CN105757851A - 一种冷冻水变流量节能控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷冻水变流量节能控制方法及控制系统，涉及节能控制领域。所述冷冻水变流量节能控制方法包括：依据设计资料，获取冷冻水系统设计流量为Q₀，设计压差为ΔP₀，计算不断调节各空调机组的电动阀门的开度；根据并联管段的总阻抗系数S与各并联管段的阻抗S_i的关系计算出总阻抗系数S；计算出冷冻水系统的设定压差ΔP_设；检测出冷冻水系统的实际压差ΔP，比较实际压差ΔP与设定值ΔP_设之间的偏差PID调节输出控制信号控制变频器VFD进行频率调节。本发明实施例结合末端阀门的变化实时进行变压差控制，从而使得系统与末端负荷更加的匹配；通过增强管网中实际流量与设计流量的一致性，从而极大地减轻了水力失调现象。

Description

一种冷冻水变流量节能控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及工艺冷冻水变流量节能技术领域，尤其涉及一种冷冻水变流量节能控制方法及控制。

背景技术

冷冻水变流量调节系统是水系统的一种基本调节形式。它广泛应用于国内的一些工程项目中，尤其是办公楼、大厦等建筑的空调系统。

按照水泵布置方式的不同，变流量系统主要可以分为定速水泵阶梯式变流量系统、一次泵变流量系统、二次泵变流量系统、三次泵变流量系统等。其中，二次泵变流量系统是目前应用最广泛的一种变流量系统，尤其是在一些大型高层民用建筑和多功能建筑群中。在二次泵变流量系统的机房侧管路中，由旁通平衡管将水泵分为两级，即初级泵和次级泵。初级泵克服平衡管以下的水路水流阻力，次级泵克服平衡管以上的环路阻力。平衡管将整个水系统分为循环冷水制备和循环水输送两部分，同时将系统的阻力和能耗也分成两部分。该系统的特点是冷水制备与冷水输送之间的相互干涉减少，但是由于平衡管对运行过程中所起的作用是平衡次级泵侧和初级泵侧的水量差值。当初级泵侧的供水量大于次级泵侧的需水量时，平衡管内有一部分未被利用的冷水与回水混合后流回蒸发器，这将导致冷水机组工作效率的下降。反之，当初级泵侧的供水量小于次级泵侧的需水量时，有一部分回水与供水混合，提高了供水温度，这又将引起空调末端装置工作效率的降低。

一次泵变流量系统中当用户侧负荷发生变化时，用户侧的冷冻水流量、供回水温差、阀门开度和供回水管道之间的作用压差都会跟着改变。自动控制系统根据某个参数的变化控制水泵变频调速，使水泵始终以合理的转速运转，提供系统所需要的扬程和流量。当用户所需流量小于冷热源允许流过的最小流量时，旁通管旁通一部分流量，使冷热源不低于最小流量运行。

目前的冷冻水变流量控制，基本是基于定温差和定压差的控制，这种利用简单的定值控制，尽管能大致反应末端整体负荷变化，却不能及时反馈末端负荷的变化，更谈不上及时的调整，也缺乏水力平衡上的考虑，所以往往是以牺牲舒适性来达到节能的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷冻水变流量节能控制方法及控制系统，旨在解决现有技术中无法及时反馈末端负荷的变化，使得系统与末端负荷无法匹配而造成水利失调的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种冷冻水变流量节能控制方法，包括：依据设计资料，获取冷冻水系统设计流量为Q₀，设计压差为ΔP₀，计算

