间接蒸发冷却空调及其控制方法和设备与流程

1.本发明涉及间接蒸发冷却空调控制领域，特别地，涉及一种间接蒸发冷却空调及其控制方法和设备。


背景技术：

2.现有间接蒸发冷却空调结构图1所示，该间接蒸发冷却空调机由两部分换热器组成：第一换热器1以及第二换热器2。室外第一新风从第一新风入口
①
经第一风机5进入空调箱，依次经过第一换热器1和第二换热器2，从立管外部横掠管束，完成等湿降温过程，然后分为两部分，一部分在送风口
③
处被送入室内。另一部分从二次风入口
④
经第二换热器2的下侧进入管内，然后从空调箱的上部的第二排风口
⑥
经第二风机4排出。
3.第二新风从第二新风入口
②
经第一换热器1的下侧进入管内，然后从空调箱的上部第一排风口
⑤
经第三风机3排出。
4.第一换热器1和第二换热器2管内自上而下进行冷水喷水，使得冷水与从第二新风入口
②
和二次风入口
④
进入的空气进行蒸发换热。喷水后的冷水被收集到水箱6中，并通过循环水泵7将冷水输送到喷水装置8。
5.间接蒸发冷却空调制冷量受到室外新风温湿度的影响，并且需要根据室内需求侧的冷负荷进行不断调节。目前广泛采用的制冷量调节策略是通过改变送风风机的转速，调节送风风量，来满足室内冷负荷。但是现有调节策略仅仅调节送风风量虽然会使得空调实际送风温度能够达到设定温度值，但是空调实际运行时制冷量较低，系统能耗较高。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种间接蒸发冷却空调及其控制方法、装置以及设备，以解决现有调节节策略仅仅调节送风风量虽然会使得空调实际送风温度能够达到设定温度值，但是空调实际运行时制冷量较低，系统能耗较高的问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.第一方面，
9.一种间接蒸发冷却空调，包括：第一新风通道、第二新风通道和二次风通道以及水循环系统；
10.所述第一新风通道中的第一新风由第一新风入口进入，在第一风机的控制下依次经过第一换热器和第二换热器的外部；经过所述第二换热器外部的第一新风经过挡板被分为送风和二次风两部分，所述送风经送风口送出，所述二次风经二次风入口进入二次风通道；
11.所述第二新风通道中的第二新风由第二新风入口进入，在第三风机的控制下进入所述第一换热器内部，并从第一排风口排出；
12.所述二次风通道中二次风由二次风入口进入后，在第二风机的控制下进入所述第二换热器内部，并从第二排风口排出；
13.所述水循环系统包括：用于向所述第一换热器和所述第二换热器内部喷水的喷水装置，设置于所述第一换热器和第二换热器下方并用于收集所述喷水装置喷出的水的水箱，用于将所述水箱中水提供给所述喷水装置的水泵，所述水泵还用于控制所述喷水装置的水流量；
14.所述挡板可活动设置在所述送风口和所述二次风入口之间，用于调节所述空调的送风比。
15.进一步地，所述挡板可转动的连接在所述二次风入口与送风口之间；
16.当所述挡板向所述二次风入口处转动时，所述二次风入口的二次风风量减少，所述送风口的送风风量增加；当所述挡板向所述送风口处转动时，所述送风口的送风风量减少，所述二次风入口的二次风风量增加。
17.进一步地，所述挡板可平移移动的设置在所述二次风入口与送风口之间；
18.当所述挡板向所述送风口平移移动时，所述二次风入口的二次风风量增加，所述送风口的送风风量减少；当所述挡板向所述二次风入口平移移动时，所述送风口的送风风量增加，所述二次风入口的二次风风量减少。
19.进一步地，所述喷水装置设置在所述第一换热器和所述第二换热器的下方，或，所述喷水装置设置在所述第一换热器和所述第二换热器的上方。
20.进一步地，
21.所述水循环系统还包括：
22.水箱，设置于所述第一换热器和第二换热器下方，并用于收集所述喷水装置喷出的水；
23.水泵，用于将所述水箱中水提供给所述喷水装置，所述水泵还用于控制所述喷水装置的水流量。
24.进一步地，所述第一新风通道内还设有第一风机，用于控制所述第一新风的风速；和/或，
25.所述第二新风通道内还设有第三风机，用于控制所述第二新风的风速；和/或，
26.所述二次风通道内设有第二风机，用于控制所述二次风的风速。
27.第二方面，
28.一种间接蒸发冷却空调控制方法，应用于第一方面技术方案提供的空调，所述方法包括以下步骤：
