CN107036232A - 一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法及装置，该方法包括步骤：S1、根据空调系统的历史运行数据获取大主机的性能系数模型和小主机的性能系数模型；S2、基于所获得的蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度，并根据底部冷冻水温度、顶部冷冻水温度计算蓄冷水罐的冷负荷；S3、根据蓄冷水罐的冷负荷及大主机的性能系数模型和小主机的性能系数模型，获得空调系统的整体性能系数值；S4、根据空调系统的整体性能系数值控制空调系统的运行模式。根据不同性能系数模型的大小主机生产冷冻水及蓄冷，可实现在相同蓄冷量的情况下，寻找出最佳的主机运行方式，达到运行节能的目的。

Description

一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法及装置
技术领域
本发明涉及中央空调领域，更具体地说，涉及一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法及装置。
背景技术
在我国，2014年建筑能耗总量超过12.5亿吨标准煤，占社会总能耗30％。中央空调能耗占建筑总能耗65％，其中空调机房能耗占能耗70％左右。因此，针对中央空调系统机房的主要设备，特别是制冷主机的能效水平进行实时监测，评估及控制对中央空调的节能运行是十分必要的。中央空调系统主机运行能效通常使用COP(Coefficient ofperformance，即性能系统)定义根据实时测量值进行计算，传统的水蓄冷制冷主机运行控制只是简单的采用制冷量时间和制冷量控制方法，并没有考虑制冷主机采用的组合运行方式是否高效及节能的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、根据空调系统的历史运行数据获取所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型；其中，所述大主机的性能系数模型为：
COPb＝a0PLRb 4+a1PLRb 3+a2PLRb 2+a3PLRb+a4，a0，a1,a2,a3,a4为拟合系数；
所述小主机的性能系数模型为：
COPs＝b0PLRs 4+b1PLRs 3+b2PLRs 2+b3PLRs+b4，b0，b1,b2,b3,b4为拟合系数；PLR表示中央空调主机的部分负荷率；
S2、基于所获得的蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度，并根据所述底部冷冻水温度、所述顶部冷冻水温度计算所述蓄冷水罐的冷负荷；
S3、根据所述蓄冷水罐的冷负荷及所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型，获得所述空调系统的整体性能系数值；
S4、根据所述空调系统的整体性能系数值控制所述空调系统的运行模式。
在本发明所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法中，优选地，所述历史运行数据包括冷冻水供水温度数据、冷冻水回水温度数据、冷冻水水流量数据、主机额定制冷量数据、以及主机的运行功率数据。
在本发明所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法中，优选地，所述步骤S1包括：
采用回归拟合算法空调系统的历史运行数据进行回归拟合获得所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型。
在本发明所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法中，优选地，所述方法包括：
根据设置在所述蓄冷水罐底部和顶部的水温传感器实时采集所述蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度。
在本发明所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法中，优选地，所述步骤S2包括：
所述蓄冷水罐的冷负荷根据以下式子进行计算获得：
Qtan＝ρCM(TH-TL)；
TL：表示蓄冷水罐底部冷冻水水温；
TH：表示蓄冷水罐顶部冷冻水水温；
ρ：表示冷冻水的密度；
C：表示冷冻水的比热容；
M：表示冷冻水的水流量；
Qtan：表示蓄冷水罐的冷负荷。
在本发明所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法中，优选地，所述空调系统包括第一运行模式和第二运行模式；所述第一运行模式为：所述大主机满负荷时，所述小主机部分负荷；所述第二运行模式为：所述大主机部分负荷时，所述小主机满负荷。
在本发明所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法中，优选地，所述步骤S3包括：
基于所计算得到的所述蓄冷水罐的冷负荷，结合能量守恒定律以及所述空调系统整体性能系数的定义式，计算所述空调系统的整体性能系数值。
在本发明所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法中，优选地，所述空调系统的整体性能系数的定义式为：
在本发明所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法中，优选地，所述步骤S4包括：
