CN101922783A - 一种基于焓值控制的空调节能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于焓值控制的空调节能控制方法及系统，以混风段的焓值与控制目标值的差值大小与方向作为空调系统增减负荷的依据，并根据空调主机负荷和系统内各点的运行状态数据，结合制冷主机最佳能效比曲线，依照混风段的空气焓与控制目标值趋近的原则，制定系统运行策略综合调节中央空调系统冷冻水、冷却水温度、流量、被控环境端新风、回风风机和主机运行负荷，使各个用点制冷/热量需求之和与中央空调供应量相平衡。

Description

一种基于焓值控制的空调节能控制方法及系统

技术领域

本发明涉及中央空调节能控制技术领域，具体涉及一种基于焓值控制的空调节能控制方法及系统。

背景技术

目前的中央空调控制方式均采取冷水供回水温度差计算主机负荷来进行控制，即冷水流量、供回水温差和供回水的比定压热容三者的乘积作为主机负荷，这种控制方式能反应主机的实时负荷，但不能实时反应被控环境的需求负荷。因为供水温度和流量是主机端此时供出、下一时段使用的冷量，回水温度则是上一时段被控环境的负荷和该时段的前一时段主机负荷的反应。这种控制方式使得系统惯性增大，不但造成大量的能源浪费，而且系统设备运行响应滞后严重，难以实现对环境空气质量要求较高、空调系统大的工艺性空气调节需求。因为控制的滞后，空调系统越大，冷水、冷却水输送系统越复杂、距离越远，这种滞后效应越明显，被调环境空气质量过调和欠调情况就越严重，能源浪费就越大。

在中国专利200510017349.7中将被控环境冷量计量总和作为主机调节的依据，并进行系统的整体节能控制。该种技术方案对用户端新增用点的反馈较为准确，但不能实现对被控环境的适应性调节。系统运行后，只能反应系统输送到被控环境的冷量，至于被控环境冷量需求的变化是不能实时体现的。这种控制方法对该专利所述的按供冷量收费的空调系统有一定的实用性，但对被控环境控制精度要求较高的工艺领域则不适用。尽管该专利的方案在一定程度上减小了空调的超调，但不能实现对被控环境的控制或未参与被控环境的调节控制，更不能实现对被控环境的精确控制。再由于主机负荷和被控环境冷量的不一致性，系统同样存在过调和欠调的情况，造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺性空调节能控制方法及系统，旨在提高空调系统能源利用效率，提高被控环境的温、湿度调节精度，避免传统控制方法中因主机和风机盘管端控制响应滞后导致系统存在过调和欠调造成的能源浪费。

本发明的设计思想是通过检测混风、新风段的温、湿度，计算出两种空气焓，将混风段空气焓与系统控制目标--趋近设置值比较，得出比较结果--差值大小和方向，作为空调系统增减负荷调整运行策略的依据。空调系统的运行调节以实现系统综合能效比最大为调整目标，综合调节中央空调系统冷冻水、冷却水温度、流量、被控环境端新风、回风风机和主机运行负荷，使各个用点制冷(热)量需求之和与中央空调供应量相平衡，达到中央空调运行的最佳状态，以取得能源利用效益最大化。

为实现发明目的，本发明首先提供一种基于焓值控制的空调节能控制方法，其特征在于：

(1)在水泵、制冷主机、冷却塔的进出水口设置温度传感器，温度传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

(2)在水泵、制冷主机、冷却塔的进出水口设置压力传感器，压力传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

(3)在被控环境内部和新风段、混风段分别设置一定数量的温度传感器和湿度传感器，传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

(4)中心计算机根据混风段的温、湿度变化，计算出混风段的空气焓，并与预设的控制目标值比较得出差值大小和方向，实时放入共享数据库；

(5)中心计算机根据测得的冷冻水进出口温差及流量，按热力学第一定律计算出空调主机负荷，实时放入共享数据库中；

(6)中心计算机将采集的主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的运行状态，实时放入共享数据库中；

