CN110631212A - 一种中央空调冷却水系统的节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中央空调冷却水系统的节能控制方法，该方法包括如下步骤：建立冷水机组能耗模型；建立冷却塔风机能耗模型；基于冷水机组能耗模型以及冷却塔风机能耗模型，确定第一冷却塔风机频率，第一冷却塔风机频率为所述冷水机组和所述冷却塔风机的能耗之和最小时对应的冷却塔风机频率。本发明解决了现有技术中仅降低冷水机组的能耗或者仅降低冷却塔风机的能耗，导致冷却水系统的能耗不能达到最优的问题。

Description

一种中央空调冷却水系统的节能控制方法

技术领域

本发明属于中央空调节能控制技术领域，具体涉及一种中央空调冷却水系统的节能控制方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展和人们生活水平的逐渐提高，中央空调系统的应用日益广泛，建筑中空调系统节能运行成为建筑节能领域的研究热点。在中央空调系统中，水系统的能耗比重约为60％-80％，因此，水系统节能优化研究成为空调系统节能的重要内容。

现有的冷却水节能控制方法是通过控制冷却水泵和冷却塔风机的台数或频率使得冷水机组的效率最高。但是该方法虽然提高了冷水机组的效率，但却忽视了冷却水泵和冷却塔风机的节能潜力，导致冷却水系统的能耗不能达到最优。而且现有的方法大多是通过采集多组变量的实际检测值，根据多组变量的实际检测值确定冷却水系统能耗较低时的参数，但是这种方法较为复杂，而且在实际应用中可能出现某些变量难以检测的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种中央空调冷却水系统的节能控制方法，能够通过建立冷水机组和冷却塔风机的能耗模型，确定冷却水系统的能耗最优时的运行参数。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种中央空调冷却水系统的节能控制方法，中央空调冷却水系统包括：冷水机组、冷却塔风机、冷却水泵、上位机、控制器、拓展模块、第一变频器、第二变频器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器；第一流量传感器、第二流量传感器；第一转速传感器、第二转速传感器；第一电量采集传感器、第二电量采集传感器、第三电量采集传感器；第五温度传感器；

上位机与控制器相连接；控制器与拓展模块相连接；控制器通过拓展模块的输出端口连接第一变频器、第二变频器的输入端口，拓展模块的输入端口连接第一变频器、第二变频器、第一转速传感器、第二转速传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第五温度传感器、第一电量采集传感器、第二电量采集传感器和第三电量采集传感器的输出端口；第一变频器和第二变频器分别安装在冷却水泵和冷却塔风机上；第一转速传感器、第一电量采集传感器分别安装在冷却塔风机上，用于测量冷却塔风机的转速和电量；第二转速传感器、第二电量采集传感器均安装在冷却水泵上，用于测量冷却水泵的转速和电量；第三电量采集传感器安装在冷水机组上，用于测量冷水机组的电量；第一温度传感器、第二温度传感器和第一流量传感器均安装在冷却水管上，分别用于测量冷却水管中冷却水的供水温度、回水温度和水流量；第三温度传感器、第四温度传感器和第二流量传感器均安装在冷冻水管上，分别用于测量冷冻水管中冷冻水的供水温度、回水温度和水流量；第五温度传感器安装在冷却塔外，用于采集冷却塔附近湿球温度。

中央空调冷却水系统的节能控制方法包括以下步骤：

建立冷水机组能耗模型；

建立冷却塔风机能耗模型；

基于所述冷水机组能耗模型以及所述冷却塔风机能耗模型，确定第一冷却塔风机频率，所述第一冷却塔风机频率为冷水机组和冷却塔风机的能耗之和最小时对应的冷却塔风机频率。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述建立冷水机组能耗模型包括：

获取冷冻水供水温度、冷冻水回水温度、冷冻水流量、冷却塔出水温度，以及冷水机组的功率；

基于所述冷冻水供水温度、所述冷冻水回水温度，以及所述冷冻水流量，确定所述冷水机组的负荷；

基于所述冷冻水供水温度、所述冷却塔出水温度、所述冷水机组的功率、所述冷水机组负荷，以及冷水机组能耗模型，确定所述冷水机组能耗模型的模型参数。

具体的，所述冷水机组能耗模型为如下公式：

其中，P_ch为冷水机组的功率，T_cws为冷却塔出水温度，T_chws为冷冻水供水温度，Q_ch为冷水机组的负荷，a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅为冷机能耗模型的模型参数。

