CN104964394A - 一种基于风水联动的中央空调能效管控系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于风水联动的中央空调能效管控系统和控制方法。通过中央空调系统的控制调节提供全面的末端负荷信息，增强了风系统和水系统的信息互通和数据交换，解决了水系统和风系统控制参数设置不匹配问题，避免了出现整体供冷过剩而局部供冷不足的情况；中央空调系统整体响应速度和跟随特性得以提升，系统供冷能力更能贴合末端负荷变化，中央空调风系统和水系统综合能效更高，整体用能更少；空调末端负荷波动时，中央空调风系统和水系统都可以及时响应和快速调节，大大提高了用户舒适度，改善了用户感受；能够基于风系统和水系统的信息共享，提供更为智能和高效的中央空调能效管控策略。

Description

一种基于风水联动的中央空调能效管控系统和控制方法

技术领域

本发明涉及空调控制领域，尤其涉及一种基于风水联动的中央空调能效管控系统和控制方法。

背景技术

目前，世界能源紧缺，节能已成为社会的一项重要工作。在众多用能系统中，中央空调系统是最主要的系统之一，因此，开发中央空调系统节能技术、提升中央空调系统能效已成为节能领域的主要工作。在此背景下，中央空调系统节能技术得以迅猛发展，并先后经历了以下4个主要发展阶段：

1.自动控制风系统

2.自动控制风系统和水系统

3.自动控制风系统，自动调节水系统

4.自动调节风系统和水系统

当前，中央空调系统节能技术正处于第4阶段，该阶段实现了对中央空调风系统和水系统的全面控制和调节，大大提升了中央空调系统能效，减少了操作人员的工作量。与先前的技术相比，现阶段的中央空调系统节能技术主要有以下特点和优势：

1.自动控制风系统和水系统的设备启停，实现了中央空调系统的有级调节，提高了中央空调系统的能效，降低了操作人员的工作量；

2.采用变风流量和变水流量自动调节技术，实现了中央空调风系统的高效运行；

3.采用变水流量自动调节技术，实现了中央空调水系统的高效运行；

随着对中央空调系统节能需求的不断提升，该类节能管控系统也逐渐暴露出了诸多不足之处，如果不解决这些功能缺陷，必然会影响到中央空调系统的管控效果。以下是该类节能管控系统存在的主要缺陷：

1.风系统和水系统分别控制，没有协同工作，容易造成风系统和水系统参数设置不匹配，出现整体供冷过剩而局部供冷不足的情况。

2.空调末端负荷波动时，中央空调系统响应速度太低，跟随特性很差，系统供冷能力不能贴合末端负荷变化，中央空调系统综合能效不高；

3.空调末端负荷波动时，中央空调水系统不能及时响应，调节速度太慢，极大影响了用户舒适度和使用感受。

发明内容

本发明提供了一种基于风水联动的中央空调能效管控系统和控制方法，其为中央空调系统的控制调节提供全面的末端负荷信息，增强了风系统和水系统的信息互通和数据交换，解决了水系统和风系统控制参数设置不匹配问题，避免了出现整体供冷过剩而局部供冷不足的情况，实现了风系统和水系统的协调运转，提高综合能效。

