CN105318460B - 控制系统、控制方法及应用其的冷水机组 - Google Patents

控制系统、控制方法及应用其的冷水机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制系统、控制方法及应用其的冷水机组，通过检测冷水机组换热器的进水温度、出水温度以及用于计算传热平均温差的换热器参数，并基于这些参数协调控制水泵频率和压缩机负载，可以在任何工况下保持冷水机组处于整体节能的运行状态。

Description

控制系统、控制方法及应用其的冷水机组
技术领域
本发明涉及空调技术，具体涉及一种控制系统、控制方法以及应用其的冷水机组。
背景技术
冷水机组可用作中央空调系统的主机，目前冷水机组通常通过控制驱动冷却水的水泵进行变频以实现节能控制，但是，在水泵变频后可能会导致冷水机组的压缩机运行于非节能区间。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种控制系统、控制方法和应用其的冷水机组，以使得在任何工况下，水泵和压缩机协调控制，整个机组处于整体节能的运行状态。
第一方面，提供一种冷水机组的控制系统，包括：
进水温度传感器，设置于所述冷水机组的蒸发器进水口，用于检测所述冷水机组换热器的进水温度；
出水温度传感器，设置于所述冷水机组的蒸发器出水口，用于检测所述换热器的出水温度；
换热器参数获取装置，用于检测用于计算传热平均温差的换热器参数；
控制器，用于根据所述进水温度、出水温度和所述换热器参数控制所述冷水机组的水泵的频率和压缩机的负载。
优选地，所述换热器参数获取装置为压力传感器，用于获取换热器的气管压力。
优选地，所述控制器用于根据所述气管压力获取对应的蒸发温度，并根据所述进水温度、出水温度计算进出水温差，根据所述进水温度、出水温度和所述蒸发温度计算传热平均温差，控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内。
优选地，所述控制器用于在同时满足以下条件时控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；
所述控制器还用于在同时满足以下条件时控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述水泵处于最小频率，或所述水泵不再降频。
优选地，所述控制器用于在同时满足以下条件时控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，压缩机处于满载状态；
所述控制器还用于在同时满足以下条件时控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或所述压缩机处于最小负载状态或所述压缩机不再卸载。
优选地，所述控制器还用于获取水泵频率变化率和压缩机负载变化率，并控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述水泵频率变化率和压缩机负载变化率保持在各自对应的预定范围内。
优选地，所述控制器用于在同时满足以下条件时控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；
(3)、所述水泵频率变化率小于第一阈值；
所述控制器还用于在同时满足以下条件时，控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述水泵处于最小频率，或所述水泵不再降频。
优选地，所述控制器用于在同时满足以下条件时控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述压缩机处于满载状态；
(3)、所述压缩机负载变化率小于第二阈值；
所述控制器还用于在同时满足以下条件时控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或压缩机处于最小负载状态或所述压缩机不再卸载。
第二方面，提供一种冷水机组，包括：
换热器，用于利用制冷剂与冷却水换热；
压缩机，用于对制冷剂进行压缩；
水泵，连接在冷却水循环系统中，用于驱动冷却水在终端机与换热器之间循环；以及
如上所述的控制系统。
第三方面，提供一种冷水机组的控制方法，包括：
检测冷水机组换热器的进水温度、出水温度以及用于计算传热平均温差的换热器参数；
根据所述进水温度、出水温度和换热器参数控制所述冷水机组的水泵的频率和压缩机的负载。
优选地，所述换热器参数为换热器的气管压力。
优选地，所述根据所述进水温度、出水温度和换热器参数控制所述冷水机组的水泵的频率和压缩机的负载包括：
根据所述气管压力获取对应的蒸发温度；
