CN101646911A - 风冷式冷却器系统运行的优化 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于使制冷剂蒸汽压缩系统例如风冷式冷却器或风冷式冷凝单元以最优能量效率比运行的方法。该方法包括如下步骤：确定所述系统的制冷单元的多个选定运行参数的即时值；计算指示制冷单元的最优能量效率比的作为选定运行参数的函数的预期控制参数设定点；检测控制参数的即时值；比较控制参数的检测即时值与计算的控制参数设定点；以及响应于该比较而调整冷凝器风扇的运行速度，其中，冷凝器风扇与制冷单元的风冷式冷凝器关联。

Description

风冷式冷却器系统运行的优化
技术领域
【0001】本发明总体涉及在运行条件范围内优化制冷剂蒸汽压缩系统的能量效率比，其中，制冷剂蒸汽压缩系统具有一个或多个风冷式冷凝器，制冷剂蒸汽压缩系统例如为冷却器系统、冷凝单元等等。更具体而言，本发明涉及对冷却器系统内的各个单独的制冷单元进行控制，以使冷却器系统以其最优能量效率比运行，其中，通过响应于运行条件而改变系统控制参数的控制设定点而进行该控制。
背景技术
【0002】风冷式冷却器系统在本领域中是众所周知的，通常用于冷却在商业建筑、学校、医院、餐厅等等中的空气。传统的风冷式冷却器系统包括一个或多个制冷单元，制冷单元具有相应的闭合循环制冷剂回路，闭合循环制冷剂回路可操作地与冷却流体回路关联。每个制冷单元都包括：具有一个或多个排列成平行布置的压缩机的压缩机组、风冷式冷凝器、蒸发器和膨胀装置，它们通常设置在闭合循环制冷剂回路中。当制冷剂与冷却流体以热交换关系经过相应的蒸发器时，制冷剂蒸发，其中，冷却流体通常为循环通过冷却流体回路的水或乙二醇溶液。通常为各个制冷剂回路充注传统的制冷剂，例如R22、R134A、R410A、R407C、氨等等。
【0003】传统的风冷式冷却器系统的风冷式冷凝器包括热交换器盘管，高压高温制冷剂蒸汽以与室外环境空气的热交换关系传输通过该热交换器盘管，其中室外环境空气从制冷剂输送管上经过热交换器盘管。一个或多个风扇设置成以强迫通风布置或抽气通风布置可操作地与冷凝器热交换器盘管关联。冷凝器热交换器盘管的热传递系数，以及冷凝器的热传递性能，与通过冷凝器的空气流速成比例。在传统做法中，对每个制冷单元的运行都进行控制，使得检测的饱和排气温度与饱和排气温度设定点匹配，该设定点在运行条件的大范围内保持常数。因此，冷却器系统在其大部分运行包络线中，以比其最优能量效率比小的能量效率比运行。
【0004】Grabon等人的美国专利No.6,272,868公布了用于在风冷式冷却器上显示冷凝器盘管性能的方法和装置。通过比较估计的运行冷凝器的实际总排出热量和基于代表清洁的冷凝器的总的排出热量，实时得到运行冷凝器的热传递性能下降的程度的显示。使用算法估计运行冷凝器的总排出热量，其中，算法是饱和吸气温度、饱和冷凝温度以及外部空气温度的函数。
发明内容
【0005】提供了一种使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统例如风冷式冷却器系统或冷凝单元以最优能量效率比运行的方法，其中，通过基于实际的运行条件改变控制参数以使制冷剂蒸汽压缩系统在较大的载荷和环境条件的范围内以最优能量效率比运行。
【0006】制冷剂蒸汽压缩系统包括至少一个制冷单元，制冷单元具有布置成与待冷却的流体成热交换关系的制冷剂回路。制冷单元具有：冷凝器和冷凝器风扇，流过制冷剂回路的制冷剂在冷凝器中与环境空气流进入热交换关系，冷凝器风扇用于使环境空气流经过冷凝器。
【0007】在实施例中，使制冷剂蒸汽压缩系统例如风冷式冷却器系统或冷凝单元以最优能量效率比运行的方法包括如下步骤：确定制冷单元的多个选定运行参数的即时值；确定预期控制参数设定点，其中，该预期控制参数设定点指示制冷单元的最优能量效率比，并且是选定运行参数的函数；检测控制参数的即时值；比较控制参数的检测即时值与计算的控制参数设定点；以及响应于控制参数的检测即时值与计算的预期控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度。
【0008】在实施例中，确定制冷单元的多个选定运行参数的即时值的步骤包括如下步骤：检测离开冷却器系统冷却回路的冷却流体的温度LWT；检测与冷凝器关联的室外环境空气温度OAT；检测制冷剂回路中的饱和吸气温度SST；以及确定制冷单元运行的百分比载荷值％载荷。
【0009】在实施例中，确定指示制冷单元的最优能量效率比的作为选定运行参数的函数的预期控制参数设定点的步骤可以包括：为制冷剂回路中的制冷剂计算预期饱和排气温度设定点(SDTSP)，该预期SDTSP指示处于检测的离开冷却流体温度(LWT)下的制冷单元的最优能量效率比，并且是检测的室外空气温度(OAT)、检测的饱和吸气温度(SST)和制冷单元运行的百分比载荷(％载荷)的函数。在实施例中，确定预期控制参数设定点(该预期控制参数设定点指示制冷单元的最优能量效率比，并且是选定运行参数的函数)的步骤可以包括：通过参考一系列查阅表来选择控制参数设定点。此外，检测控制参数的即时值的步骤可以包括：检测制冷剂回路中的制冷剂的饱和排气温度(SDTi)的即时值。
