CN107560258A - 冷水机组的性能评估方法及冷水机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷水机组的性能评估方法及冷水机组。所述冷水机组包括热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器和冷凝器，其中，所述方法包括步骤：根据机组的实时负荷p、实时蒸发压力P_Z和实时冷凝压力P_L计算机组的实时性能系数COP。本发明的性能评估方法中，综合考虑负荷、蒸发压力和冷凝压力等因素对机组整体的影响，能够大大提高计算的准确性，从而使评估结果更为真实可靠。

Description

冷水机组的性能评估方法及冷水机组

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体涉及一种冷水机组的性能评估方法。本发明还涉及一种冷水机组。

背景技术

随着经济不断发展，社会对绿色建筑的需求愈发强烈，对冷水机组的节能要求也越来越高。而目前对冷水机组的能效评估方法通常为第三方检测机构抽测机组运行时的几个状态点，根据测得的数据通过后期计算得出制冷量、功率值，从而得出机组的性能系数COP用以评估其运行能效。通过这种方式得出的性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，因而难以实现冷水机组的节能要求。

另外，目前的性能系数COP计算方法都是基于负荷或基于压比仅针对压缩机进行的性能计算，没有综合考虑以上因素及节流效果对机组性能的影响，造成能效计算偏差明显，影响评估结果。例如，现有技术中公开了一种中央空调系统主机运行能效评估及预测方法，该方法根据机组当前运行条件下的负荷率计算出性能系数，由于计算性能系数的经验公式仅考虑负荷的影响，导致计算的准确性不高。

再另外，由于目前冷水机组性能评估均需依靠专业的第三方检测机构进行测试评估，这对用户来说不仅需支付额外的费用，而且还需要花费时间配合测试，测试期间往往还需按测试要求调整水流量，往往会影响正常使用。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种冷水机组的性能评估方法，其能够精确地计算冷水机组当前状态的性能系数，从而提高评估的准确性和实时性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种冷水机组的性能评估方法，所述冷水机组包括热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器和冷凝器，其中，所述方法包括步骤：

S40、根据机组的实时负荷p、实时蒸发压力P_Z和实时冷凝压力P_L计算机组的实时性能系数COP。

优选地，步骤S40中，根据下式计算实时性能系数COP：

COP＝(b₁+b₂P₂+b₃q_X+b₄P₂ ²+b₅P₂q_X+b₆q_X ²+b₇P₂ ³+b₈P₂ ²q_X+b₉P₂q_X ²+b₁₀q_X ³)·K

其中，P₂＝P_Z/P_L；

q_x为压缩机的容积流量百分比；

b₁-b₁₀为系数；

K为系数。

优选地，步骤S40中，K＝Ap²+Bp+C，其中，p为机组的实时负荷，A、B、C为系数。

优选地，在步骤S40之前还包括步骤：

S10、采集机组的冷冻水流量M、冷冻水进水温度T_进、冷冻水出水温度T_出、实时蒸发压力P_Z和实时冷凝压力P_L；

S20、计算机组的实时制冷量Q，其中，Q＝ρ×C×M×(T_进-T_出)，式中，ρ为水的密度，C为水的比热容；

S30、计算机组的实时负荷p，其中，p＝Q/Q₀，式中，Q₀为机组的额定制冷量。

优选地，在步骤S40之后还包括步骤：

S50、根据实时制冷量Q和实时性能系数COP得出机组的实时功率W。

优选地，在步骤S50之后还包括步骤：

S60、在显示装置上显示机组的实时负荷p、实时性能系数COP和/或机组的实时功率W。

优选地，在步骤S40之后还包括步骤：

S70、计算综合部分负荷性能系数IPLV：

IPLV＝a*A+b*B+c*C+d*D

其中，a、b、c、d为加权系数；

A、B、C、D分别为100％、75％、50％、25％负荷时的性能系数COP。

优选地，所述冷水机组包括控制器，所述方法的步骤由所述控制器控制执行。

本发明的另一目的在于提供一种冷水机组，其能自行实现性能评估，从而使用户无需付费请第三方检测机构进行评估，并且也无需为配合检测而影响正常使用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种冷水机组，包括控制器和热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器和冷凝器，所述控制器能够执行前面所述的性能评估方法。

