CN108006928A - 一次空调冷冻水系统变流量控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种一次空调冷冻水系统变流量控制系统及方法，通过设置第一压差传感器、第二压差传感器、流量控制器和水泵变频器，可以采用更小的分水器、集水器压差设定值控制水泵频率，使水泵运行在更低的频率，能够更多地减少水泵的运行能耗；根据水泵进出口压差和实时运行频率，结合水泵特性计算系统水流量，能够通过控制水泵进出口压差和实时运行频率，确保系统水流量满足设置的最小水流量，保证系统的安全运行；不需要安装流量计检测系统水流量，即可确保将系统的水流量维持在最小水流量，大大节约了控制设备的成本，有效地解决了一次空调冷冻水变流量系统在没有流量计的情况下系统最小流量很难保证的难题。
Description
技术领域
本发明涉及空调水系统控制领域，尤其涉及一种一次空调冷冻水系统变流量控制系统及方法。
背景技术
随着技术的发展和生活标准的提高，空调系统的应用也越来越广泛。空调系统的能耗占建筑能耗的40％～60％，而空调水系统的能耗占空调系统能耗的30％左右。建筑的空调负荷随室外气象参数及室内产热量的变化不断变化，大部分时间，建筑空调负荷处于部分负荷状态，空调水系统需要的水流量大部分时间低于设计水流量。因此，变流量空调冷冻水系统因其能够根据空调末端水量的需求对水泵转速进行调节进而大量减少水泵的能耗被广泛应用。但是，在实际工程应用中，因控制方法的局限，使得变流量空调冷冻水系统无法达到预期的运行效果。在实际工程中，变流量空调冷冻水系统常采用分集水器压差控制实现水泵的变频调节。一般来说，制冷机蒸发器存在一个最低限流量，通常为蒸发器额定流量的50％，当制冷机蒸发器流量小于其最低限流量时，制冷机就会发出故障信号并进行自保护停机。为了避免制冷机蒸发器因为流量过低而自保护停机，实际工程中往往取较大的分集水器压差设定值，这就使得系统水流量的可调节范围变小，水泵的运行频率较高，依然需要关小末端阀门的方式降低系统水流量，水泵的能耗依然较高，节能效果较差。
为了确保制冷机的最小流量，达到理想的节能效果，也有在采用分集水器压差控制时取较低的压差设定值，此时会在冷冻水系统安装流量计及流量旁通装置，对系统流量进行监测，并在系统流量较小的时候开启旁通阀门。但是在实际水系统中安装用于实际系统控制的流量传感器成本过高，并且由于现场安装空间及位置不足等问题，会存在测量不准的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种一次空调冷冻水系统变流量控制系统及方法，能够在确保系统安全稳定运行且满足末端水量需求的前提下，最大限度的节约水泵能耗。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种一次空调冷冻水系统变流量控制系统，其包括水泵、制冷机蒸发器、分水器、集水器、末端阀门、电动旁通阀和电动旁通阀执行器，水泵、分水器、末端阀门、集水器、制冷机蒸发器和水泵依次连通形成水循环通道，电动旁通阀分别连通分水器和集水器，还包括第一压差传感器、第二压差传感器、流量控制器和水泵变频器，其中，
第一压差传感器，采集分水器和集水器之间的实时压差并发送给流量控制器；
第二压差传感器，采集水泵进水口和出水口之间的实时压差并发送给流量控制器；
流量控制器，分别信号连接第一压差传感器、第二压差传感器、电动旁通阀执行器和水泵变频器，根据第一压差传感器和第二压差传感器采集的实时压差控制电动旁通阀执行器和水泵变频器；
电动旁通阀执行器，连接电动旁通阀，控制其阀门开合度；
