CN109425176B - 优化控制的冷却系统及冷却系统的自动控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种优化控制的冷却系统及冷却系统的自动控制方法。冷却系统包括冷却主机(如，冰水主机)、泵浦、温度检测装置以及控制器。泵浦控制冷却流体在冷却循环路径中的流量。控制器依据泵浦的性能曲线计算泵浦的功率方程式，获得冷却主机的散热性能曲线，依据冷却流体的当前温度值、冷却主机以及泵浦的多个参数以计算在多个预估温度值的情况下冷却主机以及泵浦的总消耗功率。预估温度值相关于所述当前温度值。控制器依据所述总消耗功率的最小值所对应的预估温度值来调整所述冷却主机中对于冷却流体的当前温度。

Description

优化控制的冷却系统及冷却系统的自动控制方法

技术领域

本揭露涉及一种冷却系统及冷却系统的自动控制方法。

背景技术

许多工业通常会有散热的需求，在生产过程中的半成品或制程可能会产生十分高温的热量。若无法藉由冷却系统将这些热量带走的话，在例如是半导体厂中的生产机台将会无法继续运作，或是，导致例如是在矿场或大楼中的环境温度提升过快，使位于该环境中的人员难以继续工作。因此，冷却系统对于工业制造的耗电比重十分大，若是能够降低冷却系统的耗电量的话，将可节省许多电力。

以半导体厂来说，许多生产机台(如，扩散、蚀刻、薄膜等操作机台)将可能产生高热。如何让控制机台在一定温度下仍能顺利运作且维持产品良率也是属于半导体生产的重要的一部分。半导体厂通常是以冷却水(Process Cooling Water；PCT)系统(或称为，冰水系统)来带走生产机台所产生的热量，也可利用冰水干盘管(Dry Cooling Coil；DCC)来控制无尘室机台的生产环境。冷却系统的耗电量可能占用整个半导体厂的总耗电量约20％至30％。以往若希望冷却系统更为节能，通常是负责厂区冷却系统的工程师依据外部环境温度以手动方式调整冰水主机中的冰水供应温度，但如此费时费力，且难以实时地将冰水或冷却水调整到最佳温度。因此，如何在满足厂区的散热需求下仍能满足节能需求，便是厂商在节能与节省成本中重要的一环。

发明内容

本揭露实施例的冷却系统包括冷却主机(如，冰水主机(chiller))、泵浦、温度检测装置以及控制器。冷却主机用以对冷却流体进行冷却或利用冷却流体冷却所述冷却主机。泵浦用以控制冷却流体在冷却循环路径中的流量。温度检测装置用以侦测冷却流体在流入冷却主机与流出冷却主机之间的当前温度值。控制器耦接冷却主机、泵浦以及温度检测装置。所述控制器获得泵浦的性能曲线，并依据所述性能曲线计算所述泵浦的功率方程式，获得冷却主机的散热性能曲线，依据冷却流体的当前温度值、冷却主机以及泵浦的多个参数以计算在多个预估温度值的情况下冷却主机以及泵浦的总消耗功率。所述预估温度值相关于所述当前温度值。控制器依据所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值来调整所述冷却流体的当前温度。

本揭露实施例的冷却系统的自动控制方法中，所述冷却系统包括冷却主机(如，冰水主机)以及泵浦。所述自动控制方法包括下述步骤。获得泵浦的性能曲线，并依据所述性能曲线计算泵浦的功率方程式。获得所述冷却主机的散热性能曲线。依据冷却流体的当前温度值、冷却主机以及泵浦的多个参数以计算在不同预估温度值的情况下冷却主机以及泵浦的总消耗功率。所述预估温度值相关于所述当前温度值。以及，依据总消耗功率的最小值所对应的预估温度值来调整冷却主机中对于冷却流体的当前温度。

本揭露实施例的冷却系统包括冷却主机(如，冰水主机)、冷却水塔以及控制器。冷却水塔利用主机冷却水冷却冷却主机。控制器耦接冷却主机以及冷却水塔。控制器获得冷却水塔中外气湿球温度对应主机冷却水的水温的散热性能曲线，并依据所述散热性能曲线计算外气湿球温度对应趋近温度的特性方程式。控制器透过当前外气湿球温度以从所述特性方程式获得所述当前外气湿球温度所对应的当前趋近温度，并依据所述当前外气湿球温度以及所述当前趋近温度设定所述主机冷却水的所述水温。主机冷却水的所述水温等于所述当前外气湿球温度加上所述当前趋近温度。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是依照本揭露一实施例的一种冷却系统的示意图；

