CN108291734A - 用于操作热能交换机的方法和系统 - Google Patents

Abstract

为了操作用于在热传递流体与空气之间交换热能的热能交换机（1），将多个测量数据集记录在控制系统（40）中。测量数据集包括针对不同时间点的定义了归一化能量传递的数据值，该归一化能量传递表示在热能交换机（1）中传递的、由一个或多个归一化变量进行归一化的热能。控制系统（40）针对测量数据集中的每个计算由归一化能量传递所定义的归一化数据点。控制系统（40）进一步针对热能交换机（1）确定将归一化数据点进行拟合的特征能量传递曲线。将能量传递归一化使得可能的是，在改变中的条件的更宽泛的范围上更高效地操作热能交换机（1），因为可以使用更适当的固定或可变阈值来防止饱和。

Description

用于操作热能交换机的方法和系统

发明领域

本发明涉及用于操作热能交换机的方法和控制系统。具体地，本发明涉及用于操作HVAC（暖通空调）系统的热能交换机的方法和控制系统，该热能交换机用于在流体导管中流过热能交换机的热传递流体与空气管道中传导通过热能交换机的空气之间交换热能。

背景技术

通过调控通过HVAC系统的热能交换机的流体流量，有可能调节由热能交换机交换的能量的量，例如，调节由热能交换机递送的能量的量来对建筑物中的房间进行加热或冷却，或者出于冷却目的调节由冷却装置吸取的能量的量。在通过一个或多个泵来驱动通过HVAC系统的流体回路进行的流体传输的同时，通常通过例如手动地或借助于致动器来改变阀的位置或开度来调控流量。已知的是，热能交换机的效率在流体以增加的速率冲过热能交换机时所处的高流率下被降低，而没有导致能量交换上的显著增加。

US 6,352,106描述了一种具有用于测量穿过阀的流体温度的温度传感器的自平衡阀。根据US 6,352,106，取决于所测量的温度，动态地调节阀的范围以及因此调节阀的最大开度。基于来自负载控制器的位置命令信号、所存储的温度阈值和当前流体温度来调制阀的开度。具体地，由位置控制器基于存储在位置控制器处的温度阈值、当前流体温度以及先前测量的流体温度与当前流体温度之间的差来周期性地设置阀的开度范围。US 6,352,106进一步描述了具有两个温度传感器的替换实施例，一个放置在供应线上以及另一个放置在返回线上，以用于测量负载（即，热能交换机）上的实际差分温度。根据US 6,352,106，在该替换实施例中，阈值温度是由负载的系统要求所确定的跨越负载的阈值差分温度。因此，US 6,352,106描述了基于负载上的差分温度上的改变或流体温度上的改变来对流量进行控制。因此，相应地基于所确定的温度改变与必须是预定义的并且被存储在阀的位置控制器处的固定阈值温度或阈值差分温度的比较来控制流量。因而，为了避免阀的不正确和低效设置，在系统的初始安装时间以及无论何时用新型号替换热能交换机，必须确保的是所存储的阈值温度或阈值差分温度相应地与HVAC系统中使用的热能交换机的设计参数和类型匹配。

在“Improving Campus Chilled Water Systems with Intelligent ControlValves: A Field Study,”AEI 2013, ASCE 2013中，Gregor P. Henze、Walter Henry和Marc Thuillard将冷却盘管的归一化总（显性和潜性）负载定义为在特定的冷水流量处遇到的当前负载与在最大流量处达到的总负载之比，并且进一步将归一化流量定义为当前流量与最大流量之比。因此，当前负载由最大负载进行扩缩，以及当前流量由最大流量进行扩缩。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于操作热能交换机的方法和控制系统，该方法和控制系统至少不具有现有技术的一些缺点。特别地，本发明的目标是提供一种用于在改变中的条件（例如，改变中的环境和/或操作条件）下有效地操作热能交换机的方法和控制系统。

根据本发明，通过独立权利要求的特征来实现这些目标。此外，另外有利的实施例由从属权利要求和说明书产生。

根据本发明，上文提到的目标被特别地实现于其中，以操作热能交换机，该热能交换机用于在流体导管中流过热能交换机中的热传递流体与空气管道中传导通过热能交换机的空气之间交换热能，多个测量数据集被记录在控制系统中，特别是记录在HVAC控制系统中。每个测量数据集包括针对多个时间点的定义了归一化能量传递的数据值，该归一化能量传递表示在热能交换机中从热传递流体传递到空气的、由包括至少一个空气侧变量的一个或多个归一化变量进行归一化的热能。控制系统针对每个测量数据集计算由归一化能量传递所定义的归一化数据点。控制系统针对热能交换机确定将归一化数据点进行拟合的特征能量传递曲线。

基于“原始”测量数据对能量传递进行归一化使得可能的是，在改变中的操作条件和环境条件的更广泛范围上更高效地操作热能交换机，因为归一化数据使得可能的是，确定更适合于且可适用于可变操作条件和环境条件的更好的效率阈值。因此，可能的是，通过利用更适当的固定或可变阈值限制或设置热传递流体的流率、空气流量和/或热传递流体的温度来防止热能交换机或其（一个或多个）盘管达到饱和。

在实施例中，控制系统确定针对热传递流体与空气之间的热能交换机中的有效热能传递的边界。该边界限定了有效区域，其中在特征能量传递曲线上热能传递比在有效区域外的特征能量传递曲线上更有能量效率。控制系统使热能交换机保持操作于所述有效区域内。例如，该边界限定了有效区域，以使得与在有效区域外的特征能量传递曲线上随着热能传递的增加流量相比，在特征能量传递曲线上热能传递随着热传递流体的增加流量可比较地增加更多。例如，控制系统将操作参数控制成将热能交换机的操作维持在所述有效区域内，该操作参数包括通过热能交换机的热传递流体的流量、通过热能交换机的空气的流量和/或进入热能交换机的热传递流体的温度。

