CN109863356A - 用于蒸发式排热设备风扇速度控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种热管理系统包括：排热装置，被配置用于流体地联接至制冷系统；风扇，被配置用于提供穿过所述排热装置的进入气流以冷却所述排热装置内的水流；以及控制器，被配置用于基于以下各项中的至少两项来控制所述风扇的速度以使所述热管理系统的总公共设施运行成本最小化：(i)所述进入气流的相对湿度、(ii)所述制冷系统的一个或多个部件以其运行的容量百分比、(iii)水成本与能量成本的比率、以及(iv)所述制冷系统的压缩机的设计功率与所述风扇的设计功率的比率，所述总公共设施运行成本包括(i)用于运行所述风扇和所述制冷系统的能量成本、以及(ii)所述水流的水成本。

Description

用于蒸发式排热设备风扇速度控制的系统和方法
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2016年9月2日提交的美国临时专利申请号62/383,375以及于2016年11月23日提交的美国临时专利申请号62/426,205的权益，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
具有蒸发式排热设备的热管理系统的运行成本通常包括用于运行热管理系统的部件的能量成本以及在所述蒸发式排热设备内使用的水的水成本。传统地，仅基于能量成本来控制这种热管理系统，忽略水成本从而导致运行成本增加。
发明内容
一个实施例涉及一种热管理系统。所述热管理系统包括：排热装置，被配置用于流体地联接至制冷系统；风扇，被配置用于提供穿过所述排热装置的进入气流以冷却所述排热装置内的水流；以及控制器，被配置用于基于以下各项中的至少两项来控制所述风扇的速度以使所述热管理系统的总公共设施运行成本最小化：(i)所述进入气流的相对湿度、(ii)所述制冷系统的一个或多个部件以其运行的容量百分比、(iii)水成本与能量成本的比率、以及(iv)所述制冷系统的压缩机的设计功率与所述风扇的设计功率的比率，所述总公共设施运行成本包括(i)用于运行所述风扇和所述制冷系统的能量成本、以及(ii)所述水流的水成本。
另一实施例涉及一种用于蒸发式排热设备风扇速度控制的方法。所述方法包括：通过处理电路从湿度传感器接收湿度数据，所述湿度数据指示通过风扇移动穿过蒸发式排热装置的进入气流的相对湿度；通过所述处理电路接收容量数据，所述容量数据指示制冷系统的至少一个部件以其运行的容量百分比，其中，所述制冷系统与所述排热装置流体地联接；并且基于以下各项通过所述处理电路来控制所述风扇的速度：所述进入气流的所述相对湿度、和所述制冷系统的所述至少一个部件以其运行的所述容量百分比。
又另一实施例涉及一种热管理系统。所述热管理系统包括制冷系统、冷却塔、风扇和控制器。所述制冷系统具有压缩机、蒸发器、冷凝器、和膨胀阀。所述冷却塔流体地联接至所述冷凝器。所述风扇被定位成提供穿过所述冷却塔的气流以冷却所述冷却塔内的水流。所述控制器被配置用于基于所述气流的相对湿度和所述冷凝器的容量比率来控制所述风扇的速度。
本领域的技术人员将理解的是，概述仅是说明性的而不旨在以任何方式进行限制。本文中所描述的如仅由权利要求限定的装置和/或过程的其他方面、发明性特征以及优点将在本文中陈述并结合附图进行的详细描述中变得清楚。
附图说明
图1是根据示例性实施例的由热管理系统服务的建筑物的透视图。
图2A是根据示例性实施例的更详细地展示了图1的包括冷却塔的热管理系统的一部分的框图。
图2B是根据示例性实施例的更详细地展示了图1的包括蒸发式冷凝器的热管理系统的一部分的框图。
图3是根据示例性实施例的用于图2A和图2B的热管理系统的控制系统的框图。
图4是根据示例性实施例的展示蒸发式排热设备的风扇基于湿度的速度的曲线图。
图5是根据另一示例性实施例的展示热管理系统的框图。
图6是根据示例性实施例的用于蒸发式排热设备风扇速度控制的方法的流程图。
具体实施方式
传统地，为了产生最低的冷却器每吨千瓦(kW/ton)或最低的压缩机每吨马力(HP/ton)，冷却塔和蒸发式冷凝器风扇以全速运行直到达到由压缩机系统允许的最小冷凝压力。这种控制方案可能不提供对系统的高效控制并且减低整个系统效率。这种控制策略可能没有考虑到蒸发式冷却装置中的水用量，并且因此不旨在降低水用量。另外，本领域技术人员将预期的是，降低风扇速度可能因此升高压缩机冷凝温度并且增加必须被排放的压缩机热量，从而导致蒸发式冷却装置的负荷和用水量增加。
整个系统运行成本是能量用量和水用量两者的函数。传统的控制方法仅关注能量使用并且忽略了控制决策中的水成本。另外，这些传统控制方法在所有负荷和环境温度条件下可能不提供最低系统能量成本(例如，冷却器/压缩机能量成本和冷却塔/冷凝器能量成本)。当前蒸发式排热风扇控制策略不能进行以下运行：(i)在由系统(例如，在一年期间等)经历的所有负荷和环境温度条件下产生最低整个系统运行成本；(ii)在由系统经历的所有负荷和环境温度条件下有效地产生最低蒸发式排热装置的水消耗。