水泵变频器，连接水泵，控制其运行频率。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括弱电控制柜和电源开关单元，所述流量控制器和电源开关单元设置在弱电控制柜中，电源开关单元电性连接流量控制器与电源连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括配电柜和电源空开单元，所述水泵变频器和电源空开单元设置在配电柜中，电源空开单元电性连接水泵变频器与动力电源。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述电动旁通阀设置于分水器和集水器之间平衡管上。
第二方面，本发明提供了一种一次空调冷冻水系统变流量控制方法，其包括本发明第一方面所述的一次空调冷冻水系统变流量控制系统，流量控制器根据分水器和集水器之间的实时压差及水泵进水口和出水口之间的实时压差，结合水泵运行的特性，计算水泵的运行频率和电动旁通阀开度，并通过水泵变频器和电动旁通阀执行器对水泵以及电动旁通阀进行控制。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一压差传感器测量分水器和集水器之间的实时压差ΔP，并将实时压差ΔP发送给流量控制器，流量控制器将测量的实时压差ΔP与分水器和集水器之间的预设压差值ΔP0进行比较，并根据二者差值计算水泵的频率调控幅度，并通过水泵变频器调节水泵的运行频率，将分水器和集水器之间的实时压差ΔP维持在设定值ΔP0。
在以上技术方案的基础上，优选的，流量控制器根据第二压差传感器采集到的水泵进水口和出水口之间的实时压差ΔH，以及水泵的运行频率f，结合水泵的特性曲线，计算空调冷冻水系统水流量Q，并与空调冷冻水系统设置的最小流量Qmin进行比较，并通过水泵变频器和电动旁通阀执行器控制水泵的运行频率高于设置的最小运行频率fmin，空调冷冻水系统的水流量高于设置的最小流量Qmin。进一步优选的，当水泵的运行频率f未达到设置的最小运行频率fmin且计算的空调冷冻水系统水流量Q达到设置的最小流量Qmin时，水泵维持运行频率f运行不变，设此时水泵进水口和出水口之间的压差为ΔH0，并将ΔH0作为压差设定值发送至流量控制器，由流量控制器根据测量的实时压差ΔH控制电动旁通阀阀门开合度到实时压差ΔH维持在设定值ΔH0；当水泵的运行频率f先达到设置的最小频率fmin时，水泵运行频率f保持最小频率fmin不变，继续监测水泵进水口和出水口之间的实时压差ΔH，当计算的水流量Q接近最小流量Qmin时，设此时水泵进水口和出水口之间的压差为ΔH0，并将ΔH0作为压差设定值发送至流量控制器，流量控制器根据测量的实时压差ΔH控制电动旁通阀阀门开合度到实时压差ΔH维持在设定值ΔH0。更进一步优选的，第二压差传感器采集到的水泵进水口和出水口之间的实时压差ΔH，并将实时压差ΔH传输给流量控制器，流量控制器将实时压差ΔH与压差设定值ΔH0进行比较计算电动旁通阀的阀门开合度调节幅度，并输出至电动旁通阀执行器，由电动旁通阀执行器控制电动旁通阀的阀门开合度，将实时压差ΔH维持在设定值ΔH0。
在以上两种优选技术方案的基础上，当流量控制器检测到电动旁通阀保持关闭状态一段时间，则由流量控制器根据实时压差ΔP与预设压差值ΔP0之间的差值，通过水泵变频器调节水泵的运行频率，将分水器和集水器之间的实时压差ΔP维持在设定值ΔP0。
本发明的一次空调冷冻水系统变流量控制系统及方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置第一压差传感器、第二压差传感器、流量控制器和水泵变频器，相比常规的冷冻水变流量系统控制，本发明可以采用更小的分水器、集水器压差设定值控制水泵频率，使水泵运行在更低的频率，能够更多地减少水泵的运行能耗；
(2)根据水泵进出口压差和实时运行频率，结合水泵特性计算系统水流量，能够通过控制水泵进出口压差和实时运行频率，确保系统水流量满足设置的最小水流量，保证系统的安全运行；
