CN106225362A - 一种双机头离心式冷水机组的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双机头离心式冷水机组的控制方法和系统，将需求制冷量与机组设计制冷量进行比值计算，得出冷量需求系数k，将冷量需求系数k与冷量需求系数临界值进行比较，来控制投入的压缩机量，根据机组运行工况和负荷情况，合理分配每台压缩机的负荷，保证机组高效稳定运行，采用双机头匹配方案，配合高效节能控制方式，调节范围更广，适应场所更多，运行更加节能；根据机组运行参数，计算需求制冷量，从而得出冷量需求系数，根据冷量需求系数k的大小，决定投入制冷量大小不同的压缩机，使机组始终运行在高效区域，运行更稳定节能；采用双机头大小冷量压缩机进行匹配，机组全负荷范围内都能更高效的运行，且能有效避免喘振，运行更加稳定。

Description

一种双机头离心式冷水机组的控制方法和系统
技术领域
本发明主要涉及中央空调技术领域，具体涉及一种双机头离心式冷水机组的控制方法和系统。
背景技术
随着工业化进程的发展，能源和环境问题越来越受到人们重视，节能减排、绿色环保，已经是大势所趋。根据《GB 50189-2015公共建筑节能设计标准》统计，建筑能耗占我国能源总消费的比例已达27.5％，在建筑能耗中，暖通空调系统和生活热水系统耗能比例接近60％。冷水机组是公共建筑集中空调系统的主要耗能设备，其性能很大程度上决定了空调系统的能效。实际运行中，冷水机组绝大部分时间处于部分负荷工况下运行，只选用单一的满负荷性能指标来评价冷水机组的性能不能全面地体现冷水机组的真实能效，还需考虑冷水机组在部份负荷运行时的能效。已经开始实施的《GB 50189-2015公共建筑节能设计标准》和即将升版的《GB 19577冷水机组能效限定值及能源效率等级》标准，都对冷水机组的满负荷性能系数(COP)以及水冷冷水机组的综合部分负荷性能系数CIPLV)做出了要求，倒逼冷水机组生产厂家生产高效、节能的产品。
喘振是离心式制冷压缩机(即速度型制冷压缩机)所特有的一个特征。它表现在当离心式制冷压缩机在低负荷下运行时，容易发生喘振，造成周期性地增大噪声和振动，严重时甚至损坏压缩机。
它的产生是由于压缩机的排气压力小于冷凝器的压力，导致压缩机无法实现排气，但压缩机又不断吸气，从而机组出现剧烈震动和噪音。一般来讲，机组在即低负荷运行且系统压比没有相应减小时会出现喘振。一般来说，整个系统负荷过低且系统压比没有相应减小，而采用离心机组必须运转时就可能出现喘振。
采取的措施主要有三种，一是对控制系统进行设置，保证机组运行在当前压比允许的最小负荷以上。此种方法可能出现在低负荷下造成制冷空间内温度过低的情况，这在对室内温度要求较高的场合是不允许的。
二是采用间歇运行的方法，配置相应的蓄冷装置，在负荷较低的情况下可以边蓄冷边供冷，从而较好的调节室内温度。此方法一是增加了设备初投资，二是间歇运行外加蓄冷给运行调节增加了难度，且室温也不是很稳定。
三是系统采用的机组大小搭配，即保证整个系统的最小负荷大于采用的最小的一台离心机组的30％负荷。但此方法需要购买两套机组，初投资明显增加。
双机头机组具有调节范围广，不易喘振，部分负荷性能高，启动电流低的优点，非常符合当前发展趋势。而传统的双机头机组都是两个机组等冷量布置，对于高压比小负荷的情况还是无法运行，且运行不经济。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双机头冷水机组的控制方法和系统，提供一种节能控制方式，根据机组运行工况和负荷情况，合理分配每台压缩机的负荷，保证机组高效稳定运行，采用双机头匹配方案，配合高效节能控制方式，调节范围更广，适应场所更多，运行更加节能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双机头离心式冷水机组的控制方法，包括如下步骤:
步骤S1:启动机组，使第一压缩机和第二压缩机处于待机状态，第一压缩机冷量大于第二压缩机冷量；
步骤S2:启动第一压缩机，并运行至当前工况下所设置的最佳点；
步骤S3:采集冷媒水出水温度，待冷媒水出水温度稳定时，将需求制冷量与机组设计制冷量进行比值计算，得出冷量需求系数k；
步骤S4:根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量，再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制；
步骤S5:根据当前的冷媒水出水温度以及当前压缩机的开启情况，决定是否需要重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；
步骤S6:当满足仅开启第二压缩机以及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，关闭机组。
