CN105115113B - 一种中央空调机房能效优化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中央空调机房能效优化系统。该系统由中央空调机房设备、检测控制器、能效管理器和后台服务器组成，所述中央空调机房设备包括冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机、冷水机组、新风机组、风机盘管、板式换热器和组合式空调器；所述检测控制器的输出端分别与中央空调机房设备对应连接，所述检测控制器的输入端连接能效管理器，所述能效管理器通过以太网与后台服务器通讯连接。本发明中，实现了对中央空调机房控制系统的反馈、调节和优化，提高能量利用效率、控制末端的能源浪费、降低无效的空调负荷，从而极大提升了系统整体的节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及中央空调控制系统领域，尤其涉及一种中央空调机房能效优化系统。
背景技术
中央空调机房控制系统的控制技术大体可以分为以下三类：一、模糊控制：模糊控制技术是智能控制的重要分支之一，该技术以结构简单、鲁棒性强、不需要被控对象的数学模型以及粗条快速等诸多优点被广泛应用；二、单个设备控制：该类控制大都集中在空调系统的单个设备的节能控制上，孤立设备的节能效果比较明显；三、机组的群控：简单地讲，就是把冷水机组、冷冻泵、冷却泵和冷却塔风扇等实现集中控制的一种控制策略。当然有可能有多台冷水机组、水泵等设备，由一台PC机或工控机实现统一控制，对各设备进行联锁启停，按需开闭各设备。
现有的这三类控制方案虽然都在不同程度上达到了一定的节能目的，但却各自存在着许多难以克服的问题。详述如下所示：
模糊控制：本身存在着诸如控制精度不高、“规则爆炸”等问题，虽然变论域模糊控制算法的提出在一定程度上解决了这些问题，但却无法将其根除。
单个设备控制：虽然孤立设备的节能效果比较明显,但是从整个系统角度来看,因为缺乏系统的节能解决方案，所以并没有获得与孤立设备相匹配的节能效果。在实际应用中，由于中央空调的高耦合性，往往是这个设备能耗下降，可是其它设备的能耗却增加了，进而严重影响到中央空调系统的整体节能效果。
机组的群控：该类控制技术已经有一定的研究，但在实际的系统应用中，真正投入使用的群控系统寥寥无几。其中一个最为主要的原因就是系统运行策略不完善，对各设备只是作单纯的联锁启停控制，致使空调设备出现频繁启停、末端空气质量差等一系列的问题。
虽然为了克服以上三类控制技术中出现的各种缺点，已有研究人员提出在中央空调的控制方案中，同时融合多种控制技术，从而达到优势互补的目的。比如，曾有研究人员提出一种基于模糊控制的群控节能方法。但是，由于以上三类控制技术都是基于经验的，或根据模糊控制设置一些模糊控制区间，这些控制系统大多具有多变量、强耦合、时变和非线性等特点，所以都没有建立起精确的数学模型。因此现有的各种控制方案都无法很好的解决控制精度不高的问题。
发明内容
本发明提供了一种中央空调机房能效优化系统，实现了对中央空调机房控制系统的反馈、调节和优化，提高能量利用效率、控制末端的能源浪费、降低无效的空调负荷，从而极大提升了系统整体的节能效果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种中央空调机房能效优化系统，其特征在于：该系统由中央空调机房设备、检测控制器、能效管理器和后台服务器组成，所述中央空调机房设备包括冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机、冷水机组、新风机组、风机盘管、板式换热器和组合式空调器；所述检测控制器的输出端分别与中央空调机房设备对应连接，所述检测控制器的输入端连接能效管理器，所述能效管理器通过以太网与后台服务器通讯连接。
所述检测控制器中设有电表和在线监测装置，所述后台服务器中设有能效计算模块、MySQL数据库和显示器。
所述检测控制器的输出端通过控制电路连接中央空调机房设备上的开关、阀门和变频器。
所述冷冻泵检测控制器、冷却泵检测控制器、冷却塔风机检测控制器、冷水机组检测控制器和板式换热器检测控制器的输入端连接第一能效管理器；新风机组检测控制器的输入端连接第二能效管理器；风机盘管检测控制器的输入端连接第三能效管理器；组合式空调器检测控制器的输入端连接第四能效管理器。
所述第一能效管理器的输出端连接制冷机。