(3)根据水泵进出口压差信号，控制电动旁通阀的开度，不需要安装流量计检测系统水流量，即可确保将系统的水流量维持在最小水流量，大大节约了控制设备的成本，有效地解决了一次空调冷冻水变流量系统在没有流量计的情况下系统最小流量很难保证的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一次空调冷冻水系统变流量控制系统的控制原理图；
图2为本发明控制系统系统水流量先接近最小流量值时水流量计算的原理图；
图3为本发明控制系统水泵频率先达到最小频率值时水流量计算的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一：一次空调冷冻水系统变流量控制系统
如图1所示，本实施例中的一次空调冷冻水系统变流量控制系统，其包括水泵1、制冷机蒸发器2、分水器3、集水器4、末端阀门5、电动旁通阀6、电动旁通阀执行器7、第一压差传感器8、第二压差传感器9、弱电控制柜10、电源开关单元11、流量控制器12、配电柜13、水泵变频器14和电源空开单元15。
其中，水泵1、分水器3、末端阀门5、集水器4、制冷机蒸发器2和水泵1依次连通形成水循环通道，电动旁通阀6分别连通分水器3和集水器4。以上为现有技术部分。具体的，所述电动旁通阀6设置于分水器3和集水器4之间平衡管上。
第一压差传感器8，采集分水器3和集水器4之间的实时压差并发送给流量控制器12。
第二压差传感器9，采集水泵1进水口和出水口之间的实时压差并发送给流量控制器12。
流量控制器12，可采用计算机处理器芯片，分别信号连接第一压差传感器8、第二压差传感器9、电动旁通阀执行器7和水泵变频器14，根据第一压差传感器8和第二压差传感器9采集的实时压差控制电动旁通阀执行器7和水泵变频器14。具体的，流量控制器12输入端分别信号第一压差传感器8和第二压差传感器9，输出端分别信号连接水泵变频器14和电动旁通阀执行器7。
电动旁通阀执行器7，连接电动旁通阀6，控制其阀门开合度；
水泵变频器14，连接水泵1，控制其运行频率，进而控制系统的供水量。
作为流量控制器12的供电和物理防护部分，弱电控制柜10和电源开关单元11，所述流量控制器12和电源开关单元11设置在弱电控制柜10中，电源开关单元11电性连接流量控制器12与电源连接。
作为水泵变频器14的供电和物理防护部分，还包括配电柜13和电源空开单元15，所述水泵变频器14和电源空开单元15设置在配电柜13中，电源空开单元15电性连接水泵变频器14与动力电源。
实施例二：一次空调冷冻水系统变流量控制方法
实施例一中的一次空调冷冻水系统变流量控制系统在工作时，首先给定分水器3和集水器4之间的压差设定值ΔP0，设置水泵1的最小运行频率fmin和系统最小流量Qmin。系统运行时，配电柜13中的电源空开单元15闭合，弱电控制柜10中的电源开关单元11闭合，系统各部件正常工作。
系统工作时，第一压差传感器8测量分水器3和集水器4之间的实时压差ΔP，并将实时压差ΔP发送给流量控制器12，流量控制器12将测量的实时压差ΔP与分水器3和集水器4之间的预设压差值ΔP0进行比较，并根据二者差值计算水泵1的频率调控幅度，并通过水泵变频器14调节水泵1的运行频率，将分水器3和集水器4之间的实时压差ΔP维持在设定值ΔP0。如此，可以采用更小的分水器3和集水器4之间的压差设定值控制水泵1的运行频率，使水泵1运行在更低的频率，能够更多地减少水泵1的运行能耗。
