CN104676837B - 应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，包括控制冷冻水总流量的步骤：控制常开末端的调节阀保持常开状态；监测常开末端的进水端和回水端的压差，获取当前压差值；判断当前压差值与预设压差值的关系，以控制冷冻水总流量的大小；以及控制普通末端温差的步骤：普通末端开始工作，将其调节阀开启至预设开度K1；监测普通末端的进水端和回水端的温差，获取当前温差值；判断当前温差值与预设温差值的关系，以控制调节阀的开度大小。通过普通末端的温差控制和常开末端的压差控制，保证了整体冷冻水流量始终处于刚好满足中央空调冷冻水系统需求的水平，避免不必要的浪费，显著降低系统能耗。

Description

应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法
技术领域
本发明涉及中央空调末端控制领域，具体涉及应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法。
背景技术
当前的中央空调冷冻水节能，普遍通过压差来进行控制。压差传感器的设置位置不一，节能效果也不尽相同；很多工程直接在冷水机房的供回水总管上安装压差传感器，导致几乎无法节能。
另一方面，通过压差进行节能控制的方式，依赖于空调末端的控制变化，只有其他末端能够有效的进行负荷调节，才能实现通过压差进行节能控制的目标。现在中央空调系统末端(风机盘管和风柜等)，其控制模式基本都是通过回风温度进行控制。具体控制方法是：通过追踪房间或制冷区域的回风温度，实时调节送风风量，使回风温度处于设定值附近区间，进而满足制冷区域的负荷要求。而对水侧的控制，基本仅使用二通阀来进行通断控制。当房间有人进入开启空调时，控制器打开二通阀，开始供冷；当回风温度低于设定值时，降低风扇转速，降低供给末端的冷量，以促使温度回升；当回风温度大于设定值时，增加风扇转速，增加供给冷量，以降低制冷区域温度；空调关闭后，关闭二通阀。这种控制方式的问题是：仅考虑了风侧，水侧未给予充分考虑；实际运行时往往水侧流量偏大；又由于末端数量较多，这样整个中央空调系统运行时，整体冷冻水流量将大大超过设计流量，进而导致主机功耗和冷冻输送能耗增加，造成大量浪费。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法和装置，结合压差控制方式和温差控制方式，可以有效控制整体冷冻水的流量，大大减少了中央空调末端系统中冷冻水流量过大所带来的损耗。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，中央空调冷冻水系统中包括多个末端，将其中一个末端记为常开末端，其它末端记为普通末端，方法包括：
用于控制冷冻水总流量的步骤：
步骤A：控制常开末端的调节阀保持常开状态；
步骤A1：监测常开末端的进水端和回水端的压差，获取当前压差值；
步骤A2：判断当前压差值与预设压差值的关系，若当前压差值大于预设压差值，则减少冷冻水总流量，若当前压差值小于预设压差值，则增加冷冻水总流量，若当前压差值等于预设压差值，则保持冷冻水总流量不变；
以及用于控制普通末端温差的步骤：
步骤B：普通末端开始工作，将其调节阀开启至预设开度K1；
步骤B1：监测普通末端的进水端和回水端的温差，获取当前温差值；
步骤B2：判断当前温差值与预设温差值的关系，若当前温差值大于预设温差值，则增大调节阀的开度；若当前温差值小于预设温差值，则减小调节阀的开度；若当前温差值等于预设温差值，则保持调节阀不变。
进一步地，在步骤B中，将其调节阀开启至预设开度K1并在预设时间S1内保持该预设开度K1，直至预设时间S1结束再执行步骤B1。
进一步地，在步骤B1与步骤B2之间增加步骤B11：判断当前温差值减去预设温差值是否大于危险阈值，若是，则将调节阀调至开度K2并在预设时间S2内保持开度K2，直至预设时间S2结束再执行步骤B2，其中，开度K2大于开度K1；若否，则执行步骤B2。