29.确定第一新风入口的第一新风风量、第二新风入口的第二新风风量和喷水装置的水流量；并获取所述第一新风入口处的第一新风的干球温度和湿球温度；
30.根据所述第一新风风量、所述第二新风风量、所述水流量和所述干球温度以及所述湿球温度确定目标送风比；所述目标送风比为送风口的送风风量与所述第一新风风量的比值；
31.控制所述空调以所述目标送风比进行送风。
32.进一步地，所述根据所述第一新风风量、所述第二新风风量、所述水流量和所述干球温度以及所述湿球温度确定目标送风比，包括：
33.根据送风比、所述第一新风风量、所述第二新风风量、所述水流量和所述干球温度以及所述湿球温度分别建立制冷量和送风干球温度的多项式模型；
34.将送风干球温度小于预设最大送风温度作为约束条件，将所述第一新风风量、所述第二新风风量、所述水流量和所述干球温度以及所述湿球温度作为已知量，将最大制冷量作为优化目标，对所述制冷量和送风干球温度进行优化，得到目标送风比。
35.进一步地，所述制冷量和送风干球温度的多项式模型为：
[0036][0037][0038]
其中，w为制冷量，t
db
为新风干球温度，t
wb
为新风湿球温度，ts为送风干球温度，a
0-a
27
为制冷量的各个拟合系数、b
0-b
27
为送风干球温度的各个拟合系数，vol1为第一新风风量，vol2为第二新风风量，volw为水流量。
[0039]
进一步地，所述对所述制冷量和送风干球温度进行优化，包括：
[0040]
对所述制冷量和所述送风干球温度采用梯度上升算法进行优化。
[0041]
进一步地，所述确定第一新风入口的第一新风风量、第二新风入口的第二新风风量和喷水装置的水流量，包括：
[0042]
根据室内实际温度和温度设定值确定所述第一新风风量、所述第二新风风量和所述水流量。
[0043]
进一步地，所述根据室内实际温度和温度设定值确定所述第一新风风量、所述第二新风风量和所述水流量，包括：
[0044]
当所述室内实际温度小于所述温度设定值时，降低所述第一新风风量；当所述第一新风风量降低至第一最低设定阈值时，降低所述第二新风风量；当所述第二新风风量降低至第二最低设定阈值时，降低所述水流量；和/或，
[0045]
当所述室内实际温度大于所述温度设定值时，增大所述水流量；当所述水流量增
大至第一最高设置阈值时，增大所述第二新风风量；当所述第二新风风量增大至第二最高设定阈值时，增大所述第一新风风量。
[0046]
第三方面，
[0047]
一种控制设备，包括：
[0048]
处理器；
[0049]
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
[0050]
所述处理器被配置为用于执行第二方面技术方案中任一项所述的方法。
[0051]
有益效果：
[0052]
本技术技术方案提供一种间接蒸发冷却空调及其控制方法和设备，在空调的送风口和二次风入口设置可活动的挡板，在调节送风风量时，不仅可以调节风机的转速，还可以通过挡板调节空调送风比。在间接蒸发冷却空调中送风温度与第一新风在第一换热器和第二换热器处的换热相关，而第二换热器处的换热又与二次风相关，而二次风是由第一新风得来，因此在第一新风风量和第二新风风量以及水流量确定时，能够通过挡板改变送风比，以在满足空调送风温度达到设定温度值的前提下，增加空调制冷量，降低系统能耗。
附图说明
[0053]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0054]
图1是现有间接蒸发冷却空调结构示意图；
[0055]
图2是本发明实施例提供的一种间接蒸发冷却空调结构示意图；
[0056]
图3是本发明实施例提供的一种挡板转动结构示意图；
[0057]
图4是本发明实施例提供的一种挡板平移移动结构示意图；
[0058]
图5是本发明实施例提供的一种间接蒸发冷却空调控制方法流程图；
[0059]
图6是本发明实施例提供的一种具体的间接蒸发冷却空调控制方法流程图；
[0060]
图7是本发明实施例提供的送风温度和送风比以及制冷量关系图；
[0061]
图8是本发明实施例提供的一种间接蒸发冷却空调控制装置结构示意图。
具体实施方式
[0062]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的描述说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本技术所保护的范围。