根据示例性实施例，本披露的蒸发式排热风扇控制方案基于各种因素来动态地(例如，自适应地等)调整蒸发式排热装置的风扇的速度，以确保系统可以进行以下各项：(i)以最低运行成本运行；并且(ii)在由系统(例如，全年)经历的所有运行条件下降低蒸发式排热装置的水用量。根据示例性实施例，动态蒸发式冷却风扇速度控制方案考虑到以下各项：(i)冷凝器的实际负荷与设计负荷的比率；以及(ii)环境空气相对湿度。由此，控制方案可以在所有负荷和环境温度条件下降低总系统运行成本(例如，能量成本加上水成本)。控制方案可以通过调整风扇速度以使强加在装置上的无益可感测空气冷却负荷最小化来降低蒸发式排热装置的水用量。在一些实施例中，通过将冷却器或压缩机能量与热量排放设备风扇能量的比率以及水成本与能量成本等值比率相结合(WECER比率＝(水的$/1000加仑)/($/kWh))来进一步改进控制方案。
在蒸发式排热装置上的蒸发速率可以与工艺负荷以及空气穿过装置时所述空气的质量流速率的可感测空气冷却负荷之和有关。如果当空气穿过蒸发式排热装置时空气干球温度增加，则可以减小蒸发式速率与工艺负荷的比率。因此，如果当空气穿过装置时空气干球温度减小，则可以增大蒸发式速率与工艺负荷的比率。根据示例性实施例，风扇速度控制方案被配置用于识别温度和负荷条件，所述温度和负荷条件导致当空气穿过蒸发式排热装置时对所述空气进行可感测冷却并且然后降低装置的风扇速度以提升过程循环温度，由此增大空气出口干球温度以使对空气的这种无益冷却最小化。控制方案不仅可以节省装置补给水的量，而且通过同时平衡压缩机kW的相关增加与蒸发式冷却装置风扇能量的下降和较低的补给水成本，控制方案还可以降低系统总公共设施(例如，能源和水)运行成本。
根据示例性实施例，控制方案被配置用于基于(例如，根据等)以下各项通过设置最大冷却塔风扇速度来降低水和总公共设施成本：(i)实际冷凝器量程与设计冷凝器量程的比率；以及(ii)环境空气的相对湿度。在一些实施例中，控制方案在设计条件下基于附加参数来控制风扇速度以进一步优化在设备选择和公共设施速率的更广范围上的排热装置最大风扇速度，所述附加参数诸如(iii)水成本与能量成本的比率；以及(iv)压缩机与蒸发式排热能量的比率。
现在参照图1，示出了建筑物10的透视图。建筑物10由热管理系统20服务。热管理系统20可以是制冷系统、暖通空调(HVAC)系统、和/或另一类型的热管理系统20(例如，具有蒸发式排热设备的热管理系统等)。热管理系统20被示出为包括冷却器22、锅炉24、冷却单元或冷却塔26、以及多个空气处理单元(AHU)36。热管理系统20使用流体循环系统来为建筑物10和/或建筑物10内的期望空间(例如，冰箱、冷冻器等)提供加热和/或冷却。可以在冷却器22中冷却或在锅炉24中加热循环流体，这取决于是需要冷却还是加热。锅炉24可以通过燃烧易燃材料(例如，天然气等)来向循环流体添加热量。冷却器22可以使循环流体与热交换器(例如，蒸发器等)中的另一种流体(例如，制冷剂等)处于热交换关系。制冷剂可以在蒸发过程期间从循环流体中去除热量，从而冷却循环流体。
可以经由管路32将来自冷却器22或锅炉24的循环流体输送到AHU 36。AHU 36可以使循环流体与通过AHU 36的气流处于热交换关系。例如，气流可以经过风扇盘管单元或其他空调终端单元中循环流体所流过的管路。AHU 36可以在气流与循环流体之间传递热量，从而为气流提供加热或冷却。加热或冷却的空气可以经由包括空气供应管道38的空气分配系统递送到建筑物10和/或所期望空间，并且可以经由空气回流管道40回流到AHU 36。热管理系统20被示出为包括在建筑物10的每一个楼层上的独立AHU 36。在其他实施例中，AHU36选择性地定位在所期望区域中(例如，在冷冻器内、在冰箱内等)。在其他实施例中，单个AHU(例如，屋顶AHU)可以为多个楼层或区域供应空气。来自AHU 36的循环流体可以经由管路34回流到冷却器22或锅炉24。
在一些实施例中，冷却器22中的制冷剂在从循环流体吸收热量时蒸发。可以将蒸气制冷剂提供给冷却器22内的压缩机，在所述压缩机中，制冷剂的温度和压力升高(例如，使用旋转叶轮、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、往复式压缩机、离心式压缩机等)。可以将经压缩的制冷剂排放到冷却器22内的冷凝器中。在一些实施例中，水(或另一种流体)流过冷却器22的冷凝器中的管以从制冷剂蒸气吸收热量，从而使制冷剂冷凝。流过冷凝器中的管的水可以经由管路28从冷却器22泵送到冷却塔26。冷却塔26可以使用风扇驱动的冷却或风扇驱动的蒸发来从水中去除热量。来自冷却塔26中的冷却水可以经由管路30递送回冷却器22，并且循环重复。