(7)中心计算机自控管理系统实时调用共享数据库中混风段的空气焓与控制目标值比较得出的差值大小与方向、空调主机负荷和系统内各点的运行状态数据，结合预先存入中心计算机中的制冷主机制造厂商在设备说明书中提供的制冷主机最佳能效比曲线，依照混风段的空气焓与控制目标值趋近的原则，制定运行策略综合调节中央空调系统冷冻水、冷却水温度、流量、被控环境端新风、回风风机和主机运行负荷，使各个用点制冷/热量需求之和与中央空调供应量相平衡。

为实现发明目的，本发明还提供一种基于焓值控制的空调节能控制系统，在空调系统的压缩机、冷却塔风机、新风风机、回风风机、冷冻水泵设置有运行状态测控装置，并且在水泵、制冷主机、冷却塔的进出水口设置温度传感器和压力传感器，在被控环境内部和新风段、混风段分别设置一定数量的温度传感器和湿度传感器，所述各传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机，其特征在于，所述节能控制系统还包括：

数据采集模块：接收所述各传感器采集的数据，以及主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的运行状态数据，放入共享数据库；

数据运算模块：根据混风段的温、湿度变化，计算出混风段的空气焓，并与预设的控制目标值比较得出差值大小和方向，放入共享数据库；根据测得的冷冻水进出口温差及流量，按热力学第一定律计算出空调主机负荷，实时放入共享数据库中；

决策运行模块：实时调用共享数据库中混风段的空气焓与控制目标值比较得出的差值大小与方向、空调主机负荷和系统内各点的运行状态，结合预先存入中心计算机中的制冷主机制造厂商在设备说明书中提供的制冷主机最佳能效比曲线，依照混风段的空气焓与控制目标值趋近的原则，制定运行策略综合调节中央空调系统冷冻水、冷却水温度、流量、被控环境端新风、回风风机和主机运行负荷，使各个用点制冷/热量需求之和与中央空调供应量相平衡。

共享数据库：存储数据采集模块、数据运算模块传送来的数据。

上述方法和系统中，PLC通过制冷主机主控箱的通讯接口控制制冷主机，PLC通过导线连接冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机及其变频器控制电路，以控制冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的工作状态。

上述方法和系统中，空调冷水机组主控信号反馈电气连接PLC，冷水机组压力信号反馈、冷水机组故障反馈、冷却风机过载反馈、水流故障反馈和供电故障反馈电气连接PLC，PLC和中心计算机通过总线双向通讯。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

1、采取调节混风段的控制，直接在送入被控环境的混风段采集数据和调节的被控环境的温、湿度，控制直接、快捷，控制效率高。

2、采用控制目标趋近设置控制值的方式，即控制值在不同工况下大于或小于控制目标值。通过这样的控制方式可避免空调系统的“惯性”而引起的过调和超调现象，提高空调系统的控制水平，为系统节能创造有益条件。

3、系统按被控环境的冷(热)量需求进行系统的全面性的调节控制，同时空调系统的运行控制考虑了系统的“惯性”采取趋近设置控制值的方式，并首次提出以混风焓作为调节目标使得该控制方法具有与其他方法不一样的独特性，即更具人工智能化。

附图说明

图1是本发明的系统结构图

图2本发明的控制方法流程图

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明的方法和系统进一步详细说明。

如图1所示，本发明所涉及的中央空调含有空调系统制冷(热)主机、冷冻水系统、冷却水系统和中心计算机，以及系统中的压缩机、冷却塔风机、新风风机、回风风机、冷冻水泵运行状态测控装置，冷却水泵测控装置，冷/热量传递介质温度、压力、流量测控装置，新风、回风、新风和回风的混风温、湿度监测装置，被控环境温、湿度监测装置；并且：

在水泵、制冷主机、冷却塔的进出水口设置温度传感器，温度传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

在水泵、制冷主机、冷却塔的进出水口设置压力传感器，压力传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

在被控环境内部和新风段、混风段分别设置一定数量的温度传感器和湿度传感器，传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

现场控制采用PLC可编程控制器，PLC通过制冷主机主控箱的通讯接口控制制冷主机，PLC通过导线连接冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机及其变频器控制电路，以控制冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的工作状态；