【0010】比较控制参数的检测即时值与计算的控制参数设定点的步骤可以包括：将SDTi与SDTSP比较的步骤。在实施例中，如果SDTSP-ΔSDT≤SDTi≤SDTSP+ΔSDT，其中，ΔSDT是预选择的偏差，那么SDTi在SDTSP的预选择偏差内，则冷凝器风扇的速度保持在冷凝器风扇当前的速度。如果SDTi小于SDTSP-ΔSDT，其中，ΔSDT为预选择的偏差，则增加冷凝器风扇的速度。如果SDTi大于SDTSP+ΔSDT，其中，ΔSDT为预选择的偏差，则减少冷凝器风扇的速度。
【0011】在实施例中，响应于控制参数的检测即时值与计算的控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括如下步骤：通过公式ε＝SDTi-SDTSP计算误差函数ε；经PID公式处理计算的误差函数，以产生风扇速度指令信号；以及响应于风扇速度指令信号调整冷凝器风扇的速度以最小化误差函数。
【0012】在实施例中，响应于控制参数的检测即时值与计算的控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括如下步骤：确定检测的饱和排气温度与计算的预期饱和排气温度设定点的偏差；经模糊逻辑技术处理计算的偏差以产生风扇速度指令信号；以及响应于风扇速度指令信号调整冷凝器风扇的速度以最小化误差函数。
附图说明
【0013】为了进一步理解本发明的这些和其他目的，可以参考以下结合附图阅读的具体实施方式，其中：
【0014】图1是示出了冷却器系统的示意性实施例的示意图，冷却器系统包括多个单独控制的风冷式冷却器，冷却器设置成以串联关系与冷却器流体回路成操作性关联；
【0015】图2是示出了冷却器系统的示意性实施例的示意图，冷却器系统包括多个单独控制的风冷式制冷单元，制冷单元设置成以并联关系与冷却器流体回路成操作性关联；
【0016】图3是示出了用于冷却器系统的控制系统的示意图，冷却器系统包括多个单独控制的风冷式制冷单元，制冷单元设置成以并联关系与冷却器流体回路成操作性关联；
【0017】图4是在恒定的室外空气温度和目标冷却流体温度下，能量效率比随冷凝器风扇速度和载荷变化的示例性的图示；
【0018】图5是控制过程的第一示例性实施例的示意图，控制过程用于优化与本发明一个方面相一致的风冷式冷却器系统的能量效率；
【0019】图6是控制过程的第二示例性实施例的示意图，控制过程用于优化与本发明一个方面相一致的风冷式冷却器系统的能量效率；
【0020】图7是控制过程的第三示例性实施例的示意图，控制过程用于优化与本发明一个方面相一致的风冷式冷却器系统的能量效率。
具体实施方式
【0021】现在参照图1和图2，具体地，描绘了冷却器系统10的示例性实施例，冷却器系统10包括三个独立的风冷式制冷单元2、3和4，制冷单元设置成与冷却流体回路110成操作性关联。在参考冷却器系统10对本发明的进一步讨论中，这里的冷却流体将称作冷却水，但是可以理解，本发明的方法同样可以应用于使用的冷却流体不是水的冷却器系统中。每个制冷单元2、3、4都包括：压缩机组、冷凝器、蒸发器和膨胀装置，它们通常分别设置在传统的制冷剂蒸汽压缩循环中的制冷剂回路21、31、41中。冷却器单元2的制冷剂回路21包括：压缩机组20、冷凝器52、蒸发器62和膨胀装置72，膨胀装置72相对于冷凝器52的制冷剂流布置在下游，相对于蒸发器62的制冷剂流布置在上游。类似地，冷却器单元3的制冷剂回路31包括压缩机组30、冷凝器53、蒸发器63和膨胀装置73，膨胀装置73相对于冷凝器53的制冷剂流布置在下游，相对于蒸发器63的制冷剂流布置在上游。同样地，冷却器单元4的制冷剂回路41包括：压缩机组40、冷凝器54、蒸发器64和膨胀装置74，膨胀装置74相对于冷凝器54的制冷剂流布置在下游，相对于蒸发器64的制冷剂流布置在上游。各个制冷剂回路21、31和41可充注任何通常使用的制冷剂，例如，但不限于：R22、R134A、R410A、R407C、氨等等。
【0022】压缩机组20、30、40分别包括一个或多个单独地压缩机。在描述的示例性实施例中，每个压缩机组都包括四个单独的压缩机，每个压缩机都可以响应于系统载荷要求独立地处于在线和离线状态。压缩机组20包括单独地压缩机22、24、26、28，每个压缩机分别具有驱动电机21、23、27、29，驱动电机与压缩机操作性地关联。类似地，压缩机组30包括单独地压缩机32、34、36、38，每个压缩机分别具有驱动电机31、33、37、39，驱动电机与压缩机操作性地关联。压缩机组40也包括单独地压缩机42、44、46和48，每个压缩机分别具有驱动电机41、43、47、49，驱动电机与压缩机操作性地关联。应该理解，在特定的压缩机组中包括的压缩机的实际数量为一个、两个、三个、四个或多个，并且该数量根据本领域的技术人员的设计选择，并且不限于本发明。此外，单独地压缩机可为任何类型的压缩机，包括但不限于螺杆式压缩机、往复式压缩机和涡旋式压缩机，并且可为封闭式、半封闭式或开式传动结构。