为实现上述设计，本发明采用以下技术方案：

一方面采用一种基于风水联动的中央空调能效管控系统，包括：水系统智能传感单元、风柜智能传感单元、信号采集装置、主控站、水系统控制单元和风柜智能驱动装置；

所述水系统智能传感单元，用于采集描述中央空调的水系统运行状态的第一过程数据，并把所述第一过程数据转换为第一标准传感信号；

所述风柜智能传感单元，用于采集描述中央空调的风系统运行环境的第二过程数据，并将所述第二过程数据转换为第二标准传感信号；

所述信号采集装置，用于接收所述第一标准传感信号并输出到所述主控站；

所述风柜智能驱动装置，用于接收所述第二标准传感信号并结合所述风柜的运行状态数据计算风柜的负荷后输出到所述主控站；

所述主控站，用于根据所述第一标准传感信号和所述风柜的负荷，分析计算水系统和风系统的负荷关系，预判风系统和水系统的负荷趋势，由所述负荷趋势生成水系统的控制参数；

所述水系统控制单元，用于根据所述水系统的控制参数驱动水系统运转。

其中，所述水系统控制单元，包括：用于驱动、控制和保护冷冻泵电机的冷冻泵智能驱动单元，用于驱动、控制和保护冷却泵电机的冷却泵智能驱动单元，用于检测和管控冷水机组的冷水机组智能管控单元，以及用于驱动、控制和保护冷却塔电机的冷却塔智能驱动单元。

其中，所述第一过程数据包括：冷冻水供水总管压力、冷冻水回水总管压力、冷冻水供水总管温度、冷冻水回水总管温度、冷冻水流量、冷却水进水总管温度、冷却水出水总管温度、各冷水机冷冻水出水温度、各冷水机冷却水出水温度。

其中，所述风柜包括：送风机、表冷阀、新风阀、回风阀和排风阀。

其中，所述第二过程数据包括：送风温度、送风湿度、新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度和回风二氧化碳浓度。

另一方面采用一种基于风水联动的中央空调能效管控系统的控制方法，包括：

风柜智能驱动装置接收第二标准传感信号，所述第二标准传感信号携带有描述中央空调的风系统运行环境的第二过程数据；

根据所述第二过程数据和风柜的运行状态数据计算所述风柜的负荷，将风柜的负荷发送到主控站；

主控站统计各个风柜的负荷，根据第一标准传感信号计算水系统的当前供冷量，计算风柜的总负荷与当前供冷量的差值；所述第一标准传感信号携带有描述中央空调的水系统运行状态的第一过程数据；

当所述差值超出预设的范围时，所述主控站生成水系统的控制参数发送到水系统控制单元以驱动水系统修正差值。

其中，所述水系统控制单元，包括：用于驱动、控制和保护冷冻泵电机的冷冻泵智能驱动单元，用于驱动、控制和保护冷却泵电机的冷却泵智能驱动单元，用于检测和管控冷水机组的冷水机组智能管控单元，以及用于驱动、控制和保护冷却塔电机的冷却塔智能驱动单元。

其中，所述第一过程数据包括：冷冻水供水总管压力、冷冻水回水总管压力、冷冻水供水总管温度、冷冻水回水总管温度、冷冻水流量、冷却水进水总管温度、冷却水出水总管温度、各冷水机冷冻水出水温度、各冷水机冷却水出水温度。

其中，所述风柜包括：送风机、表冷阀、新风阀、回风阀和排风阀。

其中，所述第二过程数据包括：送风温度、送风湿度、新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度和回风二氧化碳浓度。

本发明的有益效果为：通过采用嵌入式技术开发的以单片机为核心的控制电路板，控制电路板连接有变频器，控制电路板根据负荷通过变频器调节水泵的运行频率，同时提供对于参数的运算，实现对空调的全面监控和有效管理，提供丰富的运行数据和管控功能的同时降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式中提供的一种基于风水联动的中央空调能效管控系统的结构方框图。

图2是本发明具体实施方式中提供的水系统控制单元的结构方框图。

图3是本发明具体实施方式中提供的风柜的结构方框图。

图4是本发明具体实施方式中提供的一种基于风水联动的中央空调能效管控系统的控制方法的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其是本发明具体实施方式中提供的一种基于风水联动的中央空调能效管控系统的结构方框图。如图所示，该中央空调能效管控系统，包括：水系统智能传感单元21、风柜智能传感单元31、信号采集装置40、主控站10、水系统控制单元20和风柜智能驱动装置30；