所述冷冻泵和冷却泵为可变频水泵。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过上述本发明的技术方案，本系统能对中央空调的板式换热器、冷却水系统、冷冻水系统等进行参数集中监测，设备自动化控制以及反馈再控制，因此能够自动控制冷冻水、冷却水流量，确保中央空调主机的安全运行。系统能够按照空调系统的最佳运行参数去控制系统的运行，根据系统的运行工况的变化，通过能效优化模型与算法来动态地调整系统运行参数，确保空调始终处于优化的最佳工作点上，提高了系统的能量利用率。在系统的任何负荷条件下，都能既确保空调系统的舒适性、又实现最大程度的节能。本发明具有良好的发展前景以及巨大的经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种中央空调机房能效优化系统的整体结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种中央空调机房能效优化系统的结构展开示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1-图2所示，为本发明实施例提出的一种中央空调机房能效优化系统，该系统由中央空调机房设备1、检测控制器2、能效管理器3和后台服务器4组成，中央空调机房设备1包括冷冻泵11、冷却泵12、冷却塔风机13、冷水机组14、新风机组15、风机盘管16、板式换热器17和组合式空调器18；检测控制器2的输出端分别与中央空调机房设备1对应连接，检测控制器2的输入端连接能效管理器3，能效管理器3通过以太网5与后台服务器4通讯连接。
优选的，检测控制器2中设有电表和在线监测装置，后台服务器4中设有能效计算模块、MySQL数据库和显示器。
优选的，检测控制器2的输出端通过控制电路连接中央空调机房设备1上的开关、阀门和变频器。
优选的，冷冻泵检测控制器21、冷却泵检测控制器22、冷却塔风机检测控制器23、冷水机组检测控制器24和板式换热器检测控制器27的输入端连接第一能效管理器31；新风机组检测控制器25的输入端连接第二能效管理器32；风机盘管检测控制器26的输入端连接第三能效管理器33；组合式空调器检测控制器28的输入端连接第四能效管理器34。
优选的，第一能效管理器31的输出端连接制冷机6。
优选的，冷冻泵11和冷却泵12为可变频水泵。
下面结合附图对本发明的工作原理和操作过程说明如下：
本发明通过利用系统能效优化模型对换热系统进行优化能够显著的降低中央空调的系统能耗，从而达到节能的目的。即通过能源效率管理器建立系统能效优化模型，对空调系统进行相应的控制，使之达到更高的能效，并根据反馈的结果，按照能效模型控制相应的开关设备的启停，阀门的开度大小，以及变频器的频率，进而不断的再反馈、再调节、再优化。具体操作如下：
(1)分项计量。用电表分别测出中央空调制冷机房中的冷却水泵、冷水机组、冷冻水泵等用电设备的耗电量，即他们各自的能耗，分别记为W冷却泵能耗、W冷水机组、W冷冻泵能耗，然后自动将这些能耗数据发送到空调设备(系统)能源效率管理器，并一同显示在后台管理软件中，以便工作人员观察分析。
(2)在线监测。空调设备(系统)能源效率管理器能够实现对冷却水的进水压力(测量点接近冷水机组端)、冷却水的进水流量、冷却水的进水温度(检测点靠近冷水机组端)、冷却水的出水温度(检测点靠近冷水机组端)、冷冻水的进水流量、冷冻水的进水压力(检测点靠近冷水机组端)、冷冻水的进水温度(监测点靠近冷水机组端)、冷冻水的出水温度(检测点靠近冷水机组端)、室内实时温度(室内温度平均的位置)、室内实时湿度、红外感知次数(检测位置位于人比较集中的地方)进行实时的在线监测，监测数据可以实时显示在后台管理软件中，从而方便工作人员观察分析。并将采集到的数据保存在MySQL数据库中。
(3)能效评估。空调设备(系统)能源效率管理器能够实现对空调系统能源利用效率的评估。首先根据(1)中分项计量的冷却泵的分项能耗和(2)中实时监测到的冷却泵的进水流量、冷却泵的进水温度、冷却泵的出水温度，利用公式计算出冷却泵的实时系统能效；其次根据(1)中分项计量的冷冻泵的分项能耗和(2)中实时监测到的冷冻泵的进水流量、冷冻泵的进水温度、冷冻泵的出水温度，利用公式计算出冷冻泵的实时系统能效；然后通过选择时间段，调用数据库中保存的数据，计算出在这个时间段内冷却泵和冷冻泵的系统能源利用效率；最后利用公式：
计算出在自己选择的时间内空调系统中的用电大户冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵整体的系统能效。