在实施例中，控制系统将控制参数控制成将热能交换机的操作维持在特征能量传递曲线上。该操作参数包括：通过热能交换机的热传递流体的流量、通过热能交换机的空气的流量和/或进入热能交换机的热传递流体的温度。

在其他实施例中，测量数据集中的每个均包括空气入口焓值、空气出口焓值、热传递流体入口焓值以及热传递流体出口焓值。控制系统使用空气入口焓值、空气出口焓值、热传递流体入口焓值以及热传递流体出口焓值来计算针对每个归一化数据点的归一化能量传递。

在实施例中，测量数据集中的每个均包括进入热能交换机的空气的温度值、离开热能交换机的空气的温度值、进入热能交换机的空气的湿度值、离开热能交换机的空气的湿度值、进入热能交换机的热传递流体的温度值以及离开热能交换机的热传递流体的温度值。控制系统使用进入热能交换机的空气的温度值、离开热能交换机的空气的温度值、进入热能交换机的空气的湿度值、离开热能交换机的空气的湿度值、进入热能交换机的热传递流体的温度值以及离开热能交换机的热传递流体的温度值来计算针对每个归一化数据点的归一化能量传递。

在另外的实施例中，测量数据集中的每个均包括针对不同时间点的通过热能交换机的热传递流体的流量和通过热能交换机的空气的流量。控制系统针对每个归一化数据点计算由空气流量所归一化的通过流体导管的热传递流体的归一化流量。

在实施例中，测量数据集中的每个均包括：根据进入热能交换机的空气与进入热能交换机的热传递流体的入口焓差和离开热能交换机的空气与离开热能交换机的热传递流体的出口焓差来定义对数平均焓差的数据值。控制系统使用该对数平均焓差来计算针对每个归一化数据点的归一化能量传递。

在另外的实施例中，测量数据集中的每个均包括通过热能交换机的空气的流量。控制系统使用通过热能交换机的空气的流量来计算针对每个归一化数据点的归一化能量传递。

在实施例中，测量数据集中的每个均包括通过热能交换机的热传递流体的流量。控制系统使用通过热能交换机的热传递流体的流量来计算针对每个归一化数据点的归一化能量传递。

在另外的实施例中，测量数据集中的每个均包括：针对不同时间点的定义进入热能交换机的空气与离开热能交换机的空气的空气侧焓差的数据值，以及定义进入热能交换机的热传递流体与离开热能交换机的热传递流体的热传递流体侧上的焓差的数据值。控制系统根据该空气侧焓差和热传递流体侧上的焓差来针对每个归一化数据点计算表示归一化流量的值。

在实施例中，测量数据集中的每个均包括：根据进入热能交换机的空气与进入热能交换机的热传递流体的入口焓差和离开热能交换机的空气与离开热能交换机的热传递流体的出口焓差来定义对数平均焓差的数据值。控制系统使用该空气侧焓差和对数平均焓差来计算针对每个归一化数据点的归一化能量传递。

在另外的实施例中，测量数据集中的每个均包括：根据进入热能交换机的空气与进入热能交换机的热传递流体的入口焓差和离开热能交换机的空气与离开热能交换机的热传递流体的出口焓差来定义对数平均焓差的数据值。控制系统使用热传递流体侧上的焓差和该对数平均焓差来计算针对每个归一化数据点的归一化能量传递。

在实施例中，测量数据集中的每个均包括：用于确定在热能交换机中从热传递流体传递到空气的热能的显性部分和潜性部分的数据值。控制系统使用一个或多个归一化变量来计算归一化显性部分和归一化潜性部分。控制系统进一步单独地针对归一化显性部分和归一化潜性部分确定针对热传递流体与空气之间的热能交换机中的有效热能传递的边界。控制系统使热能交换机保持操作于由所述边界限定的有效区域内。

将总能量或功率传递划分成潜性部分和显性部分，并且将两个部分中的每个个别地归一化，使得可能的是，进一步检测关于能量传递的潜性部分和显性部分的饱和。例如，当与冷水盘管一起使用热能交换机时，意图通常不仅是冷却，还有对空气进行除湿。冷却（显性）部分和除湿（潜性）部分具有不同的饱和曲线。因此，可能是的潜性部分已经饱和而总功率（以及还有显性部分）还未饱和。通过单独确定潜性部分（归一化的或非归一化的），有可能个别地检测潜性部分的饱和，并且因此防止热能交换机的低效操作，该低效操作原本将在仅关于总能量传递考虑阈值的情况下发生。

在另外的实施例中，测量数据集中的每个均包括进入热能交换机的热传递流体的温度值，以及进入热能交换机的空气的温度值。控制系统使用进入热能交换机的热传递流体的温度值与进入热能交换机的空气的温度值的差来计算在热能交换机中传递的热能的归一化显性部分。

在实施例中，测量数据集中的每个均包括进入热能交换机的热传递流体的温度值。控制系统使用空气的露点温度的温度值与进入热能交换机的热传递流体的温度的差来计算在热能交换机中传递的热能的归一化潜性部分。

在另外的实施例中，测量数据集中的每个均包括进入热能交换机的热传递流体的温度值、进入热能交换机的空气的绝对湿度值和进入热能交换机的热传递流体的温度值。控制系统使用进入热能交换机的空气的绝对湿度值与在进入热能交换机的热传递流体的温度值下处于饱和的绝对湿度值的差来计算在热能交换机中传递的热能的归一化潜性部分。