现在参照图2A，根据示例性实施例示出了更详细地展示了热管理系统20的一部分的框图。在图2A中，冷却器22被示出为包括制冷回路42。制冷回路42被示为包括蒸发器46、压缩机48、冷凝器50和膨胀阀52。压缩机48可以被配置用于使制冷剂循环穿过制冷回路42。在一些实施例中，压缩机48由控制器100运行。压缩机48可以将制冷剂压缩至高压、高温状态并且将经压缩的制冷剂排放到将压缩机48的出口与冷凝器50的入口连接的压缩机排放管线54中。根据示例性实施例，压缩机48是螺杆式压缩机。在一些实施例中，压缩机48是螺杆式压缩机、半密闭螺杆式压缩机、密闭或开放螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、往复式压缩机、离心式压缩机、或又另一种类型的压缩机。
冷凝器50可以从压缩机排放管线54接收经压缩的制冷剂。冷凝器50还可以从冷却回路56接收单独的热交换流体(例如，水、水-乙二醇混合物、另一种制冷剂等)。冷凝器50可以被配置用于将热量从经压缩的制冷剂传递到热交换流体(例如，水等)，从而使得经压缩的制冷剂从气态制冷剂冷凝成液体或混合流体状态。在一些实施例中，冷却回路56是被配置用于使用从制冷剂吸收的热量来加热应用的热回收回路。在其他实施例中，冷却回路56包括用于使热交换流体在冷凝器50与冷却塔26之间循环的泵58。冷却塔26包括风扇60，所述风扇被配置用于促进热交换流体与流过冷却塔26的其他流体(例如，空气)之间的热传递。根据示例性实施例，控制器100被配置用于控制风扇60的运行(例如，其速度等)。热交换流体可以排放冷却塔26中的热量并经由管路30回流至冷凝器50。
仍然参照图2A，制冷回路42被示出为包括将冷凝器50的出口连接至膨胀装置52的入口的管线62。膨胀装置52可以被配置用于使制冷回路42中的制冷剂膨胀至低温且低压状态。膨胀装置52可以是固定位置的装置或可变位置的装置(例如，阀)。膨胀装置52可以是手动或自动致动的(例如，通过经由阀致动器的控制器100)，以调整穿过其中的制冷剂的膨胀。膨胀装置52可以将膨胀的制冷剂输出到将膨胀装置52的出口连接至蒸发器46的入口的管线64中。
蒸发器46可以从管线64接收膨胀的制冷剂。蒸发器46还可以从冷却流体回路66接收单独的冷却流体(例如，水、水-乙二醇混合物、另一种制冷剂等)。蒸发器46可以被配置用于将热量从冷却流体传递到制冷回路42中的已膨胀制冷剂，从而使冷却流体冷却并使制冷剂蒸发。在一些实施例中，冷却流体回路66包括使冷却流体在蒸发器46与AHU 36之间循环的泵68。AHU 36可以包括冷却盘管70，所述冷却盘管被配置用于促进冷却流体与流过AHU36的其他流体(例如，空气)之间的热传递。冷却流体可以吸收AHU 36中的热量并经由管路34回流至蒸发器46。蒸发器46可以将加热的制冷剂输出到将蒸发器46的出口连接至压缩机48的入口的压缩机抽吸管线72。
在其他实施例中，使用风扇代替了冷却流体回路66和/或使用蒸发式冷凝器(例如，并行流、逆流、横流等蒸发式冷凝器等)代替了冷却回路56，所述蒸发式冷凝器具有风扇和流体喷射系统(例如，水喷射系统等)。举例来说，风扇可以被定位成强制气流分别通过或穿过蒸发器46和/或冷凝器50。风扇可以由控制器100来控制以调节蒸发器46和/或冷凝器50中的热传递速率。在一些实施例中，风扇是能够以多种不同速度运行的可变速风扇。控制器100可以响应于各种输入(例如，温度测量结果、压力测量结果等)来增大或减小风扇的速度。举另一示例，流体喷射系统可以被定位成在冷凝器50上喷射流体(例如，水等)。另外或替代性地，喷射泵可以由控制器100来控制以调节冷凝器50中的热传递速率。风扇、喷射泵、冷凝器50和/或蒸发器46由此可以将热调节气流(例如，在制冷和/或冷冻可接受的温度下的经冷却空气、经调节空气等)直接提供至所期望空间。
例如，如在图2B中示出的，可以使用制冷回路90代替制冷回路42。制冷回路90可以与如参照图2A描述的制冷电路42相同或类似。例如，制冷回路90被示出为包括蒸发器46、压缩机48、冷凝器50、膨胀装置52、压缩机排放管线54、管线62、管线64、和压缩机抽吸管线72。制冷回路90可以在冷却器(例如，冷却器22)中实施或在各种其他制冷系统或装置中使用，诸如冰箱、冷冻器、冷藏陈列柜、冷藏存储装置、产品冷却器、独立式空调、或使用蒸气压缩制冷循环提供冷却的任何其他系统或装置。
在制冷回路90中，蒸发器46被示出为从被风扇96(例如，代替冷却流体回路66等)强制通过或穿过蒸发器46的气流92中吸收热量。在其他实施例中，制冷回路90不包括风扇96，而是包括图2A的冷却流体回路66。
如在图2B中示出的，冷凝器50被配置为具有风扇60和流体喷射系统130的蒸发式冷凝器。流体喷射系统130包括流体源132、喷射泵134、和一个或多个出口或喷嘴136。流体源132可以被配置用于提供和/或存储流体(例如，来自公共设施、来自冷凝器下方的收集池的水等)。喷射泵134可以被配置用于将流体从流体源132泵送至喷嘴136。喷嘴136可以被定位成和/或被配置用于将流体喷射138提供至和/或穿过冷凝器50。类似地，风扇60可以被定位成使气流94移动通过或穿过冷凝器50(例如，代替冷却回路56等)。冷凝器50由此可以将热量排放至气流94。流体喷射138可以进一步增加由冷凝器50排放至气流94的热量。风扇96和/或风扇60可以由控制器100来控制以分别调节蒸发器46和/或冷凝器50中的热传递速率。在一些实施例中，风扇96和/或风扇60是能够以多种不同速度运行的可变速风扇。控制器100可以响应于来自制冷回路90的各种输入(例如，温度测量结果、压力测量结果、能量成本、水成本等)来增大或减小风扇96和/或风扇60的速度。