其中字母表示为，EER：能效比，即能源利用效率；W：用电设备消耗的电能；C：介质的比热容，介质一般是水，C＝4.2*103焦/千克·摄氏度；m：介质的质量，通过流量计算获得，与流量成正相关；△T：温差，冷冻水泵是进出水温差，冷却水泵是出回水温差。
空调能效评估(系统)能够实现对中央空调系统中的各套用电设备能耗的分项计量，还有必要数据在线监测，以及对中央空调系统的能源利用效率的评估。
通过选择时间段，查询采集到MySQL数据库中的数据，通过公式：
还可以计算与后台管理软件上连接的空调、采暖、热水系统在这段时间内的总的系统能源利用效率，达到对用电设备整体的能源利用效率进行综合评估的目的。
接下来，将详细讲述一下控制系统中的几个关键性问题，如下所示：
(1)冷水机组的参数读取和负荷计算
冷水机组的相关数据获取将根据现场的情况确定，冷水机组的能耗数据和负荷水平是确定并优化其能效的关键数据。
若能够直接获取到冷水机组的相关运行数据，则只需将获得数据分别发送给底层控制器和服务器即可，通过比对和分析进行相应的控制。
若不能直接获取冷水机组的相关运行数据，我们将采取间接的形式—一通过测量机组电能表的数据、水泵运行频率和出回水的温差来反推出机组的能耗情况和能效水平。并根据负荷状况、冷机、水泵的工作状态应用系统能效优化模型控制冷水机组、冷却、冷冻水泵工作在系统最优状态。
(2)水泵的调节方案
空调系统中使用的水泵多为可变频的水泵，这就为我们进行能效优化提供了充足的物质基础。水泵调节的具体控制策略要根据现场情况进行调试，在此只简单陈述其控制思路：
在正常负载和天气条件下，地源热泵的供回水温度是基本恒定的，由于负载的变化会导致机组供回水温度及温差发生变化，对于泵的控制，我们将会根据室内外温湿度和供回水温差和系统能效最优的原则进行调节控制。
(3)由于冷水系统由于传输管路的距离有一定的长度，因此在下班前停开制冷机，充分利用管路中的冷量则是减少能耗的另一种重要措施。在天气凉爽情况下，可停机，尽量利用外部自然风。
总之，实现建筑节能的核心可以归结为一句话：利用检测设备和系统将建筑物的用能状况检测出来，通过能量管理找到建筑物中存在的浪费现象，并利用控制系统将浪费降下来，在获得了没有浪费能量的能量需求的前提下，能量管理系统再通过使中央空调设备运行在系统高效率状态下，实现节能。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过上述本发明的技术方案，本系统能对中央空调的板式换热器、冷却水系统、冷冻水系统等进行参数集中监测，设备自动化控制以及反馈再控制，因此能够自动控制冷冻水、冷却水流量，确保中央空调主机的安全运行。系统能够按照空调系统的最佳运行参数去控制系统的运行，根据系统的运行工况的变化，通过能效优化模型与算法来动态地调整系统运行参数，确保空调始终处于优化的最佳工作点上，提高了系统的能量利用率。在系统的任何负荷条件下，都能既确保空调系统的舒适性、又实现最大程度的节能。本发明具有良好的发展前景以及巨大的经济效益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种中央空调机房能效优化系统，其特征在于：该系统由中央空调机房设备、检测控制器、能效管理器和后台服务器组成，所述中央空调机房设备包括冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机、冷水机组、新风机组、风机盘管、板式换热器和组合式空调器；所述检测控制器的输出端分别与中央空调机房设备对应连接，所述检测控制器的输入端连接能效管理器，所述能效管理器通过以太网与后台服务器通讯连接；
冷冻泵检测控制器、冷却泵检测控制器、冷却塔风机检测控制器、冷水机组检测控制器和板式换热器检测控制器的输入端连接第一能效管理器；新风机组检测控制器的输入端连接第二能效管理器；风机盘管检测控制器的输入端连接第三能效管理器；组合式空调器检测控制器的输入端连接第四能效管理器；所述检测控制器中设有电表和在线监测装置，所述后台服务器中设有能效计算模块、MySQL数据库和显示器；所述检测控制器的输出端通过控制电路连接中央空调机房设备上的开关、阀门和变频器。
2.如权利要求1所述的中央空调机房能效优化系统，其特征在于：所述第一能效管理器的输出端连接制冷机。
3.如权利要求1所述的中央空调机房能效优化系统，其特征在于：所述冷冻泵和冷却泵为可变频水泵。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180807 |