[0063]
如图1所示，由于现有间接蒸发冷却空调结构中，二次风入口
④
和送风口
③
截面积大小固定，即送风比固定(送风比＝送风口
③
的送风风量/第一新风入口
①
的第一新风风量，实际中送风风量与送风口
③
的截面积有关，第一新风风量一定时，截面积不变，送风比不变)，发明人经过试验发现，送风比与制冷量存在一定关系；而且在其他条件确定时，并不是送风比最大，空调制冷量越大。但是现有间接蒸发冷却空调中送风比固定，无论何种运行
条件下，送风比并不能改变，在一些情况下，空调制冷量较低，能耗较高。
[0064]
为解决上述技术问题，本发明第一实施例提供了一种间接蒸发冷却空调，包括：第一新风通道、第二新风通道和二次风通道以及水循环系统；如图2所示，由于图1和图2元器件名称相同(图1中挡板9可视为固定设置)，因此采用同一标号。
[0065]
第一新风通道中的第一新风由第一新风入口
①
进入，在第一风机5的控制下依次经过第一换热器1和第二换热器2的外部；经过第二换热器2外部的第一新风经过挡板9被分为送风和二次风两部分，送风经送风口
③
送出，二次风经二次风入口
④
进入二次风通道；第一风机5还用于控制第一新风的风速。
[0066]
第二新风通道中的第二新风由第二新风入口
②
进入，在第三风机3的控制下进入第一换热器1内部，并从第一排风口
⑤
排出；第三风机3用于控制第二新风的风速。
[0067]
二次风通道中二次风由二次风入口
④
进入后，在第二风机4的控制下进入第二换热器2内部，并从第二排风口
⑥
排出；第二风机用于控制二次风的风速。
[0068]
水循环系统包括：用于向第一换热器1和第二换热器2内部喷水的喷水装置8，设置于第一换热器1和第二换热器2下方并用于收集喷水装置8喷出的水的水箱6，用于将水箱6中水提供给喷水装置8的水泵7，水泵7还用于控制喷水装置8的水流量；
[0069]
挡板9可活动设置在送风口
③
和二次风入口
④
之间，用于调节空调的送风比。
[0070]
本发明实施例提供的间接蒸发冷却空调，在空调的送风口和二次风入口设置可活动的挡板，在调节送风风量时，不仅可以调节风机的转速，还可以通过挡板调节空调送风比。在间接蒸发冷却空调中送风温度与第一新风在第一换热器和第二换热器处的换热相关，而第二换热器处的换热又与二次风相关，而二次风是由第一新风得来，因此在第一新风风量和第二新风风量以及水流量确定时，能够通过挡板改变送风比，以在满足空调送风温度达到设定温度值的前提下，增加空调制冷量，降低系统能耗。
[0071]
一个实施例中，图2中挡板的结构如图3所示，包括挡板31，挡板31可转动的连接在二次风入口33与送风口34之间；当挡板31向二次风入口33处转动时，二次风入口33进风量减少，送风口34进风量增加；当挡板31向送风口34处转动时，送风口34进风量减少，二次风入口33进风量增加。挡板31的转动具有多种实现方式，示例性的，电机轴作为挡板31的转动轴，控制电机轴的转动即可控制挡板31的转动，类似于收费口的栏杆。或者，由可伸缩的驱动杆推动挡板31转动，类似于自卸卡车的液压柱。
[0072]
另一个实施例中，图2中挡板处结构如图4所示，包括挡板41挡板61可平移移动的设置在二次风入口43与送风口44之间，可以理解的是，图4中二次风入口43与送风口44为上下设置。则此时平移为上下平移，如果实际中送风口44和二次风入口43为左右设置，则为左右平移，在图4中，当挡板41向送风口44平移移动即向上平移移动时，二次风入口43进风量增加，送风口44进风量减少；当挡板41向二次风入口43平移移动即向下移动时，送风口44进风量增加，二次风入口43进风量减少。
[0073]
作为本发明实施例的一种可选实现方式，如图1所示，喷水装置8设置在第一换热器1和第二换热器2上方，使得冷水与从第二新风入口
②
和二次风入口
④
进入空气进行蒸发换热。喷水后的冷水被收集到水箱6中，并通过循环水泵7将冷水输送到喷水装置8。
[0074]
作为本发明实施例的另一种可选实现方式，如图2所示，喷水装置8设置在第一换热器1和第二换热器2下方，第一换热器1和第二换热器的管内自下而上进行冷水喷雾。水泵
7将喷水水的水压加高，再通过末端喷水装置8将高压水流打碎成微小液滴，以水雾的形式喷出，水雾随二次风经过第一换热器器1和第二换热器2内。该设计使得二次风与喷水水有较大的换热面积，从而获得更大的换热量与温降。
