CN104048390B - 一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，包括：步骤一：生成风冷热泵型中央空调机组的能效诊断输入数据。步骤二：如果当前是夏季制冷期，计算机组能效比和能效比厂家夏季样本的差异百分比，当差异百分比大于第一百分比值时，进行机组能效比报警；步骤三：如果当前是冬季制热期，计算机组能效比和能效比厂家冬季样本的差异百分比。当差异百分比大于第二百分比值时，进行机组能效比报警。本发明将提高风冷热泵型中央空调系统的运行智能化和自动化水平，有效提升系统运行能效。

Description

一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法
技术领域
本发明涉及一种中央空调机组的能效诊断方法，具体涉及一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，本发明属于节能技术。
背景技术
在发达国家中，暖通空调能耗占建筑能耗的65％，以建筑能耗占总能耗的35％计算，暖通空调能耗占总能耗的比例高达23％。空调也是基站和通信机房中的主要耗电设备，空调系统能耗占通信行业能耗的40%以上。目前，我国公共建筑中使用的中央空调机组普遍处于设计选型不合理、运行能耗高、自动化水平低、维修率高、使用寿命短的困境。
风冷热泵机组在我国被广泛用作空调系统的冷热源，尤其在长江中下游地区。风冷热泵在夏季能制冷、冬季能制热，建筑空调系统使用风冷热泵机组非常方便。风冷热泵机组使用空气作为它的冷却介质，相对于水冷机组来说，风冷热泵机组省去了冷却塔及冷却水系统，空调水系统得到了简化。同时，风冷热泵系统可放置在屋顶或户外，从而省去了制冷机房所需的占地，节约了建筑面积，提高了建筑利用率。在冬季制热期，室外温度和湿度对热泵机组性能影响很大，可能会造成机组能耗明显变大。例如，室外温度最低时，恰恰建筑要求的供热量最大，即热泵供热量与建筑耗热量之间存在供需矛盾，制热能耗变大；另外，当蒸发器表面温度低于0℃且空气湿度较大时，会发生结霜现象，使热泵的供热量下降，甚至运行工况恶化。
为对中央空调的能效评估提供依据，国家出台了多个空调设备的能效标准和规范，包括：《冷水机组能效限定值及能源效率等级GB19577-2004》、《空气调节系统经济运行GB/T17981-2007》、《容积式冷水(热泵)机组JBT4329-1997》等，上述规范明确了采用“机组能效比EER”作为中央空调主机的能效评价指标，并给出了不同类型空调主机的EER指标限值。
《风冷热泵机组运行测试及分析》、《上海地区使用风冷热泵冷热水机组的经济性分析》、《中央空调系统动态运行节能优化策略研究》等文献研究并总结了负荷率、室外温湿度、多机组调度方式、供回水温度等运行参数对风冷热泵机组能效比EER的影响规律。
综上所述，现有的国标、文献已经对风冷热泵机组的能效比指标EER及关联影响因素做了相关规定和研究，但尚无文献提出一种自动化的能效诊断方法，能够依据自动采集的机组运行参数，诊断出风冷热泵型中央空调机组能效比偏低的可能原因，进而辅助管理人员进行进一步的能效诊断和空调机组调度。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，从而达到对风冷热泵机组的自动化的能效诊断。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，包括：
步骤一：生成风冷热泵型中央空调机组的能效诊断输入数据，所述能效诊断输入数据包括：室外温度T室外、室外湿度H室外、冷冻水的供水温度T供水、冷冻水的回水温度T回水、冷冻水流量M、机组消耗的电功率P；计算机组的制冷或制热功率Q，Q＝c·M·|T回水-T供水|，其中c为水的比热；计算机组能效比EER，EER＝Q/P；计算机组的负荷率RL，RL＝Q/Q额定×100,其中在夏季制冷期时Q额定取机组的额定制冷功率，在冬季制热期时Q额定取机组的额定制热功率。
步骤二：如果当前是夏季制冷期，计算机组能效比EER和能效比厂家夏季样本EER夏季样本的差异百分比D夏季，D夏季＝|EER-EER夏季样本|/EER夏季样本×100。当D夏季大于第一百分比值时，进行机组能效比报警；
步骤三：如果当前是冬季制热期，计算机组能效比EER和能效比厂家冬季样本EER冬季样本的差异百分比D冬季，D冬季＝|EER-EER冬季样本|/EER冬季样本×100。当D冬季大于第二百分比值时，进行机组能效比报警。
前述的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述能效诊断输入数据通过如下获得：每5分钟采集一次风冷热泵型中央空调机组的运行数据，并将30分钟内采集的6次数据取平均值。