图2是依照本揭露一实施例的冷却系统的自动控制方法的流程图；

图3是第一泵浦的性能曲线示意图；

图4是第一泵浦的操作频率对应流量之间的功率方程式示意图；

图5是冷却主机对于蒸发器的莫里尔曲线示意图；

图6是预估温度值与冷却主机及第一泵浦的总消耗功率的对应关系的示意图；

图7是第二泵浦的性能曲线示意图；

图8是第二泵浦的操作频率对应流量之间的功率方程式示意图；

图9是冷却主机对于冷凝器的莫里尔曲线示意图；

图10是预估温差值与冷却主机及第二泵浦的总消耗功率的对应关系的示意图；

图11为冷却水塔的散热性能曲线的示意图；

图12为冷却水塔的外气湿球温度Twb与趋近温度Tapp之间的关系示意图。

附图标号说明

100：冷却系统；

110：冷却主机；

120：第一泵浦；

130：第二泵浦；

140：冷却水塔；

150：厂区冷房负载；

160：控制器；

170：温度检测装置；

S210～S240：步骤；

610、620、630、1010、1020、1030：曲线；

640、1040：点；

P1：第一冷却循环路径；

P2：第二冷却循环路径；

Td：主机冷却水的水温；

Twb：外气湿球温度；

Tapp：趋近温度。

具体实施方式

以下揭露内容提供用于实作所提供主题的不同特征的诸多不同的实施例或例子。以下阐述组件、材料、值、步骤、操作、构造等的具体例子以简化本发明。当然，该些仅为例子且不旨在进行限制。预期存在其他组件、值、操作、材料、构造等。举例而言，以下说明中将第一特征形成于第二特征「之上」或第二特征「上」可包括其中第一特征及第二特征被形成为直接接触的实施例，且亦可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征、进而使得所述第一特征与所述第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本发明可能在各种例子中重复使用参考编号及/或字母。此种重复使用是出于简洁及清晰的目的，但自身并不表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。

此外，为易于说明，本文中可能使用例如「位于…之下(beneath)」、「下面(below)」、「下部的(lower)」、「上方(above)」、「上部的(upper)」等空间相对性用语来阐述图中所示一个部件或特征与另一(其他)部件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的定向外亦囊括组件在使用或操作中的不同定向。装置可具有其他定向(旋转90度或处于其他定向)且本文中所用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。

本揭露实施例提供一种冷却系统(又可称为，冰水系统)及其之自动控制方法，可自动地调整冷却系统中冷却流体的温度，以在满足散热需求之下同时满足节能需求。图1是依照本揭露一实施例的一种冷却系统100的示意图。如图1所示，冷却系统100包括冷却主机110、第一泵浦120、第二泵浦130、冷却水塔140、厂区冷房负载150、控制器160以及温度检测装置170。冷却主机110中还可包括冷凝器以及蒸发器。冷却主机110中的蒸发器用以对厂区冷却水进行冷却。此处的厂区冷却水可以称为是制程冷却水(PCW)或是冰水。在空调循环及冷却技术中，冷却系统100通常可被称为是冰水系统，冷却主机110通常被称为是冰水主机(chiller)。第一泵浦120用来控制厂区冷却水的流量。另一方面，由于冷却主机110需要从厂区冷房负载150带走大量的热量，因此本实施例会利用另一种冷却流体(称为是，主机冷却水)来协助带走冷却主机110中的热量以进行冷却主机110的冷却。冷却主机110中的冷凝器便是用以透过主机冷却水让热量被带走。第二泵浦130用来控制主机冷却水的流量。

控制器160耦接冷却主机110、第一泵浦120、第二泵浦130以及冷却水塔140以实现本揭露实施例所述的自动控制方法。控制器160可以是计算机主机、专门用于计算本实施例之自动控制方法的运算设备、中央处理器…等。温度检测装置170用以侦测冷却流体(如，厂区冷却水或是主机冷却水)在流入冷却主机110与流出冷却主机110之间的当前温度值。

本实施例的冷却系统100主要包括两种冷却循环路径，在此称为是第一冷却循环路径P1以及第二冷却循环路径P2。第一冷却循环路径P1是以厂区冷却水作为冷却流体。此处的『厂区冷却水』可以称为是冰水，此处的冰水可以是用于厂区中各种制程冷却之用的制程冷却水(PCW)，也可以是用作其他功能的冷却水。第一泵浦120控制厂区冷却水在第一冷却循环路径P1中的流量，第一冷却循环路径P1经过冷却主机110、第一泵浦120以及包含有至少一个生产机台的厂区冷房负载150。应用本实施例者应可将厂区冷房负载150置换为其他需要进行冷却的设备，例如用于矿区或钻探的钻探设备、水冷式大楼中央空调…等，并不受限于本揭露实施例所述的生产机台。第二种冷却循环路径P2则是以主机冷却水作为冷却流体，主机冷却水用以对冷却主机110本身进行冷却。主机冷却水也可以被称为是冰水，本实施例中所述的主机冷却水跟厂区冷却水分别属于不同的冷却循环体系。第二泵浦130用以控制主机冷却水在第二冷却循环路径P2中的流量。第二冷却循环路径P2经过第二泵浦130、冰水主机110以及冷却水塔140。