本发明的有益效果是：提供一种节能控制方式，根据机组运行工况和负荷情况，合理分配每台压缩机的负荷，保证机组高效稳定运行，采用双机头匹配方案，配合高效节能控制方式，调节范围更广，适应场所更多，运行更加节能；根据机组运行参数，计算需求制冷量，从而得出冷量需求系数，根据冷量需求系数k的大小，决定投入压缩机的代号，使机组始终运行在高效区域，运行更加稳定节能；采用双机头大小冷量压缩机进行匹配，机组全负荷范围内都能更高效的运行，且能有效避免喘振，运行更加稳定。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤S2中，根据公式k＝Qr/Q0得出冷量需求系数，其中Qr为需求制冷量，Q0为机组设计制冷量。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据冷量需求系数k的大小，决定投入哪台压缩机，使机组始终运行在高效区域，运行更加稳定节能。
进一步，所述机组设计制冷量Q0通过公式Q0＝Q1+Q2进行计算，其中Q1为第一压缩机制冷量，Q2为第二压缩机制冷量。
采用上述进一步方案的有益效果是：便于随时调整制冷参数，运行更加稳定节能。
进一步，根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量的具体实现方法为：将冷量需求系数k与预设的第一冷量需求系数临界值k1、第二冷量需求系数临界值k2进行比较，其中k1＞k2，当k≥k1时,则保持第一压缩机开启,同时开启第二压缩机，将第二压缩机运行至当前工况下所设置的最佳点；当k2＜k＜k1时,则保持第一压缩机开启；当k≤k2时,则关闭第一压缩机,并开启第二压缩机。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据冷量需求系数k的大小，决定投入制冷量大小不同的压缩机，使机组始终运行在高效区域，运行更加稳定节能。
进一步，具体实现步骤S5的方法为：当冷媒水出水温度小于预设目标温度时，判断当前是否仅开启了第二压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；当冷媒水出水温度大于预设目标温度时，判断当前是否开启了全部压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据不同的情况对压缩机的开启进行调整，满足预设条件时则按照水温调控模式控制水温，具有节能控制的优点。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种双机头离心式冷水机组的控制系统，包括：
启动模块，用于当接收到控制模块的启动指令时,启动机组，使第一压缩机和第二压缩机处于待机状态，第一压缩机冷量大于第二压缩机冷量，当接收到运行指令时，启动第一压缩机，并运行至当前工况下所设置的最佳点；
采集及计算模块，用于采集冷媒水出水温度，待冷媒水出水温度稳定时，将需求制冷量与机组设计制冷量进行比值计算，得出冷量需求系数k；
控制模块，用于向启动模块发出启动指令和运行指令；还用于根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量，再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制，再根据当前的冷媒水出水温度以及当前压缩机的开启情况，决定是否需要重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；还用于当满足仅开启第二压缩机及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，发送关闭指令至关闭模块；
关闭模块，用于根据关闭指令关闭机组。
进一步，所述采集及计算模块中，根据公式k＝Qr/Q0得出冷量需求系数，其中Qr为需求制冷量，Q0为机组设计制冷量。
进一步，所述机组设计制冷量Q0通过公式Q0＝Q1+Q2进行计算，其中Q1为第一压缩机制冷量，Q2为第二压缩机制冷量。
进一步，所述控制模块中包括：
临界值设置单元，用于预设第一冷量需求系数临界值k1、第二冷量需求系数临界值k2，其中k1＞k2；
第一控制单元，用于当k≥k1时,则保持较大冷量压缩机开启,同时开启第二压缩机，将第二压缩机运行至当前工况下所设置的最佳点；当k2＜k＜k1时,则保持第一压缩机开启；当k≤k2时,则关闭第一压缩机,并开启第二压缩机；再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制；
第二控制单元，用于判断当前的冷媒水出水温度是否小于预设目标温度，如果是则判断是否仅开启第二压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则调用所述采集及计算模块和所述第一控制单元重新计算冷量需求系数k来决定投入压缩机的数量；当冷媒水出水温度大于预设目标温度时，判断当前是否开启了全部压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；
