变频冷冻空调冰水系统的冷冻能力调控方法

摘要

本发明涉及一种变频冷冻空调冰水系统的冷冻能力调控方法，通过分散各需求端的冷冻能力，降低突发或高峰集中的冷冻需求，以平缓变频负载需求，分别针对不同的冷冻能力需求端定义有多种运转程序，使得所述运转程序均具有经个别定义的相应高温-低温区间，通过不同运转程序的温度缓冲带重新分配变频冰水主机供应至冷冻能力需求端的冷冻能力，使得该变频冰水主机以平缓均匀方式运转压缩机，进而达到节能省电的效果。此外，本发明也考虑管线流失，包括管线破损或者不均匀所造成的冷冻能力误差均可通过本发明予以克服。

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷冻空调冰水系统冷冻能力调控方法，特别指涉 及一种变频冷冻空调冰水系统的冷冻能力(the freezing efficiency of a  variable-frequency freezing AC ice-water system)调控方法。

背景技术

一般而言，具有控温需求的营业场所或办公单位所具有的需求端 设备(例如：冷气机、中央空调系统、冷冻柜、冷藏柜等)，大多需要相 当大的功率输出以及冷房效果，一般分离式主机可能造成效率不足或 者成本过高的问题。因此大部分的营业场所所使用的多个需求端设备 皆采用同时连接至后端的冰水主机的设计，以利用冰水主机与需求端 设备间的热交换作用达到控温需求。举例而言，量贩卖场、生鲜超市、 或冷冻冷藏仓库所配置的冷冻冷藏柜均同时与后端的冰水主机相连 接，以利用冰水主机提供的冷却流体来完成热交换，进而达到冷冻、 冷藏的目的。

实际上，冰水主机的供给量通常相当庞大，而所供给的供给量越 大，所消耗的电量也就越高。以量贩卖场的冰水主机为例，由于其所 供给的供给量大多介于数吨至数百吨之间，以致冰水主机耗电量也相 当高，当然，量贩卖场业者因冰水主机而支出的电费，也相当可观。 倘若能够有效地利用冰水主机在启动运转时所供给的冷房能力，且避 免启动与关闭运转的次数，势必能够显著地降低业者在空调、冷冻上 所支出的成本。

为了节省冰水主机所消耗的电量，于是有厂商研发出可随需要改 变运转频率的变频冰水主机，以随着供给量总额调整变频冰水主机的 运转频率，进而降低耗电量，节省电费。就其原因，乃因变频冰水主 机的冷冻能力供给量与运转频率成正比，耗电量又与运转频率的三次 方成正比，也就是说，耗电量即与供给量的三次方成正比，以图1所 绘示的典型变频冰水主机耗电量与供给量的关系曲线图为例说明，当 变频冰水主机的供给量为供给量上限值的一半时，其所消耗的电量仅 为电量消耗上限值的12.5％(如曲线A所示)。然而，由于地球变暖的脚 步逐步加快，而变频冰水主机的配置又早已运行多年，因此，仅利用 变频冰水主机能够随着冷冻能力供给量总额而调整运转频率的特性达 到节约能源的效果，已逐渐无法满足随着社会趋势与环保意识提高所 带来的庞大节能减碳需求。

为此，如何提供一种可解决上述现有技术种种不足的冷冻能力调 配方法，可令变频冰水主机进一步地达到节能省电的效果，以针对各 种不同领域的冷冻与空调相关需求提供有效且具成本效益的节能机 制，作为提升产业竞争力与降低营运成本的一大利基，进而达到节能 减碳、保护地球的目的，实为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于有效利用变频冰水 主机的运转冷冻能力随频率降低的运转性能，提升变频冰水主机的节 能省电效果。