基于所获得的所述空调系统的整体性能系数值，并根据以下式子果控制空调系统的运行模式：
其中，D表示条件判断中间变量，其计算式如下：
本发明还提供一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制装置，包括：
获取单元，用于根据空调系统的历史运行数据获取所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型；其中，所述大主机的性能系数模型为：
COPb＝a0PLRb 4+a1PLRb 3+a2PLRb 2+a3PLRb+a4，a0，a1,a2,a3,a4为拟合系数；
所述小主机的性能系数模型为：
COPs＝b0PLRs 4+b1PLRs 3+b2PLRs 2+b3PLRs+b4；b0，b1,b2,b3,b4为拟合系数；
第一计算单元，用于基于所获得的蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度，并根据所述底部冷冻水温度、所述顶部冷冻水温度计算所述蓄冷水罐的冷负荷；
第二计算单元，用于根据所述蓄冷水罐的冷负荷及所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型，获得所述空调系统的整体性能系数值；
控制单元，用于根据所述空调系统的整体性能系数值控制所述空调系统的运行模式。
实施本发明的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，具有以下有益效果：本发明根据不同性能系数模型的大小主机同时生产冷冻水及蓄冷，以获得空调系统的整体性能系数值，并根据空调系统的整体性能系数值对空调系统的运行模式进行控制，进而实现对空调系统的优化控制，实现中央空调系统整体节费节能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明提供的一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法的流程示意图，该医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法可应用于DDC或PLC控制装置中。如图1所示，该实施例的能效优化控制方法包括以下步骤：
S1、根据空调系统的历史运行数据获取所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型；其中，所述大主机的性能系数模型为：
COPb＝a0PLRb 4+a1PLRb 3+a2PLRb 2+a3PLRb+a4，a0，a1,a2,a3,a4为拟合系数；
所述小主机的性能系数模型为：
COPs＝b0PLRs 4+b1PLRs 3+b2PLRs 2+b3PLRs+b4，b0，b1,b2,b3,b4为拟合系数；PLR表示中央空调主机的部分负荷率；且a0，a1,a2,a3,a4，b0，b1,b2,b3,b4均为实数。
在本发明的实施例中，大主机即为中央空调系统的大制冷主机，小主机即为中央空调系统的小制冷主机。
在该步骤中，空调系统的历史运行数据包括冷冻水供水温度数据、冷冻水回水温度数据、冷冻水水流量数据、主机额定制冷量数据、以及主机的运行功率数据。
另外，该步骤中的空调系统的历史运行数据可从空调系统在历史运行的记录中查询获得，也可以通过大量的实际运行数据进行记录总结获得。本发明实施例不做限定。
优选地，在获得空调系统的历史运行数据后，根据所获得的空调系统的历史运行数据，可采用回归拟合算法空调系统的历史运行数据进行回归拟合获得所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型。
S2、基于所获得的蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度，并根据所述底部冷冻水温度、所述顶部冷冻水温度计算所述蓄冷水罐的冷负荷。
在该步骤中，蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度可通过水温传感器对蓄冷水罐底部和顶部的冷冻水的温度进行实时监测获得。具体地，可分别在蓄冷水罐底部和顶部设置水温传感器，由底部和顶部的水温传感器对蓄冷水罐底部和顶部的水温进行实时监测并将所的测得的温度数据传送至主控制器。
进一步地，根据水温传感器获得蓄冷水罐底部和顶部的冷冻水温度，结合冷冻水的水密度、比热容以及水流量，计算出蓄冷水罐的冷负荷，即将顶部冷冻水温度与底部冷冻水温度作差，再与冷冻水的水密度、比热容、水流量相乘，获得蓄冷水罐的冷负荷。具体的计算公式为：
Qtan＝ρCM(TH-TL)；
其中，
TL：表示蓄冷水罐底部冷冻水水温及罐顶冷冻水水温；
TH：表示蓄冷水罐顶部冷冻水水温及罐顶冷冻水水温；
ρ：表示冷冻水的密度；
C：表示冷冻水的比热容；
M：表示冷冻水的水流量；
Qtan：表示蓄冷水罐的冷负荷。
S3、根据所述蓄冷水罐的冷负荷及所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型，获得所述空调系统的整体性能系数值。
在该步骤中，通过步骤S2获得蓄冷水罐的冷负荷，并根据能量守恒定律可知，蓄冷水罐所蓄的冷负荷总量即为大小两台制冷主机所输出的冷量。
其中，在本发明的实施例中，空调系统可由大小两台制冷主机实行供冷时，通常可采用两种组合的运行模式。即本发明的空调系统可包括第一运行模式和第二运行模式。优选地，第一运行模式为：大主机满负荷时，小主机部分负荷，即大主机满负荷+小主机部分负荷。第二运行模式为：大主机部分负荷时，小主机满负荷。可以理解地，通过采用这两种运行模式，可以有效避免大小主机长期处于满负荷的运行状态，能耗降低，进一步提高了大小主机的运行能效。