根据所述进水温度、出水温度计算进出水温差，并根据所述进水温度、出水温度和所述蒸发温度计算传热平均温差；
控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内。
优选地，控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载包括：
在同时满足以下条件时控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；以及，
在同时满足以下条件时控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述水泵处于最小频率，或所述水泵不再降频。
优选地，控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内还包括：
在同时满足以下条件时，控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述压缩机处于满载状态；以及
在同时满足以下条件时，控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或压缩机处于最小负载状态或所述压缩机不再卸载。
优选地，所述方法还包括：
获取水泵频率变化率和压缩机负载变化率；
所述控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内包括：
根据所述出水温度、传热平均温差和所述水泵频率变化率控制所述压缩机，以及根据所述进出水温差、传热平均温差和所述压缩机负载变化率控制所述水泵。
优选地，根据所述出水温度、传热平均温差和所述水泵频率变化率控制所述压缩机包括：
在同时满足以下条件时控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；
(3)、所述水泵频率变化率小于第一阈值；
在同时满足以下条件时控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，水泵处于最小频率，或水泵不再降频。
优选地，根据所述进出水温差、传热平均温差和所述压缩机负载变化率控制所述水泵包括：
在同时满足以下条件时控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，压缩机处于满载状态；
(3)、所述压缩机负载变化率小于第二阈值；
在同时满足以下条件时控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或压缩机处于最小负载状态或所述压缩机不再卸载。
本发明通过检测冷水机组换热器的进水温度、出水温度以及用于计算传热平均温差的换热器参数，并基于这些参数协调控制水泵频率和压缩机负载，可以在任何工况下保持冷水机组处于整体节能的运行状态。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的冷水机组的结构示意图；
图2是本发明实施例的冷水机组的控制系统的示意图；
图3是本发明另一个实施例的冷水机组的控制系统的示意图；
图4是本发明又一个实施例的冷水机组的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明实施例的冷水机组的结构示意图。本实施例以风冷式冷水机组为例进行说明，但是本领域技术人员可以理解，本发明实施例也可以应用于其它类型的冷水机组。如图1所示，所述冷水机组包括换热器1、冷凝器2、风扇3、压缩机4、膨胀阀7、水泵5和控制系统6。
其中，换热器1与制冷剂循环管路以及冷却水循环管路连接，在换热器1中，制冷剂与冷却水进行换热。在本实施例中，换热器1为蒸发器。在蒸发器1中，制冷剂被蒸发从而对冷却水进行制冷。优选地，蒸发器1可以为壳管式蒸发器。
压缩机4用于吸入换热后的低温低压的气态制冷剂进行压缩形成为高温高压的气态制冷剂。被压缩机压缩后的制冷剂沿制冷剂循环管路循环到冷凝器2进行冷凝。风扇3用于对冷凝器2进行散热，以使得制冷剂在冷凝器2中被冷凝为液态并沿制冷剂循环管路经由膨胀阀7进入蒸发器1。
再次进行换热。换热器1、压缩机4、冷凝器2和膨胀阀7构成了制冷剂的循环回路。
应理解，以上以蒸发器作为换热器为例进行说明，本发明实施例的冷水机组也可以采用非相变换热的换热器，在采用这类换热器的前提下，制冷循环回路中可以不包括冷凝器。
水泵5连接在冷却水循环回路中，用于驱动冷却水在终端机a与换热器1之间循环。
应理解，在冷却水循环管路中，还可以设置例如截止阀、自动排气阀、排水管、膨胀水箱、止回阀、过滤器等多种仪表或装置以调节和控制冷却水循环管路。
控制系统6用于控制水泵5的频率和压缩机4的负载以使得整个冷水机组运行于节能状态。
