三.发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，设计一种当空调负荷
小于额定值时能通过计算机自动重新设定空调的蒸发压力，并以
该蒸发压力以及相应的过热度由计算机控制压缩机的运转和电
子膨胀阀的开启度的空调负荷随动变工况节能控制方法及其控
制器，以达到不同负荷条件下空调压缩机均以最高的效率运行，
特别是在负荷小于额定值条件下cop效能比不是降低或维持而
是提高，其cop值在其它条件一定时随负荷下降而提高。
本发明的空调负荷随动变工况节能控制方法及其控制器，其
设计思路是以计算机为核心多参数输入，双数字P.I.D控制，各
P.I.D的输入设定值是随负荷变化的而不是固定的，从而能保证
空调系统在不同负荷下，以最高效率的蒸发温度随动运行，达到
显著的节能效果。其中，电子调节阀的P.I.D调节器的输入值即
制冷剂蒸发过热度，是由蒸发压力和温度通过软件计算出的。
本发明具体是这样的：
一种空调负荷随动变工况节能控制方法，涉及由压缩机、
冷凝器、蒸发器构成的空调机组及带电子膨胀阀的执行机构，其
特征在于该方法包括：由传感器组采集到的空调负荷侧冷媒进出
口温度t1、t2，流量q和压缩机吸气侧的压力p、温度t3，经多路
A/D转换后送入计算机，其中温度t1、t2，流量q经蒸发温度设
定值计算软件包计算出能满足当前相同制冷量的传热温差的最
大蒸发温度设定值t30，并由t30经制冷剂数据库软件包算出与t30
相对应的蒸发压力p0作为数字P.I.D2调节的设定值，p0与实测
值p经数字P.I.D2计算后的值通过D/A转换后再通过执行机构
控制压缩机在新的蒸发压力p0下的运转；
同时，由p0值通过制冷剂过热度设定值软件包得出过热度
设定值t3”；
其中p、t3经制冷剂蒸汽过热度软件包计算出过热度测量值
t3’；
t3’和t3”经数字PID1计算出电子膨胀阀开启度的调节量，
通过D/A转换后直接控制电子膨胀阀的开启度。
当以冷媒水进口温度t20为设定值时，其蒸发温度设定值计
算软件包包括读入采集数据t1、t2、q及冷媒进口设定温度t20，
由公式计算出相应的t10，读入冷媒数据库中的比热C、比容Cv，
再读入蒸发器数据库中的换热面积F，并由q读入相应的换热系
数K，由公式计算出t30，用新的t30替换原来的t30并存储。
当以冷媒水出口温度t10为设定值时，其蒸发温度设定值计
算软件包包括读入采集数据t1、t2、q及冷媒出口设定温度t10，
读入冷媒数据库中的比热C、比容Cv，再读入蒸发器数据库中的
换热面积F，并由q读入相应的换热系数K，由公式计算出t30，
用新的t30替换原来的t30并存储。
在本发明中，制冷剂蒸汽过热度计算软件包、制冷剂数据库
软件包、制冷剂过热度设定值软件包、数字P.I.D计算软件包的
计算方法在现有文献中均有记载。
当冷媒为空气时，其传感器组还可以采集冷媒空气进口湿
度，冷媒空气出口湿度。并以空气进出口焓值计算出t30。
一种空调负荷随动变工况节能控制器，涉及由压缩机、冷凝
器、蒸发器构成的空调机组及带电子膨胀阀的执行机构，其特征
在于该控制器包括计算机、多路A/D卡，由安装于蒸发器冷媒
侧进口端的流量传感器Q、温度传感器T2，安装于蒸发器冷媒
侧出口端的温度传感器T1，安装于压缩机吸气侧的温度传感器
T3、压力传感器P构成的传感器组，安装于计算机与执行机构之
间的输出接口，其中传感器测得的信号经变送器后送入多路A/D
卡，再经多路A/D卡送入计算机，并由计算机处理后经输出接
口送入执行机构。
其输出接口可以是I/O接口，用于对压缩机进行能量调节和
启停控制。
其输出接口可以是D/A接口，用于对压缩机进行无极调速。
其传感器组中还可以包括分别设于冷媒进口湿度传感器，冷
媒出口湿度传感器。用于蒸发温度设定值计算软件包中对冷媒介
质为湿空气时对t30的计算。
在本发明中相关符号含义是：
t1——冷媒出口温度
t2——冷媒进口温度
t3——制冷剂蒸发温度
p——制冷剂蒸发压力
q——冷媒容积流量
t10——冷媒出口设定温度。指冷媒水或空气从蒸发器中出
来的温度，有时还可由空调操作者设定。
t20——冷媒进口设定温度。指冷媒水或空气进入蒸发器的
温度，通常由空调操作者设定。
t30——制冷剂设定蒸发温度。指在满足相同制冷量传热温
差的条件下最大的可用蒸发温度值。
p0——制冷剂设定蒸发压力
t3”——过热度设定值
