CN109823355B - 风机系统及其控制方法、机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机系统及其控制方法、机组，其中，该风机系统包括：位于换热器正前方的多台风机，多台风机包括第一组风机、第二组风机、第三组风机；其中，第二组风机位于第一组风机和第三组风机之间，第二组风机距离换热器的距离大于第一组风机距离换热器的距离，且大于第三组风机距离换热器的距离。本发明解决了现有技术中现有风机布局换热效率低的问题，提高了风机系统的换热效率。

Description

风机系统及其控制方法、机组

技术领域

本发明涉及风机技术领域，具体而言，涉及一种风机系统及其控制方法、机组。

背景技术

地铁用直接水冷式空调机组使用的蒸发器为翅片换热器，由于迎风面积大，为满足换热风量需求，采用六台风机矩阵式排布来提高迎风截面的风速均匀度，进而提高换热效率，但目前应用的矩阵式排布比较固定、单一，迎风截面的风速均匀程度不够，通常风机交叉影响区域风速较大，例如中间一组风机处，由于风速不同，会直接影响换热效率，导致换热效率提高程度有限。

针对相关技术中现有风机布局换热效率低的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

发明内容

本发明提供了一种风机系统及其控制方法、机组，以至少解决现有技术中现有风机布局换热效率低的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种风机系统，包括：位于换热器正前方的多台风机，多台风机包括第一组风机、第二组风机、第三组风机；其中，第二组风机位于第一组风机和第三组风机之间，第二组风机距离换热器的距离大于第一组风机距离换热器的距离，且大于第三组风机距离换热器的距离。

进一步地，第一组风机、第二组风机和第三组风机均包括一台或多台风机，在第一组风机、第二组风机和第三组风机均包括多台风机时，多台风机均呈矩阵式分布。

进一步地，第一组风机位于换热器的高温侧，第三组风机位于换热器的低温侧。

进一步地，第一组风机距离换热器的距离y1等于第三组风机距离换热器的距离y3；第二组风机距离换热器的距离y2＝a*y1，其中，a＞1。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种风机系统控制方法，用于如上述的风机系统，包括：检测风机系统的换热量是否满足换热需求；在不满足换热需求时，采用第一调节策略调节风机系统的转速，以满足换热需求；在满足换热需求时，采用第二调节策略调节风机系统的转速，以使风机系统换热均匀。

进一步地，采用第一调节策略调节风机系统的转速，包括：提高第一组风机的转速。

进一步地，采用第一调节策略调节风机系统的转速，还包括：降低第三组风机的转速。

进一步地，采用第二调节策略调节风机系统的转速，包括：提高第二组风机的转速。

进一步地，采用第二调节策略调节风机系统的转速，包括：检测每组风机换热区域的温度和每组风机的风速；根据温度和风速调节风机系统的转速。

进一步地，根据温度和风速调节风机系统的转速，包括：计算第一组风机换热区域的温度与第二组风机换热区域的温度的第一温差、第二组风机换热区域的温度与第三组风机换热区域的温度的第二温差；根据第一温差调节第一组风机的转速并根据第二温差调节第三组风机的转速；根据第一组风机换热区域的风速、第二组风机换热区域的风速和第三组风机换热区域的风速计算风速差值；根据风速差值调节第二组风机的转速。

进一步地，第一温差ΔT’＝第一组风机换热区域的温度T1-第二组风机换热区域的温度T2；第二温差ΔT”＝第二组风机换热区域的温度T2-第三组风机换热区域的温度T3；风速差值Δv’＝第一组风机换热区域的风速v1+第三组风机换热区域的风速v3–2*第二组风机换热区域的风速v2。

进一步地，根据第一温差调节第一组风机的转速，包括：检测第一温差是否位于预设范围内；如果是，则维持第一组风机的当前转速；否则，根据第一温差和第一组风机的当前转速调节第一组风机的转速。

进一步地，根据第一温差和第一组风机的当前转速调节第一组风机的转速，包括：在第一温差小于预设范围的最小值且第一组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第一预设比例降低第一组风机的转速；在第一温差大于预设范围的最大值且第一组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第一预设比例提高第一组风机的转速。

进一步地，根据第二温差调节第三组风机的转速，包括：检测第二温差是否位于预设范围内；如果是，则维持第三组风机的当前转速；否则，根据第二温差和第三组风机的当前转速调节第三组风机的转速。

