CN101435643B - 冷水机组运行能效比监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明为冷水机组运行能效比监测方法，步骤包括：对冷水机组运行能效比运算周期和运行参数的采样周期赋初值；采集供冷管网冷冻水供水温度、供冷管网冷冻水回水温度、供冷管网冷冻水质量流量或者体积流量、制冷压缩机功率，并存入冷水机组运行能效比监测控制器相应的数据区；计算该运行能效比运算周期内的制冷量；采用平均算法计算该运行能效比运算周期内的平均制冷功率；计算该运行能效比运算周期内冷水机组运行能效比；将各采集参数和运算参数分别传到并显示在本地监控计算机、远程监控计算机。本发明适用于以电力作为一次驱动能源的中央空调系统中的冷水机组，测得的冷水机组运行能效比适用于冷水机组日常节能运行监管。

Description

冷水机组运行能效比监测方法

技术领域

本发明涉及中央空调冷水机组节能技术，具体是指冷水机组运行能效比节能监测方法。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高，中央空调系统广泛应用于各类建筑，在为人们提供舒适的生活环境的同时也消耗着大量的能源。冷水机组能耗约占中央空调能耗的40％以上，冷水机组制冷效率的高低直接影响着中央空调能耗。

通常冷水机组能效比(EER，Energy Efficiency Ratio)是在冷水机组出厂时额定工况下测定的数值，指额定工况下单位输入功率产生的净制冷量。其数学表达式为：EER＝制冷量/制冷消耗功率(kW冷/kW电)。由于室外气象参数的变化，建筑物的冷负荷是动态变化的；因此，冷水机组大部分时间都工作在非额定工况。此外还可能存在冷水机组选型不恰当或冷水机组与辅机不匹配的情况，从而导致冷水机组实际运行能效比和额定能效比相比偏低，因此，额定能效比只能作为衡量冷水机组制冷性能的参考值，对于中央空调这种耗能大户来说，有必要对中央空调系统冷水机组的实际运行能效比进行实时监测，这将有助于判断中央空调冷水机组运行状态是否合理，是衡量中央空调系统能源使用效率的直接依据。冷水机组的运行能效比越高，中央空调系统的能源利用效率越高。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种冷水机组运行能效比监测方法，本发明克服了传统的冷水机组额定能效比仅能作为衡量冷水机组制冷性能的参考值的局限性，提供实时判断冷水机组效率的运行能效比监测系统，适用于以电力作为一次驱动能源(包括压缩式、离心式、螺杆式、涡旋式)的中央空调系统冷水机组，本发明提出的冷水机组运行能效比的概念，以区别于空调出厂时标定的额定能效比，是针对冷水机组实时运行过程中的能源使用效率提出的，用于冷水机组日常节能运行的监控，并为中央空调系统的运行维护和实时监管提供依据。

本发明的目的通过下述技术方案实现：冷水机组运行能效比监测方法，所述冷水机组运行能效比为中央空调系统冷水机组的实际运行能效比，其监测方法包括以下步骤：

(1)冷水机组启动；

(2)冷水机组运行能效比监测系统上电启动，冷水机组运行能效比监测控制器通过参数初始化模块对冷水机组运行能效比运算周期T₁(s)和运行参数的采样周期T₂(s)赋初值，其中运算周期一般为采样周期的整数倍，T₁＝kT₂，k＝N，运算周期T₁(s)和运行参数的采样周期T₂(s)可以根据具体的监控需要赋初值；

(3)数据采集及存储模块采集供冷管网冷冻水供水温度t₂、供冷管网冷冻水回水温度t₁、供冷管网冷冻水质量流量q_m(吨/小时，t/h)或者体积流量q_v(立方米/小时，m³/h)、制冷压缩机功率P_r等运行参数，并将所采集的运行参数存入冷水机组运行能效比监测控制器相应的数据区；

(4)制冷量运算模块计算该运行能效比运算周期内的制冷量Q_n(kW)：

$Q_n=\frac{1000}{3600}\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Cq}}_m\left(i\right)[t_1\left(i\right)-t_2\left(i\right)]=\frac{1}{3600}\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Cq}}_v\left(i\right)[t_1\left(i\right)-t_2\left(i\right)]\·\mathrm{\ρ}$

式中Q_n为冷水机组净制冷量，单位为kW；C为水的比热容，4.2(kJ/kg·℃)，ρ为水的密度，(kg/m³)，式中[t₁(i)-t₂(i)]为冷冻水供、回水温差；