t3’——过热度实测值
C——冷媒比热
Cv——冷媒比容
K——蒸发器换热系数
F——蒸发器换热面积
cop—制冷机组效能比(制冷量/制冷机能耗)
本发明的计算机控制器由传感器，变送器(冷媒进出口温度、
流量，蒸发压力、温度)，多路A/D参数采集卡，蒸发温度计算
软件包(①制冷剂数据库软件包②过热度计算软件包③过热度
设定软件包④数字P.I.D1计算软件包⑤数字P.I.D2计算软件
包)，D/A转换，I/O接口，压缩机起停控制，压缩机调速控制，
电子调节阀开启度控制组成。其工作原理是：由传感器实时测量
空调冷媒的进出口温度t1，t2，及流量q，经变送器送入计算
机多路A/D参数采集卡，模数变换后的负荷侧数字参数经蒸发
温度设定值计算软件包计算出该负荷下的最大可用蒸发温度，以
此蒸发温度由制冷剂数据库软件包查出对应的蒸发压力p0作为
数字P.I.D1调节压缩机运行的设定值，用实测的蒸发温度p作为
P.I.D的输入值，由P.I.D1计算出输出调节量，经D/A或I/O去
控制压缩机的运行。同时由制冷剂数据库查得p0下的过热度t3”
作为数字P.I.D2调节电子膨胀阀开启度的设定值，而实测的蒸发
压力和蒸发温度经制冷剂过热度软件包计算出蒸发器中的实际
过热度t3’作为P.I.D2的输入值，由P.I.D2软件包计算出的输出
值经D/A转换控制电子膨胀阀的开启度，达到对空调压缩机的
变工况实时节能控制。由制冷理论知蒸发温度每上调1℃，制冷
机效能比(cop＝制冷量/能耗)将提高15％达到显著的节能效果。
五.实现方式
如图1、图2所示，一种空调负荷随动变工况节能控
制方法，涉及由压缩机、冷凝器、蒸发器构成的空调机组及带电
子膨胀阀的执行机构，其特征在于该方法包括：由传感器组采集
到的空调负荷侧冷媒进出口温度t1、t2，流量q和压缩机吸气侧
的压力p、温度t3，经多路A/D转换后送入计算机，其中温度t1、
t2，流量q经蒸发温度设定值计算软件包计算出能满足当前相同
制冷量的传热温差的最大蒸发温度设定值t30，并由t30经制冷剂
数据库软件包算出与t30相对应的蒸发压力p0作为数字P.I.D2调
节的设定值，p0与实测值p经数字P.I.D2计算后的值通过D/A
转换后再通过执行机构控制压缩机在新的蒸发压力p0下的运转；
同时，由p0值通过制冷剂过热度设定值软件包得出过热度
设定值t3”；
其中p、t3经制冷剂蒸汽过热度软件包计算出过热度测量值
t3’；
t3’和t3”经数字P.I.D1计算出电子膨胀阀开启度的调节量，
通过D/A转换后直接控制电子膨胀阀的开启度。
其蒸发温度设定值计算软件包包括读入采集数据t1、t2、q
及冷媒进口设定温度t20，由公式计算出相应的t10，读入冷媒数
据库中的比热C、比容Cv，再读入蒸发器数据库中的换热面积F，
并由q读入相应的换热系数K，由公式计算出t30，用新的t30替
换原来的t30并存储。
如图3所示，本实例是一个典型的空调制冷系统。本发明控
制器的数据监测部份由蒸发器冷媒侧的进出口温度传感器T1，
T2和流量传感器Q组成负荷监测探测组。由传感器检测到的各
信号参数经变送器直接送入多路A/D卡进入计算机。由各软件
包计算后的控制输出一个信号经D/A1转换成电信号后送入可控
硅变频调节器，将压缩机驱动电机的频率调整，使驱动电机的转
速变化，以保证该负荷下的蒸发压力稳定。由各软件包计算后的
控制输出另一个信号经D/A2转换成电信号后送入变送器，由变
送器直接控制电子膨胀阀的开启度，以保证传热面积的充分利用
和制冷剂的完全蒸发。当负荷减小时，由蒸发温度计算软件包可
算出新的蒸发温度设定值上升，则相应的蒸发温度压力设定值上
升，由实测到的蒸发压力与新的蒸发压力比较经P.I.D1软件包可
计算出将压缩机驱动电机的转速下调以提高蒸发温度。由于蒸发
压力上调使电子膨胀阀进出口压差变小，经电子膨胀阀流入蒸发
器的制冷剂流量将减小，其蒸汽的过热度将上升，由检测到的p，
t3经过热度计算软件包可算出实测过热度t3的值，将其送入P.I.D2
的输入端与从制冷剂数据库软件包查出的标准过热度输入P.I.D2
的设定端，由P.I.D2软件包算出电子膨胀阀开启控制输出值，送
入D/A转换器变成模拟电压信号，经变送器直接送入电子膨胀
阀使阀的开启度增加至过热度设定值。由于降低了压缩机的转速
在同样负荷下保证了制冷剂的流量不变，即制冷量不变而压缩机
的运行工耗减小、达到节能控制的目的。