CN111692681A - 一种数字化空调水系统及评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空调通风节能技术领域，具体提供了一种数字化空调水系统及评价方法，包括冷水机组、冷冻水泵及管路，还包括能量调节阀、温度传感器、流量传感器、云平台服务器以及监控平台。通过分析管路的流量、供水温度、回水温度、温差及冷量，以及冷冻水供水温度、回水温度及总流量的信息数据，通过实时监测、积累运行数据，升级数据库，生成各设备的运行曲线，结合预设的评价策略，可对空调冷冻水系统运行状态进行在线评价和状况诊断。实现了空调冷冻水系统数字化、精准化、网络化和云端化；为数字化空调系统奠定基础。能在集中空调冷冻水系统设计中进行推广、借鉴和应用。

Description

一种数字化空调水系统及评价方法
技术领域
本发明属于空调通风节能技术领域，具体涉及一种数字化空调水系统及评价方法。
背景技术
当前集中空调冷冻水系统的自动化程度普遍较低，主要为传统定流量的运行方式，大功率水泵常年在工频状态下启停，不但提高了设备故障的发生率，还大大降低了设备的使用寿命，而且导致系统的运行能耗较高。由于空调系统的特点，系统绝大部分时间在部分负荷下运行，加之设备选型偏离等问题，循环水泵往往有较大余量，空调水系统普遍存在大流量、小温差运行的情况。
部分采用变流量设计的冷冻水系统，由于不能实时准确感知系统对流量的需求、电动二通调节阀动作与状态未知，普遍存在流量不平衡问题，难以达到预期的运行效果。随着使用年限的增长，系统逐渐出现阀门动作不灵、传感器偏差乃至失灵、水力失衡、空调器换热器换热性能下降的情况，系统运行效果越来越差。
另外，实际工程中，设计人员往往忽视冷冻水压差旁通阀选型的重要性，在实际运行中冷水机组流量的稳定性往往与设计有较大差距，旁通装置一般无法达到预期的效果，冷冻水无负荷旁通造成能量浪费，且为运行管理带来麻烦。
随着国内智能建筑的兴起，很多空调系统逐渐引入BAS系统，但是大部分只是实现了设备的自动启停和基本运行数据的记录，大量的运行数据也没有得到有效的监测和利用，运营人员无法深入了解冷冻水系统各末端的冷量分配和设备状况。若要实现空调冷冻水系统的精准平衡与分配，除了精细的管路系统设计，还需配置大量调节阀、控制阀、温度传感器、流量传感器等必要部件。对于较大、较复杂的空调水系统，几乎不可能实现。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中不能直观掌握空调冷冻水系统运行情况问题。
为此，本发明提供了一种数字化空调水系统，包括冷水机组、冷冻水泵及管路，还包括能量调节阀、温度传感器、流量传感器、云平台服务器以及监控平台；
所述能量调节阀用于实时采集总管用于实时采集各处管路内的流量、供水温度、回水温度及温差；
所述温度传感器用于实时采集每台冷水机组的供水温度及回水温度；
所示流量传感器用于实时采集每台冷冻水泵的冷冻水的流量；
所述云平台服务器用于接收所述能量调节阀、温度传感器及流量传感器的数据信息，并分时打包成汇总数据反馈至监控平台；
所述监控平台用于根据所述汇总数据实时监控各设备的运行状态及能耗数据并显示。
优选地，所述能量调节阀为数字式能量调节阀，所述数字式能量调节阀内部设有用于直接控制换热器冷量输出的数字逻辑控制器，所述数字逻辑控制器通过以太网与所述云平台服务器通讯连接。
优选地，所述数字逻辑控制器为PLC控制器。
优选地，所述冷冻水泵为可根据所述数字式能量调节阀的阀位信号调节转速的变频水泵。
优选地，所述设备包括冷水机组、冷冻水泵、管道及换热器。
优选地，所述管路包括总管及分管环路。
优选地，所述能量调节阀设置于所述总管及各分管环路处。
优选地，所述能量调节阀还用于采集冷水机组及冷冻水泵的冷量、功率及阀位开度。
优选地，所述流量传感器设置于所述冷冻水泵的进水侧。
本发明提供了一种数字化空调水评价方法，包括：