本揭露实施例是利用第一冷却循环路径P1中的冷却主机110所对应的散热耗能曲线(如，冷却主机110的莫里尔曲线)以及第一泵浦120所对应的性能曲线，配合冷却系统100中的诸多当前参数来找出冷却主机(冰水主机)中最佳的冷却水供应温度。此处的冷却水可以是厂区冷却水，也可以是主机冷却水。再者，利用第二冷却循环路径P2中的冷却主机110所对应的散热耗能曲线以及第二泵浦130所对应的性能曲线，配合冷却系统100中的诸多当前参数来找出最佳的主机冷却水进出冷却主机之间的温差值。然后，还利用冷却水塔140的散热耗能曲线(如，冷却水塔140的莫里尔曲线)来找出最佳的主机冷却水的温度。藉此，本揭露实施例可同时找出最佳的厂区冷却水以及主机冷却水的温度以及冷却主机中对于厂区冷却水以及主机冷却水的温差值，并将这些温度数值作为最佳的节能控制点，可确保冷却系统100的运转将可实时性地处于最节能状态，且在满足散热需求之下同时满足节能需求。

在此说明如何利用第一冷却循环路径P1中的冷却主机110所对应的散热耗能曲线以及第一泵浦120所对应的性能曲线来找出最佳的厂区冷却水的温度。图2是依照本揭露一实施例的冷却系统的自动控制方法的流程图。于步骤S210中，控制器160获得第一泵浦120的性能曲线，并依据性能曲线计算第一泵浦120的功率方程式。第一泵浦120的性能曲线可透过多种数据结构的方式储存在记忆单元(如，内存)当中，控制器160可藉由存取这些记忆单元以获得图3第一泵浦120的性能曲线以及相对应的功率方程式。应用本实施例者亦可藉由手动的方式将第一泵浦120的性能曲线以及相对应的功率方程式透过键盘或其他输入设备以进行输入，从而让控制器160知悉。

详细而言，请参照图3，图3是第一泵浦120的性能曲线示意图。图3的横轴表示第一冷却循环路径P1中厂区冷却水的流量，以每秒多少公升(l/s；LPS)表示。图3的纵轴则表示第一泵浦120在流入之厂区冷却水与流出之厂区冷却水的压差值。此处的『压差值』以米(m)表示作为表示单位。由于冷却系统100在运行时，将会以预设的压差值以及预定的厂区冷却水流量来设定第一泵浦120，因此控制器160将会设定相关于冷却流体(在此为厂区冷却水)的压差值(如，压差值为24m)以及厂区冷却水流量(如，300lps)。然后，控制器160依据压差值(24m)以及厂区冷却水流量(300lps)来查询第一泵浦120在图3绘示的性能曲线，以获得查询结果，例如是第一泵浦120在上述情况的操作频率为39.9Hz。藉此，便可透过预设的压差值(24m)以及不同的厂区冷却水流量来得知第一泵浦120的操作频率对应流量之间的关系，如图4所示。图4是第一泵浦120的操作频率对应流量之间的功率方程式示意图。由于第一泵浦120操作频率与流量的二次方成正比，且第一泵浦120的功率与操作频率的三次方成正比，从而获得以下的功率方程式F1：

y＝4E-0.5x^2+0.0039x+35.405...F1

功率方程式F1中的『y』是图4中第一泵浦120的操作频率，『x』是图4中厂区冷却水的流量。功率方程式F1可利用回归运算方程式以及能耗数列运算方式而获得。

回到图2，于步骤S220中，处理器160获得冷却主机110的散热性能曲线。本实施例以冷却主机110的莫里尔曲线作冷却主机110的为散热耗能曲线，且如图5所示。图5是冷却主机110对于蒸发器的莫里尔曲线示意图。图5的横轴表示冷却主机110的耗电功率，以每公斤多少千焦耳(kJ/kg)表示。图5的横轴则表示冷却主机110的输出压力(以psia为单位表示)。藉由图5可知，当冷却主机110中的蒸发器将厂区冷却水从5℃提升至6℃时，蒸发器所消耗的功率将由W1减少至W2。经计算，当厂区冷却水每上升或下降摄氏1度时，冷却主机110将会节能或耗能2.5％至3.5％。本实施例便可将冷却主机110的散热耗能曲线视为『厂区冷却水每上升或下降摄氏1度时，节能或耗能2.5％至3.5％』。

于步骤S230中，图1的控制器160依据冷却流体(厂区冷却水)的当前温度值、冷却主机110以及第一泵浦120的多个参数以计算在不同预估温度值的情况下冷却主机110以及第一泵浦120的总消耗功率。厂区冷却水的当前温度值指的是冷却流体(厂区冷却水)在流出冷却主机110冷却后的当前温度值。透过图5所述冷却主机110的散热耗能曲线，当前温度值可得知冷却主机110中的蒸发器对于厂区冷却水的消耗功率的增加或减少程度。

冷却流体(厂区冷却水)的当前温度值、冷却主机110以及第一泵浦120的多个当前参数可由表1来做为举例。表1中的『CW』代表厂区冷却水。『冷冻吨』为厂区冷却水的总热量。

