CN108645096A - 一种循环冷却系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种循环冷却系统及其控制方法，该系统冷却水泵由工频泵改为变频泵，将冷却风机由工频改为变频，同时三个温度传感器分别监控循环水出水温度、冷却水出水温度、室外湿球温度，通过控制器分别控制冷却水泵和冷却风机的频率及工作数量。与现有技术相比，本发明通过循环水温度控制冷却泵启停及频率，冷却水温度控制冷却风机的启停及频率，且加入室外湿球温度作为参考依据，优化冷却塔的控制温度目标，最大化冷却塔降温效率。

Description

一种循环冷却系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及冷却水循环技术领域，具体涉及一种循环冷却系统及其控制方法。
背景技术
在生产车间里，有大量的生产设备需要冷却水进行冷却，如空调、压缩机等。循环水将冷量传递给车间设备，并通过板式换热器进行冷却，而对循环水进行冷却的冷量来自于冷却塔的冷却水，冷却塔内设有风机，将冷却水进行降温。在现有的控制方法中，其逻辑如图1所示，首先判断循环水从板式换热器中出来的循环水出水温度T1是否大于23℃，若否，则关闭所有冷却水泵及所有风机；若是，则再次判断循环水出水温度T1是否小于27℃，若是，则减少冷却风机，若否，则增开冷却风机。
但是，该设计中，冷却水泵为工频水泵，水泵及风机采用联动设计，根据循环水目标温度同步启停，设计简单明了但控制不够精细，会造成许多不必要的电量浪费，节能空间较大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种更节能的循环冷却系统及其控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种循环水冷却系统，该系统包括板式换热器以及在板式换热器内换热的循环水管路和冷却水管路，所述循环水管路包括循环水泵和车间设备，所述冷却水管路包括冷却水泵单元和冷却塔，所述冷却塔内设有冷却风机单元，所述冷却风机单元包括多台变频式冷却风机，所述冷却水泵包括多台变频式冷却水泵，所述循环水管路中位于板式换热器出口处设有第一温度传感器，所述冷却水管路中位于冷却塔出口处设有第二温度传感器，所述系统包括用于测量室外湿球温度的第三温度传感器，所述系统还包括与第一温度传感器、第二温度传感器及第三温度传感器连接并用于控制冷却水泵单元和冷却风机单元开闭击工作频率的控制器。
本发明通过将冷却水泵和冷却风机改成变频型的水泵或风机，并通过控制器分别控制冷却水泵单元及冷却风机单元，细化了控制逻辑的同时避免了冷却水泵及冷却风机控制上的冲突，提高了冷却风机及冷却水泵协同运作的能效。同时，本发明引进了第三温度传感器来监测室外湿球温度，从而来调控冷却风机的频率及工作数量，最大化冷却风机的降温效率，使整个系统能效有着进一步的提高。
所述的冷却水泵单元包括2～4台并联设置的冷却水泵。
每台所述冷却水泵的工作频率为20～60HZ，且所有工作的冷却水泵频率一致。
所述的冷却风机单元包括2～4台并联的冷却风机，并通过控制器控制工作的冷却风机的数量。
每台所述冷却风机的工作频率为20～60HZ。且所有工作的冷却风机频率一致。
所述冷却塔包括顶部的喷淋头以及中部的填料，所述2～4台并联的冷却风机从上至下均匀分布在填料的一侧。从板式换热器返回的冷却水从喷淋头喷向填料，并沿着填料往下流动，在此过程中，冷却风机将空气吹向填料，并将冷却水中的热量移除，并通过控制器控制冷却风机的频率及数量，从而控制吹向填料的空气的量。优选的，有部分冷却风机需要关闭，优先关闭位于下方的冷却风机，因为下方的冷却水与空气的温差更下，这样可以充分利用冷却水与冷却塔底部自有空气的热交换，从而节约部分的能源。
所述的控制器为PLC控制器或单片机。
一种如上所述循环水冷却系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤(1)：通过第一温度传感器、第二温度传感器及第三温度传感器分别获取板式换热器循环水出口温度T1、冷却塔冷却水出水温度T2以及室外湿球温度T3，并将信号传递给控制器；
