CN112556098A - 一种动态水力平衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态水力平衡控制方法，克服现有技术空调能耗降低效率低的问题，包括提供了基于水力平衡的能量动态调节功能，实现空调管网系统的能量动态检测和自动调节，确保各支路的水力平衡和制冷效果均衡，考虑到空调系统冷冻水循环泵变流量调节的下限流量问题，以保护主机和系统的下限的流量安全，根据所测温差及流量利用系统的模糊预判断技术通过分水器各环路出口的电动调节阀动态调节各环路所需冷冻水流量，实现各环路的冷量平衡，同时利用每个环路的下限流量来保证每个环路空调的使用效果，使每个环路达到冷量和能量的双重平衡。本发明实现了冷冻水系统基于水力分配平衡的动态水力平衡优化控制，降低空调整体能耗。

Description

一种动态水力平衡控制方法

技术领域

本发明涉及中央空调控制技术领域，尤其是涉及一种动态水力平衡控制方法。

背景技术

中央空调是现代化建筑不可缺少的重要设备之一，但中央空调在改善和提高建筑内部环境质量的同时也带来了巨大的能源消耗，大大增加了建筑的运营成本。据调查统计，在现代楼宇建筑中，中央空调的能耗约占整个建筑物总能耗的50％左右，而酒店和综合大楼等商业建筑可能要高达60％以上，如何既能满足空调服务质量，又能降低空调的能耗，一直是管理者们迫切盼望解决的一大难题。

近年来，随着自动化控制技术的发展，计算机技术和变频技术日趋完善，智能模糊控制技术已被成功引入和应用在中央空调控制领域。只有在系统的水力平衡时，主机(冷机)和控制系统才能实现高效的节能。动态水力平衡控制仪即为降低冷冻水运载能耗挖掘了更大的节能空间。但现在中央空调节能主要集中在主机、水泵以及风机等方面，而针对系统水力平衡方面却很少涉及，导致中央空调能耗无法有效降低。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于动态能效参数评估中央空调冷水主机能耗的方法”，其公告号CN111027181A，包括确定影响中央空调冷水主机能效的动态能效参数，将中央空调冷水主机系统分为冷水主机、变频水泵、冷却塔风机、新风回风系统四部分，分别基于动态能效参数构建能耗模型；基于冷水主机动态能效参数评价体系、变频水泵动态能效参数评价体系、冷却塔风机能效动态参数评价体系、新风回风系统能效动态参数评价体系评估待运行中央空调冷水主机能耗。该方案中通过对主机、风机等部分构建能耗模型和能效参数对能耗进行降低，未考虑到占主要能耗部分的水力平衡方面，中央空调的能耗无法有效的降低。

发明内容

本发明是为了克服现有技术空调能耗降低效率低的问题，提供一种动态水力平衡控制方法，实现高效节能，为降低冷冻水运载能耗挖掘了更大的节能空间。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种动态水力平衡控制方法，包括以下步骤：

S1、基于冷冻水系统水力分配平衡的动态水力平衡优化控制；

S2、实现分水器各出水环路的冷量和能量双重平衡；

S3、保持系统水力平衡；

S4、水力平衡控制影响；

S5、基于负荷预测的控制逻辑；

上述S1-S5基于中央空调模糊控制系统，提供基于水利平衡的能量动态调节功能，实现空调管网系统的能量动态检测和自动调节，确保各支路的水力平衡和制冷效果均衡。

作为优选，S1具体的实现整个空调冷冻水系统负荷侧和冷源侧的动态水力平衡，考虑空调系统冷冻水循环泵变流量调节的下限流量，保护主机和系统的下限的流量安全，当负荷不断减小而水泵已经到了系统设置的下限保护流量时，系统自动开启压差旁通阀，并根据集水器和分水器出水和进水干管的压差控制压差旁通阀的开度，从而实现冷源侧到负荷侧整个水系统的动态水力平衡。