在实施例中，控制系统确定特征能量传递曲线，该特征能量传递曲线指示了在热能交换机中从热传递流体到空气的期望能量传递。控制系统进一步检测归一化能量传递与期望能量传递的偏差。当检测到偏差时，控制系统发起异常处理。

在另外的实施例中，控制系统使用被包括在测量数据集中的空气侧参数来从不同特征能量传递曲线的集合中选择特征能量传递曲线，该不同特征能量传递曲线的集合针对不同的空气侧参数指示了在热能交换机中从热传递流体到空气的期望能量传递。

在实施例中，控制系统在异常处理中包括以下步骤中的至少一项：生成警报信号、从不同特征能量传递曲线的集合中选择替换的特征能量传递曲线、以及使用多个测量数据集来确定替换的特征能量传递曲线。

除了操作热能交换机的方法之外，本发明还涉及用于操作热能交换机的控制系统，该热能交换机用于在流体导管中流过热能交换机中的热传递流体与空气管道中传导通过热能交换机的空气的之间交换热能。该控制系统包括被配置成在控制系统中记录多个测量数据集的至少一个处理器。测量数据集中的每个均包括针对不同时间点的定义归一化能量传递的数据值，该归一化能量传递表示在热能交换机中从热传递流体传递到空气的、由包括至少一个空气侧变量的一个或多个归一化变量进行归一化的热能。处理器进一步被配置成针对每个测量数据集计算由归一化能量传递所定义的归一化数据点。处理器进一步被配置成针对热能交换机确定将归一化数据点进行拟合的特征能量传递曲线。

在实施例中，处理器进一步被配置成确定针对热传递流体与空气之间的热能交换机中的有效热能传递的边界。该边界限定有效区域，其中在特征能量传递曲线上热能传递比在有效区域外的特征能量传递曲线上更有能量效率。处理器进一步被配置成使热能交换机保持操作于所述有效区域内。

在进一步的实施例中，处理器被进一步配置成将操作参数控制成将热能交换机的操作维持在特征能量传递曲线上，该操作参数包括：通过热能交换机的热传递流体的流量、通过热能交换机的空气的流量和/或进入热能交换机的热传递流体的温度。

处理器被进一步配置成实行操作热能交换机的方法的步骤。

除了操作热能交换机的方法和用于操作热能交换机的控制系统之外，本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括具有存储于其上的计算机程序代码的非瞬时性计算机可读介质，该计算机程序代码被配置成控制用于操作热能交换机的控制系统的处理器，该热能交换机用于在流体导管中流过该热能交换机中的热传递流体与在空气管道中传导通过该热能交换机的空气之间交换热能。该计算机程序代码被配置成控制处理器，以使得处理器在控制系统中记录多个测量数据集。测量数据集中的每个均包括针对不同时间点的定义了归一化能量传递的数据值。归一化能量传递表示在热能交换机中从热传递流体传递到空气的、由包括至少一个空气侧变量的一个或多个归一化变量进行归一化的热能。计算机程序代码进一步被配置成控制处理器，以使得处理器针对每个测量数据集计算由归一化能量传递所定义的归一化数据点，以及使得处理器针对热能交换机确定将归一化数据点进行拟合的特征能量传递曲线。

在实施例中，计算机程序代码进一步被配置成控制处理器，以使得处理器确定针对热传递流体与空气之间的热能交换机中的有效热能传递的边界。该边界限定有效区域，其中在特征能量传递曲线上热能传递比在有效区域外的特征能量传递曲线上更有能量效率。计算机程序代码被进一步配置成控制处理器，以使得处理器使热能交换机保持操作于所述有效区域内。

在另外的实施例中，计算机程序代码被进一步配置成控制处理器，以使得处理器将操作参数控制成将热能交换机的操作维持在特征能量传递曲线上，该操作参数包括：通过热能交换机的热传递流体的流量、通过热能交换机的空气的流量和/或进入热能交换机的热传递流体的温度。

计算机程序代码被进一步配置成控制处理器，以使得处理器实行操作热能交换机的方法的步骤。

附图说明

将参考附图作为示例来更详细地解释本发明，在附图中：

图1：示出了示意性图示HVAC系统的框图，该HVAC系统包括空气传输系统、热传递流体传输系统和热能交换机。

图2：示出了示意性图示经由通信网络连接到远程计算机系统的HVAC系统的框图。

图3：示出了示意性图示包括经由通信网络连接到本地计算机系统的控制器的HVAC系统的框图。

图4：示出了示意性图示包括具有控制器的计算机系统的HVAC系统的框图。

图5：示出了图示用于使用根据归一化测量数据所确定的特征能量传递曲线来操作热能交换机的示例性步骤序列的流程图。

图6：示出了图示用于使用根据归一化测量数据所确定的特征能量传递曲线和/或效率边界来操作热能交换机的示例性步骤序列的流程图。

图7：示出了图示用于根据测量数据计算归一化数据点的示例性步骤序列的流程图。

图8：示出了图示用于计算归一化能量传递的示例性步骤序列的流程图。

图9：示出了图示用于使用特征能量传递曲线来检测与期望能量传递的偏差的示例性步骤序列的流程图。

图10：示出了图示总能量传递的显性部分和潜性部分的图表。

图11：示出了上部图表和下部图表，该上部图表图示了指示基于测量数据的每热传递流体流量的总能量传递的多个非归一化数据点，以及该下部图表图示了指示每热传递流体的归一化流量的归一化总能量传递的多个数据点。

