本發明涉及一種中央空調，特別是涉及一種中央空調熱平衡節能系統。

背景技術：

空調及熱泵系統正被廣泛的用來為建筑供暖和制冷，人們意識到，傳統中央空調特別是在夏天制冷劑時，大量無用的冷凝熱直接排放到環境中，中央空調系統的廢熱回收尚未得到充分的利用。另一方面，在酒店、醫院等建筑中需要大量生活熱水，需要額外配備電或燃氣鍋爐整天運行，因此在能源收支平衡中熱損失占了很大一部分。如果利用中央空調產生的廢熱來制取生活熱水，將是一個節能的好辦法。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供了一種中央空調熱平衡節能系統，該節能系統能夠在中央空調制冷狀況下對廢熱進行回收利用，加熱生活用水，滿足酒店、醫院、會所、老年公寓、運動館等場所的熱水需求。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

一種中央空調熱平衡節能系統，在中央空調主機外設置有冷凍水回路、熱回路和熱平衡節能裝置，所述冷凍水回路包括冷凍水回路循環泵，在冷凍水回路循環泵的驅動下，流回中央空調主機的房間末端冷凍水進入熱平衡節能裝置中發生熱交換，釋放其熱量后流回中央空調主機；所述熱回路包括熱回路循環泵和板式換熱器，在熱回路循環泵的驅動下，來自熱水系統中的熱水進入熱平衡節能裝置，在熱平衡節能裝置中發生熱交換，吸收冷凍水回路釋放的熱量后進入板式換熱器，在板式換熱器中再次發生熱交換，將熱量傳遞給生活熱水。

進一步，所述熱平衡節能裝置包括壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器，低壓液態制冷劑在壓縮機的驅動下，通過節流閥后在蒸發器中與從房間末端流出的冷凍水進行熱交換，低壓液態制冷劑在蒸發器中蒸發成氣體，帶走冷凍水中的熱量，使冷凍水的溫度降低；低溫低壓的制冷劑氣體經過壓縮機，在壓縮機的壓縮下變成高溫高壓氣體，然后制冷劑氣體通過冷凝器與生活熱水進行熱交換，冷凝成中溫液體，冷凝過程中釋放大量熱量給生活熱水，然后進行下一次制冷循環。

進一步，還包括監測與控制模塊，所述監測與控制模塊包括監測裝置和控制柜，所述控制柜定時發送控制命令給監測裝置，監測裝置采集一次現場數據，并將數據封裝、打包后發送到云數據中心。

進一步，還包括冷凍水溫差控制模塊，所述熱平衡節能裝置與中央空調主機之間設置有冷凍水泵，所述冷凍水泵為變頻水泵；所述冷凍水溫差控制模塊包括溫度傳感器、PC和PLC及其擴展模塊，PLC及其擴展模塊通過溫度傳感器采集到冷凍水回路中的進水和出水溫度，并進行A/D轉換，PLC及其擴展模塊將轉換之后的參數發送到PC，PC中內置模糊控制算法，模糊控制算法通過將參數進行模糊化、模糊推理后得出PLC及其擴展模塊中PID控制算法所需的Kp、Ti、Td三個參數，然后將Kp、Ti、Td發送給PLC及其擴展模塊，PLC及其擴展模塊中內置PID控制算法，根據Kp、Ti、Td計算出輸出控制信號給冷凍水泵變頻器，調節冷凍水泵的轉速。

本發明的有益效果在于：

1、本發明在中央空調主機外增加了熱平衡節能裝置來對制冷工況下中央空調產生的廢熱進行回收利用，使中央空調系統的廢熱得到充分利用，解決了能源浪費問題，同時還滿足了酒店、醫院、會所、老年公寓、運動館等安裝有中央空調場所的熱水需求。

2、通常，中央空調主機出現故障時，都是售后工作人員上門進行維修，用戶不能拆開主機，本發明是在現有中央空調的基礎上，在主機外增加的節能系統，在進行安裝和維修時不需要拆開主機，安裝和維修方便。

