CN105546759A - 一种集中空调节能控制系统及其控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集中空调节能控制系统及其控制策略，所述控制系统包括房间负荷分析模块、风量控制模块、冷冻水流量控制模块、冷却水流量控制模块、冷却塔控制模块、室内温度传感器组、冷冻水温度传感器组、冷却水温度传感器组、室外温湿度传感器、冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备、风系统末端设备、各部件之间的连接装置和存放各数据处理控制模块的控制柜。所述控制策略根据房间负荷变化直接指导系统调控，根据房间温度的变化计算房间负荷波动，转化为实时风量调节量、实时冷冻水流量调节量、实时冷却水流量调节量。供回水温差控制模式为维护系统正常运行的监控手段。本发明系统结构紧凑、自动化程度高、智能化程度高、运行稳定可靠。

Description

一种集中空调节能控制系统及其控制策略

技术领域

本发明属于空调领域，具体涉及集中空调节能控制系统及其控制策略。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，近年来城市化步伐逐步加快，建筑能耗已经占据我国能耗中最大比重。据不完全统计，截止2014年，我国公共建筑面积已经超过100亿平方米，其中大型公共建筑的年能耗水平是普通公共建筑的1-3倍，居住建筑的3-4倍。大型公共建筑中相当一部分的能耗来源于集中空调系统，因而如何降低公共建筑中的空调能耗将会是我国未来几年节能减排工作中的重要内容。在空调系统的设计中，通常根据设计的最大冷、热负荷来确定空调主机、水泵的选型，而在实际运行过程中，由于室内负荷的多变性，大部分空调系统是在部分负荷工况下运行，这就造成了大量的能耗浪费。针对集中空调系统的运行，调节，控制等方面进行智能优化是解决这类问题的一个科学方案。

现有的集中空调智能控制系统，包括中央控制器、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、制冷主机和末端设备，中央控制器包括数据处理器，冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、制冷主机和末端设备分别设有传感器并与数据处理器相连。该装置可以采集末端设备、冷冻水泵、冷却水泵、制冷主机、冷却塔的工况参数，实现冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的智能控制。然而该装置存在几点待改进之处，一是缺少风系统的智能控制，即无法调节出风量来适应室内负荷的变化，无法实现风系统节能；二是该专利并未提出负荷变化与调节参数之间的关联性，即仅仅提出了一种简单的智能控制系统的硬件组成，而没有控制策略方面的创新。

其他类似的智能控制系统中，关于水泵的调节，仅仅依靠供回水温差来指导水量调节与水泵变频，而在实际运行过程中，由房间的负荷变化体现到冷冻水供回水温差的变化这个过程存在相当的滞后性，并且该滞后性在大型集中空调系统中更加的明显，使得仅靠供回水温差指导的水量控制效果大打折扣；此外冷冻水量调节发生在供回水温差变化之后，无疑会影响供冷量，无法满足房间的实时负荷要求。

发明内容

本发明提出一种科学、高效、节能的集中空调节能控制系统，系统可以根据房间温度的变化，反馈房间负荷的变化，使系统在提供满足要求的制冷量的前提下，保持一个高效节能的状态。

一种集中空调节能控制系统，包括室内温度传感器组、出回风温度传感器组、冷冻水温度传感器组、冷却水温度传感器组、室外温湿度传感器组、房间负荷分析模块、风量控制模块、冷冻水流量控制模块、冷却水流量控制模块、冷却塔控制模块、水泵变频装置、风机变频装置、各部件之间的连接装置以及存放各数据处理、控制模块的控制柜。

所述房间负荷分析模块的数据输入端1与室内温度传感器组的数据端通过数据线连接，实现室内温度数据的传输。所述房间负荷分析模块的数据输入端2与室外温湿度传感器组的数据端通过数据线连接，实现室外温湿度数据的传输。所述房间负荷分析模块放置在集中空调智能控制柜中；所述室外温湿度传感器组设置在所应用的建筑室外。

所述房间负荷分析模块的数据输出端1与风量控制模块的数据输入端1通过导线连接。所述风量控制模块的数据输入端2与出回风温度传感器组的数据输出端通过数据线连接。所述风量控制模块的数据输入端3与风系统末端的数据输出端连接，实现风量数据的采集与传输。所述风量控制模块的控制输出端与风系统末端的控制输入端连接，调节控制风系统的运行工况；所述出回风温度传感器组设置在末端风系统设备的出、回风端。

所述房间负荷分析模块的数据输出端2与冷冻水流量控制模块的数据输入端1通过导线连接。所述冷冻水流量控制模块的数据输入端2与冷冻水温度传感器组的数据输出端通过数据线连接。所述冷冻水流量控制模块的数据输入端3与冷冻水泵末端的数据输出端连接，实现冷冻水流量数据的采集与传输。所述冷冻水流量控制模块的控制输出端与冷冻水泵末端的控制输入端连接，调节控制冷冻水泵的运行工况；所述冷冻水温度传感器组设置在冷冻水供、回水干管上。