本发明的另一目的在于，以平缓均匀方式运转压缩机，使压缩机 操作于稳定的运转频率与供给冷冻能力下提升冷房效率并降低电力消 耗。

基于上述或其它目的，本发明提供一种变频冷冻空调冰水系统的 冷冻能力调控方法，应用于具有多个冷冻能力供应端与多个冷冻能力 需求端的冰水系统中，该多个冷冻能力需求端的每一者均具有个别的 目前温度、个别的温度流失速率，并且依据对应的运转程序运作，其 中，该冷冻能力调控方法包括：(1)定义所述运转程序，使得所述运转 程序的每一者均具有经个别的相应高温-低温区间；(2)通过该多个冷冻 能力供应端供应目前所需求的总冷冻能力，以使该多个冷冻能力需求 端的每一者的该个别的目前温度在目前时间周期内均维持于相应的高 温-低温区间内；(3)根据该多个冷冻能力需求端的每一者的个别的目前 温度、个别的温度流失速率，评估用以使得该多个冷冻能力需求端的 每一者在预定时间周期内均维持于相应的高温-低温区间内所需的预定 总冷冻能力；以及(4)判断该预定总冷冻能力是否高于或低于该目前冷 冻能力达到一特定流量差距，若是，则利用该多个冷冻能力需求端个 别对应的运转程序的高温-低温区间作为温度缓冲带，而重新评估该多 个冷冻能力需求端的每一者在该预定时间周期内均维持于相应的高温- 低温区间内所需的该预定总冷冻能力，直到该预定总冷冻能力高于或 低于该目前冷冻能力未达到该特定流量差距，并接着通过该多个冷冻 能力供应端在该预定时间周期内供应所需的该预定总冷冻能力；若否， 则通过该多个冷冻能力供应端在该预定时间周期内供应所需的该预定 总冷冻能力。

在本发明的另一方面中，该多个冷冻能力供应端所供应的预定总 冷冻能力还包括管线流失，例如管线破损或不均匀。

在本发明的又一方面中，所述运转程序所具有的个别定义的相应 高温-低温区间范围内还包括次要高温-低温区间，依据所述运转程序设 定该相应高温-低温区间以及该次要高温-低温区间的温度数值，作为特 定运转程序的温度缓冲带。

在本发明的再一方面中，可通过轮循算法调配该多个冷冻能力需 求端，以令该多个冷冻能力需求端轮流执行不同的运转程序，也可通 过配合加权式算法调配该多个冷冻能力需求端，以依据该多个冷冻能 力需求端的性质令该多个冷冻能力需求端轮流执行不同的运转程序。

相比于现有技术，本发明的变频冷冻空调冰水系统的冷冻能力调 控方法，通过分散各需求端的冷冻能力，降低突发或高峰集中的冷冻 需求，以平缓变频负载需求，适于应用在采用变频冰水主机的空调或 冷冻系统中，改善变频冰水主机的运转效率，降低电力消耗，进而有 效提升冷房效率与成本效益。

附图说明

图1是典型的变频冰水主机耗电量与负载率的关系曲线图；

图2是本发明的应用于冷冻空调冰水系统中的应用架构图；

图3是显示冷冻能力需求端依据不同运转程序所对应的运转温度 带；

图4是根据本发明的变频冷冻空调冰水系统的冷冻能力调控方法 对于冷冻能力供应端提供予多个冷冻能力需求端的冷冻能力进行调控 的示意图；

图5是本发明的变频冷冻空调冰水系统的冷冻能力调控方法的流 程图。

主要组件符号说明

20冷冻能力供应端

21冷冻能力需求端

21a热交换

22冷冻能力需求端

22a热交换

23冷冻能力需求端

23a热交换

25冰水管线

26监控端

4A-4D冷冻能力

S501-S504步骤

T1-T4温度

t1-t5单位时间

具体实施方式

以下是通过特定的具体实例说明本发明的技术内容，本领域技术 人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功 效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书 中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进 行各种修饰与变更。

请参阅图2，其显示根据本发明的变频冷冻空调冰水系统的冷冻能 力调控方法应用于具有冷冻能力供应端20与多个冷冻能力需求端21、 22、23的冰水系统中的架构。如图所示，在该冰水系统中，多个冷冻 能力需求端21、22、23通过冰水管线25而与该冷冻能力供应端(冰水 主机)20进行热交换21a、22a、23a，以达到降温的效果。在本说明书 中，冷冻能力需求端21、22、23可包括冷气机、中央空调主机、生鲜 冷冻柜、蔬果冷藏柜等各式需要进行热交换以降低环境温度的设备。

在此须提出说明，在本说明书中该冷冻能力供应端(冰水主机)20 所提供的冷冻能力定义如下：

冰水流量×冰水比热×(冰水进出温差)

