CN102498352A - 按需流量泵送 - Google Patents

Abstract

无论设施负载条件如何，按需流量以实质性提高的效率来操作冷冻水设施。通常，按需流量使用操作策略，其根据恒定ΔT线（其典型地接近或达到设计ΔT）控制冷冻水泵送和冷凝器水泵送。这减少了或消除了低ΔT综合症，并对于给定负载条件减少了冷冻水泵和冷凝器水泵的能量使用。以这种方式操作冷冻水泵形成协同作用，其通常平衡了贯穿设施的流速，减少了不需要的旁路混合和冷冻水设施的空气处理器风扇和其他部件的能量使用。在设施冷冻器，应用按需流量通过制冷剂过冷和过热增大了制冷效果，同时防止了堆积。按需流量包括临界区重置特征，其允许恒定ΔT线被重置，以调整变化的负载条件。

Description

按需流量泵送

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年7月23日提交的、名称为“Demand Flow Pumping”的美国专利申请第12/507,806号的优先权。

技术领域

本发明一般性地涉及冷冻水舒适冷却和工业过程冷却系统，特别是涉及用于有效操作冷冻水冷却系统的方法和装置。

背景技术

许多商业和其他建筑以及校园通过冷冻水设施冷却。通常，这些冷冻水设施产生冷冻水，该冷冻水被泵送到空气处理器以冷却建筑物空气。冷冻器、空气处理器和冷冻水设施的其他部件被设计成在特定的冷冻水进入和离开温度（或ΔT，Delta T）条件下操作。在设计的ΔT下，这些部件是最有效的，并且能够以其额定容量产生冷却输出。当进水和回水温度变得比设计ΔT更接近时，出现的低ΔT降低了冷冻水设施的效率和冷却容量，并使冷冻水设施使用比给定需求所需更多的能量。

冷冻水设施被设计成满足建筑物、校园等的最大可能的冷却需求，这也称为设计条件。在设计条件下，冷冻水设施部件位于其容量的上限，其中系统是最高效节能的。然而，对于冷却必须要求这种高需求的情况是不常发生的。实际上，几乎所有的冷冻水设施一年中的90%均在设计条件以下工作。例如，凉爽的天气条件会导致冷却需求显著下降。随着冷却需求减少，ΔT通常也会降低。这意味着，对于大多数时间，几乎所有的冷冻水设施在低ΔT和小于最佳效率下操作。这种长期的低ΔT被称为低ΔT综合症（Low Delta T Syndrome）。

已开发了许多缓和策略来解决低ΔT综合症，例如，通过使用复杂的定序程序和设备ON/OFF选择算法，但是没有一个策略证明完全解决了该现象。在多数情况下，冷冻水设施的操作者简单地将更多的水泵送到系统空气处理器以增大其输出，但这具有进一步减少已经较低的ΔT的复合作用。而且，在次级回路中增加泵送会导致泵送能量比必须的泵送能量更高。

根据下文的论述，将变得更加明显的是，本发明解决了与现有技术有关的缺陷，同时提供了现有技术构造未想到的或不可能的众多额外的优点和益处。

发明内容

按需流量提供了一种用于高效操作冷冻水设施的方法和装置。实际上，当与传统操作方案比较时，按需流量在满足冷却输出需求的同时，提供了相当大的能量节省。通常，按需流量根据恒定ΔT线控制冷冻水、冷凝水或这二者的泵送。这在允许冷冻水设施满足冷却需求的同时，减少了能量使用、减少或消除了低ΔT综合症。在一个或多个实施例中，恒定ΔT线可被重置到另一ΔT线，以在保持节能的同时满足变化的冷却需求。

低ΔT综合症已经困扰并且将继续困扰冷冻水设施，导致过度的能量使用和人为的容量减少。这妨碍了冷冻水设施满足冷却需求，即使在部分负载条件时。如本文将要描述的，按需流量及其操作策略解决了这些问题，并且提供了额外的益处。

在一个实施例中，按需流量提供了一种用于有效操作冷冻水设施的方法。该方法可包括设置冷冻水ΔT，以及控制通过一个或多个部件的冷冻水流速，以保持（或称维持）一个或多个冷冻水设施部件上的冷冻水ΔT。冷冻水ΔT包括冷冻水设施部件处的冷冻水进入温度和冷冻水离开温度。在一个或多个实施例中，通过增加冷冻水流速以减少冷冻水ΔT以及降低冷冻水流速以增大冷冻水ΔT，可保持冷冻水ΔT。典型地，冷冻水流速将通过一个或多个冷冻水泵控制。

当发生一个或多个触发事件时，可执行临界区重置，以调整冷冻水ΔT。通常，临界区重置提供新的或重置的ΔT设置点，以按需调整冷却输出或容量。冷冻水ΔT可以各种方式重置。例如，可通过调整冷冻水进入温度、调整冷冻水离开温度或这二者使冷冻水ΔT重置。控制冷冻水设施部件上的冷冻水流速通过这种方式保持冷冻水ΔT，实质性地减少了冷冻水设施的低ΔT综合症。实际上，该减少可使得冷冻水设施处的低ΔT综合症被消除。

各种发生的事情可成为用于临界区重置的触发事件。例如，空气处理器单元的冷冻水阀打开超过特定阈值可作为触发事件。另外，冷冻水设施的旁路中的冷冻水温度增加或降低、或三级泵的流速变化超过特定阈值可作为触发事件。在外科套房/手术室、制造环境或其他空间的湿度水平也可作为触发事件。

也可根据本方法控制冷凝器水流速。例如，本方法可包括建立冷凝器水ΔT，其包括冷凝器处的低的冷凝器水进入温度和冷凝器水离开温度。冷凝器可使用低的冷凝器水进入温度来提供制冷剂过冷，这对制冷效果和冷冻器效率极为有益。可通过调整经过冷凝器的冷凝器水流速（例如通过一个或多个冷凝器水泵）来保持冷凝器水ΔT。

保持冷凝器水ΔT允许冷凝器在无堆积的情况下提供制冷剂过冷，即使在低的冷凝器水进入温度条件时。可通过控制冷凝器水离开温度保持冷凝器水ΔT，其中冷凝器水离开温度通过调整经过一个或多个冷凝器水泵的冷凝器水流速而被控制。

在另一实施例中，提供了一种用于操作冷冻水设施的一个或多个泵的方法。此方法可包括：利用第一泵将第一流速的水泵送通过冷冻器，和调整第一流速以保持冷冻器上的第一ΔT。第一ΔT可包括冷冻器进入温度和冷冻器离开温度，其无论冷冻水设施负载条件如何，都能提供冷冻器的蒸发器处有益的制冷剂过热。

本方法也可包括：利用第二泵将第二流速的水泵送通过空气处理器单元，以及调整第二流速以保持在空气处理器单元上的第二ΔT。第二ΔT可包括空气处理器单元进入温度和空气处理器单元离开温度，其无论冷冻水设施负载条件如何，都能提供空气处理器单元处所需冷却输出。在一个或多个实施例中，第一ΔT和第二ΔT可相似或相同，以平衡第一流速和第二流速并减少冷冻水设施的旁路处的旁路混合。旁路混合是低ΔT综合症的常见原因，因而其减少是极为有利的。

该方法可包括临界区重置，以增加冷却输出。例如，当空气处理器单元的水阀打开超过特定阈值时，可通过使第二ΔT重置增大第二流速。这种第二流速的增大导致空气处理器的冷却输出增大。

该方法可用于各种冷冻水设施构造。例如，该方法可包括：利用第三泵通过冷冻水设施的分配回路以第三流速将水泵送到第二泵，并且调整第三流速以保持第三ΔT。该实施例的空气处理器的冷却容量可通过临界区重置被增加。例如，当第二泵提供的第二流速超过特定阈值时，第三流速可通过使第三ΔT重置而被增大。如上所述，增大第三流速，增大了空气处理器的冷却容量。

该方法也可控制冷凝器水流速。例如，该方法可包括：利用第四泵将冷凝器水以第四流速泵送通过冷冻器的冷凝器，和调整第四流速以保持冷凝器的第四ΔT。第四ΔT可包括冷凝器水进入温度和冷凝器水离开温度，其无论冷冻水设施负载条件如何，都能提供制冷剂的过冷并防止制冷剂堆积。例如，冷凝器水进入温度可低于用于冷凝器水的湿球温度，以提供制冷剂过冷。

在一个实施例中，提供了一种用于控制冷冻水设施的一个或多个泵的控制器。该控制器可包括：输入装置，其被配置成接收来自一个或多个传感器的传感器信息；处理器，其被配置成控制由一个或多个泵提供的流速，以保持冷冻水设施的部件的ΔT；以及输出装置，其被配置成将一个或多个信号发送到一个或多个泵。该处理器也可生成一个或多个信号，其控制由一个或多个泵提供的流速。ΔT可包括进入温度和离开温度。

该处理器可被配置成，基于传感器信息，通过增加或降低流速保持ΔT。该处理器也可被配置成，通过响应传感器信息降低ΔT，来执行临界区重置，该传感器信息表示在部件处需要额外的冷却容量。传感器信息可为各种信息。例如，传感器信息可为温度信息。传感器信息还可以是或者替代性地可以是选自下组的操作信息，该组由空气处理器冷冻水阀位置、VFD Hz、泵速、冷冻水温、冷凝器水温和冷冻水设施旁路温度组成。

该处理器可被配置成，通过控制ΔT的离开温度保持ΔT。离开温度可通过调整经过冷冻水设施部件的流速而被控制。例如，流速可通过增加流速以降低离开温度和降低流速以升高离开温度进行调整。控制器保持的ΔT可类似于部件的设计ΔT。这允许该部件根据其制造规范高效操作。

对于本领域的技术人员而言，在分析以下附图和详细描述后，本发明的其他系统、方法、特征和优点将是明显的、或者将变得明显。所有这些额外的系统、方法、特征和优点应被认为包括在本描述之内，处于本发明的范围内，并由所附权利要求保护。

附图说明

附图中的部件并不一定是按比例绘制的，相反，其重点是放在对本发明原理的图解说明上。附图中，相似的附图标记在不同视图中表示相应的部件。

图1是方框图，其示出了示例性的分离冷冻水设施；

图2是方框图，其示出了示例性冷冻水设施处的低ΔT综合症；

图3是方框图，其示出了示例性冷冻水设施处的过度流量；

图4是方框图，其示出了示例性直接初级冷冻水设施；

图5是方框图，其示出了示例性冷冻器的部件；

图6A是示例性压力焓曲线图，其示出了制冷循环；

图6B是示例性压力焓曲线图，其示出了制冷循环中的过冷；

图6C是示例性压力焓曲线图，其示出了制冷循环中的制冷剂过热；

图7是一图表，其示出了示例性冷凝器处低冷凝器水进入温度的益处；

图8是示例性压力焓曲线图，其示出了示例性冷冻器处的按需流量的益处；

图9A是曲线图，其示出了流速与轴速之间的关系；

图9B是曲线图，其示出了总设计头（design head）与轴速之间的关系；

图9C是曲线图，其示出了能量使用与轴速之间的关系；

图9D是曲线图，其示出了示例性ΔT线和泵送曲线以及能量曲线；

图10是方框图，其示出了示例性控制器；

图11A是流程图，其示出了示例性控制器中的操作；

图11B是流程图，其示出了示例性控制器中的操作；

图12是一图表，其示出了由气温引发的示例性临界区重置；

图13是一图表，其示出了由冷冻水阀位置引发的示例性临界区重置；

图14是方框图，其示出了示例性的分离冷冻水设施；

图15是一图表，其示出了由VFD赫兹引发的示例性临界区重置；

图16是示例性冷凝器的横截面图；

图17是一图表，其示出了示例性冷冻水设施的按需流量的益处；

图18是一图表，其示出了示例性冷凝器的冷凝器水进入温度和离开温度之间的线性关系；

图19是一图表，其示出了示例性冷冻水设施处的按需流量条件下压缩机能量变换；

图20是压力焓曲线图，其示出了在示例性冷冻器处的按需流量条件下制冷循环变化的；

图21是一图表，其示出了在示例性冷冻水设施处的按需流量条件下对能量和容量的效果；

图22是曲线图，其示出了在示例性冷冻水设施利用按需流量的日志平均温差；

图23A是一图表，其示出了在低ΔT的示例性冷冻水设施中冷冻水流量与ΔT之间的关系；

图23B是一图表，其示出了具有示例性恒定冷却容量的按需流量的灵活性；

图23C是一图表，其示出了具有示例性恒定流速的按需流量的灵活性；以及

图24是一图表，其示出了在示例性冷冻水设施处的按需流量条件下的空气侧能量变换。

具体实施方式

在以下描述中，为了提供对本发明更全面的描述，给出了众多具体细节。然而，对本领域技术人员而言，明显的是，本发明可在没有这些具体细节的情况下实施。另一方面，本文并不详细描述，公知特征，以免掩盖或模糊本发明。