(5)输入功率运算模块采用平均算法计算该运行能效比运算周期内的平均制冷功率P_t(kw)：

$P_t=\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_r\left(i\right)}{k}$

(6)冷水机组运行能效比计算模块计算该运行能效比运算周期内冷水机组运行能效比EER：

$\mathrm{EER}=\frac{Q_c}{P_t}$

(7)冷水机组运行能效比监测控制器将运算周期T₁、采样周期T₂、冷冻水供水温度、冷冻水回水温度、冷冻水流量、制冷压缩机功率、运行能效比运算周期内的制冷量、运行能效比运算周期内的平均制冷功率以及运行能效比运算周期内冷水机组运行能效比EER分别传到并显示在本地监控计算机、远程监控计算机。

所述冷水机组运行能效比监测系统，包括冷水机组运行能效比监测控制器、本地监控计算机、远程监控计算机以及与冷水机组对应连接的供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器；所述供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器分别通过输入输出模块与冷水机组运行能效比监测控制器相连接，所述本地监控计算机、远程监控计算机分别通过转换器I、转换器II与冷水机组运行能效比监测控制器信号连接。

所述冷水机组运行能效比监测控制器包括参数初始化模块、数据采集及存储模块、制冷量运算模块、输入功率运算模块、冷水机组运行能效比计算模块、运行参数、运行能效比发送模块及输入输出模块，其中数据采集及存储模块与输入输出模块相连接，参数初始化模块与数据采集及存储模块相连接后分别与制冷量运算模块、输入功率运算模块相连接，制冷量运算模块、输入功率运算模块再分别接入冷水机组运行能效比计算模块；同时，参数初始化模块、数据采集及存储模块、制冷量运算模块、输入功率运算模块、冷水机组运行能效比计算模块还分别与运行参数及运行能效比发送模块相连接，运行参数及运行能效比发送模块还分别与转换器I、转换器II相连接。

所述转换器I为RS232/RS-485转换器。

所述转换器II为(TCP/IP)/RS-485转换器。

所述输入输出模块为I/O模块，该I/O模块的输出端与所述数据采集及存储模块相连接，输入端同时与供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器相连接。

所述输入输出模块为模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块中的一种或两种模块，若所述供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器均为模拟仪表时，则输入输出模块为模拟量输入输出模块；若所述供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器均为数字仪表时，则输入输出模块为数字量输入输出模块；若供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器中既有模拟仪表，也有数字仪表，则输入输出模块包括模拟量输入输出模块和数字量输入输出模块。

所述冷水机组包括制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀等中央空调冷源系统部分部件，不包括冷源部分的冷冻水泵及冷却水系统的冷却水泵和冷却塔。

所述供冷管网冷冻水供水温度传感器安装在蒸发器冷冻水供水端，供冷管网冷冻水回水温度传感器安装在蒸发器冷冻水回水端，供冷管网冷冻水流量计安装在蒸发器冷冻水回水端、制冷压缩机功率传感器安装在制冷压缩机接线端。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明冷水机组运行能效比监测方法通过采集冷冻水供水温度、冷冻水回水温度、冷冻水流量、制冷压缩机功率并进行运算最终得到中央空调系统冷水机组的实际运行能效比，本发明通过对中央空调系统冷水机组的实际运行能效比进行实时监测，有助于判断中央空调系统冷水机组运行状态是否合理；同时本发明中冷水机组运行能效比监测控制器将冷水机组的各种运行参数和各计算结果发送并显示在本地监控计算、远程监控计算机，这样用户就可以清楚地了解到冷水机组实时的各种运行参数和各计算结果，有助于及时作出相应的运行参数调整；本发明对中央空调系统冷水机组的实际运行能效比进行实时监测，可以作为衡量中央空调系统能源使用效率的直接依据，可减少能源的浪费；用户根据本发明测得的实际运行能效比可实时反映出冷水机组运行中出现的问题，有助于冷水机组的及时维护。

附图说明

图1为本发明冷水机组运行能效比监测系统的结构图；

图2为本发明冷水机组运行能效比监测系统的测量结构图；

图3为本发明冷水机组运行能效比监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，本发明冷水机组运行能效比监测系统包括冷水机组运行能效比监测控制器、远程监控计算机、本地监控计算机、与冷水机组对应连接的供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器；其中，本地监控计算机、远程监控计算机分别通过RS232/RS-485转换器、(TCP/IP)/RS-485转换器与冷水机组运行能效比监测控制器信号连接。供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器分别通过输入输出模块与冷水机组运行能效比监测控制器相连接。