进一步地，在步骤A1中，获取的当前压差值传送至冷冻控制器中，由冷冻控制器执行步骤A2；在步骤A2中，冷冻水总流量的改变由冷冻控制器通过变频器控制冷冻水泵的转速，以控制冷冻水的总流量。
进一步地，在步骤B1中，由末端控制器获取普通末端的进水端的当前温度和回水端的当前温度，计算出当前温差值，并执行步骤B2；在步骤B2中，调节阀的开度由末端控制器进行控制。
进一步地，在步骤A2中，冷冻水总流量的大小由当前压差值进行相应的PID运算确定；在步骤B2中，调节阀的开度大小由当前温差值进行相应的PID运算确定。
进一步地，在步骤A2中，以预设压差值为中心设置压差浮动区间形成预设压差区间，若当前压差值大于预设压差区间的最大值，则减少冷冻水总流量；若当前压差值小于预设压差区间的最小值，则增加冷冻水总流量；若当前压差值位于预设压差区间内，则保持冷冻水总流量不变。
进一步地，在步骤B2中，以预设温差值为中心设置温差浮动区间形成预设温差区间，若当前温差值大于预设温差区间的最大值，则增大调节阀的开度；若当前温差值小于预设温差区间的最小值，则减小调节阀的开度；若当前温差值位于预设温差区间内，则保持调节阀不变。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：当普通末端的调节阀产生动作时，即开启调节阀、关闭调节阀、增大调节阀的开度或者减小调节阀的开度，均会导致常开末端的当前压差值发生变化，从而使冷冻控制器进行判断并输出相应的控制信号，使冷冻水泵的转速发生改变，调节冷冻水总流量。通过普通末端的温差控制和常开末端的压差控制，保证了整体冷冻水流量始终处于刚好满足中央空调冷冻水系统需求的水平，避免不必要的浪费，显著降低系统能耗。
附图说明
图1为本发明应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法中控制冷冻水总流量的流程图。
图2为本发明应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法中控制普通末端温差的流程图。
图3为本发明应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法对应的系统结构图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
参考图1-3，本发明的方法对应的系统结构如下：中央空调冷冻水系统中包括多个末端，将其中一个末端记为常开末端，其它末端记为普通末端，常开末端对应的调节阀保持常开状态。
在常开末端的进水端和回水端设置压差传感器，即压差传感器的两个压力探头分别设于常开末端的进水端和回水端，压差传感器与冷冻控制器电性连接，冷冻控制器通过变频器与中央空调末端系统中的冷冻水泵电性连接，常开末端是用于控制冷冻水总流量的。优选地，根据具体情况，例如有多个制冷分区，每个制冷分区中都有多个末端，可以在每个制冷分区中设置一个常开末端，实现对不同制冷分区进行冷冻水流量控制；再例如可以分别在多个末端中设置与冷冻控制器连接的压差传感器，用于分别针对不同季节或者不同时间段进行控制，在对应的季节或者时间段内将对应设有压差传感器的末端激活，使其成为常开末端。
在普通末端的进水端和回水端分别设置一个温度传感器，两个温度传感器分别与末端控制器电性连接，末端控制器还与调节阀电性连接。其中，温度传感器为热电阻温度传感器或者热电偶温度传感器，冷冻控制器和末端控制器为PLC控制器或者单片机。
图3所示为本发明应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法对应的系统结构图，安装有压差传感器的制冷末端为常开末端，其它制冷末端为普通末端，普通末端对应有温度传感器和控制器，控制器即为上述的末端控制器，供水总管连接至制冷末端的一端即为进水端，回水总管连接至制冷末端的另一端即为回水端，供水总管和回水总管还连接用于制冷的制冷主机，冷冻泵即为冷冻水泵，设置于回水总管上。
如图1-2所示，对应于图3所述的系统的方法包括用于控制冷冻水总流量的步骤以及用于控制普通末端温差的步骤：
用于控制冷冻水总流量的步骤：
