基于負荷預測與舒適度反饋的供水變溫度控制系統的制作方法

本發明涉及空調技術領域，尤其涉及一種基于負荷預測與舒適度反饋的供水變溫度控制系統。

背景技術：

空調大系統中熱泵機組供水溫度與系統能效有直接的關系，以供冷季為例，供水溫度越高，機組效率越高，單位制冷量能耗越低，通常來講負荷高時，供水溫度低些，負荷低時，供水溫度高些，既能保證機組的效率，也能保證負荷的需要，滿足舒適度的要求。

現有技術通常根據空調系統實時負荷或環境溫度調整供供水溫度，存在很多缺陷。比如通過計算得到的空調系統實時負荷其實并不能夠真實反映實際需要的能量需求，僅代表在某種供能和用能方式下實際消耗的能量；環境溫度能夠部分間接地表征空調系統的能量需求，但也不夠全面。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于負荷預測與舒適度反饋的供水變溫度控制系統，用于對機組供水溫度進行合理控制，解決采用傳統的控制系統難以滿足用能的經濟性或舒適度要求的問題。

為了實現上述目的，本發明提供的基于負荷預測與舒適度反饋的供水變溫度控制系統包括：

環境溫度負荷率計算器，實測環境溫度和下一時刻的環境溫度預測值分別作為該環境溫度負荷率計算器的輸入1和輸入2，按照線性或非線性關系計算環境溫度負荷率，作為該環境溫度負荷率計算器的輸出；

環境濕度負荷率計算器，實測環境濕度和下一時刻的環境濕度預測值分別作為該環境濕度負荷率計算器的輸入1和輸入2，按照線性或非線性關系計算環境濕度負荷率，作為該環境濕度負荷率計算器的輸出；

外負荷率計算器，所述環境溫度負荷率計算器的輸出和所述環境濕度負荷率計算器的輸出分別作為該外負荷率計算器的輸入1和輸入2，對該輸入1和該輸入2進行加權求和計算，得到外負荷率，作為該外負荷率計算器的輸出；

內負荷率計算器，各設備的當前運行狀態和下一時刻的運行狀態預測值作為該內負荷率計算器的輸入，設1≤i≤n，其中n為設備的總個數；設第i個設備的當前運行狀態為Di1，運行狀態預測值為Di2，在該第i個設備當前運行時，Di1為實數1，否則Di1為實數0，在該第i個設備的下一時刻的運行狀態預測為運行時，Di2為實數1，否則Di2為實數0；設所述第i個空調的內負荷為Pi，則Pi＝Ci×Di1×c1+Ci×Di2×c2，其中，Ci為第i個設備的額定熱負荷與額定濕負荷總和，c1和c2為常數且c1+c2＝1；設內負荷率為Pnr，則其中，P0為設備全部開啟時額定熱負荷與濕負荷的總和，內負荷率Pnr作為該內負荷率計算器的輸出；

超溫房間比率計算器，分區內的各房間的房間實際溫度、房間設定溫度以及溫度控制系統運行狀態分別作為該超溫房間比率計算器的輸入；該超溫房間比率計算器用于，在所述房間的房間實際溫度與所述房間設定溫度的差值達到預設的閾值且該房間內的溫度控制系統處于運行狀態的情況下，將該房間定義為超溫房間，計算分區內超溫房間的總數與溫度控制系統處于運行狀態的房間總數的比值，作為超溫房間比率；該超溫房間比率作為超溫房間比率計算器的輸出，

超溫房間比率控制器，所述超溫房間比率計算器的輸出作為超溫房間比率控制器的輸入，并作為超溫房間比率控制器的測量值，所述超溫房間比率控制器采用PID控制算法；

出水溫度設定器，所述外負荷率計算器的輸出、所述內負荷率計算器的輸出和所述超溫房間比率控制器的輸出分別作為出水溫度設定器的輸入1、輸入2和輸入3，對該輸入1和該輸入2進行加權求和計算，得到總負荷率，以該總負荷率為自變量，按照線性或非線性關系，計算出水溫度設定值，計算該出水溫度設定值與輸入3的和值，以該和值作為該出水溫度設定器的輸出；

機組控制器，所述出水溫度設定器的輸出和出水溫度測量值分別作為機組控制器輸入1和輸入2，其中，所述出水溫度設定器的輸出作為機組控制器的設定值，所述出水溫度測量值作為機組控制器的測量值，該機組控制器采用PID控制算法；以及

功率執行器，所述機組溫度控制器的輸出作為該功率控制器的輸入，該功率執行器用于調節冷水機組的出水溫度。

本發明提供的基于負荷預測與舒適度反饋的供水變溫度控制系統具有如下有益效果：

首先，本發明提供的供水變溫度控制系統不同于現有的技術僅僅利用環境溫度表征空調系統的負荷，進行出水溫度設定值進行優化設定，本發明同時引入了環境溫度、環境濕度二個主要因素來表征空調系統的外負荷，同時引入設備運行狀態表征空調系統的內負荷，根據空調系統的總負荷進行出水溫度設定值進行優化設定，更加科學合理；