图2是本发明实施例的冷水机组的控制系统的示意图。如图2所示，控制系统6包括进水温度传感器61、出水温度传感器62、换热器参数获取装置63和控制器64。
进水温度传感器61设置于冷水机组的蒸发器进水口，用于检测换热器1的进水温度Ti。
出水温度传感器62设置于冷水机组的蒸发器出水口，用于检测换热器1的出水温度To。
换热器参数获取装置63用于检测用于计算传热平均温差的换热器参数。优选地，在换热器为蒸发器的前提下，由于蒸发器采用相变方式传热，制冷剂在蒸发器内保持为饱和温度（也称为蒸发温度）。此时，换热器参数为蒸发器的气管压力，根据该气管压力可以获取得到蒸发器内处于气液平衡状态的制冷剂的温度，从而可以进一步计算换热器的传热平均温差。这种情况下，换热器参数获取装置63为压力传感器，其用于检测蒸发器的气管压力。
在换热器为非相变式换热器的前提下，制冷剂以液态形式在换热器中与冷却水进行换热。此时，换热器参数可以为制冷剂的进液温度和出液温度，基于上述两个温度以及冷却水的进水温度和出水温度即可进一步计算换热器的传热平均温差。这种情况下，换热器参数获取装置63包括设置于换热器的制冷剂循环管路中的进液温度传感器和出液温度传感器。
控制器64与进水温度传感器61、出水温度传感器62和换热器参数获取装置63连接，接收三者检测到的进水温度Ti、出水温度To以及换热器参数。控制器64同时还与水泵5以及压缩机4连接，以分别向水泵5和压缩机4发送指令进行控制。
控制器64用于根据进水温度Ti、出水温度To和换热器参数（优选为气管压力Pi）控制冷水机组的水泵5的频率和压缩机4的负载。
具体地，控制器64根据气管压力Pi获取对应的蒸发温度Te，并根据进水温度Ti、出水温度To计算进出水温差ΔT（也即，ΔT=Ti-To），然后根据进水温度Ti、出水温度To和蒸发温度Te计算传热平均温差ΔTd，进而控制水泵5的频率和压缩机4的负载以使得出水温度To、进出水温差ΔT和传热平均温差ΔTd保持在各自对应的预定范围内。其中，传热平均温差ΔTd可以采用各种现有方式计算获得，例如，可以采用对数平均温差计算方式来计算，也可以采用算数平均计算方式来计算。在本实施例中，采用算数平均计算方式来计算传热平均温差ΔTd，即：ΔTd=(To+Ti)/2-Te。
出水温度To可以表示冷水机组的制冷效果是否可以达到用户要求，进出水温差ΔT和传热平均温差ΔTd可以表示水泵和压缩机协同工作的效率状态。总体来说，传热平均温差ΔTd越大说明压缩机的工作效率越高，但是，传热平均温差ΔTd过大可能也会导致水泵的效率下降。因此，将上述参数控制在对应的预定范围内，可以在满足用户要求的同时现实现冷水机组整体运行于节能状态。
在本实施例中，控制器64按照如下方式控制压缩机进行加载或卸载，也即，在同时满足以下条件时控制压缩机4加载：
(1)、出水温度To大于目标出水温度Ts与第一控制偏差a的和，即，To>Ts+a。其中，目标出水温度Ts为预先设定的值，其可以由用户通过冷水机组的人机交互系统（例如控制面板）进行设置和修改。第一控制偏差a也为预先设置的值，其优选为0.5摄氏度。
(2)、传热平均温差ΔTd小于传热温差下限阈值b，或，水泵4处于最大频率。其中，传热温差下限阈值b为预先设定的值。
在同时满足以下条件时，控制器64控制压缩机4卸载：
(1)、出水温度To小于目标出水温度Ts与第一控制偏差a的差，即，To<Ts-a。
(2)、传热平均温差ΔTd大于传热温差上限阈值c，或，水泵处于最小运行频率，或水泵未进行降频。其中，传热温差上限阈值c为预先设定的值。
在其它情况下控制压缩机5保持当前状态。
第一控制偏差a限定了出水温度To可以偏离目标出水温度Ts的范围，即(Ts-a,Ts+a)，一旦出水温度To偏离目标出水温度Ts超出第一控制偏差a限定的范围，则有可能触发对压缩机负载进行干预，以保证出水温度To的稳定。
同时，传热温差下限阈值b和传热温差上限阈值c限定了系统换热平均温差的最优区间，即（b，c），在此区间内，压缩机4和水泵5协作使得系统整体效率较高。传热平均温差ΔTd偏离系统换热温差不处于最优区间时，系统整体效率较低。
在出水温度To高出目标出水温度Ts较多，且系统换热温差不处于最优区间时，通过控制压缩机4加载来降低出水温度To，同时会增大传热平均温差ΔTd以使得系统整体效率提升。
在出水温度To高出目标出水温度Ts较多，且水泵已经处于最大频率状态，无法进一步通过加快水循环来降低出水温度时，需要通过对压缩机4加载来保证出水温度To稳定。
在出水温度To低于目标出水温度Ts较多，且系统换热温差不处于最优区间时，通过控制压缩机4卸载来提高出水温度To，同时会减小传热平均温差ΔTd以使得系统整体效率提升。
在出水温度To低于目标出水温度Ts较多，且水泵5处于最小频率或水泵5根据控制器的控制并未进行降频时，水泵的状态不会进行改变，此时，必须通过对压缩机4卸载来保证出水温度To稳定。