图12：示出了上部图表和下部图表，该上部图表图示了指示基于测量数据的每热传递流体流量的能量传递的显性部分，以及该下部图表图示了指示每热传递流体的归一化流量的归一化显性部分的多个数据点。

图13：示出了上部图表和下部图表，该上部图表图示了指示基于测量数据的每热传递流体流量的能量传递的潜性部分的多个非归一化数据点，以及该下部图表图示了指示每热传递流体的归一化流量的归一化潜性部分的多个数据点。

具体实施方式

在图1-4中，附图标记10指代HVAC系统（暖通空调和冷却）。如在图1中图示的，HVAC系统10包括热能交换机1，例如，用于加热的热交换机或者用于冷却的冷却设备。如在图1中另外图示的，HVAC系统10包括用于将空气移动通过热能交换机1的空气传输系统3和用于将热传递流体（例如，水或制冷剂）移动通过热能交换机1的热传递流体传输系统2。如在图1中示意性指示的，空气传输系统3包括各种空气侧系统部件30和用于使空气传导通过热能交换机1的空气管道300。空气侧系统部件30包括通风器、控制器和可选的空气流量传感器33，以用于传导和控制空气流量通过热能交换机1以及最终通过房间或建筑物或进入房间或建筑物中。如在图1中进一步示意性指示的，热传递流体传输系统2包括各种流体侧系统部件20和流体导管200，以用于使热传递流体的流量传导通过热能交换机1。流体侧系统部件20包括电动阀21、控制器22、可选的流量传感器23和另外的部件（诸如泵），以用于传导和控制热传递流体的流量通过热能交换机1。

如在图1中示意性图示的，HVAC系统10进一步包括空气侧入口传感器系统11、空气侧出口传感器系统12、流体侧入口传感器系统13和流体侧出口传感器系统14。空气侧入口传感器系统11包括焓传感器或者温度传感器与湿度传感器的组合，其被配置成测量进入热能交换机1的空气的焓。空气侧出口传感器系统12包括焓传感器或者温度传感器与湿度传感器的组合，其被配置成相应地测量或确定离开热能交换机1的空气的焓。流体侧入口传感器系统13包括温度传感器来确定进入热能交换机1的热传递流体的温度或焓。流体侧出口传感器系统14包括温度传感器来确定离开热能交换机1的热传递流体的温度或焓。传感器系统11、12、13、14进一步包括被配置用于与计算机系统4和/或（一个或多个）控制器22进行无线和/或有线数据通信的通信模块。

如在图1-4中图示的，HVAC系统10包括计算机系统4或者至少经由通信网络5被连接到计算机系统4。取决于实施例，计算机系统4包括具有一个或多个可编程处理器和被连接到（一个或多个）处理器的数据存储系统的一个或多个操作计算机。如在图1和图4中通过附图标记40示意性指示的，计算机系统4和控制器22构成了控制系统，特别地构成了计算机化HVAC控制系统。在图2的实施例中，将HVAC系统10及其控制器22中的一个或多个经由通信网络5连接到远程计算机系统4，例如，经由互联网连接到HVAC系统10的基于云的计算机系统。在图3的实施例中，计算机系统4是HVAC系统10的一部分，并且经由诸如LAN（局域网）或WLAN（无线局域网）之类的通信网络5连接到HVAC系统10的一个或多个控制器22。在图4的实施例中，相应地，计算机系统4是HVAC系统10的一部分，以及控制器22是计算机系统4的部分或者控制器22构成计算机系统4。控制器22包括电子电路，例如，可编程处理器、专用集成电路（ASIC）或另一种逻辑单元。控制器22进一步包括：通信模块，其被配置用于相应地与计算机系统4，传感器系统11、12、13、14，可选的流体传感器23、33和阀21或其致动器进行无线和/或有线数据通信，以控制热传递流体的流量。控制器22和计算机系统4被配置（编程）成实行稍后更详细描述的各种功能。取决于实施例，通信网络5包括固定通信网络或总线和/或移动通信网络，例如，WLAN、GSM（全球移动通信系统）、UMTS（通用移动电话系统）或其他移动无线电网络。

在以下的段落中，参考附图5-9所描述的是相应地由控制系统40、计算机系统4和/或控制器22实行的用于操作热能交换机1的可能的步骤序列。

如在图5和图6中图示的，在步骤S1中，控制系统40（即，相应地是计算机系统4或控制器22）记录从传感器系统11-14和可选的空气侧流量传感器33和流体侧流量传感器23获得的测量数据集。具体地，该测量数据集包括针对特定时间点的用于计算归一化能量传递的数据值，该归一化能量传递表示在热能交换机1中从热传递液体传递到空气的热能、由一个或多个归一化变量进行归一化，如将在下文更详细描述的那样。

在步骤S2中，计算机系统4使用归一化变量根据测量数据集来计算归一化数据点，该归一化变量是被包括在测量数据集中的数据值或者是固定参数值。归一化是减少数据冗余并且增加独立性的过程。在当前的情境中，归一化通过数据的数学变换将测量数据缩减成单个函数或曲线。例如，在使用或不使用指数、的情况下，可以使用空气流量来将热传递流体的流量归一化：

或

或者使用更复杂的归一化，诸如例如：

如在图7中更详细图示的，在步骤S21中，计算机系统4针对归一化数据点计算归一化总能量传递。

在热能交换机1中从热传递流体到空气的总能量或功率传递Q被定义为：

相应地使用以下数据值或等式：

总传递的能量或功率

空气的流量，气流速率

热传递流体的流量，热传递流体的流率

流体（热传递流体）侧焓差

流体（热传递流体）入口焓

流体（热传递流体）出口焓

空气侧焓差

空气入口焓

空气出口焓。

如果空气侧传感器系统11、12不使用焓传感器，而是使用湿度传感器和温度传感器的组合，则使用以下常数和另外的数据值：

空气的热容

空气入口温度

空气出口温度

空气入口湿度

空气出口湿度。

取决于实施例或配置，针对测量数据集的数据值是由计算机系统4或控制器22从传感器读取的，或者是由传感器向计算机系统4或控制器22报告的。替换地，数据值是由控制器22收集的，并且稍后将被报告给计算机系统4。由计算机系统4记录的任何测量数据集定义了包括针对特定时间点的数据值的非归一化数据点。