本文所述的“按需流量（Demand Flow）”指的是用于减少或消除低ΔT综合症并提高冷冻水设施效率的方法和装置。按需流量可在现有冷冻水设施的改进工程以及冷冻水设施的新型装置或设计中实现。本文所用的“冷冻水设施”指的是这样一种冷却系统，其使用了冷冻水以提供某些过程所需的适当冷却或冷冻水。这种冷冻水设施典型地（但不总是）用于冷却校园、工业综合性建筑、商业建筑等。

一般而言，如下文将进一步描述的，按需流量在冷冻水设施内使用冷冻水的可变流量或泵送，以解决低ΔT综合症并实质性提高冷冻水设施的效率。按需流量条件下的可变流量保持用于冷冻水设施部件的ΔT，其到达或接近部件的设计ΔT。结果，按需流量实质性提高了冷冻水设施及其部件的操作效率，从而大大节省了能量成本。按需流量提供的效率提高还提供了减小污染的益处。而且，不同于传统的可变或其他泵送技术，通过使这些部件在接近或处于其特定的进入和离开冷冻水温度、或设计ΔT运行，按需流量还延长了冷冻水设施的预期寿命。

无论冷却要求或负载如何，按需流量通过以同步方式操作冷冻水设施部件，都能提供了增大的效率。在一个或更多实施例中，通过控制一个或更多泵处的冷冻水和冷凝器水的泵送发生这种情况，从而保持冷冻水设施的特定部件或地点处的ΔT。一般而言，按需流量在各个冷凝器或水泵上操作，从而在冷冻水设施的特定部件或地点保持ΔT。例如，可操作初级冷冻水泵以保持冷冻器上的ΔT，可操作次级冷冻水泵以保持设施空气处理器上的ΔT，并且可操作冷凝器水泵以保持冷凝器的ΔT。

以这种方式控制各个泵（和流速）导致冷冻水设施的同步操作，这将在下文中进一步描述。这种同步操作使冷冻水设施的流速均衡，显著减少或消除了低ΔT综合症和相关的低效率。

在传统的冷冻水设施中，可变流量根据冷冻水设施或系统中某一位置处的最小压差或ΔP（Delta P）而被控制。按需流量与这些技术不同之处在于，其关注ΔT而非ΔP。利用按需流量，无论负载条件（即，冷却需求）如何，都可对所有冷冻水设施部件保持最佳ΔT。保持恒定或稳定的ΔT允许在冷冻水流量中具有宽的变化，从而不仅在泵送能量而且在冷冻器能量消耗方面产生节能。例如，通过控制经过冷冻水泵或冷凝器水泵的流速，无论负载条件如何，都可将冷冻器ΔT保持在接近或到达冷冻器的设计参数，从而使冷冻器的冷凝器换热器管束和蒸发器的效率最大。

相反，传统的可变流量方案是在非常窄的范围内改变流量，因而不能实现按需流量的成本和能量节省。这是因为，传统的流量控制方案控制流速以产生特定的压差或ΔP，而不是ΔT。另外，传统的可变流量方案仅设法保持仅仅在某一预定系统位置处的ΔP，而忽略了低ΔT。这导致流速比生成和分配所需量的冷却输出所需的流速高得多，在很大程度上补偿了低ΔT造成的低效率。

因为流速通过按需流量控制，以保持ΔT而不是保持设施空气处理器处的ΔP或特定的冷却输出，因而可能出现下列情况：流速过低，而不能基于系统多样性在某些区域中产生所需量的冷却输出。为解决这种情况，按需流量包括有本文称为“临界区重置”的特征，其允许由按需流量保持的ΔT基于系统的特定需要（其在系统的所需流速时未被充分满足）被重置为另一（典型地更低）值。这可能是由于针对供应负载的不适当的管道系统、不正确地设定尺寸的空气处理器，或者许多无法预料的系统异常造成的。如将在下文中进一步描述的，这允许通常通过增大冷冻水流量来保持新的或重置的ΔT从而提供了额外的冷却。

按需流量的应用对空气处理器以及冷冻水设施的冷冻器、泵和其他部件产生协同效应。这导致净能量使用的减少，同时保持或甚至增大了冷冻水设施的额定容量。如将在下文中进一步描述，在按需流量条件下，很少或没有过度的能量用于提供特定水平的冷却。

优选地，由按需流量保持的ΔT将接近或达到冷冻水设施部件的设计ΔT，以使部件效率最大化。保持ΔT的优点可通过冷却容量方程可知，例如                                                

，其中Tons为冷却容量，GPM为流速，K为某一常量。如该方程所示，随着ΔT降低，冷却容量也降低。

注意，尽管在此参照了一个具体的容量方程进行描述，但是应该理解，按需流量的操作和益处还能通过各种容量方程显示。这通常是因为冷却容量、流速和恒定ΔT之间的关系为线性的缘故。

从下述示例可看出保持ΔT的优点。对于K为恒定值24的情况，通过在16度的设计ΔT条件下提供1500 GPM的流速，可生成1000吨的容量。通过在16度的ΔT条件下提供750 GPM的流速，可生成500吨的容量。然而，在低ΔT（例如传统系统中常见的）条件下，将需要更高的流速。例如，在8度的ΔT条件下，500吨的容量将需要1500 GPM的流速。如果ΔT进一步降低，例如降低至4度，则冷却容量在1500 GPM条件下将为250吨。其中，冷冻水设施泵或其他部件可能仅能具有最大1500 GPM的流速，则冷冻水设施将不能够满足500吨的所需要求，即使在设计ΔT条件下，冷冻水设施在1500 GPM的条件下能够具有1000吨的容量。

I. 低ΔT综合症

现在将参照图1描述低ΔT综合症，图1示出了示例性的分离冷冻水设施。如图所示，冷冻水设施包括初级回路104和次级回路108。每一回路104、108可具有其自身的进水和出水温度，即ΔT。注意，按需流量同样还对直接/初级冷冻水设施（即非分离的冷冻水设施）有利，这将在下文中进一步描述。

在分离的冷冻水设施的操作期间，冷冻水通过一个或更多冷冻器112产生于生产或初级回路104。该冷冻水可通过一个或更多初级冷冻水泵116在初级回路104中循环。然后，来自初级回路104的冷冻水可通过与初级回路104流体连通的分配或次级回路108分配到建筑物（或其他结构）。在次级回路108内，冷冻水通过一个或更多次级冷冻水泵120循环到一个或更多空气处理器124。空气处理器124允许来自建筑物空气的热量被传递到冷冻水，例如通过一个或更多热交换器。这将冷却空气提供到建筑物。典型地，如果空气处理器124能更好地冷却一定量的空气，则建筑物空气被促使或吹动通过热交换器。冷冻水离开空气处理器124，然后由于冷冻水经由空气处理器吸收的热量而以更高温度返回到次级回路108。

冷冻水然后离开次级回路108，并以更高温度返回到初级回路104。由此可知，初级回路104和次级回路108（以及附接到这些回路的冷冻水设施部件）具有进水温度和出水温度，或ΔT。在理想情况下，两个回路的进入温度和离开温度将达到其各自的设计ΔTs。不幸的是，实际上，冷冻水回路工作在长期低ΔT条件下。

出现低ΔT原因有很多。在一些情况下，冷冻水设施的不良设计会导致低ΔT发生。由于冷冻水设施的复杂性和实现完美设计的难度，这是相当普遍的。例如，次级回路108的空气处理器124可能未被恰当选择，因而冷冻水吸收的热量达不到预期。在此情况下，来自次级回路108的冷冻水以低于预期的较冷温度进入初级回路104，从而导致低ΔT。注意，由于不良设计和/或操作，冷冻水设施可在各种负载条件（包括设计条件负载）下以低ΔT操作。

随着冷却输出下降以满足小于设计条件的负载，也会发生低ΔT。由于输出下降，冷冻水流量、冷冻水ΔT和其他因素变得无法预测，通常导致低ΔT。事实上，在实际中，已知传统的ΔP流量控制方案总是在一些（即使不是全部）冷冻水设施部件导致低ΔT。

例如，为了减少从设计条件的冷却输出，冷冻水设施的空气处理器124的一个或多个冷冻水阀可被关闭（部分地或完全地）。这减少了通过空气处理器124的冷冻水流量，因而提供更少的冷空气。然而，因为冷冻水阀被部分关闭，当冷冻水以更高速率通过空气处理器124时，冷冻水从空气吸收比必需的更少的热量，如通过比设计ΔT更低的ΔT证明。因而，离开空气处理器124的冷冻水并不如其以往“温暖”。结果，离开次级回路108通往初级回路104的冷冻水比所需要的更冷，从而在两个回路中导致低ΔT。

为了利用特定实例进行图解说明，图2提供了一个示例性冷冻水设施。在该例中，初级回路104中产生的冷冻水为40度。由此可知，离开空气处理器124的冷冻水可为52度而不是预期的56度，这是因为冷冻水阀已被关闭，并且冷冻水的流速对于当前负载过高。由于在旁路128中没有过度分配，次级回路的冷冻水离开温度仍为40度。假设系统具有16度的设计ΔT，现在有12度的低ΔT，其比设计ΔT低4度。这里要注意，低ΔT自身减少了容量，并致使过度能量用于提供给定的冷却输出。通过容量方程可知，

，Tons容量被低ΔT显著减少。为了补偿，将需要更高的流速或GPM，从而对于给定的冷却需求导致泵送能量的过度使用。

再次参照图1，低ΔT的另一原因是在初级回路104、次级回路108或二者内的过度流量造成的旁路混合。旁路混合和过度流量是低ΔT的已知原因，并且传统上极难解决，特别是利用ΔP流量控制方案。实际上，过度流量的一个普遍原因是效率低下的ΔP控制方案造成的冷冻水的过量泵送（如以上实例所示）。为此，流量失衡和旁路混合在使用ΔP流量控制方案的冷冻水设施中是常见的事。注意，旁路混合即使在设计条件下也会发生，这是因为，如同任何复杂机器一样，冷冻水设施很少是完美的。实际上，冷冻水设施经常被设计具有与次级泵流速不匹配的初级冷冻水泵流速。