进一步地，根据第二温差和第三组风机的当前转速调节第三组风机的转速，包括：在第二温差小于预设范围的最小值且第三组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第三预设比例降低第三组风机的转速；在第二温差大于预设范围的最大值且第三组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第三预设比例提高第三组风机的转速。

进一步地，根据风速差值调节第二组风机的转速，包括：检测风速差值是否位于预设范围内；如果是，则维持第二组风机的当前转速；否则，根据风速差值和第二组风机的当前转速调节第二组风机的转速。

进一步地，根据风速差值和第二组风机的当前转速调节第二组风机的转速，包括：在风速差值小于预设范围的最小值且第二组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第二预设比例降低第二组风机的转速；在风速差值大于预设范围的最大值且第二组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第二预设比例提高第二组风机的转速。

进一步地，在根据温度和风速调节风机系统的转速之后，还包括：每间隔预设时间，重新检测每组风机换热区域的温度和每组风机的风速，根据温度和风速调节风机系统的转速。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种机组，包括如上述的风机系统。

根据本发明实施例的又一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述的风机系统控制方法。

根据本发明实施例的又一方面，提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的风机系统控制方法。

在本发明中，将风机分为多组，并且调整了风机组与换热器的距离，使中间组风机距离换热器稍远，以解决现有风机布局换热效率低的问题，提高了风机机组的换热效率。

附图说明

图1是根据本发明实施例的风机系统的一种可选的风机布局正视图；

图2是根据本发明实施例的风机系统的一种可选的风机布局俯视图；

图3是根据本发明实施例的风机系统控制方法的一种可选的流程图；以及

图4是根据本发明实施例的风机系统控制方法的另一种可选的流程图。

附图标记说明：

1、第一组风机；2、第二组风机；3、第三组风机；4、换热器低温侧；5、换热器高温侧。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

在本发明优选的实施例1中提供了一种风机系统，该风机系统可以直接应用至各种空调上，也可以应用至需要换热的其他装置上。具体来说，风机系统包括：

位于换热器正前方的多台风机，多台风机包括第一组风机、第二组风机、第三组风机；其中，第二组风机位于第一组风机和第三组风机之间，第二组风机距离换热器的距离大于第一组风机距离换热器的距离，且大于第三组风机距离换热器的距离。

在上述实施方式中，将风机分为多组，并且调整了风机组与换热器的距离，使中间组风机距离换热器稍远，以解决现有风机布局换热效率低的问题，提高了风机机组的换热效率。

进一步地，第一组风机、第二组风机和第三组风机均包括一台或多台风机，在第一组风机、第二组风机和第三组风机均包括多台风机时，多台风机均呈矩阵式分布。

图1示出该风机系统的一种可选的布局正视图，如图1所示，风机系统共包括六台风机，多台风机均呈矩阵式分布，每组风机包括两台，即1列。每组风机也可以包括多列，并不对风机的台数或列数进行限定。

根据图1和图2布置风机位置。按两行三列摆放，每一列称为一组风机，共有三组。本申请提出个性化设计风机距换热器的距离，如图2所示，从低温段到高温段分别编号①、②、③组。使处于中间区域的第②组风机稍远离换热器，即y1＝y3,y2＝α*y1(α>1)。可选地，y1与y3也可以不相等，只要y2比y1和y3大就可以。

在传统的矩阵布置方式中，图2中风机距离换热器表面的距离y均保持一样。当距离y设置过小，易导致处于单风机轴心范围内风速高而多风机交界区域风速低的情况；当距离y设置过大，则会因为风阻过大导致能量损失增加，影响风机的性能，降低能效。

使处于中间区域的第②组风机稍远离换热器，这样做可从两点提高风场均匀度：

(1)中间的风机远离换热器，其影响换热器的范围面积扩大，与两侧风机影响范围的交叉区域占比扩大，可有效提高断面风场均匀度；

(2)中间的风机远离换热器，其两侧风机表面与中间的风机表面发生错位，在两侧风机的位置保持不变的情况下可扩大这两组风机的作用区域，一方面可以进一步增大交叉区域占比率，另一方面对中间风机远离换热器造成的风量损失产生自动补偿。