如图2A中所示出的，冷却流体回路66包括被定位在蒸发器46的上游的入口温度传感器74。入口温度传感器74可以被配置用于测量在泵68与蒸发器46之间流动的流体(例如，冷却流体等)的温度(即，进入压缩机46的冷却流体的温度)。如图2A中所示出的，冷却流体回路66包括被定位在蒸发器46的下游的出口温度传感器76。出口温度传感器76可以被配置用于测量离开蒸发器46的流体(例如，冷却流体等)的温度。如图2A中所示出的，冷却回路56包括沿管路30定位的入口温度传感器78。入口温度传感器78可以被配置用于测量在冷却塔26与冷凝器50之间的管路30内流动的流体(例如，水、冷却用流体等)的温度(即，进入冷凝器50的水的温度)。如图2A中所示出的，冷却回路56包括出口温度传感器80。出口温度传感器80可以被配置用于测量离开冷凝器50的流体(例如，水、冷却用流体等)的温度。如图2A中所示出的，热管理系统20包括湿度传感器82。湿度传感器82可以被定位和/或被配置用于测量周围环境的进入冷却塔26的空气(例如，风扇60正将其移动穿过冷却塔26的空气等)的相对湿度。如图2B中所示出的，湿度传感器82被定位和/或被配置用于测量周围环境的进入冷凝器50的空气的相对湿度。
控制器100可以被配置用于至少部分地基于从湿度传感器82接收的测量输入来控制风扇60的运行。另外，控制器100可以从入口温度传感器74、出口温度传感器76、入口温度传感器78、和/或出口温度传感器80中的至少一个中接收测量输入。控制器100可以被配置用于至少部分地基于从以下各项中的至少一项中接收的测量输入来控制压缩机48和/或风扇60的运行：湿度传感器82、入口温度传感器74、出口温度传感器76、入口温度传感器78、和出口温度传感器80。控制器可以是用于风扇60的被配置用于控制风扇60的运行的嵌入式控制器。控制器100可以是用于冷却器22的被配置用于控制制冷回路42的部件的嵌入式控制器。例如，控制器100可以被配置用于激活/去激活压缩机48以及打开/关闭膨胀装置52。控制器100可以被配置用于确定在制冷回路42内的各个位置处的制冷剂的热力学性质。例如，控制器100可以计算压缩机抽吸管线72、压缩机排放管线54、和/或制冷回路42内的其他位置中的制冷剂的非测量的热力学性质(例如，焓、熵等)。
图5示出了根据示例性实施例的热管理系统500。热管理系统500可以与热管理系统20类似。如图5中所示出的，热管理系统500包括作为流体地联接至冷却器520的冷却回路530的一部分的冷却塔510。热管理系统500还包括递送回路540，所述递送回路流体地联接至冷却器520并且被配置用于热调节经调节空间(例如，房间、冷冻器、冰箱等)。
现在参照图3，根据示例性实施例，示出了包括控制器100的控制系统的框图。根据示例性实施例，控制器100被配置用于基于以下各项中的至少一项来选择性地控制风扇60的速度：(i)空气的相对湿度；(ii)使用热管理系统20的一个或多个部件的容量百分比(例如，实际冷凝器量程与设计冷凝器量程的比率、实际蒸发器量程与设计蒸发器量程的比率、实际压缩机功率与设计压缩机功率的比率等)；(iii)水成本与能量成本的比率；以及(iv)压缩机与蒸发式排热能量的比率。
如图3中所示出的，控制器100包括通信接口102和处理电路104。通信接口102可以包括用于与各种系统、装置或网络进行数据通信的有线或无线接口(例如，插座、天线、发射器、接收器、收发器、电线端子等)。例如，通信接口102可以包括用于经由基于以太网的通信网络发送和接收数据的以太网卡和/或端口。在一些实施例中，通信接口102包括用于经由无线通信网络进行通信的无线收发器(例如，WiFi收发器、蓝牙收发器、NFC收发器、ZigBee等)。通信接口102可以被配置用于经由局域网(例如，建筑物LAN等)和/或广域网(例如，互联网、蜂窝网络、无线电通信网络等)进行通信并且可以使用各种通信协议(例如，BACnet、TCP/IP、点对点等)。
在一些实施例中，通信接口102被配置用于促进接收来自各个传感器的测量输入。传感器可以包括例如湿度传感器82、入口温度传感器74、出口温度传感器76、入口温度传感器78、和/或出口温度传感器80。通信接口102可以直接、经由局域网、和/或经由远程通信网络从传感器接收测量输入。通信接口102可以实现控制器100与风扇60(和/或风扇96)之间的通信。在一些实施例中，通信接口102被配置用于促进向风扇60(和/或风扇96)传输速度命令。通信接口102可以直接、经由局域网、和/或经由远程通信网络来发送速度命令。另外或替代性地，通信接口102可以实现控制器100与冷却器22(例如，压缩机48、膨胀阀52等)之间的通信。在一些实施例中，通信接口102被配置用于促进向冷却器22的压缩机48传输加载和卸载命令。通信接口102可以直接、经由局域网、和/或经由远程通信网络来发送加载和/卸载命令。另外或替代性地，通信接口102可以实现控制器100与公共设施200(例如，能量公司、水公司等)之间的通信。通信接口102可以直接、经由局域网、和/或远程通信网络从公共设施200接收信息(例如，当前能量成本、当前水成本等)。