当空调负荷减小，末端阀门5关小，分水器3和集水器4之间的压差增大，水泵1频率会不断减小，系统水流量减小。流量控制器12根据第二压差传感器9采集到的水泵1进水口和出水口之间的实时压差ΔH，以及水泵1的运行频率f，结合水泵1的特性曲线，计算空调冷冻水系统水流量Q，并与空调冷冻水系统设置的最小流量Qmin进行比较，并通过水泵变频器14和电动旁通阀执行器7控制水泵1的运行频率高于设置的最小运行频率fmin，空调冷冻水系统的水流量高于设置的最小流量Qmin。如图2所示，当水泵1的运行频率f未达到设置的最小运行频率fmin且计算的空调冷冻水系统水流量Q达到设置的最小流量Qmin时，水泵1维持运行频率f运行不变，此时的运行频率为f0，设此时水泵1进水口和出水口之间的压差为ΔH0，并将ΔH0作为压差设定值发送至流量控制器12，由流量控制器12根据测量的实时压差ΔH控制电动旁通阀6阀门开合度到实时压差ΔH维持在设定值ΔH0；如图3，当水泵1的运行频率f先达到设置的最小频率fmin时，水泵1运行频率f保持最小频率fmin不变，继续监测水泵1进水口和出水口之间的实时压差ΔH，当计算的水流量Q接近最小流量Qmin时，设此时水泵1进水口和出水口之间的压差为ΔH0，并将ΔH0作为压差设定值发送至流量控制器12，流量控制器12根据测量的实时压差ΔH控制电动旁通阀6阀门开合度到实时压差ΔH维持在设定值ΔH0。具体的，第二压差传感器9采集到的水泵1进水口和出水口之间的实时压差ΔH，并将实时压差ΔH传输给流量控制器12，流量控制器12将实时压差ΔH与压差设定值ΔH0进行比较计算电动旁通阀6的阀门开合度调节幅度，并输出至电动旁通阀执行器7，由电动旁通阀执行器7控制电动旁通阀6的阀门开合度，将实时压差ΔH维持在设定值ΔH0。如此，可根据水泵1进水口和出水口之间的实时压差和实时运行频率，结合水泵1特性计算系统水流量，能够通过控制水泵1进水口和出水口之间的实时压差和实时运行频率，确保系统水流量满足设置的最小水流量，保证系统的安全运行。
当建筑空调负荷增加，末端阀门5开大，系统阻力减小，水流量增大，水泵1进水口和出水口之间的压差减小，此时电动旁通阀6会不断关小至完全关闭。当流量控制器12检测到电动旁通阀6保持关闭状态一段时间，则由流量控制器12根据实时压差ΔP与预设压差值ΔP0之间的差值，通过水泵变频器14调节水泵1的运行频率，将分水器3和集水器4之间的实时压差ΔP维持在设定值ΔP0。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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)
1.一种一次空调冷冻水系统变流量控制系统，其包括水泵(1)、制冷机蒸发器(2)、分水器(3)、集水器(4)、末端阀门(5)、电动旁通阀(6)和电动旁通阀执行器(7)，水泵(1)、分水器(3)、末端阀门(5)、集水器(4)、制冷机蒸发器(2)和水泵(1)依次连通形成水循环通道，电动旁通阀(6)分别连通分水器(3)和集水器(4)，其特征在于：还包括第一压差传感器(8)、第二压差传感器(9)、流量控制器(12)和水泵变频器(14)，其中，
第一压差传感器(8)，采集分水器(3)和集水器(4)之间的实时压差并发送给流量控制器(12)；
第二压差传感器(9)，采集水泵(1)进水口和出水口之间的实时压差并发送给流量控制器(12)；
流量控制器(12)，分别信号连接第一压差传感器(8)、第二压差传感器(9)、电动旁通阀执行器(7)和水泵变频器(14)，根据第一压差传感器(8)和第二压差传感器(9)采集的实时压差控制电动旁通阀执行器(7)和水泵变频器(14)；
电动旁通阀执行器(7)，连接电动旁通阀(6)，控制其阀门开合度；
水泵变频器(14)，连接水泵(1)，控制其运行频率。
2.如权利要求1所述的一次空调冷冻水系统变流量控制系统，其特征在于：还包括弱电控制柜(10)和电源开关单元(11)，所述流量控制器(12)和电源开关单元(11)设置在弱电控制柜(10)中，电源开关单元(11)电性连接流量控制器(12)与电源连接。