优选地，还包括第一压力传感器和第二压力传感器，分别用于检测机组的蒸发压力和冷凝压力；

和/或，还包括第一温度传感器和第二温度传感器，分别用于检测冷冻水进水温度T_进和冷冻水出水温度T_出；

和/或，还包括流量传感器，用于检测冷冻水流量M。

优选地，还包括显示装置，用于显示计算结果和/或检测数据；

和/或，还包括存储单元，用于存储计算结果和/或检测数据。

优选地，所述显示装置包括触摸屏。

本发明的性能评估方法中，综合考虑负荷、蒸发压力和冷凝压力等因素对机组整体的影响，能够大大提高计算的准确性，从而使评估结果更为真实可靠。

作为优选方案，本发明的性能评估方法由机组控制器来实施，使得机组能够进行自评估，使用户无需付费请第三方检测机构进行评估，并且也无需为配合检测而影响正常使用。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的冷水机组的性能评估方法及冷水机组的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本发明的一种优选实施方式的冷水机组的性能评估方法的流程图；

图2为根据本发明的另一种优选实施方式的冷水机组的性能评估方法的流程图；

图3为根据本发明的一种优选实施方式的冷水机组的系统原理图。

具体实施方式

鉴于背景技术部分所描述的现有技术的现状，本发明的第一方面提供了一种冷水机组的性能评估方法，能够克服现有的评估计算公式的片面缺陷，提高机组性能评估的准确性。

如图3所示，本发明所涉及的冷水机组包括热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器1、冷凝器2、压缩机3和节流装置4。冷冻水在蒸发器1中与冷媒发生冷量交换，通过水泵10实现冷冻水在用户设备11和蒸发器1之间的循环，以便将冷量源源不断地输送到用户设备11。特别地，该冷水机组为离心式冷水机组。

如图1所示，本发明的冷水机组的性能评估方法包括步骤：

S40、根据机组的实时负荷p、实时蒸发压力P_Z和实时冷凝压力P_L计算机组的实时性能系数COP。

本发明的性能评估方法中，综合考虑负荷、蒸发压力和冷凝压力等因素对机组整体的影响，能够大大提高计算的准确性，从而使评估结果更为真实可靠。

优选地，步骤S40中，根据下式计算实时性能系数COP：

COP＝(b₁+b₂P₂+b₃q_X+b₄P₂ ²+b₅P₂q_X+b₆q_X ²+b₇P₂ ³+b₈P₂ ²q_X+b₉P₂q_X ²+b₁₀q_X ³)·K

其中，P₂＝P_Z/P_L，即为制冷主机的压比，在蒸发压力P_Z和冷凝压力P_L，已知的情况下，可以容易地得出该压比；

q_x为压缩机的容积流量百分比，即压缩机的实际容积流量与额定容积流量之比；

b₁-b₁₀为系数，由试验确定；具体地，b₁-b₁₀可以根据机组的全工况历史运行数据拟合得出；

K为与机组的实时负荷p有关的系数，由试验确定。

上述能效计算公式包括两大部分，第一部分为关于P₂和q_x的部分，第二部分为系数K。其中，关于P₂和q_x的部分为考虑了容积流量和压比对压缩机性能的影响；而系数K则根据不同的负荷变化而对应不同的值。

优选地，K＝Ap²+Bp+C，其中，p为机组的实时负荷，A、B、C为系数，这些系数由部分负荷下机组的实测性能拟合得出。

由于发现机组在部分负荷时节流的影响不可忽视，因此本发明在确定系数K时优选考虑了节流对机组性能的影响，也即，在部分负荷时，在计算实时性能系数COP时，除了考虑压缩机的制冷能力的影响外，还考虑了节流的影响。

具体地，本发明采用上述有关实时负荷p的函数来表示系数K，以此来反应节流的影响，从而得出更加精确的机组实时性能系数COP计算公式。

为了更方便地进行上述公式的计算，优选地，如图1所示，在步骤S40之前还包括步骤：

S10、采集机组的冷冻水流量M、冷冻水进水温度T_进、冷冻水出水温度T_出、实时蒸发压力P_Z和实时冷凝压力P_L；

S20、计算机组的实时制冷量Q，其中，Q＝ρ×C×M×(T_进-T_出)，式中，ρ为水的密度，C为水的比热容；

S30、计算机组的实时负荷p，其中，p＝Q/Q₀，式中，Q₀为机组的额定制冷量。

其中，步骤S10中，冷冻水进水温度是指从用户设备11流向蒸发器1的冷冻水的温度(即，“进水”是相对于蒸发器1而言的进水，也即流入蒸发器1的冷冻水)，而冷冻水出水温度是指从蒸发器1流向用户设备11的冷冻水的温度(即，“出水”是相对于蒸发器1而言的出水，也即流出蒸发器1的冷冻水)，由于冷冻水在用户设备11中释放冷量，因此，冷冻水进水温度T_进通常高于冷冻水出水温度T_出；具体地，可通过在冷水机组中设置相应的温度传感器来检测冷冻水的温度，例如，设置第一温度传感器7来检测冷冻水进水温度T_进，设置第二温度传感器8来检测冷冻水出水温度T_出。