前述的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述步骤二包括：
步骤2a，如果机组的负荷率低于第三百分比值，进行机组负荷率过低报警；
步骤2b，如果多台热泵机组并列运行，且在运机组的总制冷功率小于在运机组特定子集总额定制冷功率的第四百分比值时，进行机组并列运行方式不合理报警，并输出上述机组子集信息作为调度参考；
步骤2c，当冷冻水供回水温差绝对值低于第一阀值时，发出温差过低报警，当冷冻水供回水温差绝对值大于第二阀值时，发出温差过高报警；
步骤2d，如果步骤2a至2c都没有输出报警，输出机组故障报警，提示工作人员排查机组故障问题。
前述的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述步骤三包括：
步骤3a，如果室外温度低于第三阀值，输出室外温度过低造成能效比降低警告，提示启动辅助热源。
步骤3b，如果室外湿度大于第五百分比值，输出机组除霜消耗能量造成能效比降低警告。
步骤3c，如果机组的负荷率低于第六百分比值，进行机组负荷率过低报警。
步骤3d，如果多台热泵机组并列运行，且在运机组的总制热功率小于在运机组特定子集总额定制热功率的第七百分比值时，进行机组并列运行方式不合理报警，并输出上述机组子集信息作为调度参考。
步骤3e，当冷冻水供回水温差绝对值低于第四阀值时，发出温差过低报警，当冷冻水供回水温差绝对值大于第五阀值时，发出温差过高报警。
步骤3f，如果步骤3a至3e都没有输出报警，输出机组故障报警，提示工作人员排查机组故障问题。
前述的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述机组故障问题包括制冷剂量、压缩机效率、冷凝器或蒸发器的换热效果中的一种或者多种。
前述一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述第一百分比值为15%，第二百分比值为15%，第三百分比值为40%，所述第四百分比值为75%，第五百分比值为75%，第六百分比值为40%，第七百分比值为75%，第一阀值为3.5摄氏度，第二阀值为7.5摄氏度，第三阀值为-2摄氏度，第四阀值为-2摄氏度，第五阀值为7.5摄氏度。
前述一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，冷冻水的供水温度T供水、冷冻水的回水温度T回水由温度传感模块采集；室外温度T室外、湿度H室外由室外温湿度传感模块采集；冷冻水流量由插入式电磁流量计采集；机组消耗的电功率可由智能电能表采集；采集到的能效诊断输入数据采用RS485通讯方式组网发送到能效诊断主站。
本发明的有益之处在于：本发明的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，应用于风冷热泵型中央空调机组，不仅可对热泵机组的能效异常情况进行实时告警，而且依据自动采集和计算的机组运行参数，最终可诊断出机组能效偏低的原因，辅助空调机组管理人员进行进一步的能效薄弱点分析和空调机组调度。该方法将提高风冷热泵型中央空调系统的运行智能化和自动化水平，有效提升系统运行能效。
附图说明
图1是本发明一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法的总体方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1所示，本发明一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，包括：
步骤一：生成风冷热泵型中央空调机组的能效诊断输入数据。每5分钟采集一次风冷热泵型中央空调机组的运行数据，并将30分钟内采集的6次数据取平均值。能效诊断输入数据包括：室外温度T室外、室外湿度H室外、冷冻水的供水温度T供水、冷冻水的回水温度T回水、冷冻水流量M、机组消耗的电功率P；计算机组的制冷或制热功率Q，Q＝c·M·|T回水-T供水|，其中c为水的比热；计算机组能效比EER，EER＝Q/P；计算机组的负荷率RL，RL＝Q/Q额定×100,其中在夏季制冷期时Q额定取机组的额定制冷功率，在冬季制热期时Q额定取机组的额定制热功率。如果建筑采用多台热泵机组并列运行方式，则每台机组的能效诊断输入数据都需要采集和计算。
步骤二：如果当前是夏季制冷期，计算机组能效比EER和能效比厂家夏季样本EER夏季样本的差异百分比D夏季，D夏季＝|EER-EER夏季样本|/EER夏季样本×100。当D夏季大于第一百分比值时，进行机组能效比报警。具体按照以下流程进一步进行能效诊断。