【0023】每个压缩机组20、30、40的各个单独的压缩机可根据需要选择性地启动或停用，该选择性的启动或停用分别通过单元控制器25、35、45通电或断开与待启动或停用的单独的压缩机关联的相应驱动电机来实现。各个单元控制器25、35、45操作性地监测各种单元运行参数，并在主冷却器系统控制器15的监督和控制下，单元控制器控制其相应的制冷单元2、3、4的运行。
【0024】每个相应的制冷单元2、3、4的大体的运行是常规的，将参考制冷单元2描述于此。如传统做法，制冷剂压缩于单独的压缩器22、24、26、28中的一个或多个中，并在预期压缩机排气压力下，Pcd，作为饱和蒸汽从压缩机组20排出，流过制冷剂回路。之后，从压缩机组20排出的高压高温制冷剂蒸汽经过风冷式冷凝器52，在此制冷剂蒸汽与在冷凝器的制冷剂运输盘管上经过的环境空气进入热交换关系。当制冷剂蒸汽与环境空气进入热交换关系时，制冷剂在压缩机排气压力下冷凝成饱和液体，冷凝过程为压力不变的过程。之后，高压高温制冷剂液体经过膨胀装置72，例如，但不限于，传统的恒温膨胀阀或传统的电子膨胀阀，制冷剂在进入蒸发器62前在此膨胀成低压低温液体。当后膨胀的液体制冷剂经过蒸发器63时，液体制冷剂蒸发成低压低温制冷剂饱和蒸汽。离开蒸发器62的低压低温制冷剂蒸汽通过制冷剂回路被吸入到压缩机组20的吸气口，以压缩成高压高温的饱和蒸汽。
【0025】在冷却器系统10中，冷却器单元2、3和4的相应的蒸发器62、63和64操作性地与冷却流体回路110关联，凭此，经过蒸发器的制冷剂与经过冷却流体回路110的冷却流体进入热交换关系。当制冷剂与冷却流体进入热交换关系时，制冷剂如上文注意到的蒸发成低压低温的饱和蒸汽。相反，经过蒸发器的冷却水在其将热量损失到制冷剂蒸发上时被从进入水温度，EWT，冷却到离开水温度，LWT。进入水温度，EWT，为冷却水从在待冷却的空间中的冷却回路返回通过返回管路112的温度。离开水温度，LWT，为冷却水通过供给管路114供给到在待冷却的空间中的冷却回路的温度。
【0026】在示意性描绘在图1中的冷却器系统10的示例性实施例中，相应于冷却器单元2、3、4的蒸发器62、63和64布置成“串联”关系，伴随着冷却水经过冷却流体回路110。在“串联”布置中，冷却水从冷却流体回路110首先串联地经过蒸发器62，之后经过蒸发器63，之后经过蒸发器64。从而，冷却水在进入水温度，EWT，从冷却流体回路返回管路112进入蒸发器62，并在离开水温度，LWT，离开蒸发器64进入冷却流体回路供给管路114。
【0027】在示意性描绘在图2中的冷却器系统10的示例性实施例中，相应于冷却器单元2、3、4的蒸发器62、63和64布置成“并联”关系，伴随着冷却水经过冷却流体回路110。在“并联”布置中，冷却水在进入水温度，EWT，从返回管路112进入各个蒸发器62、63、64，并且冷却水在离开水温度，LWT，离开各个相应的蒸发器62、63、63进入供给管路114。
【0028】描绘在图1和图2的冷却器系统10通常被称作风冷式冷却器，因为与冷却器系统关联的制冷单元具有风冷式冷凝器。在各个风冷式冷凝器52、53和54中，分别从关联压缩机组20、30、40排出的高压高温制冷剂经过冷凝器热交换器盘管(如有需要，冷凝器热交换器盘管可为翅片热交换器盘管)与经过冷凝器热交换器盘管的管的外表面的室外环境空气成热交换关系。通过一个或多个与各个冷凝器操作性地关联的鼓风机56、57和58，室外环境空气被抽吸或推进通过各个冷凝器52、53、54的冷凝器热交换盘管。在描述的冷却器系统10的实施例中，鼓风机描述为轴流式风扇，具有与冷凝器52关联的一对风扇56，与冷凝器53关联的一对风扇57和一对与冷凝器54关联的一对风扇58。风冷式冷凝器可物理地位于与冷却器系统极为靠近的位置或远离冷却器系统的剩余物的位置。
【0029】在制冷单元2、3、4的风冷式冷凝器52、53和54中，每个风扇56、57和58都由电动机和与风扇关联的电机驱动组件驱动，其中制冷单元2、3、4与冷却器系统10关联。每个电动机和电机驱动组件76、77、78都包括变速电机和关联的变速电机驱动，它们都可以是传统设计。流过每个冷凝器的空气的量取决于运行中的关联风扇的数量和转速，即，运行中的风扇的每分钟转数，PRM。通常，在传统做法中的正常运行条件下，当与制冷剂回路关联的压缩机在运行时，所有与特定的冷凝器关联的风扇都在运行，以确保相对均匀的气流通过冷凝器热交换器盘管。采用如在描述的冷却器系统10中的变速风扇，对于给定数量的运行的风扇，可通过选择性地调整运行中的风扇的速度，即RPM，来改变气流的量，其中可通过控制变速驱动，例如，通过改变供给风扇电机的电流的电压或频率来调整所述速度。从而，如果系统控制器15确定应调整一个或多个运行的冷凝器风扇的速度，那么控制器15将向与受支配的(多个)冷凝器风扇关联的变速电机/变速电机驱动组件输送指令信号，以根据需要增加或减少风扇的RPM。
【0030】风扇RPM的增加会增加通过冷凝器热交换器盘管的气流的量，而风扇RPM的降低会减少通过冷凝器热交换器盘管的气流的量。因为冷凝器的热传递效率正比于通过冷凝器热交换器盘管的气流的速度，所以可通过增加经过冷凝器的气流以增加气流和制冷剂之间的热传递并通过减少经过冷凝器的气流以减少气流和制冷剂之间的热传递来调整冷凝器的总体热传递性能。
