CN104713208A - 离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统和方法，离心式冷水机组设有冷却塔和冷凝器，冷却塔和冷凝器之间通过进水管和出水管构成冷却环路，该调节系统包括变量水泵、变频器、第一温度传感器、第二温度传感器和温度控制器，变量水泵和第一温度传感器均设于进水管上，第二温度传感器设于出水管上，温度控制器的输入端分别连接第一温度传感器和第二温度传感器的输出端，变频器的输入端连接温度控制器的输出端，变频器的输出端连接变量水泵的控制端。与现有技术相比，本发明根据温差来控制变频器，进而改变冷水回路上的流量，具有很好的节能效果，够显著降低冷却水的损耗，同时转速降低可以提高水泵和电机的使用寿命。

Description

离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统和方法
技术领域
本发明涉及节能控制领域，尤其是涉及一种离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统和方法。
背景技术
随着世界能源资源的紧张和全球气候变暖带来的环境压力的加大，节约能源，保护环境已经成为世界各国不可忽视的重大问题。中央空调系统的能耗占据了建筑物能耗的一半以上，其中冷却水泵等设备的能耗占据很大一部分。
离心式冷水机组的工作状况不仅仅取决于离心式压缩机的特性，而且与冷凝器、蒸发器的工作状况有关，只有保持冷凝器、蒸发器和离心式压缩机良好的匹配才能使冷水机组正常运转。
当通过压缩机的流量与通过冷凝器、蒸发器的流量相等，压缩机产生的压头(排气口压力与吸气口压力的差值)等于制冷设备的阻力时，整个制冷系统才能保持在平衡状态下工作。这样，冷水机组的平衡工况应该是压缩机特性曲线与冷凝器特性曲线的交点。
如图2所示，以往冷却水流量都是由定量水泵提供，负荷变化的时候冷却水的进出水温差往往变化很大，出现小温差现象，这就是定量水泵的缺陷。
图1反映出，当冷却水进水温度不变时，冷凝器、蒸发器、压缩机的特性曲线以及效率曲线。图中压缩机特性曲线I的交点B为压缩机的稳定工作点。当冷凝器冷却水进水量变化时，冷凝器的特性曲线将改变，这时交点A也随之改变，从而改变压缩机的制冷量，即改变离心式冷水机组的输出能量。因此，本发明为了解决定量水泵的缺陷，基于温差、冷却水流量、冷水机输出能量之间的关系，提出一种离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统和方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统和方法，根据温差来控制变频器，进而改变冷水回路上的流量，具有很好的节能效果，够显著降低冷却水的损耗，同时转速降低可以提高水泵和电机的使用寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统，所述离心式冷水机组设有冷却塔和冷凝器，所述冷却塔和冷凝器之间通过进水管和出水管构成冷却环路，该调节系统包括变量水泵、变频器、第一温度传感器、第二温度传感器和温度控制器，所述变量水泵和第一温度传感器均设于进水管上，所述第二温度传感器设于出水管上，所述温度控制器的输入端分别连接第一温度传感器和第二温度传感器的输出端，所述变频器的输入端连接温度控制器的输出端，变频器的输出端连接变量水泵的控制端；
温度控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器采集的进出水管温差信号设定变频器的频率，变频器控制变量水泵的转速，通过改变冷却环路上的流量对离心式冷水机组输出能量进行调节，使得进出水管温差信号回到设定值。
所述第一温度传感器和第二温度传感器为PT1000温度传感器。
所述离心式冷水机组为多个，离心式冷水机组的数量与变量水泵、变频器、第一温度传感器、第二温度传感器的数量一致，并一一对应设置，所述温度控制器为一个，并分别连接多个变频器、多个第一温度传感器和多个第二温度传感器。
所述变频器为三菱FR-F740-S132K-CHT系列的变频器。
所述温度控制器为PID控制器。