3.如权利要求1所述的一次空调冷冻水系统变流量控制系统，其特征在于：还包括配电柜(13)和电源空开单元(15)，所述水泵变频器(14)和电源空开单元(15)设置在配电柜(13)中，电源空开单元(15)电性连接水泵变频器(14)与动力电源。
4.如权利要求1所述的一次空调冷冻水系统变流量控制系统，其特征在于：所述电动旁通阀(6)设置于分水器(3)和集水器(4)之间平衡管上。
5.一种一次空调冷冻水系统变流量控制方法，其特征在于：其包括权利要求1所述的一次空调冷冻水系统变流量控制系统，流量控制器(12)根据分水器(3)和集水器(4)之间的实时压差及水泵(1)进水口和出水口之间的实时压差，结合水泵(1)运行的特性，计算水泵的运行频率和电动旁通阀开度，并通过水泵变频器(14)和电动旁通阀执行器(7)对水泵(1)以及电动旁通阀(6)进行控制。
6.如权利要求5所述的一次空调冷冻水系统变流量控制方法，其特征在于：第一压差传感器(8)测量分水器(3)和集水器(4)之间的实时压差ΔP，并将实时压差ΔP发送给流量控制器(12)，流量控制器(12)将测量的实时压差ΔP与分水器(3)和集水器(4)之间的预设压差值ΔP0进行比较，并根据二者差值计算水泵(1)的频率调控幅度，并通过水泵变频器(14)调节水泵(1)的运行频率，将分水器(3)和集水器(4)之间的实时压差ΔP维持在设定值ΔP0。
7.如权利要求5所述的一次空调冷冻水系统变流量控制方法，其特征在于：流量控制器(12)根据第二压差传感器(9)采集到的水泵(1)进水口和出水口之间的实时压差ΔH，以及水泵(1)的运行频率f，结合水泵(1)的特性曲线，计算空调冷冻水系统水流量Q，并与空调冷冻水系统设置的最小流量Qmin进行比较，并通过水泵变频器(14)和电动旁通阀执行器(7)控制水泵(1)的运行频率高于设置的最小运行频率fmin，空调冷冻水系统的水流量高于设置的最小流量Qmin。
8.如权利要求7所述的一次空调冷冻水系统变流量控制方法，其特征在于：当水泵(1)的运行频率f未达到设置的最小运行频率fmin且计算的空调冷冻水系统水流量Q达到设置的最小流量Qmin时，水泵(1)维持运行频率f运行不变，设此时水泵(1)进水口和出水口之间的压差为ΔH0，并将ΔH0作为压差设定值发送至流量控制器(12)，由流量控制器(12)根据测量的实时压差ΔH控制电动旁通阀(6)阀门开合度到实时压差ΔH维持在设定值ΔH0；当水泵(1)的运行频率f先达到设置的最小频率fmin时，水泵(1)运行频率f保持最小频率fmin不变，继续监测水泵(1)进水口和出水口之间的实时压差ΔH，当计算的水流量Q接近最小流量Qmin时，设此时水泵(1)进水口和出水口之间的压差为ΔH0，并将ΔH0作为压差设定值发送至流量控制器(12)，流量控制器(12)根据测量的实时压差ΔH控制电动旁通阀(6)阀门开合度到实时压差ΔH维持在设定值ΔH0。
9.如权利要求8所述的一次空调冷冻水系统变流量控制方法，其特征在于：第二压差传感器(9)采集到的水泵(1)进水口和出水口之间的实时压差ΔH，并将实时压差ΔH传输给流量控制器(12)，流量控制器(12)将实时压差ΔH与压差设定值ΔH0进行比较计算电动旁通阀(6)的阀门开合度调节幅度，并输出至电动旁通阀执行器(7)，由电动旁通阀执行器(7)控制电动旁通阀(6)的阀门开合度，将实时压差ΔH维持在设定值ΔH0。
10.如权利要求6或8所述的一次空调冷冻水系统变流量控制方法，其特征在于：当流量控制器(12)检测到电动旁通阀(6)保持关闭状态一段时间，则由流量控制器(12)根据实时压差ΔP与预设压差值ΔP0之间的差值，通过水泵变频器(14)调节水泵(1)的运行频率，将分水器(3)和集水器(4)之间的实时压差ΔP维持在设定值ΔP0。
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