步骤2a，如果机组的负荷率低于第三百分比值，进行机组负荷率过低报警；
步骤2b，如果多台热泵机组并列运行，且在运机组的总制冷功率小于在运机组特定子集总额定制冷功率的第四百分比值时，进行机组并列运行方式不合理报警，并输出上述机组子集信息作为调度参考；
步骤2c，当冷冻水供回水温差绝对值低于第一阀值时，发出温差过低报警，当冷冻水供回水温差绝对值大于第二阀值时，发出温差过高报警；
步骤2d，如果步骤2a至2c都没有输出报警，输出机组故障报警，提示工作人员排查机组故障问题。
步骤三：如果当前是冬季制热期，计算机组能效比EER和能效比厂家冬季样本EER冬季样本的差异百分比D冬季，D冬季＝|EER-EER冬季样本|/EER冬季样本×100。当D冬季大于第二百分比值时，进行机组能效比报警。具体按照以下流程进一步进行能效诊断。
步骤3a，如果室外温度低于第三阀值，输出室外温度过低造成能效比降低警告，提示启动辅助热源。
步骤3b，如果室外湿度大于第五百分比值，输出机组除霜消耗能量造成能效比降低警告。
步骤3c，如果机组的负荷率低于第六百分比值，进行机组负荷率过低报警。
步骤3d，如果多台热泵机组并列运行，且在运机组的总制热功率小于在运机组特定子集总额定制热功率的第七百分比值时，进行机组并列运行方式不合理报警，并输出上述机组子集信息作为调度参考。
步骤3e，当冷冻水供回水温差绝对值低于第四阀值时，发出温差过低报警，当冷冻水供回水温差绝对值大于第五阀值时，发出温差过高报警。
步骤3f，如果步骤3a至3e都没有输出报警，输出机组故障报警，提示工作人员排查机组故障问题。
上述，第一百分比值，第二百分比值，第三百分比值，第四百分比值，第五百分比值，第六百分比值，第七百分比值，第一阀值，第二阀值，第三阀值、第四阀值，第五阀值的值，来自于能效异常诊断分析的工程及试验依据。详细分析如下。
1）机组负荷率与EER的关系
根据大量EER随负荷率变化的工程和试验数据可知，当机组负荷率在50%以下时，负荷率每下降10%，冷水机组的EER平均下降32%，下降幅度较大；当冷水机组负荷率在60%以上时，负荷率每上升10%，冷水机组COP下降约2%，下降幅度微小。说明冷水机组处于较低负荷率运行时，能耗较大。相反，处于50%-90%负荷率时，机组具有较高的性能。
2）供回水温差与EER的关系
根据大量EER随供回水温差变化的试验数据可知，当冷冻水供回水温差为5℃时，EER值较优。当机组的供回水温差在5℃以下时，温差每下降1℃，冷机EER平均降低0.5左右；当机组的冷冻水供回水温差在5℃以上时，温差每上升1℃，冷机EER平均降低0.2左右。低温差的运行状态将明显加大机组能耗。
3）室外温湿度与EER的关系
在冬季制热期，室外温度和湿度对热泵机组性能影响很大，可能会造成机组能耗变大。例如，室外温度最低时，恰恰建筑要求的供热量最大，即热泵供热量与建筑耗热量之间存在供需矛盾，制热能耗变大，当温度低于-2摄氏度时，制热能效将明显增大。
当蒸发器表面温度低于0℃且空气湿度较大时，会发生结霜，使热泵的供热量下降，甚至运行工况恶化。尤其是当室外湿度大于75%时，结霜现象将非常明显，进而造成制热能耗变大。
结合上述分析，实际工程中，优选第一百分比值为15%，第二百分比值为15%，第三百分比值为40%，第四百分比值为75%，第五百分比值为75%，第六百分比值为40%，第七百分比值为75%，第一阀值为3.5摄氏度，第二阀值为7.5摄氏度，第三阀值为-2摄氏度第四阀值为-2摄氏度，第五阀值为7.5摄氏度。本领域技术人员也可以结合实际对上述数值进行调整。
下面给出风冷热泵型中央空调机组的能效诊断输入数据的采集方法：
参考《冷却水输送系数（WTFcw）的获取方法及其在节能诊断中的应用》以及工程实践经验，总结出本发明涉及的温度、电量、流量等物理量的采集方法如下：
1）冷冻水的供水温度T供水、冷冻水的回水温度T回水可由温度传感模块采集，例如WZP-230型温度传感模块。
2）室外温度T室外、湿度H室外可由室外温湿度传感模块采集，例如BE-500TB型室外温湿度传感模块。
3）冷冻水流量可由插入式电磁流量计采集，例如SV-999型流量计。
4）机组消耗的电功率可由智能电能表采集，例如DTS634型三相电能表。
5）上述传感器及仪表采集到的能效诊断输入数据可以采用经典的RS485通讯方式组网发送到能效诊断主站，供本发明所述的能效诊断方法使用。
