CN114279012B - 带互联备用装置的空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带互联备用装置的空调系统及其控制方法。所述控制方法当工艺制冷机组满载且最大负荷小于工艺制冷机组最大运行负荷与空调最大换热负荷之和时，控制所述空调机组给工艺制冷机组提供冷量；当工艺制冷机组的冷冻回水温度过低时，控制空调机组的冷冻回水与工艺制冷机组冷冻回水换热，使其温度上升至目标冷冻回水温度；当空调机组故障或者制冷量不足时，控制工艺制冷机组的部分冷量用于空调系统。本发明在空调机组和工艺制冷机组之间设置互联备用装置，通过控制方法控制两套机组之间的自动调节，互相耦合，保证了低温工艺制冷机组的稳定运行，同时降低了设备的成本和操作的复杂性。

Description

带互联备用装置的空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种带互联备用装置的空调系统及其控制方法。

背景技术

在一些工业厂区，通常存在舒适性空调机组和低温工艺制冷机组两种类型的制冷设备，舒适性空调机组用于办公区或者生活区，低温工艺制冷机组用于满足生产工艺要求。大型厂区采用的空调和工艺系统一般是冷水机组系统，空调冷水机组若发生故障或者负荷超载时则无法满足室内对温度控制的需求；而当生产需求制冷量低于低温工艺性空调最低负荷时，冷冻回水温度会降低，冷冻回水温度低于空调冷水机组的蒸发器进口低温保护值，则会启动低温保护，机组保护停机，影响生产活动。现有技术中的解决方案是设置备用制冷机组，当空调机组或工艺制冷机组出现故障时，将备用制冷机组切换为工作状态，为生活空调系统或工艺制冷系统提供冷量，这种备用系统导致设备成本较高，且切换操作复杂。

发明内容

本发明提出一种带互联备用装置的空调系统及其控制方法，以解决现有技术中存在的单独设备用机组导致设备成本较高，且切换操作复杂的技术问题。

本发明提出一种带互联备用装置的空调系统，包括空调机组和工艺制冷机组，还包括一连接空调机组和工艺制冷机组的互联备用装置，用于：当工艺制冷机组满载且最大负荷小于工艺制冷机组最大运行负荷与空调机组最大换热负荷之和时，控制空调机组给工艺制冷机组提供冷量；当工艺制冷机组的冷冻回水温度过低时，控制空调机组的冷冻回水与工艺制冷机组冷冻回水换热，使其温度上升至目标冷冻回水温度；当空调机组故障或制冷量不足时，控制工艺制冷机组的部分冷量提供给空调机组。

在一实施例中，所述互联备用装置包括一换热器，所述换热器一侧的两个接口分别通过第一支路和第二支路与所述空调机组的冷冻回水管连通，两个连接点之间设有第一电动调节阀，所述第二支路上设有第四电动调节阀，所述第四电动调节阀与所述换热器之间引出一条与所述空调机组的冷冻供水管连通的第三支路，其上设有第三电动调节阀；所述换热器另一侧的两个接口分别通过第四支路和第五支路与所述工艺制冷机组的冷冻回水管连通，两个连接点之间设有电动阀，所述第四支路上设有第五电动调节阀，所述第五电动调节阀和所述换热器之间引出第六支路，其上设有第六电动调节阀。

进一步地，所述空调机组的冷冻供水管上设有第一温度传感器，所述工艺制冷机组的供水管上设有第二温度传感器，回水管上设有第三温度传感器和流量传感器。

优选地，所述换热器采用板式换热器。

本发明还提出一种上述空调系统的控制方法，当工艺制冷机组满载且最大负荷小于工艺制冷机组最大运行负荷与空调最大换热负荷之和时，控制所述空调机组给工艺制冷机组提供冷量；当工艺制冷机组的冷冻回水温度过低时，控制空调机组的冷冻回水与工艺制冷机组冷冻回水换热，使其温度上升至目标冷冻回水温度；当空调机组故障或者制冷量不足时，控制工艺制冷机组的部分冷量用于空调系统。

当空调机组和工艺制冷机组同时开启时，所述控制方法执行以下流程：

检测工艺制冷机组冷冻供水温度T2和冷冻回水温度T3，当T2大于供水设定温度T2_设+偏差值A时，计算工艺制冷机组的超出负荷Qc，若超出负荷Qc大于空调机组最大负荷×换热系数，则报警；若超出负荷Qc小于等于空调机组最大负荷×换热系数，则进入控制方案一；

当工艺制冷机组冷冻供水温度T2小于等于供水设定温度T2_设+偏差值A时，计算工艺制冷机组的负荷Q，当负荷Q小于工艺制冷机组的最小运行负荷时，进入控制方案二；

当工艺制冷机组的负荷Q大于等于工艺制冷机组的最小运行负荷，且空调机组的冷冻供水温度T1大于空调机组供水温度上限值或空调机组故障时，进入控制方案三，若否，则结束控制。