并且，不同于現有的技術僅僅利用實測氣象條件等影響因素表征空調系統的負荷，同時引入了這些影響因素的預測值來表征空調系統未來時刻的負荷，增強了所優化的出水溫度設定值具備了適應工況條件變化的能力。

此外，現有技術用于優化出水溫度設定值都屬于開環技術，引入超溫房間比率控制器，用于修正出水溫度設定值，是通過結合反饋技術，能夠進一步完善現有技術的不足。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例所提供的中央空調系統的結構示意圖。

圖2為本發明實施例所提供的供水變溫度控制系統的結構框圖。

具體實施方式

為了進一步說明本發明實施例提供的基于負荷預測與舒適度反饋的供水變溫度控制系統，下面結合說明書附圖進行詳細描述。

如圖1所示，本發明實施例提供一種基于負荷預測與舒適度反饋的供水變溫度控制系統，其應用于圖1所示的空調系統中，該空調系統覆蓋至少一個分區，在本實施例中以覆蓋一個分區(即圖中虛線包圍部分)為例進行說明。該分區內包括多個房間(圖1中為房間1～房間n)，每個房間內安裝有一個空調，每個空調配置有溫度控制器，用于對對應房間的實際溫度進行控制。該分區對應設有變頻泵P201，用于控制該分區內的供水流量。

在該分區中，供水溫度為T1，回水溫度為T2，供水壓力為P。對于該分區中的第i個房間而言，其房間實際溫度為TZi，房間設定溫度為TZisp，房間內的溫度控制系統的運行狀態為Ri。更具體地，例如房間1的房間實際溫度為TZ1，房間設定溫度為TZ1sp，房間1內的溫度控制系統的運行狀態為R1。

如圖2所示，本發明實施例提供的供水變溫度控制系統包括環境溫度負荷率計算器A，環境濕度負荷率計算器B，外負荷率計算器C，內負荷率計算器D，超溫房間比率計算器E，超溫房間比率控制器F，出水溫度設定器G，機組控制器H，功率執行器I以及相關測控儀表(未圖示)。

關于上述環境溫度負荷率計算器A，相關測控儀表實測環境溫度Tn，天氣預報系統預報下一時刻的環境溫度預測值Tn+1，該環境溫度Tn和該環境溫度預測值Tn+1分別作為環境溫度負荷率計算器A的輸入1和輸入2，而后環境溫度負荷率計算器A按照線性或非線性關系計算環境溫度負荷率Pn1，以該環境溫度負荷率Pn1作為環境溫度負荷率計算器A的輸出。

上述計算環境溫度負荷率Pn1的具體過程為：對環境溫度Tn和環境溫度預測值Tn+1進行加權求和，求出參考環境溫度Tref，即Tref＝a1×Tn+a2×Tn+1，其中a1+a2＝1。以參考環境溫度Tref為自變量，按照線性或非線性關系計算環境溫度負荷率Pn1。在本實施例中，優選a1＝0.4，a2＝0.6。

參考環境溫度Tref和環境溫度負荷率Pn1的具體關系如下。例如在供冷季，參考環境溫度Tref在25℃～40℃范圍內變化時，按照線性關系對應環境溫度負荷率Pn1在30％～100％范圍內變化；參考環境溫度Tref低于25℃時，環境溫度負荷率Pn1為30％，參考環境溫度Tref高于40℃時，環境溫度負荷率Pn1為100％。在本實施例中，作為參考環境溫度Tref與環境溫度負荷率Pn1的一種可選的具體關系：當25℃≤Tref≤40℃時，Pn1＝(7×Tref-130)/150；當Tref＜25℃時，Pn1＝30％；當Tref＞40℃時，Pn1＝100％。

關于上述環境濕度負荷率計算器B，相關測控儀表實測環境濕度天氣預報系統預報下一時刻的環境濕度預測值該環境濕度和下一時刻的環境濕度預測值分別作為環境濕度負荷率計算器B的輸入1和輸入2，而后環境濕度負荷率計算器B按照線性或非線性關系計算環境濕度負荷率Pn2，以該環境濕度負荷率Pn2作為環境濕度負荷率計算器B的輸出。

上述計算環境濕度負荷率Pn2的具體過程為：對環境濕度和環境濕度預測值進行加權求和，求出參考環境濕度即其中b1+b2＝1。以參考環境濕度為自變量，按照線性或非線性關系計算環境濕度負荷率Pn2。在本實施例中，優選b1＝0.4，b2＝0.6。

