CN113701321B - 一种中央空调水泵节能变频控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中央空调水泵节能变频控制方法，系统运行后监控冷冻水总供水温度和总回水温度，得到供回水温度差ΔT，当ΔT与设定值ΔT0相等，说明水泵运行状态不需要改变；当ΔT<ΔT0则表明空调系统使用侧末端负荷需求减少，计算出冷冻水需减少流量G_down，在保证冷冻水减少流量的前提下，对水泵进行变频调整，最终优化目标为水泵轴功率综合最小；当ΔT>ΔT0则表明空调系统使用侧末端负荷需求加大减少，计算出冷冻水需加大减少流量G_up，在保证冷冻水加大流量的前提下，对水泵进行变频调整，最终优化目标为水泵轴功率综合最小；从而实现水泵变频调节控制下进一步降低能耗得目标。

Description

一种中央空调水泵节能变频控制方法

技术领域

本发明涉及暖通空调设备控制领域，具体涉及一种中央空调水泵节能变频控制方法。

背景技术

水泵是中央空调水循环系统的动力设备，用于输送空调系统中空调冷热水。实际工程应用中，为了满足空调水大流量的需求，常将多台水泵并联在管路系统中运行。并联的多台水泵可以是同型号也可以是不同型号。

中央空调系统设备选型都是按照项目最大运行工况的条件来选定的。但是系统实际上大部分时间运行在部分负荷工况，空调水系统能耗也是不断变化的。当末端使用侧负荷发生变化，空调水流量需求也随之变化。

公共建筑中央空调系统中水泵(包括冷冻泵、冷却泵、热水泵等)的实际运行功耗在中央空调总能耗中占很大比例。水泵变频运行是当前常见的节能运行方式。通过改变循环管网的流量满足使用侧末端负荷变化需求，可以降低部分负荷工况下水泵的输送能耗。水泵的轴功率理论上与转速的三次方成正比，变频调节后水泵转速的下降可大幅减少轴功率数值，极大减少水泵能耗。

国家标准GB/T17981-2007《空气调节系统经济运行》对空调系统经济运行制定了响应评价指标与方法，其中冷冻水输送系数(WTFchw)用于评价空调系统中冷冻水系统的经济运行情况。具体计算公式为WTFchw＝Q/Nchp。其中Q为空调系统制备的总冷量，Nchp为冷冻水泵总能耗。对于全年累计工况和典型工况的评价都有相应的限值要求。另外对于有变频控制的水系统，冷冻水的总供回水温差不应小于4℃。

空调水泵变频调节目前常见的控制方法有温度或温差控制、压力或压差控制等。在实际应用中，考虑到避免控制程序的复杂，多台并联水泵变频调节控制，往往是逐台增减水泵运行频率至满频或最低设计运行频率，如仍未调整至需求流量，则进一步启动或停止水泵运行台数。即多台水泵运行时，仅对一台水泵进行频率调节，其他运行水泵保持满频率运行状态。

水泵变频调节空调水流量满足空调系统使用侧末端负荷变化时，如果是多台水泵并联运行，在匹配空调水总流量需求前提下，无法精确为每台水泵调整合适运行频率以达到最优的冷冻水输送系数。而实际的做法则是已运行并联水泵逐台调节或者同步调节，尤其是在不同型号水泵并联情况下，水泵运行能耗仍有进一步提升空间。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种中央空调水泵节能变频控制方法，在保证冷却水调整需求的前提下，对并联水泵进行精确变频控制调整，实现空调系统冷冻水输送系数达到最优，使水泵运行能效得到一进步提升。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种中央空调水泵节能变频控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1、配置传感器和计量设备，通过传感器和计量设备监测空调系统冷冻水输送系统运行状态数据，所述空调系统冷冻水输送系统运行状态数据包括冷冻水总供水温度T_供、总回水温度T_回、冷冻水总实时流量G、冷冻水泵实时运行功率N和冷冻水泵实时运行频率F；

S2、依据各水泵额定工况下对应的频率F₀，流量G₀，功率N₀，通过关系式G/G'＝n/n'、N/N'＝(n/n')³和n＝(60*F)/p，其中G为水泵转速为n时的流量、N为水泵转速为n时的轴功率、G'为水泵转速为n'时的流量、N'为水泵转速为n'时的轴功率、F为水泵运行频率、p为磁极对数，得出当前运行频率Fn下水泵对应的流量G_n，功率N_n的值；