在上式y2＝α*y1中，α的取值建议区间为(1.2，1.5)。α过小，其效果不明显，α过大，中间风机的能量损失过大，功耗增幅过大，效能受到影响，得不偿失。

实施例2

基于上述实施例1中提供的风机系统，在本发明优选的实施例1中提供了一种风机系统控制方法，具体来说，图3示出该方法的一种可选的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤S302-S306：

S302：检测风机系统的换热量是否满足换热需求；

S304：在不满足换热需求时，采用第一调节策略调节风机系统的转速，以满足换热需求；

S306：在满足换热需求时，采用第二调节策略调节风机系统的转速，以使风机系统换热均匀。

在上述实施方式中，在不同的换热情况下对多组风机采用不同的控制策略，在不满足换热需求时，采用第一调节策略调节风机系统的转速，以满足换热需求，在满足换热需求时，采用第二调节策略调节风机系统的转速，以使风机系统换热均匀。

换热器表面温度分布并不均匀，其主要的梯度变化原因为制冷剂一端进一端出形成的温差，如图2所示。在高温侧，管壁、翅片温度高，与来流空气之间的温差大；在低温侧，管壁、翅片温度高，与来流空气之间的温差小。

根据对流换热公式：φ＝h*A*Δt，当风量一定(风速一定)时，换热器换热面各处的对流换热系数h基本一致，则很明显第①组风机的换热量高于第③组风机。从功耗效益上来说，这两组风机的功耗一样但是各自所取得的收益却相差很远，不符合提高能效的要求。

因此可制定基本调节策略(1)：当换热量不够时优先提升高温段区域(第①组)风机转速。

传统的风机矩阵所有风机的工作状态始终一致，功耗较高，影响整机能效。因此可制定基本调节策略(2)：适当降低低温段区域(第③组)风机转速。

当高温段风机转速提高，低温段风机转速降低，会导致两端的风速差异变大，影响风场均匀度，此时可通过提高中间风机的转速进一步提高各风机交叉区域(第二组风机影响区域)的占比，最大限度提升风场均匀度，降低两端风机风速差异所带来的负面影响。

因此可制定基本调节策略(3)：提高第二组风机的转速。

上述方案可以提高换热器的换热效率，进而提升整机的性能，同时在满足负荷要求的情况下最大程度降低风机整体的功耗，提高整机的能效。

在本发明另一个优选的实施方式中，采用第二调节策略调节风机系统的转速，包括：检测每组风机换热区域的温度和每组风机的风速；根据温度和风速调节风机系统的转速。

根据温度和风速调节风机系统的转速，包括：计算第一组风机换热区域的温度与第二组风机换热区域的温度的第一温差、第二组风机换热区域的温度与第三组风机换热区域的温度的第二温差；根据第一温差调节第一组风机的转速并根据第二温差调节第三组风机的转速；根据第一组风机换热区域的风速、第二组风机换热区域的风速和第三组风机换热区域的风速计算风速差值；根据风速差值调节第二组风机的转速。

其中，第一温差ΔT’＝第一组风机换热区域的温度T1-第二组风机换热区域的温度T2；第二温差ΔT”＝第二组风机换热区域的温度T2-第三组风机换热区域的温度T3；风速差值Δv’＝第一组风机换热区域的风速v1+第三组风机换热区域的风速v3–2*第二组风机换热区域的风速v2。

进一步地，根据第一温差调节第一组风机的转速，包括：检测第一温差是否位于预设范围内；如果是，则维持第一组风机的当前转速；否则，根据第一温差和第一组风机的当前转速调节第一组风机的转速。根据第一温差和第一组风机的当前转速调节第一组风机的转速，包括：在第一温差小于预设范围的最小值且第一组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第一预设比例降低第一组风机的转速；在第一温差大于预设范围的最大值且第一组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第一预设比例提高第一组风机的转速。

进一步地，根据第二温差调节第三组风机的转速，包括：检测第二温差是否位于预设范围内；如果是，则维持第三组风机的当前转速；否则，根据第二温差和第三组风机的当前转速调节第三组风机的转速。根据第二温差和第三组风机的当前转速调节第三组风机的转速，包括：在第二温差小于预设范围的最小值且第三组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第三预设比例降低第三组风机的转速；在第二温差大于预设范围的最大值且第三组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第三预设比例提高第三组风机的转速。