在分离的冷冻水设施中，连接初级回路104和次级回路108的分离器或旁路128被提供，以处理回路之间的流量失衡。这典型地由于回路之一中的过度流量或过度泵送而发生。旁路128一般通过允许来自一个回路的过度流量循环到另一回路将其接收。注意，过度流量不限于任何特定回路，在所有回路中除了其间的流量失衡之外还可有过度流量。

过度流量一般表示过多能量正被消耗在泵送冷冻水上，如稍后通过亲合定律描述，并且还加剧了低ΔT的问题。为了利用图3进行图解说明，图3示出了具有过度流量的示例性冷冻水设施，当存在过度初级或分配冷冻水流量时，来自空气处理器124和次级回路108的冷冻水与来自初级回路108的供应水在旁路128中混合。这两种水流的最后混合比设计的冷冻水更温暖，其然后被分配到空气处理器124。

例如，来自次级回路108的54度水的300加仑每分钟（GPM）的过度流量将与来自初级回路104的40度的冷冻水在旁路128中混合，从而将次级回路中的冷冻水的温度升高到42度。现在，次级回路的冷冻水具有的温度高于初级回路的冷冻水。这在初级回路104和次级回路108中导致低ΔT以及冷却容量的相应减少。

冷冻水流的旁路混合因其加剧了低ΔT也是不受欢迎的。例如，当空气处理器124检测到由旁路混合造成的升高水温或者因升高的水温不能够满足冷却需求时，其冷冻水阀打开，以允许额外的水流通过空气处理器124，从而增大空气冷却容量。在传统的ΔP系统中，次级冷冻水泵120也将增大冷冻水流速，从而增大空气处理器124处的空气冷却容量。流速的这种增大造成初级回路104与次级回路108之间的旁路128处的流速的进一步失衡（即，进一步的过度流量）。增大的过度流量通过造成额外的旁路混合而加剧了低ΔT，这甚至进一步降低ΔT。

过度流量和旁路混合对于给定的冷却需求还造成过度能量使用。在一些情形下，额外的泵送能量被用于增大初级回路104中的流速，从而更好地平衡来自次级回路108的流量并防止旁路混合。另外或替代性地，额外的冷冻器112可能需要在线，或者额外的冷冻器能量可用于在初级回路104中产生足够的冷冻水，从而补偿旁路混合对冷冻水供应的升温效应。在空气供应侧，空气处理器124通过移动更大量的空气可试图补偿由升高的水温造成的减少容量。这典型地通过对一个或更多风扇132增大功率以使额外空气移动通过空气处理器124而实现，如通过亲合定律进一步所述。

在许多情况下，这些措施（例如，增大的冷冻水泵送、空气处理器水阀的打开、增大的空气供应空气运动）不能充分补偿由低ΔT造成的冷却容量的假象减少。因而，冷冻水设施的确不能够满足冷却需求，即使这种需求水平可能小于其额定冷却容量。在这种措施能够补偿容量的假象减少的情形下（例如通过启动额外的冷冻器），冷冻水设施基本使用多于必须的更多能量，以通过补偿低ΔT效应的而被消耗的大量过度能量来提供所需的冷却输出。

应理解的是，低ΔT还发生在直接初级冷冻水设施构造（即，非分离的冷冻水设施）中，即使这种构造一般不具有建筑物返回水与生产供应水的混合问题。直接初级系统总是具有设施或系统旁路、3通阀或者二者均有，从而保持通过系统的最小流量。例如，图4示出了具有这种旁路的示例性直接初级冷冻水设施。类似于分离的冷冻水设施，在这些旁路或3通阀中会发生过度流量。因而，低ΔT问题（诸如过度冷冻器能量、过度泵送能量和减少的系统容量）在直接初级构造中也存在。实际上，低ΔT的问题是相同的，其与设施构造如何无关。在实践中，这已通过在两种类型的冷冻水设施中发生低ΔT综合症这一事实得以证实。

现在将进一步描述关于冷冻器的低ΔT的效应。图5示出了示例性冷冻器112。出于例示的目的，图5的虚线描绘了哪些部件是否是示例性冷冻器112的一部分，其中虚线内的部件是冷冻器的一部分。当然，应理解的是，冷冻器可包括额外的部件或比所示更少的部件。

由此可知，冷冻器112包括通过一个或更多制冷剂线路536连接的冷凝器508、压缩机520和蒸发器512。蒸发器512可通过一个或更多冷冻水线路532被连接到冷冻水设施的初级或其他回路。

操作中，冷冻水可进入蒸发器512，其在此将热量传递给制冷剂。这使得制冷剂蒸发，从而致使制冷剂变成制冷剂蒸汽。来自冷冻水的热传递将水冷却，从而允许水通过冷冻水线路532返回到初级回路。例如，通过将热量传递到蒸发器512内40度的制冷剂，54度的冷冻水可被冷却到42度。42度的冷冻水然后可用于冷却建筑物或其他结构，如上所述。

为了使制冷循环连续，由蒸发器512产生的制冷剂蒸汽冷凝返回到液态形式。制冷剂蒸汽的这种冷凝可由冷凝器512执行。如已知，制冷剂蒸汽能够仅冷凝在较低温度的表面上。因为制冷剂具有相对较低的沸点，因而制冷剂蒸汽具有相对较低的温度。为此原因，压缩机520可用于压缩制冷剂蒸汽，从而升高蒸汽的温度和压力。

制冷剂蒸汽增大温度允许蒸汽以更高温度冷凝。例如，在没有压缩的情况下，制冷剂蒸汽可为60度，而经过压缩，蒸汽可为97度。因而，可在97度以下而不是60度以下发生冷凝。这非常有益，这是因为一般更容易提供具有的温度低于制冷剂蒸汽增大温度的冷凝表面。

制冷剂蒸汽进入冷凝器508，其热量可在此被传递到冷凝介质，从而致使制冷剂返回到液态。例如，冷凝器508可包括管壳设计，其中，冷凝介质流经冷凝器的管。通过这种方式，制冷剂蒸汽可冷凝在冷凝器外壳内的管上。如这里所讨论的，冷凝介质为冷凝器水，尽管应理解的是，可使用其他液体或介质。在冷凝之后，制冷剂然后通过制冷剂线路536和减压器528返回到蒸发器508，其中制冷循环继续。

冷凝器508可通过一个或更多冷凝器水线路540被连接到冷却塔524或其他冷却装置。因为冷凝器水从制冷剂蒸汽吸收热量，冷凝器水必须被冷却，以使其温度保持足够低，从而使制冷剂蒸汽冷凝。冷凝器水可通过一个或更多冷凝器水泵516在冷凝器508与冷却塔524之间循环。这提供冷却的冷凝水的供应，其允许制冷剂蒸汽连续冷凝。注意，尽管冷却塔524在图4的实施例中用于使水冷却，但可使用冷凝器水的其他供应。

冷冻器的操作还可通过诸如图6A所示的压力-焓曲线图显示。在该图中，压力表示在垂直轴线上，而焓在水平轴线上。在点604，制冷剂在蒸发器中可处于大量饱和或主要为液态。随着制冷剂在蒸发器中从冷冻水吸收热量，其焓增大，从而使制冷剂在点608变成制冷剂蒸汽。图中点604与点608之间的部分表示冷冻器的制冷效果。在此期间，由制冷剂从冷冻水的热吸收将冷冻水冷却。

压缩机然后可用于增大制冷剂蒸汽从点608到点612的温度和压力。这被称为“提升（lift）”。该提升允许制冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝，如上所述。在点612与点616之间，制冷剂蒸汽将热量传递到冷凝器水并在冷凝器中冷凝，从而将蒸汽再次变成液体。制冷剂然后在点616与点604之间经过减压器，其降低液态制冷剂的温度和压力，从而使其可在蒸发器中使用并使制冷循环继续。

如将在下文中进一步描述的，与冷凝器中的低ΔT相关的问题导致冷冻器因在局部负载条件时缺乏最小提升而失效。当冷凝器与蒸发器之间的压差下降过低，则发生对工业而言称之为“堆积（stacking）”的情况。这是制冷剂在冷凝器中累积的情况，从而将蒸发器的饱和压力和温度下降到临界点。制冷剂还具有对油的较高亲合力，因而堆积将在冷凝器中挡住一大部分充油，从而致使冷冻器在许多低压力、低蒸发器温度或低油压力问题时关闭。

因为多数传统的冷凝器水泵送系统在恒定体积条件下操作，冷却塔也处于最大流量条件。随着冷却塔上的负载减小，操作范围保持相对恒定，从而降低塔的效率。相反，在可变流量的冷凝器水系统中，操作范围随着流量而减小。这允许更低的冷凝器水进入温度以及冷冻器能量和冷却塔风扇能量的相关减少，这将在后文中进一步描述。

低ΔT还导致了效率非常低下的冷凝器水泵效率（KW/Ton），并通过适时令地低的冷凝器水进入温度限制了冷冻器可用的制冷剂过冷量。在给定负载下，对于每一度的冷凝器水进入温度降低，压缩机能量降低大约1.5%，并且冷冻器的名义吨位增大大约1%。因而，如将在下文中进一步描述的，非常期望能在最低可能的冷凝器水进入温度下操作冷冻器。

另外，蒸发器处的低ΔT降低了制冷循环的制冷效果。如将在下文中进一步描述的，这降低了蒸发器产生的制冷剂蒸汽的温度。

II. 按需流量

通常，按需流量包括用于在增大冷冻水设施和系统的效率的同时解决低ΔT综合症的系统和方法。如上所述，传统的冷冻水系统控制方案直接产生能量和容量的低效率（由低ΔT综合症、高KW/Ton证明）以及降低的空气侧容量。以上描述还表明，在多数传统的控制方案与最佳的系统能量和可交付容量之间存在直接冲突。这由压差或ΔP最清楚地得以证明，冷冻水泵送控制方案忽略了增大的能量使用和降低的系统容量。传统设计的基于ΔP的泵送方案不可避免地产生以下系统：其随着其系统负载变化而以低ΔT综合症执行。

在理想状态，冷冻水ΔT在冷冻水设施的初级、次级和任意三级或其他回路中是相同的。使冷冻水设施部件以其所选择的或设计ΔT操作总是产生最大可交付容量和最高系统效率。因而，在理想世界，冷冻水ΔT与设计ΔT匹配。为了生成这种理想情形，冷冻水设施部件的选择、设计、安装和泵送控制方案必须理想。遗憾的是，这种理想实际上格外罕见或从未实现过，并且冷冻水设施的设计、负载和安装中的不一致总是存在。

不同于传统的控制方案，按需流量的本质原理是通过强调满足冷却需求而尽可能接近设计ΔT操作，这将在下文中关于临界区重置的描述。无论冷却负载如何，这都允许冷冻水设施以高效率操作。这与传统的控制方案相反，其中在部分或恰好设计负载条件下的操作由于困扰这些传统系统的低ΔT综合症而使用基本比所需更多的能量。

另外，因为泵被控制以保持ΔT接近设计ΔT或达到设计ΔT，因此无论设施上的负载如何，冷冻水设施都有效地利用了能量。当与传统的控制方案比较时，如根据以下图表可知，能量使用在按需流量条件下明显更少。该图表上表示的值根据操作的按需流量实施的实际测量值而获得。

例如，图7为实际按需流量应用的图表，其显示通过减少冷凝器水进入温度可实现的能量减少。图8为压力-焓示图，其将恒定体积的冷凝器水泵送804和ΔP冷冻水泵送方案与按需流量泵送808比较。由此可知，与传统的恒定体积泵送804相比，在制冷效果通过过冷812和制冷剂过热816被增大的同时，提升被减少。