表1

此外，部分的参数可以由使用者手动设定，如表2所示：

表2

表2中的『CW增加1℃所节省的功率』便是冷却主机110的散热耗能曲线(亦即，『厂区冷却水每上升或下降摄氏1度时，节能或耗能2.5％至3.5％』)，应用本实施例可对此参数设定为3％或位于2.5％至3.5％之间的数字。

在得知当前的多个参数的相关数值之后，控制器160可略为改变当前温度值(13℃)以作为多个预估温度值。例如，当前温度值(13℃)为基准、以±0.1℃为单位差来设定多个预估温度值，如12.6℃、12.7℃、12.8℃、12.9℃、13℃、13.1℃、13.2℃、13.3℃、13.4℃…等。控制器160藉由这些预估温度值、第一泵浦120的功率方程式(图4)以及冷却主机110的散热性能曲线(图5)来计算在不同预估温度值的情况下冷却主机110以及第一泵浦120的总消耗功率，如表3所示。

表3

表3中的『Tcw』表示厂区冷却水的预估温度值，此预估温度值相关于当前温度值(如，13℃)，并以以±0.1℃为单位差来设定多个预估温度值。『冷冻吨』为厂区冷却水的总热量，因此在第一冷却循环路径P1为封闭回路的情况下皆为定值。『P110』表示冷却主机110的预估功率/功耗，此数值将依据表2中所设定的参数『CW增加1℃所节省的功率』来计算，每±0.1℃便使冷却主机110的功率/功耗增加或降低0.3％(3％的1/10)。『ΔT』表示厂区冷却水的供应温度值与冷却水经由厂区冷房负载后回流至冷却主机之间的温差。『流量』表示第一泵浦120所提供的厂区冷却水的流量，系由当前温度值(如，13℃)所对应的当前流量适度调整而得知此数值，并透过图4所述的功率方程式(如，F1)而从流量得知第一泵浦120的操作频率。『120的操作频率』表示第一泵浦120的运作频率。『泵浦台数』表示第一泵浦120的启动台数。『P120』表示第一泵浦120的预估功率/功耗，此数值可由第一泵浦120的运作频率运算而得。『Pt』表示冷却主机110的预估功率/功耗以及第一泵浦120的预估功率/功耗加总而得的总消耗功率。特别说明的是，表3仅以适例表示出预估温度值为12.6℃至13.4℃的相关参数预估，应用本实施例可应可知晓控制器160可依据当前温度值(如，13℃该字段的相关当前参数)来推估更多的预估温度值(如，从11℃至14℃的相关参数预估)，藉以更易于得知厂区冷却水对于最佳节能的最佳温度设定点。

透过表3的多个预估温度值以及对应的预估参数，便可得知预估温度值与总消耗功率的对应关系，并可绘示如图6所示。图6是预估温度值与冷却主机及第一泵浦的总消耗功率的对应关系的示意图。从图6可看出，虽然厂区冷却水在提高其温度时会让冷却主机110的功耗略为下降(如曲线610所示)，但由于厂区冷却水的流量将会提升而导致第一泵浦120的功耗迅速提升(如曲线620所示)，因此冷却主机110以及第一泵浦120的总消耗功率(如曲线630所示)在厂区冷却水的温度为13.3℃有最低的总消耗功率。由表3可知最小的总消耗功率为5534kW。换句话说，曲线630系由曲线610的数值加上曲线620而得。因此，回到图2的步骤S240并同时参考图6，控制器160依据总消耗功率的最小值所对应的预估温度值(亦即，13.3℃)来调整冷却流体(即，厂区冷却水)的当前温度。换句话说，控制器160于此时便会控制冷却主机110，使其将厂区冷却水的当前温度从原先的13℃设定为13.3℃，以将厂区冷却水控制在最佳节能温度点中(如，图6的点640)。并且，控制器160可实时性地侦测冷却主机110以及第一泵浦120的多个参数，以自动化地调整冷却主机中对于厂区冷却水的当前温度。

在此说明如何利用第二冷却循环路径P2中的冷却主机110所对应的散热耗能曲线以及第二泵浦120所对应的性能曲线来找出最佳的主机冷却水进出冷却主机之间的温差值。相似于上述实施例，第二冷却循环路径P2中的自动控制方法亦可使用图2所述的自动控制方法，差异在于冷却流体从第一冷却循环路径P1中的厂区冷却水调整为第二冷却循环路径P2中的主机冷却水。