步骤S10中，可借助于流量传感器9来检测冷冻水流量M，借助于第一压力传感器5来检测蒸发压力P_Z，借助于第二压力传感器6来检测冷凝压力P_L。

上述各传感器的设置方式可参见图3，例如，第一压力传感器5设置在蒸发器1上，第二压力传感器6设置在冷凝器2上，从而可分别对机组的蒸发压力和冷凝压力进行实时监测；第一温度传感器7设置在冷冻水进水管段上，第二温度传感器8设置在冷冻水出水管段上，从而可分别对机组的冷冻水进水、出水温度进行实时监测；流量传感器9设置在冷冻水进水管段(图3中的示例)或冷冻水出水管段上，从而可对机组的冷冻水流量进行实时监测。

优选地，在步骤S40之后还可以包括步骤：

S50、根据实时制冷量Q和实时性能系数COP得出机组的实时功率W，其中，实时功率W＝Q/COP。

优选地，在步骤S50之后还可以包括步骤：

S60、在显示装置(优选为触摸屏)上显示机组的实时负荷p、实时性能系数COP和/或机组的实时功率W。

本发明的性能评估方法中，还可以对所有的历史数据进行存储，从而可在显示装置上显示历史曲线，并根据历史曲线查询全年的运行数据。因此，不仅可以通过查询上述三个指标从而对机组运行情况进行评估，而且还可以通过功率值计算全年的耗电量，从而可直接对机组性能进行节能评估、能耗计算等。

优选地，在步骤S40之后还可以包括步骤：

S70、计算综合部分负荷性能系数IPLV：

IPLV＝a*A+b*B+c*C+d*D

其中，a、b、c、d为加权系数；

A、B、C、D分别为100％、75％、50％、25％负荷时的性能系数COP。

也即，本发明的性能评估方法还可以在针对实时运行性能进行计算评估的基础上，进一步计算综合部分负荷性能系数IPLV并将计算结果显示在显示装置上，对全年运行能效进行评估。在计算时，可由用户输入全年运行负荷加权系数，计算程序自行匹配选取历史数据中相似负荷下的性能参数并取平均值，按上式进行计算，从而使用户可直接用IPLV评估机组全年的节能效果。

本发明的性能评估方法利用实时采集的数据进行计算，特别适合于由用户自行完成评估，从而摆脱对第三方检测机构的依赖，既节省了评估费用，又不会为配合检测而影响机组的正常使用。

特别优选地，本发明的性能评估方法可以由制冷机组自行完成。为此，所述冷水机组还包括控制器，所述方法的步骤由所述控制器控制执行。

如图2所示，制冷机组对自身性能进行评估的优选过程包括：

控制器采集冷冻水流量、蒸发器进水温度和出水温度、蒸发压力和冷凝压力；

控制器根据冷冻水流量、蒸发器进水温度和出水温度计算制冷主机的实际制冷量及负荷；

控制器根据蒸发压力和冷凝压力计算制冷主机的压比、COP及功率；

控制器在触摸屏上实时显示并存储负荷、COP及功率数据，供用户能效评估使用。

具体的计算公式如前文中所述，不再赘述。

综上，本发明的冷水机组的性能评估方法中，机组性能评估的重要参数性能系数COP的计算综合考虑了负荷、蒸发压力和冷凝压力的比值以及节流因素，大大提高了计算的准确性。

此外，冷水机组可通过检测运行时的冷冻水流量、水温差计算出对应的制冷量，再通过当前测得的蒸发压力、冷凝压力等参数自行计算性能系数COP，并作为监测数据实时显示在触摸屏上，同时还可存储在控制器历史数据中，使得制冷机组能够自行显示性能，用户无需付费请专业的第三方检测机构，也无需配合测试影响正常使用。

基于上述的工作，本发明的第二方面提供了一种冷水机组，特别是离心式冷水机组，其能自行实现性能评估，从而使用户无需付费请第三方检测机构进行评估，并且也无需为配合检测而影响正常使用。