如图3所示，处理电路104包括处理器106和存储器108。处理器106可以是通用或专用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一组处理部件或其他合适的处理部件。处理器106可以被配置用于执行存储在存储器108(例如，模糊逻辑等)中或从其他计算机可读介质(例如，CDROM、网络存储设备、远程服务器等)接收到的计算机代码或指令，以便执行本文所描述的一个或多个过程。
存储器108可以包括被配置用于存储数据、计算机代码、可执行指令、或其他形式的计算机可读信息的一个或多个数据存储装置(例如，存储器单元、存储器装置、计算机可读存储介质等)。存储器108可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器存储设备、临时存储设备、非易失性存储器、闪存、光学存储器、或用于存储软件对象和/或计算机指令的任何其他合适的存储器。存储器108可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件、或用于支持本披露中所描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。存储器108可以经由处理电路104可通信地连接至处理器106并且可以包括用于执行(例如，由处理器106)本文中所描述的一个或多个过程的计算机代码。
存储器108可以包括用于完成本文所描述的过程的各种模块。更具体地，如在图3中所示出的，存储器108包括温度模块110、湿度模块112、风扇模块114、公共设施模块118、和/或冷却器/压缩机模块120。应当理解的是，控制器100和存储器108可以包括用于完成本文所描述的功能的任意数量的模块。例如，可以将多个模块的活动组合为单个模块，并且可以包括具有附加功能的附加模块。进一步地，应当理解的是，控制器100可以进一步控制超出本披露范围的其他过程。
温度模块110可以被配置用于接收和/或解释温度数据，所述温度数据指示从温度传感器78和80流动到冷凝器50和/或冷却塔26中、和/或流出所述冷凝器和/或所述冷却塔的冷却用流体(例如，水等)的温度。另外或替代性地，温度模块110可以被配置用于接收和/或解释温度数据，所述温度数据指示从温度传感器74和76流动到蒸发器46中和/或从所述蒸发器流出的冷却流体的温度。湿度模块112可以被配置用于接收和/或解释湿度数据，所述湿度数据指示从湿度传感器82进入冷却塔26和/或冷凝器50(例如，图2B的蒸发式冷凝器等)的环境空气的相对湿度。公共设施模块118可以被配置用于接收和/或解释公共设施数据，所述公共设施数据指示来自公共设施200的能量(例如，电力等)和/或水的当前成本。
冷却器/压缩机模块120可以被配置用于：确定冷却器22的一个或多个部件(例如，冷凝器50、蒸发器46、压缩机48、作为整体的冷却器22等)的当前或实际负荷和/或量程；确定冷却器22的一个或多个部件当前可以以其运行的容量百分比。在一些实施例中，冷却器/压缩机模块120被配置用于基于流过冷凝器50的冷却用流体(例如，水等)的温度来确定冷凝器50的当前负荷或量程。举例来说，可以基于分别由入口温度传感器78和/或出口温度传感器80测量的冷却用流体的温度来确定实际或当前冷凝器负荷/量程。在其他实施例中，冷却器/压缩机模块120被配置用于基于另外或替代性因素和/或测量结果来确定冷凝器50的当前负荷或量程。冷却器/压缩机模块120可以进一步被配置用于接收和存储冷凝器50的设计负荷和/或量程。冷却器/压缩机模块120可以将实际负荷/量程与设计负荷/量程进行比较以确定冷凝器50的实际负荷/量程与设计负荷/量程的比率(例如，设计负荷/量程的百分比、容量的百分比等)。
在其他实施例中，另外或替代性地，冷却器/压缩机模块120被配置用于(例如，基于流过蒸发器46的冷却流体的温度等)确定蒸发器46的当前负荷或量程。举例来说，可以基于分别由被定位在蒸发器46的入口和出口处的入口温度传感器74和/或出口温度传感器76测量的冷却流体的温度来确定实际或当前蒸发器负荷/量程。冷却器/压缩机模块120可以进一步被配置用于接收和存储蒸发器46的设计负荷和/或量程。冷却器/压缩机模块120可以将实际负荷/量程与设计负荷/量程进行比较以确定蒸发器46的实际负荷/量程与设计负荷/量程的比率(例如，设计负荷/量程的百分比、容量的百分比等)。