按需流量对冷冻水设施具有可测、持久和重复的效果，因其基于同样是可测和可预测的可靠科学基本原理。由于应用按需流量产生的效率和可交付容量的增益将描述如下。

称为亲合定律的利用可变流量冷冻水设施泵送能量效率的基本前提包括下列定律：

·定律1：如方程Q₁/Q₂ = N₁/N₂显示，流量与轴转动速度成比例，其中N为轴转动速度，Q为容积流速（例如CFM、GPM或L/s）。这由示于图9A曲线图中的流量线936示出。

·定律2：压力或水头与轴速度的平方成比例，如方程H₁/H₂=(N₁/N₂)²显示，其中H为通过泵或风扇产生的压力或水头（例如ft或m）。这由示于图9B曲线图中的泵送曲线916示出。

·定律3：功率与轴速度的立方成比例，如方程P₁/P₂=(N₁/N₂)³显示，其中P为轴功率（例如W）。这由示于图9C曲线图中的能量曲线920示出。

亲合定律规定，冷冻水压降（在上文中也被称为TDH或被称为H）与流速的平方的变化有关，而能量利用与流速的立方的变化有关。因此，在按需流量中，随着流速降低，冷却容量或输出被成比例地降低，但是能量利用成指数地降低。

图9D是曲线图，其示出了示例性的恒定ΔT线904。因为线上的所有点利用相同的ΔT生成，因而线904被称为恒定ΔT线。在该曲线图中，水平轴线表示流速，而垂直轴线表示压力。从而，如图所示，ΔT线904显示对于恒定ΔT产生特定冷却输出所需要的流速。在一个或更多实施例中，ΔT线904可通过容量方程限定，例如

，其表明，流速（GPM）的增加或减少引起冷却输出（Tons）成比例增加或减少。注意，虽然特定ΔT线904被示于图9D中，但是应该理解，对于各种冷冻水设施或冷冻水设施部件，ΔT线940可不同。

通常，按需流量对于给定冷却输出试图将流速保持在ΔT线904上。这当满足冷却需求时产生重大效率增益（即能量节省）。相反，通过传统的控制方案确定的流速比通过ΔT线904规定的流速更高（常常基本上）。这已在实践中显示并且常常被记录在传统的冷冻水设施的操作日志中。图9D示出了示例性的日志点908（其示出了传统控制方案确定的流速）以及按需流量点912。按需流量点912代表在按需流量原理条件下适合于给定冷却输出的流速。

典型地，传统控制方案确定的日志点908将具有比冷冻水设施满足实际冷却需求所需更高的流速。例如，在图9D中，日志点908比按需流量点912具有更高的流速。这至少部分地是因为，传统的控制方案必须以更高流速和增大的冷却输出来补偿低ΔT造成的低效率。

利用按需流量，流速沿着ΔT线904调整，并与负载成线性，这意味着，冷冻水设施及其部件在达到或接近设计ΔT时操作。以这种方式，低ΔT通过按需流量被消除或明显减少。因而，与传统的控制方案相比，用于冷却的所需需求可以较低的流速和冷却输出而被满足。这很大程度上是因为冷冻水设施并非必须补偿低ΔT的低效率。

图9D叠放了上述泵送曲线916和能量曲线920，以示出按需流量提供的效率增益。如图所示，泵送曲线916在其垂直轴线上代表总设计头（TDH）或压降，并且在其水平轴线上代表容量或轴速。亲合定律规定轴速与流速成线性比例。从而，泵送曲线916可在图9D中被叠放，以示出按需流量提供的效率增益。亲合定律还规定，泵送曲线916为平方函数。因此，根据这些曲线图可以看出，随着流速沿着ΔT线204线性减少，TDH成指数减少。

如所示的能量曲线920在其垂直轴线代表能量使用，并且在其水平轴线代表轴速（其如所述已被显示为与流速成线性比例）。在亲合定律条件下，能量曲线920为立方函数。从而由此可知，随着流速减少，能量使用成指数减少，甚至比TDH更多。用另一方式陈述，随着流速增加，能量使用根据立方函数成指数增加。为此，非常希望操作系统泵以便提供实现特定冷却输出必需的最小流速。

由此可知，当利用按需流量操作冷冻水设施时，发生相当大量的能量节省。图9D突出显示了按需流量点912和日志点908之间的能量使用的差异。如通过能量曲线920可知，在通过这些点表示的冷却输出处，日志点908和按需流量点912之间的过度能量使用932相当大。再次，这是因为随着流速增加，能量使用成指数增加。

图9D还突出显示了按需流量点912和日志点908之间的TDH的差异。由此可知，日志点908再一次具有比满足当前的冷却需要必须的基本更高的TDH。相反，在按需流量点912，TDH低的多。如通过泵送曲线916可知，日志点908和按需流量点912之间的过度TDH 924相当大。从而，和传统的控制方案比较，在按需流量条件下由冷冻水设施消耗基本更少的功。这是有益的，因为在泵上施加更少的应变，从而延长其使用寿命。

III. 按需流量操作策略

为帮助描述按需流量，术语操作策略将在此将用于指代应用于冷冻水设施及其部件以实现对设施能量使用和冷却容量有益的按需流量的原理、操作和算法。操作策略有益地影响冷冻水设施的常见的大部分方面（如果不是全部的话）。如将在下文描述，这些方面包括冷冻水产生（例如，冷冻器）、冷冻水泵送、冷凝器水泵送、冷却塔风扇操作以及空气侧风扇操作。无论负载条件如何，操作策略的应用通过在设计ΔT或接近设计ΔT操作冷冻水设施部件，都显著减少或消除低ΔT综合症。对于冷冻水设施部件和设施整体而言，这又优化了能量使用以及可交付容量。

在一个或多个实施例中，操作策略可通过冷冻水设施的一个或多个控制装置或部件被具体化和/或实施。图10示出了可被用来实施操作策略的示例性控制器。在一个或多个实施例中，控制器可接受输入数据或信息，根据操作策略对输入执行一个或多个操作，并提供相应的输出。

控制器1004可包括处理器1004、一个或多个输入装置1020以及一个或多个输出装置1024。输入装置1020可用于从一个或多个传感器1028接收数据或信息。例如，通过一个或多个传感器1028探测到的关于冷冻水、冷凝器水、制冷剂或冷冻水设施组件的操作特征的信息可经由输入装置1020被接收。

处理器1004然后可对经由一个或多个输入装置1020接收的信息执行一个或多个操作。在一个或多个实施例中，处理器可执行一个或多个存储在储存装置备1012上的指令，以执行这些操作。指令也可被硬接线到处理器1004，例如在ASIC或FPGA的情况下。注意，储存装置1012可在处理器1004内部或外部，并且还可用于存储数据或信息。在一个或多个实施例中，指令可为机器可读的代码的形式。

操作策略可通过一个或多个指令具体化，以便通过执行指令，控制器1004能够根据按需流量操作冷冻水设施或其部件。例如，可执行一个或多个算法来确定应该何时执行增加或减少冷冻/冷凝器水流速，以使冷冻/冷凝器水泵送保持在ΔT线上或接近ΔT线。一旦指令在来自一个或多个输入装置1020的信息上执行，则相应的输出可经由控制器1004的一个或多个输出装置1004提供。如图所示，控制器1004的输出装置1024连接到VFD 1032。VFD 1032可连接到冷冻器、冷凝器或其它泵或冷却塔风扇（未显示）。以这种方式，控制器1004能够控制冷冻水设施泵处的泵送。

注意，操作策略可被认为是提供外部控制操作，其控制冷冻水设施的部件。例如，在改型的情况下，控制器1004等可对冷冻水设施应用按需流量，而不需要改变设施的现有部件。例如，控制器1004可控制现有的设施VFDs和泵。在一些实施例中，VFDs可被安装在一个或多个冷冻水泵、冷凝器水泵或其它泵上，以允许通过操作策略控制这些泵。在一个或多个实施例中，也可安装一个或多个传感器，或通过控制器1004可使用现有的传感器。

图11A是流程图，示出了可由控制器1024执行的示例性操作，以执行操作策略。应理解，这里描述的一些步骤可以不同于此处所述的顺序被执行，并且在对应于在此处所述操作策略各个方面的各实施例中，可具有较少的或额外的步骤，但未显示在流程图中。

在所示实施例中，传感器信息在步骤1104被接收。例如，可接收关于冷冻水设施部件的冷冻水进入温度、离开温度或两者的传感器信息。同样，可接收操作特征（例如空气处理器处的冷冻水阀的位置、VFDs的速度或输出、泵的速度或流速）及其它信息。

在步骤1108，基于在步骤1104接收的信息，控制器可确定是否在一个或多个泵增加或减少，以保持ΔT优选接近或到达设计ΔT。例如，参考图1，如果在空气处理器124处的冷冻水离开温度显示低ΔT，则可通过次级冷冻水泵120调整次级回路108中的流速，以保持空气处理器124的设计ΔT。

在步骤1112，输出可被提供给例如VFD或其它泵控制器，或者甚至直接提供给泵，以增加或减少如在步骤1108中确定的流速。在以上该实例中，通过减少流速，冷冻水在空气处理器124中保持更长时期。因为冷冻水通过空气处理器124更长时期地暴露于温暖的建筑物空气，这致使冷冻水的焓增加。

冷冻水的焓上的增加升高了空气处理器124的离开冷冻水温度。随着水离开次级回路108，次级回路的出水温度升高。以这种方式，ΔT可增加到接近或达到设计ΔT（减少或消除了低ΔT综合症）。 

虽然以上实例描述了保持空气处理器124处等ΔT，以这种方式可保持其它冷冻水设施部件（包括初级、次级或其它回路）处的以及设施部件内的ΔT。例如，在一个或多个实施例中，冷冻水设施的控制器可改变一个或多个冷凝器水泵的流速，以保持冷冻器部件（例如冷冻器的冷凝器）的ΔT。

如上简要论述，操作策略也可包括一个或多个临界区重置。在一个或多个实施例中，临界区重置改变控制流速的ΔT。本质上，临界区重置改变通过操作策略控制流速的ΔT线。这允许操作策略根据各种ΔT线通过操作满足冷却需求。实际上，这些ΔT线将典型地接近在设计ΔT处生成的ΔT线。当接近或达到设计ΔT有效地操作冷冻水设施时，操作策略因此是灵活的并且能够满足各种冷却需求。

临界区重置可用于增加或减少冷却输出，例如通过增加或减少冷冻水流量。在一个或多个实施例中，临界区重置可用于通过增加冷冻水流量增加冷却输出。这可发生在冷却需求不能通过以特定ΔT操作冷冻水设施被满足的情形。例如，如果冷却需求不能被满足，则临界区重置可用于将操作策略保持的当前ΔT重置到新的值。例如，操作策略保持的ΔT可从16度重置到15度。为了在冷冻水设施部件处产生这种低ΔT值，冷冻水的流速可被增加，以保持一个或多个冷冻水设施部件的新的ΔT值。增加的流速将额外的冷冻水提供给冷冻水设施部件，其反过来提供增加的冷却输出来满足需求。例如，到达空气处理器的增加的冷冻水流量将为空气处理器提供额外的冷却空气容量。

注意，当冷冻水设施或其部件正产生太多的或过度的冷却输出时，也可发生临界区重置。例如，如果冷却需求被降低，则临界区重置可改变被保持的ΔT，以使其接近设计ΔT。例如在以上实例中，当冷却需求被降低时，ΔT可从15度重置回16度。相应地，冷冻水流速可被减少，这减少冷却输出。典型地，基于如在试运转过程期间发现的系统动力学，计算ΔT设置点的线性重置。