作为优选，S2具体包括以下内容：动态水力平衡控制仪通过检测各集水器回水支路的温度传感器和分水器进水干管的温度传感器所测定的温差和流量计测定的流量，再根据公式计算出各个支路需要的能量，通过调节集水器各环路进口的电动调节阀动态调节各环路所需冷冻水流量，尽量使各环路供给能量趋于一致，实现各环路的冷量平衡；同时通过检测集水器各回水环路的流量传感器和分水器进水干管的流量传感器利用每个环路的下限压差来保证每个环路空调的使用效果，使每个环路达到冷量和能量的双重平衡，实现冷冻水系统基于水力分配平衡的动态水力平衡优化控制。

作为优选，S3保持系统水利平衡通过中央空调模糊控制系统确保各支路水力平衡和制冷效果均衡，避免系统冷热不均、变流量系统运行失调、负荷稳定、防止烧阀。保持系统水力平衡能有效避免系统冷热不均、变流量系统运行失调、负荷稳定，因为房间调节阀动作频繁，造成房间温度震荡频繁、水泵的运行能耗过高、系统稳定时间过长以及调节阀产生噪音和振动、调节阀关闭不上，严重时有烧阀危险等问题，本发明能够防止烧阀危险。

作为优选，S4具体包括以下内容：通过动态水力平衡控制仪考虑中央空调系统的水水力平衡的同时也考虑主机、水泵方面的节能系数。

作为优选，所述中央空调模糊控制系统采用如下公式计算需求冷量：

C(t)＝(T2-T1)*L*C

C(t):实际输出冷量；

T2:冷冻回水温度；

T1:冷冻出水温度；

L:冷冻水流量；

C:比热容系数(4.1868KJ/Kg)。

作为优选，所述中央空调模糊控制系统还采用基于负荷预测的控制算法：

当T₂＞T₁+3℃，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s增加10％，直到开度上限Kmax；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T_2测2＝T_2测1±0.1℃，即回水温度变化趋势在范围内，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度维持不变；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T_2测2＞T_2测1+0.1℃，即回水温度变化趋势呈上升趋势，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s增加1.5％；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T₂＜T₁-0.1℃，即回水温度变化趋势呈下降趋势，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度开度每隔10s减少1％；

当T₂-T₁≤1℃时，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s减少1％，直至达到开度下限Kmin；

其中T_2测1为冷冻回水温度前一时刻温度，T_2测2为冷冻回水温度后一时刻温度。

因此，本发明具有如下有益效果：

1.中央空调模糊控制系统，提供了基于水力平衡的能量动态调节功能，实现空调管网系统的能量动态检测和自动调节，确保各支路的水力平衡和制冷效果均衡，同时也为降低冷冻水运载能耗挖掘了更大的空间；

2.考虑到空调系统冷冻水循环泵变流量调节的下限流量问题，以保护主机和系统的下限的流量安全，当负荷不断减小而水泵已经到了系统设置的下限保护流量时，系统自动开启压差旁通阀，并根据集水器和分水器出水和进水干管的压差控制压差旁通阀的开度，从而实现冷源侧到负荷侧整个水系统的动态水力平衡，保证整个系统稳定高效运行；

3.通过检测分集水器各支路及干管上温度.流量传感器，根据所测温差及流量利用系统的模糊预判断技术通过分水器各环路出口的电动调节阀动态调节各环路所需冷冻水流量，实现各环路的冷量平衡，同时利用每个环路的下限流量来保证每个环路空调的使用效果，使每个环路达到冷量和能量的双重平衡，实现冷冻水系统基于水力分配平衡的动态水力平衡优化控制，可降低空调系统整体能耗。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本实施例的各支路水力结构图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例：

一种动态水力平衡控制方法，如图1、2所示，采用动力水平衡控制仪，包括西门子控制器、低电压器、云服务处理器、数据交换机，还包括上位机软件、温度传感器、二氧化碳传感器和工控触摸屏，包括以下步骤：