S3、监测冷冻水实时总供水温度T_供和实时总回水温度T_回，得到实时温差Δ

T＝T_回-T_供；

S4、判断ΔT是否等于ΔT₀，其中ΔT₀为默认设定值；若ΔT＝ΔT₀，则重复S1和S3；

S5、若ΔT≠ΔT₀，则判断ΔT<ΔT₀；

S6、若ΔT<ΔT₀，即空调系统使用侧末端负荷需求变小，需要减小冷冻水总流量；

S7、若ΔT>ΔT₀，即空调系统使用侧末端负荷需求变大，则需加大冷冻水总流量。

作为本发明的进一步优选，所述步骤S6中，具体步骤如下：

S6.1、根据G_down＝G-(G*ΔT/ΔT₀)，计算需要减少冷冻水的流量；

S6.2、计算水泵频率F调整最优策略，根据N/N'＝(n/n')³可知，相同型号的水泵先减小当前运行频率最高的水泵频率，降低的轴功率最多，即根据水泵当前运行频率由高到低依次减小；不同型号的水泵，先调整型号大的水泵，再调整型号小的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S6.3、当所有水泵频率调整到最低运行频率F_min时，空调系统流量若仍需继续减少流量，则依次关闭水泵型号最小或累计运行时间最长的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S6.4、根据步骤S2、计算出各个水泵运行轴功率N'_n的值，并进行优化计算目标函数：Argmin(N'₁+N'₂+...+N'_n)，其中Argmin为函数最小值，N'₁到N'_n为调整频率后各水泵运行轴功率的值。

作为本发明的进一步优选，所述步骤S7中，具体步骤如下：

S7.1、根据G_up＝G-(G*ΔT/ΔT₀)，计算需要加大冷冻水的流量；

S7.2、计算水泵频率F调整最优策略，根据N/N'＝(n/n')³可知，相同型号的水泵先加大当前运行频率最低的水泵频率，增加的轴功率最少，即根据水泵当前运行频率由低到高依次加大；不同型号的水泵，先调整型号小的水泵，再调整型号大的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S7.3、当所有水泵频率调整到满频时，空调系统流量若仍需继续加大流量，则依次启动水泵型号最小或累计运行时间最短的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S7.4、根据步骤S2、计算出各个水泵运行轴功率N'_n的值，并进行优化计算目标函数：Argmin(N'₁+N'₂+...+N'_n)，其中Argmin为函数最小值，N'₁到N'_n为调整频率后各水泵运行轴功率的值。

本发明的有益之处在于：本发明在保证满足空调系统使用侧末端冷量需求的前提下，对并联水泵运行频率进行精准的变频控制调整，实现空调系统冷冻水输送系数达到最优，使水泵运行能效得到一进步提升，有效的避免了以往逐台水泵调整频率或者多台水泵同步调整相同频率得粗放式控制策略。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

结合图1，一种中央空调水泵节能变频控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1、配置传感器和计量设备，通过传感器和计量设备监测空调系统冷冻水输送系统运行状态数据，所述空调系统冷冻水输送系统运行状态数据包括冷冻水总供水温度T_供、总回水温度T_回、冷冻水总实时流量G、冷冻水泵实时运行功率N和冷冻水泵实时运行频率F。

S2、依据各水泵额定工况下对应的频率F₀，流量G₀，功率N₀，通过关系式G/G'＝n/n'、N/N'＝(n/n')³和n＝(60*F)/p，其中G为水泵转速为n时的流量、N为水泵转速为n时的轴功率、G'为水泵转速为n'时的流量、N'为水泵转速为n'时的轴功率、F为水泵运行频率、p为磁极对数，得出当前运行频率Fn下水泵对应的流量G_n，功率N_n的值。

S3、监测冷冻水实时总供水温度T_供和实时总回水温度T_回，得到实时温差ΔT＝T_回-T_供。

S4、判断ΔT是否等于ΔT₀，其中ΔT₀为默认设定值，可根据具体情况进行调整；若ΔT＝ΔT₀，即说明当前冷冻水流量满足空调系统使用侧末端负荷需求，水泵运行状态不需要改变，则重复S1和S3。

S5、若ΔT≠ΔT₀，则判断ΔT<ΔT₀。

S6、若ΔT<ΔT₀，即空调系统使用侧末端负荷需求变小，需要减小冷冻水总流量。

S6.1、根据G_down＝G-(G*ΔT/ΔT₀)，计算需要减少冷冻水的流量；

S6.2、计算水泵频率F调整最优策略，根据N/N'＝(n/n')³可知，相同型号的水泵先减小当前运行频率最高的水泵频率，降低的轴功率最多，即根据水泵当前运行频率由高到低依次减小；不同型号的水泵，先调整型号大的水泵，再调整型号小的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S6.3、为了保证水泵的稳定运行，设定水泵额定参数的最低运行频率F_min，当所有水泵频率调整到最低运行频率F_min时，停止对该水泵继续降低运行频率，但空调系统流量若仍需继续减少流量，则依次关闭水泵型号最小或累计运行时间最长的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S6.4、在保证需减小的总流量值G_down的前提下，对已运行的水泵按照前文所述策略对运行频率进行最优调节，降低水泵转速，减小水泵流量；

根据步骤S2、计算出各个水泵运行轴功率N'_n的值，并进行优化计算目标函数：Argmin(N'₁+N'₂+...+N'_n)，其中Argmin为函数最小值，N'₁到N'_n为调整频率后各水泵运行轴功率的值；当得出水泵调整频率后轴功率近似值综合最小，即在保证需减小的总流量值G_down的前提下，水泵总运行功率得到了最大降低。