具体的，所述冷水机组的负荷通过如下公式获得：

Q_ch＝cmΔT；

其中，c为冷水定压比热，此参数为定值且为已知，m为冷冻水流量；ΔT为冷冻水供回水管温差，即冷冻水的供水温度与回水温度的差值。

具体的，所述建立冷却塔风机能耗模型，包括：

获取冷却塔风机额定功率、冷却塔风机部分负荷率以及冷却塔风机实际功率；

基于所述冷却塔风机额定功率、冷却塔风机部分负荷率、冷却塔风机实际功率，以及冷却塔风机能耗模型，确定所述冷却塔风机能耗模型的模型参数。

具体的，所述冷却塔风机能耗模型为如下公式：

P_tfan＝P_tfan,nom(e₀+e₁PLR+e₂PLR²+e₃PLR³)

其中，P_tfan为冷却塔风机实际功率，P_tfan,nom为冷却塔风机额定功率，PLR为冷却塔风机部分负荷率；

具体的，所述冷却塔风机部分负荷率通过如下公式获得：

其中，f_a为冷却塔风机实际频率，f_a,nom为冷却塔风机额定频率。

本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中具有计算机程序代码，当所述计算机程序代码在处理器上运行时，使得所述处理器执行所述的中央空调冷却水系统的节能控制方法。

本发明还提供一种计算机程序产品，该程序产品储存有上述处理器执行的计算机软件指令，该计算机软件指令包含用于执行上面所述方案的程序。

本发明还提供一种通信装置，该装置包括收发器、处理器以及存储器，收发器，用于收发信息，或者用于与其他网元通信；存储器，用于存储计算机执行指令；处理器，用于执行计算机执行指令实现上述中央空调冷却水系统的节能控制方法。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明通过建立中央空调冷却水系统中的冷水机组和冷却塔风机的能耗模型，能够根据该冷水机组和冷却塔风机的能耗模型，用机理分析方法确定冷水机组和冷却塔风机的能耗之和最小时对应的最佳冷却塔风机频率，使得冷却水系统的能耗达到最佳。因此解决了现有技术中仅降低冷水机组的能耗或者仅降低冷却塔风机的能耗，导致冷却水系统的能耗不能达到最优的问题。而且相对于现有技术中采集多组变量的实际检测值确定冷却水系统能耗较低时的运行参数相比，本申请实施例的方法较为简单，而且能够通过能耗模型预测和控制冷却水系统的参数，使得冷却水系统的能耗达到最优。本申请实施例提供的方法同时解决了工程应用中某些变量难以检测的问题，节约成本，提高冷却水系统的运行效率。

附图说明

图1为现有技术的一种中央空调冷却水系统的组成示意图；

图2为本申请实施例提供的一种中央空调冷却水系统的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种计算机结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种中央空调冷却水系统的节能控制方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种中央空调冷却水系统的节能控制方法的应用示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种中央空调冷却水系统的节能控制方法的应用示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种中央空调冷却水系统的节能控制方法的应用示意图；

图8为本申请实施例提供的一种中央空调冷却水节能控制装置的组成示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种中央空调冷却水节能控制装置的组成示意图。

图中各标号表示为:1-冷却塔及冷却塔风机，2-冷却水泵，3-冷水机组，4-冷冻水泵，5-冷却水管，6-冷冻水管；7-上位机，8-控制器，9-拓展模块，10-第一变频器，11-第二变频器，12-第一转速传感器，13-第一电量采集传感器，14-第二转速传感器，15-第二电量采集传感器，16-第三电量采集传感器，17-第一温度传感器，18-第二温度传感器，19-第一流量传感器，20-第三温度传感器，21-第四温度传感器，22-第二流量传感器，23-第五温度传感器；300-计算机，301-第一处理器，302-存储器，303-收发器，304-通信总线，305-第二处理器；800-第一控制装置，801-通信模块，802-处理模块；900-第二控制装置，901-控制装置处理器，902-控制装置收发器，903-控制装置存储器。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请的技术方案进行描述。在本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c或a-b-c，其中a、b和c可以是单个，也可以是多个。另外，为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。比如，本申请实施例中的第一终端中的“第一”和第二终端中的“第二”仅用于区分不同的终端。