其中，冰水比热是该冷冻能力供应端(冰水主机)20所提供的冰水 的比热，而冰水进出温差为该冰水管线25所提供的冰水与回流的冰水 间的温度差。由此可知，当冰水进出温差大于特定温差时，代表所述 冷冻能力需求端21、22、23需要更多冷冻能力，而该冷冻能力供应端 (冰水主机)20可通过增加冰水流量来增加所供应的冷冻能力，进而降 低冰水进出温差，达到降温所述冷冻能力需求端的效果。

在本实施例中，每一个冷冻能力需求端21、22、23均具有个别的 目前温度和个别的温度流失速率，并且运作于对应的运转程序。然而， 各个冷冻能力需求端21、22、23的个别温度流失速率取决于相当多种 因素，例如：冷冻能力需求端特性、背景环境温度、管线破损老旧等。

应了解到，个别冷冻能力需求端的温度流失速率可随时经由监控 端26测量得到，以利于对各个冷冻能力需求端21、22、23进行实时 的冷冻能力需求修正。此外，除了监控或测量各个冷冻能力需求端的 状态以外，也可经由该监控端26对各个冷冻能力需求端进行运转程序 设定，但不以此为限。在其它实施例中，不同的冷冻能力需求端可以 分别设置相对应的监控端；或在多个冷冻能力需求端中，部分冷冻能 力需求端是分别设置有相对应的监控端，部分冷冻能力需求端则是共 享相同的监控端。

在本实施例中，首先必须对各个冷冻能力需求端21、22、23分别 定义其对应的运转程序，使得所述运转程序的每一者均具有经个别定 义的相应高温-低温区间。举例而言，所述冷冻能力需求端21、22、23 可分别具有不同的运转温度范围，也就是说，冷冻能力需求端21可例 如为冷气机，其适当的运转温度介于摄氏23～28度；而冷冻能力需求 端22可例如为蔬果冷藏柜，其适当的运转温度介于摄氏2～7度；冷冻 能力需求端23则可例如为服务器机房，其适当的运转温度介于摄氏 20～25度。

接下来，通过该冷冻能力供应端20供应目前各个冷冻能力需求端 21、22、23所需的冷冻能力，使得所述冷冻能力需求端21、22、23 的个别温度T₂₁、T₂₂、T₂₃能够维持于本身相应的高温-低温区间内。

同时，根据所述冷冻能力需求端21、22、23的个别温度、个别的 温度流失速率，进一步评估得到能够使所述冷冻能力需求端21、22、 23在预定时间周期内均维持于相应的高温-低温区间内所需的总冷冻 能力，在本实施例中称为预定总冷冻能力。

倘若该经评估的预定总冷冻能力并未高于或低于该冷冻能力供应 端20目前所供应的总冷冻能力达到一特定流量差距，则通过该冷冻能 力供应端20在接下来的预定时间周期内供应该经评估的预定总冷冻能 力予所述冷冻能力需求端21、22、23。

然而，倘若该经评估的预定总冷冻能力高于或低于该冷冻能力供 应端20目前所供应的总冷冻能力达到特定流量差距，则必须利用各个 冷冻能力需求端21、22、23所对应的运转程序的高温-低温区间作为温 度缓冲带而重新评估得到能够使所述冷冻能力需求端21、22、23在预 定时间周期内均维持于相应的高温-低温区间内所需的总冷冻能力，直 到该经评估的预定总冷冻能力并未高于或低于该冷冻能力供应端20目 前所供应的总冷冻能力达到该特定流量差距为止，并接着通过该冷冻 能力供应端20在该预定时间周期内供应该经评估的预定总冷冻能力。

举例而言，倘若根据所述冷冻能力需求端21、22、23的个别温度、 个别的温度流失速率所评估得到的预定总冷冻能力(尚未供给予所述冷 冻能力需求端21、22、23)相比于该冷冻能力供应端20目前所供应的 总冷冻能力存在有某种程度以上的差距，则本发明的流量调控方法将 利用各个冷冻能力需求端21、22、23所设定的运转程序所能够容忍的 高温-低温区间作为温度缓冲带，使得该冷冻能力供应端20供给至所述 冷冻能力需求端21、22、23的个别冷冻能力能够重新分配，并重新评 估得到新的预定总冷冻能力，直到该新的预定总冷冻能力相比于该冷 冻能力供应端20目前所供应的总冷冻能力的差距低于某种程度为止。 如此一来，应用本发明的冷冻能力调控方法在各式变频冰水主机上， 能够使得冰水主机运转于稳定的频率之下，进而提升省电节能的效果。

