的水温，控制单元9根据机组群进水口平均温度和机组群出水口平均温度之间的实时温差及所有水流开关6的实时信号发出控制信号给变频单元10，变频单元10控制水泵1的输出频率调节水泵1的转速，从而控制水流量，并使机组在目标温差区间内运行，以达到最好的制冷制热效果，提高用户的舒适度；采用实时温差控制水泵的转速和流量，不需要安装压差传感器、电动阀、流量控制器等装置，不仅简化了系统结构，还大大降低了成本。
34.优选的，当系统中有某一个或多个水流开关断开时，通过调节水泵1转速来保证机组正常运行；当实时温差小于目标温差区间最小值时，通过降低水泵1转速调节系统水流量；当实时温差大于目标温差区间最大值时，通过提高水泵1转速调节系统水流。
35.优选的，在降频过程中：如果任意一个或多个水流开关6在t时间段内持续向控制单元发出断开信号，t的时间长度为系统内置的数值，t优选的数值为0
‑
3分钟，通过提高水泵1转速来增加系统水流量；如果提高水泵1转速后水流开关还在发出断开信号，直至水泵1达到了最大转速，水流开关6依旧断开，控制单元9将报机组故障信号；反之提高水泵1转速后水流开关6不再发出断开信号，则将实时温差降到设定温差范围后，保持水泵1频率稳定运行；如果在降频的过程中，水流开关6没有发出断开信号，则将实时温差降到设定温差范围后，保持水泵1频率稳定运行。
36.如图1
‑
图3所示，一种模块化机组变流量控制方法，用于上述实施例中变流量控制系统的变流量控制方法；每个进水温度传感器8和每个出水温度传感器9分别采集每个机组的进水温度和出水温度并发送给控制单元9；变流量控制方法包括如下步骤：优选的，空调运行一段时间后，即变流量控制系统运行一段时间后再启动变流量控制，一段时间可以是0
‑
10分钟，进行如下步骤；
37.s1：控制单元9接收每个机组的进水温度并计算进水温度的平均值a，即每个机组的进水温度分别为t
11
、t
12
、t
13
……
t
1n
，进水温度的平均值a＝(t
11
+t
12
+t
13
+
……
+t
1n
)/n，控制单元9接收每个机组出水温度并计算出水温度的平均值b,即每个机组的进水温度分别为t
21
、t
22
、t
23
……
t
2n
，进水温度的平均值b＝(t
21
+t
22
+t
23
+
……
+t
2n
)/n；
38.s2：控制单元9计算实时温差δt，实时温差δt为进水温度的平均值a与出水温度的平均值b之差,即δt＝a
‑
b或δt＝b
‑
a；
39.s3：控制单元9将实时温差与目标温差区间[δt1,δt2]比较，通过比较结果控制水泵的频率。控制单元9通过比较温差的设定，将调解信号发送给变频单元10，变频单元10根据调节信号调节水泵1的输出频率，控制水的流速，从而对水流量进行控制。目标温差区间为机组运行推荐的温差区间或机组控制逻辑内设定的温差，根据不同的机组、不同地区和用户需求综合考虑进行设置。
[0040]
优选的，s3步骤中控制水泵1频率的具体方法如下，若实时温差大于目标温差区间最大值，即当δt＞δt2时，说明系统水流量太小，则控制单元9发出信号控制变频单元10升频以提高水泵1转速；升频规则可以是每次提高f频率，f为固定数值，优选f为1hz
‑
5hz，直至实时温差满足设定范围时停止升频，即δt1≤δt≤δt2；升频的规则也可以，根据设定的最优温差数值c与当前实时的进出口温差δt之间的差值δc，调节频率，其中δt1≤c≤δt2，具体的需要增加的频率f1＝x*δc，其中x为常数，优选的取值范围为1
‑
5，升频后将再次
比较进出口温差δt与标温差区间[δt1,δt2]，并根据比较结果再次控制水泵1保持频率、升频或降频状态；若实时温差不小于目标温差区间最小值且不大于目标温差区间最大值，即当δt1≤δt≤δt2时，则保持水泵的频率运行，同时也是机组的最佳运行状态；若实时温差小于目标温差区间，即最小值δt＜δt1时，说明系统水流量太大，则控制单元发出信号控制变频单元降频以降低水泵转速，降频规则可以是每次降低f频率，f为固定数值，优选f为1hz
‑
5hz，直至实时温差满足设定范围时停止降频，即δt1≤δt≤δt2；降频的规则也可以是，根据设定的最优温差数值c与当前实时的进出口温差δt之间的差值δc，调节频率，其中δt1≤c≤δt2，具体的需要降低的频率f2＝x*δc，其中x为常数，优选的取值范围为1
‑
5，降频后将再次比较进出口温差δt与标温差区间[δt1,δt2]，并根据比较结果再次控制水泵1保持频率、升频或降频。
[0041]
优选的，当实时温差小于目标温差区间最小值时，即最小值δt＜δt1时，为防止降低水泵1的转速后，因水流量要求不满足引起停机，在进行水泵调节时，还将进行如下步骤：
[0042]
s31：控制降低水泵1转速，并检测水流开关6状态，如果任意一个或多个水流开关6在t时间段内持续向控制单元9发出断开信号，则提高水泵1转速；如果控制单元9检测到所有水流开关6均未发出断开信号，则再次比较实时温差δt和目标温差区间[δt1,δt2]。
[0043]
s32：提高水泵1转速后，再次检测水流开关6状态，若水流开关6还在发出断开信号，判断故障并控制单元发出报警信号，报警信号通过控制单元中内置的无线传输模块发送给相关人员，无线传输模块可以是wifi模块、蓝牙模块、gprs模块、4g模块或5g模块等中的任意一个。若水流开关6没有再发出断开信号，则再次比较实时温差δt和目标温差区间[δt1,δt2]，并根据比较结果再次控制水泵1保持频率、升频或降频。
[0044]
控制单元9根据机组群5进水口平均温度a和机组群5出水口平均温度b之间的实时温差δt及所有水流开关6的实时信号，通过变频单元10对水泵1进行控制，使实时的实时温差δt始终稳定在目标温差区间[δt1,δt2]内。
[0045]
本发明另一实施例一种空调，空调为模块化水冷机组，空调包括如上述任一实施例所述的变流量控制系统或上述任一实施例所述的变流量控制方法。
[0046]
根据本发明具体实施例中的空调，采用水流开关6结合实时温差δt来控制系统水流量大小，系统简单且控制精度相比于流量控制精度更高，不仅提高了机组运行的可靠性，还降低了系统能耗，且节约了成本。
[0047]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。