需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本申请实施例提供一种中央空调冷却水系统的节能控制方法，该方法可以应用于图1所示的中央空调水系统中。该中央空调水系统包括冷冻水系统和冷却水系统，图1仅是示例性的示意中央空调水系统的结构。

如图1所示，该中央空调水系统包括冷却塔及冷却塔风机1、冷却水泵2、冷水机组3、冷冻水泵4、冷却水管5、冷冻水管6。

冷水机组3中通过制冷剂不同状态下的循环传递热量。低温低压的制冷剂经过压缩机加压后再经冷凝器冷却成为高温高压液体，通过节流阀泄压后迅速汽化进入蒸发器，吸收冷冻水管道中的热量成为低温低压的气体，降温后的冷冻水将冷量传递给送风管道中的新风系统。制冷剂在上述设备之间不断循环，使冷凝器侧温度变高、蒸发器侧温度变低，完成热量不断转移的过程。

图1所示的水系统运行时，冷冻水泵4驱动冷冻水流动将用户侧的热量带回到冷水机组3，然后通过与冷水机组3中的蒸发器进行热交换将热量传递给冷水机组3内的制冷剂，随后通过制冷剂的循环将热量带到冷水机组3的冷凝器，接着在冷凝器处通过与冷却水泵2驱动的冷却水进行热交换，将热量传递给冷却水。通过冷却水泵2将冷却水带入冷却塔内，然后通过冷却塔风机1的旋转将热量从冷却塔排出到室外，这样就实现了热量从室内到室外的转移。

如图2所示，本申请中的中央空调冷却水系统的节能控制方法可以应用于图2所示的中央空调冷却水系统，该中央空调冷却水系统包括上位机7、控制器8、拓展模块9、第一变频器10、第二变频器11、第一温度传感器17、第二温度传感器18、第三温度传感器20、第四温度传感器21；第一流量传感器19、第二流量传感器22；第一转速传感器12、第二转速传感器14；第一电量采集传感器13、第二电量采集传感器15、第三电量采集传感器16；第五温度传感器23(湿球温度传感器)。

其中，上位机7通过线缆与控制器8相连接；控制器8通过线缆与拓展模块9相连接；控制器8通过拓展模块9的输出端口连接第一变频器10、第二变频器11的输入端口，拓展模块9的输入端口连接第一变频器10、第二变频器11、第一转速传感器12、第二转速传感器14、第一温度传感器17、第二温度传感器18、第三温度传感器20、第四温度传感器21、第一流量传感器19、第二流量传感器22、第五温度传感器23、第一电量采集传感器13、第二电量采集传感器15和第三电量采集传感器16的输出端口；

第一变频器10和第二变频器11分别安装在冷却水泵2和冷却塔风机1上；第一转速传感器12、第一电量采集传感器13分别安装在冷却塔风机1上，用于测量冷却塔风机1的转速和电量；第二转速传感器14、第二电量采集传感器15均安装在冷却水泵2上；用于测量冷却水泵的转速和电量；第三电量采集传感器16安装在冷水机组3上，用于测量冷水机组的电量；第一温度传感器17、第二温度传感器18和第一流量传感器19均安装在冷却水管5上，分别用于测量冷却水管5中冷却水的供水温度、回水温度和水流量；第三温度传感器20、第四温度传感器21和第二流量传感器22均安装在冷冻水管6上，分别用于测量冷冻水管6中冷冻水的供水温度、回水温度和水流量；第五温度传感器23安装在冷却塔外，用于采集冷却塔附近湿球温度。

需要说明的是，图2仅是示例性的说明中央空调冷却水系统的结构，实际应用中，中央空调冷却水系统可以包括比图2所示更多或更少的部件，本申请实施例对于中央空调冷却水系统的具体结构并不进行限定。