第三控制单元，用于当满足仅开启第二压缩机及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，关闭机组。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种中央空调，包括所述的双机头离心式冷水机组的控制系统。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程图；
图2为本发明系统的模块框图；
图3为本发明具体实施例的方法流程图；
图4为本发明实施例中2000RT离心式冷水机组各方案能效对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种双机头冷水机组的控制方法，包括如下步骤:
步骤S1:启动机组，使第一压缩机和第二压缩机处于待机状态，第一压缩机冷量大于第二压缩机冷量；
步骤S2:启动第一压缩机，并运行至当前工况下所设置的最佳点；
步骤S3:采集冷媒水出水温度，待冷媒水出水温度稳定时，将需求制冷量与机组设计制冷量进行比值计算，得出冷量需求系数k；
步骤S4:根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量，再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制；
步骤S5:根据当前的冷媒水出水温度以及当前压缩机的开启情况，决定是否需要重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；
步骤S6:当满足仅开启第二压缩机以及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，关闭机组。
所述步骤S2中，根据公式k＝Qr/Q0得出冷量需求系数，其中Qr为需求制冷量，Q0为机组设计制冷量。可以根据冷量需求系数k的大小，决定投入哪台压缩机，使机组始终运行在高效区域，运行更加稳定节能。
所述机组设计制冷量Q0通过公式Q0＝Q1+Q2进行计算，其中Q1为第一压缩机制冷量，Q2为第二压缩机制冷量。便于随时调整制冷参数，运行更加稳定节能。
根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量的具体实现方法为：将冷量需求系数k与预设的第一冷量需求系数临界值k1、第二冷量需求系数临界值k2进行比较，其中k1＞k2，当k≥k1时,则保持第一压缩机开启,同时开启第二压缩机，将第二压缩机运行至当前工况下所设置的最佳点；当k2＜k＜k1时,则保持第一压缩机开启；当k≤k2时,则关闭第一压缩机,并开启第二压缩机。可以根据冷量需求系数k的大小，决定投入制冷量大小不同的压缩机，使机组始终运行在高效区域，运行更加稳定节能。
具体实现步骤S5的方法为：当冷媒水出水温度小于预设目标温度时，判断当前是否仅开启了第二压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；当冷媒水出水温度大于预设目标温度时，判断当前是否开启了全部压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量。
当当前的冷媒水出水温度小于预设目标温度且仅开启了最小冷量压缩机时，按照水温调控模式控制水温，具有节能控制的优点。
如图2所示，一种双机头冷水机组的控制系统，包括：
启动模块，用于当接收到控制模块的启动指令时,启动机组，使第一压缩机和第二压缩机处于待机状态，第一压缩机冷量大于第二压缩机冷量，当接收到运行指令时，启动第一压缩机，并运行至当前工况下所设置的最佳点；
采集及计算模块，用于采集冷媒水出水温度，待冷媒水出水温度稳定时，将需求制冷量与机组设计制冷量进行比值计算，得出冷量需求系数k；
控制模块，用于向启动模块发出启动指令和运行指令；还用于根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量，再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制，再根据当前的冷媒水出水温度以及当前压缩机的开启情况，决定是否需要重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；还用于当满足仅开启第二压缩机及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，发送关闭指令至关闭模块；
关闭模块，用于根据关闭指令关闭机组。
所述采集及计算模块中，根据公式k＝Qr/Q0得出冷量需求系数，其中Qr为需求制冷量，Q0为机组设计制冷量。