图7是第二泵浦130的性能曲线示意图。本实施例的第一泵浦120以及第二泵浦130为不同型号的泵浦，且所使用的压差值亦为不同，因此泵浦的性能曲线以及后续的功率方程式亦不相同。请同时参考图2与图7，控制器160于步骤S210中获得第二泵浦130的性能曲线，并依据性能曲线计算第二泵浦130的功率方程式。图7的横轴表示第二冷却循环路径P2中主机冷却水的流量，以每秒多少公升(l/s；LPS)表示。图7的纵轴则表示第二泵浦130在流入之主机冷却水与流出之主机冷却水的压差值。此处的『压差值』是以米(m)作为表示单位。控制器160将会设定相关于冷却流体(在此为主机冷却水)的压差值(如，压差值为15.5m)以及主机冷却水流量(如，383lps)。然后，控制器160依据压差值(15.5m)以及厂区冷却水流量(383lps)来查询第二泵浦130在图7绘示的性能曲线，以获得查询结果，例如是第二泵浦130在上述情况的操作频率为44.3Hz。藉此，便可透过预设的压差值(15.5m)以及不同的主机冷却水流量来得知第二泵浦130的操作频率对应流量之间的关系，如图8所示。图8是第二泵浦130的操作频率对应流量之间的功率方程式示意图。图8中的功率方程式F2如下所示：

y＝0.1158x-0.0036...F2

功率方程式F2中的『y』是图8中第二泵浦130的操作频率，『x』是图8中主机冷却水的流量。功率方程式F2可利用回归运算方程式以及能耗数列运算方式而获得。

回到图2，于步骤S220中，处理器160获得冷却主机110的散热性能曲线。本实施例以冷却主机110的莫里尔曲线作冷却主机110的为散热耗能曲线，且如图9所示。图9是冷却主机110对于冷凝器的莫里尔曲线示意图。图9类似于图5，两者的差别在于本实施例以冷凝器的角度说明主机冷却水的温度与冷却主机110的功耗之间的关系。从图9可知，当冷却主机110中的冷凝器将厂区冷却水从37℃调降至36℃时，冷凝器所消耗的功率将由W1减少至W2。经计算，当厂区冷却水每下降或上升摄氏1度时，冷却主机110亦会节能或耗能2.5％至3.5％。因此，本实施例仍然将冷却主机110的散热耗能曲线视为『厂区冷却水每下降或上升摄氏1度时，节能或耗能2.5％至3.5％』。

回到图2，于步骤S230中，图1的控制器160依据冷却流体(主机冷却水)的当前温度值(本实施例以『当前温差值』呈现)、冷却主机110以及第二泵浦130的多个参数以计算在不同预估温度值(本实施例以『预估温差值』呈现)的情况下冷却主机110以及第二泵浦130的总消耗功率。在本实施例中，由于主机冷却水通常以进出冷却主机之间的温度差值来作为后续温度计算的标准，因此后续所述的『当前温差值』即为主机冷却水进出冷却主机之间的温度差值，并取代原先的『当前温度值』。

冷却流体(主机冷却水)的当前温差值、冷却主机110以及第二泵浦130的多个当前参数可由表4来做为举例。表4中的『PCW』代表厂区冷却水。『冷冻吨』为厂区冷却水的总热量。

表4

此外，部分的参数可以由使用者手动设定，如表5所示：

表5

在得知当前的多个参数的相关数值之后，控制器160可略为改变当前温差值(4.5℃)以作为多个预估温差值，例如以±0.1℃为单位差来设定多个预估温差值，如6℃、5.9℃、5.8℃、...4℃、3.9℃、3.8℃…等。所述的『预估温差值』即为主机冷却水进出冷却主机之间的预估温度差值，并取代原先的『预估温度值』。控制器160藉由这些预估温差值、第二泵浦130的功率方程式(图8)以及冷却主机110的散热性能曲线(图9)来计算在不同预估温差值的情况下冷却主机110以及第二泵浦130的总消耗功率。预估温差值与总消耗功率的运算方式已描述于上述表3，应用本实施例可可参照上述实施例来实现。

透过多个预估温差值以及对应的预估参数，便可得知预估温差值与冷却主机110以及第二泵浦130的总消耗功率的对应关系，图10是预估温差值与冷却主机及第二泵浦的总消耗功率的对应关系的示意图。从图10可看出，虽然主机冷却水在降低其温差值(亦即，降低主机冷却水的温度)时会让冷却主机110的功耗略为下降(如曲线1010所示)，但由于主机冷却水的流量将会提升而导致第二泵浦130的功耗迅速提升(如曲线1020所示)。因此，冷却主机110以及第二泵浦130的总消耗功率(如曲线1030所示)亦在主机冷却水的温差值为5.2℃有最低的总消耗功率。换句话说，曲线1030系由曲线1010的数值加上曲线1020而得。因此，回到图2的步骤S240并同时参考图10，控制器160依据总消耗功率的最小值所对应的预估温差值(亦即，5.2℃)来调整冷却流体(即，主机冷却水)的当前温差值。换句话说，控制器160于此时便会控制冷却主机110以及第二泵浦130，使其将主机冷却水的当前温差值从原先的4.5℃设定为5.3℃，以将主机冷却水的温差值控制在最佳节能温度点中(如，图10的点1040)。并且，控制器160可实时性地侦测冷却主机110以及第二泵浦130的多个参数，以自动化地调整冷却主机中对于主机冷却水进出冷却主机之间的当前温差值。