归一化总能量传递是使用对数平均焓差LMED和/或空气流量来计算的：

其中，对数平均焓差LMED被定义为：

相应地使用以下数据值或等式：

入口焓差

出口焓差

空气侧焓差

流体（热传递流体）侧焓差。

在替换的方式中，归一化总能量传递是使用对数平均焓差LMED和/或热传递流体流量来计算的：

。

在步骤S22处，计算机系统4计算热传递流体的归一化流量：

。

在不具有空气流量传感器33和/或流体流量传感器23的配置或场景中，通过使用能量均衡，每空气流量的热传递流体的归一化流量由完全根据焓值计算的代表项所代替：

。

此外，通过使用能量平衡，归一化总能量传递相应地由完全根据焓值计算的代表项所代替：

。

相应地，对于其中使用热传递流体流量来计算归一化总能量传递的替换方式而言，归一化总能量传递相应地由完全根据焓值计算的代表项所代替：

。

在步骤S23中，计算机系统4存储由每热传递流体的归一化流量（或相应地是）的归一化总能量传递（或相应地是或或或或）所定义的归一化数据点。

图11在上方图表中图示了多个测量数据集的示例，包括具有每热传递流体的（非归一化）流量的总能量传递Q的数据值的（非归一化）数据点P。图11在下方图表中针对测量数据集的所述示例图示了归一化数据点Pn，该归一化数据点Pn由每热传递流体的归一化流量（或相应地是）的归一化总能量传递来定义。

图10针对总能量传递Q的示例图示了取决于热传递流体的流量的潜性能量部分和显性能量部分。

在图8的实施例中，在步骤S211中，计算机系统4计算总能量传递Q的显性部分和潜性部分。具体地，计算机系统4使用显热比（SHR）来计算显性部分和潜性部分：

，

，以及

。

在步骤S212中，计算机系统4针对显性部分计算归一化显性部分。具体地，计算机系统4使用进入热能交换机1的热传递流体的温度与进入热能交换机1的空气的温度的差来计算归一化显性部分：

。

在步骤S213中，计算机系统4针对潜性部分计算归一化潜性部分。具体地，计算机系统4使用空气的露点温度和热传递流体的入口温度来计算归一化潜性部分：

。

替换地，使用进入热能交换机1的空气的绝对湿度值与在进入热能交换机1的热传递流体的温度下处于饱和的绝对湿度值的差来计算归一化潜性部分：

。

图12在上方图表中图示了具有每热传递流体的（非归一化）流量的显性能量传递的数据值的多个非归一化数据点S的示例。图12在下方图表中针对数据点S的所述示例图示了由每热传递流体的归一化流量的归一化显性能量传递所定义的归一化数据点Sn。

图13在上方图表中图示了具有每热传递流体的（非归一化）流量的潜性能量传递的数据值的多个非归一化数据点L的示例。图13在下方图表中针对数据点L的所述示例图示了相对应地由每热传递流体的归一化流量的归一化潜性能量传递或所定义的归一化数据点Ln。

应当在此处注意到的是，如本领域技术人员将理解的是，与图11、12和13的那些图表相对应的图表可以针对以下场景而生成：在不使用流量传感器的情况下，完全根据焓值来计算归一化总能量传递，并且将该总能量传递在y轴上由归一化焓值或来表示，以及将热传递流体的归一化流量在x轴上由来表示（x轴是常规的独立轴）。

返回图5和图6，在步骤S3中，计算机系统4确定了针对热能交换机1的特征传递曲线。具体地，计算机系统4使用在延长时间段（例如在一天或多天或者甚至几周或几个月的校准阶段或调试阶段期间）上针对热能交换机1所计算和记录的归一化数据点Pn、Sn、Ln来确定针对热能交换机1的特征传递曲线，作为针对多个归一化数据点Pn、Sn、Ln的最佳拟合。在图11的下方图表中，经拟合的特征传递曲线cP被指示为行进通过针对归一化总能量传递的归一化数据点Pn的白色曲线。在图12的下方图表中，经拟合的特征传递曲线cS被指示为行进通过针对归一化显性能量传递的归一化数据点Sn的白色曲线。在图13的下方图表中，经拟合的特征传递曲线cL被指示为行进通过针对归一化显性能量传递的归一化数据点Ln的白色曲线。

如在图6的实施例中图示的，在可选的步骤S4中，计算机系统4确定效率边界。具体地，计算机系统4使用特征传递曲线cP、cS、cL或归一化数据点Pn、Sn、Ln来确定针对热能交换机1的效率边界bP、bS、bL（参见图11、12和13）。更具体地，计算机系统4在特征传递曲线cP、cS、cL上确定边界点BP、BS、BL（参见图11、12和13），其中针对热传递流体流量增加的热能传递的增加落在所定义的阈值之下。根据针对归一化数据点的不同集合所确定的若干特征传递曲线cP、cS、cL的边界点BP、BS、BL来限定边界bP、bS、bL，该归一化数据点是针对总能量传递、潜性能量传递和显性能量传递和/或针对所使用的（一个或多个）归一化变量的不同值而单独归一化的，该归一化变量例如是，对数平均焓差、空气流量、热传递流体的流量、进入热能交换机1的热传递流体的温度、进入热能交换机1的空气的温度、空气的露点温度、进入热能交换机1的空气的绝对湿度值和/或在进入热能交换机1的热传递流体的温度下处于饱和的绝对湿度值。