步骤A：控制常开末端的调节阀保持常开状态，一般是将该调节阀的开度保持最大。
步骤A1：监测常开末端的进水端和回水端的压差，获取当前压差值，并执行下面的判断步骤。当前压差值是回水端的压力减去进水端的压力得到的，当前压差值是由压差传感器计算得出，并传送至冷冻控制器中。
步骤A2：判断当前压差值是否大于预设压差值，若是，则减少冷冻水总流量，否则执行步骤A3。
步骤A3：判断当前压差值是否小于预设压差值，若是，则增加冷冻水总流量，否则保持冷冻水总流量不变。
进一步地，可以将预设压差值设为预设压差区间，具体以预设压差值为中心设置压差浮动区间形成预设压差区间，例如，预设压差值为5Pa，压差浮动区间是±0.1Pa，则预设压差区间为4.9-5.1Pa。设置为预设压差区间后，若当前压差值大于预设压差区间的最大值，则减少冷冻水总流量；若当前压差值小于预设压差区间的最小值，则增加冷冻水总流量；若当前压差值位于预设压差区间内，则保持冷冻水总流量不变。
在步骤A2和步骤A3中，冷冻水总流量的改变由冷冻控制器通过变频器控制冷冻水泵的转速实现的，冷冻控制器是根据输入的当前压差值进行相应的PID运算所得到的结果对变频器输出控制信号。值得说明的是，在步骤A2和步骤A3中，无论是执行减少冷冻水总流量、增加冷冻水总流量或者保持冷冻水总流量不变后，均会继续监测当前压差值并循环执行判断步骤。
用于控制普通末端温差的步骤：
步骤B：普通末端开始工作，将其调节阀开启至预设开度K1。优选地在该步骤中，调节阀开启至预设开度K1后，在一预设时间S1内保持该开度K1，直至预设时间S1结束再执行下一步骤。另外，针对不同的普通末端或者不同的调节阀可以设置不同的预设开度K1。
进一步地，在执行步骤B之前，还有判断普通末端是否达到预设的开启条件的步骤，开启条件可以是各种方式，包括：到达预定的时间、房间用户手工开启、时间到达且手工开启、时间到达或手工开启等等。若满足开启条件，则执行步骤B。
步骤B1：监测普通末端的进水端和回水端的温差，获取当前温差值，并执行以下判断步骤。当前温差值是回水端温度减去进水端温度得到的，当前温差值是在末端控制器中计算得出。
步骤B2：判断当前温差值减去预设温差值是否大于危险阈值，若是，则将调节阀调至开度K2并在预设时间S2内保持开度K2，直至预设时间S2结束再执行步骤B3；若否，则执行步骤B3。在该步骤中，危险阈值的设定是因为如果当前温差值远大于预设温差值，可能会使该末端发生危险，因此设置该判断步骤，迅速将调节阀调至开度K2，其中开度K2大于开度K1，一般将开度K2设置为全开度的90％-100％。
步骤B3：判断当前温差值是否大于预设温差值，若是，则增大调节阀的开度，否则执行下一步骤。
步骤B4：判断当前温差值是否小于预设温差值，若是，则减小调节阀的开度，否则保持调节阀的开度不变。
进一步地，由于温度检测可能存在一些滞后性，可以将预设温差值设为预设温差区间，具体以预设温差值为中心设置温差浮动区间形成预设温差区间，例如，预设温差值为5℃，温差浮动区间是±0.1℃，则预设温差区间为4.9-5.1℃。设置为预设温差区间后，若当前温差值大于预设温差区间的最大值，则增大调节阀的开度；若当前温差值小于预设温差区间的最小值，则减小调节阀的开度；若当前温差值位于预设温差区间内，则保持调节阀不变。
在步骤B3和步骤B4中，调节阀的开度改变是由末端控制器控制的，末端控制器是根据当前温差值进行相应的PID运算所得到的结果对调节阀输出控制信号。值得说明的是，在步骤B3和步骤B4中，无论是执行增大调节阀的开度、减小调节阀的开度或者保持调节阀的开度不变后，均会继续监测当前温差值并循环执行判断步骤。
进一步地，当普通末端达到预设的关闭条件后，该普通末端的调节阀将会关闭。其中关闭条件可以是以下各种方式，包括：到达预定的时间、房间用户手工关闭、时间到达且手工关闭、时间到达或手工关闭等等。