不断调节各空调机组的电动阀门的开度，各管道的阻抗系数S_i均发生变化；总阻抗系数S与冷冻水流量Q值均发生变化；记录下各变化值；

根据并联管段的总阻抗系数S与各并联管段的阻抗S_i的关系计算出总阻抗系数S；

根据阻抗系数设定值S_设与冷冻水流量Q的关系计算出阻抗系数设定值S_设；

根据阻抗系数设定值S_设、流量值Q与冷冻水系统的设定压差ΔP_设之间的关系计算出冷冻水系统的设定压差ΔP_设；

检测出冷冻水系统的实际压差ΔP，比较实际压差ΔP与设定值ΔP_设之间的偏差；根据比较偏差PID调节输出控制信号控制变频器VFD进行频率调节；

变频器VFD对水泵进行流量及扬程的调节，使得压差满足设定压差值，实现不同负荷下变流量调节。

其中，所述并联管段的总阻抗系数S与各并联管段的阻抗S_i的关系为:i为自然数。

其中，所述阻抗系数设定值S_设与冷冻水流量Q的关系为：

Q₀为冷冻水系统设计流量。

其中，所述根据阻抗系数设定值S_设、流量值Q与冷冻水系统的设定压差ΔP_设之间的关系计算出冷冻水系统的设定压差ΔP_设；ΔP_设＝S_设Q²。

其中，所述变频器频率下限为25HZ，上限为50HZ。

为实现上述目的，另一方面，本发明还提供一种冷冻水变流量节能控制系统，所述系统包括控制器、与控制器信号连接的压差传感器、变频器以及流量计，所述变频器连接有冷冻泵，所述每个冷冻泵一端对应连接有一个变频器，每个冷冻泵另一端对应连接有电动阀门，所述每个电动阀门均与一个空调机组连接，所述空调机组和所述变频器均与制冷主机连接。

其中，所述压差传感器用于检测出冷冻水系统的实际压差ΔP，所述差压传感器安装在冷冻水供、回水总管上。

其中，所述流量计用于检测冷冻水供水总管的水流量，流量计安装在冷冻水供水总管上。

其中，所述冷冻泵包括第一冷冻泵、第二冷冻泵、第三冷冻泵；所述第一冷冻泵连接第一变频器，所述第二冷冻泵连接第二变频器，第三冷冻泵连接第三变频器，所述第一变频器、第二变频器、第三变频器分别与所述控制器连接。

其中，所述电动阀门包括第一电动阀门、第二电动阀门、第三电动阀门；每个电动阀门分别对应信号连接有一空调机组，所述第一电动阀门信号连接第一空调机组、第二电动阀门信号连接第二空调机组，第三电动阀门信号连接第三空调机组。

本发明至少具有以下有益效果：本发明实施例提供的冷冻水变流量节能控制方法通过改变末端各支路上的电动阀门开度后，各支路的阻抗系数发生变化导致流量发生变化，不同的流量对应不同的阻抗系数设定值，进而可得出管网的压差设定值，通过检测出的压差值和压差设定值的对比，PID调节输出控制信号控制变频器进行频率调节，使循环水流量相应的调整到实际所需要的流量。本发明实施例能够结合末端阀门的变化实时进行变压差控制，从而使得系统与末端负荷更加的匹配；通过管网中实际流量与设计流量一致性增强，从而极大地减轻了水力失调现象，本发明实施例以阻抗系数作为优化对象，通过对阻抗系数的优化转为直接流量控制的优化，很好的满足了空调负荷响应的准确性与及时性。

本发明实施例能够结合末端阀门的变化实时进行变压差控制，从而使得系统与末端负荷更加的匹配；通过增强管网中实际流量与设计流量的一致性，从而极大地减轻了水力失调现象。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1为本发明实施例一一种冷冻水变流量节能控制方法的方法流程图；

图2为本发明实施例一一种冷冻水变流量节能控制方法的阻抗系数设定值S_设与冷冻水流量Q的关系模型图；

图3为本发明实施例二一种冷冻水变流量节能控制系统的结构示意图；

图4为本发明实施例三一种冷冻水变流量节能控制系统的结构示意图；

图5为本发明实施例三一种冷冻水变流量节能控制系统的电路示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供一种冷冻水变流量节能控制方法及控制系统，用于工程项目中，尤其是办公楼、大厦等建筑的空调系统。使用本发明实施例控制方法能使水泵流量与末端负荷更加匹配，极大降低了运行成本，可确保水泵在所有负荷条件下都在最高工作点上工作，系统运行更加节能高效。通过增强管网中实际流量与设计流量的一致性，从而极大地减轻了水力失调现象。