进一步地，根据风速差值调节第二组风机的转速，包括：检测风速差值是否位于预设范围内；如果是，则维持第二组风机的当前转速；否则，根据风速差值和第二组风机的当前转速调节第二组风机的转速。根据风速差值和第二组风机的当前转速调节第二组风机的转速，包括：在风速差值小于预设范围的最小值且第二组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第二预设比例降低第二组风机的转速；在风速差值大于预设范围的最大值且第二组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第二预设比例提高第二组风机的转速。

进一步地，在根据温度和风速调节风机系统的转速之后，还包括：每间隔预设时间，重新检测每组风机换热区域的温度和每组风机的风速，根据温度和风速调节风机系统的转速。

在本发明优选的实施例2中，还提供了另一种可选的风机系统控制方法，具体来说，图4示出该方法的一种可选的流程图，如图4所示，该方法包括：

(1)检测各测点温度值和风速值，并计算各区域(此处的区域指的是一组风机所覆盖的区域)的温度均值与风速均值，并记录。

(2)计算差异度：ΔT’＝T1-T2，ΔT”＝T2-T3，Δv’＝v1+v3–2*v2。

(3)通过温度差异度ΔT’和ΔT”分别调节第①组和第③组风机转速，调节控制思路：

(a)当ΔT’处于[ΔTh(min),ΔTh(max)]，则维持第①组风机现有状态；当ΔT’<ΔTh(min),若第①组风机转速未达到规定最低值，则降低β1【β1建议取值5％～10％】；当ΔT’>ΔTh(max),若第①组风机转速未达到规定最高值，则提高β1。

(b)当ΔT”处于[ΔTc(min),ΔTc(max)]，则维持第③组风机现有状态；当ΔT’<ΔTc(min),若第③组风机转速未达到规定最低值，则降低β3【β1建议取值5％～10％】；当ΔT’>ΔTc(max),若第③组风机转速未达到规定最高值，则提高β3。

(4)通过风速差异度Δv’调节第组风机转速：当Δv’处于[Δv(min),Δv(max)],则维持第②组风机现有状态；当Δv’<Δv(min)，若第②组风机转速未达到规定最低值，则降低β2【β1建议取值5％～10％】；当Δv’>Δv(max)，若第②组风机转速未达到规定最高值，则提高β2。

(5)运行Δt时间，让调整方案生效，再重新检测各测点温度以及风速值，回到第(1)步重新指定调整计划。

通过不断的动态调整，确保风机的功耗可以最大程度地得以利用，提升能效，同时使换热器的温度分布尽可能均匀化，提高整机的性能。

实施例3

基于上述实施例1中提供的风机系统，在本发明优选的实施例3中还提供了一种机组，包括如上述的风机系统。

在上述实施方式中，将风机分为多组，并且调整了风机组与换热器的距离，使中间组风机距离换热器稍远，以解决现有风机布局换热效率低的问题，提高了风机机组的换热效率。

实施例4

基于上述实施例1中提供的风机系统控制方法，在本发明优选的实施例4中还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的风机系统控制方法。

在上述实施方式中，在不同的换热情况下对多组风机采用不同的控制策略，在不满足换热需求时，采用第一调节策略调节风机系统的转速，以满足换热需求，在满足换热需求时，采用第二调节策略调节风机系统的转速，以使风机系统换热均匀。

实施例5

基于上述实施例1中提供的风机系统控制方法，在本发明优选的实施例5中还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的风机系统控制方法。

在上述实施方式中，在不同的换热情况下对多组风机采用不同的控制策略，在不满足换热需求时，采用第一调节策略调节风机系统的转速，以满足换热需求，在满足换热需求时，采用第二调节策略调节风机系统的转速，以使风机系统换热均匀。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (20)

1.一种风机系统，其特征在于，包括：

位于换热器正前方的多台风机，所述多台风机包括第一组风机、第二组风机、第三组风机；其中，所述多台风机呈矩阵式分布，所述第二组风机位于所述第一组风机和所述第三组风机之间，所述第二组风机距离所述换热器的距离大于所述第一组风机距离所述换热器的距离，且大于所述第三组风机距离所述换热器的距离；其中，所述第一组风机距离所述换热器的距离y1等于所述第三组风机距离所述换热器的距离y3；所述第二组风机距离所述换热器的距离y2=a*y1，1.2＜a＜1.5。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一组风机、所述第二组风机和所述第三组风机均包括一台或多台风机。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一组风机位于所述换热器的高温侧，所述第三组风机位于所述换热器的低温侧。