步骤(2)：控制器判断T1是否大于23℃，若是，则执行步骤(3)，若否，则直接关闭所有冷却水泵及所有冷却风机；同时，控制器判断T3是否小于15℃，若是，则关闭所有冷却水泵及所有冷却风机，若否，则执行步骤(4)；
步骤(3)：控制器判断T1是否小于27℃，若是，则执行步骤(5)，若否，则执行步骤(6)；
步骤(4)：控制器判断T2是否小于T3+5℃，若是，则执行步骤(7)，若否，则执行步骤(8)；
步骤(5)：控制器判断冷却水泵的工作频率是否大于28HZ，若是，则降低冷却水泵的工作频率，若否，则减少工作的冷却水泵数量；
步骤(6)：控制器判断冷却水泵的工作频率是否大于45HZ，若是，则增加工作的冷却水泵的数量，若否，则提高冷却水泵的工作频率；
步骤(7)：控制器判断冷却风机的工作频率是否大于28HZ，若是，则降低冷却风机的工作频率，若否，则减少工作的冷却风机数量；
步骤(8)：控制器判断冷却风机的工作频率是否大于45HZ，若是，则增加工作的冷却风机的数量，若否，则提高冷却风机的工作频率。
优选的，所述冷却风机或冷却水泵频率上升或下降的幅度为1HZ/次。
优选的，所述工作的冷却风机或工作的冷却水泵的数量上升或下降的幅度为1台/次。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：将冷却水泵喝冷却风机均改为变频，一定程度上降低了水泵运行耗电量，且将冷却风机与冷却水泵分开控制，细化了控制逻辑的同时避免了冷却水泵及冷却风机控制上的冲突，提高了冷却风机及冷却水泵协同运作的能效；在引入室外湿球温度后，最大化冷却风机的降温效率，使整个系统能效有着进一步的提高。
附图说明
图1为现有的控制方法逻辑示意图；
图2为本发明的循环冷却系统；
图3为本发明冷却系统的控制方法逻辑示意图。
其中，1为板式换热器，2为冷却塔，3为冷却水泵，4为循环泵，5为车间设备，6为第一温度传感器，7为第二温度传感器，8为冷却风机，9为PLC控制器。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种循环水冷却系统，其连接如图2所示，包括板式换热器1以及在板式换热器1内换热的循环水管路和冷却水管路，循环水管路包括循环水泵4和车间设备5，冷却水管路包括冷却水泵单元和冷却塔2，冷却塔2内设有冷却风机单元，冷却风机单元包括3台变频式冷却风机8，冷却水泵3包括3台变频式冷却水泵3，循环水管路中位于板式换热器1出口处设有第一温度传感器6，冷却水管路中位于冷却塔2出口处设有第二温度传感器7，系统包括用于测量室外湿球温度的第三温度传感器(图中未体现)，系统还包括与第一温度传感器6、第二温度传感器7及第三温度传感器连接并用于控制冷却水泵单元和冷却风机单元开闭击工作频率的PLC控制器9。
其中，每台冷却水泵3的工作频率为20～60HZ，且所有工作的冷却水泵3频率一致。
每台冷却风机8的工作频率为20～60HZ。且所有工作的冷却风机8频率一致。
冷却塔2包括顶部的喷淋头以及中部的填料，2～4台并联的冷却风机8从上至下均匀分布在填料的一侧。从板式换热器1返回的冷却水从喷淋头喷向填料，并沿着填料往下流动，在此过程中，冷却风机8将空气吹向填料，并将冷却水中的热量移除，并通过PLC控制器9控制冷却风机8的频率及数量，从而控制吹向填料的空气的量。优选的，有部分冷却风机8需要关闭，优先关闭位于下方的冷却风机8，因为下方的冷却水与空气的温差更下，这样可以充分利用冷却水与冷却塔2底部自有空气的热交换，从而节约部分的能源。
上述系统的控制逻辑如图3所示，包括以下步骤：
步骤(1)：通过第一温度传感器6、第二温度传感器7及第三温度传感器分别获取板式换热器循环水出口温度T1、冷却塔冷却水出水温度T2以及室外湿球温度T3，并将信号传递给PLC控制器9；
步骤(2)：PLC控制器9判断T1是否大于23℃，若是，则执行步骤(3)，若否，则直接关闭所有冷却水泵3及所有冷却风机8；同时，PLC控制器9判断T3是否小于15℃，若是，则关闭所有冷却水泵3及所有冷却风机8，若否，则执行步骤(4)；
步骤(3)：PLC控制器9判断T1是否小于27℃，若是，则执行步骤(5)，若否，则执行步骤(6)；
步骤(4)：PLC控制器9判断T2是否小于T3+5℃，若是，则执行步骤(7)，若否，则执行步骤(8)；