所述房间负荷分析模块的数据输出端3与冷却水流量控制模块的数据输入端1通过导线连接。所述冷却水流量控制模块的数据输入端2与冷却水温度传感器组的数据输出端1通过数据线连接。所述冷却水流量控制模块的数据输入端3与冷却水泵末端的数据输出端连接，实现冷却水流量数据的采集与传输。所述冷却水流量控制模块的控制输出端与冷却水泵末端的控制输入端连接，调节控制冷却水泵的运行工况。所述冷却水温度传感器组设置在冷却水供、回水干管上。

所述房间负荷分析模块的数据输出端4与冷却塔控制模块的数据输入端1通过导线连接。所述冷却塔控制模块的数据输入端2与冷却水温度传感器组的数据输出端2通过数据线连接，冷却塔控制模块的数据输入端3与室外温湿度传感器组的数据输出端通过数据线连接。所述冷却塔控制模块的数据输入端4与冷却塔的数据输出端连接，实现冷却水数据的采集与传输。所述冷却塔控制模块的控制输出端与冷却塔的控制输入端连接，调节控制冷却塔的运行工况。

进一步的，一种集中空调节能控制系统，功能涵盖风系统节能控制，冷冻水系统节能控制，冷却水系统节能控制，冷却塔节能控制。整个系统的调控基于房间温度的变化。各系统的节能控制由数据处理模块智能产生决策，系统的运行状态由节能控制柜监测。

本发明提出一种集中空调节能控制系统的控制策略，即房间负荷的变化直接指导系统的调控。例如，系统根据房间温度的变化，计算房间负荷的波动，根据房间负荷的波动直接指导水泵流量的调节，同时，监测供回水温度的差值，以防止系统偏差的积累而影响正常使用。

所述集中空调节能控制系统的控制策略，即房间负荷的变化直接指导系统的调控，集中空调节能控制系统的控制策略的具体过程如下：

(1)设置建筑基本信息

在房间负荷处理模块预设围护结构传热系数k，围护结构面积s，围护结构延迟作用时间ε等参数。在风量控制模块中预设空气在各温度下的状态参数，在冷冻水流量控制模块中预设水在各温度下的状态参数，在冷却水流量控制模块中预设水在各温度下的状态参数。在冷冻水流量控制模块中预设冷冻水供回水温差的上下节能限值，在冷却水流量控制模块中预设冷却水供回水温差的上下节能限值。在冷却塔控制模块中预设冷却水供回水温差的上下节能限值。

(2)检测温度

所述室内温度传感器组检测室内实时温度，室外温湿度传感器组检测室外实时温度，所述室内温度传感器组和室外温湿度传感器组将检测的模拟信号转换为电信号，并传输至所述房间负荷处理模块。

(3)监测风量与流量

所述风系统末端设备监测实时风量，所述冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备监测实时水流量，所述风系统末端设备、冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备将监测的模拟信号转换为电信号，并分别传输至所述风量控制模块、冷冻水流量控制模块、冷却水流量控制模块。

(4)计算房间负荷冷量

所述房间负荷处理模块根据预设的围护结构传热系数k，围护结构面积S，围护结构延迟作用时间ε等参数，根据公式(1)计算确定负荷温差Δt_τ-ε：

Δt_τ-ε＝t_τ-ε-t_τ(1)

式中，Δt_τ-ε为计算时刻τ的负荷温差，单位为℃；t_τ-ε为τ-ε时刻的室外空气温度，单位为℃；t_τ为计算时刻τ的室内温度，单位为℃；ε为延迟作用时间，单位为h。

进一步，通过公式(2)计算分析得到计算时刻房间负荷冷量：

$Q={\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{\τ}-\mathrm{\ϵ}}\×k\×S\×\frac{1}{1000}---\left(2\right)$

式中，Q为房间实时冷负荷，单位为kW；k为墙体传热系数，预设在系统数据中，单位为W/m²·℃；S为房间外墙面积，预设在系统数据中，单位为m²。

(5)房间负荷分析模块将房间实时冷负荷Q转换为电信号后，传输至风量控制模块、冷冻水流量控制模块以及冷却水流量控制模块。

(6)风量调节控制

设置在风系统末端出风端、回风端的出回风温度传感器组监测实时出、回风温度，将采集到的模拟信号转换为电信号传输至风量控制模块，得到出、回风温差Δt₁。房间负荷分析模块输出房间实时冷负荷Q至风量控制模块。风量控制模块根据式(3)计算得到风量G：

G＝Q/(Δt₁×ρ₁×c₁)(3)

式中，G表示出风量，单位为m³/s；Δt₁表示出风与回风温差，单位为℃；c₁表示出、回风温度平均值下的空气比热容，kJ/kg·℃；ρ₁表示出、回风温度平均值下空气的密度，单位为kg/m³。

所述风量控制模块根据公式(3)计算风量G，并判断此时风机工况的调节，并转换为电信号传输至风系统末端，控制风机变频器调节风机运行工况，风机调节判断逻辑如下：

计算风量G小于实时风量时，末端风机降频运行；

计算风量G大于实时风量时，末端风机增频运行。

风机实时风量由所述风系统末端设备检测，并转换为电信号传输至风量控制模块。

(7)冷冻水流量调节控制

本发明系统的冷冻水流量控制有两种模式，分别为房间负荷控制模式与温差控制模式，冷冻水流量控制模块根据不同工况切换控制模式。

①房间负荷控制模式

所述房间负荷控制模式为正常工况下优先控制模式。

冷冻水供、回水管上设置有冷冻水温度传感器组，监测实时供、回水温度，并转化为电信号传输至冷冻水流量控制模块，得到冷冻水供、回水温差Δt₂。房间负荷分析模块输出房间冷负荷Q至冷冻水流量控制模块。冷冻水流量控制模块根据式(4)计算得到冷冻水计算流量L：