获取管路各处的流量、供水温度、回水温度、温差及冷量，以及冷冻水供水温度、回水温度及总流量的信息数据；
存储所述信息数据，并分析入口总管路流量G与环路累加流量∑Gi的流量差△G＝G-∑Gi，各环路温差△Ti；
根据所述流量差△G和各环路温差△Ti以及各自对应的历史数据，评价系统运行情况。
本发明的有益效果：本发明提供的这种数字化空调水系统及评价方法，包括冷水机组、冷冻水泵及管路，还包括能量调节阀、温度传感器、流量传感器、云平台服务器以及监控平台。通过分析管路的流量、供水温度、回水温度、温差及冷量，以及冷冻水供水温度、回水温度及总流量的信息数据，实时远程显示，并评估系统运行情况。
该方案易于实施，便于运营管理人员实时掌握空调冷冻水系统运行情况，实现空调水系统的精准节能运行，并及时发现系统问题。可解决常见的系统水力失调的问题，避免出现大流量小温差的现象。通过将相关数据采集并上传至云端，可直观掌握各支路流量及冷量实时分配情况。云平台服务器结合实时数据、数据库历史数据和预设的评价策略，对空调冷冻水系统运行状态进行在线评价。
通过实时监测、积累运行数据，升级数据库，生成各设备的运行曲线，结合预设的评价策略，可对空调冷冻水系统运行状态进行在线评价和状况诊断。实现了空调冷冻水系统数字化、精准化、网络化和云端化；为数字化空调系统奠定基础。具有明显的技术先进性，显著的经济性和很强的实用性，能在集中空调冷冻水系统设计中进行推广、借鉴和应用。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明数字化空调水系统的结构原理图。
附图标记说明：冷水机组1，冷冻水泵2，数字式能量调节阀3，温度传感器4，流量传感器5，空调末端设备6，压差旁通装置7，云平台服务器8，监控平台9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明实施例提供了一种数字化空调水系统，如图1所示，包括冷水机组1、冷冻水泵2及管路，还包括能量调节阀、温度传感器4、流量传感器5、云平台服务器8以及监控平台9；
所述能量调节阀用于实时采集总管用于实时采集各处管路内的流量、供水温度、回水温度及温差；
所述温度传感器4用于实时采集每台冷水机组1的供水温度及回水温度；
所示流量传感器5用于实时采集每台冷冻水泵2的冷冻水的流量；
所述云平台服务器8用于接收所述能量调节阀、温度传感器4及流量传感器5的数据信息，并分时打包成汇总数据反馈至监控平台9；各传感器的数据信息通过以太网与云平台服务器8实现数据通讯。云平台服务器8对能量调节阀、温度传感器4、流量传感器5上传的信息进行存储、分析、计算等处理，并将结果反馈监控平台9。云服务器通过积累运行数据，升级数据库，生成各设备的运行曲线，结合预设的评价策略，预设的评价策略可以是系统模拟状态下的各个设备及管道内的运行状态，通过将实际检测与评价策略进行比对分析得到整个系统的运行状态是否最佳。可对空调冷冻水系统运行状态进行在线评价。实现了空调冷冻水系统数字化、精准化、网络化和云端化。各传感器的数据可以是通过有线光路连接传输至云平台服务器8，然后云平台服务器8通过以太网传输至监控平台9。
所述监控平台9用于根据所述汇总数据实时监控各设备的运行状态及能耗数据并显示。监控平台9提供受控区域的工艺流程监视界面，能通过流程图界面直观的查看空调冷冻水系统设备的运行状态及能耗数据，并将结果以图表形式展示，或以报表形式输出。
该方案可解决各末端流量不平衡问题，精准控制冷量和流量分配；监测管路保温效果，从根本上提高空调冷冻水系统输配效率。且易于实施。
优选的方案，能量调节阀为数字式能量调节阀3，所述数字式能量调节阀3内部设有用于直接控制换热器冷量输出的数字逻辑控制器，所述数字逻辑控制器通过以太网与所述云平台服务器8通讯连接。数字式能量调节阀3设置于空调冷冻水系统的总管及各个环路，可实时采集该环路的流量、供回水温度及温差、冷量、功率及阀位开度，可准确控制该支路的冷量、流量和温差，起到按需分配的作用。且压差旁通装置7采用数字式能量调节阀3，确保旁通阀的最大设计流量为一台冷水机组1的最小允许流量。