所述的控制方案一包括：

步骤11，将第一电动调节阀、第二电动调节阀和第五电动调节阀开启100%，打开第三电动调节阀，其它阀门关闭；

步骤12，计算工艺制冷机组的目标冷冻回水温度T4；

步骤13，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否小于等于目标冷冻回水温度T4，若否，则将第三电动调节阀开大j%，第二电动调节阀关小k%，间隔a秒后返回步骤12；若是，则进入步骤14；

步骤14，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于目标冷冻回水温度T4+偏差值A,若是,则将第三电动调节阀10关小u%，第二电动调节阀7开大i%，间隔a秒后返回步骤12；若否，则结束控制流程。

优选地，所述j值和所述k值为2，所述u值和所述i值为1。

所述的控制方案二包括：

步骤21，将第一电动调节阀、第二电动调节阀和第五电动调节阀开启100%，打开第四电动调节阀，其它阀门关闭；

步骤22，计算工艺制冷机组的目标冷冻回水温度T4；

步骤23，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于等于目标冷冻回水温度T4，若否，则将第一电动调节阀的开度减小c%，第四电动调节阀的开度增大d%，间隔时间t3后返回步骤22；若是，则进入步骤24；

步骤24，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于等于目标冷冻回水温度T4+允许偏差值B,若是,则将第一电动调节阀的开度增大v%，第四电动调节阀的开度减小f%,间隔时间t3后返回步骤22；若否,则结束控制流程。

优选地，所述c值和所述d值为2，所述v值和所述f值为1。

所述的控制方案三包括：

步骤31，将第二电动调节阀、第四电动调节阀开启100%，打开第六电动调节阀，其它阀门关闭；

步骤32，判断空调机组冷冻供水温度T1是否小于等于空调供水设定温度上限值，若否，则进入步骤33；若是，则进入步骤34；

步骤33，将第六电动调节阀的开度增大b%，间隔时间t2后返回步骤32；

步骤34，判断空调机组的冷冻供水温度T1是否小于等于空调机组供水设定温度下限值，若是，则将第六电动调节阀的开度减小a%，间隔时间t2后返回步骤32；若否，则结束控制流程。

优选地，所述a值和所述b值均为1。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在空调机组和工艺制冷机组之间设置互联备用装置，通过控制方法控制两套机组之间的自动调节，互相耦合，保证了低温工艺制冷机组的稳定运行。

2、本发明无需单独设置备用系统，降低了设备的成本和操作的复杂性。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明带互联备用装置的空调系统示意图；

图2是图1所示空调系统控制方法的流程图；

图3是控制方案一的流程图；

图4是控制方案二的流程图；

图5是控制方案三的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。

本发明通过在空调机组和工艺制冷机组之间设置互联备用装置，使两套机组相互耦合，保证工艺制冷机组的稳定运行。此外，当生产负荷低于工艺制冷机组最低运行负荷时，调用空调机组的负荷，满足工艺制冷机组的低负荷运行需求。

图1显示为本发明的系统图，其中，第一冷却塔1、第一冷却泵2、空调冷水机组3组成空调冷却水系统。空调冷水机组3、第一冷冻泵4、第一冷冻回水管8和第一冷冻供水管9组成空调冷冻水系统。第一冷冻供水管9向生活办公区供冷冻水，回水经过第一冷冻回水管8回到空调冷水机组3。第二冷却塔24、第二冷却泵23、工艺制冷机组22组成工艺冷却水系统。工艺制冷机组22、第二冷冻泵21、第二冷冻回水管15和第二冷冻供水管16组成低温工艺冷冻水系统。第二冷冻供水管16向工艺生产区供冷冻水，冷冻水回水经过第二冷冻回水管15回到工艺冷冻水系统。本发明在空调机组和工艺制冷机组之间设置一互联备用装置，通过该互联备用装置实现两个机组之间的热量交换，实现互联备用功能。

在图1所示的实施例中，所述互联备用装置包括一换热器12，可采用板式换热器，该换热器一侧的两个接口分别通过第一支路25和第二支路26与第一冷冻回水管8连通，在第一冷冻回水管的两个连接点之间设有第一电动调节阀6，第二支路26上设有第四电动调节阀11，第四电动调节阀11与换热器12之间引出一条与第一冷冻供水管9连通的第三支路27，其上设有第三电动调节阀10；换热器12另一侧的两个接口分别通过第四支路28和第五支路29与第二冷冻回水管15连通，在第二冷冻回水管上的两个连接点之间设有电动阀18，第四支路28上设有第五电动调节阀13，第五电动调节阀和换热器之间引出第六支路30，其上设有第六电动调节阀14。

空调机组的第一冷冻供水管上设有第一温度传感器5，第二冷冻供水管16上设有第二温度传感器17，第二冷冻回水管15上在第二冷冻泵前设有第三温度传感器20和流量传感器19。