冷水机组主控信号反馈电气连接PLC，冷水机组压力信号反馈、冷水机组故障反馈、冷却风机过载反馈、水流故障反馈和供电故障反馈电气连接PLC，PLC和中心计算机通过总线双向通讯。

如图2所示，中心计算机根据混风段的温、湿度变化，计算出混风段的空气焓，并与预设的控制目标值比较得出差值大小和方向，放入共享数据库；

中心计算机根据测得的冷冻水进出口温差及流量，按热力学第一定律计算出空调主机负荷，实时放入共享数据库中；

中心计算机将采集的主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的运行状态，实时放入共享数据库中；

中心计算机自控管理系统实时调用共享数据库中混风段的空气焓与控制目标值比较得出的差值大小与方向、空调主机负荷和系统内各点的运行状态数据，结合预先存入中心计算机中的制冷主机制造厂商在设备说明书中提供的制冷主机最佳能效比曲线，依照混风段的空气焓与控制目标值趋近的原则，制定运行策略综合调节中央空调系统冷冻水、冷却水温度、流量、被控环境端新风、回风风机和主机运行负荷，使各个用点制冷/热量需求之和与中央空调供应量相平衡。

所述的依照混风段的空气焓与控制目标值趋近的原则，是指根据测定值与目标值的大小和方向，按照一定的量级，逐级调节，使混风段的空气焓与控制目标值逐步接近，以适应系统“惯性”，防止系统过调造成能源浪费；所述的量级，可预先设定并存入中心计算机，供系统制定运行策略时调用。根据差值的方向，可防止出现系统欠调现象。

系统中温度、压力、流量、电压、电流测控装置和中心监冷却塔风机、控计算机以及PLC的连接，采用总线通讯方式，总线通讯方式为CAN总线，或为RS485总线，或为LANWORK总线。

具体实施例

某厂工艺厂房中央空调系统有制冷主机三台，冷冻水泵6台、冷却水泵6台，冷却塔风机8台，被控环境端新风风机13台、回风风机13台。工艺要求被控环境温、湿度：夏季26℃，60±5％；冬季22℃，60±5％。主机为两用一备，冷冻水泵、冷却水泵分别为四用两备。

在被控环境、新风段和混风段中分别设置42个、4个、4个温、湿度检测装置，通过现场PLC连接中心计算机；中心计算机、传感器和现场PLC控制器的链接采用CAN总线通讯方式。

中心计算机适时监测混风段的温、湿度变化，计算出混风段的空气焓，并与趋近设置值比较得出差值大小和方向，放入共享数据库，作为空调系统调节的依据，供中央空调节能自控管理系统调用；中心计算机根据测得的冷冻水进出口温差及流量，按热力学第一定律计算出空调主机负荷，实时放入共享数据库中，供中央空调节能自控管理系统调用；中心计算机将采集的冷却水进水温度、流量、冷冻水泵运行频率及电机电流、冷却水泵运行频率及电机电流、冷却塔风机运行频率及电机电流、新风风机和回风风机的运行频率和电机电流，实时放入共享数据库中，供中央空调节能自控管理系统调用；中心计算机自控管理系统实时调用共享数据库中制冷主 机负荷和各种水泵、风机的运行状态，计算出系统综合能效比，实时放入共享数据库中，供中央空调节能自控管理系统调用；中心计算机自控管理系统实时调用共享数据库中混风段的空气焓与趋近设置值比较得出的差值大小与方向、新风空气焓、回风空气焓、空调主机负荷、冷却水进水温度、流量、冷冻水进、出水温度、流量、冷冻水泵运行频率及电机电流、冷却水泵运行频率及电机电流、冷却塔风机运行频率及电机电流、新风风机和回风风机的运行频率和电机电流等系统状态参数，结合预先存入中心计算机中的制冷主机制造厂商在设备说明书中提供的制冷主机最佳能效比曲线和系统各水泵、冷却塔风机和被控环境端风机盘管表冷器、风机的特性，优化组合各个子系统的运行状态，以实现系统综合能效比最大为调整目标，综合调节中央空调系统冷冻水、冷却水温度、流量、被控环境端新风、回风风机和主机运行负荷，使各个用点制冷(热)量需求之和与中央空调供应量动态平衡，达到中央空调运行的最佳状态，以取得能源利用效益最大化。