在本发明实施中，控制水泵升频是指提高水泵驱动电机的转速，降频是指降低水泵驱动电机的转速，水泵进行变频调速后，冷却水循环回路中的冷却水循环速度/流量会发生变化以使得冷却水在换热器1中进行换热的时间变化，进出水温差会增大（水泵升频）或减小（水泵降频），进而影响整个系统的运行。在本实施例中，控制器64按照如下方式控制水泵5进行升频或降频。
在同时满足以下条件时控制水泵5升频：
(1)、进出水温差ΔT大于目标进出水温差ΔTs与第二控制偏差A的和，即，ΔT>ΔTs+A。其中，目标进出水温差ΔTs为预先设定的值，用户可以通过人机交互系统进行设置和修改。而且，第二控制偏差A也为预先设定的值。
(2)、传热平均温差ΔTd大于传热温差上限阈值c，或，压缩机处于满载状态。
在同时满足以下条件时，控制水泵5降频：
(1)、进出水温差ΔT小于目标进出水温差ΔTs与第二控制偏差A的差，即，ΔT<ΔTs-A。
(2)、传热平均温差ΔTd小于传热温差下限阈值b，或压缩机4处于最小负载状态或压缩机4未卸载。
在其它情况下控制水泵5保持当前状态。
第二控制偏差A限定了进出水温差ΔT可以偏离目标进出水温差ΔTs的范围，即(ΔTs-A,ΔTs+A)，一旦进出水温差ΔT偏离目标出水温度ΔTs超出第二控制偏差A限定的范围，则有可能触发对水泵频率进行干预，以保证进出水温差ΔT的稳定。进出水温差ΔT保持稳定可以保证水泵处于节能运行状态。
同时，传热温差下限阈值b和传热温差上限阈值c限定了系统换热平均温差的最优区间，即（b，c），在此区间内，压缩机4和水泵5协作使得系统整体效率较高。传热平均温差ΔTd偏离系统换热温差不处于最优区间时，系统整体效率较低。
在进出水温差ΔT高出目标进出水温差ΔTs较多，且系统换热温差不处于最优区间时，通过控制水泵5升频，提高冷却水的循环速度，降低其在换热器中的停留时间，以降低进出水温差ΔT，这同时会降低传热平均温差ΔTd以使得系统整体效率提升。
在进出水温差ΔT高出目标进出水温差ΔTs较多，且压缩机4已经处于满载状态，无法进一步通过增加压缩机负载来降低进出水温差时，必须通过对水泵5升频来保证进出水温差ΔT稳定。
在进出水温差ΔT低于目标进出水温差ΔTs较多，且系统换热温差不处于最优区间时，通过控制水泵5降频，减低冷却水的循环速度，降低其在换热器中的停留时间，以提高进出水温差ΔT，同时会增大传热平均温差ΔTd以使得系统整体效率提升。
在进出水温差ΔT低于目标进出水温差ΔTs较多，且压缩机4处于最小负载状态或压缩机4根据控制器的控制并未进行卸载时，压缩机4的状态不会进行改变，此时，必须通过对水泵5降频来保证进出水温差ΔT稳定。
由此，通过检测冷水机组换热器的进水温度、出水温度以及用于计算传热平均温差的换热器参数，并基于这些参数协调控制水泵频率和压缩机负载，可以在任何工况下保持冷水机组处于整体节能的运行状态。
而且，对于原有具有水泵变频节能功能的冷水机组，由于已经设置了进水温度传感器、出水温度传感器以及换热器参数获取装置，因此，将其改造为本实施例的冷水机组不必增加新的传感部件，就可以实现在任何工况下保持冷水机组处于整体节能的运行状态，改造升级成本较低。
图3是本发明另一个实施例的冷水机组的控制系统的示意图。如图3所示，控制系统6包括进水温度传感器61、出水温度传感器62、换热器参数获取装置63和控制器64。
其中，进水温度传感器61、出水温度传感器62和换热器参数获取装置63的设置与上一实施例相同，在此不再赘述。
控制器64与进水温度传感器61、出水温度传感器62和换热器参数获取装置63连接，接收三者检测到的进水温度Ti、、出水温度To以及换热器参数。控制器64同时还与水泵5以及压缩机4连接，根据与水泵5以及压缩机4的通信获取（可与水泵5、压缩机4双向通信）或根据自身发出的指令获取水泵频率变化率和压缩机负载变化率，并分别向水泵5和压缩机4发送指令进行控制。
其中，水泵频率变化率为单位时间内水泵的频率变化，也即，[H(t)-H(t-Δt)]/Δt，其中，H(t)为t时刻的水泵频率，Δt为预定时间。压缩机负载变化率为单位时间内压缩机的负载变化，也即，[L(t)-L(t-Δt)]/ Δt，其中，L(t)为t时刻的压缩机负载，Δt为预定时间。两者可以分别体现水泵和压缩机调节的强度。
控制器64用于根据进水温度Ti、出水温度To和换热器参数（优选为壳管气管压力Pi）以及水泵频率变化率和压缩机负载变化率控制所述冷水机组的水泵的频率和压缩机的负载。
具体地，控制器64根据气管压力Pi获取对应的蒸发温度Te，并根据进水温度Ti、出水温度To计算进出水温差ΔT；然后根据进水温度Ti、出水温度To和蒸发温度Te计算传热平均温差ΔTd，控制水泵5的频率和压缩机4的负载以使得出水温度To、进出水温差ΔT和传热平均温差ΔTd以及水泵频率变化率和保持压缩机负载变化率在各自对应的预定范围内。