S1、基于冷冻水系统水力分配平衡的动态水力平衡优化控制；

S2、实现分水器各出水环路的冷量和能量双重平衡；

S3、保持系统水力平衡；

S4、水力平衡控制影响；

S5、基于负荷预测的控制逻辑；

上述S1-S5基于中央空调模糊控制系统，提供基于水利平衡的能量动态调节功能，实现空调管网系统的能量动态检测和自动调节，确保各支路的水力平衡和制冷效果均衡。

作为优选，S1具体的实现整个空调冷冻水系统负荷侧和冷源侧的动态水力平衡，考虑空调系统冷冻水循环泵变流量调节的下限流量，保护主机和系统的下限的流量安全，当负荷不断减小而水泵已经到了系统设置的下限保护流量时，系统自动开启压差旁通阀，并根据集水器和分水器出水和进水干管的压差控制压差旁通阀的开度，从而实现冷源侧到负荷侧整个水系统的动态水力平衡。

作为优选，S2具体包括以下内容：动态水力平衡控制仪通过检测各集水器回水支路的温度传感器和分水器进水干管的温度传感器所测定的温差和流量计测定的流量，再根据公式计算出各个支路需要的能量，通过调节集水器各环路进口的电动调节阀动态调节各环路所需冷冻水流量，尽量使各环路供给能量趋于一致，实现各环路的冷量平衡；同时通过检测集水器各回水环路的流量传感器和分水器进水干管的流量传感器利用每个环路的下限压差来保证每个环路空调的使用效果，使每个环路达到冷量和能量的双重平衡，实现冷冻水系统基于水力分配平衡的动态水力平衡优化控制。

作为优选，S3保持系统水利平衡通过中央空调模糊控制系统确保各支路水力平衡和制冷效果均衡，避免系统冷热不均、变流量系统运行失调、负荷稳定、防止烧阀。

作为优选，S4具体包括以下内容：通过动态水力平衡控制仪考虑中央空调系统的水水力平衡的同时也考虑主机、水泵方面的节能系数。

作为优选，所述中央空调模糊控制系统采用可编程控制器，根据如下公式计算需求冷量：

C(t)＝(T2-T1)*L*C

C(t)实际输出冷量；

T2:冷冻回水温度；

T1:冷冻出水温度；

L:冷冻水流量；

C:比热容系数(4.1868KJ/Kg)；

将冷量设定值r(t)、冷量偏差e(t)以及通过电动调节阀的实际输出冷量c(t)，通过PID控制器，将比例(p)、积分(i)、微分(d)，通过线性组合构成控制变量u(t)，电动调节阀进行控制。

图2中，F_1-3为管回路A-C流量传感器；T_1-3为管回路A-C温度传感器；T₄为出水总管温度传感器。

作为优选，所述中央空调模糊控制系统采用可编程控制器进行控制，可编程控制器采用如下公式计算需求冷量：

C(t)＝(T2-T1)*L*C

C(t):实际输出冷量；

T2:冷冻回水温度；

T1:冷冻出水温度；

L:冷冻水流量；

C:比热容系数(4.1868KJ/Kg)。

作为优选，所述中央空调模糊控制系统还采用基于负荷预测的控制算法：

当T₂＞T₁+3℃，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s增加10％，直到开度上限Kmax；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T_2测2＝T_2测1±0.1℃，即回水温度变化趋势在范围内，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度维持不变；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T_2测2＞T_2测1+0.1℃，即回水温度变化趋势呈上升趋势，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s增加1.5％；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T₂＜T₁-0.1℃，即回水温度变化趋势呈下降趋势，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度开度每隔10s减少1％；

当T₂-T₁≤1℃时，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s减少1％，直至达到开度下限Kmin；