所述冷水机组运行能效比监测控制器包括参数初始化模块、数据采集及存储模块、制冷量运算模块、输入功率运算模块、冷水机组运行能效比计算模块、运行参数、运行能效比发送模块及输入输出模块，其中数据采集及存储模块与输入输出模块相连接，参数初始化模块与数据采集及存储模块相连接后分别与制冷量运算模块、输入功率运算模块相连接，制冷量运算模块、输入功率运算模块再分别接入冷水机组运行能效比计算模块；同时，参数初始化模块、数据采集及存储模块、制冷量运算模块、输入功率运算模块、冷水机组运行能效比计算模块还分别与运行参数及运行能效比发送模块相连接，运行参数及运行能效比发送模块还分别与RS232/RS-485转换器、(TCP/IP)/RS-485转换器相连接。

所述供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器均为模拟仪表。

所述输入输出模块为I/O模块，该I/O模块仅包括模拟量输入模块，模拟量输入模块的输出端与所述数据采集及存储模块相连接，模拟量输入模块的输入端同时与供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器相、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器相连接。

如图2所示为本发明冷水机组运行能效比监测系统的测量结构，所述冷水机组包括制冷压缩机1、冷凝器3、蒸发器5和节流阀4，以及流量调节阀9等中央空调冷源系统部分部件，不包括冷源部分的冷冻水泵及冷却水系统的冷却水泵和冷却塔。所述供冷管网冷冻水供水温度传感器8安装在蒸发器5的冷冻水供水端，供冷管网冷冻水回水温度传感器7安装在蒸发器5的冷冻水回水端，供冷管网冷冻水流量计6安装在蒸发器5的冷冻水回水端、制冷压缩机功率表2安装在制冷压缩机1的接线端。

由上述冷水机组运行能效比监测系统实现冷水机组运行能效比监测的方法，如图3所示，所述冷水机组运行能效比为中央空调系统冷水机组的实际运行能效比，其监测方法具体包括以下步骤：

(1)冷水机组启动。

(2)冷水机组运行能效比监测系统上电启动，冷水机组运行能效比监测控制器通过参数初始化模块对冷水机组运行能效比运算周期T₁(s)、运行参数的采样周期T₂(s)和计时器周期ΔT₂赋初值，一般情况下冷水机组运行能效比运算周期是运行参数的采样周期的整数倍T₁＝kT₂，k＝N，采样周期是计时器周期的整数倍T₂＝hΔT₂，T₁、T₂和ΔT₂可以根据具体的监控需要赋初值。

(3)运行能效比运算周期重新开始计时，冷水机组运行能效比监测控制器对中间变量i，j赋值为i＝0，j＝0。

(4)数据采集及存储模块通过供冷管网冷冻水供水温度传感器采集供冷管网冷冻水供水温度t₂、通过供冷管网冷冻水回水温度传感器采集供冷管网冷冻水回水温度t₁、通过供冷管网冷冻水流量计采集供冷管网冷冻水质量流量q_m(吨/小时，t/h)或者体积流量q_v(立方米/小时，m³/h)、通过制冷压缩机功率传感器采集制冷压缩机功率P_r等运行参数，并将所采集的运行参数存入冷水机组运行能效比监测控制器相应的数据区。

(5)数据采集及存储模块将采集得到的制冷量和功率数据累计，并冷水机组运行能效比监测控制器相应的数据区。

(6)每采集一次数据，中间变量j的值加1，若j≠h，则继续采集数据；若j＝h，则中间变量i的值加1，j重新赋值为0。若中间变量i≠k，运行能效比控制器开始采集下一组运行数据；若i＝k，则本次运行能效比运算周期结束。

(7)制冷量运算模块计算该运行参数采样周期的制冷量Q_n(千瓦，kW)，并存入相应的数据区：

$Q_n\left(i\right)=\frac{1000}{3600}{\mathrm{Cq}}_m(t_1-t_2)=\frac{1}{3600}{\mathrm{Cq}}_v(t_1-t_2)\·\mathrm{\ρ}$

$Q_n=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_n\left(i\right)$

式中Q_n(i)为该运行参数采样周期的冷水机组净制冷量，kW；Q_n为累计冷水机组净制冷量，kW；C为水的比热容，4.2(千焦/千克.℃，kJ/kg·℃)，ρ为水的密度，(千克/立方米，kg/m³)。式中(t₁-t₂)即为该运行参数采样周期的冷冻水供、回水温差，q_m为该运行参数采样周期的供冷管网冷冻水质量流量(吨/小时，t/h)，q_v为当前时刻供冷管网冷冻水体积流量(立方米/小时，m³/h)。

(5)输入功率运算模块计算该运行参数采样周期内的制冷功率P_r(i)(千瓦，kW)，并累计计算得到该冷水机组运行能效比运算周期的制冷功率P_t，并存入相应的数据区：