【0031】现在另外参看图3，系统控制器15与相应的制冷单元控制器25、35、45双向通信，制冷单元控制器25、35、45与制冷单元2、3、4关联。系统控制器15和各个制冷控制器25、35、45包括用于数据存储的存储体和用于处理信息并产生指令信号的可编程处理器。在运行中，各个制冷单元控制器25、35、45监测其相应的制冷单元的各种运行参数，包括但不限于：压缩机运行时的载荷百分比、进入压缩机组的制冷蒸汽的饱和吸气温度以及离开压缩机组的制冷蒸汽的饱和排气温度，以及其它依照传统做法的运行参数。相应的压缩机组载荷运行百分比通过各个控制器25、35、45作为关联压缩机组的总体积流量容量的百分比来确定。例如，在包括四个固定速度的同样容量的压缩机的压缩机组中，一个压缩机在运行代表25％的载荷，两个压缩机在运行代表50％的载荷，三个压缩机在运行代表75％的载荷以及所有四个压缩机都在运行代表100％的载荷。每个控制器25、35、45都向系统控制器报告压缩机载荷百分比。
【0032】在描绘于图3的示例性实施例中，传感器82、83、84分别检测进入相应压缩机组20、30、40的运行中压缩机的制冷剂的饱和吸气压力，传感器92、93、94分别检测从相应压缩机组20、30、40的运行中压缩机排出的制冷剂的饱和排气压力。传感器82、83、84可设置成与制冷管路关联，制冷管路在相应蒸发器62、63、64的出口和相应压缩机组20、30、40的吸气口之间延伸，通常靠近蒸发器的出口或靠近吸气口。传感器92、93、94可设置成与相应压缩机组20、30、40的排气出口关联和/或与靠近相应冷凝器52、53、54的出口的制冷剂管路关联，因为在冷凝器中制冷剂的相在压缩机排气压力下发生变化。
【0033】在这个实施例中，传感器82、83、84、92、93和94可以包括压力传感器。相应的制冷单元控制器25、35、45读取检测的饱和吸气压力和检测的排气压力，并将读数转换成使用传统做法的应用中的特定的制冷剂的饱和吸气温度和饱和排气温度。在可替代的实施例中，传感器82、83、84、92、93和94可以由例如热敏电阻传感器或热电偶传感器来替换，操作性地直接检测制冷剂饱和吸气温度和制冷剂饱和排气温度。但是，通常认为传统的压力传感器比传统的温度测量传感器更精确。
【0034】此外，系统控制器15读取：由温度传感器86检测的室外空气温度(OAT)；由传感器113检测的冷却水进入返回管路112的温度(EWT)；以及由传感器115检测的冷却水离开供给管路114的温度(LWT)。系统控制器15也可以以双向通信与输入/输出装置120接口，输入/输出装置120为例如具有键盘和/或用于为系统控制器15的处理器编程或向系统控制器15的存储体输入数据的其他输入装置、并具有显示器的计算机，其中，从系统控制器15接收的信息可显示在显示器上。
【0035】在风冷式冷却器系中，制冷剂单元运行的能量效率比(EER)作为室外空气温度(OAT)、冷却水离开蒸发器的温度(LWT)、以及冷凝器风扇的速度(PRM)的函数而变化。制冷剂单元EER是压缩机运行的能量利用效率和冷凝器风扇运行的能源利用效率的量度。现在参看图4，图示示意了对于运行在恒定的OAT和恒定的LWT下的，100％压缩机载荷(曲线A)、50％压缩机载荷(曲线B)和25％压缩机载荷(曲线C)的制冷单元的能量效率比随冷凝器风扇速度的显著的变化。在传统的风冷式冷却器系统中，一贯做法是：通过将输送在制冷单元的制冷剂回路中的制冷剂的饱和排气温度(SDT)维持在预编程序的设定点来控制冷却器的制冷单元的运行。为了在运行条件变化时，例如室外空气温度变化或目标水离开温度变化时维持预编程序的SDT设定点，在传统做法中，系统控制器会响应于变化的运行条件来调整冷凝器风扇速度，以仍然维持同样的预编程序的SDT设定点，而不考虑冷凝器风扇速度的这种变化可能对制冷剂单元能量效率比的不利影响。
【0036】可由系统控制器15使用以维持最优的制冷单元EER的方法的三个示例性实施例示于图5、图6和图7中。在图中示出的各个实施例中，控制器15在方框130开始读取：离开蒸发器的被冷却的冷却流体的温度(LWT)、室外空气温度(OAT)、以及饱和吸气温度(SST)，并确定即时压缩机载荷，其中即时压缩机载荷表示为全载荷的百分比(％CL)。采用所述收集的信息，系统控制器15继续进行计算，在方框140处计算新的控制参数设定点的值，通常是制冷剂离开制冷单元的压缩机组的新的饱和排气温度的设定点的值(SDTSP)。在方框142，系统控制器15读取即时运行饱和排气温度(SDTi)。控制器15随后在方框150处将即时运行饱和排气温度(SDTi)与新的饱和排气温度设定点(SDTSP)进行比较。