在此说明透过冷却水塔的散热性能曲线而计算出具备较佳节能功效的主机冷却水的水温。首先，控制器160获得冷却水塔140中外气湿球温度对应主机冷却水的水温的散热性能曲线，请参见图11。图11为冷却水塔140的散热性能曲线的示意图。图11的横轴为外气湿球温度Twb，图11的纵轴为主机冷却水的水温Td。如此一来，依据图11所述的散热性能曲线，可以得知外气湿球温度Twb与趋近温度Tapp之间的关系。所谓的『趋近温度Tapp』为默认的主机冷却水的水温Td减去外气湿球温度Twb的数值。亦即，默认的主机冷却水的水温Td等于外气湿球温度Twb与趋近温度Tapp的加总。外气湿球温度Twb与趋近温度Tapp之间的关系可如图12所示，图12为冷却水塔140的外气湿球温度Twb与趋近温度Tapp之间的关系示意图。藉由此图12的示意图可知外气湿球温度Twb与趋近温度Tapp之间的关系可化为特性方程式F3所示：

y＝0.0036x²-0.4489x+13.151....F3

特性方程式F3中的『y』是趋近温度Tapp，『x』是外气湿球温度Twb。功率方程式F3可利用回归运算方程式以及能耗数列运算方式而获得。

如此一来，控制器160便可透过当前外气湿球温度以从特性方程式获得当前外气湿球温度所对应的当前趋近温度，并依据当前外气湿球温度以及所述当前趋近温度设定主机冷却水的水温。藉此，本实施例便可藉由冷却水塔的散热性能曲线来计算出具备最佳节能效果的主机冷却水水温，以作为最佳主机冷却水的温度控制点。

在实施例中公开了一种冷却系统。冷却系统包括冷却主机、泵浦、温度检测装置以及控制器。冷却主机用以对冷却流体进行冷却或利用所述冷却流体冷却所述冷却主机。泵浦用以控制所述冷却流体在冷却循环路径中的流量。温度检测装置用以侦测所述冷却流体在流入所述冷却主机与流出所述冷却主机之间的当前温度值。控制器耦接所述冷却主机、所述泵浦以及所述温度检测装置。所述控制器获得所述泵浦的性能曲线，并依据所述性能曲线计算所述泵浦的功率方程式，获得所述冷却主机的散热性能曲线，依据所述冷却流体的所述当前温度值、所述冷却主机以及所述泵浦的多个参数以计算在多个预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述泵浦的总消耗功率，其中所述预估温度值相关于所述当前温度值，所述控制器依据所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值来调整所述冷却流体的当前温度。

在一些实施例中，所述冷却主机以及所述泵浦的所述参数包括所述泵浦的当前流量、当前操作频率与当前功率以及所述冷却主机的当前功率。

在一些实施例中，所述控制器改变所述当前温度值以作为所述预估温度值，且藉由所述预估温度值、所述泵浦的所述功率方程式以及所述冷却主机的所述散热性能曲线来计算在不同预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述泵浦的总消耗功率。冷却主机的所述散热性能曲线为莫里尔曲线。

在一些实施例中，所述控制器设定相关于所述冷却流体的压差值，依据所述压差值查询所述泵浦的所述性能曲线以获得查询结果，并依据所述查询结果计算所述泵浦的操作功率对应所述流量的所述功率方程式。

在一些实施例中，所述冷却流体是厂区冷却水，所述冷却主机对所述厂区冷却水进行冷却。所述泵浦用以控制所述厂区冷却水在第一冷却循环路径中的流量。所述第一冷却循环路径经过所述冷却主机、所述泵浦以及至少一生产机台。

在一些实施例中，所述控制器将所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值设定为所述厂区冷却水的供应温度值。

在一些实施例中，所述冷却流体是主机冷却水，所述主机冷却水用以冷却所述冷却主机。所述泵浦用以控制所述主机冷却水在第二冷却循环路径中的流量。所述第二冷却循环路径经过所述泵浦、所述冷却主机以及冷却水塔。所述控制器将所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值设定为所述主机冷却水进出所述冷却主机之间的温度差。

在一些实施例中，所述控制器通过传感器以实时性地侦测所述冷却主机以及所述泵浦的多个参数，以自动化地调整所述冷却主机中对于所述冷却流体的当前温度。

在实施例中公开了一种冷却系统的自动控制方法。所述冷却系统包括冷却主机以及泵浦。所述自动控制方法包括下列步骤。获得所述泵浦的性能曲线，并依据所述性能曲线计算所述泵浦的功率方程式。获得所述冷却主机的散热性能曲线。依据所述冷却流体的当前温度值、所述冷却主机以及所述泵浦的多个参数以计算在不同预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述泵浦的总消耗功率。所述预估温度值相关于所述当前温度值。以及，依据所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值来调整所述冷却流体的当前温度。

在一些实施例中，所述冷却主机以及所述泵浦的所述参数包括所述泵浦的当前流量、当前操作频率与当前功率以及所述冷却主机的当前功率。所述冷却主机的所述散热性能曲线为莫里尔曲线。