所述温度控制器采用西门子楼宇自控系统的监控软件INSIGHT进行控制。
一种根据上述系统实现离心式冷水机组输出能量的高效节能调节方法，包括以下步骤：
步骤S1：实时采集冷凝器进水管和出水管内冷却水的温度分为T1和T2，获得进出水管温差信号T，T＝T1+T2；
步骤S2：根据进出水管温差信号T调节冷却环路上的流量，当T小于温差设定值时，控制变量水泵的转速下降，降低冷却环路上的流量，当T大于设定值时，控制变量水泵的转速上升，增加冷却环路上流量，使得进出水管温差信号回到设定值，通过改变冷却环路上的流量实现对离心式冷水机组输出能量进行调节。
所述变量水泵的功率与转速成三次方的数学关系。
所述温差设定值大于等于5℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)降低能耗，并能实现自动控温：由来自PT1000温度传感器的温差信号来设定变频器的频率，例如：当T小于设定值时，降低水泵的转速，使得进出水管温差信号回到设定值，达到自动控温目的，同时根据变量水泵功率与转速的三次方数学关系正比，所以可以获得很好的节能效果。
2)能够显著降低冷却水的损耗：负载的变化导致冷凝器两端温差的变化，温度控制器通过改变冷却环路上的流量(即冷却水流量)实现对离心式冷水机组输出能量进行调节，可减少处理冷却水质的投入成本。
3)降低转速：当T小于设定值时，为了降低冷却环路上的流量，控制变量水泵的转速下降，转速的降低可以提高水泵和电机的使用寿命。
附图说明
图1为冷凝器冷却水进水量变化式离心式冷水机组的特性曲线；
图2为现有的冷凝器冷却水流量的结构示意图；
图3为本发明中控制冷凝器冷却水流量的结构示意图。
图中：1、冷却塔，2、冷凝器，3、定量水泵，4、变频器，5、第一温度传感器，6、第二温度传感器，7、温度控制器，8、变量水泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例为汽车三厂1号站房，如果用变频器4控制泵的转速，那么对应于负荷流量，变量水泵8所消耗的电力量按转速的3次方比例下降，因此通过改为变频器4来控制水泵，可以使得年度电耗量明显下降。
如图3所示，一种离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统，离心式冷水机组设有冷却塔1和冷凝器2，冷却塔1和冷凝器2之间通过进水管和出水管构成冷却环路，该调节系统包括变量水泵8、变频器4、第一温度传感器5、第二温度传感器6和温度控制器7，变量水泵8和第一温度传感器5均设于进水管上，第二温度传感器6设于出水管上，温度控制器7的输入端分别连接第一温度传感器5和第二温度传感器6的输出端，变频器4的输入端连接温度控制器7的输出端，变频器4的输出端连接变量水泵8的控制端。
温度控制器7根据第一温度传感器5和第二温度传感器6采集的进出水管温差信号设定变频器4的频率，变频器4控制变量水泵8的转速，通过改变冷却环路上的流量对离心式冷水机组输出能量进行调节，使得进出水管温差信号回到设定值。
其中，变频器4为三菱FR-F740-S132K-CHT系列的变频器4。温度控制器7为PID控制器。温度控制器7采用西门子楼宇自控系统的监控软件INSIGHT进行控制。第一温度传感器5和第二温度传感器6为PT1000温度传感器。
离心式冷水机组为多个，离心式冷水机组的数量与变量水泵8、变频器4、第一温度传感器5、第二温度传感器6的数量一致，并一一对应设置，其中，温度控制器7为一个，并分别连接多个变频器4、多个第一温度传感器5和多个第二温度传感器6。本是实施例中，结构方面，就是一个变量水泵8对应一个冷却塔1，是一对一对应的关系。不过汽车三厂1号站房中有8个机组，1个变频器4控制1台水泵，则共8个变频器4，对应第一温度传感器5和第二温度传感器6也各为8个，它们统一由带多路输入、多数输出的集中控制的温度控制器7进行控制。
一种根据上述系统实现离心式冷水机组输出能量的高效节能调节方法，包括以下步骤：
步骤S1：实时采集冷凝器2进水管和出水管内冷却水的温度分为T1和T2，获得进出水管温差信号T，T＝T1+T2；