L＝Q/(Δt₂×ρ₂×c₂)(4)

式中，Q表示房间实时冷负荷，单位为kW；L表示冷冻水计算流量，单位m3/s；Δt₂表示冷冻水供、回水温差，单位为℃；ρ₂表示供、回水温度平均值下冷冻水的密度，单位为kg/m³；c₂表示供、回水温度平均值下的冷冻水比热容，kJ/kg·℃。

所述冷冻水流量控制模块根据冷冻水计算流量L，判断此时冷冻水水泵应做的调节，并转换为电信号传输至冷冻水泵控制装置，控制水泵变频器进行变频流量调节，判断逻辑如下：

计算流量L小于实时流量，冷却水水泵降频运行；

计算流量L大于实时流量，冷却水水泵增频运行。

冷却水实时流量由所述冷冻水系统末端设备监测，并转换为电信号传输至冷冻水流量控制模块。

②供回水温差控制模式

冷冻水供、回水管上设置有冷冻水温度传感器组，监测实时供、回水温度，并转化为电信号传输至冷冻水流量控制模块，得到冷冻水供、回水温差Δt₂。冷冻水流量控制模块中预设有冷冻水流量的上下节能限值。冷冻水流量控制模块根据供、回水温差Δt₂与设定限值的大小关系做出判断，判断逻辑如下：

当供回水温差Δt₂低于预设下限值时，降低水泵频率，减少流量；

当供回水温差Δt₂高于预设上限值时，提高水泵频率，增加流量。

所述供回水温差控制模式在正常工况下仅作为监测，当冷冻水供回水温差脱离设定值范围时，系统自动转换为供回水温差控制模式，待冷冻水供回水温差重新稳定在设定值范围内后，再转换回房间负荷控制模式。

(8)冷却水水流量调节控制

本发明冷却水流量控制有两种模式，分别为房间负荷控制模式与冷却水供、回水温差控制模式，冷却水流量控制模块根据不同工况切换控制模式；

①房间负荷控制模式

所述房间负荷控制模式为正常工况下优先控制模式。

由设置在冷却水供、回水管上的冷却水温度传感器组监测实时供、回水温度，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块，得到冷却水供、回水温差Δt₃。房间负荷分析模块将房间实时冷负荷Q转换为电信号输出至冷却水流量控制模块。冷却水流量控制模块根据式(5)计算得到冷却水计算流量L_q：

Lq＝Q/(Δt₃×ρ₃×c₃)(5)

式中，Q表示房间实时冷负荷，单位为kW；L_q表示冷却水计算流量，单位为m³/s；Δt₃表示冷却水供、回水温差，单位为℃；ρ₃表示供、回水温度平均值下冷却水的密度，单位为kg/m³；c₃表示供、回水温度平均值下的冷却水比热容，kJ/kg·℃。

冷却水流量控制模块根据冷却水计算流量L_q，判断此时冷却水水泵应做的调节，并转换为电信号传输至冷却水泵控制装置，判断逻辑如下：

计算冷却水流量L_q小于实时流量，冷却水水泵降频运行；

计算冷却水流量L_q大于实时流量，冷却水水泵增频运行。

冷却水实时流量由所述冷却水末端设备监测，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块。

②冷却水供回水温差控制模式

由设置在冷却水供、回水管上的冷却水温度传感器组监测实时供、回水温度，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块与冷却塔控制模块，得到冷却水供、回水温差Δt₃。在冷却水流量控制模块中预设有冷却水供、回水温差的上下节能限值。冷却水流量控制模块根据冷却水供、回水温差Δt₃与节能限值的大小关系做出判断，转换为电信号输出至冷却水泵控制装置，判断逻辑如下：

当冷却水供回水温差Δt₃低于设定下限值时，降低冷却水水泵频率，减少流量；

当冷却水供回水温差Δt₃高于设定上限值时，提高冷却水水泵频率，增加流量。

所述冷却水供回水温差控制模式在正常工况下仅作为监测使用，当冷却水供回水温度脱离设定限值范围时，系统自动转换为冷却水供回水温度指导模式，将系统冷却水供回水温度重新稳定在设定限值范围内之后，再转换回房间负荷指导模式。

(9)冷却塔控制

室外温湿度传感器组采集室外空气参数，转换为电信号传输至冷却塔控制模块。冷却水温度传感器组采集冷却水供回水温度，转换为电信号传输至冷却塔控制模块。在冷却塔控制模块中预设有冷却水供、回水温度上下限值。