在一些实施例中，计算在不同预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述泵浦的总消耗功率的步骤包括下列步骤。改变所述当前温度值以作为所述多个预估温度值。藉由所述预估温度值、所述泵浦的所述功率方程式以及所述冷却主机的所述散热性能曲线来计算在不同预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述泵浦的总消耗功率。所述冷却主机的所述散热性能曲线为莫里尔曲线。

在一些实施例中，依据所述性能曲线计算所述泵浦的功率方程式的步骤包括下列步骤。设定相关于所述冷却流体的压差值。依据所述压差值查询所述泵浦的所述性能曲线以获得查询结果。以及，依据所述查询结果计算所述泵浦的操作功率对应所述流量的所述功率方程式。

在一些实施例中，所述冷却流体是厂区冷却水，所述冷却主机对所述厂区冷却水进行冷却。所述泵浦用以控制所述厂区冷却水在第一冷却循环路径中的流量。所述第一冷却循环路径经过所述冷却主机、所述泵浦以及至少一生产机台。

在一些实施例中，所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值被设定为所述厂区冷却水的供应温度值。

在一些实施例中，所述冷却流体是主机冷却水，所述主机冷却水用以冷却所述冷却主机。所述泵浦用以控制所述主机冷却水在第二冷却循环路径中的流量。所述第二冷却循环路径经过所述泵浦、所述冷却主机以及冷却水塔。

在一些实施例中，所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值被设定为所述主机冷却水进出冷却主机之间的温度差。

在一些实施例中，所述自动控制方法更包括下列步骤。实时性地侦测所述冷却主机以及所述泵浦的多个参数，以自动化地调整所述冷却主机中对于所述冷却流体的当前温度。

在实施例中公开了一种冷却系统。冷却系统包括冷却主机、冷却水塔以及控制器。控制器耦接所述冷却主机以及冷却水塔。所述控制器获得所述冷却水塔中外气湿球温度对应所述主机冷却水的水温的散热性能曲线，并依据所述散热性能曲线计算所述外气湿球温度对应趋近温度的特性方程式。所述控制器透过当前外气湿球温度以从所述特性方程式获得所述当前外气湿球温度所对应的当前趋近温度，并依据所述当前外气湿球温度以及所述当前趋近温度设定所述主机冷却水的所述水温。

在一些实施例中，所述主机冷却水的所述水温等于所述当前外气湿球温度加上所述当前趋近温度。

综上所述，本揭露实施例所述的冷却系统及其之控制方法可透过泵浦的性能曲线以及冷却主机的散热性能曲线来获得冷却系统中的耗能运算方程式，并藉由当前的相关参数(如，室外温湿度、当前冷却流体的温度差值及流量、泵浦及冷却主机的功率)来计算在不同预估温度值的情况下冷却系统的总消耗功率。藉此，便可利用所述总消耗功率的最小值所对应的预估温度值来自动地调整冷却主机中对于冷却流体的当前温度。再者，由于冷却系统具备两种不同的冷却循环路径以及冷却水塔，本揭露实施例可针对不同的冷却循环路径以分别计算出厂区冷却水以及主机冷却水对于节能的最佳温度及温差，还利用冷却水塔的散热性能曲线来获得最佳的冷却水温度，并用这些数据来自动地调整冷却系统。藉此，便可确保冷却系统的运转实时性地处于最节能状态，且在满足散热需求之下同时满足节能需求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括：

冷却主机，用以对冷却流体进行冷却或利用所述冷却流体冷却所述冷却主机；

第一泵浦与第二泵浦，用以控制所述冷却流体在冷却循环路径中的流量；

温度检测装置，用以侦测所述冷却流体在流入所述冷却主机与流出所述冷却主机之间的当前温度值；以及

控制器，耦接所述冷却主机、所述第一泵浦与所述第二泵浦以及所述温度检测装置，

其中所述控制器获得所述第一泵浦与所述第二泵浦的性能曲线，并依据所述性能曲线计算所述第一泵浦与所述第二泵浦的功率方程式，获得所述冷却主机的散热性能曲线，依据所述冷却流体的所述当前温度值、所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的多个参数以计算在多个预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的总消耗功率，其中所述预估温度值相关于所述当前温度值，所述控制器依据所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值来调整所述冷却主机中对于所述冷却流体的当前温度，

其中，所述冷却流体包括厂区冷却水以及主机冷却水，所述冷却主机对所述厂区冷却水进行冷却，

所述第一泵浦用以控制所述厂区冷却水在第一冷却循环路径中的流量，其中所述第一冷却循环路径经过所述冷却主机、所述第一泵浦以及至少一生产机台，

所述控制器将所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值设定为所述厂区冷却水的供应温度值，

所述主机冷却水用以冷却所述冷却主机，

所述第二泵浦用以控制所述主机冷却水在第二冷却循环路径中的流量，其中所述第二冷却循环路径经过所述第二泵浦、所述冷却主机以及冷却水塔，

所述控制器将所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值设定为所述主机冷却水进出所述冷却主机之间的温度差。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的所述参数包括所述第一泵浦与所述第二泵浦所述第一泵浦与所述第二泵浦的当前流量、当前操作频率与当前功率以及所述冷却主机的当前功率，