3、本發明在熱回路中增加了板式換熱器，板式換熱器可以起到將空調系統中的熱水與生活熱水隔離，防止生活熱水杯污染。

附圖說明

圖1為本發明中央空調熱平衡節能系統的結構原理圖。

圖2為本發明熱平衡節能裝置的結構原理圖。

圖3為本發明監測與控制模塊的結構原理圖。

圖4為本發明冷凍水溫差控制模塊的結構原理圖。

圖5為本發明模糊PID控制邏輯結構圖。

圖中，1—熱平衡節能裝置；2—冷凍水回路循環泵；3—熱回路循環泵；4—冷凍水泵；5—板式換熱器；6—流量計；7—溫度變送器；11—壓縮機；12—節流閥；13—蒸發器；14—冷凝器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。

如圖1所示，本發明的中央空調熱平衡節能系統，在中央空調主機外設置有冷凍水回路、熱回路和熱平衡節能裝置1，其中，冷凍水回路包括冷凍水回路循環泵2，在冷凍水回路循環泵2的驅動下，流回中央空調主機的房間末端冷凍水(通常溫度在12℃左右)進入熱平衡節能裝置1中發生熱交換，釋放其熱量后流回中央空調主機；熱回路包括熱回路循環泵3和板式換熱器5，在熱回路循環泵3的驅動下，來自熱水系統中的熱水(通常溫度在50℃)進入熱平衡節能裝置1，在熱平衡節能裝置1中發生熱交換，吸收冷凍水回路釋放的熱量后(溫度可升高到55℃)進入板式換熱器5，在板式換熱器5中再次發生熱交換，將熱量傳遞給生活熱水。其中，板式換熱器5可以使熱回路中的熱水與生活熱水隔離，防止熱水被污染。

如圖2所示，本發明的熱平衡節能裝置的作用是進行熱交換，將房間末端返回冷凍水中的熱量回收，用于加熱生活熱水。熱平衡節能裝置可以采用現有的空調熱交換器，也可以采用本實施例的熱平衡節能裝置，具體包括壓縮機11、冷凝器14、節流閥12和蒸發器13，工作時，首先低壓液態制冷劑在壓縮機11的驅動下，通過節流閥12后在蒸發器13中與從房間末端流出的12℃冷凍水進行熱交換，由于節流閥12的作用，低壓液態制冷劑在蒸發器13中蒸發成氣體，帶走冷凍水中的熱量，使冷凍水的溫度降低；低溫低壓的制冷劑氣體經過壓縮機11，在壓縮機11的壓縮下變成高溫高壓氣體，然后制冷劑氣體通過冷凝器14與生活熱水進行熱交換，冷凝成中溫液體，冷凝過程中釋放大量熱量給生活熱水，然后進行下一次制冷循環。這樣，通過熱平衡節能裝置中的壓縮機11做功，即可將冷凍水中的熱量傳遞給生活熱水。

為了對改造后中央空調取得的節能效果以及經濟性能進行分析，本發明還包括監測與控制模塊，監測與控制模塊用于采集熱平衡節能裝置、空調冷凍水系統和生活熱水加熱系統中的溫度、流量、用電量等數據，通過TCP/IP體系協議將數據發送到云數據中心，系統的管理者和操作者可隨時隨地通過web頁面訪問與管理整個系統。監測與控制模塊結構如圖3所示，包括監測裝置和控制柜，控制柜每隔60秒發送控制命令給監測裝置，監測裝置采集一次現場數據，并將數據封裝、打包后發送到云數據中心，云數據中心接收到數據后通過智能控制算法計算出系統運行最佳方案數據，并將該方案數據返回給監測與控制模塊，通過控制柜控制系統運行來實現最佳節能效果和經濟性能。