本发明的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，应用于风冷热泵型中央空调机组，不仅可对热泵机组的能效异常情况进行实时告警，而且依据自动采集和计算的机组运行参数，最终可诊断出机组能效偏低的原因，辅助空调机组管理人员进行进一步的能效薄弱点分析和空调机组调度。该方法将提高风冷热泵型中央空调系统的运行智能化和自动化水平，有效提升系统运行能效。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，包括：
步骤一：生成风冷热泵型中央空调机组的能效诊断输入数据，所述能效诊断输入数据包括：室外温度T室外、室外湿度H室外、冷冻水的供水温度T供水、冷冻水的回水温度T回水、冷冻水流量M、机组消耗的电功率P；计算机组的制冷或制热功率Q，Q＝c·M·|T回水-T供水|，其中c为水的比热；计算机组能效比EER，EER＝Q/P；计算机组的负荷率RL，RL＝Q/Q额定×100，其中在夏季制冷期时Q额定取机组的额定制冷功率，在冬季制热期时Q额定取机组的额定制热功率；
步骤二：如果当前是夏季制冷期，计算机组能效比EER和能效比厂家夏季样本EER夏季样本的差异百分比D夏季，D夏季＝|EER-EER夏季样本|/EER夏季样本×100，当D夏季大于第一百分比值时，进行机组能效比报警；
步骤三：如果当前是冬季制热期，计算机组能效比EER和能效比厂家冬季样本EER冬季样本的差异百分比D冬季，D冬季＝|EER-EER冬季样本|/EER冬季样本×100，当D冬季大于第二百分比值时，进行机组能效比报警。
2.根据权利要求1所述的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述能效诊断输入数据通过如下获得：每5分钟采集一次风冷热泵型中央空调机组的运行数据，并将30分钟内采集的6次数据取平均值。
3.根据权利要求1所述的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述步骤二包括：
步骤2a，如果机组的负荷率低于第三百分比值，进行机组负荷率过低报警；
步骤2b，如果多台热泵机组并列运行，且在运机组的总制冷功率小于在运机组特定子集总额定制冷功率的第四百分比值时，进行机组并列运行方式不合理报警，并输出上述机组子集信息作为调度参考；
步骤2c，当冷冻水供回水温差绝对值低于第一阀值时，发出温差过低报警，当冷冻水供回水温差绝对值大于第二阀值时，发出温差过高报警；
步骤2d，如果步骤2a至2c都没有输出报警，输出机组故障报警，提示工作人员排查机组故障问题。
4.根据权利要求3所述的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述步骤三包括：
步骤3a，如果室外温度低于第三阀值，输出室外温度过低造成能效比降低警告，提示启动辅助热源；
步骤3b，如果室外湿度大于第五百分比值，输出机组除霜消耗能量造成能效比降低警告；
步骤3c，如果机组的负荷率低于第六百分比值，进行机组负荷率过低报警；
步骤3d，如果多台热泵机组并列运行，且在运机组的总制热功率小于在运机组特定子集总额定制热功率的第七百分比值时，进行机组并列运行方式不合理报警，并输出上述机组子集信息作为调度参考；
步骤3e，当冷冻水供回水温差绝对值低于第四阀值时，发出温差过低报警，当冷冻水供回水温差绝对值大于第五阀值时，发出温差过高报警；
步骤3f，如果步骤3a至3e都没有输出报警，输出机组故障报警，提示工作人员排查机组故障问题。
5.根据权利要求4所述的一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述机组故障问题包括制冷剂量、压缩机效率、冷凝器或蒸发器的换热效果中的一种或者多种。
6.根据权利要求5所述一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，所述第一百分比值为15％，第二百分比值为15％，第三百分比值为40％，所述第四百分比值为75％，第五百分比值为75％，第六百分比值为40％，第七百分比值为75％，第一阀值为3.5摄氏度，第二阀值为7.5摄氏度，第三阀值为-2摄氏度，第四阀值为-2摄氏度，第五阀值为7.5摄氏度。
7.根据权利要求6所述一种风冷热泵型中央空调机组的能效诊断方法，其特征在于，冷冻水的供水温度T供水、冷冻水的回水温度T回水由温度传感模块采集；室外温度T室外、湿度H室外由室外温湿度传感模块采集；冷冻水流量由插入式电磁流量计采集；机组消耗的电功率可由智能电能表采集；采集到的能效诊断输入数据采用RS 485通讯方式组网发送到能效诊断主站。
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