本申请提供的中央空调冷却水系统的节能控制方法可以应用于在计算机中，该计算机可以为桌面型、膝上型、笔记本电脑、超级移动个人计算机(Ultra-mobile PersonalComputer，UMPC)、手持计算机、上网本、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等设备，本申请实施例中对计算机的具体形式不做特殊限制。

图3为本申请实施例提供的一种计算机300的结构示意图。如图3所示，该计算机300包括：至少一个处理器，存储器302、收发器303以及通信总线304。

下面结合图3对该计算机的各个构成部件进行具体的介绍：

处理器是计算机的控制中心，可以是一个处理器，也可以是多个处理元件的统称。例如，处理器是一个中央处理器(central processing unit，CPU)，也可以是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路，例如：一个或多个微处理器(digital signal processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)。

其中，处理器可以通过运行或执行存储在存储器302内的软件程序，以及调用存储在存储器302内的数据，执行终端设备的各种功能。

在具体的实现中，作为一种实施例，处理器可以包括一个或多个CPU，例如图3中所示的CPU0和CPU1。

在具体实现中，作为一种实施例，计算机可以包括多个处理器，例如图3中所示的第一处理器301和第二处理器305。这些处理器中的每一个可以是一个单核处理器(single-CPU)，也可以是一个多核处理器(multi-CPU)。这里的处理器可以指一个或多个计算机、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。

存储器302可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器302可以是独立存在，通过通信总线304与处理器相连接。存储器302也可以和处理器集成在一起。

其中，所述存储器302用于存储执行本发明方案的软件程序，并由处理器来控制执行。

收发器303，用于与其他通信设备之间进行通信。当然，收发器303还可以用于与通信网络通信，如以太网，无线接入网(radio access network，RAN)，无线局域网(WirelessLocal Area Networks，WLAN)等。收发器303可以包括接收单元实现接收功能，以及发送单元实现发送功能。

通信总线304，可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部通信设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图3中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

图3中示出的计算机结构并不构成对计算机的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

为了解决现有技术中仅降低冷水机组的能耗或者仅降低冷却塔风机的能耗，导致冷却水系统的能耗不能达到最优的问题，本申请实施例提供了一种中央空调冷却水系统节能控制方法，能够降低冷却水系统的能耗，提升冷却水系统的运行效率。该方法通过建立冷水机组和冷却塔风机的能耗模型，根据这两个能耗模型，能够确定冷却水系统能耗最低点对应的运行参数，相对于现有技术中采集多组变量的实际检测值确定冷却水系统能耗较低时的运行参数相比，本申请实施例的方法较为简单，而且能够通过能耗模型预测和控制冷却水系统的运行参数，使得冷却水系统的能耗达到最优。

示例性的，冷却水系统能耗主要包含冷水机组能耗、冷却塔风机能耗及冷却水泵能耗，本申请在不考虑冷却水泵能耗的情况下，冷水机组能耗以及冷却塔风机能耗均与冷却塔出水温度密切相关。在一定温度变化的范围内，适当的降低冷却塔出水温度，可降低冷水机组的能耗，系统的制冷系数COP会有所提高，但冷却塔出水温度的降低会使冷却水泵或风机的能耗增加，故冷却塔出水温度的降低对于整个系统是否节能还有待于比较和分析。相反，若升高冷却塔出水温度，冷水机组的能耗将增加，系统的制冷系数COP会有所降低，但冷却塔出水温度的升高会使冷却水泵或风机的能耗降低，故系统总能耗是否节能需全面考虑各设备运行情况后决定。为此，本申请实施例提供了一种中央空调冷却水系统的节能控制方法，通过建立某一负荷率下冷水机组和冷却塔风机能耗模型，根据模型确定最佳的冷却塔出水温度，从而能够使得冷却水系统的性能最优。

如图4所示，为本申请实施例提供的一种中央空调冷却水系统的节能控制方法，该方法包括步骤S401-S403。

S401、建立冷水机组能耗模型。

示例性的，该冷水机组能耗模型可以表示某一冷水机组负荷下，冷水机组的功率与冷冻水及冷却水温度之间的关系。

示例性的，一种实现方式中，上述冷水机组的能耗模型可以用如下公式表示：

其中，P_ch为冷水机组的功率，T_cws为冷却塔出水温度，T_chws为冷冻水供水温度，Q_ch为冷水机组的负荷，a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅为冷机能耗模型的模型参数。