所述机组设计制冷量Q0通过公式Q0＝Q1+Q2进行计算，其中Q1为第一压缩机制冷量，Q2为第二压缩机制冷量。
所述控制模块中包括：
临界值设置单元，用于预设第一冷量需求系数临界值k1、第二冷量需求系数临界值k2，其中k1＞k2；
第一控制单元，用于当k≥k1时,则保持较大冷量压缩机开启,同时开启第二压缩机，将第二压缩机运行至当前工况下所设置的最佳点；当k2＜k＜k1时,则保持第一压缩机开启；当k≤k2时,则关闭第一压缩机,并开启第二压缩机；再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制；
第二控制单元，用于判断当前的冷媒水出水温度是否小于预设目标温度，如果是则判断是否仅开启第二压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则调用所述采集及计算模块和所述第一控制单元重新计算冷量需求系数k来决定投入压缩机的数量；当冷媒水出水温度大于预设目标温度时，判断当前是否开启了全部压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；
第三控制单元，用于当满足仅开启第二压缩机及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，关闭机组。
本发明还包括一种中央空调，其包括所述的双机头离心式冷水机组的控制系统。
如图3所示，本发明方法具体实施如下：
步骤1：启动机组，使第一压缩机和第二压缩机处于待机状态，第一压缩机冷量大于第二压缩机冷量；
步骤2：采集T、TS、Q0；
步骤3：启动第一压缩机，并运行至当前工况下所设置的最佳点；
步骤4：采集冷媒水出水温度，待冷媒水出水温度稳定时，将需求制冷量与机组设计制冷量进行比值计算，得出冷量需求系数k；
步骤5：当k≥k1时,则保持第一压缩机开启,同时开启第二压缩机，再执行步骤8；
步骤6：当k2＜k＜k1时,则保持第一压缩机开启，执行步骤9；
步骤7：当k≤k2时,则关闭第一压缩机,并开启第二压缩机，执行步骤8；
步骤8：将第二压缩机运行至当前工况下所设置的最佳点，执行步骤9；
步骤9：在线的压缩机根据水温调控；
步骤10：当冷媒水出水温度小于预设目标温度时，判断当前是否仅开启了第二压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，并执行步骤11，否则重复执行步骤4；当冷媒水出水温度大于预设目标温度时，判断当前是否开启了全部压缩机(第一压缩机和第二压缩机均开启)，如果是则按照水温调控模式控制，并执行步骤11，否则重复执行步骤4；
步骤11：若当前的冷媒水出水温度T<预设停机温度TS，关闭机组。
具体的，本发明以2000RT离心式机组为例，双机头的第一压缩机和第二压缩机采用冷量不同的大小机头冷水机组，第一压缩机采用DB 1300RT压缩机(S系列)，第二压缩机用DB 700RT压缩机(F系列)，压缩机冷量比例为黄金比例(65:35)，部分负荷下压缩机所占运行比例如下表所示。由表1和图4所示，大小机头冷水机组匹配方案除10％负荷外，都运行在压缩机的高效区域(50％～90％之间)内，机组的IPLV更高，且20％以上都能进行定冷却水进水运行，调节范围更广，适应场所更多。
在低负荷区，第二压缩机可以实现25％负荷运转，即机组可以在25％×35％＝8.75％负荷下运转，即整个离心冷水机组至少可以在9％—100％之间运转，实现大跨度区间内无级高效稳定调节。
表1：
本发明提供一种节能控制方式，根据机组运行工况和负荷情况，合理分配每台压缩机的负荷，保证机组高效稳定运行，采用双机头匹配方案，配合高效节能控制方式，调节范围更广，适应场所更多，运行更加节能；根据机组运行参数，计算需求制冷量，从而得出冷量需求系数，根据冷量需求系数k的大小，决定投入压缩机的代号，使机组始终运行在高效区域，运行更加稳定节能；可采用双机头大小压缩机进行匹配，机组全负荷范围内都能更高效的运行，且能有效避免喘振，运行更加稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种双机头离心式冷水机组的控制方法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤S1:启动机组，使第一压缩机和第二压缩机处于待机状态，第一压缩机冷量大于第二压缩机冷量；
步骤S2:启动第一压缩机，并运行至当前工况下所设置的最佳点；
步骤S3:采集冷媒水出水温度，待冷媒水出水温度稳定时，将需求制冷量与机组设计制冷量进行比值计算，得出冷量需求系数k；
步骤S4:根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量，再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制；
