[发明专利]用于具有入口和出口流量控制装置的HVAC系统的控制装置

说明书

技术领域

本申请要求2007年12月14日提交的标题为“Apparatus for SpeedControl of Centrifugal Chillers for Variable Primary Flow Systems withVariable Chilled Water Flow Rates”的、Lee Tetu等人的在先美国临时申请No.61/013,734的权益，该申请的全部内容以参考的方式引入本文。本发明涉及建筑物的供暖、通风和空调(HVAC)系统，更具体地，涉及建筑物的HVAC系统的控制装置。

背景技术

随着能源成本上升和终端用户在建筑物系统水平上的冷却应用方面变得更加精益求精，变速马达和逆变器技术正在对传统上以固定速度模式运行并仅仅出于首先的成本考虑而购买的产品造成日益严重的侵袭。设备的寿命周期成本消减是这种趋势背后的驱动力。随着日益升高的能源成本和对低碳排放的关注，朝着更节能运行但更高初始成本发展的这种趋势看来只会加速。由于进行这些升级的回报期达1至3年，变速运行的吸引力只会更大。HVAC产业正在经历这种从固定速度向变速运行的转变，尤其是对商业规模的设备而言。

与变几何结构压缩机控制相比，变速运行赋予了在非设计工况下提高离心式压缩机效率的潜力。然而，变速运行的这个优点却被早前的或低压头压缩机喘振抵消。需要变速和变几何结构控制的组合以利用变速效率改善而不牺牲低流量高压头能力。一旦两种流量控制方法都是可行的，则最佳控制就变得更成问题，其中，一个参数的改变可能理论上对效率的改善有益但对稳定运行有害。

理解这些参数的物理意义和相互关系对于合适的冷却器控制而言是关键的。使这个问题变得复杂的事实在于：建筑物系统控制有时是通过可变的主水流量来进行优化的；以及大多数冷却器系统未装备有水流量测量装置，该水流量测量装置利用水温变化直接测量压缩机流量。常规来说，在已知压缩机质量流量、冷凝器与蒸发器饱和温度的差值、以及水温升高的情况下，可确定性能图上的位置，而在冷却器控制的情况中，即为从喘振到当前运行点的裕度。

存在通过利用固定速度运行和变速运行这两者来提高部分负载性能的需求。

还存在对用于固定速度运行和变速运行这两者的多输入、多输出压缩机控制系统的需求。

还存在对用于控制器的基于模型的前馈元件的需求，其用来针对固定速度和变速运行这两者确定达到最大压缩机效率所必需的速度和可变几何结构的组合。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种用于控制供暖、通风和空调系统的运行的方法，该方法概括地包括：提供供暖、通风和空调系统，所述系统具有蒸发器、冷凝器、具有入口和出口的压缩机、以及至少一个与所述入口或所述出口或者所述入口和所述出口这两者连通的流量控制装置；测量所述供暖、通风和空调系统的性能参数；确定指示喘振的发生的性能参数测量值；基于所述性能参数测量值确定所述供暖、通风和空调系统的喘振线；以及基于所述性能参数独立地控制所述至少一个流量控制装置以抑制喘振的发生。

在本发明的另一个方面，提供一种供暖、通风和空调系统，该系统概括地包括：蒸发器；冷凝器；具有入口和出口的压缩机；至少一个与所述入口或所述出口或者所述入口和所述出口这两者连通通信的流量控制装置；以及控制器，所述控制器被利用对应于指示喘振的发生的性能参数的信息进行了编程，并且适于独立地控制下述中的至少任意一个：所述压缩机或者所述至少一个流量控制装置或者所述压缩机和所述至少一个流量控制装置这两者，并且适于抑制喘振的发生。

在下面的附图和描述中阐述了一个或多个实施例的细节。从该描述和附图以及权利要求中，其它特征、目的和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出了供暖、通风和空调系统；

图2示出了图1的离心式压缩机；

图3示出了固定速度固定几何结构离心式压缩机的压头/流量关系；

图4示出了具有可变入口导向叶片的固定速度离心式压缩机的性能图；

图5示出了利用变频驱动(VFD)进行容量控制的固定几何结构离心式压缩机的性能图；

图6A和6B示出了2∶5∶1变速压缩机的“风机定律”特性的测量偏差；

图7示出了针对效率的变速、变IGV压缩机和IGV/速度组合的性能图；

图8A和8B示出了通过使用(A)流量分数指示满载设计点的压缩机性能图与使用(B)入口导向叶片设置角度指示满负载设计点的压缩机性能图的并排比较；