示例性的，另一种实现方式中，上述冷水机组的能耗模型可以用如下公式表示：

p_ch＝Q_nomCOP_nomPLR_adjT_adj；

式中：p_ch为冷水机组的功率，Q_nom为冷水机组的制冷容量，COP_nom为冷水机组的额定能效，

PLR_adj为冷水机组的实际负荷率，T_adj为冷水机组的实际温度调节系数，Q_ch为冷水机组的实际负荷，T_chws为冷冻水供水温度，T_cws为冷却水出水温度，b₀,b₁,b₂,c₀,c₁,c₂,c₃,c₄,c₅为冷水机组能耗模型的模型参数。

可以理解的，本申请实施例对于冷水机组能耗模型的具体形式并不进行限定，在此仅是示例性的列举了两种冷水机组能耗模型。下述实施例仅以冷水机组能耗模型为第一种形式为例进行说明。

需要说明的是，上述冷水机组能耗模型是某一负荷率下的冷水机组能耗模型，即该冷水机组的实际负荷基本保持不变或在一定的阈值范围内时，可以建立该负荷率下的冷水机组能耗模型。下述实施例仅以室外湿球温度为21℃，冷水机组的负荷率为90％，冷水机组的实际负荷在±5％范围内为例。

示例性的，上述建立冷水机组能耗模型，具体可以包括步骤S401a-步骤S401b。

S401a、获取冷冻水供水温度、冷冻水回水温度、冷冻水流量、冷却塔出水温度，以及冷水机组的功率。

示例性的，上述步骤S401a中获取的冷冻水供水温度、冷却塔出水温度、冷水机组的功率以及冷水机组的负荷，是在上述冷水机组的负荷率在90％左右(±5％)，湿球温度在21℃时，通过第三温度传感器20测量冷冻水供水温度T_chws，通过第四温度传感器21测量冷冻水回水温度T_chwr，第二流量传感器22测量冷冻水流量m，第一温度传感器17测量冷却塔出水温度T_cws、第三电量采集传感器16采集冷水机组的功率。

S401b、基于冷冻水供水温度、冷冻水回水温度，以及冷冻水流量，确定冷水机组的负荷。

示例性的，该冷水机组的负荷可以采用如下公式计算。

Q_ch＝cmρΔt；

Δt＝T_chwr-T_chws；

其中，Q_ch为冷水机组的负荷，Δt为冷冻水供回水温差，T_chws为冷冻水供水温度，T_chwr为冷冻水回水温度，c为水的比热容，m为冷冻水流量，ρ为水的密度。

S401c、基于冷冻水供水温度、冷却塔出水温度、冷水机组的功率、冷水机组负荷，以及冷水机组能耗模型，获取冷水机组能耗模型的模型参数。

示例性的，上述步骤S401c中获取冷水机组能耗模型的模型参数时，由于冷水机组的能耗模型已知，因此可以采用最小二乘法、递推最小二乘法、广义最小二乘法等辨识方法进行模型参数的辨识。本申请实施例对于获取冷水机组能耗模型参数时的具体辨识方法并不进行限定，在此仅是示例性说明。

需要说明的是，为了使辨识的精度更高，获取本申请实施例的上述温度和功率参数时，需确保空调冷冻水系统和风系统的稳定运行。例如，在送风温度为12℃，冷冻水供水温度为7.5℃，冷冻水回水温度为12℃，室外湿球温度为21℃，负荷率为90％，负荷在±5％内波动即实际负荷范围为15.39kW～17.01kW时，采集上述温度和功率参数。

可以理解的，对于采用最小二乘法获取冷水机组能耗模型的模型参数的具体过程，本申请实施例对此并不进行限定，具体可以参考现有的模型辨识方法。

可选的，为了建立某一负荷率下冷水机组的能耗模型，在Labview环境中编写数据采集程序，设定采集时间为每10s采集一组，将采集到的数据进行处理后，选择当天同一湿球温度下负荷分布较多的数据区间进行辨识，选择实际负荷为8.5kW即负荷率为47.2％，负荷在±5％内波动即实际负荷范围为8.075kW～8.925kW的输入输出数据，最终选择1000组数据对冷水机组能耗模型进行辨识，得到冷水机组能耗模型如下式。