图12是一图表，其示出了用于示例性的空气处理器单元的临界区重置的实例。由此可见，ΔT可被重置到较低的值，以提供更多冷冻水流量，从而降低空气处理器单元的供给空气温度。由此还可见，将ΔT重置到较高的值通过减少到达空气处理单元的冷冻水流速升高了供给空气温度。

在操作中，ΔT被重置到的值可以各种方式确定。例如，在一些实施例中，用于进水和出水温度（即重置ΔT）的新值可根据公式或方程确定。在其它实施例中，一组预先确定的设置点可用于提供重置ΔT值。这能够关于图12（其示出了示例性的一组设置点1024）进行描述。一般而言，每个设置点1204为给定触发事件提供ΔT值。例如在图12中，每个设置点1204为空气处理器单元的给定空气供给温度提供ΔT值。设置点1204可在按需流量设置或试运转期间确定，并且以后可根据需要调整。

如果新的或重置ΔT值仍不足以满足冷却需求，可触发另一临界区重置，以便再次重置由操作策略保持的ΔT。在一个或多个实施例中，临界区重置可发生，直到冷冻水设施能够满足冷却需求。

在一个或多个实施例中，临界区重置通过增加量（例如度）改变待保持的ΔT。这有助于确保待保持的ΔT接近设计ΔT。虽然可导致冷冻水部件内的轻微减少的效率，但基本减少或消除低ΔT的益处胜过效率上的轻微减少。当和传统的控制方案相比时，按需流量的效率增益将基本保持。

导致临界区重置的情况在这里将被认为是触发器或触发事件。如所述，当冷冻水设施部件正产生太多或太少的冷却输出时，可触发临界区重置。为了确定设施部件是否正产生太多或太少的冷却输出，操作策略可利用来自一个或多个传感器的信息。如将在下文进一步描述，此信息可包括冷冻水设施内的冷冻水的特征（例如温度或流速）、一个或多个冷冻水设施部件的操作特征、空间的空气或环境条件（例如温度或湿度）以及其它信息。参考图12，例如，触发器可以是空气处理器单元的供给空气温度。例如，如果供给空气温度和需要的空气供给温度不匹配，可触发临界区重置。

如上述间接提到，作为临界区重置的结果，ΔT也可通过操作策略增加。例如，如果冷却需求降低，可通过临界区重置将ΔT重置到较高的值。在图12中显示将ΔT重置到较高的值以降低冷却输出（即升高空气处理器单元的供给空气温度）的实例。与上文类似，通过临界区重置增加ΔT可通过各种事件或条件被触发。 

图11B是流程图，其示出了可通过控制器1024执行的示例性操作，包括临界区重置操作。在步骤1116，在步骤1104接收的信息可被处理，以确定是否已发生触发。如果如此，则可发生临界区重置，其将ΔT线重置到泵送被控制的状态。例如，由一个或多个传感器提供的操作特征（例如空气处理器水阀的位置、VFD速度或输出、设施旁路中等冷冻水温度）或其它信息可引起临界区重置，这将在下文进一步描述。

如果发生临界区重置，则控制器将利用在步骤1108的ΔT的重置值或重置ΔT线来确定是否需要增加或减少流速。然后，如上所述，输出可被提供给一个或多个泵，以实现这种流速改变。如果没发生临界区重置，则控制器可继续使用当前ΔT线或ΔT，并相应地控制流速。注意，图11A和11B的步骤可连续发生或可在各个时期发生。以这种方式，临界区重置和流速相对来说可连续地或在需要的时期调整。

现在将关于冷冻水泵和冷凝器水泵的操作描述按需流量的操作策略。如将根据以下论述变得明显，通过操作策略控制泵送和流速对冷冻水产生（例如冷冻器）、冷冻水泵送、冷凝水泵送、冷却塔风扇操作和空气侧风扇操作具有非常有益的影响。

A. 冷冻水泵操作

如上所述，冷冻水泵提供通过冷冻水设施的冷冻水流。在一个或多个实施例中，冷冻水泵提供通过冷冻水设施等初级、次级、三级或其它回路的冷冻水流。

在一个或多个实施例中，操作策略控制这种冷冻水泵，以使其流速位于或接近上述的ΔT线。如关于图9D的曲线图所述，特别是当和传统的控制方案比较时，根据ΔT线操作冷冻水泵产生相当大的能量节省。

根据ΔT线操作冷冻水泵可以各种方式完成。一般而言，这种操作使一个或多个泵处的流速保持位于或接近ΔT线。根据冷冻水泵的位置或类型，操作策略可利用不同的方法。例如，根据泵是否位于初级、次级、三级或其它回路上，不同的操作可用于控制冷冻水泵的流速。在一个或多个实施例中，由冷冻水泵提供的流速可通过连接到泵的变频驱动（VFD）控制。应理解的是，其它装置（包括冷冻水泵自身的装置）可用于控制流速、泵送速度等。

特别地，但不总是，操作策略控制通过一个或多个冷冻水泵的流速，以保持在冷冻水设施的一个或多个点的温度。一个或多个传感器可用于探测这些点的温度。流速然后可被调整，以根据来自传感器的温度信息保持温度。以这种方式，在冷冻水设施的一个或多个点可保持ΔT。

参考图1，在一个实施例中，操作策略可控制次级冷冻水泵120，以保持在空气处理器124的ΔT，优选地达到或接近设计ΔT。这根据ΔT线操作次级冷冻水泵120，并且确保空气处理器124在有效地操作时能提供其额定冷却容量。如上所述，可通过增加或减少经由次级冷冻水泵120等流速保持特定ΔT。

操作策略也可控制初级冷冻水泵116，以同样保持冷冻水设施的一个或多个点处的ΔT。例如，初级冷冻水泵116可被操作，以保持用于初级回路104、次级回路108或两者的ΔT。再次，这可通过增加或减少一个或多个初级冷冻水泵116的流速实现。

如根据容量方程可见，ΔT和流速之间的关系为线性。从而，通过保持初级和次级回路104、108的特定ΔT，流速将典型地接近或处于平衡状态。这减少或消除了过度流量，从而导致旁路混合的减少或消除。

注意，在一个或多个实施例中，可使用消除旁路混合的其它方式。在一个实施例中，初级冷冻水泵116可被控制，以保持冷冻水设施的旁路128内的温度。因为旁路128内的温度是旁路混合的结果，保持旁路内的温度也控制旁路混合。以这种方式，旁路混合和其对低ΔT的复合影响可被极大地减少，并且，在许多情况下被有效地消除。在一个实施例中，保持的温度可使得初级和次级回路104、108之间存在平衡或近似平衡，从而减少或消除旁路混合。

例如，可通过测量旁路128内的冷冻水的温度确定次级回路108中的过度流量。如果旁路温度接近或等于来自空气处理器124的返回水温度，则存在过度次级流量，并且初级冷冻水泵116等速度可被增加，直到旁路中的冷冻水温度下降到接近或达到初级回路104中的冷冻水的温度。如果旁路温度接近或等于来自初级回路104的供应冷冻水温度，则存在过度初级流量。初级冷冻水泵116等速度可被减少，直到旁路温度下降到来自空气处理器124和初级回路104的返回冷冻水温度之间的中点。在这种“死区”内的旁路温度对初级泵速没有重置影响。在一个或多个实施例中，初级冷冻水泵116等速度可能不减少到初级冷冻水泵的ΔT设置点之下。

在另一实施例中，操作策略可控制初级冷冻水泵116，以通过使初级回路104中的冷冻水的流速与次级回路108中的冷冻水的流速匹配来减少或消除过度流量。一个或多个传感器可用于确定次级回路108的流速，以允许初级冷冻水泵116匹配流速。

现在将关于根据操作策略的冷冻水泵的操作描述临界区重置。如上所述，临界区重置可改变冷冻水泵被操作的ΔT线。一般而言，当有太多或太少的冷却输出时，如可通过一个或多个传感器确定，可发生临界区重置。对于不同的冷冻水泵，临界区重置可在不同的时间发生和/或基于不同的传感器信息发生。

参考图1，例如，如果确定通向空气处理器124没有足够的冷冻水流量来满足冷却需求，则可触发用于次级冷冻水泵120的临界区重置。这种确定可基于各种信息（典型地由一个或多个传感器收集）而做出。例如，当来自空气处理器124的冷却的空气比需要的更暖时，可发生临界区重置。

在一个实施例中，空气处理器124内的一个或多个冷冻水阀的位置可表示，没有足够的冷冻水流量并触发临界区重置。例如，冷冻水阀打开超过85%或者另一阈值可表示空气处理器124是“极需”冷冻水并且触发临界区重置。在一个实施例中，临界区重置可递增地降低空气处理器124上待保持的ΔT，引起通过空气处理器的冷冻水流速的增加。空气处理器124现在可满足冷却需求。如果不能，则空气处理器的冷冻水阀将保持打开超过阈值，并且可触发额外的临界区重置，直到冷却需求能被满足。随着冷却被满足，冷冻水阀关闭，这阻止进一步的临界区重置。

图13是一图表，其示出了用于示例性空气处理器单元的临界区重置。在这个实施例中，临界区重置由空气处理器单元的冷冻水阀的位置触发。由此可见，随着冷冻水阀朝100%打开的方向调节，ΔT被重置到较低的值，以将额外的冷冻水流量提供给空气处理器单元。在操作中，将冷冻水供应给空气处理器单元的冷冻水泵（例如次级或三级冷冻水泵）可用于提供额外的冷冻水流量。注意，图13还显示，当冷冻水阀的位置从打开移动至闭合时，临界区重置可用于增加ΔT。

对于初级冷冻水泵116，也可触发临界区重置。在一个或多个实施例中，对于初级冷冻水泵116，可触发临界区重置，以确保在冷冻水设施里有很少的或没有旁路混合。在一个或多个实施例中，过度流量（如果有的话）可通过感知旁路的水温而被探测。旁路内的水温的增加或减少可触发临界区重置。例如，随着旁路的水温增加，初级回路中的泵送可被增加，以保持在初级回路和次级回路之间的平衡。在一个实施例中，用于初级冷冻水泵116的VFD可通过每分钟加或减1Hz来调节，直到产生平衡或近似平衡。在操作中，操作策略将典型地导致过度流量，其在零和可忽略的流量之间振荡，从而导致旁路混合的显著减少或消除。注意，在一些实施例中，因为平衡在旁路里的流量可以是高度可变的和动态的，临界区重置可连续地发生。

例如，在一个实施例中，旁路中的温度可被测量和控制（例如通过产生泵VFD频率调整）到48度的设置点。这种设置点温度通过系统在一定程度上可变，并且在试运行时被确定。随着旁路中的温度升高超过所述设置点，与产生冷冻水流量相比，过度分配水流量的迹象是已知的。按需流量生产泵算法然后可重置，通过临界区重置，以使VFD频率每分钟增大1Hz，直到分离器中的温度下降低于设置点减去2度死区之时。这些参数还可通过系统可变并应在系统试运行时被确定。低于设置点加死区的旁路温度表示已获得过度产生水流量，并且产生泵送控制算法然后以每单位时间的相同频率倒转，但不会高于原始的ΔT设置点。该控制策略允许产生泵送满足次级或分配回路中的动态负载条件。这将在所有刚建成等分离泵送系统中的低ΔT综合症减少至其最低可达水平。注意，最小VFD频率可在试运行期间被设定，以匹配制造商的最小流量需求。