在步骤S5中，控制器22使用效率边界bP、bS、bL和/或特征能量传递曲线cP、cS、cL来控制热能交换机1的操作。具体地，控制器22通过控制热能交换机1的操作参数来控制热能交换机1的操作。热能交换机1的操作参数包括热传递流体的流量、空气流量和/或进入热能交换机1的热传递流体的温度。在第一方面中，控制器22控制操作参数以便维持热能交换机1的归一化性能，由此控制器22使热能交换机1保持操作于（可适用的）特征能量传递曲线cP、cS、cL上。稍后将参考图9来描述对与特征能量传递曲线cP、cS、cL的偏差进行的检测。在第二方面中，控制器22进一步控制操作参数，以便优化热能交换机1的性能，由此控制器22使热能交换机1保持操作于由效率边界bP、bS、bL限定的有效区域aP、aS、aL内。在有效区域aP、aS、aL内，与随着在有效区域aP、aS、aL外的特征能量传递曲线上热传递的增加流量相比，在特征能量传递曲线cP、cS、cL上，热能传递随着热传递流体的增加流量可比较地增加得更多。本领域技术人员将理解的是，可以对应地确定效率边界和/或有效区域，并且其对应地适用于以下场景：在不使用流量传感器的情况下，归一化总能量传递完全根据焓值来计算并且由或来表示，以及热传递流体的归一化流量由来表示。取决于场景和/或配置，将控制器22设置成将操作参数控制成根据第一方面来维持归一化性能和/或根据第二方面来优化性能。对于计算机系统4被单独布置或被布置为远离控制器22的实施例或配置而言，将效率边界bP、bS、bL从计算机系统4传递到控制器22。此外，本领域技术人员将理解的是，在不同的实施例中，对于根据第一方面维持归一化性能和/或对于根据第二方面优化性能而言，计算机系统4或控制器22相应地生成用于控制操作参数的信号。将控制信号相应地从计算机系统4或控制器22发送到例如建筑物控制系统、阀21、减震器、泵、风扇和/或相关的致动器。

如在图9中图示的，在步骤S61中，计算机系统4确定定义了期望能量传递的特征能量传递曲线cP、cS、cL，即，适用于热能交换机1的现存操作条件的特征能量传递曲线cP、cS、cL，例如，空气的当前流量、热传递流体的当前流量或热传递流体的当前入口温度。

在步骤S62中，计算机系统4通过将具有当前或最近的归一化能量传递的一个或多个数据点与由在步骤S61中选择的特征能量传递曲线cP、cS、cL所定义的期望能量传递进行比较，来检测归一化能量传递与期望能量传递的偏差。

当检测到偏差时，在步骤S63中，计算机系统4发起异常处理。取决于场景、实施例和/或配置，计算机系统4生成警报信号、警报消息、从不同特征能量传递曲线的集合中选择替换的特征能量传递曲线、和/或使用多个测量数据集来确定替换的特征能量传递曲线。具体地，对于长期诊断而言，其中针对例如若干天、若干星期、若干月或甚至若干年的持续时间段，归一化能量传递持续地偏离期望能量传递，计算机系统4确立了当前归一化数据点或相关的特征能量传递曲线与由较早的特征能量传递曲线（例如，在热能交换机1的调试期间确定的）所限定的期望能量传递偏离，这例如是由于热能交换机或其他环境影响的盘管故障而引起的。除了长期诊断报告之外，计算机系统4生成新的、替换的特征能量传递曲线。对于期望或偏差的短期或长期优化而言，例如如果归一化数据点被检测为在有效区域aP、aS、aL内，但是在特征能量传递曲线cP、cS、cL下方，则控制器22控制操作参数，以便将归一化数据点移动到特征能量传递曲线cP、cS、cL上。因此，控制器22对由于临时扰动或者次佳条件或设置而产生的情形进行校正和优化。此外，如果归一化数据点被检测为在有效区域aP、aS、aL内，但是在特征能量传递曲线cP、cS、cL上方，则控制器22生成指示对例如由于次佳或不正确的系统设定配置所引起的偏差进行的检测的警报或诊断报告，该次佳或不正确的系统设定配置诸如是引起了导致不稳定系统行为的过多时滞或其他设置的远端温度传感器的布置。

在另外的实施例中，相应地使用进入或离开热能交换机1的热传递流体的温度、和相应地进入或离开热能交换机1的空气的温度、来计算归一化总能量传递，例如：

。

如上文所描述的，用于计算归一化能量传递的归一化变量包括空气侧变量，诸如通过热能交换机的空气的流量、进入热能交换机1的空气的温度、离开热能交换机1的空气的温度、空气的露点温度、进入热能交换机1的空气的绝对湿度值、离开热能交换机1的绝对湿度值、以及在进入热能交换机1的热传递流体的温度下处于饱和的绝对湿度值；空气入口焓值、空气出口焓值、空气侧焓差，以及基于空气侧变量的复合变量，诸如对数平均焓差LMED；以及热传递流体侧上的变量，诸如热传递流体的流量、进入热能交换机1的热传递流体的温度、以及离开热能交换机1的热传递流体的温度。

应注意的是，在本说明书中，已经以特定顺序呈现了步骤序列，然而，本领域技术人员将理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可以变更至少一些步骤的顺序。

Claims (25)

