基于气候补偿的变风量空调末端温度控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于变风量空调系统领域，具体涉及变风量空调末端的节能控制，特别是一种基于气候补偿的变风量空调末端温度控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]变风量空调系统因系统的室内空气品质良好、部分负荷时节能性优越以及区域控制灵活，广泛应用于各类办公、商业建筑中，但其又是现代楼宇的能耗大户。其通常是根据最大计算负荷来设计，采用固定送风温度而改变送风量的方式来满足用户需求，不能随室外温度的变化改变送风温度设定值。新风量的大小影响室内空气质量，影响系统负荷的大小，同时也影响系统能耗的大小。新风以稀释室内污染物浓度，使之达到用户可接受的浓度为标准。区域新风需求量与用户人数成正比，与送风量成正比。实际中，室外气候时刻在变化，直接影响新风负荷的大小。若不能根据室外温度的变化及时改变送风温度设定值来补偿送风温度，会造成室内过冷或过热现象，不能有效满足用户在多种气候条件下的用冷/热需求。由此可见，研究一种变风量空调的节能方案势在必行。
[0003]目前，中央空调系统的气候补偿节能控制技术主要有两类:
[0004]第一类:通过调整冷水机组的运行参数，使中央空调系统根据外部气候变化调节冷水机组冷冻水供水温度实现节能；具体是气候补偿控制器通过采集室内温度、室外温湿度、冷机运行状态参数，通过自寻优的算法寻找冷机的最佳工作点，并计算水系统各设备的最佳工作频率，控制使之在最佳工作频率下运行，从而调整冷冻水供水温度，实现节能。例如:申请号为200810118088.1，名称为“中央空调气候补偿控制器和中央空调气候补偿方法”的中国专利申请。该申请中的方法虽然在一定程度上实现了水系统的节能，但没有考虑室外气候变化对风系统的影响。
[0005]第二类:通过在系统供水管路上设置调节阀、调节阀通过执行器控制、执行器通过恒温控制器进行调节、恒温控制器上设置热信号端子，恒温控制器通过控制执行器的开度实现进水流量的调整从而控制供回水温差。例如:申请号为200910157033.6，名称为集成气候补偿的暖通回水温度控制节能方法的专利申请。该方法同样是只考虑了外部气候变化对水系统的影响，未考虑对风系统的影响。
【发明内容】
[0006]基于现有气候补偿节能控制技术仅考虑外部气候变化对水系统的影响而未考虑对风系统的影响，使得中央空调系统节能效果差的问题，本发明的目的在于，提出一种基于气候补偿的变风量空调末端温度控制系统。
[0007]为了达到上述目的本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0008]一种用于变风量空调末端的节能控制系统，包括上位机、末端控制器、送风温度控制器、新风控制器、新风阀、室外温度传感器、室内温度传感器、送风温度传感器、风速传感器、冷冻水阀、数据采集AI模块、数据采集A0模块、末端风阀、换热器、送风机和VAV BOX17。其中，上位机与末端控制器、送风温度控制器以及新风控制器相连；末端控制器的输入端分别与室内温度传感器、风速传感器的数据采集AI模块相连，末端控制器的输出端与末端风阀的数据采集A0模块相连；送风温度控制器的输入端与送风温度传感器的数据采集AI模块相连，送风温度控制器的输出端与冷冻水阀的数据采集A0模块相连；新风控制器的输入端与新风阀以及室外温度传感器的数据采集AI模块相连，新风控制器的输出端与新风阀的数据采集A0模块相连；室外温度传感器、室内温度传感器、送风温度传感器、风速传感器的电流型输出端分别与自身对应的数据采集AI模块的输入端相连；新风阀、冷冻水阀、末端风阀电压型输出端分别与自身对应的数据采集AI模块的输入端相连；末端风阀电压型输入端、冷冻水阀电流型输入端、新风阀电压型输入端分别与自身对应的数据采集A0模块的输出端相连；数据采集AI模块连接上位机及其对应的传感器，数据采集A0模块连接上位机及其对应的执行装置。