实施例一：

请参阅图1及图2，本发明实施例一提供一种冷冻水变流量节能控制方法，包括步骤：

S10、依据设计资料，获取冷冻水系统设计流量为Q₀，设计压差为ΔP₀，计算

S20、不断调节各空调机组的电动阀门的开度，各管道的阻抗系数S_i均发生变化；总阻抗系数S与冷冻水流量Q均发生变化；记录下各变化值；

具体地，在实际运行过程中，当各空调机组电动阀门不断调节时，各管段的阻抗系数S_i均发生变化，本实施例中，S_i为S₁，S₂，S₃均发生变化，i为自然数；总阻抗系数S与冷冻水流量Q均发生变化，记录下不断调节电动阀门时阻抗系数S₁，S₂，S₃，总阻抗系数S与冷冻水流量Q的值。

S30、根据并联管段的总阻抗系数S与各并联管段的阻抗S_i的关系计算出总阻抗系数S；

具体地，并联管段的总阻抗系数S与各并联管段的阻抗S_i的关系为:本实施例中S_i为S₁，S₂，S₃；i为自然数。

S40、根据阻抗系数设定值S_设与冷冻水流量Q值的关系计算出阻抗系数设定值S_设；

具体地，根据附图2模型关系，得出阻抗系数设定值S_设与冷冻水流量Q的关系为：计算出阻抗系数设定值S_设；不同的流量值Q对应有不同的阻抗系数设定值S_设，其中，Q₀为冷冻水系统设计流量。

S50、根据阻抗系数设定值S_设、流量值Q与冷冻水系统的设定压差ΔP_设之间的关系计算出冷冻水系统的设定压差ΔP_设；

具体地，确定出冷冻水系统的设定压差：ΔP_设＝S_设Q²。

S60、检测出冷冻水系统的实际压差ΔP，比较实际压差ΔP与设定值ΔP_设之间的偏差；根据比较偏差PID调节输出控制信号控制变频器VFD进行频率调节；

具体地，压差传感器检测出冷冻水系统实际压差ΔP，比较实际压差ΔP与设定值ΔP_设；控制器根据比较偏差PID调节输出控制信号给变频器VFD进行频率调节。

S70、变频器VFD对水泵进行流量及扬程的调节，使得压差满足设定压差值，实现不同负荷下变流量调节。

所述变频器频率下限为25HZ，上限为50HZ。

本发明实施例提供的一种冷冻水变流量节能控制方法通过改变末端各支路上的电动阀门开度后，各支路的阻抗系数发生变化导致流量发生变化，不同的流量对应不同的阻抗系数设定值，进而可得出管网的压差设定值，通过检测出的压差值和压差设定值的对比，PID调节输出控制信号控制变频器进行频率调节，使循环水流量相应的调整到实际所需要的流量。本发明实施例能够结合末端阀门的变化实时进行变压差控制，从而使得系统与末端负荷更加的匹配；通过增强管网中实际流量与设计流量的一致性，从而极大地减轻了水力失调现象。

本发明实施例通过以阻抗系数作为优化对象，通过对阻抗系数的优化转为直接流量控制的优化，很好的满足了空调负荷响应的准确性与及时性。

本发明实施例提供的一种冷冻水变流量节能控制方法通过实时的频率控制，可使水泵在不同负荷条件下保持最佳的工作效率。这跟现有的系统相比较，能极大地提高水泵的工作效率，增强了系统控制的稳定性，降低了能耗和运行维护成本。

实施例二：

请参阅图3，本发明实施例二提供一种冷冻水变流量节能控制系统，本实施例中，所述冷冻水变流量节能控制系统用于控制水流通过终端用户，能使水泵流量与末端负荷更加匹配，极大降低了运行成本，通过增强管网中实际流量与设计流量的一致性，从而极大地减轻了水力失调现象，系统运行更加节能高效。