数字式能量调节阀3设置于空调冷冻水系统的总管及各个环路，用于实时采集总管流量G，以及各环路的流量Gi、供水温度Tig、回水温度Tih、温差△Ti、冷量Qi、功率Wi及阀位开度βi。所述温度传感器4设置于冷水机组1的供回水管路，用于实时采集每台冷水机组1冷冻水的供水温度Tg和回水温度Th。
数字式能量调节阀3集数据测量、采集、控制和数据传输等功能于一体，自带温差管理程序；同时，又是一款压力无关型的电子式平衡阀。将其应用在空调冷冻水系统中，取代常规的电动调节阀和压差旁通阀以及传感器，可解决常见的系统水力失调的问题，避免出现大流量小温差的现象。通过将相关数据上传至云端，可直观掌握各支路流量及冷量分配情况。
优选的方案，所述数字逻辑控制器为PLC控制器。数字式能量调节阀3内置PLC控制器，可直接精确控制换热器冷量输出。
优选的方案，所述冷冻水泵2为可根据所述数字式能量调节阀3的阀位信号调节转速的变频水泵。
优选的方案，流量传感器5设置于冷冻水泵2进水侧，用于实时采集每台冷冻水泵2的冷冻水的流量Gi。
本发明还提供了一种一种数字化空调水评价方法，包括：
获取管路各处的流量、供水温度、回水温度、温差及冷量，以及冷冻水供水温度、回水温度及总流量的信息数据；
存储所述信息数据，并分析入口总管路流量G与环路累加流量∑Gi的流量差△G＝G-∑Gi，各环路温差△Ti；
根据所述流量差△G和各环路温差△Ti以及各自对应的历史数据，评价系统运行情况。
具体地包括三个步骤：
步骤1，获取待评价空调冷冻水系统的多个参数，包括(1)各环路的流量Gi、供水温度Tig、回水温度Tih、温差△Ti、冷量Qi、功率Wi及阀位开度βi；(2)冷冻水的供水温度Tg和回水温度Th；(3)冷冻水的总流量G。
步骤2，云平台服务器存储、分析、计算各所述空调冷冻水系统参数，确定系统总流量G与环路累加总流量∑Gi的流量差△G＝G-∑Gi，各环路温差△Ti。
步骤3，根据所述流量差△G和各环路温差△Ti，结合数据库中历史数据，以及预设的评价策略，评价空调冷冻水系统运行情况。
下面结合具体的工程实际列举几个示例，对上述评价过程进行说明：
待评价对象为数字化空调冷冻水系统，设有一台额定制冷量为1100kW的冷水机组1，一台变频冷冻水泵2，共有两个环路，一个环路额定冷量Q1＝620kW，另一个环路额定冷量Q2＝480kW，两个环路各设置一个数字式能量调节阀3。
例子1，在某时刻，环路1数字式能量调节阀3反馈该环路冷量Q1＝300kW；环路2数字式能量调节阀3反馈该环路冷量Q1＝250kW；冷水机组1提供的总冷量Q＝550kW。可以看出，空调冷冻水系统在部分负荷下运行，此时的空调负荷约为设计负荷的50％。
例子2，在某时刻，环路1数字式能量调节阀3反馈该环路冷量Q1＝500kW；环路2数字式能量调节阀3反馈该环路冷量Q1＝360kW；此时，冷水机组1提供的总冷量Q＝940kW。根据计算，冷量差△Q与系统总冷量Q比率为(Q-∑Qi)/Q＝8.5％。该比率大小取决于末端换热器性能、传输距离、管路保温、水泵温升等情况，正常情况下在一定范围内波动，可根据历史数据确定波动范围。数据库中历史数据显示，系统正常运行时该比例为3％～5％，因此可以判断该空调冷冻水系统运行不正常，可能某个环路换热器换热性能老化，或者水系统保温层出现损坏。
例子3，云平台服务器8累计记录环路1换热器的水流量G、换热量Q和温差△T等参数，并利用数据库历史数据绘制换热器特性图，可用于分析环路1换热器的实际换热能力。同理可得到环路2换热器的特性图。从特性图中可以确定功率饱和点，即流经换热器的流量等于额定换热量所对应的流量，从而限定该环路数字式能量调节阀3的温差△T和最大流量值。