S7、若ΔT>ΔT₀，即空调系统使用侧末端负荷需求变大，则需加大冷冻水总流量。

S7.1、根据G_up＝G-(G*ΔT/ΔT₀)，计算需要加大冷冻水的流量；

S7.2、计算水泵频率F调整最优策略，根据N/N'＝(n/n')³可知，相同型号的水泵先加大当前运行频率最低的水泵频率，增加的轴功率最少，即根据水泵当前运行频率由低到高依次加大；不同型号的水泵，先调整型号小的水泵，再调整型号大的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S7.3、当所有水泵频率调整到满频时，停止对该水泵继续增加运行频率，但空调系统流量若仍需继续加大流量，则依次启动水泵型号最小或累计运行时间最短的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S7.4在保证需加大的总流量值G_up的前提下，对已运行的水泵按照前文所述策略对运行频率进行最优调节，提高水泵转速，加大水泵流量；

根据步骤S2、计算出各个水泵运行轴功率N'_n的值，并进行优化计算目标函数：Argmin(N'₁+N'₂+...+N'_n)，其中Argmin为函数最小值，N'₁到N'_n为调整频率后各水泵运行轴功率的值，当得出水泵调整频率后轴功率近似值综合最小，即在保证需加大的总流量值G_up的前提下，水泵总运行功率得到最小提升。

本发明的有益之处在于：本发明在保证满足空调系统使用侧末端冷量需求的前提下，对并联水泵运行频率进行精准的变频控制调整，实现空调系统冷冻水输送系数达到最优，使水泵运行能效得到一进步提升，有效的避免了以往逐台水泵调整频率或者多台水泵同步调整相同频率得粗放式控制策略。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种中央空调水泵节能变频控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1、配置传感器和计量设备，通过传感器和计量设备监测空调系统冷冻水输送系统运行状态数据，所述空调系统冷冻水输送系统运行状态数据包括冷冻水总供水温度T_供、总回水温度T_回、冷冻水总实时流量G、冷冻水泵实时运行功率N和冷冻水泵实时运行频率F；

S2、依据各水泵额定工况下对应的频率F₀，流量G₀，功率N₀，通过关系式G/G'＝n/n'、N/N'＝(n/n')³和n＝(60*F)/p，其中G为水泵转速为n时的流量、N为水泵转速为n时的轴功率、G'为水泵转速为n'时的流量、N'为水泵转速为n'时的轴功率、F为水泵运行频率、p为磁极对数，得出当前运行频率Fn下水泵对应的流量G_n，功率N_n的值；

S3、监测冷冻水实时总供水温度T_供和实时总回水温度T_回，得到实时温差Δ

T＝T_回-T_供；

S4、判断ΔT是否等于ΔT₀，其中ΔT₀为默认设定值；若ΔT＝ΔT₀，则重复S1和S3；

S5、若ΔT≠ΔT₀，则判断ΔT<ΔT₀；

S6、若ΔT<ΔT₀，即空调系统使用侧末端负荷需求变小，需要减小冷冻水总流量；

所述步骤S6中，具体步骤如下：

S6.1、根据G_down＝G-(G*ΔT/ΔT₀)，计算需要减少冷冻水的流量；

S6.2、计算水泵频率F调整最优策略，根据N/N'＝(n/n')³可知，相同型号的水泵先减小当前运行频率最高的水泵频率，降低的轴功率最多，即根据水泵当前运行频率由高到低依次减小；不同型号的水泵，先调整型号大的水泵，再调整型号小的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S6.3、当所有水泵频率调整到最低运行频率F_min时，空调系统流量若仍需继续减少流量，则依次关闭水泵型号最小或累计运行时间最长的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S6.4、根据步骤S2、计算出各个水泵运行轴功率N'_n的值，并进行优化计算目标函数：Argmin(N'₁+N'₂+...+N'_n)，其中Argmin为函数最小值，N'₁到N'_n为调整频率后各水泵运行轴功率的值；

S7、若ΔT>ΔT₀，即空调系统使用侧末端负荷需求变大，则需加大冷冻水总流量。

2.根据权利要求1所述的一种中央空调水泵节能变频控制方法，其特征在于，所述步骤S7中，具体步骤如下：

S7.1、根据G_up＝G-(G*ΔT/ΔT₀)，计算需要加大冷冻水的流量；

S7.2、计算水泵频率F调整最优策略，根据N/N'＝(n/n')³可知，相同型号的水泵先加大当前运行频率最低的水泵频率，增加的轴功率最少，即根据水泵当前运行频率由低到高依次加大；不同型号的水泵，先调整型号小的水泵，再调整型号大的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S7.3、当所有水泵频率调整到满频时，空调系统流量若仍需继续加大流量，则依次启动水泵型号最小或累计运行时间最短的水泵，直至达到空调系统使用侧末端负荷变化需求；

S7.4、根据步骤S2、计算出各个水泵运行轴功率N'_n的值，并进行优化计算目标函数：Argmin(N'₁+N'₂+...+N'_n)，其中Argmin为函数最小值，N'₁到N'_n为调整频率后各水泵运行轴功率的值。

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