CN106931595A - 一种中央空调性能系数在线分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中央空调能效在线分析方法，包括如下步骤：以周期T采集中央空调相关运行参数；假设性能系数计算的递推周期为nT，计算各周期的实时性能系数；计算当前采样周期往前(n‑1)个采样周期的中央空调的制冷累计量占n个采样周期内制冷量收入项的权重；根据上一计算周期的加权递推平均性能系数，利用一阶惯性加权递推算法计算当前计算周期的加权递推平均性能系数；对于下一计算周期递推平均性能系数的计算，重复上述步骤即实现中央空调性能系数的连续在线分析。此种分析方法能有效处理运行参数、环境温度波动和系统延时的影响，从而保证计算结果准确可靠。

Description

一种中央空调性能系数在线分析方法

技术领域

本发明属于中央空调能效在线分析领域，特别涉及大型楼宇中央空调性能系数在线分析方法，实现了对中央空调性能系数的连续在线分析。

背景技术

随着社会经济的发展，大型建筑的数量在逐年增加，其综合能耗也在不断增大，我国约90％以上的大型公共建筑是典型的能耗大户，据不完全统计，建筑能耗约占全社会总能耗的30％-35％，未来几年写字楼、公寓、饭店、会展中心等大型公共建筑会大幅度增加，能源与发展的矛盾日益突出。中央空调是大型楼宇的重要耗能设备，能耗占比在40％以上；随着设备服役年限的增加，其运行性能系数往往达不到设计值，而且由于现场计量仪表和监控系统的缺失，经济性试验耗费大量的人力物力，因此长期以来中央空调的运行经济性一直缺乏有效评价。

大型楼宇能源管理系统针对现代楼宇能源管理的需要，通过现场总线把大楼中的电压、功率因数、温度、湿度、压力、流量等能耗数据采集到上位管理系统，将全楼的水、蒸汽、电力、燃料的用量由计算机集中处理，实现动态显示、报表生成和打印等一系列功能。利用楼宇能源管理系统采集的实时数据实现设备性能的在线分析，既可以实时评价设备的经济性，也可以评价运行参数的偏差及其对经济性造成的影响，进而实现运行优化的操作指导，同时根据这些数据实现系统的优化控制，最大限度地提高能源的利用率。

《容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法》(GB/T 10870-2001)规定了冷水机组性能系数计算基本规则和试验方法，对测定条件和测定持续时间做了严格规定，要求设备处于稳态或者准稳态工况，而实际生产运行时，由于随机因素引起的中央空调运行参数波动以及系统延时的影响，利用上述模型进行在线分析，达不到实时性能分析的要求，计算结果会产生较大偏差。

本发明以冷水机组区域为例，根据热平衡原理，其制冷量的计算方程式如下：

Q₀＝C*q_m*(t₁-t₂)+Q_c (1)

中央空调的性能系数定义为：

上述公式中，Q₀表示冷冻水的放热量(即中央空调制冷量)，W；C表示冷冻水的平均比热容，J/(kg*℃)；q_m表示冷冻水质量流量，kg/s；t₁表示冷水机组回水温度，℃；t₁表示冷水机组供水温度，℃；Q_c表示环境空气带入冷水机组热量修正项，W；N₀表示中央空调输入电功率，W；COP表示性能系数。

制冷量与性能系数对应的计算公式参照《容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法》(GB/T 10870-2001)确定，通过实时计算中央空调制冷量和中央空调输入电功率，按公式(2)得到中央空调的实时性能系数。当运行参数波动时，实时性能系数也会产生波动，但性能系数的瞬时波动并不表明设备能效发生变化，因此利用该模型指导设备的运行存在局限性。这主要是因为实时性能系数模型的工况为稳态或者准稳态，一般不会存在参数的较大幅度波动，即使个别参数有短时的大幅波动，也不会对计算结果产生影响。为得到适用于在线分析的性能系数计算模型，需对公式(2)中的各运行参数对时间积分，但积分算法复杂，不适合在线应用。