[0009]所述新风阀、室外温度传感器安装在新风入口风管处；末端风阀安装在VAV BOX内；室内温度传感器安装在末端房间内；送风温度传感器安装在送风管内；风速传感器安装在VAV BOX的风管内；冷冻水阀安装在换热器回水管路上。
[0010]本发明的另一个目的在于，提供一种基于气候补偿的变风量空调末端温度控制方法，包括如下步骤:
[0011]步骤1:在每种新风量的设定值下，确定每组室外温度、室内温度设定值和送风温度设定值的组合下系统总耗电量最小值，并得到系统总耗电量最小值所对应的送风温度设定值，作为最优送风温度设定值；将室外温度和室内温度设定值作为自变量，将最优送风温度设定值作为因变量，得到当前的新风量工况下对应的拟合曲线；将拟合曲线及其对应的新风量设定值存入拟合曲线数据库。
[0012]步骤2:采集当前新风量，从拟合曲线数据库中找出与该新风量对应的拟合曲线；采集当前室外温度和室内温度设定值，并由拟合曲线得到送风温度设定值；将得到的送风温度设定值弓I入控制系统进行控制。
[0013]进一步的，具体步骤如下:
[0014]步骤11:判断当前新风量是否在设定范围内，是则执行步骤12，否则结束；
[0015]步骤12:判断当前室外温度是否在设定区间内，是则执行步骤13 ;否则执行步骤17 ；
[0016]步骤13:判断当前室内温度设定值是否在设定区间内，是则执行步骤14 ;否则执行步骤16 ；
[0017]步骤14:在每种送风温度设定值下，当系统运行稳定时，采集系统总耗电量，得到系统总耗电量最小值所对应的送风温度设定值，作为最优送风温度设定值；执行步骤15 ;
[0018]步骤15:将室内温度设定值提高一个步长得到更新后的室内温度设定值；执行步骤13 ；
[0019]步骤16:将室外温度提高一个步长得到更新后的当前室外温度；执行步骤12 ;
[0020]步骤17:将室外温度和室内温度设定值作为自变量，将最优送风温度设定值作为因变量，得到当前新风量工况下对应的拟合曲线；将拟合曲线及其对应的新风量存入拟合曲线数据库；执行步骤18 ;
[0021]步骤18:将当前新风量提高一个步长得到更新后的当前新风量；执行步骤11。
[0022]进一步的，所述步骤11中，所述新风量不小于总送风量的10%，即新风阀开度不小于10%。
[0023]进一步的，所述步骤13中，所述室内温度设定值的范围为18_21°C。
[0024]进一步的，所述步骤14中，所述送风温度设定范围为26-33 °C。
[0025]进一步的，所述步骤2的具体步骤如下:
[0026]步骤21:采集当前新风量，从拟合曲线数据库中找出与该新风量对应的拟合曲线；
[0027]步骤22:采集当前室外温度和室内温度设定值，将二者作为自变量代入步骤21中找到的曲线中，得到最优送风温度设定值。
[0028]步骤23:将得到的送风温度设定值引入控制系统进行控制。此时，系统的总能耗显然处于最小值。
[0029]步骤24:判断预设的控制检测时间是否到达，若到达则重复以上执行步骤21-23。
[0030]本发明的有益效果如下:
[0031]1、本发明的气候补偿调节介质为风，新风温度即为室外温度，新风量的大小直接影响系统负荷的大小，也就影响系统总能耗的大小，所以新风量对整个过程的影响非常大，同时新风量对室内环境品质有直接的影响。本发明中，上位机通过对当前新风量的大小、室外温度的连续监测及用户对室内温度的需求来确定当前最佳送风温度设定值，进而通过送风温度控制器控制水阀的开度，调节水流量，实现变风量空调系统中送风温度与室外温度变化的自动气候补偿，达到送风温度随用户需冷/热量的变化而变化，实现按需供冷/热的目标，在保证供冷/热品质的同时实现节能。
[0032]2、已有的气候补偿方法是通过构筑建筑物冷消耗曲线与用户的设定温度，计算用户的需冷量，然后与冷水机组的工作效率曲线计算出冷机的有效工作点。在这过程中只处理了室外温度对水系统的影响，而未考虑室外温度对风系统的影响，及新风量对风系统的影响。本发明根据新风量变化、室内用户的需求、室外温度变化以及与系统总能耗间的关系，利用总能耗最小原则，确定出不同新风量下最佳的送风温度，本发明可用于楼宇自控的变风量空调系统末端控制装置中。
[0033]3、传统的供暖系统中的气候补偿器的调