冷却塔控制模块根据冷却水供、回水温度与设定限值之间的关系，判断冷却塔调节方案，判断逻辑如下：

当冷却水供回水温差低于设定下限时，冷却塔风机降频运行；

当冷却水供回水温差高于设定上限时，冷却塔风机增频运行。

上述策略的先进性体现在，传统的水流量控制仅依靠供回水温差的变化进行调节，而在实际运行过程中，由房间的负荷变化转化为风量的变化再体现到冷冻水供回水温差的变化这个过程存在相当的滞后性，并且该滞后性在大型集中空调系统中更加的明显，使得仅靠供回水温差指导的水量控制效果大打折扣。此外冷冻水量调节发生在供回水温差变化之后，无疑会影响供冷量，无法满足房间的实时负荷要求。而本系统通过风量变化直接指导冷冻水量调节，将控制过程中的滞后性大大降低，在供回水温差偏离之前调节冷冻水量，保证了冷量的按需供应的同时，也提高了节能效果。此外，为应对系统监测、处理中可能出现的偏差，本系统设置供回水温差实时监测装置，当供回水温差脱离正常范围时转换为温差指导模式，将供回水温差重新稳定在设定范围之内，以弥补长时间运行可能积累的系统偏差。

本发明优点在于，结构紧凑，自动化程度高，智能化程度高，运行稳定可靠，节能效果显著，可直接用于现有集中空调改造。

附图说明

图1为系统结构图；

图2为系统控制原理图；

图中：1为室内温度传感器组、2为出回风温度传感器组、3为冷冻水温度传感器组、4为冷却水温度传感器组、5为室外温湿度传感器组、6为房间负荷分析模块、7为风量控制模块、8为冷冻水量控制模块、9为冷却水量控制模块、10为冷却塔控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

如图1所示，一种集中空调节能控制系统，包括风系统末端设备、冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备、各部件之间的连接装置以及存放各数据处理、控制模块的控制柜，以及在室内设置的室内温度传感器组1，在末端设备出、回风端设置出、回风温度传感器组2，在冷冻水供、回水干管上设置冷冻水温度传感器组3，在冷却水供回水干管上设置冷却水温度传感器组4，在所应用的建筑室外设置室外温湿度传感器组5，在集中空调智能控制柜中设有房间负荷分析模块6、风量控制模块7、冷冻水量控制模块8、冷却水量控制模块9和冷却塔控制模块10。

所述房间负荷分析模块6的数据输入端1与室内温度传感器组1的数据端通过数据线连接，实现室内温度数据的传输；所述房间负荷分析模块6的数据端2与室外温湿度传感器组5的数据端通过数据线连接，实现室外温湿度数据的传输。

所述房间负荷分析模块6的数据输出端1与风量控制模块7的数据输入端1通过导线连接。所述风量控制模块7的数据输入端2与出回风温度传感器组2的数据输出端通过数据线连接。所述风量控制模块7的数据输入端3与风系统末端的数据输出端连接，实现风量数据的采集与传输。所述风量控制模块7的控制输出端与风系统末端的控制输入端连接，调节控制风系统的运行工况。

所述房间负荷分析模块6的数据输出端2与冷冻水流量控制模块8的数据输入端1通过导线连接。所述冷冻水流量控制模块8的数据输入端2与冷冻水温度传感器组3的数据输出端通过数据线连接。所述冷冻水流量控制模块8的数据输入端3与冷冻水泵末端的数据输出端连接，实现冷冻水流量数据的采集与传输。所述冷冻水流量控制模块8的控制输出端与冷冻水泵末端的控制输入端连接，调节控制冷冻水泵的运行工况。

所述房间负荷分析模块6的数据输出端3与冷却水流量控制模块9的数据输入端1通过导线连接。所述冷却水流量控制模块9的数据输入端2与冷却水温度传感器组4的数据输出端1通过数据线连接。所述冷却水流量控制模块9的数据输入端3与冷却水泵末端的数据输出端连接，实现冷却水流量数据的采集与传输。所述冷却水流量控制模块9的控制输出端与冷却水泵末端的控制输入端连接，调节控制冷却水泵的运行工况。

所述房间负荷分析模块6的数据输出端4与冷却塔控制模块10的数据输入端1通过导线连接。所述冷却塔控制模块10的数据输入端2与冷却水温度传感器组4的数据输出端2通过数据线连接，冷却塔控制模块的数据输入端3与室外温湿度传感器组5的数据输出端通过数据线连接。所述冷却塔控制模块10的数据输入端4与冷却塔的数据输出端连接，实现冷却水数据的采集与传输。所述冷却塔控制模块10的控制输出端与冷却塔的控制输入端连接，调节控制冷却塔的运行工况。

实施例2：

该系统应用于某大型公共建筑，在制冷季节，当室外温度变化与室内人员活动造成房间温度波动时，室内温度传感器组1与室外温湿度传感器组5采集室内外实时温度。一种集中空调节能控制系统的智能控制策略的具体控制过程如下：

(1)设置建筑基本信息

在房间负荷处理模块6预设围护结构传热系数k，围护结构面积s，围护结构延迟作用时间ε等参数。根据中国建筑工业出版社出版的《工程热力学》附录，在风量控制模块7中预设空气在各温度下的状态参数，在冷冻水流量控制模块8中预设水在各温度下的状态参数，在冷却水流量控制模块9中预设水在各温度下的状态参数。在冷冻水流量控制模块8中预设冷冻水供回水温差的上下节能限值，在冷却水流量控制模块9中预设冷却水供回水温差的上下节能限值，在冷却塔控制模块10中预设冷却水供回水温差的上下节能限值。