在本实施例中，控制器64按照如下方式控制压缩机进行加载或卸载，也即，在同时满足以下条件时，控制压缩机4加载：
(1)、出水温度To大于目标出水温度Ts与第一控制偏差a的和，即，To>Ts+a。其中，目标出水温度Ts为预先设定的值，其可以由用户通过冷水机组的人机交互系统进行设置和修改。第一控制偏差a也为预先设置的值，其优选为0.5摄氏度。
(2)、传热平均温差ΔTd小于传热温差下限阈值b，或，水泵处于最大频率。传热温差下限阈值b为预先设定的值。
(3)、水泵频率变化率小于第一阈值d。其中，第一阈值d为预先设定的值。
同时，在同时满足以下条件时，控制压缩机4卸载：
(1)、出水温度To小于目标出水温度Ts与第一控制偏差a的差，即，To<Ts-a。
(2)、传热平均温差ΔTd大于传热温差上限阈值c，或，水泵处于最小运行频率，或水泵未进行降频。其中，传热温差上限阈值c为预先设定值。
在其它情况下控制压缩机4保持当前状态。
通过在控制压缩机4加载时增加对于水泵频率变化率的考虑，避免由于压缩机4的调节引发水泵频繁升频，从而保持系统稳定，延长设备的使用寿命。
在本实施例中，控制器64按照如下方式控制水泵5进行升频或降频。
在同时满足以下条件时，控制水泵5升频：
(1)、进出水温差ΔT大于目标进出水温差ΔTs与第二控制偏差A的和，即，ΔT>ΔTs+A。其中，目标进出水温差ΔTs为预先设定的值，用户可以通过人机交互界面进行设置和修改。第二控制偏差A也为预先设定的值。
(2)、传热平均温差ΔTd大于传热温差上限阈值c，或，压缩机处于满载状态。
(3)、压缩机负载变化率小于第二阈值D。其中，第二阈值D为预先设定的值。
在同时满足以下条件时，控制水泵5降频：
(1)、进出水温差ΔT小于目标进出水温差ΔTs与第二控制偏差A的差，即，ΔT<ΔTs-A。
(2)、传热平均温差ΔTd小于传热温差下限阈值b，或压缩机处于最小负载状态或所述压缩机状态保持不变。
在其它情况下控制水泵5保持当前状态。
通过在控制水泵5升频时增加对于压缩机频率变化率的考虑，避免由于水泵5的调节引发压缩机4频繁加载，从而保持系统稳定，延长设备的使用寿命。
图4是本发明又一个实施例的冷水机组的控制方法的流程图。如图4所示，所述方法包括：
步骤410、检测冷水机组的换热器进水温度、出水温度以及用于计算传热平均温差的换热器参数。
步骤420、根据所述进水温度、出水温度和换热器参数控制所述冷水机组的水泵的频率和压缩机的负载。
应理解，以上步骤可以周期性地运行，从而持续地进行控制。
优选地，在冷水机组的换热器为蒸发器时，换热器参数为换热器的气管压力，其可以通过设置在蒸发器气管的压力传感器检测获取。
优选地，步骤420包括：
步骤421、根据所述气管压力获取对应的蒸发温度。
步骤422、根据所述进水温度、出水温度计算进出水温差，根据所述进水温度、出水温度和所述蒸发温度计算传热平均温差。
步骤423、控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内。
优选地，步骤423进一步包括：
步骤423a、在同时满足以下条件时，控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率。
步骤423b、在同时满足以下条件时，控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述水泵处于最小运行频率，或所述水泵未进行降频。
步骤423c、在其它情况下保持压缩机状态不变。
优选地，步骤423还包括：
步骤423d、在同时满足以下条件时，控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，压缩机处于满载状态。
步骤423e、在同时满足以下条件时，控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或压缩机处于最小负载状态或所述压缩机未进行卸载。
步骤423f、在其它情况下保持水泵状态不变。
应理解，上述步骤423a-c与步骤423d-f可以同时执行，或按照预定的顺序执行，或单独执行。
由此，通过检测冷水机组换热器的进水温度、出水温度以及用于计算传热平均温差的换热器参数，并基于这些参数协调控制水泵频率和压缩机负载，可以在任何工况下保持冷水机组处于整体节能的运行状态。
而且，对于原有具有水泵变频节能功能的冷水机组，由于已经设置了进水温度传感器、出水温度传感器以及换热器参数获取装置，因此，基于本实施例的冷水机组不必增加新的传感部件，就可以实现在任何工况下保持整个冷水机组处于整体节能的运行状态，改造升级成本较低。
另一方面，还可以通过获取水泵频率变化率和压缩机负载变化率，并在控制时考虑上述参数以使得系统运行更加稳定。