其中T_2测1为冷冻回水温度前一时刻温度，T_2测2为冷冻回水温度后一时刻温度。

表1为可编程控制器控制规则表。

表1

本发明的中央空调模糊控制系统，提供了基于水力平衡的能量动态调节功能，实现空调管网系统的能量动态检测和自动调节，确保各支路的水力平衡和制冷效果均衡，同时也为降低冷冻水运载能耗挖掘了更大的空间。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种动态水力平衡控制方法，其特征是，包括以下步骤：

S1、基于冷冻水系统水力分配平衡的动态水力平衡优化控制；

S2、实现分水器各出水环路的冷量和能量双重平衡；

S3、保持系统水力平衡；

S4、水力平衡控制影响；

S5、基于负荷预测的控制逻辑；

上述S1-S5基于中央空调模糊控制系统，提供基于水利平衡的能量动态调节功能，实现空调管网系统的能量动态检测和自动调节，确保各支路的水力平衡和制冷效果均衡。

2.根据权利要求1所述的一种动态水力平衡控制方法，其特征是，S1具体的实现整个空调冷冻水系统负荷侧和冷源侧的动态水力平衡，考虑空调系统冷冻水循环泵变流量调节的下限流量，保护主机和系统的下限的流量安全，当负荷不断减小而水泵已经到了系统设置的下限保护流量时，系统自动开启压差旁通阀，并根据集水器和分水器出水和进水干管的压差控制压差旁通阀的开度，从而实现冷源侧到负荷侧整个水系统的动态水力平衡。

3.根据权利要求1所述的一种动态水力平衡控制方法，其特征是，S2具体包括以下内容：动态水力平衡控制仪通过检测各集水器回水支路的温度传感器和分水器进水干管的温度传感器所测定的温差和流量计测定的流量，再根据公式计算出各个支路需要的能量，通过调节集水器各环路进口的电动调节阀动态调节各环路所需冷冻水流量，尽量使各环路供给能量趋于一致，实现各环路的冷量平衡；同时通过检测集水器各回水环路的流量传感器和分水器进水干管的流量传感器利用每个环路的下限压差来保证每个环路空调的使用效果，使每个环路达到冷量和能量的双重平衡，实现冷冻水系统基于水力分配平衡的动态水力平衡优化控制。

4.根据权利要求1所述的一种动态水力平衡控制方法，其特征是，S3保持系统水利平衡通过中央空调模糊控制系统确保各支路水力平衡和制冷效果均衡，避免系统冷热不均、变流量系统运行失调、负荷稳定、防止烧阀。

5.根据权利要求1所述的一种动态水力平衡控制方法，其特征是，S4具体包括以下内容：通过动态水力平衡控制仪考虑中央空调系统的水水力平衡的同时也考虑主机、水泵方面的节能系数。

6.根据权利要求1或4所述的一种动态水力平衡控制方法，其特征是，所述中央空调模糊控制系统采用如下公式计算需求冷量：

C(t)＝(T2-T1)*L*C

C(t):实际输出冷量；

T2:冷冻回水温度；

T1:冷冻出水温度；

L:冷冻水流量；

C:比热容系数(4.1868KJ/Kg)。

7.根据权利要求6所述的一种动态水力平衡控制方法，其特征是，所述中央空调模糊控制系统还采用基于负荷预测的控制算法：

当T₂＞T₁+3℃，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s增加10％，直到开度上限Kmax；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T_2测2＝T_2测1±0.1℃，即回水温度变化趋势在范围内，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度维持不变；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T_2测2＞T_2测1+0.1℃，即回水温度变化趋势呈上升趋势，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s增加1.5％；

当1℃＜T₂-T₁≤3℃，并且T₂＜T₁-0.1℃，即回水温度变化趋势呈下降趋势，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度开度每隔10s减少1％；

当T₂-T₁≤1℃时，可编程控制器控制冷冻调节阀的开度每隔10s减少1％，直至达到开度下限Kmin；

其中T_2测1为冷冻回水温度前一时刻温度，T_2测2为冷冻回水温度后一时刻温度。

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