(2)检测温度

所述室内温度传感器组1检测室内实时温度，室外温湿度传感器组5检测室外实时温度，所述室内温度传感器组1和室外温湿度传感器组5将检测的模拟信号转换为电信号，并传输至所述房间负荷处理模块6。

(3)监测风量与流量

所述风系统末端设备监测实时风量，所述冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备监测实时水流量，所述风系统末端设备、冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备将监测的模拟信号转换为电信号，并分别传输至所述风量控制模块7、冷冻水流量控制模块8、冷却水流量控制模块9。

(4)计算房间负荷冷量

所述房间负荷处理模块6根据预设的围护结构传热系数k，围护结构面积S，围护结构延迟作用时间ε等参数，根据公式(1)计算确定负荷温差Δt_τ-ε：

Δt_τ-ε＝t_τ-ε-t_τ(1)

式中，Δt_τ-ε为计算时刻τ的负荷温差，单位为℃；t_τ-ε为τ-ε时刻的室外空气温度，单位为℃；t_τ为计算时刻τ的室内温度，单位为℃；ε为延迟作用时间，单位为h。

进一步，通过公式(2)计算分析得到计算时刻房间负荷冷量：

$Q={\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{\τ}-\mathrm{\ϵ}}\×k\×S\×\frac{1}{1000}---\left(2\right)$

式中，Q为房间实时冷负荷，单位为kW；k为墙体传热系数，预设在系统数据中，单位为W/m²·℃；S为房间外墙面积，预设在系统数据中，单位为m²。

(5)房间负荷分析模块将房间实时冷负荷Q转换为电信号后，传输至风量控制模块、冷冻水流量控制模块以及冷却水流量控制模块。

(6)风量调节控制

设置在风系统末端出风端、回风端的出回风温度传感器组2监测实时出、回风温度，将采集到的模拟信号转换为电信号传输至风量控制模块7，得到出、回风温差Δt₁。房间负荷分析模块6输出房间实时冷负荷Q至风量控制模块7。根据中国建筑工业出版社出版的《工程热力学》附录，在风量控制模块7中预设空气在各温度下的状态参数。风量控制模块7根据式(3)计算得到风量G：

G＝Q/(Δt₁×ρ₁×c₁)(3)

式中，G表示出风量，单位为m³/s；Δt₁表示出风与回风温差，单位为℃；c₁表示出、回风温度平均值下的空气比热容，kJ/kg·℃；ρ₁表示出、回风温度平均值下空气的密度，单位为kg/m³。

所述风量控制模块7根据公式(3)计算风量G，并判断此时风机工况的调节，并转换为电信号传输至风系统末端，控制风机变频器调节风机运行工况，风机调节判断逻辑如下：

计算风量G小于实时风量时，末端风机降频运行；

计算风量G大于实时风量时，末端风机增频运行。

风机实时风量由所述风系统末端设备监测，并转换为电信号传输至风量控制模块7。

(7)冷冻水流量调节控制

冷冻水供、回水管上设置有冷冻水温度传感器组3，监测实时供、回水温度，并转化为电信号传输至冷冻水流量控制模块8，得到冷冻水供、回水温差Δt₂。房间负荷分析模块6输出房间冷负荷Q至冷冻水流量控制模块8。根据中国建筑工业出版社出版的《工程热力学》附录，在冷冻水流量控制模块8中预设水在各温度下的状态参数。冷冻水流量控制模块8根据式(4)计算得到冷冻水计算流量L：

L＝Q/(Δt₂×ρ₂×c₂)(4)

式中，Q表示房间实时冷负荷，单位为kW；L表示冷冻水计算流量，单位m3/s；Δt₂表示冷冻水供、回水温差，单位为℃；ρ₂表示供、回水温度平均值下冷冻水的密度，单位为kg/m³；c₂表示供、回水温度平均值下的冷冻水比热容，kJ/kg·℃。

所述冷冻水流量控制模块8根据冷冻水计算流量L，判断此时冷冻水水泵应做的调节，并转换为电信号传输至冷冻水泵控制装置，控制水泵变频器进行变频流量调节，判断逻辑如下：

计算流量L小于实时流量，冷却水水泵降频运行；

计算流量L大于实时流量，冷却水水泵增频运行。

冷冻水实时流量由所述冷冻水系统末端设备监测，并转换为电信号传输至冷冻水流量控制模块8。

(8)冷却水水流量调节控制

由设置在冷却水供、回水管上的冷却水温度传感器组4监测实时供、回水温度，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块9，得到冷却水供、回水温差Δt₃。房间负荷分析模块6将房间实时冷负荷Q转换为电信号输出至冷却水流量控制模块9。根据中国建筑工业出版社出版的《工程热力学》附录，在冷却水流量控制模块9中预设水在各温度下的状态参数。冷却水流量控制模块9根据式(5)计算得到冷却水计算流量L_q：

Lq＝Q/(Δt₃×ρ₃×c₃)(5)

式中，Q表示房间实时冷负荷，单位为kW；L_q表示冷却水计算流量，单位为m³/s；Δt₃表示冷却水供、回水温差，单位为℃；ρ₃表示供、回水温度平均值下冷却水的密度，单位为kg/m³；c₃表示供、回水温度平均值下的冷却水比热容，kJ/kg·℃。