1.一种操作热能交换机（1）的方法，所述热能交换机（1）用于在流体导管（200）中流过所述热能交换机（1）的热传递流体与在空气管道（300）中传导通过所述热能交换机（1）的空气之间交换热能，所述方法包括：

在控制系统（40）中记录多个测量数据集，所述测量数据集中的每个均包括针对不同时间点的定义了归一化能量传递的数据值，所述归一化能量传递表示在所述热能交换机（1）中从热传递流体传递到空气的、由包括至少一个空气侧变量的一个或多个归一化变量进行归一化的热能；

所述控制系统（40）针对所述测量数据集中的每个计算由所述归一化能量传递所定义的归一化数据点（Pn、Sn、Ln）；以及

所述控制系统（40）针对所述热能交换机（1）确定将所述归一化数据点（Pn、Sn、Ln）进行拟合的特征能量传递曲线（cP、cS、cL）。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：所述控制系统（40）确定针对所述热传递流体与所述空气之间的所述热能交换机（1）中的有效热能传递的边界（bP、bS、bL），由此所述边界（bP、bS、bL）限定有效区域（aP、aS、aL），其中在所述特征能量传递曲线（cP、cS、cL）上热能传递比在所述有效区域（aP、aS、aL）外的特征能量传递曲线（cP、cS、cL）上更有能量效率；以及所述控制系统（40）使所述热能交换机（1）保持操作于所述有效区域（aP、aS、aL）内。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，其中所述控制系统（40）将操作参数控制成将所述热能交换机（1）的操作维持在所述特征能量传递曲线（cP、cS、cL）上，所述操作参数包括以下中的至少一个：通过所述热能交换机（1）的热传递流体的流量、通过所述热能交换机（1）的空气的流量、以及进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括空气入口焓值、空气出口焓值、热传递流体入口焓值以及热传递流体出口焓值；以及所述控制系统（40）使用所述空气入口焓值、所述空气出口焓值、所述热传递流体入口焓值以及所述热传递流体出口焓值来计算针对每个所述归一化数据点（Pn、Sn、Ln）的归一化能量传递。

5.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括进入所述热能交换机（1）的空气的温度值、离开所述热能交换机（1）的空气的温度值、进入所述热能交换机（1）的空气的湿度值、离开所述热能交换机（1）的空气的湿度值、进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值以及离开所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值；以及所述控制系统（40）使用进入所述热能交换机（1）的空气的温度值、离开所述热能交换机（1）的空气的温度值、进入所述热能交换机（1）的空气的湿度值、离开所述热能交换机（1）的空气的湿度值、进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值以及离开所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值来计算针对每个所述归一化数据点（Pn、Sn、Ln）的归一化能量传递。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括针对不同时间点的通过所述热能交换机（1）的热传递流体的流量和通过所述热能交换机（1）的空气的流量；以及所述控制系统（40）针对每个所述归一化数据点（Pn、Sn、Ln）计算由所述空气的流量归一化的通过所述流体导管（200）的热传递流体的归一化流量。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括根据进入所述热能交换机（1）的空气与进入所述热能交换机（1）的热传递流体的入口焓差和离开所述热能交换机（1）的空气与离开所述热能交换机（1）的热传递流体的出口焓差来定义对数平均焓差的数据值；以及所述控制系统（40）使用所述对数平均焓差来计算针对每个所述归一化数据点（Pn）的归一化能量传递。

8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括通过所述热能交换机（1）的空气的流量；以及所述控制系统（40）使用通过所述热能交换机（1）的空气的流量来计算针对每个所述归一化数据点（Pn）的归一化能量传递。

9.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括通过所述热能交换机（1）的热传递流体的流量；以及所述控制系统（40）使用通过所述热能交换机（1）的热传递流体的流量来计算针对每个所述归一化数据点（Pn）的归一化能量传递。

10.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括针对不同时间点的定义了进入所述热能交换机（1）的空气与离开所述热能交换机（1）的空气的空气侧焓差的数据值，以及定义了进入所述热能交换机（1）的热传递流体与离开所述热能交换机（1）的热传递流体的热传递流体侧上的焓差的数据值；以及所述控制系统（40）根据所述空气侧焓差和所述热传递流体侧上的焓差来针对每个所述归一化数据点（Pn）计算表示所述归一化流量的值。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括：根据进入所述热能交换机（1）的空气与进入所述热能交换机（1）的热传递流体的入口焓差以及离开所述热能交换机（1）的空气与离开所述热能交换机（1）的热传递流体的出口焓差来定义对数平均焓差的数据值；以及所述控制系统（40）使用所述空气侧焓差和所述对数平均焓差来计算针对每个所述归一化数据点（Pn）的归一化能量传递。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括：根据进入所述热能交换机（1）的空气与进入所述热能交换机（1）的热传递流体的入口焓差以及离开所述热能交换机的空气与离开所述热能交换机的热传递流体的出口焓差来定义对数平均焓差的数据值；以及所述控制系统（40）使用所述热传递流体侧上的焓差和所述对数平均焓差来计算针对每个所述归一化数据点（Pn）的归一化能量传递。

13.根据权利要求2至5中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括用于确定在所述热能交换机（1）中从热传递流体传递到空气的热能的显性部分和潜性部分的数据值；所述控制系统（40）使用一个或多个归一化变量来计算归一化显性部分和归一化潜性部分；以及所述控制系统（40）单独针对所述归一化显性部分和所述归一化潜性部分来确定针对所述热传递流体与所述空气之间的所述热能交换机（1）中的有效热能传递的边界（bS、bL）；以及所述控制系统（40）使所述热能交换机保持操作于由所述边界（bS、bL）限定的有效区域（aS、aL）内。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值，和进入所述热能交换机（1）的空气的温度值；以及所述控制系统（40）使用进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值与进入所述热能交换机（1）的空气的温度值的差来计算在所述热能交换机（1）中传递的热能的归一化显性部分（Sn）。