【0037】在图5示出的方法的实施例中，响应于即时运行饱和排气温度(SDTi)与新的饱和排气温度设定点(SDTSP)的比较，控制器15施加死区控制逻辑以控制冷凝风扇的速度。如果即时运行饱和排气温度(SDTi)在设定点的选择的“死区”中，例如但不限于，新的饱和排气温度设定点(SDTSP)的加/减0.25℃，即：示于(SDTSP-0.25)≤SDTi≥(SDTSP+0.25)，其示于图5方框152中，当[SDTSP-0.25]的绝对值小于或等于0.25时，那么在方框162，系统控制器简单地维持当前冷凝器风扇速度(RPM)。但是，如果即时运行饱和排气温度不在这个死区控制范围内，那么系统控制器确定即时饱和排气温度超过新的饱和排气温度设定点是否多于0.25℃(方框154)或新的即时饱和排气温度低于新的饱和排气温度设定点是否多于0.25℃(方框156)。如果即时饱和排气温度确实超过新的饱和排气温度设定点多于0.25℃，那么在方框164，系统控制器15根据向相应的变速驱动器76、77、78发送指令信号而提高冷凝器风扇速度，其中变速驱动器76、77、78与相应制冷单元2、3、4的(多个)冷凝器风扇关联。但是，如果即时饱和排气温度低于新的饱和排气温度设定点多余0.25℃，那么在方框166，系统控制器15根据向相应的变速驱动器76、77、78发送指令信号而降低冷凝器风扇速度，其中变速驱动器76、77、78与相应制冷单元2、3、4的(多个)冷凝器风扇关联。系统控制器15可以即时地并且连续地为每个制冷单元2、3、4重复所描述的过程，以使每个制冷单元对于现有的运行条件而维持运行在它的最高能量效率下。
【0038】在示于图6的方法的实施例中，在方框150，系统控制器施加传统的PID控制逻辑，而不是死区控制，用于响应于即时运行饱和排气温度(SDTi)与新的饱和排气温度设定点(SDTSP)的比较而控制冷凝器风扇的速度。在方框150，控制器15将即时运行饱和排气温度(SDTi)与新的饱和排气温度设定点(SDTSP)比较，用于通过如下公式计算误差函数ε：
ε＝SDTi-SDTSP。
在方框153，控制器15经PID公式处理计算的误差函数，PID公式可包括比例项、积分项和导数项，以产生风扇速度指令信号，风扇速度指令信号发送给相应的变速驱动器76、77、78，其中变速驱动器76、77、78与相应制冷单元2、3、4的(多个)冷凝器风扇关联，用于适当的调整冷凝器风扇的速度以最小化误差函数。
【0039】在示于图7的方法的实施例中，在方框150，系统控制器15施加传统的模糊控制逻辑，而不是死区控制或PID控制逻辑，用于响应于即时运行饱和排气温度(SDTi)与新的饱和排气温度设定点(SDTSP)的比较而控制冷凝器风扇的速度。在方框150，控制器15将即时运行饱和排气温度(SDTi)与新的饱和排气温度设定点(SDTSP)比较以确定即时运行饱和排气温度(SDTi)与新的饱和排气温度设定点(SDTSP)偏差的大小和方向。在方框157，控制器15经传统的模糊逻辑技术处理这个信息以产生风扇速度指令信号，风扇速度指令信号在方框160发送给相应的变速驱动器76、77、78，其中变速驱动器76、77、78与相应制冷单元2、3、4的(多个)冷凝器风扇关联，用于适当地调整冷凝器风扇的速度以最小化即时运行饱和排气温度(SDTi)与新的饱和排气温度设定点(SDTSP)的偏差。
【0040】可为系统控制器15编程以计算饱和排气温度设定点，SDTSP，其指示经由算法经验地导出的制冷单元的最优的能量效率比，例如通过绘制代表性测试单元的性能，或例如通过计算机建模或其他性能绘制技术分析。算法是选定运行参数的函数，所述运行参数可以是即时测量的、检测的、估计的或以其他方式实时评估的。在实施例中，算法可以是选定运行参数的函数的线性公式。在示于图5、图6和图7的示例性实施例中，计算冷却剂回路中的冷却剂的目标饱和排气温度设定点(SDTSP)(该目标饱和排气温度设定点(SDTSP)指示制冷单元的最优能量效率比(EER)，并且是检测的OAT、检测的SST以及％载荷的函数)的步骤包括：经由以下的线性关系计算预期饱和排气温度设定点(SDTSP)：
SDTSP＝C1+C2*OAT+C3*SST+C4*％载荷，
其中，C1、C2、C3和C4是制冷单元的常系数特征。
【0041】常数C1、C2、C3和C4可以从制冷单元性能测试数据经验地导出或者由单元的性能的计算机建模分析导出。例如，示于图4的多个EER与冷凝器风扇速度的关系可被开发成用于各种运行条件，例如室外空气温度(OAT)、进入水温度(EWT)、离开水温度(LWT)、饱和吸气温度(SST)、以及饱和排气温度(SDT)，用于大约25％容量至100％容量之间的各种制冷单元载荷。使用传统的数据分析技术，可以随后执行线性回归来确定上述公式的系数C1、C2、C3和C4的值，上述公式代表：饱和排气温度、检测的室外环境空气温度以及饱和吸气温度的变化的线性表示，其中饱和排气温度与制冷单元在选定的百分比载荷运行条件下的最优EER下的单元性能关联；检测的室外环境空气温度与冷凝器气流关联；以及饱和吸气温度反映冷却回路的实际的水冷却容量和水离开温度。
【0042】系统控制器15可以是可编程控制器或能够执行软件代码的微控制器，或配置成执行特定算法或函数或一组算法或函数的硬件电路。在示于图5、图6和图7的示例性实施例中，用于计算目标饱和排气温度设定点(SDTSP)的算法是线性函数。但是，应该理解，该算法不限于线性函数，而可以是二次函数或任何需要的函数类型。此外，应该理解，除了OAT、SST和％载荷中一个或多个之外或取代OAT、SST和％载荷中一个或多个，算法还可包括OAT、SST和％载荷以外的一个或多个运行参数。可替代地，目标饱和排气温度设定点(SDTSP)可通过参考一系列预编程进控制器的查阅表而不是经函数来确定。