4.一种风机系统控制方法，用于如权利要求1-3任一项所述的风机系统，其特征在于，包括：

检测所述风机系统的换热量是否满足换热需求；

在不满足所述换热需求时，采用第一调节策略调节所述风机系统的转速，以满足所述换热需求；

在满足所述换热需求时，采用第二调节策略调节所述风机系统的转速，以使所述风机系统换热均匀。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用第一调节策略调节所述风机系统的转速，包括：

提高所述第一组风机的转速。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用第一调节策略调节所述风机系统的转速，还包括：

降低所述第三组风机的转速。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用第二调节策略调节所述风机系统的转速，包括：

提高所述第二组风机的转速。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用第二调节策略调节所述风机系统的转速，包括：

检测每组风机换热区域的温度和每组风机的风速；

根据所述温度和所述风速调节所述风机系统的转速。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述温度和所述风速调节所述风机系统的转速，包括：

计算所述第一组风机换热区域的温度与所述第二组风机换热区域的温度的第一温差、所述第二组风机换热区域的温度与所述第三组风机换热区域的温度的第二温差；

根据所述第一温差调节所述第一组风机的转速并根据所述第二温差调节所述第三组风机的转速；

根据所述第一组风机换热区域的风速、所述第二组风机换热区域的风速和所述第三组风机换热区域的风速计算风速差值；

根据所述风速差值调节所述第二组风机的转速。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述第一温差ΔT’=所述第一组风机换热区域的温度T1-所述第二组风机换热区域的温度T2；

所述第二温差ΔT”=所述第二组风机换热区域的温度T2-所述第三组风机换热区域的温度T3；

所述风速差值Δv’=所述第一组风机换热区域的风速v1+所述第三组风机换热区域的风速v3–2*所述第二组风机换热区域的风速v2。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述第一温差调节所述第一组风机的转速，包括：

检测所述第一温差是否位于预设范围内；

如果是，则维持所述第一组风机的当前转速；

否则，根据所述第一温差和所述第一组风机的当前转速调节第一组风机的转速。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据所述第一温差和所述第一组风机的当前转速调节第一组风机的转速，包括：

在所述第一温差小于所述预设范围的最小值且所述第一组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第一预设比例降低所述第一组风机的转速；

在所述第一温差大于所述预设范围的最大值且所述第一组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第一预设比例提高所述第一组风机的转速。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述第二温差调节所述第三组风机的转速，包括：

检测所述第二温差是否位于预设范围内；

如果是，则维持所述第三组风机的当前转速；

否则，根据所述第二温差和所述第三组风机的当前转速调节第三组风机的转速。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述第二温差和所述第三组风机的当前转速调节第三组风机的转速，包括：

在所述第二温差小于所述预设范围的最小值且所述第三组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第三预设比例降低所述第三组风机的转速；

在所述第二温差大于所述预设范围的最大值且所述第三组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第三预设比例提高所述第三组风机的转速。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述风速差值调节所述第二组风机的转速，包括：

检测所述风速差值是否位于预设范围内；

如果是，则维持所述第二组风机的当前转速；

否则，根据所述风速差值和所述第二组风机的当前转速调节第二组风机的转速。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，根据所述风速差值和所述第二组风机的当前转速调节第二组风机的转速，包括：

在所述风速差值小于所述预设范围的最小值且所述第二组风机的当前转速未达到预设最小转速时，按照第二预设比例降低所述第二组风机的转速；

在所述风速差值大于所述预设范围的最大值且所述第二组风机的当前转速未达到预设最大转速时，按照第二预设比例提高所述第二组风机的转速。

17.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在根据所述温度和所述风速调节所述风机系统的转速之后，还包括：

每间隔预设时间，重新检测每组风机换热区域的温度和每组风机的风速，根据所述温度和所述风速调节所述风机系统的转速。

18.一种机组，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的风机系统。

19.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求4至17中任一项所述的风机系统控制方法。

20.一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求4至17中任一项所述的风机系统控制方法。

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