冷却水流量控制模块9根据冷却水计算流量L_q，判断此时冷却水水泵应做的调节，并转换为电信号传输至冷却水泵控制装置，判断逻辑如下：

计算冷却水流量L_q小于实时流量，冷却水水泵降频运行；

计算冷却水流量L_q大于实时流量，冷却水水泵增频运行。

冷却水实时流量由所述冷却水末端设备监测，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块9。

(9)冷却塔控制

室外温湿度传感器组5采集室外空气参数，转换为电信号传输至冷却塔控制模块10。冷却水温度传感器组9采集冷却水供回水温度，转换为电信号传输至冷却塔控制模块10。在冷却塔控制模块10中预设有冷却水供、回水温度上下限值。

冷却塔控制模块10根据冷却水供、回水温度与设定限值之间的关系，判断冷却塔调节方案，判断逻辑如下：

当冷却水供回水温差低于设定下限时，冷却塔风机降频运行；

当冷却水供回水温差高于设定上限时，冷却塔风机增频运行。

实施例3：

该实施例基于实施例2中所述的运行情况下。

(1)由于负荷波动过大，系统延时误差累积等原因，冷冻水供、回水温度差值波动持续累计，所述冷冻水温度传感器组3采集供、回水温度数据，并转换为电信号传输至冷冻水流量控制模块8，模块比较实时冷冻水供、回水温差Δt₂与设定温差上下限值，并做出如下调控。

若Δt₂超出设定温差范围，则冷冻水流量控制模块8将控制模式从房间负荷控制模式转换为温差控制模式。

在温差控制模式中，控制判断逻辑如下。

当供、回水温差Δt₂低于设定下限时，降低水泵频率，减少流量；

当供、回水温差Δt₂高于设定上限时，提高水泵频率，增加流量。

当Δt₂重新稳定在设定温差范围内，冷冻水流量控制模块8将冷冻水流量控制模式转换回房间负荷控制模式。

(2)由于负荷波动过大，系统延时误差累积等原因，冷却水供、回水温度差值波动持续累计，所述冷却水温度传感器组4采集冷却水实时供、回水温度，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块9。冷却水流量控制模块9比较实时冷却水供、回水温差Δt₃与设定温差上下限值，并做出如下调控。

若Δt₃超出设定温差范围，则冷却水流量控制模块9将控制模式从房间负荷控制模式转换为温差控制模式。

在温差控制模式中，控制判断逻辑如下。

当冷却水供回水温差Δt₃低于设定下限时，降低冷却水水泵频率，减少流量。

当冷却水供回水温差Δt₃高于设定上限时，提高冷却水水泵频率，增加流量。

当Δt₃重新稳定在设定温差范围内，冷却水流量控制模块9将冷却水流量控制模式转换回房间负荷控制模式。

Claims (3)

1.一种集中空调节能控制系统，包括风系统末端设备、冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备、各部件之间的连接装置以及存放各数据处理、控制模块的控制柜，其特征在于：包括室内温度传感器组(1)、出回风温度传感器组(2)、冷冻水温度传感器组(3)、冷却水温度传感器组(4)、室外温湿度传感器组(5)、房间负荷分析模块(6)、风量控制模块(7)、冷冻水流量控制模块(8)、冷却水流量控制模块(9)以及冷却塔控制模块(10)；

所述房间负荷分析模块(6)的数据输入端1与室内温度传感器组(1)的数据端通过数据线连接，实现室内温度数据的传输；所述房间负荷分析模块(6)的数据输入端2与室外温湿度传感器组(5)的数据端通过数据线连接，实现室外温湿度数据的传输；所述房间负荷分析模块(6)放置在集中空调智能控制柜中；所述室外温湿度传感器组(5)设置在所应用的建筑室外；

所述房间负荷分析模块(6)的数据输出端1与风量控制模块(7)的数据输入端1通过导线连接；所述风量控制模块(7)的数据输入端2与出回风温度传感器组(2)的数据输出端通过数据线连接；所述风量控制模块(7)的数据输入端3与风系统末端的数据输出端连接，实现风量数据的采集与传输；所述风量控制模块(7)的控制输出端与风系统末端的控制输入端连接，调节控制风系统的运行工况；所述出回风温度传感器组(2)设置在末端风系统设备的出、回风端；

所述房间负荷分析模块(6)的数据输出端2与冷冻水流量控制模块(8)的数据输入端1通过导线连接；所述冷冻水流量控制模块(8)的数据输入端2与冷冻水温度传感器组(3)的数据输出端通过数据线连接；所述冷冻水流量控制模块(8)的数据输入端3与冷冻水泵末端的数据输出端连接，实现冷冻水流量数据的采集与传输；所述冷冻水流量控制模块(8)的控制输出端与冷冻水泵末端的控制输入端连接，调节控制冷冻水泵的运行工况；所述冷冻水温度传感器组(3)设置在冷冻水供、回水干管上；

所述房间负荷分析模块(6)的数据输出端3与冷却水流量控制模块(9)的数据输入端1通过导线连接；所述冷却水流量控制模块(9)的数据输入端2与冷却水温度传感器组(4)的数据输出端1通过数据线连接；所述冷却水流量控制模块(9)的数据输入端3与冷却水泵末端的数据输出端连接，实现冷却水流量数据的采集与传输；所述冷却水流量控制模块(9)的控制输出端与冷却水泵末端的控制输入端连接，调节控制冷却水泵的运行工况；所述冷却水温度传感器组(4)设置在冷却水供、回水干管上；