本實施例的監測裝置包括電表、溫度變送器7和流量計6，其中，電表用于采集系統耗電量，具體實施時，可在各耗電元件所在回路中安裝電表，然后再通過集中器將總耗電量發送到云數據中心；溫度變送器7和流量計6分別用于采集溫度和用水量，具體實施時，可在冷凍水回路、熱回路以及熱水回路中分別安裝溫度變送器7和流量計6(參見圖1)。

在本發明中，如何解決冷凍水系統當中“大流量小溫差”的問題是提高熱平衡節能裝置節能效果與經濟性能的關鍵。本發明在熱平衡節能裝置與中央空調主機之間設置有冷凍水泵，冷凍水泵采用變頻水泵；在大量的現場調研發現，在制冷季時，中央空調主機出水溫度穩定在7℃左右，由于冷凍水泵4轉速不合理，導致冷凍水經過末端風機盤管后流回主機的溫度只有9-10℃，過低的冷凍水溫差使熱平衡節能裝置不能發揮理想的效果，本發明中使用模糊PID控制算法，在滿足末端對冷負荷的需求下，調節冷凍水泵轉速，使冷凍水系統進回水溫差達到5℃，具體方案是在系統中安裝冷凍水溫差控制模塊，如圖4所示，冷凍水溫差控制模塊包括溫度傳感器、PC和PLC及其擴展模塊，PLC及其擴展模塊通過溫度傳感器采集到冷凍水回路中的進水和出水溫度，并進行A/D轉換，PLC及其擴展模塊將轉換之后的參數發送到PC，PC中內置模糊控制算法，模糊控制算法通過將參數進行模糊化、模糊推理后得出PLC及其擴展模塊中PID控制算法所需的Kp、Ti、Td三個參數，然后將Kp、Ti、Td發送給PLC及其擴展模塊，PLC及其擴展模塊中內置PID控制算法，根據Kp、Ti、Td計算出輸出控制信號給冷凍水泵變頻器，調節冷凍水泵的轉速。

具體的，所述PLC及其擴展模塊中內置PID控制算法為：

其中u(t)為輸出，Kp為比例控制參數，Ti為積分時間參數，Td為微分時間參數，e(t)為輸入。

具體的，PC內置的模糊控制算法采用兩輸入三輸出的方式，以中央空調水系統當中實測溫度與設定值的偏差el和偏差變化率ecl作為輸入，Kp、Ti、Td作為輸出，如圖5所示，所述el取其語言變量為E1，選定E1的論域為{-6，-4，-2，0，2，4，6}，設立7個模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其對于實際意義為設定值與實測值偏差“相當高”、“比較高”、“略高”、“正好”、“略低”、“比較低”、“相當低”。

所述偏差變化率ecl，取其語言變量為EC1,選定EC1的論域為{-6，-4，-2，0，2，4，6}，設立7個模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其對于實際意義為設定值與實測值偏差“快速上升”、“較快上升”、“略上升”、“不變”、“略下降”、“較快下降”、“快速下降”。

選擇三角函數描述E1和EC1模糊子集的隸屬度函數u(x)為：

根據PID參數整定原則，制定一組由7×7＝49條模糊語句構成的控制規則：

If(E1 is PB)and(EC1 is PM)then(Kp is NB)(Kp is PB)(Kp is PS)；

If(E1 is PB)and(EC1 is PS)then(Kp is NM)(Kp is PM)(Kp is PS)；

If(E1 is PB)and(EC1 is ZO)then(Kp is NM)(Kp is PM)(Kp is PM)；

If(E1 is PB)and(EC1 is NS)then(Kp is NM)(Kp is PS)(Kp is PM)；

If(E1 is PB)and(EC1 is NM)then(Kp is ZO)(Kp is ZO)(Kp is PM)；

If(E1 is PB)and(EC1 is NB)then(Kp is ZO)(Kp is ZO)(Kp is PB)；

……

最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制技術方案，盡管申請人參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。