请参阅图3，其显示冷冻能力需求端依据不同运转程序所对应的运 转温度带。如图所示，T1是高温-低温区间的下缘(温度最低点)，T2是 次要高温-低温区间的下缘，T3是次要高温-低温区间的上缘，T4是高 温-低温区间的上缘(温度最高点)。针对不同冷冻能力需求端的需求， 可采用不同的运转温度带设定。

举例而言，如图2所示的所述冷冻能力需求端21、22、23皆可分 别设定成以不同运转程序进行运作，一般而言，运转程序可包括一般 运转程序、预冷程序、及偏差容许程序，但并不以此为限。

一般运转程序容许维持温度于高温-低温区间范围内，例如：冷气 机的温度容许维持于摄氏28～23度。而该预冷程序则容许对于相应的 冷冻能力需求端进行预先降温。此外，偏差容许程序则容许维持温度 于相应的高温-低温区间范围内，且当温度超过相应的次要高温-低温区 间达到一偏差容许时间后，则降温或停止降温相应的冷冻能力需求端， 以维持温度于该相应的次要高温-低温区间范围内，例如：蔬果冷藏柜 容许维持温度于摄氏3～6度(次要高温-低温区间)，但为了调控冷冻能 力或者节能的原因，可进一步容许维持温度于摄氏-0～2度或者8～9度， 其中高温-低温区间为摄氏0～9度。

请参阅图4，其显示根据本发明的冷冻能力调控方法对于图2所示 的冷冻能力供应端20分别提供予所述冷冻能力需求端21、22、23的 冷冻能力4A、4B、4C进行调控的示意图。如图所示，该冷冻能力供 应端20供应予所述冷冻能力需求端21、22、23的冷冻能力在个别单 位时间t1、t2、t3、t4、t5内皆有所差异，主要原因是由于各个冷冻能 力需求端的背景环境温度可能不断地持续变化(例如：气温变化)，又或 者出现外来热源(例如：冷冻能力需求端23的蔬果冷藏柜刚冰入温度较 高的生鲜蔬菜)。如此一来，该冷冻能力供应端20的运转频率或者负载 率将会不断变动，然而，当此类变动大于某种程度时，则会进一步增 加该冷冻能力供应端20的功率消耗。因此，本发明的冷冻能力调控方 法将该冷冻能力供应端20在个别单位时间t1、t2、t3、t4、t5内供应 予所述冷冻能力需求端21、22、23的总冷冻能力的变化控制在特定的 流量差距内(可依据使用者需求自行定义)，以达到节能省电的效果。

在本实施例中，该冷冻能力需求端21运作于一般运转程序之下， 所设定的高温-低温区间范围是摄氏28～23度。此外，该冷冻能力需求 端22运作于预冷程序之下，所设定的高温-低温区间范围是摄氏0～9 度。而该冷冻能力需求端23运作于偏差容许程序之下，所设定的高温 -低温区间范围是摄氏20～25度，次要高温-低温区间范围是摄氏22～23 度。须特别提出说明的是，在不同的实施例中，本发明的冷冻能力调 控方法也可利用轮循算法调配所述冷冻能力需求端21、22、23，以令 所述冷冻能力需求端21、22、23轮流执行不同的运转程序。又或者， 也可利用加权式算法调配调配所述冷冻能力需求端21、22、23，以依 据所述冷冻能力需求端21、22、23的性质令所述冷冻能力需求端21、 22、23轮流执行不同的运转程序。

在单位时间t1中，冷冻能力4A、冷冻能力4B、冷冻能力4C及管 线流失4D的加总是该冷冻能力供应端20所供应的总冷冻能力。利用 本发明的冷冻能力调控方法可评估下一个单位时间t2中，该冷冻能力 供应端20所可能供应的总冷冻能力，倘若该经评估的总冷冻能力高于 或低于单位时间t1中的总冷冻能力达到某种程度，则重新分配该冷冻 能力供应端20供应至冷冻能力需求端21、22、23的个别冷冻能力。