实际工作中，当普通末端的调节阀产生动作时，即开启调节阀、关闭调节阀、增大调节阀的开度或者减小调节阀的开度，均会导致常开末端的当前压差值发生变化，从而使冷冻控制器进行判断并输出相应的控制信号，使冷冻水泵的转速发生改变，调节冷冻水总流量。通过普通末端的温差控制和常开末端的压差控制，保证了整体冷冻水流量始终处于刚好满足中央空调冷冻水系统需求的水平，避免不必要的浪费。由于末端数量众多，对整体中央空调冷冻水系统而言，本发明可显著降低系统能耗，具有可观的经济和社会意义。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，中央空调冷冻水系统中包括多个末端，将其中一个末端记为常开末端，其它末端记为普通末端，其特征在于，其包括以下步骤：
用于控制冷冻水总流量的步骤：
步骤A：控制常开末端的调节阀保持常开状态；
步骤A1：监测常开末端的进水端和回水端的压差，获取当前压差值；
步骤A2：判断当前压差值与预设压差值的关系，若当前压差值大于预设压差值，则减少冷冻水总流量，若当前压差值小于预设压差值，则增加冷冻水总流量，若当前压差值等于预设压差值，则保持冷冻水总流量不变；
以及用于控制普通末端温差的步骤：
步骤B：普通末端开始工作，将其调节阀开启至预设开度K1；
步骤B1：监测普通末端的进水端和回水端的温差，获取当前温差值；
步骤B2：判断当前温差值与预设温差值的关系，若当前温差值大于预设温差值，则增大调节阀的开度；若当前温差值小于预设温差值，则减小调节阀的开度；若当前温差值等于预设温差值，则保持调节阀不变。
2.根据权利要求1所述的应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，其特征在于，在步骤B中，将其调节阀开启至预设开度K1并在预设时间S1内保持该预设开度K1，直至预设时间S1结束再执行步骤B1。
3.根据权利要求1所述的应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，其特征在于，在步骤B1与步骤B2之间增加步骤B11：判断当前温差值减去预设温差值是否大于危险阈值，若是，则将调节阀调至开度K2并在预设时间S2内保持开度K2，直至预设时间S2结束再执行步骤B2，其中，开度K2大于开度K1；若否，则执行步骤B2。
4.根据权利要求1所述的应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，其特征在于，在步骤A1中，获取的当前压差值传送至冷冻控制器中，由冷冻控制器执行步骤A2；在步骤A2中，冷冻水总流量的改变由冷冻控制器通过变频器控制冷冻水泵的转速，以控制冷冻水的总流量。
5.根据权利要求1所述的应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，其特征在于，在步骤B1中，由末端控制器获取普通末端的进水端的当前温度和回水端的当前温度，计算出当前温差值，并执行步骤B2；在步骤B2中，调节阀的开度由末端控制器进行控制。
6.根据权利要求1所述的应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，其特征在于，在步骤A2中，冷冻水总流量的大小由当前压差值进行相应的PID运算确定；在步骤B2中，调节阀的开度大小由当前温差值进行相应的PID运算确定。
7.根据权利要求1所述的应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，其特征在于，在步骤A2中，以预设压差值为中心设置压差浮动区间形成预设压差区间，若当前压差值大于预设压差区间的最大值，则减少冷冻水总流量；若当前压差值小于预设压差区间的最小值，则增加冷冻水总流量；若当前压差值位于预设压差区间内，则保持冷冻水总流量不变。
8.根据权利要求1所述的应用于中央空调冷冻水系统全程温差控制的变频节能方法，其特征在于，在步骤B2中，以预设温差值为中心设置温差浮动区间形成预设温差区间，若当前温差值大于预设温差区间的最大值，则增大调节阀的开度；若当前温差值小于预设温差区间的最小值，则减小调节阀的开度；若当前温差值位于预设温差区间内，则保持调节阀不变。
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