15.根据权利要求13或14中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值；以及所述控制系统（40）使用所述空气的露点温度的温度值与进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度的差来计算在所述热能交换机（1）中传递的热能的归一化潜性部分（Ln）。

16.根据权利要求13或14中的一项所述的方法，其中所述测量数据集中的每个均包括进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值、进入所述热能交换机（1）的空气的绝对湿度值和进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值；以及所述控制系统（40）使用进入所述热能交换机（1）的空气的绝对湿度值与在进入所述热能交换机（1）的热传递流体的温度值下处于饱和的绝对湿度值的差来计算在所述热能交换机（1）中传递的热能的归一化潜性部分（Ln）。

17.根据权利要求1至16中的一项所述的方法，进一步包括：所述控制系统（40）确定特征能量传递曲线（cP、cS、cL），所述特征能量传递曲线（cP、cS、cL）指示了在所述热能交换机（1）中从所述热传递流体到所述空气的期望能量传递；所述控制系统（40）检测所述归一化能量传递（Pn、Sn、Ln）与所述期望能量传递的偏差；以及，当检测到偏差时，所述控制系统（40）发起异常处理。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：所述控制系统（40）使用被包括在所述测量数据集中的空气侧参数从不同特征能量传递曲线（cP、cS、cL）的集合中选择特征能量传递曲线（cP、cS、cL），所述不同特征能量传递曲线（cP、cS、cL）针对不同的空气侧参数指示了在所述热能交换机（1）中从所述热传递流体到所述空气的期望能量传递。

19.根据权利要求17或18中的一项所述的方法，进一步包括：所述控制系统（40）在所述异常处理中包括以下步骤中的至少一项：生成警报信号、从不同特征能量传递曲线（cP、cS、cL）的集合中选择替换的特征能量传递曲线（cP、cS、cL）、以及使用所述多个测量数据集来确定替换的特征能量传递曲线（cP、cS、cL）。

20.一种用于操作热能交换机（1）的控制系统（40），所述热能交换机（1）用于在流体导管（200）流过所述热能交换机（1）中的热传递流体与在空气管道（300）中传导通过所述热能交换机（1）的空气之间交换热能，所述控制系统（40）包括至少一个处理器，所述处理器被配置成：

在所述控制系统（40）中记录多个测量数据集，所述测量数据集中的每个均包括针对不同时间点的定义了归一化能量传递的数据值，所述归一化能量传递表示在所述热能交换机（1）中从热传递流体传递到空气的、由包括至少一个空气侧变量的一个或多个归一化变量进行归一化的热能；

针对所述测量数据集中的每个计算由所述归一化能量传递所定义的归一化数据点（Pn、Sn、Ln）；以及

针对所述热能交换机（1）确定将所述归一化数据点（Pn、Sn、Ln）进行拟合的特征能量传递曲线（cP、cS、cL）。

21.根据权利要求20所述的控制系统（40），其中所述处理器被进一步配置成确定针对所述热传递流体与所述空气之间的所述热能交换机（1）中的有效热能传递的边界（bP、bS、bL），由此所述边界（bP、bS、bL）限定有效区域（aP、aS、aL），其中在所述特征能量传递曲线（cP、cS、cL）上热能传递比在所述有效区域（aP、aS、aL）外的特征能量传递曲线（cP、cS、cL）上的更有能量效率；以及使所述热能交换机（1）保持操作于所述有效区域（aP、aS、aL）内。

22.根据权利要求20或21中的一项所述的控制系统（40），其中所述处理器被进一步配置成实行权利要求2至19中的一项的方法的步骤。

23.一种计算机程序产品，包括具有存储于其上的计算机程序代码的非瞬时性计算机可读介质，所述计算机程序代码被配置成控制用于操作热能交换机（1）的控制系统（40）的处理器，所述热能交换机（1）用于在流体导管（200）中流过所述热能交换机（1）的热传递流体与在空气管道（300）中传导通过所述热能交换机（1）的空气之间交换热能，以使得所述处理器实行以下步骤：

在所述控制系统（40）中记录多个测量数据集，所述测量数据集中的每个均包括针对不同时间点的定义了归一化能量传递的数据值，所述归一化能量传递表示在所述热能交换机（1）中从热传递流体传递到空气的、由包括至少一个空气侧变量的一个或多个归一化变量进行归一化的热能；

针对所述测量数据集中的每个计算由所述归一化能量传递所定义的归一化数据点（Pn、Sn、Ln）；以及

针对所述热能交换机（1）确定将所述归一化数据点（Pn、Sn、Ln）进行拟合的特征能量传递曲线（cP、cS、cL）。

24.根据权利要求23所述的计算机程序产品，其中所述计算机程序代码被进一步配置成控制所述处理器，以使得所述处理器确定针对所述热传递流体与所述空气之间的所述热能交换机（1）中的有效热能传递的边界（bP、bS、bL），由此所述边界（bP、bS、bL）限定有效区域（aP、aS、aL），其中在所述特征能量传递曲线（cP、cS、cL）上热能传递比在所述有效区域（aP、aS、aL）外的特征能量传递曲线（cP、cS、cL）上更有能量效率；以及使所述热能交换机（1）保持操作于所述有效区域（aP、aS、aL）内。

25.根据权利要求23或24中的一项所述的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品被进一步配置成控制所述处理器，以使得所述处理器实行权利要求2至19中的一项的方法的步骤。