操作策略（包括其临界区重置）可被应用于分离的冷冻水设施的各种配置。图14示出了示例性冷冻水设施，其具有初级回路104、次级回路108和三级回路1404。众所周知，次级回路108可为分配线路，其将冷冻水运送到三级回路1404。注意，在一些冷冻水设施中可提供多个三级回路1404。一般而言，三级回路1404具有至少一个三级冷冻水泵和一个或多个空气处理器124，其向一个或多个建筑或其它结构提供冷却。

在操作中，三级冷却泵1408可被操作，以保持空气处理器124上的ΔT。如上所述，对于空气处理器124，此ΔT优选地接近或达到设计ΔT。次级冷冻水泵120可被操作，以保持在三级泵204上的ΔT。优选地，对于三级回路204，此ΔT接近或达到设计ΔT。初级冷冻水泵116可被操作，以保持冷冻器112上的ΔT。对于冷冻器，此ΔT优选地接近或达到设计ΔT。

在具有一个或多个三级回路1404的冷冻水设施中，临界区重置还可基于各种标准被触发。例如，用于三级冷冻水泵1408的临界区重置可基于空气处理器124中的冷冻水阀的位置被触发。用于次级冷冻水泵120的临界区重置可基于三级冷冻水泵1408的流速（例如由泵的速度指示）、泵的VFD输出等被触发。三级冷冻水泵1404处的高流速可表示三级回路1404或三级泵1408是“极需”冷冻水的。从而，临界区重置可被触发，以通过增加一个或多个次级冷冻水泵120处的流速从次级回路208向三级回路1404提供额外的冷冻水流量。

例如，在一个实施例中，当任意三级冷冻水泵1404 VFD频率达到55Hz时，为了阻止三级泵VFD频率升高而高于55Hz或其它频率阈值，次级回路208的泵ΔT设置点可通过临界区重置被线性重置。该设置点、频率阈值或二者可在冷冻水设施的按需流量的试运行或安装期间被确定。

图15是一图表，其示出了用于三级冷冻水泵的临界区重置。在这个实施例中，临界区重置通过三级水泵的VFD的操作频率（Hz）触发。由此可知，随着三级泵VFD（或三级泵速或流速的其它指示）增加，ΔT可被重置到较低的值。如所述，降低ΔT值引起通向三级泵的冷冻水流量增加，从而允许冷却需求被满足。临界区重置发生的频率和其关联的ΔT值可在冷冻水设施的按需流量的设置或试运行期间被确定。注意，随着三级泵的频率或速度减少，ΔT也可增加。

用于初级冷冻水泵116的临界区重置可如上所述发生，以保持平衡或近似平衡，从而极大地减少或消除初级和次级回路104、108之间的旁路混合。

注意，在一个或多个实施例中，对于冷冻水设施子系统的大多数临界区域，临界区重置可被触发。临界区域在这个意义上可被认为是在区域或过程中必须被保持以提供所需条件的参数。此参数可包括空气处理器供应空气温度、空间温度/湿度、旁路温度、冷冻水阀位置、泵速或VFD频率。例如，三级冷冻水泵送（例如校园设计中的建筑物泵送系统）可基于在建筑物内的大多数临界区域被重置而离开其ΔT线。分配泵送可基于该系统中的大多数临界三级泵VFD HZ被重置而离开其ΔT线。

B. 冷凝器水泵操作

一般而言，冷凝器水泵提供冷凝水流，以允许冷冻器内的制冷剂的冷凝。因其允许制冷剂蒸汽返回液态以继续制冷循环，该冷凝是制冷循环的重要部分。在一个或多个实施例中，操作策略的应用致使冷凝水泵根据ΔT线操作，从而产生相当大的能量节省。

图16示出了在外壳1608内包括多个冷凝器管1604的示例性冷凝器512。制冷剂蒸汽可被容纳在外壳1608内，以使制冷剂蒸汽接触冷凝器管1604。在操作中，冷凝器水流经冷凝器管1604，引起冷凝器管1604具有比制冷剂蒸汽更低的温度。结果，随着来自蒸汽的热量通过冷凝器管被传递到冷凝器水，制冷剂蒸汽在冷凝器管1604上冷凝。

在一个或多个实施例中，通过控制通过冷凝器管1604的冷凝器水的流速，操作策略影响制冷剂和冷凝器水的温度。降低冷凝器水的流速导致水在冷凝器管1604内保留更长时间。从而，从制冷剂蒸汽吸收增加量的热，导致冷凝器水以更高的温度和焓离开冷凝器。另一方面，增加冷凝水的流速减少了冷凝水在冷凝器管1604内的时间。从而，更少的热被吸收，并且冷凝器水以更低的温度和焓离开冷凝器。

如上所述，由在冷冻器中的低ΔT造成的一个问题是堆积。操作策略解决由处于低的冷凝器水进入温度的冷凝器水的低ΔT造成的堆积问题。在一个或多个实施例中，这通过根据ΔT线控制冷凝器水的流速实现。以这种方式，冷冻器的最小提升需求可被保持，并且堆积问题如果没被消除也基本减少。在一个或多个实施例中，通过控制冷凝器处的冷凝器水离开温度来控制饱和冷凝器制冷剂温度，可保持提升需求。如上所述，操作策略可通过控制冷凝器水温度的流速控制冷凝器水离开温度。因为饱和冷凝器制冷剂压力随着饱和冷凝器制冷剂温度增加或减少，冷冻器中的ΔP或提升能够通过控制冷凝器水流而被保持。

在操作中，操作策略可控制一个或多个冷凝器水泵（例如通过VFD），以保持冷凝器上的ΔT。因此，冷凝器处的冷凝器水离开温度和冷冻器中的提升也被保持。

另外，为解决堆积，按需流量的操作策略也可被配置成，通过根据ΔT线操作冷凝器水泵516，有益地影响在冷冻器112处的质量流、提升或二者。一般而言，质量流指的是对于给定负载的在冷冻器内循环的制冷剂量，而提升指的是制冷剂必须被改变越过的压力/温度差异。提升和质量流的量表示了可冷冻器的压缩机520的能量使用。从而，根据操作策略操作冷凝器水泵516通过减少压缩机能量使用提供效率增益。

冷冻器的压缩机520可被认为是制冷剂蒸汽泵，其将低压和低温气体从蒸发器508以更高温和更高压状态传递到冷凝器512。在此过程中使用的能量可由方程E=MF*L/K表示，其中E是使用的能量，MF是质量流，L是提升，并且K是制冷剂常量。如从方程可见，降低质量流或提升减少了能量使用。

必须循环通过冷冻器112，以针对给定量的功或输出（吨）产生所需制冷效果（RE）的质量流（或制冷剂的重量）可通过公式MF=Tons*K/RE描述，其中K是某一常量。简单地说，此公式显示，增加制冷效果降低了制冷剂的重量，或质量流，其针对给定量的功需要循环通过冷冻器。当针对给定量的功减少压缩机能量时，增加制冷效果也增加冷冻器的可交付容量。

制冷效果可以各种方式被增加。一种增加制冷效果的方式是通过过冷冷凝器中的制冷剂。过冷可通过降低冷凝器处的冷凝器水进入温度实现。众所周知，冷凝器水进入温度是冷却塔设计和环境条件的函数。较低的冷凝器水进入温度允许冷凝器在制冷剂离开冷凝器时产生较低的制冷剂温度。当在制造商的规范之内操作的同时，在冷凝器可允许的最冷季节性可获得的冷凝器水进入温度下操作提供了最大的过冷。

过冷制冷剂将其温度减少到饱和之下，并降低了在膨胀循环或节流过程期间发生的“闪蒸（flashing）”的量。闪蒸是用于描述用来将制冷剂从过冷的冷凝器冷却到饱和的蒸发器温度的制冷剂的量的术语。通过此“闪蒸”，不能获得有用的制冷效果，并且其被认为是制冷效果的抵消。因此，过冷越多，每循环有用的制冷效果越高。

图17是一图表，其示出了冷冻水设施中（其中已应用按需流量）过冷的益处。一般而言，该图表量化了按需流量压缩机能量转移。在该图表中，Design CoPr（设计CoPr）根据已知的冷冻器性能数据进行计算。Operating CoPr（操作CoPr）是基于当前冷冻器操作RE和HC根据Design CoPr的调整。

可以看出，该图表的首行显示设计效率为0.7 KW/Ton，并且CoPr为8.33。第二行是在实施按需流量之前冷冻器的操作条件的瞬象（snapshot）。第三行是在按需流量之后在近似相同的环境/负载条件下的相同冷冻器。第四行是冷冻器在最好的操作条件下能获得的效率。注意，通过改进RE在此冷冻器中实现的名义吨位和效率的改变。吨位增加30%，而效率增加超过50%。

如上参照图6A所述，制冷循环可通过压力-焓曲线图说明。现参考图6B，过冷的有益效果也能通过压力-焓曲线图显示。如图6B所示，过冷压缩机中的制冷剂将制冷剂的焓从点616减少到点628。过冷的制冷剂然后可在点624进入蒸发器。由此可知，这将制冷效果从点604延伸到点624。

对压缩机能量的另一贡献者是蒸发器和冷凝器之间的压差或ΔP，压缩机必须在该压差或ΔP传递制冷剂。如上所述，此ΔP在工业上一般被认为是提升，并且一般以蒸发器中的饱和制冷剂和压缩机之间的温度差表示。压缩机能量上的提升效果可在能量方程中E=MF*L/K可知，其中L是提升。例如，根据方程，提升的增加导致能量使用的增加，而提升的减少则减少能量使用。

实际而言，蒸发器饱和压力可被认为是相对的常量。此压力可通过蒸发器的冷冻水离开温度确定。例如，一个或多个设置点或图表可用于确定蒸发器内的饱和制冷剂压力。冷冻水离开温度和饱和制冷剂温度之间的差异被认为是蒸发器近似温度。

在一个或多个实施例中，根据按需流量操作策略的提升的减少可通过减少冷凝器内的制冷剂压力实现。这可通过减少冷凝器处的冷凝器水离开温度实现，因为饱和的冷凝器制冷剂压力由冷凝器水离开温度和相对饱和的制冷剂温度的设计近似值而设置。设计近似温度可根据冷冻器的性质改变。例如，低廉的冷冻器可具有4度或更高的近似值，而更好质量的冷冻器可具有1度或更小的近似值。

在恒定体积泵送系统中，冷凝器水离开温度一般和冷凝器处的冷凝器水进入温度线性相关。因此，减少冷凝器水进入温度则减少冷凝器水离开温度。图19是一图表，其示出了示例性冷凝器恒定体积泵送的冷凝器水离开和进入温度的关系。

如上所述，减少的冷凝器水离开温度减少冷凝器内的制冷剂压力，过冷制冷剂并且从而延伸制冷效果。冷凝器内的制冷剂压力的减少也减少提升。从而，减少冷凝器水进入温度具有增加制冷效果和减少提升的双重益处。

将冷凝器水进入温度减少到刚高于冷冻点，在理论上，将对质量流和提升具有最优的实际效果。遗憾的是，冷冻器具有最小的提升需求（其通常由于冷冻器制造商、构造和型号而变化）。饱和的制冷剂冷凝压力必须被保持在这些最小点或其之上，以提供足够的压差（即制冷剂的ΔP），从而驱动冷凝器中通过节流或膨胀过程的制冷剂。如果这些压力需求不满足，则制冷剂将导致堆积并且导致冷冻器根据冷冻器的各种安全装置而关闭。