[0075]
第二实施例，参照图5，本发明实施例提供了一种间接蒸发冷却空调控制方法，应用于上述实施例中任一项提供的空调，方法包括以下步骤：
[0076]
s51：确定第一新风入口的第一新风风量、第二新风入口的第二新风风量和水泵的水流量；并获取第一新风的干球温度和湿球温度；
[0077]
s52：根据第一新风风量、第二新风风量、水流量和干球温度以及湿球温度确定目标送风比；
[0078]
s53：控制空调以目标送风比进行送风。
[0079]
本发明实施例提供的一种间接蒸发冷却空调控制方法，首先确定第一新风入口的第一新风风量、第二新风入口的第二新风风量和水泵的水流量，并获取第一新风入口的干球温度和湿球温度；然后根据第一新风风量、第二新风风量、水流量和干球温度以及湿球温度确定目标送风比；最后控制空调以目标送风比进行送风。本发明实施例提供的控制方法在根据实际温度与温度设定值的差值进行送风时，改变空调送风比为目标送风比，在第一新风风量、第二新风风量、水流量和第一新风入口处第一新风的干球温度以及湿球温度确定的情况下，以目标送风比送风时空调制冷量最大，此时空调能耗小。
[0080]
第三实施例，本发明提供一种具体的间接蒸发冷却空调控制方法，如图6所示，包括：
[0081]
步骤1：由于经过理论计算，第一风机功耗》第三风机功耗》水泵(图1或图2中与喷水装置8以及水箱6连接的水泵7)功耗，因此当室内实际温度低于温度设定值(即温度误差e大于0时，温度误差e＝温度设定值-室内实际温度)、系统需要减小制冷量时，控制器优先减小第一新风风量，若第一新风风量已经减小到第一最低设定阈值vol
1min
，则继而减小第二新风风量(图1中第二新风入口
②
处的风量)，若第二新风风量已经减小到第二最低设定阈值vol
2min
，则继而减小水流量直至水流量等于最低水流量设定阈值vol
wmin
；
[0082]
反之，当室内实际温度高于温度设定值、系统需要增加制冷量时，控制器优先增大循环水流量(最高到第一最大设定阈值vol
wmax
)，继而增大二次风风量(最高到最大第二设定阈值vol
2max
)，最后增大第一新风风量(最高到最大新风风量设定阈值vol
1max
)。
[0083]
步骤2：在以上三个参数(第一新风风量、第一新风风量和水流量)设定后，计算一个最优的挡板位置(送风比x)，使得系统在满足出风温度要求的前提下，获取最大的制冷量。为实现该步骤，需要建立机组的数学计算模型，然后使用优化函数进行优化，得到最优送风比。
[0084]
本发明拟合出如下多项式模型：
[0085][0086][0087]
式中，w—制冷量(w)，t
db
—新风干球温度(℃)，t
wb
—新风湿球温度(℃)，ts—送风干球温度(℃)，a
0-a
27
为制冷量的各个拟合系数、b
0-b
27
为送风干球温度的各个拟合系数，vol1为第一新风风量(m3/h)，vol2为第二新风风量(m3/h)，volw为水流量(m3/h)。
[0088]
需要说明的是，该多项式的拟合原理为，制冷量或者送风干球温度作为因变量，其影响因素仅有上述几个自变量，因此拟合得到制冷量和送风干球温度多项式。因此，可以理解的是由于并不是根据实际换热得到的函数，因此量纲上并不对应，其只考虑影响因素的数值对最终因变量的影响。
[0089]
注：新风干球温度和湿球温度由位于第一新风入口处的温湿度传感器测得。制冷量和送风干球温度的各个拟合系数可以通过多组实际数据得到，即给出多组不同送风比下对应的制冷量和送风温度求得各个拟合系数。
[0090]
通过梯度上升算法进行优化，得到最大制冷量下的送风比。
[0091]
优化目标:
[0092]
max(w)
[0093]
已知量：
[0094]
vol1,vol2,volw,t
db
,t
wb
[0095]
约束条件：
[0096]
ts《t
s_max
[0097]
注：t
s_max
为预设最大送风温度，该预设最大送风温度为送风口处允许的最大温度。
[0098]
优化变量：
[0099]
送风比x。
[0100]