Claims (7)

1.一种基于焓值控制的空调节能控制方法，其特征在于：

(1)在水泵、制冷主机、冷却塔的进出水口设置温度传感器，温度传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

(2)在水泵、制冷主机、冷却塔的进出水口设置压力传感器，压力传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

(3)在被控环境内部和新风段、混风段分别设置一定数量的温度传感器和湿度传感器，传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机；

(4)中心计算机根据混风段的温、湿度变化，计算出混风段的空气焓，并与预设的控制目标值比较得出差值大小和方向，放入共享数据库；

(5)中心计算机根据测得的冷冻水进出口温差及流量，按热力学第一定律计算出空调主机负荷，实时放入共享数据库中；

(6)中心计算机将采集的主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的运行状态，实时放入共享数据库中；

(7)中心计算机自控管理系统实时调用共享数据库中混风段的空气焓与控制目标值比较得出的差值大小与方向、空调主机负荷和系统内各点的运行状态数据，结合预先存入中心计算机中的制冷主机制造厂商在设备说明书中提供的制冷主机最佳能效比曲线，依照混风段的空气焓与控制目标值趋近的原则，制定运行策略综合调节中央空调系统冷冻水、冷却水温度、流量、被控环境端新风、回风风机和主机运行负荷，使各个用点制冷/热量需求之和与中央空调供应量相平衡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(7)中所述的依照混风段的空气焓与控制目标值趋近的原则，是指根据测定值与目标值的大小和方向，按照一定的量级，逐级调节，使混风段的空气焓与控制目标值逐步接近，以防止系统过调或欠调造成能源浪费；所述的量级，预先设定并存入中心计算机，供系统制定运行策略时调用。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：PLC通过制冷主机主控箱的通讯接口控制制冷主机，PLC通过导线连接冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机及其变频器控制电路，以控制冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的工作状态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：空调冷水机组主控信号反馈电气连接PLC，冷水机组压力信号反馈、冷水机组故障反馈、冷却风机过载反馈、水流故障反馈和供电故障反馈电气连接PLC，PLC和中心计算机通过总线双向通讯。

5.一种采用权利要求1所述方法的基于焓值控制的空调节能控制系统，在空调系统的压缩机、冷却塔风机、新风风机、回风风机、冷冻水泵设置有运行状态测控装置，并且在水泵、制冷主机、冷却塔的进出水口设置温度传感器和压力传感器，在被控环境内部和新风段、混风段分别设置一定数量的温度传感器和湿度传感器，所述各传感器输出信号通过PLC现场控制器经总线接入中心计算机，其特征在于，所述节能控制系统还包括：

数据采集模块：接收所述各传感器采集的数据，以及主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的运行状态数据，放入共享数据库；

数据运算模块：根据混风段的温、湿度变化，计算出混风段的空气焓，并与预设的控制目标值比较得出差值大小和方向，放入共享数据库；根据测得的冷冻水进出口温差及流量，按热力学第一定律计算出空调主机负荷，实时放入共享数据库中；

决策运行模块：实时调用共享数据库中混风段的空气焓与控制目标值比较得出的差值大小与方向、空调主机负荷和系统内各点的运行状态，结合预先存入中心计算机中的制冷主机制造厂商在设备说明书中提供的制冷主机最佳能效比曲线，依照混风段的空气焓与控制目标值趋近的原则，制定运行策略综合调节中央空调系统冷冻水、冷却水温度、流量、被控环境端新风、回风风机和主机运行负荷，使各个用点制冷/热量需求之和与中央空调供应量相平衡。

共享数据库：存储数据采集模块、数据运算模块传送来的数据。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：PLC通过制冷主机主控箱的通讯接口控制制冷主机，PLC通过导线连接冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机及其变频器控制电路，以控制冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、新风风机和回风风机的工作状态。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：空调冷水机组主控信号反馈电气连接PLC，冷水机组压力信号反馈、冷水机组故障反馈、冷却风机过载反馈、水流故障反馈和供电故障反馈电气连接PLC，PLC和中心计算机通过总线双向通讯。

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