所述水系统智能传感单元21，用于采集描述中央空调的水系统运行状态的第一过程数据，并把所述第一过程数据转换为第一标准传感信号；

所述风柜智能传感单元31，用于采集描述中央空调的风系统运行环境的第二过程数据，并将所述第二过程数据转换为第二标准传感信号；

所述信号采集装置40，用于接收所述第一标准传感信号并输出到所述主控站10；

所述风柜智能驱动装置30，用于接收所述第二标准传感信号并结合所述风柜32的运行状态数据计算风柜32的负荷后输出到所述主控站10；

所述主控站10，用于根据所述第一标准传感信号和所述风柜32的负荷，分析计算水系统和风系统的负荷关系，预判风系统和水系统的负荷趋势，由所述负荷趋势生成水系统的控制参数；

所述水系统控制单元20，用于根据所述水系统的控制参数驱动水系统运转。

具体的，如图2所示，所述水系统控制单元20，包括：用于驱动、控制和保护冷冻泵电机的冷冻泵智能驱动单元201、用于驱动、控制和保护冷却泵电机的冷却泵智能驱动单元202、用于检测和管控冷水机组的冷水机组智能管控单元203、用于驱动、控制和保护冷却塔电机的冷却塔智能驱动单元204。

更具体而言，所述冷冻泵智能驱动单元201用于驱动、控制和保护冷冻泵电机，实时监测冷冻泵电机的电量参数和电能质量参数，自动监测管理冷冻泵的设备运行状态和工作能效，根据空调末端负荷状态，接收系统主控站10的指令自动调节冷冻水循环流量，优化冷冻水输送系数。

所述冷却泵智能驱动单元202，用于驱动、控制和保护冷却泵电机，实时监测冷却泵电机的电量参数和电能质量参数，自动监测管理冷却泵的设备运行状态和工作能效，根据冷却水散热效果和空调末端负荷状态，接收系统主控站10的指令自动调节冷却水循环流量，优化制冷系统的能效比。

所述冷水机组智能管控单元203，用于监测和管控冷水机组，读取冷水机组运行参数、电能参数和电能质量参数，根据空调末端负荷，接收系统主控站10的指令自动控制冷水机组运行状态、调节参数设定值，优化制冷系统能效比，控制与冷水机组配套的冷冻阀和冷却阀。

所述冷却塔智能驱动单元204，用于驱动、控制和保护冷却塔电机，监测冷却塔电机的电量参数，自动监测管理冷却塔的设备运行状态和工作能效，根据冷却水散热效果和冷水机组运行状态，接收系统主控站10的指令自动控制冷却塔的开机台数，优化制冷系统能效比。

其中，所述第一过程数据包括：冷冻水供水总管压力、冷冻水回水总管压力、冷冻水供水总管温度、冷冻水回水总管温度、冷冻水流量、冷却水进水总管温度、冷却水出水总管温度、各冷水机冷冻水出水温度、各冷水机冷却水出水温度。

具体的，如图3所示，所述风柜32包括：送风机321、表冷阀322、新风阀323、回风阀324和排风阀325。

进一步的，所述第二过程数据包括：送风温度、送风湿度、新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度和回风二氧化碳浓度。

综上所述，通过为中央空调系统的控制调节提供全面的末端负荷信息，增强了风系统和水系统的信息互通和数据交换，解决了水系统和风系统控制参数设置不匹配问题，避免了出现整体供冷过剩而局部供冷不足的情况，实现了风系统和水系统的协调运转，提高综合能效。

请参考图4，其是本发明具体实施方式中提供的一种基于风水联动的中央空调能效管控系统的控制方法的方法流程图，该控制方法用于前述的中央空调能效管控系统实现控制过程。

如图所示，该控制方法，包括：

步骤S401：风柜智能驱动装置30接收第二标准传感信号，所述第二标准传感信号携带有描述中央空调的风系统运行环境的第二过程数据。

第二过程数据具体包括：送风温度、送风湿度、新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度和回风二氧化碳浓度。