需要说明的是，计算表明送风比x过大或过小都不会使得制冷量达到最大，而是存在某一中间值，能够得到最大制冷量。示例性的，将已知量和已求得拟合系数都带入多项式后，最终得到的是制冷量w和送风干球温度ts的跟送风比x的二次函数，且其中送风干球温度ts的最大值已被限制，此时可以有多种方式得到最大制冷量对应的送风比，例如，采用消元方式，即用ts表示x，然后带入到w的函数中求得w与ts的关系，找到对应的最大的w时ts的值，然后再求解得到x的值(此种方式需要注意x的取值范围为0-1)，或者直接由函数得到送风干球温度和送风比以及制冷量关系，如图7所示，然后根据图形对应即可。需要说明的是，图7中cooling capacity表示制冷量，temperature表示送风温度。一直上升的曲线表示送风温度的曲线，先上升后下降的曲线表示制冷量。
[0101]
步骤3：根据第一新风风量和送风比，计算二次风风量(二次风风量为二次风入口处的风量)：
[0102]
vol3＝vol1(1-x)
[0103]
其中，vol3为二次风风量。
[0104]
步骤4：将以上参数设定值传递到执行机构。其中，第一新风风量对应的执行机构为图1中第一风机5，第二新风风量对应的执行机构为图1中第三风机3，二次风风量对应的执行机构为图1中第二风机4，水流量对应的执行机构为图1中水泵7。
[0105]
需要说明的是，本发明实施例采用的是以拟合的多项式模型进行优化得到目标送风比，但是在实际过程中，可以采用其他方式得到目标送风比，如根据大量实际数据建立空调如图7的制冷量、送风干球温度以及送风比关系图，根据图确定目标送风比，示例性的，根据第一新风风量、第二新风风量、水流量和干球温度以及湿球温度能够得到如图7的制冷量、送风干球温度以及送风比关系图，此时根据送风温度的约束条件(在某个区间，或者如上述的约束条件：小于最大送风温度)，确定图上送风比可选择的区间，在该区间内，将制冷量最大值对应的送风比作为目标送风比。
[0106]
此外，控制空调以目标送风比进行送风，包括：控制风量调节装置调整空调的实际送风比为目标送风比。
[0107]
本发明实施例提供的具体的间接蒸发冷却空调控制方法，根据室内温度与设定值之间的误差，通过调整送风处挡板的位置来改变送风比，并通过改变第一风机转速、第二风机转速以及第三风机转速、喷水水泵功率，实现间接蒸发冷却空调机在更优的工况下运行，将空调机的能耗降到更低。
[0108]
第四实施例，本发明提供一种间接蒸发冷却空调，包括：
[0109]
处理器；
[0110]
用于存储处理器可执行指令的存储器；
[0111]
处理器被配置为用于执行第二实施例或第三实施例提供的方法。
[0112]
本发明实施例提供的间接蒸发冷却空调，通过存储器存储处理器的可执行指令，以便处理器能够根据室内实际温度和温度设定值的差值确定第一新风入口的第一新风风量、第二新风入口的第二新风风量和水泵的水流量，并获取第一新风入口的干球温度和湿球温度；然后根据第一新风风量、第二新风风量、水流量和干球温度以及湿球温度确定目标送风比；最后控制空调以目标送风比进行送风。本技术技术方案在根据实际温度与温度设
定值的差值进行送风时，改变空调送风比为目标送风比，在第一新风风量、第二新风风量、水流量和干球温度以及湿球温度确定的情况下，以目标送风比送风时空调制冷量最大，此时空调能耗小。
[0113]
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0114]
需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0115]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0116]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0117]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0118]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0119]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0120]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0121]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。