例子4，观察环路1换热器的特性图，发现该换热器运行在无效区域，即超出换热饱和点，说明换热器出现老化，换热效果变差，不论增加多少流量，换热器也不能产生更多热交换量，系统能效逐渐减低。根据历史运行数据，需重新调整该环路数字式能量调节阀3的温差△T和最大流量值。
例子5，云平台服务器8根据预测的室外天气和数据库中历史的室内外天气数据，建立空调冷冻水系统各末端的预测空调负荷，空调冷冻水系统据此实现前馈控制。在正常运行时，再根据室内外实际温度变化，对负荷进行实时修正。
本发明的有益效果：本发明提供的这种数字化空调水系统及评价方法，包括冷水机组、冷冻水泵及管路，还包括能量调节阀、温度传感器、流量传感器、云平台服务器以及监控平台。通过分析管路的流量、供水温度、回水温度、温差及冷量，以及冷冻水供水温度、回水温度及总流量的信息数据，实时远程显示，并评估系统运行情况。
该方案易于实施，便于运营管理人员实时掌握空调冷冻水系统运行情况，实现空调水系统的精准节能运行，并及时发现系统问题。可解决常见的系统水力失调的问题，避免出现大流量小温差的现象。通过将相关数据采集并上传至云端，可直观掌握各支路流量及冷量实时分配情况。云平台服务器结合实时数据、数据库历史数据和预设的评价策略，对空调冷冻水系统运行状态进行在线评价。
通过实时监测、积累运行数据，升级数据库，生成各设备的运行曲线，结合预设的评价策略，可对空调冷冻水系统运行状态进行在线评价和状况诊断。实现了空调冷冻水系统数字化、精准化、网络化和云端化；为数字化空调系统奠定基础。具有明显的技术先进性，显著的经济性和很强的实用性，能在集中空调冷冻水系统设计中进行推广、借鉴和应用。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字化空调水系统，包括冷水机组、冷冻水泵及管路，其特征在于：还包括能量调节阀、温度传感器、流量传感器、云平台服务器以及监控平台；
所述能量调节阀用于实时采集总管用于实时采集各处管路内的流量、供水温度、回水温度及温差；
所述温度传感器用于实时采集每台冷水机组的供水温度及回水温度；
所示流量传感器用于实时采集每台冷冻水泵的冷冻水的流量；
所述云平台服务器用于接收所述能量调节阀、温度传感器及流量传感器的数据信息，并分时打包成汇总数据反馈至监控平台；
所述监控平台用于根据所述汇总数据实时监控各设备的运行状态及能耗数据并显示。
2.根据权利要求1所述的数字化空调水系统，其特征在于：所述能量调节阀为数字式能量调节阀，所述数字式能量调节阀内部设有用于直接控制换热器冷量输出的数字逻辑控制器，所述数字逻辑控制器通过以太网与所述云平台服务器通讯连接。
3.根据权利要求2所述的数字化空调水系统，其特征在于：所述数字逻辑控制器为PLC控制器。
4.根据权利要求2所述的数字化空调水系统，其特征在于：所述冷冻水泵为可根据所述数字式能量调节阀的阀位信号调节转速的变频水泵。
5.根据权利要求1所述的数字化空调水系统，其特征在于：所述设备包括冷水机组、冷冻水泵、管道及换热器。
6.根据权利要求1所述的数字化空调水系统，其特征在于：所述管路包括总管及分管环路。
7.根据权利要求6所述的数字化空调水系统，其特征在于：所述能量调节阀设置于所述总管及各分管环路处。
8.根据权利要求1所述的数字化空调水系统，其特征在于：所述能量调节阀还用于采集冷水机组及冷冻水泵的冷量、功率及阀位开度。
9.根据权利要求1所述的数字化空调水系统，其特征在于：所述流量传感器设置于所述冷冻水泵的进水侧。
10.一种数字化空调水评价方法，其特征在于，包括：
获取管路各处的流量、供水温度、回水温度、温差及冷量，以及冷冻水供水温度、回水温度及总流量的信息数据；
存储所述信息数据，并分析入口总管路流量G与环路累加流量∑Gi的流量差△G＝G-∑Gi，各环路温差△Ti；
根据所述流量差△G和各环路温差△Ti以及各自对应的历史数据，评价系统运行情况。
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