上述数据是能效管控的计算的基础。

步骤S402：根据所述第二过程数据和风柜32的运行状态数据计算所述风柜32的负荷，将风柜32的负荷发送到主控站10。

风柜32的运行状态数据具体包括运行状态、运行频率、表冷阀322开度、新风阀323开度、回风阀324开度和排风阀325开度。

步骤S403：主控站10统计各个风柜32的负荷，根据第一标准传感信号计算水系统的当前供冷量，计算风柜32的总负荷与当前供冷量的差值；所述第一标准传感信号携带有描述中央空调的水系统运行状态的第一过程数据。

一般而言，差值应该处于一个合适的范围，也就是有一个上限值和一个下限值，差值应处于上限值和下限值之间。

步骤S404：当所述差值超出预设的范围时，所述主控站10生成水系统的控制参数发送到水系统控制单元20以驱动水系统修正差值。

当差值高于上限值或低于下限值时，需要调整水系统的运行参数对差值进行修正。具体可以通过对水系统的各个单元进行单独或混合调整。

其中，所述水系统控制单元20，包括：用于驱动、控制和保护冷冻泵电机的冷冻泵智能驱动单元201、用于驱动、控制和保护冷却泵电机的冷却泵智能驱动单元202、用于检测和管控冷水机组的冷水机组智能管控单元203、用于驱动、控制和保护冷却塔电机的冷却塔智能驱动单元204。

具体而言，通过如下过程实现控制过程，如果差值超过上限，则降低冷冻水回水温度设定，降低冷却水出水温度设定，提高冷却水进出水温差设定；如果风柜32总负荷与水系统供冷量的差值超过下限，则提高冷冻水回水温度设定，提高冷却水出水温度设定，降低冷却水进出水温差设定。

自动调节冷冻泵运行频率：通过水系统智能传感单元21采集冷冻水回水温度，把冷冻水回水温度转换为标准量程，计算冷冻水回水温度设定与冷冻水回水温度的差值，采用PID控制算法，计算出冷冻泵运行频率值，把冷冻泵运行频率计算值转化为冷冻泵智能驱动单元201频率的标准范围；

冷冻泵频率写入冷冻泵智能驱动单元201：与各个冷冻泵智能驱动单元201通信，把冷冻泵频率输出写入各个冷冻泵智能驱动单元201，调节各个冷冻泵智能驱动单元201的频率，从而完成冷冻泵与风系统的联动，实现中央空调系统整体能效优化；

自动调节冷却泵运行频率：通过水系统智能传感单元21采集冷却水出水温度，把冷却水出水温度转换为标准量程，计算冷却水出水温度设定与冷却水出水温度的差值，采用PID控制算法，计算出冷却泵运行频率值，把冷却泵运行频率计算值转化为冷却泵智能驱动单元202频率的标准范围；

冷却泵频率写入冷却泵智能驱动单元202：与各个冷却泵智能驱动单元202通信，把冷却泵频率输出写入各个冷却泵智能驱动单元202，调节各个冷却泵智能驱动单元202的频率，从而完成冷却泵与风系统的联动，实现中央空调系统整体能效优化；

自动调节冷却塔开机台数：通过水系统智能传感单元21采集冷却水出水温度和冷却水进水温度，计算冷却水进出水温差。若冷却水进出水温差>冷却水进出水温差设定+死区，则减开1台冷却塔，若冷却水进出水温差<冷却水进出水温度设定-死区，则增开1台冷却塔；

冷却塔开机台数写入冷却塔智能驱动单元204：与冷却塔智能驱动单元204通信，把冷却塔开机台数输出写入冷却塔智能驱动单元204，调节冷却塔智能驱动单元204的开机台数，从而完成冷却塔与风系统的联动，实现中央空调系统整体能效优化。

其中，所述第一过程数据包括：冷冻水供水总管压力、冷冻水回水总管压力、冷冻水供水总管温度、冷冻水回水总管温度、冷冻水流量、冷却水进水总管温度、冷却水出水总管温度、各冷水机冷冻水出水温度、各冷水机冷却水出水温度。