通过以上分析，目前缺乏一种符合要求的性能系数分析方法，基于此种需求，本案由此产生。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提供一种中央空调性能系数在线分析方法，其可有效处理运行参数、设备负荷、环境温度的影响，以保证输出结果趋势正确、稳定可靠。

技术方案：一种中央空调性能系数在线分析方法，包括如下步骤：

(1)对中央空调相关运行参数进行实时采集，数据采样的周期为T；

(2)设定性能系数计算的递推平均周期为nT；

(3)对于当前计算周期，从实时数据库中读取中央空调的相关运行参数，计算当前采样周期及往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷量Q_n和中央空调输入电功率N_n，依据下式计算实时性能系数COP_n：

(4)计算当前采样周期往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷累计量并计算包括前采样周期以及往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷累计量然后计算占的权重L_n-1为：

(5)利用改进的一阶惯性加权递推算法，计算当前计算周期的加权递推平均性能系数COP_avn为：

其中，COP_av(n-1)为上一计算周期的加权递推平均性能系数；所述计算周期间隔为T；

(6)对于下一计算周期递推平均性能系数的计算，令n加1后重复步骤(3)～(5)，即实现性能系数的连续在线分析。

有益效果：提出的基于一阶惯性加权递推平均的中央空调性能系数计算模型本质上为性能系数随时间的积分模型，但回避了对每个参与计算参数积分的过程，减少算法的复杂性，有效处理运行参数、设备负荷、环境温度波动和系统延时的影响，真正达到滤波的目的；同时在传感器采用或通讯系统出现故障导致制冷量计算出现异常值时，对一阶惯性加权递推算法进行分类处理，防止错误的计算值对下一个周期的影响，实现在线解耦，以保证输出结果趋势正确，稳定可靠，且方便于现场应用。

具体实施方式

一种中央空调性能系数在线分析方法，包括如下步骤：

(1)对中央空调相关运行参数进行实时采集，数据采样的周期为T,一般取3秒；

(2)设定性能系数计算的递推平均周期为nT，一般n取20；

(3)对于当前计算周期，从实时数据库中读取中央空调的相关运行参数，计算当前采样周期及往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷量Q_n和中央空调输入电功率N_n，依据下式计算实时性能系数COP_n：

(4)计算当前采样周期往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷累计量并计算包括前采样周期以及往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷累计量然后计算占的权重L_n-1为：

(5)利用改进的一阶惯性加权递推算法，计算当前计算周期的加权递推平均性能系数COP_avn为：

其中，COP_av(n-1)为上一计算周期的加权递推平均性能系数；计算周期间隔为T，一般取3秒；

(6)对于下一计算周期的递推平均性能系数计算，令n加1后重复步骤(3)～(5)，如此即实现性能系数的连续在线分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种中央空调性能系数在线分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对中央空调相关运行参数进行实时采集，数据采样的周期为T；

(2)设定性能系数计算的递推平均周期为nT；

(3)对于当前计算周期，从实时数据库中读取中央空调的相关运行参数，计算当前采样周期及往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷量Q_n和中央空调输入电功率N_n，依据下式计算实时性能系数COP_n：

${\mathrm{COP}}_n=\frac{Q_n}{N_n};$

(4)计算当前采样周期往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷累计量并计算包括前采样周期以及往前(n-1)个采样周期的中央空调的制冷累计量然后计算占的权重L_n-1为：

$L_{n-1}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{Q}_i*T}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_i*T};$

(5)利用改进的一阶惯性加权递推算法，计算当前计算周期的加权递推平均性能系数COP_avn为：

${\mathrm{COP}}_{avn}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{COP}}_{av(n-1)},& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_i*T=0;\\ L_{n-1}*{\mathrm{COP}}_{av(n-1)}+(1-L_{n-1})*{\mathrm{COP}}_n,& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_i*T\≠0;\end{array}\right.$

其中，COP_av(n-1)为上一计算周期的加权递推平均性能系数；所述计算周期间隔为T；

(6)对于下一计算周期递推平均性能系数的计算，令n加1后重复步骤(3)～(5)，即实现性能系数的连续在线分析。