【0043】尽管参照示于附图中的风冷式冷却器系统10的示例性实施例具体地示出和描述了本发明的方法，本领域的技术人员应该理解，本发明的方法可以应用于优化利用风冷式冷凝器的各种制冷剂蒸汽压缩系统的能量效率，制冷剂蒸汽压缩系统为例如冷凝单元、组装的空气调节冷却器、以及具有远程放置的风冷式冷凝器的水冷却器。风冷式冷凝单元通常用于商业建筑的空气调节器，包括制冷剂蒸汽压缩系统，制冷剂蒸汽压缩系统包括串联地设置在制冷剂回路的：压缩机、风冷式冷凝器、膨胀装置、以及蒸发器。可设置在建筑物外部的、通常在建筑物的屋顶的顶上冷凝器由制冷剂管路连接，与蒸发器成制冷剂流体连通，其中蒸发器设置在建筑物内，蒸发器操作性与空气处理器关联。空气处理器包括风扇，风扇用于使从建筑物内部抽出的空气传到蒸发器的制冷剂输送盘管以冷却空气。在上文中描述的本发明的方法可以容易地应用于控制制冷剂单元的运行，以使制冷剂单元在使用同样的运行参数时以最优的能量效率比运行，并且上文描述的过程用于在室外空气温度、饱和吸气温度和百分比载荷变化时改变控制参数设定点。也应该理解，可对本发明上文描述的方法进行各种细节上的变化，而不偏离如权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (35)

1.一种使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，该冷却器系统包括冷却流体回路和至少一个制冷单元，该制冷单元具有布置成与冷却流体回路成热交换关系的制冷剂回路，该制冷单元具有冷凝器和冷凝器风扇，流过制冷剂回路的制冷剂在冷凝器中与环境空气流进入热交换关系，，冷凝器风扇用于使环境空气流经过冷凝器，所述方法包括如下步骤：
确定制冷单元的多个选定运行参数的即时值；
确定作为所述选定运行参数的函数的预期控制参数设定点，该预期控制参数设定点指示制冷单元的最优能量效率比；
检测所述控制参数的即时值；
比较所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点；以及
响应于所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度。
2.根据权利要求1所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：确定指示制冷单元的最优能量效率比的作为所述选定运行参数的函数的预期控制参数设定点的步骤包括：计算制冷剂回路中的制冷剂的预期饱和排气温度设定点，该饱和排气温度设定点为所述选定运行参数的函数。
3.根据权利要求2所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于，检测所述控制参数的即时值的步骤包括：检测制冷剂回路中的制冷剂的饱和排气温度的即时值的步骤。
4.根据权利要求3所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：响应于所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括：响应于饱和排气温度的检测即时值与计算的饱和排气温度设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度。
5.根据权利要求1所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：确定制冷单元的多个选定运行参数的即时值的步骤包括如下步骤：
检测离开冷却器系统冷却回路的冷却流体的温度(LWT)；
检测与冷凝器关联的室外环境空气温度(OAT)；
检测制冷剂回路中的饱和吸气温度(SST)；以及
确定制冷单元运行的百分比载荷值(％载荷)。
6.根据权利要求5所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：确定指示制冷单元的最优能量效率比的作为所述选定运行参数的函数的预期控制参数设定点的步骤包括：计算制冷剂回路中的制冷剂的预期饱和排气温度设定点(SDTSP)，该预期SDTSP作为检测的室外空气温度、检测的饱和吸气温度和百分比载荷值的函数指示制冷单元的最优能量效率比。
7.根据权利要求6所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：检测所述控制参数的即时值的步骤包括：检测制冷剂回路中的制冷剂的饱和排气温度(SDTi)的即时值。
8.根据权利要求7所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：比较所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数的设定点的步骤包括比较SDTi与SDTSP的步骤。
9.根据权利要求8所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：响应于所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括：如果
SDTSP-ΔSDT≤SDTi≤SDTSP+ΔSDT，