$P_t=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_r\left(i\right)$

(6)该运行能效比运算周期内冷水机组结束后，冷水机组运行能效比计算模块计算冷水机组运行能效比EER并存入相应数据区：

$\mathrm{EER}=\frac{Q_n}{P_t/k}$

(7)冷水机组运行能效比监测控制器将T₁、T₂、冷冻水供水温度、冷冻水回水温度、冷冻水流量、制冷压缩机功率、运行能效比运算周期内的制冷量、运行能效比运算周期内的平均制冷功率以及运行能效比运算周期内冷水机组运行能效比EER分别传到并显示在本地监控计算机、远程监控计算机。

如上所述，便可较好地实现本发明。

Claims (9)

1.冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：所述冷水机组运行能效比为中央空调系统冷水机组的实际运行能效比，其监测方法包括以下步骤：

(1)冷水机组启动；

(2)冷水机组运行能效比监测系统上电启动，冷水机组运行能效比监测控制器通过参数初始化模块对冷水机组运行能效比运算周期T₁(s)和运行参数的采样周期T₂(s)赋初值，其中T₁＝kT₂，k＝N；

(3)数据采集及存储模块采集供冷管网冷冻水供水温度t₂、供冷管网冷冻水回水温度t₁、供冷管网冷冻水质量流量q_m(吨/小时，t/h)或者体积流量q_v(立方米/小时，m³/h)、制冷压缩机功率P_r，并存入冷水机组运行能效比监测控制器相应的数据区；

(4)制冷量运算模块计算该运行能效比运算周期内的制冷量Q_n(kW)：

式中Q_n为冷水机组净制冷量，单位为kW；C为水的比热容，4.2(kJ/kg·℃)，ρ为水的密度，(kg/m³)，式中[t₁(i)-t₂(i)]为冷冻水供、回水温差；

(5)输入功率运算模块采用平均算法计算该运行能效比运算周期内的平均制冷功率P_t(kw)：

(6)冷水机组运行能效比计算模块计算该运行能效比运算周期内冷水机组运行能效比EER：

(7)冷水机组运行能效比监测控制器将运算周期T₁、采样周期T₂、冷冻水供水温度、冷冻水回水温度、冷冻水流量、制冷压缩机功率、运行能效比运算周期内的制冷量、运行能效比运算周期内的平均制冷功率以及运行能效比运算周期内冷水机组运行能效比EER分别传到并显示在本地监控计算机、远程监控计算机。 

2.根据权利要求1所述冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：步骤(2)所述的水机组运行能效比运算周期T₁(s)和运行参数的采样周期T₂(s)根据具体的监控需要赋初值。

3.根据权利要求1所述冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：所述冷水机组运行能效比监测系统包括冷水机组运行能效比监测控制器、本地监控计算机、远程监控计算机以及与冷水机组对应连接的供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器；所述供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器分别通过输入输出模块与冷水机组运行能效比监测控制器相连接，所述本地监控计算机、远程监控计算机分别通过转换器I、转换器II与冷水机组运行能效比监测控制器信号连接。

4.根据权利要求3所述冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：所述冷水机组运行能效比监测控制器包括参数初始化模块、数据采集及存储模块、制冷量运算模块、输入功率运算模块、冷水机组运行能效比计算模块、运行参数、运行能效比发送模块及输入输出模块，其中数据采集及存储模块与输入输出模块相连接，参数初始化模块与数据采集及存储模块相连接后分别与制冷量运算模块、输入功率运算模块相连接，制冷量运算模块、输入功率运算模块再分别接入冷水机组运行能效比计算模块；同时，参数初始化模块、数据采集及存储模块、制冷量运算模块、输入功率运算模块、冷水机组运行能效比计算模块还分别与运行参数及运行能效比发送模块相连接，运行参数及运行能效比发送模块还分别与转换器I、转换器II相连接。

5.根据权利要求3或4所述冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：所述转换器I为RS232/RS-485转换器。

6.根据权利要求3或4所述冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：所述转换器II为(TCP/IP)/RS-485转换器。

7.根据权利要求4所述冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：所述输入输出模块为I/O模块，该I/O模块的输出端与所述数据采集及存储模块相连接，I/O模块的输入端同时与供冷管网冷冻水供水温度传感器、供冷管网冷冻水回水温度传感器、供冷管网冷冻水流量计、制冷压缩机功率传感器相连接。

8.根据权利要求3所述冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：所述冷水机组包括制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀。

9.根据权利要求8所述的冷水机组运行能效比监测方法，其特征在于：所述供冷管网冷冻水供水温度传感器安装在蒸发器冷冻水供水端，供冷管网冷冻水回水温度传感器安装在蒸发器冷冻水回水端，供冷管网冷冻水流量计安装在蒸发器冷冻水回水端、制冷压缩机功率传感器安装在制冷压缩机接线端。 

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