P_ch＝9.0645-0.8588(T_cws-T_chws)+0.0252(T_cws-T_chws)²+0.5074*Q_ch-0.007*Q_ch ²-0.0122*Q_ch*(T_cws-T_chws)

S402、建立冷却塔风机能耗模型。

示例性的，冷却塔风机能耗模型可以表示冷却塔风机的实际功率和冷却塔风机部分负荷率之间的关系。

示例性的，冷却塔风机能耗模型的一种实现方式为如下公式：

P_tfan＝P_tfan,nom(e₀+e₁PLR+e₂PLR²+e₃PLR³)；

其中，P_tfan为冷却塔风机实际功率，P_tfan,nom为冷却塔风机额定功率，PLR为冷却塔风机部分负荷率，m_a为冷却塔风机的空气流量，m_a,nom为冷却塔风机的额定空气流量。

需要说明的是，由于冷却塔空气流量无法测量，而冷却塔空气流量和风机频率成正比，因此可以用冷却塔风机频率来表示空气流量。

可以理解的，本申请实施例对于冷却塔风机能耗模型的具体形式并不进行限定，在此仅是示例性的说明。

示例性的，上述建立冷却塔风机能耗模型，具体可以包括步骤S402a-步骤S402c。

S402a、获取冷却塔风机额定功率、冷却塔风机实际频率，以及冷却塔风机实际功率。

示例性的，结合图2所示，可以通过第三电量传感器16获取冷却塔风机实际功率，通过第一转速传感器12获取冷却塔风机实际频率。

S402b、根据冷却塔风机实际频率以及冷却塔风机额定频率，确定冷却塔风机部分负荷率。

其中，f_a为冷却塔风机实际频率，f_a,nom为冷却塔风机额定频率。

示例性的，冷却塔风机额定频率f_a,nom为50Hz。

S402c、基于冷却塔风机额定功率、冷却塔风机部分负荷率、冷却塔风机实际功率，以及冷却塔风机能耗模型，确定冷却塔风机能耗模型的模型参数。

示例性的，上述步骤S402c中获取冷却塔风机能耗模型的模型参数时，由于冷却塔风机能耗模型已知，因此可以采用最小二乘法、递推最小二乘法、广义最小二乘法等辨识方法进行模型参数的辨识。本申请实施例对于获取冷却塔风机能耗模型的模型参数时的具体辨识方法并不进行限定，在此仅是示例性说明。

可选的，冷却塔风机频率的线性工作区间为20-50Hz，可以通过最小二乘法进行数据拟合，得到冷却塔风机能耗模型，如下式。

P_fan＝0.1418-5.785*10^-7f-9.6987*10^-6f²+4.575*10^-6f³

S403、基于冷水机组能耗模型以及冷却塔风机能耗模型，确定第一冷却塔风机频率。

该第一冷却塔风机频率为冷水机组和冷却塔风机的能耗之和最小时对应的冷却塔风机频率。

示例性的，冷水机组能耗可以表示为p_ch＝g₁(f_fan)，冷却塔风机能耗可以表示为P_tfan＝g₂(f_fan)，即冷水机组能耗模型和冷却塔风机能耗模型均与冷却塔风机频率相关，因此可以根据冷水机组能耗模型以及冷却塔风机能耗模型求得冷却水系统能耗最低时的冷却塔风机频率。

例如，根据前述步骤获得的冷水机组能耗模型以及冷却机组能耗模型可以获得冷却水系统能耗模型，如下式。

可以理解的，由于冷却塔出水温度与冷却塔风机频率相关，因此可以根据冷却塔出水温度与冷却塔风机频率之间的关系，在冷冻水供水温度一定的情况下，上述冷却水系统能耗模型仅与冷却塔风机频率相关，因此可以获得冷却水系统能耗最小时对应的冷却塔风机频率。