不像恒定流量系统，该操作策略通过调节冷凝器水的流速，无论冷凝器水进入温度，都能控制提升。因为允许使用较低的冷凝器水进入温度，因而这是非常有利的。通过允许较低的冷凝器水进入温度，在没有堆积的情况下，操作策略通过增加过冷（和制冷效果）和提升显著减少压缩机能量。实际上，操作策略过冷可被增加到最大可允许的极限，以使能量节省最大化。不管冷凝器水进入温度以及经由冷凝器泵送水算法，这种控制提升的按需流量方法对本行业而言是独特的。

另外，因为传统的冷凝器泵送水系统以恒定体积操作，冷却塔总是处于满流量条件，甚至处于部分负载条件。在恒定流量控制方案中，由于冷却塔上的负载减少，在该塔处的操作范围或ΔT也减少，这减少了该塔的效率。相反，利用操作策略，冷却塔处的ΔT经由前述的冷凝器水泵送算法被保持在达到或接近塔的设计ΔT。因为效率已经增加，这对于相同量的冷却塔风扇能量获得较低的塔槽温度是重要的。较低的塔槽温度对应于冷凝器处的较低的冷凝器水进入温度。重要的是，要注意，冷凝器和冷却塔在共同的ΔT设计点（典型地为10度）被选择作为工业标准。

在操作策略上，对于给定的槽温度设置点，根据前述的恒定ΔT算法控制冷凝器水泵，最小冷却塔风扇能量被保持。这种与塔负载无关、经由冷凝器水泵送来控制冷却塔效率的方法对本行业而言是独特的。通过使冷冻器、冷凝器水泵送和冷却塔子系统在按需流量策略条件下操作，在冷冻器、冷凝器水泵送和冷却塔子系统之间存在协同，其减少了净系统能量。

这里注意，操作策略增加制冷效果的另一方法是通过增加蒸发器内的制冷剂的过热。增加的制冷剂过热的一个益处是其减少了每循环制冷剂质量流需求。这减少了压缩机的能量使用。如在图6C中可知，在蒸发器内生成的制冷剂过热将制冷效果从点608延伸到具有较高焓的点620。

利用操作策略，通过根据基于设计ΔT条件恒定ΔT算法控制冷冻水泵，制冷剂过热在冷冻器的负载范围保持恒定。这种不管蒸发器负载如何、经由冷冻水泵送算法控制冷冻器过热到设计条件的方法对本行业而言是独特的。

在传统操作的冷冻水设施中，蒸发器处的具有低ΔT的冷冻水显著减少并且有时消除了冷冻器的蒸发器内的制冷剂过热。蒸发器内的制冷剂过热的减少或消除减少了制冷效果。例如，在图6C中，制冷剂过热的减少可导致制冷效果从点620缩短到点608。

由于低的冷冻水ΔT而不是非常饱和的制冷剂是不够过热的，并且因为制冷剂不充分地蒸发能够对压缩机造成损坏。实际上，制造商经常将消除器屏幕添加到蒸发器部件的顶部，以在较大液滴的制冷剂进入压缩机之前驱散未被过热和充分地蒸发的较大液滴的制冷剂。如果这些液滴到达压缩机，其导致过度的压缩机噪音并且损坏压缩机。从而，通过保持或增加制冷剂过热，以在制冷剂到达压缩机之前使其充分地蒸发，按需流量提供了防止形成这种液滴的额外益处。

在一个或多个实施例中，操作策略通过根据ΔT线控制冷冻水泵保持制冷剂过热。以这种方式，无论蒸发器负载如何，制冷剂过热都可被保持在接近或达到设计条件。当和以低ΔT操作的传统冷冻器相比时，操作策略条件下的制冷剂过热典型地大得多。

例如，参考图1，初级回路104的初级冷冻水泵116可根据如上所述的ΔT线被控制。以这种方式，可保持冷冻器112等ΔT。如根据图5可知，这保持冷冻器的蒸发器508（其通过一个或多个冷冻水导管532连接到初级回路）处的冷冻水的ΔT。作为保持蒸发器508处的冷冻水ΔT的结果，制冷剂过热可在蒸发器中被保持接近或达到设计条件。

由此可知，作为根据操作策略保持ΔT的结果，冷冻器水和冷凝器泵送子系统水之间的协同逐渐形成。例如，控制冷凝器水进入温度、冷凝器水离开温度和冷凝器泵流速，对冷冻器能量、冷凝器泵能量和冷却塔效率提供了协同效应。应理解的是，在操作策略的试运转或设置期间可发现最佳冷凝泵、冷冻器和冷却塔风扇能量的组合。

IV. 按需流量能量使用

如根据上文显示，冷冻水设施控制系统/方案能积极或消极地影响冷冻水设施的容量和能量使用。一般而言，传统的控制方案几乎完全关注ΔP，因此对于特定负载导致假象容量减少和过度能量使用。无论负载如何，按需流量都能减少能量使用并能使冷冻水设施容量最大化。

下文描述了在冷冻水设施子系统（包括冷冻水泵、冷凝水泵、压缩机、冷却塔风扇和空气侧风扇）通过按需流量提供的能量使用上的减少。

A. 冷冻水泵

基于可变流量冷冻水应用的基本前提通过亲合定律最好理解。亲合定律规定系统负载（吨）和流量（GPM）是线性的，系统负载和压降（TDH）是平方函数，并且系统流量和能量是立方函数。因此，随着系统负载被减少，冷冻水流量的量被成比例地减少，但能量成指数地减少。

如前文所揭示的，传统的基于ΔP的冷冻水泵送算法可减少流量，但是不足以避免低ΔT综合症系统。由于建筑物负载从设计条件降低，系统负载（吨）和流量（GPM）之间的关系通过方程

描述。通过按需流量的操作策略将ΔT值保持达到或接近设计参数，使根据原始系统设备选择标准和规范的流量（GPM）最优化，从而最优化功和泵送能量。另外，如通过亲合定律可知，通过按需流量提供的最佳流速按指数地减少能量使用。

如先前所述，使用冷冻水泵控制系统的设计ΔT，具有通过过热优化冷冻器能量以及冷冻水泵能量的双重效果。而且，如将在下文中描述的，作为按需流量操作策略的直接结果，空气侧容量也将被增大，并且风扇能量被减少。 

B 冷凝器水泵

亲合定律同样适用于冷凝器侧能量。随着建筑物负载从设计条件下降，系统负载（Tons）与冷凝器水流量（GPM）之间的关系同样通过亲合定律描述。通过按需流量控制算法将ΔT保持达到或接近设计参数，优化了根据原始系统设备选择标准的流量（GPM），从而优化了功和泵送能量。类似于冷冻水泵，随着流速减少，冷凝器水泵（以及其他泵）的能量使用成指数地减少。

如前文所揭示的，传统的基于恒定体积的冷凝器水泵送策略在冷凝器上导致非常低的操作ΔT，从而使通过过冷制冷剂减少压缩机能量的容量最小化。在冷凝器水泵上使用操作策略，具有优化泵能量、冷却塔效率和管理冷冻器中的最小提升需求的三重效果（甚至在非常低的冷凝器水进入温度时）。作为该按需流量控制策略的直接结果，冷却塔效率也将被增大，并且风扇能量被减少，这将在后文中得到进一步的证实。

按需流量的冷凝器水泵能量使用的变化可以如冷冻水泵送能量相同的方式被确定。注意，在冷凝器水泵相对于冷冻器的名义吨位较小的（例如低马力）的不常见情形中，在上限负载条件下在按需流量条件下操作冷凝器水系统使其达到或接近ΔT，在一些情形下可能导致冷冻水设施比以低冷凝器水ΔT操作使用略微更高的能量。然而，，甚至当在非常低的冷凝器水进入温度操作时，以这种方式在按需流量条件下操作也能保持冷凝器处的适当提升。这使过冷最大化，其典型地更多是补偿由在上限负载条件下在接近或达到设计ΔT时操作所导致的任何增加。最佳的操作ΔT将典型地通过现场测试在试运转或设置过程期间被确定。

C. 压缩机

通过应用按需流量操作策略获得的压缩机能量的减少，通过计算制冷剂性能系数（COPR）的相关变化而被最佳量化。COPR是制冷循环内的效率的测量，其相对于压缩循环消耗的能量的量基于蒸发器内吸收的能量的量。确定COPR的两个因素是制冷效果和压缩热。压缩热是等同于压缩循环期间做功的热能。压缩热被量化为进入和离开压缩机的制冷剂之间的焓的差。这种关系可被规定为

，其中RE是制冷效果，并且HC是压缩热。对于最佳的COPR，制冷剂过热应尽可能高，并且制冷剂过冷应尽可能低。

使用冷冻水泵送、冷凝器水泵送和冷却塔风扇子系统来获得最佳的COPR对工业是独特的，并且对按需流量技术是必要的。

现在将进一步解释在按需流量下的压缩机能量变化。根据已知的冷冻器性能数据计算设计COPR，而操作COPR是根据基于当前制冷效果和压缩热的设计的调整。例如，图19的图表包含来自Carrier（Carrier公司的商标）冷冻器在实际按需流量改型之前和之后的设计和测量的制冷剂特性。此电子数据表的首行显示设计效率为0.7KW/Ton并且设计COPR为8.33。第二行是在按需流量实施之前冷冻水系统的测量操作参数。第三行是利用按需流量后冷冻水系统的测量操作参数。第四行是冷冻器在最佳操作条件下能够获得的效率。注意，通过提高制冷效果在此冷冻器上获得的名义吨位和效率的变化。吨位增加30%，而效率增加超过50%。

此数据现在被应用到图20中的压力焓曲线图，以便用图形示出应用按需流量之前和之后制冷循环内的基本变化。由此可知，通过比较之前的曲线图2004和之后的按需流量曲线图2008，在按需流量条件下存在增加的制冷效果和减少的提升（无堆积）。由此还可知，应用按需流量具有增加的过冷2012以及制冷剂过热2016。

D. 冷却塔风扇

按需流量冷却塔风扇能量与良好保持的系统（其利用在当前环境条件下可获得的最低槽温操作）中的负载近似成线性。冷凝器水进入温度或冷却塔风扇设置点可被设置等于设计湿球温度+近似于湿球的冷却塔槽温度。冷却塔风扇能量的变化可基于实际的冷凝器水进入温度、名义在线吨位、测量吨位和在线冷却塔风扇马力。

具有应用的按需流量操作策略的工作系统的图表显示在图21中。在该个案研究中，冷却塔风扇设置点从83度降低到61度，以证实当冷凝器水进入温度下降时子系统之间的能量变化。该图表应从右向左阅读。

E. 空气侧风扇

空气侧风扇能量和容量直接受设施中的低ΔT综合症和旁路混合影响。例如，在设计负载条件，冷冻器水温的2度的上升能以30%增加可变气体容积空气处理器单元风扇能量。这种效率损失能通过使用基本的热交换器计算被直接量化。注意，空气侧的功和能量以与其他系统热交换器（具有可交付容量损失和增加的能量消耗）相同的方式受到低ΔT综合症的影响。

热传递方程

（其中Q是传递的总热量，U是热交换器材料的总热传递系数，A是热交换器的表面面积，并且LMTD是对数平均温差）是观察空气处理器冷冻水盘管中的低ΔT综合症影响的一种方式。在冷冻水盘管中，LMTD描述了进气/出气侧和进水/出水侧之间的关系。在按需流量系统（其中冷冻水移动较慢（较高的ΔT））的环境中，存在一些讨论，总热传递系数U被减少，导致更小的有效盘管性能。而U被减少可能是真实的, 其不仅仅是通过按需流量系统中更冷的冷冻水供应的效果得以补偿，其反映为更高的LMTD。实际上，在以下实例中可见，更高的LMTD不仅仅是补偿任何U的理论减少。