如图3所示，本发明的冷水机组包括控制器(未示出)和热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器1、冷凝器2、压缩机3和节流装置4。冷冻水在蒸发器1中与冷媒发生冷量交换，通过水泵10实现冷冻水在用户设备11和蒸发器1之间的循环，以便将冷量源源不断地输送到用户设备11。

其中，所述控制器能够执行本发明前面所述的性能评估方法。也即，所述控制器中存储有计算程序，当所述计算程序被控制器运行时，能够执行本发明前面所述的性能评估方法的步骤。

优选地，如图3所示，本发明的冷水机组还包括第一压力传感器5和第二压力传感器6，分别用于检测机组的蒸发压力和冷凝压力，即所述蒸发器1和所述冷凝器2的实时压力，例如，二者分别设置在所述蒸发器1和所述冷凝器2上。

优选地，如图3所示，本发明的冷水机组还包括第一温度传感器7和第二温度传感器8，分别用于检测所述冷冻水进水温度T_进和所述冷冻水出水温度T_出，例如，所述第一温度传感器7设置在冷冻水进水管段上，所述第二温度传感器8设置在冷冻水出水管段上。

优选地，如图3所示，本发明的冷水机组还包括流量传感器9，用于检测冷冻水流量M，例如，所述流量传感器9设置在冷冻水进水管段上，当然也可以设置在冷冻水出水管段上。

优选地，本发明的冷水机组还包括显示装置(未示出)，优选为触摸屏，用于显示计算结果和/或检测数据，从而用户可直接在显示装置上查询和/或输入相关信息，高效便捷地完成性能评估。

优选地，本发明的冷水机组还包括存储单元(未示出)，优选内置于控制器中，用于存储计算结果和/或检测数据，以便于用户查询历史数据以及根据历史数据计算全年运行评价指标等。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种冷水机组的性能评估方法，所述冷水机组包括热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器和冷凝器，其特征在于，包括步骤：

S40、根据机组的实时负荷p、实时蒸发压力P_Z和实时冷凝压力P_L计算机组的实时性能系数COP。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S40中，根据下式计算实时性能系数COP：

COP＝(b₁+b₂P₂+b₃q_X+b₄P₂ ²+b₅P₂q_X+b₆q_X ²+b₇P₂ ³+b₈P₂ ²q_X+b₉P₂q_X ²+b₁₀q_X ³)·K

其中，P₂＝P_Z/P_L；

q_x为压缩机的容积流量百分比；

b₁-b₁₀为系数；

K为系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S40中，K＝Ap²+Bp+C，其中，p为机组的实时负荷，A、B、C为系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S40之前还包括步骤：

S10、采集机组的冷冻水流量M、冷冻水进水温度T_进、冷冻水出水温度T_出、实时蒸发压力P_Z和实时冷凝压力P_L；

S20、计算机组的实时制冷量Q，其中，Q＝ρ×C×M×(T_进-T_出)，式中，ρ为水的密度，C为水的比热容；

S30、计算机组的实时负荷p，其中，p＝Q/Q₀，式中，Q₀为机组的额定制冷量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S40之后还包括步骤：

S50、根据实时制冷量Q和实时性能系数COP得出机组的实时功率W。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤S50之后还包括步骤：

S60、在显示装置上显示机组的实时负荷p、实时性能系数COP和/或机组的实时功率W。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S40之后还包括步骤：

S70、计算综合部分负荷性能系数IPLV：

IPLV＝a*A+b*B+c*C+d*D

其中，a、b、c、d为加权系数；

A、B、C、D分别为100％、75％、50％、25％负荷时的性能系数COP。

8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述冷水机组包括控制器，所述方法的步骤由所述控制器控制执行。

9.一种冷水机组，包括控制器和热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器和冷凝器，其特征在于，所述控制器能够执行根据权利要求1-8之一所述的性能评估方法。

10.根据权利要求9所述的冷水机组，其特征在于，还包括第一压力传感器和第二压力传感器，分别用于检测机组的蒸发压力和冷凝压力；

和/或，还包括第一温度传感器和第二温度传感器，分别用于检测冷冻水进水温度T_进和冷冻水出水温度T_出；

和/或，还包括流量传感器，用于检测冷冻水流量M。

11.根据权利要求9或10所述的冷水机组，其特征在于，还包括显示装置，用于显示计算结果和/或检测数据；

和/或，还包括存储单元，用于存储计算结果和/或检测数据。

12.根据权利要求11所述的冷水机组，其特征在于，所述显示装置包括触摸屏。