所述冷冻水变流量节能控制系统包括控制器201、与控制器201信号连接的压差传感器231、变频器以及流量计221，所述变频器连接有冷冻泵，所述每个冷冻泵一端对应连接有一个变频器，每个冷冻泵另一端对应连接有电动阀门，所述每个电动阀门均与一个空调机组连接，所述空调机组与所述变频器均与制冷主机101连接。

所述压差传感器301用于检测出冷冻水系统的实际压差ΔP，所述差压传感器301安装在冷冻水供、回水总管上。

所述流量计302用于检测冷冻水供水总管的水流量，流量计安装在冷冻水供水总管上。

所述变频器频率下限为25HZ，上限为50HZ。

所述冷冻泵，空调机组及对应电动阀门的个数具体根据实际需求进行设置。

本发明实施例冷冻水变流量节能控制系统在工作时，控制器101通过接收压差传感器231和流量计221传来的信号，并根据控制器101内预编程的控制逻辑程序对阻抗系数的优化分析，通过压差传感器231检测出的压差值和压差设定值进行比较分析，根据比较偏差PID调节输出控制信号控制变频器进行频率调节，使循环水流量相应的调整到实际所需要的流量。本发明实施例能够结合末端阀门的变化实时进行变压差控制，从而使得系统与末端负荷更加的匹配；通过增强管网中实际流量与设计流量的一致性，从而极大地减轻了水力失调现象。

本发明实施例冷冻水变流量节能控制系统通过基于阻抗系数优化，通过变频器进行实时同步频率控制冷冻泵，可使冷冻水系统在不同负荷条件下保持最佳的压差控制，使得系统与末端负荷更加匹配，增强了设计值与实际值的一致性，在加减水泵过程中，管网流量变化适应负荷变化，系统运动更加稳定，极大地减轻水力失调现象，而且通过阻抗系数建立了冷冻泵与空调机组的关系，使整个系统控制运动也更加的协调。

实施例三：

请参阅图4及图5，其为本发明实施例三提供一种冷冻水变流量节能控制系统，本实施例与上述实施例二基本相同，其不同之处在于：在本实施例中，所述冷冻泵个数设置为三个，分别为第一冷冻泵111、第二冷冻泵112、第三冷冻泵113。所述每个冷冻泵对应连接一个变频器，每台变频器同步调节所述与之相连的冷冻泵。即第一冷冻泵111连接第一变频器211，所述第二冷冻泵112连接第二变频器212，第三冷冻泵连接第三变频器213。所述第一变频器211、第二变频器212、第三变频器213分别与所述控制器201连接。

所述变频器频率下限为25HZ，上限为50HZ。

所述每台空调机组水管入口安装所述电动阀门。

在本实施例中，所述电动阀门至少为三个，分别为第一电动阀门241、第二电动阀门242、第三电动阀门243；每个电动阀门分别对应信号连接有一空调机组，即第一电动阀门241信号连接第一空调机组121、第二电动阀门242信号连接第二空调机组122，第三电动阀门243信号连接第三空调机组123。

所述第一空调机组121、第二空调机组122及第三空调机组123输出信号传输至制冷主机101，所述制冷主机输出信息至变频器，变频器同步控制调节冷冻泵。

本发明实施例冷冻水变流量节能控制系统在工作时，控制器101通过接收压差传感器231和流量计221传来的信号，并根据控制器101内预编程的控制逻辑程序对阻抗系数的优化分析，通过压差传感器231检测出的压差值和压差设定值进行比较分析，根据比较偏差PID调节输出控制信号控制变频器进行频率调节，使循环水流量相应的调整到实际所需要的流量。本发明实施例能够结合末端阀门的变化实时进行变压差控制，从而使得系统与末端负荷更加的匹配；通过增强管网中实际流量与设计流量的一致性，从而极大地减轻了水力失调现象。