步骤S2：根据进出水管温差信号T调节冷却环路上的流量，当T小于温差设定值时，控制变量水泵8的转速下降，降低冷却环路上的流量，当T大于设定值时，控制变量水泵8的转速上升，增加冷却环路上流量，使得进出水管温差信号回到设定值，通过改变冷却环路上的流量实现对离心式冷水机组输出能量进行调节。其中，变量水泵8的功率与转速成三次方的数学关系。温差设定值大于等于5℃，本实施例中，根据制冷机组运行特性，进出水口温差的控制参数优选设定为5℃,实际运行过程中可以进行微调。
上述步骤由温度控制器7中西门子INSIGHT楼宇自控系统编程后自动进行运算的(PID控制)。相比图2中定量水泵3的使用，采用变频器4控制变量水泵8的转速，实现冷水机组输出能量的调节。
如果负载变化大，可以考虑在出水管处也设置一个带变频器4的变量水泵8，并连接温度控制器7，其控制方式同进水管处的变量水泵8的控制方式，用于根据负载变化调节冷水机组输出能量。

Claims (9)

1.一种离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统，所述离心式冷水机组设有冷却塔和冷凝器，所述冷却塔和冷凝器之间通过进水管和出水管构成冷却环路，其特征在于，该调节系统包括变量水泵、变频器、第一温度传感器、第二温度传感器和温度控制器，所述变量水泵和第一温度传感器均设于进水管上，所述第二温度传感器设于出水管上，所述温度控制器的输入端分别连接第一温度传感器和第二温度传感器的输出端，所述变频器的输入端连接温度控制器的输出端，变频器的输出端连接变量水泵的控制端；
温度控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器采集的进出水管温差信号设定变频器的频率，变频器控制变量水泵的转速，通过改变冷却环路上的流量对离心式冷水机组输出能量进行调节，使得进出水管温差信号回到设定值。
2.根据权利要求1所述的离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统，其特征在于，所述第一温度传感器和第二温度传感器为PT1000温度传感器。
3.根据权利要求1所述的离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统，其特征在于，所述离心式冷水机组为多个，离心式冷水机组的数量与变量水泵、变频器、第一温度传感器、第二温度传感器的数量一致，并一一对应设置，所述温度控制器为一个，并分别连接多个变频器、多个第一温度传感器和多个第二温度传感器。
4.根据权利要求1所述的离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统，其特征在于，所述变频器为三菱FR-F740-S132K-CHT系列的变频器。
5.根据权利要求1所述的离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统，其特征在于，所述温度控制器为PID控制器。
6.根据权利要求1所述的离心式冷水机组输出能量的高效节能调节系统，其特征在于，所述温度控制器采用西门子楼宇自控系统的监控软件INSIGHT进行控制。
7.一种根据权利要求1所述系统实现离心式冷水机组输出能量的高效节能调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：实时采集冷凝器进水管和出水管内冷却水的温度分为T1和T2，获得进出水管温差信号T，T＝T1+T2；
步骤S2：根据进出水管温差信号T调节冷却环路上的流量，当T小于温差设定值时，控制变量水泵的转速下降，降低冷却环路上的流量，当T大于设定值时，控制变量水泵的转速上升，增加冷却环路上流量，使得进出水管温差信号回到设定值，通过改变冷却环路上的流量实现对离心式冷水机组输出能量进行调节。
8.根据权利要求7所述的离心式冷水机组输出能量的高效节能调节方法，其特征在于，所述变量水泵的功率与转速成三次方的数学关系。
9.根据权利要求7所述的离心式冷水机组输出能量的高效节能调节方法，其特征在于，所述温差设定值大于等于5℃。
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