所述房间负荷分析模块(6)的数据输出端4与冷却塔控制模块(10)的数据输入端1通过导线连接；所述冷却塔控制模块(10)的数据输入端2与冷却水温度传感器组(4)的数据输出端2通过数据线连接，冷却塔控制模块的数据输入端3与室外温湿度传感器组(5)的数据输出端通过数据线连接；所述冷却塔控制模块(10)的数据输入端4与冷却塔的数据输出端连接，实现冷却水数据的采集与传输；所述冷却塔控制模块(10)的控制输出端与冷却塔的控制输入端连接，调节控制冷却塔的运行工况。

2.根据权利要求1所述的一种集中空调节能控制系统，其特征在于：控制系统包括风系统节能控制、冷冻水系统节能控制、冷却水系统节能控制以及冷却塔节能控制；所述节能控制系统的调控基于房间温度的变化；各个系统的节能控制由数据处理模块智能产生决策，所述系统的运行状态由节能控制柜实时监测。

3.基于权利要求1所述的一种集中空调节能控制系统的控制策略，其特征在于：具体控制过程如下；

(1)设置建筑基本信息

在房间负荷处理模块(6)预设围护结构传热系数k，围护结构面积s，围护结构延迟作用时间ε参数；在风量控制模块(7)中预设空气在各温度下的状态参数，在冷冻水流量控制模块(8)中预设水在各温度下的状态参数，在冷却水流量控制模块(9)中预设水在各温度下的状态参数；在冷冻水流量控制模块(8)中预设冷冻水供回水温差的上下节能限值，在冷却水流量控制模块(9)中预设冷却水供回水温差的上下节能限值，在冷却塔控制模块(10)中预设冷却水供回水温差的上下节能限值；

(2)检测温度

所述室内温度传感器组(1)检测室内实时温度，室外温湿度传感器组(5)检测室外实时温度，所述室内温度传感器组(1)和室外温湿度传感器组(5)将检测的模拟信号转换为电信号，并传输至所述房间负荷处理模块(6)；

(3)检测风量与流量

所述风系统末端设备检测实时风量，所述冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备检测实时水流量，所述风系统末端设备、冷冻水系统末端设备、冷却水系统末端设备将检测的模拟信号转换为电信号，并分别传输至所述风量控制模块(7)、冷冻水流量控制模块(8)、冷却水流量控制模块(9)；

(4)计算房间负荷冷量

所述房间负荷处理模块(6)根据预设的围护结构传热系数k，围护结构面积S，围护结构延迟作用时间ε参数，根据公式(1)计算确定负荷温差Δt_τ-ε；

Δt_τ-ε＝t_τ-ε-t_τ(1)

式中，Δt_τ-ε为计算时刻τ的负荷温差，单位为℃；t_τ-ε为τ-ε时刻的室外空气温度，单位为℃；t_τ为计算时刻τ的室内温度，单位为℃；ε为延迟作用时间，单位为h；

通过公式(2)计算分析得到计算时刻房间负荷冷量；

$Q={\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{\τ}-\mathrm{\ϵ}}\×k\×S\×\frac{1}{1000}---\left(2\right)$

式中，Q为房间实时冷负荷，单位为kW；k为墙体传热系数，预设在系统数据中，单位为W/m²·℃；S为房间外墙面积，预设在系统数据中，单位为m²。

(5)房间负荷分析模块将房间实时冷负荷Q转换为电信号后，传输至风量控制模块、冷冻水流量控制模块以及冷却水流量控制模块；

(6)风量调节控制

设置在风系统末端出风端、回风端的出回风温度传感器组(2)监测实时出、回风温度，将采集到的模拟信号转换为电信号传输至风量控制模块(7)，得到出、回风温差Δt₁；房间负荷分析模块(6)输出房间实时冷负荷Q至风量控制模块(7)；风量控制模块(7)根据式(3)计算得到风量G；

G＝Q/(Δt₁×ρ₁×c₁)(3)

式中，G表示出风量，单位为m³/s；Δt₁表示出风与回风温差，单位为℃；c₁表示出、回风温度平均值下的空气比热容，kJ/kg·℃；ρ₁表示出、回风温度平均值下空气的密度，单位为kg/m³；

所述风量控制模块(7)根据公式(3)计算风量G，并判断此时风机工况的调节，并转换为电信号传输至风系统末端，控制风机变频器调节风机运行工况，风机调节判断逻辑如下；

计算风量G小于实时风量时，末端风机降频运行；

计算风量G大于实时风量时，末端风机增频运行；

风机实时风量由所述风系统末端设备检测，并转换为电信号传输至风量控制模块(7)；

(7)冷冻水流量调节控制

本发明系统的冷冻水流量控制有两种模式，分别为房间负荷控制模式与温差控制模式，冷冻水流量控制模块(8)根据不同工况切换控制模式；

①房间负荷控制模式

所述房间负荷控制模式为正常工况下优先控制模式；

冷冻水供、回水管上设置有冷冻水温度传感器组(3)，监测实时供、回水温度，并转化为电信号传输至冷冻水流量控制模块(8)，得到冷冻水供、回水温差Δt₂；房间负荷分析模块(6)输出房间冷负荷Q至冷冻水流量控制模块(8)；冷冻水流量控制模块(8)根据式(4)计算得到冷冻水计算流量L；