根据能量守恒定律，当空调系统运行在第一运行模式时，可得到以下关系式：
Qtan＝1×Qb,rate+PLRs×Qs,rate (1.1)；
即大主机满负荷+小主机部分负荷所输出的冷量等于蓄冷水罐所蓄的冷负荷。同理，当空调系统运行在第二运行模式时，可得到以下关系式：
Qtan＝PLRb×Qb,rate+1×Qs,rate (1.2)；
进一步地，根据以上关系式(1.1)及(1.2)可得到：
Qtan＝1×Qb,rate+PLRs×Qs,rate＝PLRb×Qb,rate+1×Qs,rate (1.3)；
即不管是空调系统运行在何种运行模式，大小主机所输出的冷量总和均等于蓄冷水罐所蓄的冷负荷，进而可获得公式(1.3)的关系式。
通过公式1.3再结合水蓄冷空调系统整体性能系数的定义式进行计算，可计算得到空调系统的整体性能系数值。具体地，水蓄冷空调系统整体性能系数的定义式为：
根据公式(1.5)对空调系统运行在两种模式下的整体性能系数进行计算，获得空调系统运行在两种模式下的整体性能系数值。具体地，当空调系统运行在第一运行模式时，即大主机满负荷+小主机部分负荷。此时，大主机的性能系数为：
COPb＝a0+a1+a2+a3+a4；
小主机的性能系数：
COPs＝b0PLRs 4+b1PLRs 3+b2PLRs 2+b3PLRs+b4；
将COPb＝a0+a1+a2+a3+a4和COPs＝b0PLRs 4+b1PLRs 3+b2PLRs 2+b3PLRs+b4代入公式(1.5)即可获得空调系统运行在第一运行模式时的整体性能系数值，即：
同理，当空调系统在第二运行模式时，即大主机部分负荷+小主机满负荷。此时，大主机的性能系数为：
COPb＝a0PLRb 4+a1PLRb 3+a2PLRb 2+a3PLRb+a4；
小主机的性能系数为：
COPs＝b0+b1+b2+b3s+b4；
将COPb＝a0PLRb 4+a1PLRb 3+a2PLRb 2+a3PLRb+a4和COPs＝b0+b1+b2+b3s+b4代入公式(1.5)即可获得空调系统运行在第二运行模式时的整体性能系数值，即：
S4、根据所述空调系统的整体性能系数值控制所述空调系统的运行模式。
在上述步骤中，获得空调系统运行在第一运行模式和第二运行模式时的整体性能系数值后，与预设的性能系数进行比较并判断实时获得的整体性能系数值是否落入预设范围内。若是，则维持原有的运行模式，若否，则根据判断结果调节大主机与小主机，控制空调系统的运行模式。优选地，在本发明的实施例中空调系统的整体性能预设系数的范围为[0.95,1.05]，当实时获得的整体性能系数值落在预设系数的范围内，则维持系统原有的组合模式，即保持上一时刻的运行模式。若实时获得的空调系统的整体性能系数值不在预设系数的范围，则将整体性能系数值与预设系数范围的最大值或最小值进行比较判断，若D>1.05，则选用第一运行模式，即控制空调系统变换为第一运行模式：大主机满负荷+小主机部分负荷，即当D>1.05时，改用大主机满负荷+小主机部分负荷的第一运行模式可使空调系统的整体能效性能更高；若D<0.95，则选用第二运行模式，即控制空调系统变换为第二运行模式：大主机部分负荷+小主机满负荷，即当D<0.95时，改用大主机部分负荷+小主机满负荷的第二运行模式时可使空调系统的整体能效性能更高。在具体操作时，可将以上计算公式写入PLC控制器或DDC控制器中实现对中央空调系统的控制。即基于所获得的空调系统的整体性能系数值，可通过以下式子控制空调系统的运行模式：
其中，
综上所述，本发明通过利用空调系统的历史运行数据并结合回归拟合算法获得中央空调系统大小主机的性能系数型，再根据能量守恒定律计算得到中央空调系统的整体性能系数值，通过所获得的中央空调系统的整体性能系数值对中央空调系统的运行模式进行控制，进而实现中央空调系统优化控制。相较于传统的中央空调系统现场运行参数采集及统计方法，本发明无需额外添加硬件设备，只需在数据采集器或数据存储器上采集足够的历史运行数据，通过回归拟合，以及不同主机在不同部分负荷时的COP，针对两台(大主机和小主机)性能曲线不同的制冷主机同时输出冷冻水及蓄冷的情形，进行了相应的计算及优化控制，同时，将历史运行数据以及现场采集的蓄冷水罐的实时冷冻水的温度数据，结合上述计算公式和相应的逻辑控制写入DDC或PLC控制器中，即可进行逻辑运算和控制，实现在输出相同蓄冷量的情况下，得到最佳的空调运行模式(主机的运行模式)。且本发明的技术方案还可协助及指导水蓄冷的空调机房在电价“低谷段”高效的运行，进而实现中央空调系统整体节费节能。
本发明还提供了一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制装置，包括：
获取单元，用于根据空调系统的历史运行数据获取所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型；其中，所述大主机的性能系数模型为：
COPb＝a0PLRb 4+a1PLRb 3+a2PLRb 2+a3PLRb+a4，a0，a1,a2,a3,a4为拟合系数；
所述小主机的性能系数模型为：
COPs＝b0PLRs 4+b1PLRs 3+b2PLRs 2+b3PLRs+b4；b0，b1,b2,b3,b4为拟合系数；
第一计算单元，用于基于所获得的蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度，并根据所述底部冷冻水温度、所述顶部冷冻水温度计算所述蓄冷水罐的冷负荷；
