一種空調(diào)用變壓差控制裝置、方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種空調(diào)用變壓差控制方法，根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)最不利末端設(shè)備的冷凍水閥門開(kāi)度Vmax的大小，動(dòng)態(tài)調(diào)整冷凍水泵變頻控制的設(shè)定參數(shù)，即供回水總管壓差△Pset的設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)冷凍水系統(tǒng)變壓差節(jié)能控制。本發(fā)明還公開(kāi)了一種空調(diào)用變壓差控制裝置及系統(tǒng)，該裝置包括智能控制器、工業(yè)計(jì)算機(jī)和變頻器等，可以實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)參數(shù)的采集和反饋功能，智能控制器與對(duì)應(yīng)的節(jié)能控制裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。采用本發(fā)明，可以降低冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行能耗，提供滿足用戶需求的節(jié)能策略，對(duì)于提高能源利用效率具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】一種空調(diào)用變壓差控制裝置、方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及中央空調(diào)節(jié)能控制領(lǐng)域，尤其涉及一種空調(diào)用變壓差控制裝置、方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)今大型商用、民用高層建筑中，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗大約占整個(gè)建筑能耗的60%甚至更高。所以，對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的高效運(yùn)行及節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也提出了更高的要求。
[0003]中央空調(diào)系統(tǒng)一個(gè)大惰性、時(shí)滯性、非線性的系統(tǒng)，巨大的能耗主要來(lái)自于輸送系統(tǒng)運(yùn)行，空調(diào)水系統(tǒng)的輸送系統(tǒng)包括冷凍水泵、冷卻水泵、冷凍水系統(tǒng)管網(wǎng)與冷卻水系統(tǒng)管網(wǎng)。而冷水機(jī)組及水泵兩者的輸送能耗約占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗的70%左右。眾所周知，中央空調(diào)系統(tǒng)是按照滿負(fù)荷工況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而實(shí)際上空調(diào)機(jī)組絕大部分時(shí)間是在部分負(fù)荷下運(yùn)行(通常在50%以下負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間超過(guò)70%)，制冷機(jī)有完善的能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可根據(jù)負(fù)荷變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷機(jī)的功率已達(dá)到節(jié)能的目的，而冷媒水泵一般只進(jìn)行簡(jiǎn)單的臺(tái)數(shù)控制，不能根據(jù)系統(tǒng)所需要揚(yáng)程和流量連續(xù)變化連續(xù)調(diào)節(jié)，多余的揚(yáng)程消耗在末端設(shè)備的控制閥上。因此在部分負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)雖然冷源的產(chǎn)冷量已按需供給，但是水泵的輸送動(dòng)力能耗并沒(méi)有相應(yīng)減少；負(fù)荷計(jì)算偏大，阻力計(jì)算值會(huì)相對(duì)保守，致使水泵選配流量大、揚(yáng)程偏高，在中央空調(diào)水系統(tǒng)中出現(xiàn)大流量小溫差，系統(tǒng)穩(wěn)定性差、應(yīng)變能力差和運(yùn)行能耗較高的情況。
[0004]目前中央空調(diào)的水系統(tǒng)的形式多采用一次泵變流量系統(tǒng)。傳統(tǒng)的調(diào)速方法是在泵的出口處安裝閥門，通過(guò)關(guān)小閥門，加大系統(tǒng)局部阻力，使流量減少。目前，采用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)是生產(chǎn)、生活中廣泛采用的一種節(jié)能措施，在中央空調(diào)水系統(tǒng)中也有一定的應(yīng)用。中央空調(diào)水系統(tǒng)中水泵變頻調(diào)速的控制方法有溫差控制法和壓差控制法。溫差控制法通過(guò)控制溫差不變，使得流量隨負(fù)荷變化而變化，動(dòng)態(tài)變化關(guān)系滿足方
Ο =式中c一水的比熱，kMzg iC ； P 一水的密度，kg nr - ； 一末端裝置
供回水溫差，V.。其中Δ?—般設(shè)置為5°C，當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)，流量隨之減少，通過(guò)溫差控制器、
變頻器降低水泵轉(zhuǎn)速來(lái)減少流量各末端設(shè)備的冷凍水流量按比例減少，對(duì)于要求冷凍水供給量基本不變的房間，會(huì)造成冷量不足，從而影響使用效果。因而溫差控制系統(tǒng)適用于系統(tǒng)較小、房間功能簡(jiǎn)單的情況。而壓差控制法，在末端裝置的回水管上設(shè)置電動(dòng)閥，當(dāng)溫差改變，末端裝置的溫控器通過(guò)調(diào)整電動(dòng)閥的啟閉度來(lái)使得流量正比于空調(diào)負(fù)荷的變小，使管道阻力增大，水泵流量減小，揚(yáng)程增大，此時(shí)，流量變化引起的供回水管壓差的變化，將此信號(hào)輸入到變頻控制器，與設(shè)定值進(jìn)行比較，從而控制水泵轉(zhuǎn)速。