则将冷凝器风扇的速度保持在冷凝器风扇当前的速度的步骤，其中ΔSDT是预选择的偏差。
10.根据权利要求9所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：预选择的偏差是0.25摄氏度。
11.根据权利要求8所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：如果所述控制参数的检测即时值不在所述计算控制参数设定点的预选择偏差中，则调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括：如果SDTi小于SDTSP-ΔSDT，则增加冷凝器风扇的速度的步骤，其中，ΔSDT为预选择的偏差。
12.根据权利要求11所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：预选择的偏差是0.25摄氏度。
13.根据权利要求8所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：如果所述控制参数的检测即时值不在所述计算控制参数设定点的预选择偏差中，则调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括：如果SDTi大于SDTSP+ΔSDT，则减少冷凝器风扇的速度的步骤，其中，ΔSDT为预选择的偏差。
14.根据权利要求11所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：预选择的偏差是0.25摄氏度。
15.根据权利要求6所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：确定制冷剂回路中的制冷剂的指示制冷单元的最优能量效率比并作为检测的室外空气温度(OAT)、检测的饱和吸气温度(SST)以及百分比载荷值(％载荷)的函数的预期饱和排气温度设定点(SDTSP)的步骤包括：经由线性关系
SDTSP＝C1+C2*OAT+C3*SST+C4*％载荷，
来计算预期饱和排气温度设定点(SDTSP)，其中，C1、C2、C3和C4是制冷单元的常数特征。
16.根据权利要求15所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：常数C1、C2、C3和C4根据经验确定。
17.根据权利要求8所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：响应于所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括如下步骤：
通过公式ε＝SDTi-SDTSP，计算误差函数ε；
经由PID公式处理计算的误差函数，以产生风扇速度指令信号；以及
响应于风扇速度指令信号调整冷凝器风扇的速度以最小化误差函数。
18.根据权利要求8所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：响应于所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括如下步骤：
确定检测的饱和排气温度与计算的预期饱和排气温度设定点的偏差；
经由模糊逻辑技术处理计算的偏差以产生风扇速度指令信号；以及
响应于风扇速度指令信号调整冷凝器风扇的速度以最小化误差函数。
19.根据权利要求1所述的使风冷式冷却器系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：确定指示制冷单元的最优能量效率比的作为所述选定运行参数的函数的预期控制参数设定点的步骤包括：通过参考预编程序进系统控制器的一系列查阅表来选择预期饱和排气温度设定点(SDTSP)。
20.一种使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，该制冷剂蒸汽压缩系统包括至少一个制冷单元，该制冷单元具有布置成与待冷却的流体成热交换关系的制冷剂回路以及冷凝器风扇，冷凝器风扇用于使环境空气流经过冷凝器，该冷凝器设置在制冷剂回路中，流过制冷剂回路的制冷剂经过该冷凝器与环境空气流进入热交换关系，所述方法包括如下步骤：
确定制冷单元的多个选定运行参数的即时值；
确定指示制冷单元的最优能量效率比的作为所述选定运行参数的函数的预期控制参数设定点；
检测所述控制参数的即时值；
比较所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点；以及
响应于所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点的比较而调整冷凝器风扇的运行速度。
21.根据权利要求20所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：确定制冷单元的多个选定运行参数的即时值的步骤包括如下步骤：
检测与冷凝器关联的室外环境空气温度；
检测制冷剂回路中的饱和吸气温度；以及
确定制冷单元运行的百分比载荷值(％载荷)。