更特别地，LMTD分析显示，通过降低冷冻器设置点或消除设施旁路内的混合减少盘管的CHWS，能动态提高盘管性能。图22的图表提供了LMTD分析，其详述了按需流量中潜在的空气侧盘管容量变化。利用图22的示例性数据，获得25%的容量增加。

图23A示出了在具有低ΔT综合症的系统中的冷冻水流量和ΔT之间的关系。图23B示出了在恒定的冷冻水返回温度和负载下，具有减少的冷冻水供应温度和相关的GPM的按需流量系统盘管。图23C示出了在设计冷冻水流量条件下具有减少的冷冻水供应温度的潜在增加的盘管容量。该例示出了按需流量操作策略的适应性，以克服给定系统中的特定问题。

总空气侧冷却负载通过方程

进行计算，其中进气焓为h1，并且出气焓为h2。例如，基于此公式和以下假定，可计算/量化应用按需流量之后的风扇能量使用。

·月平均空气处理器单元（AHU）负载（Qt）根据之前分析是已知的。

·AHU CFM与负载成线性。

·AHU进气焓（h1）根据设计信息或直接测量是已知的。

基于上文，月平均AHU CFM可通过方程

确定，其中Qt_avg为月平均AHU Qt，而Qt_max为最大AHU Qt。月平均出气焓可通过方程

确定，其中Qt_avg为月平均AHU Qt，而CFM_avg为月平均AHU CFM。注意，值4.5为常量，其可针对场所位置基于空气密度而被调整。

图24中的示例数据示出了对系统（其在315,000 CFM具有1000吨的最大连接负载）的这些计算和假定的结果。最小空气侧CFM为35%，而最小AHU SAT如所述。由此可知，按需流量提供许多优点。

V. 只有按需流量才有的特定优点

根据上文可知，按需流量提供了HVA/C工业中独特的操作策略。另外，按需流量及其操作策略第一特殊在于：

1. 在冷冻水产生泵送子系统内利用外部控制操作，以优化蒸发器制冷剂过热或离开蒸发器的制冷剂焓，从而有益地影响压缩机能量使用的质量流分量。利用按需流量冷冻水泵送操作将冷冻水泵（例如通过VFDs）控制成接近或达到制造商设计的蒸发器ΔT（例如设计ΔT），可将制冷剂过热控制到冷冻器制造商设计条件，而不管任何给定时间处冷冻器上的负载百分比如何。当与低于设计ΔT（即低ΔT）操作的冷冻器相比时，这优化了离开蒸发器的制冷剂焓并减少冷冻器压缩机能量。

在冷冻水分配泵送子系统中，按需流量也使用外部的控制操作，以获得设计ΔT，而不管冷冻水设施负载条件如何，从而消除了冷冻水子系统内的低ΔT综合症。

2. 在冷凝器水泵送和冷却塔风扇子系统中使用外部的控制操作，以优化冷凝器制冷过冷或离开冷凝器（并进入蒸发器）的制冷剂焓。以此方式，压缩机能量方程的质量流分量如上所述被有益地影响。在冷凝器水泵送和冷却塔风扇子系统中的按需流量控制操作，通常确定冷冻器内的蒸发器和冷凝器之间的最后操作饱和压力/温度差（即提升）。这有益地影响压缩机能量方程的质量流和提升分量，如上所述。

如所述，蒸发器饱和压力可被认为是相对恒定，这是因为冷冻水进水和出水条件保持恒定。然而，当使用恒定体积冷凝器水泵时，冷凝器水进入温度和压力根据环境和负载条件变化。因此，通过冷凝器水离开温度，冷凝器饱和压力条件可被操纵，以控制至冷凝器制造商所需的最小压差。按需流量恒定ΔT可变流动操作控制冷凝器水泵，例如通过VFD，以总是保持蒸发器与冷凝器之间的最小制造商压差（即，提升）。

按需流动还使冷凝器水流与冷冻器负载匹配，以这种方式减少了在所有局部负载条件下通过冷却塔的冷凝器水流。如所述，在大多数冷冻水设施中90%等时间存在部分负载条件。随着冷凝器水流被减少，近似于湿球的冷却塔槽温度也被减少。这与冷却塔原始设计近似温度的大约一半成线性关系。这在相同冷却塔风扇能量任一给定部分负载产生更低的冷却塔槽温度。反过来，更低的冷却塔槽温度导致冷凝器的更低的冷凝器水进入温度，从而对冷凝器处的制冷剂提供过冷。

另外，按需流量在冷凝器水泵送子系统中使用外部控制操作，以针对冷凝器实现近似或达到设计ΔT，而不管冷凝器负载条件如何，因而消除了冷凝器水子系统中的低ΔT综合症。

3. 在产生环路与分配环路之间使用外部协作控制操作，以平衡环路之间的流量，最小化或消除了有助于低ΔT综合症（例如在分离的冷冻水设施中）的过度流动和旁路混合。这以任意给定的冷冻水流率产生最大可使用空气侧容量。这还使得初级或产生环路泵送满足分配泵送系统的可变负载条件。在按需流量条件下，低Δ综合症如果不是被有效消除的话则被减少至其最低可达水平。

4. 使用临界区重置满足了冷却需求的增加，同时根据ΔT线控制冷冻水泵送。临界区重置还可用于通过重置ΔT线来降低冷却输出。

5. 以最小局部负载泵送压力操作冷冻水设施及其部件，以使冷冻水阀旁路及最后的过冷最小化，因而降低了系统负载。

6. 通过使冷冻水泵送、冷凝器水泵送、压缩器操作、冷却塔操作和空气侧操作同步，产生冷冻水设施能量使用的协同减少以及增大可供容量。

尽管已描述了本发明的各个实施例，对于本领域普通技术人员而言，明显的是，落入本发明范围内的许多其他实施例和实施方式也是可行的。另外，本文描述的各个特征/元件和实施例可以任意组合或布置形式要求保护或进行组合。

Claims (20)

1. 一种用于有效操作冷冻水设施的方法，包括：

设置冷冻水ΔT，所述冷冻水ΔT包括所述冷冻水设施的一个或更多部件处的冷冻水进入温度和冷冻水离开温度；

控制通过所述一个或更多部件的冷冻水流速，以保持所述一个或多个部件上的所述冷冻水ΔT，其中所述冷冻水流速由一个或更多冷冻水泵控制；以及

执行临界区重置，从而在发生一个或更多触发事件时调整所述冷冻水ΔT，其中所述冷冻水ΔT由选自以下组中的动作重置，所述组由调整所述冷冻水进入温度和调整所述冷冻水离开温度组成；

其中所述控制通过所述一个或更多部件的冷冻水流速以保持所述冷冻水ΔT，减少了所述冷冻水设施的低ΔT综合症。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中，将空气处理器单元的冷冻水阀打开超过特定阈值是所述一个或更多触发事件中的至少一种。

3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述冷冻水设施的旁路中的冷冻水温度增加是所述一个或更多触发事件中的至少一种。

4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述冷冻水设施的旁路中的冷冻水温度降低是所述一个或更多触发事件中的至少一种。

5. 根据权利要求1所述的方法，其中，三级泵的流速变化超过特定阈值是所述一个或更多触发事件中的至少一种。

6. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过增大所述冷冻水流速以减少所述冷冻水ΔT以及降低所述冷冻水流速以增大所述冷冻水ΔT，所述一个或多个冷冻水设施部件处的所述冷冻水ΔT被保持。

7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

建立冷凝器水ΔT，所述冷凝器水ΔT包括冷凝器处的低的冷凝器水进入温度和冷凝器水离开温度，其中所述冷凝器使用所述低的冷凝器水进入温度以提供制冷剂过冷；以及

通过调整经过所述冷凝器的冷凝器水流速来保持所述冷凝器水ΔT，其中所述冷凝器水流速通过一个或更多冷凝器水泵被调整。

8. 根据权利要求7所述的方法，其中，保持所述冷凝器水ΔT是通过控制所述冷凝器水离开温度进行的，其中所述冷凝器水离开温度是通过调整经过所述一个或更多冷凝器水泵的所述冷凝器水流速而被控制的。

9. 一种用于操作冷冻水设施的一个或更多泵的方法，包括：

利用第一泵将水以第一流速泵送通过冷冻器；

调整所述第一流速，以保持所述冷冻器上的第一ΔT，其中所述第一ΔT包括冷冻器进入温度和冷冻器离开温度，其无论冷冻水设施负载条件如何，都提供了所述冷冻器的蒸发器处的制冷剂过热；

利用第二泵将水以第二流速泵送通过空气处理器单元；

调整所述第二流速以保持所述空气处理器单元上的第二ΔT，其中所述第二ΔT包括空气处理器单元进入温度和空气处理器离开温度，其无论所述冷冻水设施负载条件如何，都提供了所述空气处理器单元处的所需冷却输出；

其中所述第一ΔT和所述第二ΔT相似，以平衡所述第一流速和所述第二流速，并减少所述冷冻水设施的旁路处的旁路混合。

10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一ΔT和所述第二ΔT是相同的。

11. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括：通过在所述空气处理器单元的水阀打开超过特定阈值时使所述第二ΔT重置，增大了所述第二流速，其中增大所述第二流速增大了所述空气处理器处的冷却输出。

12. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

利用第三泵通过所述冷冻水设施的分配回路将所述水以第三流速泵送到所述第二泵；

调整所述第三流速以保持第三ΔT；

通过当所述第二泵提供的所述第二流速超过特定阈值时使所述第三ΔT重置，增大了所述第三流速，其中增大所述第三流速增大了所述空气处理器处的冷却容量。

13. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

利用第四泵将冷凝器水以第四流速泵送通过所述冷冻器的冷凝器；以及

调整所述第四流速以保持所述冷凝器处的第四ΔT，其中所述第四ΔT包括冷凝器水进入温度和冷凝器水离开温度，其无论冷冻水设施负载条件如何，都提供了制冷剂的过冷并防止制冷剂堆积。

14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述冷凝器水进入温度低于冷凝器水的湿球温度。

15. 一种用于控制冷冻水设施的一个或更多泵的控制器，包括：

输入装置，其被配置成接收来自一个或多个传感器的传感器信息；

处理器，其被配置成控制由所述一个或更多泵提供的流速以保持所述冷冻水设施的部件的ΔT，其中所述处理器基于所述传感器信息增加或降低所述流速以保持所述ΔT，并生成一个或多个信号，以控制由所述一个或更多泵提供的流速，所述ΔT包括进入温度和离开温度；

输出装置，其被配置成将所述一个或多个信号发送到所述一个或多个泵。

16. 根据权利要求15所述的控制器，其中，所述处理器被配置成，响应表示所述部件处需要额外冷却容量的传感器信息，通过降低所述ΔT来执行临界区重置。

17. 根据权利要求15所述的控制器，其中，所述传感器信息是选自如下组的操作信息，该组由空气处理器冷冻水阀位置、VFD Hz、泵速、冷冻水温、冷凝器水温和冷冻水设施旁路温度组成。

18. 根据权利要求15所述的控制器，其中，所述处理器被配置成，通过控制所述ΔT的离开温度来保持所述ΔT，其中所述离开温度是通过调整经过所述冷冻水设施的部件的所述流速而被控制的。

19. 根据权利要求18所述的控制器，其中，调整所述流速包括：增大所述流速以降低所述离开温度，以及降低所述流速以升高所述离开温度。

20. 根据权利要求15所述的控制器，其中，所述ΔT类似于所述部件的设计ΔT。

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