其中，所述风柜32包括：送风机321、表冷阀322、新风阀323、回风阀324和排风阀325。

综上所述，通过为中央空调系统的控制调节提供全面的末端负荷信息，增强了风系统和水系统的信息互通和数据交换，解决了水系统和风系统控制参数设置不匹配问题，避免了出现整体供冷过剩而局部供冷不足的情况，实现了风系统和水系统的协调运转，提高综合能效。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于风水联动的中央空调能效管控系统，其特征在于，包括：水系统智能传感单元、风柜智能传感单元、信号采集装置、主控站、水系统控制单元和风柜智能驱动装置；

所述水系统智能传感单元，用于采集描述中央空调的水系统运行状态的第一过程数据，并把所述第一过程数据转换为第一标准传感信号；

所述风柜智能传感单元，用于采集描述中央空调的风系统运行环境的第二过程数据，并将所述第二过程数据转换为第二标准传感信号；

所述信号采集装置，用于接收所述第一标准传感信号并输出到所述主控站；

所述风柜智能驱动装置，用于接收所述第二标准传感信号并结合所述风柜的运行状态数据计算风柜的负荷后输出到所述主控站；

所述主控站，用于根据所述第一标准传感信号和所述风柜的负荷，分析计算水系统和风系统的负荷关系，预判风系统和水系统的负荷趋势，由所述负荷趋势生成水系统的控制参数；

所述水系统控制单元，用于根据所述水系统的控制参数驱动水系统运转。

2.根据权利要求1所述的中央空调能效管控系统，其特征在于，所述水系统控制单元，包括：用于驱动、控制和保护冷冻泵电机的冷冻泵智能驱动单元，用于驱动、控制和保护冷却泵电机的冷却泵智能驱动单元，用于检测和管控冷水机组的冷水机组智能管控单元，以及用于驱动、控制和保护冷却塔电机的冷却塔智能驱动单元。

3.根据权利要求1所述的中央空调能效管控系统，其特征在于，所述第一过程数据包括：冷冻水供水总管压力、冷冻水回水总管压力、冷冻水供水总管温度、冷冻水回水总管温度、冷冻水流量、冷却水进水总管温度、冷却水出水总管温度、各冷水机冷冻水出水温度、各冷水机冷却水出水温度。

4.根据权利要求1所述的中央空调能效管控系统，其特征在于，所述风柜包括：送风机、表冷阀、新风阀、回风阀和排风阀。

5.根据权利要求4所述的中央空调能效管控系统，其特征在于，所述第二过程数据包括：送风温度、送风湿度、新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度和回风二氧化碳浓度。

6.一种基于风水联动的中央空调能效管控系统的控制方法，其特征在于，包括：

风柜智能驱动装置接收第二标准传感信号，所述第二标准传感信号携带有描述中央空调的风系统运行环境的第二过程数据；

根据所述第二过程数据和风柜的运行状态数据计算所述风柜的负荷，将风柜的负荷发送到主控站；

主控站统计各个风柜的负荷，根据第一标准传感信号计算水系统的当前供冷量，计算风柜的总负荷与当前供冷量的差值；所述第一标准传感信号携带有描述中央空调的水系统运行状态的第一过程数据；

当所述差值超出预设的范围时，所述主控站生成水系统的控制参数发送到水系统控制单元以驱动水系统修正差值。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述水系统控制单元，包括：用于驱动、控制和保护冷冻泵电机的冷冻泵智能驱动单元，用于驱动、控制和保护冷却泵电机的冷却泵智能驱动单元，用于检测和管控冷水机组的冷水机组智能管控单元，以及用于驱动、控制和保护冷却塔电机的冷却塔智能驱动单元。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述第一过程数据包括：冷冻水供水总管压力、冷冻水回水总管压力、冷冻水供水总管温度、冷冻水回水总管温度、冷冻水流量、冷却水进水总管温度、冷却水出水总管温度、各冷水机冷冻水出水温度、各冷水机冷却水出水温度。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述风柜包括：送风机、表冷阀、新风阀、回风阀和排风阀。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第二过程数据包括：送风温度、送风湿度、新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度和回风二氧化碳浓度。