22.根据权利要求20所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：确定指示制冷单元的最优能量效率比的作为所述选定运行参数的函数的预期控制参数设定点的步骤包括：计算制冷剂回路中的制冷剂的指示制冷单元的最优能量效率比并作为检测的室外空气温度、饱和吸气温度和百分比载荷值的函数的预期饱和排气温度设定点(SDTSP)。
23.根据权利要求22所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：计算制冷剂回路中的制冷剂的指示制冷单元的最优能量效率比并作为检测的室外空气温度(OAT)、检测的饱和吸气温度(SST)和百分比载荷值(％载荷)的函数的预期饱和排气温度设定点(SDTSP)的步骤包括：经由线性关系
SDTSP＝C1+C2*OAT+C3*SST+C4*％载荷，
来计算计算的预期饱和排气温度设定点(SDTSP)，其中，C1、C2、C3和C4是制冷单元的常数特征。
24.根据权利要求23所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：
检测所述控制参数的即时值的步骤包括：检测制冷剂回路中的制冷剂的饱和排气温度(SDTi)的即时值；以及
比较所述控制参数的检测即时值与所述计算的控制参数设定点的步骤包括：将SDTi与计算的预期SDTSP比较的步骤。
25.根据权利要求24所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括：如果
SDTSP-ΔSDT≤SDTi≤SDTSP+ΔSDT，
则将冷凝器风扇的速度保持在冷凝器风扇当前的速度的步骤，其中，ΔSDT是预选择的偏差。
26.根据权利要求24所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：如果所述控制参数的检测即时值不在所述计算控制参数设定点的预选择偏差中，则调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括：
如果SDTi小于SDTSP-ΔSDT，则增加冷凝器风扇的速度的步骤，其中，ΔSDT为预选择的偏差。
27.根据权利要求24所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：如果所述控制参数的检测即时值不在所述计算控制参数设定点的预选择偏差中，则调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括：
如果SDTi大于SDTSP+ΔSDT，则减少冷凝器风扇的速度的步骤，其中，ΔSDT为预选择的偏差。
28.根据权利要求24所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：
将SDTi与计算的预期SDTSP比较的步骤包括通过公式ε＝SDTi-SDTSP计算误差函数ε。
29.根据权利要求28所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：调整冷凝器风扇的运行速度包括如下步骤：
经由PID公式处理计算的误差函数，以产生风扇速度指令信号；以及
调整冷凝器风扇的速度以最小化误差函数。
30.根据权利要求24所述的用于使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：将饱和排气温度与计算的需要的饱和排气温度设定点比较的步骤包括：确定即时运行饱和排气温度(SDTi)与需要的饱和排气温度设定点(SDTSP)偏差的大小和方向。
31.根据权利要求30所述的使具有风冷式冷凝器的制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：调整冷凝器风扇的运行速度的步骤包括如下步骤：
经由模糊逻辑处理偏差的大小和方向以产生风扇速度指令信号；以及
调整冷凝器风扇的速度以最小化所述偏差。
32.根据权利要求20所述的使制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：确定指示制冷单元的最优能量效率比的作为所述选定运行参数的函数的预期控制参数设定点的步骤包括：通过参考预编程进系统控制器的一系列查阅表来选择预期饱和排气温度设定点(SDTSP)。
33.根据权利要求20所述的使制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：制冷剂蒸汽压缩系统包括具有风冷式冷凝器的冷凝单元。
34.根据权利要求20所述的使制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：制冷剂蒸汽压缩系统包括具有风冷式冷凝器的组装空气调节冷却器。
35.根据权利要求20所述的使制冷剂蒸汽压缩系统以最优能量效率比运行的方法，其特征在于：制冷剂蒸汽压缩系统包括具有远程放置的风冷式冷凝器的水冷却器。
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