[0005]水泵轉(zhuǎn)速通常由系統(tǒng)最遠(yuǎn)端的壓差變化來(lái)控制的，壓差變化與回水管流量密切相關(guān)。而實(shí)際上管道特性是關(guān)于系統(tǒng)管道特性系數(shù)、不同溫度流體的動(dòng)力粘滯系數(shù)和末端電動(dòng)閥的特性曲線及閥門開(kāi)關(guān)數(shù)量的多少比例有關(guān)的復(fù)雜的多元函數(shù)關(guān)系。恒溫差或者恒壓及恒壓差實(shí)際并不能滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求。[0006]目前，變壓差控制節(jié)能技術(shù)也已有相關(guān)報(bào)道。有研究以TRNSYS為仿真平臺(tái)，建立中央空調(diào)二次泵變流量系統(tǒng)的仿真模型，以空調(diào)冷凍水系統(tǒng)最不利末端用戶兩端的壓差作為二次泵變頻控制的控制信號(hào)，對(duì)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)變壓差控制方案及其節(jié)能效果展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)與常用的定壓差控制方案相比，變壓差控制方案能夠節(jié)約6.49%的二次泵輸送能耗，節(jié)約5.10%的冷水機(jī)組運(yùn)行能耗，具有明顯的節(jié)能效果。但是該變壓差控制節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜，參數(shù)繁多，成本高昂，應(yīng)用受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)目前中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)定壓差和恒溫及恒溫差技術(shù)的不足，提供一種可用于降低冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行能耗和提供滿足用戶需求的負(fù)荷要求的技術(shù)。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明考慮到中央空調(diào)最不利末端設(shè)備冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度的最大值Vmsx與所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差A(yù)Pset之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過(guò)此關(guān)系的動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)末端冷凍水系統(tǒng)變壓差節(jié)能控制。
[0009]在流體力學(xué)中，一般閥門阻力系數(shù)用=?來(lái)衡量。調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。調(diào)節(jié)閥依據(jù)控制信號(hào)改變閥芯行程，調(diào)整流體通過(guò)閥門的阻力系數(shù)，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)整的目的。對(duì)于不可壓縮流體，流量?jī)H隨阻力系數(shù)變化。
[0010]根據(jù)伯努利方程，對(duì)于閥門的局部阻力系數(shù)?可表示為式中一閥門兩端的壓降(Pa)，可通過(guò)壓差傳感器獲得，Y -—流速(m/s )，通過(guò)測(cè)定流量獲得。
【權(quán)利要求】
1.一種空調(diào)用變壓差控制方法，其特征在于，在滿足用戶需求的負(fù)荷條件下，通過(guò)采集中央空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度，計(jì)算并得到其最不利末端設(shè)備的冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度的大小，通過(guò)控制邏輯對(duì)冷凍水泵變頻控制參數(shù)的設(shè)定值進(jìn)行再設(shè)定來(lái)改變冷凍水泵運(yùn)行頻率/使得Vmax落入一個(gè)較大值的區(qū)間從而實(shí)現(xiàn)變壓差節(jié)能控制； 所述控制參數(shù)為冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差Λ P ； 所述較大值區(qū)間為閥門阻力系數(shù)較小且隨閥門開(kāi)度變化不明顯的區(qū)間。
2.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)用變壓差控制方法，具體包括以下步驟: s1、采集所述冷凍水供回水總管壓力(PpP2)和采集全部或典型中央空調(diào)末端閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度； s2、數(shù)據(jù)上傳至智能控制器，計(jì)算并得到所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差ΛP和最不利末端設(shè)備的冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度Vmax ； s3、判斷最不利中央空調(diào)末端設(shè)備冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度Vmax是否落入某一個(gè)較大值區(qū)間: 當(dāng)Vmax落Λ該較大值區(qū)間內(nèi)時(shí)，對(duì)于冷凍水泵變頻的控制參數(shù)的設(shè)定值保持不變，所述冷凍水泵變頻的控制參數(shù)為所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差Λ P ； 當(dāng)Vmax >所述較大值區(qū)間的極大值時(shí)，調(diào)整增大冷凍水泵變頻的控制參數(shù)的設(shè)定值，冷凍水泵的運(yùn)行頻率相應(yīng)增大，使得實(shí)際壓差和設(shè)定壓差保持一致；所述冷凍水泵變頻的控制參數(shù)為所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差Λ P ;當(dāng)Vmax <所述較大值區(qū)間的極小值時(shí)，調(diào)整減小冷凍水泵變頻的控制參數(shù)的設(shè)定值，冷凍水泵的運(yùn)行頻率相應(yīng)減小，使得實(shí)際壓差和設(shè)定壓差保持一致；所述冷凍水泵變頻的控制參數(shù)為所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差Λ P ； s4、返回步驟SI。