步骤S5:根据当前的冷媒水出水温度以及当前压缩机的开启情况，决定是否需要重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；
步骤S6:当满足仅开启第二压缩机以及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，关闭机组。
2.根据权利要求1所述的双机头离心式冷水机组的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据公式k＝Qr/Q0得出冷量需求系数，其中Qr为需求制冷量，Q0为机组设计制冷量。
3.根据权利要求2所述的双机头离心式冷水机组的控制方法，其特征在于，所述机组设计制冷量Q0通过公式Q0＝Q1+Q2进行计算，其中Q1为第一压缩机制冷量，Q2为第二压缩机制冷量。
4.根据权利要求1所述的双机头离心式冷水机组的控制方法，其特征在于，根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量的具体实现方法为：将冷量需求系数k与预设的第一冷量需求系数临界值k1、第二冷量需求系数临界值k2进行比较，其中k1＞k2，当k≥k1时,则保持第一压缩机开启,同时开启第二压缩机，将第二压缩机运行至当前工况下所设置的最佳点；当k2＜k＜k1时,则保持第一压缩机开启；当k≤k2时,则关闭第一压缩机,并开启第二压缩机。
5.根据权利要求1所述的双机头离心式冷水机组的控制方法，其特征在于，具体实现步骤S5的方法为：当冷媒水出水温度小于预设目标温度时，判断当前是否仅开启了第二压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；当冷媒水出水温度大于预设目标温度时，判断当前是否开启了全部压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量。
6.一种双机头离心式冷水机组的控制系统，其特征在于，包括：
启动模块，用于当接收到控制模块的启动指令时,启动机组，使第一压缩机和第二压缩机处于待机状态，第一压缩机冷量大于第二压缩机冷量，当接收到运行指令时，启动第一压缩机，并运行至当前工况下所设置的最佳点；
采集及计算模块，用于采集冷媒水出水温度，待冷媒水出水温度稳定时，将需求制冷量与机组设计制冷量进行比值计算，得出冷量需求系数k；
控制模块，用于向启动模块发出启动指令和运行指令；还用于根据冷量需求系数k决定投入压缩机的数量，再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制，再根据当前的冷媒水出水温度以及当前压缩机的开启情况，决定是否需要重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；还用于当满足仅开启第二压缩机及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，发送关闭指令至关闭模块；
关闭模块，用于根据关闭指令关闭机组。
7.根据权利要求6所述的双机头离心式冷水机组的控制系统，其特征在于，所述采集及计算模块中，根据公式k＝Qr/Q0得出冷量需求系数，其中Qr为需求制冷量，Q0为机组设计制冷量。
8.根据权利要求7所述的双机头离心式冷水机组的控制系统，其特征在于，所述机组设计制冷量Q0通过公式Q0＝Q1+Q2进行计算，其中Q1为第一压缩机制冷量，Q2为第二压缩机制冷量。
9.根据权利要求6所述的双机头离心式冷水机组的控制系统，其特征在于，所述控制模块中包括：
临界值设置单元，用于预设第一冷量需求系数临界值k1、第二冷量需求系数临界值k2，其中k1＞k2；
第一控制单元，用于当k≥k1时,则保持较大冷量压缩机开启,同时开启第二压缩机，将第二压缩机运行至当前工况下所设置的最佳点；当k2＜k＜k1时,则保持第一压缩机开启；当k≤k2时,则关闭第一压缩机,并开启第二压缩机；再将已投入的压缩机按照水温调控模式控制；
第二控制单元，用于判断当前的冷媒水出水温度是否小于预设目标温度，如果是则判断是否仅开启第二压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则调用所述采集及计算模块和所述第一控制单元重新计算冷量需求系数k来决定投入压缩机的数量；当冷媒水出水温度大于预设目标温度时，判断当前是否开启了全部压缩机，如果是则按照水温调控模式控制，否则重新计算冷量需求系数k并决定投入压缩机的数量；
第三控制单元，用于当满足仅开启第二压缩机及冷媒水出水温度小于预设停机温度的条件时，关闭机组。
10.一种中央空调，其特征在于，包括权利6-9任一项所述的双机头离心式冷水机组的控制系统。
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