所述控制器改变所述当前温度值以作为所述预估温度值，且藉由所述预估温度值与所述当前温度值之间的温度差、所述第一泵浦与所述第二泵浦的所述功率方程式以及所述冷却主机的所述散热性能曲线来计算在不同预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的总消耗功率，其中所述冷却主机的所述散热性能曲线为莫里尔曲线。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述控制器设定相关于所述冷却流体的压差值，依据所述压差值查询所述第一泵浦与所述第二泵浦的所述性能曲线以获得查询结果，并依据所述查询结果计算所述第一泵浦与所述第二泵浦的操作功率对应所述流量的所述功率方程式。

4.一种冷却系统的自动控制方法，所述冷却系统包括冷却主机以及第一泵浦与第二泵浦，其特征在于，所述自动控制方法包括：

获得所述第一泵浦与所述第二泵浦的性能曲线，并依据所述性能曲线计算所述泵浦的功率方程式；

获得所述冷却主机的散热性能曲线，其中所述冷却主机用以对冷却流体进行冷却或利用所述冷却流体冷却所述冷却主机；

依据所述冷却流体的当前温度值、所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的多个参数以计算在不同预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的总消耗功率，其中所述预估温度值相关于所述当前温度值；以及

依据所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值来调整所述冷却主机中对于所述冷却流体的当前温度，

其中，所述冷却流体包括厂区冷却水以及主机冷却水，

所述冷却主机对所述厂区冷却水进行冷却，

所述第一泵浦用以控制所述厂区冷却水在第一冷却循环路径中的流量，其中所述第一冷却循环路径经过所述冷却主机、所述第一泵浦以及至少一生产机台，

所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值被设定为所述厂区冷却水的供应温度值，

所述主机冷却水用以冷却所述冷却主机，

所述第二泵浦用以控制所述主机冷却水在第二冷却循环路径中的流量，其中所述第二冷却循环路径经过所述第二泵浦、所述冷却主机以及冷却水塔，

所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值被设定为所述主机冷却水进出所述冷却主机之间的温度差。

5.根据权利要求4所述的冷却系统的自动控制方法，其特征在于，所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的所述参数包括所述第一泵浦与所述第二泵浦的当前流量、当前操作频率与当前功率以及所述冷却主机的当前功率，其中所述冷却主机的所述散热性能曲线为莫里尔曲线。

6.一种冷却系统，其特征在于，包括：

冷却主机；

冷却水塔，利用主机冷却水冷却所述冷却主机；以及

控制器，耦接所述冷却主机以及所述冷却水塔，

其中所述控制器获得所述冷却水塔中外气湿球温度对应所述主机冷却水的水温的散热性能曲线，并依据所述散热性能曲线计算所述外气湿球温度对应趋近温度的特性方程式，

其中所述控制器透过当前外气湿球温度以从所述特性方程式获得所述当前外气湿球温度所对应的当前趋近温度，并依据所述当前外气湿球温度以及所述当前趋近温度设定所述主机冷却水的所述水温，其中所述主机冷却水的所述水温等于所述当前外气湿球温度加上所述当前趋近温度，

所述冷却系统还包括：

冷却主机，用以对冷却流体进行冷却或利用所述冷却流体冷却所述冷却主机；

第一泵浦与第二泵浦，用以控制所述冷却流体在冷却循环路径中的流量；以及

温度检测装置，用以侦测所述冷却流体在流入所述冷却主机与流出所述冷却主机之间的当前温度值，

其中所述控制器还耦接所述第一泵浦与所述第二泵浦以及所述温度检测装置，

所述控制器获得所述第一泵浦与所述第二泵浦的性能曲线，并依据所述性能曲线计算所述第一泵浦与所述第二泵浦的功率方程式，获得所述冷却主机的散热性能曲线，依据所述冷却流体的所述当前温度值、所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的多个参数以计算在多个预估温度值的情况下所述冷却主机以及所述第一泵浦与所述第二泵浦的总消耗功率，其中所述预估温度值相关于所述当前温度值，所述控制器依据所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值来调整所述冷却主机中对于所述冷却流体的当前温度，

其中，所述冷却流体包括厂区冷却水以及主机冷却水，所述冷却主机对所述厂区冷却水进行冷却，

所述第一泵浦用以控制所述厂区冷却水在第一冷却循环路径中的流量，其中所述第一冷却循环路径经过所述冷却主机、所述第一泵浦以及至少一生产机台，

所述控制器将所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值设定为所述厂区冷却水的供应温度值，

所述主机冷却水用以冷却所述冷却主机，

所述第二泵浦用以控制所述主机冷却水在第二冷却循环路径中的流量，其中所述第二冷却循环路径经过所述第二泵浦、所述冷却主机以及冷却水塔，

所述控制器将所述总消耗功率的最小值所对应的所述预估温度值设定为所述主机冷却水进出所述冷却主机之间的温度差。

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