3.如權(quán)利要求1或2所述的空調(diào)用變壓差控制方法，其特征在于，動(dòng)態(tài)計(jì)算并得到所述全部或典型的中央空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水閥門開(kāi)度的最大值，并定為最不利空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度Vmax。
4.如權(quán)利要求1或2所述的空調(diào)用變壓差控制方法，其特征在于，所述較大值區(qū)間為80%-90% 或 75%-90%。
5.如權(quán)利要求2或3或4所述的空調(diào)用變壓差控制方法，其特征在于，步驟S3所述調(diào)整增加和調(diào)整減小均為小幅度的固定值； 所述采集為通過(guò)TCP/IP協(xié)議與末端空調(diào)控制器連接采集末端閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度。
6.一種空調(diào)用變壓差控制裝置，其特征在于，包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、智能控制器、傳感器、變頻器和冷凍水泵； 所述智能控制器與安裝冷凍水總管上的壓力傳感器連接，并接收由所述壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)；末端空調(diào)設(shè)備的智能控制器與其冷凍水調(diào)節(jié)閥門連接，并接收采集閥門開(kāi)度的數(shù)據(jù)； 所述工業(yè)計(jì)算機(jī)與智能控制器相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空調(diào)用變壓差控制裝置，其特征在于，所述控制器向所述工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)送工況參數(shù)數(shù)據(jù)；所述變頻器與所述冷凍水泵連接，所述變頻器依據(jù)所述智能控制器發(fā)送的指令控制冷凍水泵運(yùn)行。
8.如權(quán)利要求6或7所述的空調(diào)用變壓差控制裝置，其特征在于，所述較大值區(qū)間為80%-90% 或 75%-90%; 所述調(diào)整增加和調(diào)整減小均為小幅度的固定值； 所述采集為通過(guò)TCP/IP協(xié)議與智能控制器連接采集其閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度。
9.一種空調(diào)用變壓差控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述冷凍水供回水總管壓力(P1、P2)和采集全部或典型中央空調(diào)末端閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度； 數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于數(shù)據(jù)上傳至智能控制器，計(jì)算并得到所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差Λ P和最不利末端設(shè)備的冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度Vmax ； 數(shù)據(jù)判斷模塊，用于判斷最不利中央空調(diào)末端設(shè)備冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度Vmax是否落入某一個(gè)較大值區(qū)間: 當(dāng)Vmax落入該較大值區(qū)間內(nèi)時(shí)，對(duì)于冷凍水泵變頻的控制參數(shù)的設(shè)定值保持不變，所述冷凍水泵變頻的控制參數(shù)為所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差Λ P ； 當(dāng)Vmax >所述較大值區(qū)間的極大值時(shí)，調(diào)整增大冷凍水泵變頻的控制參數(shù)的設(shè)定值，冷凍水泵的運(yùn)行頻率相應(yīng)增大，使得實(shí)際壓差和設(shè)定壓差保持一致，所述冷凍水泵變頻的控制參數(shù)為所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差Λ P ;當(dāng)Vmax <所述較大值區(qū)間的極小值時(shí)，調(diào)整減小冷凍水泵變頻的控制參數(shù)的設(shè)定值，冷凍水泵的運(yùn)行頻率相應(yīng)減小，使得實(shí)際壓差和設(shè)定壓差保持一致；所述冷凍水泵變頻的控制參數(shù)為所在冷凍水系統(tǒng)循環(huán)管路供回水總管壓差Λ P ； 數(shù)據(jù)反饋模塊，用于結(jié)合系統(tǒng)的輸出指令，返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過(guò)程，本發(fā)明中所述數(shù)據(jù)反饋模塊作用下返回?cái)?shù)據(jù)采集步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的空調(diào)用變壓差控制系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)，動(dòng)態(tài)計(jì)算并得到所述全部或典型中央空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水閥門開(kāi)度的最大值，并定為最不利空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度Vmax ； 所述較大值區(qū)間為80%-90%或75%-90% ； 所述調(diào)整增加和調(diào)整減小均為小幅度的固定值； 所述采集模塊為通過(guò)TCP/IP協(xié)議與末端空調(diào)控制器連接采集末端閥門動(dòng)態(tài)開(kāi)度。
【文檔編號(hào)】F24F11/00GK103994554SQ201410238231
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】張豐, 王燕波, 李開(kāi)國(guó), 朱國(guó)宏 申請(qǐng)人:廈門立思科技股份有限公司