示例性的，上述冷却塔出水温度与冷却塔风机频率之间的对应关系可以表示为：T_cws＝31.9872-0.1579*f。

该冷却水系统能耗最小的约束条件为：

Q_ch,min≤Q_ch≤Q_ch,max

f_min≤f≤f_max

T_cws,min≤T_cws≤T_cws,max；

根据上述公式，可以获得冷却塔风机能耗和冷水机组能耗最小时，冷却塔风机频率f＝31.68Hz，即在负荷率为90％、室外湿球温度为21℃时，第一冷却塔风机频率为31.68Hz。冷却塔风机频率为31.68Hz时对应的冷却塔出水温度为28℃。可以理解的，本申请实施例通过在负荷率和室外湿球温度一定的情况下，通过建立的冷机能耗模型和冷却塔风机能耗模型，可以确定该工况下的冷却塔风机频率及相应的最佳冷却塔出水温度。

可以理解的，本申请实施例采用基于冷水机组能耗模型以及冷却塔风机能耗模型，确定冷水机组和冷却塔风机的能耗之和最小时对应的第一冷却塔风机频率，是采用了相对简单的机理分析方法，为确定最佳的冷却塔风机频率(或冷却塔出水温度)，提供了条件。

如图5-7所示，为不同冷却塔风机频率时冷水机组能耗、冷却塔风机能耗，以及冷水机组和冷却塔风机的能耗之和的示意图。根据图5-7可知，在室外湿球温度为21℃、负荷率约为90％时，冷却塔风机频率为32Hz时能耗最低(此时冷却塔出水温度为28℃)，能耗值为4.51kW。冷却塔风机定频运行时的能耗值为4.85kW，故节能率为7％。可以理解的，本申请实施例仅是示例性的建立了室外湿球温度为21℃、负荷率为90％时的冷水机组能耗模型，实际应用中，可以根据上述方法，建立不同湿球温度及不同负荷率下的冷水机组能耗模型和冷却塔风机能耗模型，并根据空调实际运工况选择对应的模型，确定冷却塔风机频率及相应的最佳的冷却塔出水温度值，以提高冷却水系统的运行效率，减小空调冷却水系统能耗。

上述主要从方法步骤的角度对本申请实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，中央空调冷却水系统控制装置为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。

示例性的，图8示出了一种中央空调冷却水节能控制装置的结构示意图，为了区分，将该控制装置设为第一控制装置，第一该控制装置800包括：通信模块801、处理模块802。处理模块802可以通过通信模块801执行图4中的步骤S401-S403，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。可以理解的，通信模块801还用于收发信息，或者用于与其他网元通信，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。其中，上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，在此不再赘述。

示例性的，图9示出了另一种中央空调冷却水节能控制装置的结构示意图。为了区分，将该控制装置设为第二控制装置，第二控制装置900包括：控制装置处理器901和控制装置收发器902，该控制装置处理器901用于通过控制装置收发器902执行图4中的步骤S401-S403，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。可选的，上述控制装置900还可以包括控制装置存储器903，该控制装置存储器903用于第二控制装置900执行上文所提供的任一中央空调冷却水系统的节能控制方法所对应的程序代码和数据。该存储器903可以为只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)等。该第二控制装置900可以为图3所示的计算机，上述图3涉及的各部件的所有相关内容的描述均可以援引到图9对应部件的功能描述，在此不再赘述。

结合本申请公开内容所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现，本申请实施例对此并不进行限定。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种中央空调冷却水系统的节能控制方法，其特征在于，中央空调冷却水系统包括：冷水机组(3)、冷却塔风机(1)、冷却水泵(2)、上位机(7)、控制器(8)、拓展模块(9)、第一变频器(10)、第二变频器(11)、第一温度传感器(17)、第二温度传感器(18)、第三温度传感器(20)、第四温度传感器(21)；第一流量传感器(19)、第二流量传感器(22)；第一转速传感器(12)、第二转速传感器(14)；第一电量采集传感器(13)、第二电量采集传感器(15)、第三电量采集传感器(16)；第五温度传感器(23)；