L＝Q/(Δt₂×ρ₂×c₂)(4)

式中，Q表示房间实时冷负荷，单位为kW；L表示冷冻水计算流量，单位m³/s；Δt₂表示冷冻水供、回水温差，单位为℃；ρ₂表示供、回水温度平均值下冷冻水的密度，单位为kg/m³；c₂表示供、回水温度平均值下的冷冻水比热容，kJ/kg·℃；

所述冷冻水流量控制模块(8)根据冷冻水计算流量L，判断此时冷冻水水泵应做的调节，并转换为电信号传输至冷冻水泵控制装置，控制水泵变频器进行变频流量调节，判断逻辑如下；

计算流量L小于实时流量，冷却水水泵降频运行；

计算流量L大于实时流量，冷却水水泵增频运行；

冷却水实时流量由所述冷冻水系统末端设备监测，并转换为电信号传输至冷冻水流量控制模块(8)；

②供回水温差控制模式

冷冻水供、回水管上设置有冷冻水温度传感器组(3)，监测实时供、回水温度，并转化为电信号传输至冷冻水流量控制模块(8)，得到冷冻水供、回水温差Δt₂；冷冻水流量控制模块(8)中预设有冷冻水流量的上下节能限值；冷冻水流量控制模块(8)根据供、回水温差Δt₂与设定限值的大小关系做出判断，判断逻辑如下；

当供回水温差Δt₂低于预设下限值时，降低水泵频率，减少流量；

当供回水温差Δt₂高于预设上限值时，提高水泵频率，增加流量；

所述供回水温差控制模式在正常工况下仅作为监测，当冷冻水供回水温差脱离设定值范围时，系统自动转换为供回水温差控制模式，待冷冻水供回水温差重新稳定在设定值范围内后，再转换回房间负荷控制模式；

(8)冷却水水流量调节控制

本发明冷却水流量控制有两种模式，分别为房间负荷控制模式与冷却水供、回水温差控制模式，冷却水流量控制模块(9)根据不同工况切换控制模式；

①房间负荷控制模式

所述房间负荷控制模式为正常工况下优先控制模式；

由设置在冷却水供、回水管上的冷却水温度传感器组(4)监测实时供、回水温度，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块(9)，得到冷却水供、回水温差Δt₃；房间负荷分析模块(6)将房间实时冷负荷Q转换为电信号输出至冷却水流量控制模块(9)；在冷却水流量控制模块(9)中预设水在各温度下的状态参数；冷却水流量控制模块(9)根据式(5)计算得到冷却水计算流量L_q；

Lq＝Q/(Δt₃×ρ₃×c₃)(5)

式中，Q表示房间实时冷负荷，单位为kW；L_q表示冷却水计算流量，单位为m³/s；Δt₃表示冷却水供、回水温差，单位为℃；ρ₃表示供、回水温度平均值下冷却水的密度，单位为kg/m³；c₃表示供、回水温度平均值下的冷却水比热容，kJ/kg·℃；

冷却水流量控制模块(9)根据冷却水计算流量L_q，判断此时冷却水水泵应做的调节，并转换为电信号传输至冷却水泵控制装置，判断逻辑如下；

计算冷却水流量L_q小于实时流量，冷却水水泵降频运行；

计算冷却水流量L_q大于实时流量，冷却水水泵增频运行；

冷却水实时流量由所述冷却水末端设备监测，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块(9)；

②冷却水供回水温差控制模式

由设置在冷却水供、回水管上的冷却水温度传感器组(4)监测实时供、回水温度，并转换为电信号传输至冷却水流量控制模块(9)与冷却塔控制模块(10)，得到冷却水供、回水温差Δt₃；在冷却水流量控制模块(9)中预设有冷却水供、回水温差的上下节能限值；冷却水流量控制模块(9)根据冷却水供、回水温差Δt₃与节能限值的大小关系做出判断，转换为电信号输出至冷却水泵控制装置，判断逻辑如下；

当冷却水供回水温差Δt₃低于设定下限值时，降低冷却水水泵频率，减少流量；

当冷却水供回水温差Δt₃高于设定上限值时，提高冷却水水泵频率，增加流量；

所述冷却水供回水温差控制模式在正常工况下仅作为监测使用，当冷却水供回水温度脱离设定限值范围时，系统自动转换为冷却水供回水温度指导模式，将系统冷却水供回水温度重新稳定在设定限值范围内之后，再转换回房间负荷指导模式；

(9)冷却塔控制

室外温湿度传感器组(5)采集室外空气参数，转换为电信号传输至冷却塔控制模块(10)；冷却水温度传感器组(9)采集冷却水供回水温度，转换为电信号传输至冷却塔控制模块(10)；在冷却塔控制模块(10)中预设有冷却水供、回水温度上下节能限值；

冷却塔控制模块(10)根据冷却水供、回水温度与设定限值之间的关系，判断冷却塔调节方案，判断逻辑如下；

当冷却水供回水温差低于设定下限时，冷却塔风机降频运行；

当冷却水供回水温差高于设定上限时，冷却塔风机增频运行。