上述个别冷冻能力的重新分配以个别冷冻能力需求端21、22、23 所设定的不同运转程序与相应的高温-低温区间范围或次要高温-低温 区间范围为基础。举例而言，倘若所述冷冻能力需求端21、22均运作 于一般运转程序，而该冷冻能力需求端23运作于偏差容许程序，也就 是说，所述冷冻能力需求端21、22所设定的一般运转程序高温-低温区 间范围分别为摄氏23～28度及摄氏2～9度，而该冷冻能力需求端23所 设定的偏差容许程序高温-低温区间范围是摄氏20～25度，而偏差容许 程序次要高温-低温区间范围是摄氏22～23度，当该冷冻能力需求端21 的温度接近上限摄氏28度，且该冷冻能力需求端22的温度接近上限 摄氏9度时，该冷冻能力需求端23的温度可暂时维持于摄氏23～24度 达一段时间，而这段时间内，该冷冻能力供应端20可降低供应至该冷 冻能力需求端23的冷冻能力，并且将所降低的冷冻能力转而供应至该 冷冻能力需求端21及22，用以降温该冷冻能力需求端21及22，如此 一来能够在多个冷冻能力需求端之间调控各别所需的冷冻能力，达到 稳定该冷冻能力供应端20所供应的总冷冻能力的效果。如此一来，本 发明的冷冻能力调控方法能够有效地重新分配该冷冻能力供应端20在 个别单位时间t1、t2、t3、t4、t5内供应予所述冷冻能力需求端21、22、 23的总冷冻能力，使个别单位时间t1、t2、t3、t4、t5内总冷冻能力的 变化得以控制于特定范围内。

经由上述可了解，本发明的冷冻能力调控方法灵活运用个别冷冻 能力需求端可运作于不同运转程序的特性，有效地达到稳定变频冰水 主机(冷冻能力供应端)20的运转频率和负载率的效果。此外，由于本 发明的冷冻能力调控方法进一步将管线流失4D考虑在内，故能够额外 地针对因管线老旧破损或者其它原因所造成的冷冻能力散失进行补 偿。

请参阅图5，其显示本发明的冷冻能力调控方法的流程图，该冷冻 能力调控方法应用于具有单一或多个冷冻能力供应端与单一或多个冷 冻能力需求端的冰水系统中，各个冷冻能力需求端均具有个别的目前 温度、个别的温度流失速率，并且运作于对应的运转程序。

在步骤S501中，定义多个运转程序，使得所述运转程序的每一者 均具有经个别定义的相应高温-低温区间，接着进至步骤S502。

在步骤S502中，通过该冷冻能力供应端供应目前所需求的总冷冻 能力，以使所述冷冻能力需求端的个别的目前温度在目前时间周期内 均维持于相应的高温-低温区间内，接着进至步骤S503。

在步骤S503中，根据所述冷冻能力需求端的每一者的个别的目前 温度、个别的温度流失速率，评估用以使得所述冷冻能力需求端的每 一者在预定时间周期内均维持于相应的高温-低温区间内所需的预定总 冷冻能力，接着进至步骤S504。

在步骤S504中，判断该预定总冷冻能力是否高于或低于该目前冷 冻能力达到一特定流量差距，若是，则进至步骤S505；若否，则进至 步骤S506。

在步骤S505中，利用该多个冷冻能力需求端个别对应的运转程序 的高温-低温区间作为温度缓冲带而重新评估该多个冷冻能力需求端的 每一者在该预定时间周期内均维持于相应的高温-低温区间内所需的预 定总冷冻能力，直到该预定总冷冻能力高于或低于该目前冷冻能力未 达到该特定流量差距，接着进至步骤S506。

在步骤S506中，通过该多个冷冻能力供应端在该预定时间周期内 供应所需的预定总冷冻能力。

由上述步骤可知，本发明的冷冻能力调控方法通过分散各需求端 的冷冻能力，降低突发或高峰集中的冷冻需求，以平缓变频负载需求。

相比于现有技术，本发明的变频冷冻空调冰水系统的冷冻能力调 控方法能够有效利用变频冰水主机的运转冷冻能力随频率降低的运转 性能，以平缓均匀方式运转压缩机，使压缩机操作于稳定的运转频率 与供给冷冻能力下，以提升冷房效率并降低电力消耗，同时能够应用 于采用变频冰水主机的空调或冷冻系统中，改善变频冰水主机的运转 效率，降低电力消耗，进而有效提升冷房效率与成本效益。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制 本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下， 对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如 权利要求所列。