所述上位机(7)与控制器(8)相连接；控制器(8)与拓展模块(9)相连接；控制器(8)通过拓展模块(9)的输出端口连接第一变频器(10)、第二变频器(11)的输入端口，拓展模块(9)的输入端口连接第一变频器(10)、第二变频器(11)、第一转速传感器(12)、第二转速传感器(14)、第一温度传感器(17)、第二温度传感器(18)、第三温度传感器(20)、第四温度传感器(21)、第一流量传感器(19)、第二流量传感器(22)、第五温度传感器(23)、第一电量采集传感器(13)、第二电量采集传感器(15)和第三电量采集传感器(16)的输出端口；第一变频器(10)和第二变频器(11)分别安装在冷却水泵(2)和冷却塔风机(1)上；第一转速传感器(12)、第一电量采集传感器(13)分别安装在冷却塔风机(1)上，用于测量冷却塔风机(1)的转速和电量；第二转速传感器(14)、第二电量采集传感器(15)均安装在冷却水泵(2)上，用于测量冷却水泵(2)的转速和电量；第三电量采集传感器(16)安装在冷水机组(3)上，用于测量冷水机组(3)的电量；第一温度传感器(17)、第二温度传感器(18)和第一流量传感器(19)均安装在冷却水管(5)上，分别用于测量冷却水管(5)中冷却水的供水温度、回水温度和水流量；第三温度传感器(20)、第四温度传感器(21)和第二流量传感器(22)均安装在冷冻水管(6)上，分别用于测量冷冻水管(6)中冷冻水的供水温度、回水温度和水流量；第五温度传感器(23)安装在冷却塔外，用于采集冷却塔附近湿球温度；

中央空调冷却水系统的节能控制方法包括以下步骤：

建立冷水机组能耗模型；

建立冷却塔风机能耗模型；

基于所述冷水机组能耗模型以及所述冷却塔风机能耗模型，确定第一冷却塔风机频率，所述第一冷却塔风机频率为冷水机组和冷却塔风机的能耗之和最小时对应的冷却塔风机频率。

2.如权利要求1所述的中央空调冷却水系统的节能控制方法，其特征在于，所述建立冷水机组能耗模型包括：

获取冷冻水供水温度、冷冻水回水温度、冷冻水流量、冷却塔出水温度，以及冷水机组的功率；

基于所述冷冻水供水温度、所述冷冻水回水温度，以及所述冷冻水流量，确定所述冷水机组的负荷；

基于所述冷冻水供水温度、所述冷却塔出水温度、所述冷水机组的功率、所述冷水机组负荷，以及冷水机组能耗模型，确定所述冷水机组能耗模型的模型参数。

3.如权利要求2所述的中央空调冷却水系统的节能控制方法，其特征在于，所述冷水机组能耗模型为如下公式：

其中，P_ch为冷水机组的功率，T_cws为冷却塔出水温度，T_chws为冷冻水供水温度，Q_ch为冷水机组的负荷，a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅为冷机能耗模型的模型参数。

4.根据权利要求3所述的中央空调冷却水系统的节能控制方法，其特征在于，所述冷水机组的负荷通过如下公式获得：

Q_ch＝cmΔT；

其中，c为冷水定压比热，此参数为定值且为已知，m为冷冻水流量；ΔT为冷冻水供回水管温差，即冷冻水的供水温度与回水温度的差值。

5.如权利要求1至4任一权利要求所述的中央空调冷却水系统的节能控制方法，其特征在于，所述建立冷却塔风机能耗模型，包括：

获取冷却塔风机额定功率、冷却塔风机部分负荷率以及冷却塔风机实际功率；

基于所述冷却塔风机额定功率、冷却塔风机部分负荷率、冷却塔风机实际功率，以及冷却塔风机能耗模型，确定所述冷却塔风机能耗模型的模型参数。

6.如权利要求5所述的中央空调冷却水系统的节能控制方法，其特征在于，所述冷却塔风机能耗模型为如下公式：

P_tfan＝P_tfan,nom(e₀+e₁PLR+e₂PLR²+e₃PLR³)

其中，P_tfan为冷却塔风机实际功率，P_tfan,nom为冷却塔风机额定功率，PLR为冷却塔风机部分负荷率。

7.根据权利要求6所述的中央空调冷却水系统的节能控制方法，其特征在于，所述冷却塔风机部分负荷率通过如下公式获得：

其中，f_a为冷却塔风机实际频率，f_a,nom为冷却塔风机额定频率。

Images