在此前提下，所述控制方法中的步骤410还包括：
获取水泵频率变化率和压缩机负载变化率。
同时步骤423包括：根据所述出水温度、传热平均温差和所述水泵频率变化率控制所述压缩机，以及根据所述进出水温差、传热平均温差和所述压缩机负载变化率控制所述水泵。
在此前提下，步骤423包括：
步骤423a’、在同时满足以下条件时，控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；
(3)、所述水泵频率变化率小于第一阈值；
步骤423b’、在同时满足以下条件时，控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，水泵处于最小运行频率，或水泵未进行降频。
步骤423c’、在其他情况下保持压缩机状态不变。
通过在控制压缩机加载时增加对于水泵频率变化率的考虑，避免由于压缩机的调节引发水泵频繁升频，从而保持系统稳定，延长设备的使用寿命。
优选地，步骤423中对水泵的控制包括：
步骤423d’、在同时满足以下条件时控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，压缩机处于满载状态；
(3)、所述压缩机负载变化率小于第二阈值；
步骤423e’、在同时满足以下条件时控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或所述压缩机处于最小负载状态或所述压缩机未进行卸载。
步骤423f’、在其它情况下保持水泵状态不变。
应理解，上述步骤423a’-c’与步骤423d’-f’可以同时执行，或按照预定的顺序执行，或单独执行。
通过在控制水泵升频时增加对于压缩机频率变化率的考虑，避免由于压缩机的调节引发压缩机频繁加载，从而保持系统稳定，延长设备的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种冷水机组的控制系统，包括：
进水温度传感器，设置于所述冷水机组的蒸发器进水口，用于检测所述冷水机组换热器的进水温度；
出水温度传感器，设置于所述冷水机组的蒸发器出水口，用于检测所述换热器的出水温度；
换热器参数获取装置，用于检测用于计算传热平均温差的换热器参数；
控制器，用于根据所述进水温度、出水温度和所述换热器参数控制所述冷水机组的水泵的频率和压缩机的负载。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述换热器参数获取装置为压力传感器，用于获取换热器的气管压力。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制器用于根据所述气管压力获取对应的蒸发温度，并根据所述进水温度、出水温度计算进出水温差，根据所述进水温度、出水温度和所述蒸发温度计算传热平均温差，控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制器用于在同时满足以下条件时控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；
所述控制器还用于在同时满足以下条件时控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述水泵处于最小频率，或所述水泵不再降频。
5.根据权利要求3或4所述的控制系统，其特征在于，所述控制器用于在同时满足以下条件时控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，压缩机处于满载状态；
所述控制器还用于在同时满足以下条件时控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或所述压缩机处于最小负载状态或所述压缩机不再卸载。
6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还用于获取水泵频率变化率和压缩机负载变化率，并控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述水泵频率变化率和压缩机负载变化率保持在各自对应的预定范围内。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述控制器用于在同时满足以下条件时控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；
(3)、所述水泵频率变化率小于第一阈值；
所述控制器还用于在同时满足以下条件时，控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述水泵处于最小频率，或所述水泵不再降频。