在其他实施例中，另外或替代性地，冷却器/压缩机模块120被配置用于整体上确定冷却器22的当前负荷或量程。冷却器/压缩机模块120可以进一步被配置用于接收和存储冷却器22的设计负荷和/或量程。冷却器/压缩机模块120可以将实际负荷/量程与设计负荷/量程进行比较以确定冷却器22的实际负荷/量程与设计负荷/量程的比率(例如，设计负荷/量程的百分比、容量的百分比等)。
风扇模块114可以被配置用于基于以下各项来控制风扇60的运行(例如，其速度等)：(i)冷却器22的一个或多个部件的容量百分比(例如，蒸发器46、冷凝器50、冷却器22的实际负荷/量程与设计负荷/量程的比率等)；和/或(ii)空气的相对湿度。举例来说，空气越潮湿，风扇60可以运行得越快。举另一示例，空气越不潮湿，风扇60可以运行得越慢。现在参照图4，根据示例性实施例，示出了基于相对湿度风扇60的速度相对于冷凝器50的设计负荷/量程的百分比(即，实际负荷/量程与设计负荷/量程的比率)的曲线图400。如图4中所示出的，如由曲线440指示的风扇60的传统控制方案包括以最大速度(100％)设置风扇60的速度，直到满足所期望的条件。然而，这可能导致热管理系统20的非常低效的运行。
可变地控制风扇60的速度可以大大降低运行所需的能量，由于由风扇60消耗的能量与速度的立方成比例。如在图4中所示出的，控制器100被配置用于基于冷凝器50的相对湿度和设计负荷/量程的百分比来变化风扇60的速度，如由曲线410、420和430所指示的。曲线410描绘了在相对湿度为20％处在冷凝器50的设计量程的各种百分比处风扇60的速度。曲线420描绘了在相对湿度为60％处在冷凝器50的设计量程的各种百分比处风扇60的速度。曲线430描绘了在相对湿度为100％处在冷凝器50的设计量程的各种百分比处风扇60的速度。如由曲线410、420和430所指示的，控制器100被配置用于针对冷凝器50的设计量程的每个对应百分比随着相对湿度的增加而增加风扇60的速度。举例来说，当冷凝器50正在其设计量程的80％下运行时，控制器100可以配置用于：当相对湿度处于20％时，以最大速度的60％运行风扇60；当相对湿度处于60％时，以最大速度的75％运行所述风扇；并且当相对湿度为100％时，以最大速度的92％运行所述风扇。因此，在甚至极端的条件下，风扇60的速度可以低于100％运行，同时仍然为冷却塔26和/或冷凝器50(例如，图2B的蒸发式冷凝器等)提供所需的冷却，从而降低热管理系统20的运行成本。
另外或替代性地，风扇模块114可以被配置用于基于水成本与能量成本的比率来控制风扇60的运行(例如，其速度等)。举例来说，风扇模块114可以被配置用于在控制风扇60的速度时分析由公用设施200提供的水和能量的成本。例如，在水的成本增加的情况下，风扇模块114可以被配置用于加速风扇60和/或减少供应的水量(例如，经由泵58供应到冷却塔26、经由喷射泵134供应到冷凝器50等)以节省更多的水(例如，减少运行所需的水量等)。在另一示例中，在水成本降低的情况下，风扇模块114可以被配置用于控制风扇60的速度(例如，降低风扇速度和增加水供应等)，以优化能量消耗。因此，控制器100可以被配置用于整体上控制风扇60和热管理系统20的运行，为了降低能量成本不单独优化能量效率，而是优化热管理系统20的总运行成本，所述总运行成本包括以下两者：(i)电力成本(例如，热管理系统20的部件的使用情况和效率等)、以及(ii)水成本(例如，使用水的量等)，同时以能够冷却冷却塔26内的水的速度将风扇60运行到冷却流过冷凝器50的制冷剂所需的温度(或者同时以能够冷却制冷剂的速度运行风扇60和/或喷射泵134)，以满足热管理系统20上的负荷条件。
另外或替代性地，风扇模块114可以被配置用于基于压缩机能量和/或功率(例如，压缩机48的设计能量和/或功率等)与蒸发式排热能量和/或功率(例如，风扇60的设计能量和/或功率等)的比率来控制风扇60的运行(例如，其速度等)。举例来说，风扇模块114可以被配置用于接收关于压缩机48的设计能量和/或功率以及风扇60的设计能量和/或功率的信息(例如，在控制器100内预定义的、由热管理系统20的运行者输入的等)，并且由此被配置用于确定压缩机48的设计能量和/或功率与风扇60的设计能量和/或功率之间的比率。基于风扇60的速度，在压缩机48的设计能量和/或功率与风扇60的设计能量和/或功率之间的较低比率可能对热管理系统20的整体能量使用情况具有较大影响。
现在参照图6，根据示例性实施例，示出了用于蒸发式排热设备风扇速度控制的方法600。在一个示例实施例中，方法600可以使用图1至图3的热管理系统20和控制器100和/或图5的热管理系统500来实施。由此，可以关于图1至图3和/或图5来描述方法600。