本发明实施例冷冻水变流量节能控制系统通过基于阻抗系数优化，通过变频器进行实时同步频率控制冷冻泵，可使冷冻水系统在不同负荷条件下保持最佳的压差控制，使得系统与末端负荷更加匹配，增强了管网中实际流量与设计流量的一致性，管网流量变化适应负荷变化，系统运动更加稳定，极大地减轻水力失调现象，而且通过阻抗系数建立了冷冻泵与空调机组的关系，使整个系统控制运动也更加的协调。

本发明实施例通过以阻抗系数作为优化对象，通过对阻抗系数的优化转为直接流量控制的优化，很好的满足了空调负荷响应的准确性与及时性。

本发明实施例的所述系统的运行方法在上述实施例一中已经详细描述，在此不作赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种冷冻水变流量节能控制方法，其特征在于，包括：

依据设计资料，获取冷冻水系统设计流量为Q₀，设计压差为ΔP₀，计算

不断调节各空调机组的电动阀门的开度，各管道的阻抗系数S_i均发生变化；总阻抗系数S与冷冻水流量Q值均发生变化；记录下各变化值；

根据并联管段的总阻抗系数S与各并联管段的阻抗S_i的关系计算出总阻抗系数S；

根据阻抗系数设定值S_设与冷冻水流量Q的关系计算出阻抗系数设定值S_设；

根据阻抗系数设定值S_设、流量值Q与冷冻水系统的设定压差ΔP_设之间的关系计算出冷冻水系统的设定压差ΔP_设；

检测出冷冻水系统的实际压差ΔP，比较实际压差ΔP与设定值ΔP_设之间的偏差；根据比较偏差PID调节输出控制信号控制变频器VFD进行频率调节；

变频器VFD对水泵进行流量及扬程的调节，使得压差满足设定压差值。

2.根据权利要求1所述的冷冻水变流量节能控制方法，其特征在于，所述并联管段的总阻抗系数S与各并联管段的阻抗S_i的关系为:i为自然数。

3.根据权利要求2所述的冷冻水变流量节能控制方法，其特征在于，所述阻抗系数设定值S_设与冷冻水流量Q的关系为：

Q₀为冷冻水系统设计流量。

4.根据权利要求1～3任一项所述的冷冻水变流量节能控制方法，其特征在于，所述根据阻抗系数设定值S_设、流量值Q与冷冻水系统的设定压差ΔP_设之间的关系计算出冷冻水系统的设定压差ΔP_设；ΔP_设＝S_设Q²。

5.根据权利要求4所述的冷冻水变流量节能控制方法，其特征在于，所述变频器频率下限为25HZ，上限为50HZ。

6.一种冷冻水变流量节能控制系统，其特征在于，包括控制器、与控制器信号连接的压差传感器、变频器以及流量计，所述变频器连接有冷冻泵，所述每个冷冻泵一端对应连接有一个变频器，每个冷冻泵另一端对应连接有电动阀门，所述每个电动阀门均与一个空调机组连接，所述空调机组和所述变频器均与制冷主机连接。

7.根据权利要求6所述的冷冻水变流量节能控制系统，其特征在于，所述压差传感器用于检测出冷冻水系统的实际压差ΔP，所述差压传感器安装在冷冻水供、回水总管上。

8.根据权利要求6所述的冷冻水变流量节能控制系统，其特征在于，所述流量计用于检测冷冻水供水总管的水流量，流量计安装在冷冻水供水总管上。

9.根据权利要求6～8任一项所述的冷冻水变流量节能控制系统，其特征在于，所述冷冻泵包括第一冷冻泵、第二冷冻泵、第三冷冻泵；所述第一冷冻泵连接第一变频器，所述第二冷冻泵连接第二变频器，第三冷冻泵连接第三变频器，所述第一变频器、第二变频器、第三变频器分别与所述控制器连接。

10.根据权利要求9所述的冷冻水变流量节能控制系统，其特征在于，所述电动阀门包括第一电动阀门、第二电动阀门、第三电动阀门；每个电动阀门分别对应信号连接有一空调机组，所述第一电动阀门信号连接第一空调机组、第二电动阀门信号连接第二空调机组，第三电动阀门信号连接第三空调机组。