8.根据权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述控制器用于在同时满足以下条件时控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述压缩机处于满载状态；
(3)、所述压缩机负载变化率小于第二阈值；
所述控制器还用于在同时满足以下条件时控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或压缩机处于最小负载状态或所述压缩机不再卸载。
9.一种冷水机组，包括：
换热器，用于利用制冷剂与冷却水换热；
压缩机，用于对制冷剂进行压缩；
水泵，连接在冷却水循环系统中，用于驱动冷却水在终端机与换热器之间循环；以及
如权利要求1-8中任一项所述的控制系统。
10.一种冷水机组的控制方法，包括：
检测冷水机组换热器的进水温度、出水温度以及用于计算传热平均温差的换热器参数；
根据所述进水温度、出水温度和换热器参数控制所述冷水机组的水泵的频率和压缩机的负载。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述换热器参数为换热器的气管压力。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述进水温度、出水温度和换热器参数控制所述冷水机组的水泵的频率和压缩机的负载包括：
根据所述气管压力获取对应的蒸发温度；
根据所述进水温度、出水温度计算进出水温差，并根据所述进水温度、出水温度和所述蒸发温度计算传热平均温差；
控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载包括：
在同时满足以下条件时控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；以及，
在同时满足以下条件时控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述水泵处于最小频率，或所述水泵不再降频。
14.根据权利要求12或13所述的控制方法，其特征在于，控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内还包括：
在同时满足以下条件时，控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，所述压缩机处于满载状态；以及
在同时满足以下条件时，控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或压缩机处于最小负载状态或所述压缩机不再卸载。
15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取水泵频率变化率和压缩机负载变化率；
所述控制所述水泵的频率和所述压缩机的负载以使得所述出水温度、所述进出水温差和所述传热平均温差保持在各自对应的预定范围内包括：
根据所述出水温度、传热平均温差和所述水泵频率变化率控制所述压缩机，以及根据所述进出水温差、传热平均温差和所述压缩机负载变化率控制所述水泵。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，根据所述出水温度、传热平均温差和所述水泵频率变化率控制所述压缩机包括：
在同时满足以下条件时控制所述压缩机加载：
(1)、所述出水温度大于目标出水温度与第一控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差小于传热温差下限阈值，或，所述水泵处于最大频率；
(3)、所述水泵频率变化率小于第一阈值；
在同时满足以下条件时控制所述压缩机卸载：
(1)、所述出水温度小于目标出水温度与第一控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，水泵处于最小频率，或水泵不再降频。
17.根据权利要求15或16所述的控制方法，其特征在于，根据所述进出水温差、传热平均温差和所述压缩机负载变化率控制所述水泵包括：
在同时满足以下条件时控制所述水泵升频：
(1)、所述进出水温差大于目标进出水温差与第二控制偏差的和；
(2)、所述传热平均温差大于传热温差上限阈值，或，压缩机处于满载状态；
(3)、所述压缩机负载变化率小于第二阈值；
在同时满足以下条件时控制所述水泵降频：
(1)、所述进出水温差小于目标进出水温差与第二控制偏差的差；
(2)、所述传热平均温差小于所述传热温差下限阈值，或压缩机处于最小负载状态或所述压缩机不再卸载。
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