在步骤602处，热管理系统(例如，热管理系统20等)的控制器(例如，控制器100等)被配置用于接收湿度数据(例如，来自湿度传感器82等)，所述湿度数据指示由风扇(例如，风扇60等)移动穿过蒸发式排热装置(例如，冷却塔26、冷凝器50等)的气流的相对湿度。在步骤604处，控制器被配置用于接收温度数据(例如，来自入口温度传感器74、出口温度传感器76、入口温度传感器78、出口温度传感器80等)，所述温度数据指示分别流过蒸发器(例如，蒸发器46等)和/或冷却器(例如，冷却器22等)的冷凝器(例如，冷凝器50等)的冷却流体(例如，在冷却流体回路66内等)和冷却用流体(例如，在冷却回路56内的水等)的入口温度和出口温度。在步骤606处，控制器被配置用于基于温度数据确定蒸发器和/或冷凝器的当前量程。在其他实施例中，另外或替代性地，控制器被配置用于确定冷却器系统(例如，冷却器22、压缩机48等)的当前量程和/或容量。在步骤608处，控制器被配置用于基于冷凝器的当前量程和设计量程来确定冷凝器的冷凝器量程比率(例如，百分比容量等)。在一些实施例中，另外或可替代性地，控制器被配置用于基于蒸发器的当前量程和设计量程来确定蒸发器的蒸发器量程比率(例如，百分比容量等)。在一些实施例中，另外或可替代性地，控制器被配置用于基于冷却器的当前功率和设计功率来确定冷却器的冷却器量程比率(例如，百分比容量等)。
在步骤610处，控制器被配置用于接收指示能量(例如，电力等)和水的当前成本的公共设施数据。在步骤612处，控制器被配置用于基于公共设施数据来确定水成本与能量成本比率。在一些实施例中，步骤610和612是可选的。在步骤614处，控制器可以被配置用于接收关于冷却器的压缩机(例如，压缩机48等)的设计功率以及风扇的设计功率的信息。在步骤616处，控制器被配置用于基于压缩机的设计功率和风扇的设计功率来确定压缩机设计功率与风扇设计功率比率。在一些实施例中，步骤614和616是可选的。在步骤618处，控制器被配置用于基于以下各项来控制风扇的速度：(i)气流的相对湿度；(ii)热管理系统的一个或多个部件的百分比容量(例如，冷凝器量程比率、蒸发器量程比率、冷却器功率比率等)；(iii)水成本与能量成本比率；和/或(iv)压缩机设计功率与风扇设计功率比率。
如各个示例性实施例中所示出的系统和方法的构造和安排仅是说明性的。尽管本披露中仅详细描述了几个实施例，但是许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装安排、材料的使用、颜色、定向等变化)。例如，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且离散元件的性质或数量或位置可以更改或变化。因此，所有这类修改旨在被包括在本披露的范围内。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。在不脱离本披露范围的情况下，可以在示例性实施例的设计、运行条件和安排方面作出其他替代、修改、改变、和省略。
本披露设想了用于完成各种操作的方法、系统和任何机器可读介质上的程序产品。可以使用现有计算机处理器或由结合用于此目的或另一目的的适当系统的专用计算机处理器或由硬接线系统来实施本披露的实施例。本披露范围内的实施例包括程序产品，所述程序产品包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来讲，这类机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁存储装置等，或者可以用来以机器可执行指令或数据结构的形式承载或存储期望程序代码并且可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。上述内容的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或功能组的指令和数据。
尽管附图示出了方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可以不同于所描绘的顺序。还可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选软件和硬件系统以及设计者的选择。所有此类变型都在本披露的范围内。同样，可以用具有基于规则的逻辑和用于实施各个连接步骤、处理步骤、比较步骤和判定步骤的其他逻辑的标准编程技术来实施软件实施方式。

Claims (20)

1.一种热管理系统，包括：
排热装置，所述排热装置被配置用于流体地联接至制冷系统；
风扇，所述风扇被配置用于提供穿过所述排热装置的进入气流以冷却所述排热装置内的水流；以及
控制器，所述控制器被配置用于基于以下各项中的至少两项来控制所述风扇的速度以使所述热管理系统的总公共设施运行成本最小化：(i)所述进入气流的相对湿度、(ii)所述制冷系统的一个或多个部件以其运行的容量百分比、(iii)水成本与能量成本的比率、以及(iv)所述制冷系统的压缩机的设计功率与所述风扇的设计功率的比率，所述总公共设施运行成本包括(i)用于运行所述风扇和所述制冷系统的能量成本、以及(ii)所述水流的水成本。
2.如权利要求1所述的热管理系统，其中，所述制冷系统包括所述压缩机、蒸发器、冷凝器、和膨胀阀。