步骤(5)：PLC控制器9判断冷却水泵3的工作频率是否大于28HZ，若是，则降低冷却水泵3的工作频率，若否，则减少工作的冷却水泵3数量；
步骤(6)：PLC控制器9判断冷却水泵3的工作频率是否大于45HZ，若是，则增加工作的冷却水泵3的数量，若否，则提高冷却水泵3的工作频率；
步骤(7)：PLC控制器9判断冷却风机8的工作频率是否大于28HZ，若是，则降低冷却风机8的工作频率，若否，则减少工作的冷却风机8数量；
步骤(8)：PLC控制器9判断冷却风机8的工作频率是否大于45HZ，若是，则增加工作的冷却风机8的数量，若否，则提高冷却风机8的工作频率。
经过实践验证，上述冷却系统及控制方法应用于长沙某汽车生产车间，冷却水泵和冷却风机的总耗能相比于原先降低了10％左右，以电费的成本单价计算，每年可以节约成本10万元以上。

Claims (10)

1.一种循环水冷却系统，该系统包括板式换热器以及在板式换热器内换热的循环水管路和冷却水管路，所述循环水管路包括循环水泵和车间设备，所述冷却水管路包括冷却水泵单元和冷却塔，所述冷却塔内设有冷却风机单元，其特征在于，所述冷却风机单元包括多台变频式冷却风机，所述冷却水泵包括多台变频式冷却水泵，所述循环水管路中位于板式换热器出口处设有第一温度传感器，所述冷却水管路中位于冷却塔出口处设有第二温度传感器，所述系统包括用于测量室外湿球温度的第三温度传感器，所述系统还包括与第一温度传感器、第二温度传感器及第三温度传感器连接并用于控制冷却水泵单元和冷却风机单元开闭击工作频率的控制器。
2.根据权利要求1所述的一种循环水冷却系统，其特征在于，所述的冷却水泵单元包括2～4台并联设置的冷却水泵。
3.根据权利要求2所述的一种循环水冷却系统，其特征在于，每台所述冷却水泵的工作频率为20～60HZ。
4.根据权利要求1所述的一种循环水冷却系统，其特征在于，所述的冷却风机单元包括2～4台并联的冷却风机，并通过控制器控制工作的冷却风机的数量。
5.根据权利要求4所述的一种循环水冷却系统，其特征在于，每台所述冷却风机的工作频率为20～60HZ。
6.根据权利要求4所述的一种循环水冷却系统，其特征在于，所述冷却塔包括顶部的喷淋头以及中部的填料，所述2～4台并联的冷却风机从上至下均匀分布在填料的一侧。
7.根据权利要求1所述的一种循环水冷却系统，其特征在于，所述的控制器为PLC控制器或单片机。
8.一种如权利要求1～7任一所述循环水冷却系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：通过第一温度传感器、第二温度传感器及第三温度传感器分别获取板式换热器循环水出口温度T1、冷却塔冷却水出水温度T2以及室外湿球温度T3，并将信号传递给控制器；
步骤(2)：控制器判断T1是否大于23℃，若是，则执行步骤(3)，若否，则直接关闭所有冷却水泵及所有冷却风机；同时，控制器判断T3是否小于15℃，若是，则关闭所有冷却水泵及所有冷却风机，若否，则执行步骤(4)；
步骤(3)：控制器判断T1是否小于27℃，若是，则执行步骤(5)，若否，则执行步骤(6)；
步骤(4)：控制器判断T2是否小于T3+5℃，若是，则执行步骤(7)，若否，则执行步骤(8)；
步骤(5)：控制器判断冷却水泵的工作频率是否大于28HZ，若是，则降低冷却水泵的工作频率，若否，则减少工作的冷却水泵数量；
步骤(6)：控制器判断冷却水泵的工作频率是否大于45HZ，若是，则增加工作的冷却水泵的数量，若否，则提高冷却水泵的工作频率；
步骤(7)：控制器判断冷却风机的工作频率是否大于28HZ，若是，则降低冷却风机的工作频率，若否，则减少工作的冷却风机数量；
步骤(8)：控制器判断冷却风机的工作频率是否大于45HZ，若是，则增加工作的冷却风机的数量，若否，则提高冷却风机的工作频率。
9.根据权利要求8所述的一种循环水冷却系统的控制方法，其特征在于，所述冷却风机或冷却水泵频率上升或下降的幅度为1HZ/次。
10.根据权利要求8所述的一种循环水冷却系统的控制方法，其特征在于，所述工作的冷却风机或工作的冷却水泵的数量上升或下降的幅度为1台/次。
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