第二计算单元，用于根据所述蓄冷水罐的冷负荷及所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型，获得所述空调系统的整体性能系数值；
控制单元，用于根据所述空调系统的整体性能系数值控制所述空调系统的运行模式。
本发明的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法可通过该医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制装置实现。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、根据空调系统的历史运行数据获取大主机的性能系数模型和小主机的性能系数模型；其中，所述大主机的性能系数模型为：
COPb＝a0PLRb 4+a1PLRb 3+a2PLRb 2+a3PLRb+a4，a0，a1,a2,a3,a4为拟合系数；
所述小主机的性能系数模型为：
COPs＝b0PLRs 4+b1PLRs 3+b2PLRs 2+b3PLRs+b4，b0，b1,b2,b3,b4为拟合系数；PLR表示中央空调主机的部分负荷率；
S2、基于所获得的蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度，并根据所述底部冷冻水温度、所述顶部冷冻水温度计算所述蓄冷水罐的冷负荷；
S3、根据所述蓄冷水罐的冷负荷及所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型，获得所述空调系统的整体性能系数值；
S4、根据所述空调系统的整体性能系数值控制所述空调系统的运行模式。
2.根据权利要求1所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，所述历史运行数据包括冷冻水供水温度数据、冷冻水回水温度数据、冷冻水水流量数据、主机额定制冷量数据、以及主机的运行功率数据。
3.根据权利要求2所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
采用回归拟合算法对所述空调系统的历史运行数据进行回归拟合获得所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型。
4.根据权利要求1所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据设置在所述蓄冷水罐底部和顶部的水温传感器实时采集所述蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度。
5.根据权利要求1所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
所述蓄冷水罐的冷负荷根据以下式子进行计算获得：
Qtan＝ρCM(TH-TL)；
TL：表示蓄冷水罐底部冷冻水水温；
TH：表示蓄冷水罐顶部冷冻水水温；
ρ：表示冷冻水的密度；
C：表示冷冻水的比热容；
M：表示冷冻水的水流量；
Qtan：表示蓄冷水罐的冷负荷。
6.根据权利要求1所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，所述空调系统包括第一运行模式和第二运行模式；所述第一运行模式为：所述大主机满负荷时，所述小主机部分负荷；所述第二运行模式为：所述大主机部分负荷时，所述小主机满负荷。
7.根据权利要求5所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
基于所计算得到的所述蓄冷水罐的冷负荷，结合能量守恒定律以及所述空调系统的整体性能系数的定义式，计算所述空调系统的整体性能系数值。
8.根据权利要求7所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，所述空调系统的整体性能系数的定义式为：
9.根据权利要求1所述的医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
基于所获得的所述空调系统的整体性能系数值，并根据以下式子控制所述空调系统的运行模式：
其中，D表示条件判断中间变量，其计算式如下：
10.一种医院水蓄冷空调系统冷机运行能效优化控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于根据空调系统的历史运行数据获取所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型；其中，所述大主机的性能系数模型为：
COPb＝a0PLRb 4+a1PLRb 3+a2PLRb 2+a3PLRb+a4，a0，a1,a2,a3,a4为拟合系数；
所述小主机的性能系数模型为：
COPs＝b0PLRs 4+b1PLRs 3+b2PLRs 2+b3PLRs+b4；b0，b1,b2,b3,b4为拟合系数；PLR表示中央空调主机的部分负荷率；
第一计算单元，用于基于所获得的蓄冷水罐底部冷冻水温度及顶部冷冻水温度，并根据所述底部冷冻水温度、所述顶部冷冻水温度计算所述蓄冷水罐的冷负荷；
第二计算单元，用于根据所述蓄冷水罐的冷负荷及所述大主机的性能系数模型和所述小主机的性能系数模型，获得所述空调系统的整体性能系数值；
控制单元，用于根据所述空调系统的整体性能系数值控制所述空调系统的运行模式。
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