3.如权利要求2所述的热管理系统，其中，所述排热装置被配置成流体地联接至所述冷凝器。
4.如权利要求3所述的热管理系统，其中，所述排热装置包括冷却塔。
5.如权利要求2所述的热管理系统，其中，所述排热装置是所述冷凝器。
6.如权利要求5所述的热管理系统，其中，所述冷凝器包括蒸发式冷凝器。
7.如权利要求2所述的热管理系统，进一步包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被定位成获取指示流过所述蒸发器和所述冷凝器中的至少一者的流体的入口温度和出口温度的温度数据。
8.如权利要求7所述的热管理系统，其中，所述控制器被配置用于：
从所述温度传感器接收所述温度数据；
基于所述温度数据来确定所述蒸发器和所述冷凝器中的所述至少一者的当前容量；并且
基于所述当前容量及其设计容量来确定所述蒸发器和所述冷凝器中的所述至少一者的所述容量百分比。
9.如权利要求1所述的热管理系统，进一步包括湿度传感器，所述湿度传感器被定位成获取指示所述进入气流的所述相对湿度的湿度数据，其中，所述控制器被配置用于：
从所述湿度传感器接收所述湿度数据；并且
基于所述湿度数据来确定所述进入气流的所述相对湿度。
10.如权利要求1所述的热管理系统，其中，所述控制器被配置用于：
接收指示能量和水的当前成本的公共设施数据；并且
基于所述公共设施数据来确定水成本与能量成本的所述比率。
11.一种用于蒸发式排热设备风扇速度控制的方法，包括：
通过处理电路从湿度传感器接收湿度数据，所述湿度数据指示通过风扇移动穿过蒸发式排热装置的进入气流的相对湿度；
通过所述处理电路接收容量数据，所述容量数据指示制冷系统的至少一个部件以其运行的容量百分比，其中，所述制冷系统与所述排热装置流体地联接；以及
基于以下各项通过所述处理电路来控制所述风扇的速度：所述进入气流的所述相对湿度、和所述制冷系统的所述至少一个部件以其运行的所述容量百分比。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述制冷系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、和膨胀阀。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述排热装置是所述冷凝器，并且其中，所述冷凝器包括具有所述风扇和流体喷射系统的蒸发式冷凝器。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述排热装置包括冷却塔，并且其中，所述冷却塔流体地联接至所述制冷系统的所述冷凝器。
15.如权利要求14所述的方法，其中，接收所述容量数据包括：
通过所述处理电路从温度传感器接收温度数据，所述温度数据指示从所述冷却塔流过所述冷凝器的冷却流体的入口温度和出口温度；
基于所述温度数据通过所述处理电路来确定所述冷凝器的当前量程；
基于所述冷凝器的所述当前量程和设计量程通过所述处理电路来确定所述冷凝器的冷凝器量程比率；以及
基于所述进入气流的所述相对湿度和所述冷凝器量程比率通过所述处理电路来控制所述风扇的速度。
16.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
通过所述处理电路接收指示当前水成本和当前能量成本的公共设施数据；
基于所述公共设施数据通过所述处理电路来确定水成本与能量成本的比率；以及
进一步基于水成本与能量成本的所述比率通过所述处理电路来控制所述风扇的速度。
17.一种热管理系统，包括：
制冷系统，所述制冷系统具有压缩机、蒸发器、冷凝器、和膨胀阀；
冷却塔，所述冷却塔流体地联接至所述冷凝器；
风扇，所述风扇被定位成提供穿过所述冷却塔的气流以冷却所述冷却塔内的水流；以及
控制器，所述控制器被配置用于基于所述气流的相对湿度和所述冷凝器的容量比率来控制所述风扇的速度。
18.如权利要求17所述的热管理系统，进一步包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被定位成获取指示从所述冷却塔流过所述冷凝器的所述水的入口温度和出口温度的温度数据，其中，所述控制器被配置用于：
从所述温度传感器接收所述温度数据；
基于所述温度数据来确定所述冷凝器的当前容量；并且
基于所述当前容量及其设计容量来确定所述冷凝器的所述容量比率。
19.如权利要求17所述的热管理系统，进一步包括湿度传感器，所述湿度传感器被定位成获取指示所述气流的所述相对湿度的湿度数据，其中，所述控制器被配置用于：
从所述湿度传感器接收所述湿度数据；并且
基于所述湿度数据来确定所述气流的所述相对湿度。
20.如权利要求17所述的热管理系统，其中，所述控制器被配置用于：
接收指示当前水成本和当前能量成本的公共设施数据；
基于所述公共设施数据来确定水成本与能量成本比率；并且
进一步基于所述水成本与能量成本比率来控制所述风扇的速度。
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