參考環境濕度Tref和環境濕度負荷率Pn1的具體關系如下。例如在供冷季，參考環境濕度在60％～90％的范圍內變化時，按照線性關系對應環境濕度負荷率Pn2在0％～100％范圍內變化；參考環境濕度低于60％時，環境濕度負荷率Pn2為0％；參考環境濕度高于90％時，環境濕度負荷率Pn2為100％。在本實施例中，作為參考環境濕度和環境濕度負荷率Pn2的一種可選的具體關系，當時，當時，Pn2＝0；當時，Pn2＝100％。

關于上述外負荷率計算器C，環境溫度負荷率計算器A的輸出作為外負荷率計算器C的輸入1(即Pn1)，環境濕度負荷率計算器B的輸出作為外負荷率計算器C的輸入2(即Pn2)，對輸入1和輸入2進行加權求和計算，得到外負荷率Por，計算得到的Por作為外負荷率計算器120的輸出。具體地，Por＝Pn1×k1+Pn2×k2，其中k1+k2＝1。在本實施例中，優選k1＝0.7，k2＝0.3，并且，k1/k2為環境溫度與環境濕度的負荷比。

關于上述內負荷率計算器D，設共有n個設備，在這n個設備中，第i個設備的當前運行狀態為Di1，且下一時刻的運行狀態預測值為Di2，其中1≤i≤n。在該第i個設備當前運行時，Di1為實數1，否則Di1為實數0；在該第i個設備的下一時刻的運行狀態預測為運行時，Di2為實數1，否則Di2為實數0；設第i個空調的內負荷為Pi。則

Pi＝Ci×Di1×c1+Ci×Di2×c2

其中，Ci為第i個設備的額定熱負荷與額定濕負荷總和，c1和c2為常數且c1+c2＝1。在本實施例中，優選c1＝0.4，c2＝0.6。

設內負荷率為Pnr，則

其中，P0為設備全部開啟時額定熱負荷與濕負荷的總和，內負荷率Pnr作為該內負荷率計算器D的輸出；

關于上述出水溫度設定器G，上述外負荷率計算器C的輸出Por作為該出水溫度設定器G的輸入1，上述內負荷率計算器D的輸出Pnr作為該出水溫度設定器G的輸入2，上述超溫房間比率控制器F的輸出作為該出水溫度設定器G的輸入3。

首先，出水溫度設定器G對輸入1和輸入2進行加權平均計算，得到總負荷率。具體地，設總負荷率為Pr，則Pr＝d1×Por+d2×Pnr，其中d1+d2＝1，d1/d2為外負荷與內負荷之比。在本實施例中，優選d1＝0.75，d2＝0.25。

而后，出水溫度設定器G以該總負荷率Pr為自變量，按照線性或非線性關系計算出水溫度設定值Tsp1。總負荷率Pr與出水溫度設定值Tsp1的關系如下。例如在供冷季，總負荷率Pr在30％～100％范圍內變化時，對應出水溫度設定值Tsp1在12℃～7℃變化；總負荷率Pr低于30％時，出水溫度設定值Tsp1為12℃；總負荷率Pr高于100％時，出水溫度設定值Tsp1為7℃。在本實施例中，作為總負荷率Pr與出水溫度設定值Tsp1的一種可選的具體關系：當30％≤Pr≤100％時，Tsp1＝(99-50×Pr)/7；當Pr＜30％時，Tsp1＝12℃；當Pr＞100％時，Tsp1＝7℃。

最后，出水溫度設定器G計算出水溫度設定值Tsp1與輸入3(超溫比率控制器F的輸出)之和，得到的和值Tsp作為出水溫度設定器G的輸出。

關于機組控制器H，出水溫度設定器G的輸出Tsp作為機組控制器H的設定值；相關測控儀表對供水溫度進行測量，獲得的供水溫度測量值T1作為機組控制器H的測量值，機組控制器H采用PID控制算法或其他算法。

機組控制器H的輸出作為上述功率執行器I的輸入，功率執行器I用于控制冷水機組的出水溫度T。

本發明實施例提供的基于負荷預測與舒適度反饋的供水變溫度控制系統具有如下有益效果：

首先，本發明提供的供水變溫度控制系統不同于現有的技術僅僅利用環境溫度表征空調系統的負荷，進行出水溫度設定值進行優化設定，本發明同時引入了環境溫度、環境濕度二個主要因素來表征空調系統的外負荷，同時引入設備運行狀態表征空調系統的內負荷，根據空調系統的總負荷進行出水溫度設定值進行優化設定，更加科學合理；

并且，不同于現有的技術僅僅利用實測氣象條件等影響因素表征空調系統的負荷，同時引入了這些影響因素的預測值來表征空調系統未來時刻的負荷，增強了所優化的出水溫度設定值具備了適應工況條件變化的能力。

此外，現有技術用于優化出水溫度設定值都屬于開環技術，引入超溫房間比率控制器，用于修正出水溫度設定值，是通過結合反饋技術，能夠進一步完善現有技術的不足。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。