空调机组和工艺制冷机组正常工作情况下，第一电动调节阀6、第二电动调节阀7、电动阀18开启，第三电动调节阀10、第四电动调节阀11、第五电动调节阀13、第六电动调节阀14关闭，空调和工艺制冷机组独立运行。当需要互联备用时，通过调节电动调节阀控制制冷剂的走向满足空调系统或工艺制冷系统的负荷需求。当工艺制冷机组满载且最大负荷小于工艺制冷机组最大运行负荷与空调机组最大换热负荷之和时，通过换热器12使空调机组给工艺制冷机组提供冷量，使工艺制冷机组能满足负荷需求；当工艺制冷机组的冷冻回水温度过低时，通过换热器12可使工艺制冷机组的冷冻回水温度上升至目标冷冻回水温度以上，防止工艺制冷机组因冷冻回水温度过低而停机，满足工艺制冷机组的低负荷运行需求；当空调机组故障或者制冷量不足时，通过换热器12可将工艺制冷机组的部分冷量用于空调机组，满足空调机组的负荷需求。

图2是本发明空调机组与工艺制冷机组互联备用的控制流程图。当空调机组和工艺制冷机组同时开启时，执行以下流程：

通过第二温度传感器17检测工艺制冷机组的冷冻供水温度T2，用第三温度传感器20检测工艺制冷机组的冷冻回水温度T3，当冷冻供水温度T2大于工艺用冷冻水供水设定温度T2_设+偏差值A时，计算工艺制冷机组超出负荷Qc，Qc=Cp·r·qv·（T2-Tb），其中Cp为冷冻水比热，r为冷冻水比重，Tb为冷冻出水设计温度，qv为流量传感器19监测的冷冻水体积流量；若超出负荷Qc大于空调机组最大负荷×换热系数，则报警并提示减少末端生产负荷，结束控制流程；若超出负荷Qc小于等于空调机组最大负荷×换热系数，则进入控制方案一；

当工艺制冷机组的冷冻供水温度T2小于等于冷冻水供水设定温度T2_设+偏差值A时，计算工艺制冷机组的负荷Q，Q=Cp·r·qv·（T3-T2），当负荷Q小于工艺制冷机组的最小运行负荷时，进入控制方案二；

当工艺制冷机组的负荷Q大于等于工艺制冷机组的最小运行负荷时，通过第一温度传感器5检测空调机组的冷冻供水温度T1，当空调机组开机20分钟后，当空调机组的冷冻供水温度T1大于空调机组供水温度上限值或空调机组故障时，进入控制方案三。

如图3所示，控制方案一包括：

步骤11，将第一电动调节阀6、第五电动调节阀13和第二电动调节阀7开启100%，打开第三电动调节阀10，其它阀门关闭；

步骤12，计算工艺制冷机组的目标冷冻回水温度T4，T4=Qa÷（Cp·r·qv）+T2，其中Qa为工艺制冷机组的最大运行负荷；

步骤13，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否小于或等于目标冷冻回水温度T4，若否，则将第三电动调节阀10开大j%，第二电动调节阀7关小k%（j值和k值按工程实际情况设定，一般设定为2），间隔a秒后返回步骤12；若是，则进入下一步；

步骤14，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于目标冷冻回水温度T4+偏差值A，若是则将第三电动调节阀10关小u%，第二电动调节阀7开大i%（u值和i值按工程实际情况设定，一般设定为1），间隔a秒后返回步骤12；若否，则结束控制流程。

在控制方案一的控制下，空调冷水机组的冷冻回水经过第一冷冻泵4、空调冷水机组3、第三电动调节阀10、换热器12回到第一冷冻泵4；工艺制冷机组的冷冻回水经过第五电动调节阀13、换热器12、第二冷冻泵21回到工艺制冷机组22；空调冷水机组的冷冻供水9和工艺制冷机组的冷冻回水15通过换热器12交换热量，使工艺制冷机组3给工艺制冷机组22提供冷量，使工艺制冷机组22能满足低温工艺的负荷需求。

如图4所示，控制方案二包括：

步骤21，将第一电动调节阀6、第二电动调节阀7和第五电动调节阀13开启100%，打开第四电动调节阀11，其它阀门关闭；

步骤22，计算目标冷冻回水温度T4，T4=Q÷（Cp·r·qv）+T2；

步骤23，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于或等于目标冷冻回水温度T4，若否，则将第一电动调节阀6开度减小c%，第四电动调节阀11开度增大d%（c值和d值按工程实际情况设定，一般设定为2），间隔时间t3后检测工艺制冷机组的冷冻供水温度T2和冷冻回水温度T3，返回步骤22；若是，则进入下一步；

步骤24，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于或等于目标冷冻回水温度T4+允许偏差值B,若是,则将第一电动调节阀6开度增大v%，第四电动调节阀11开度减小f%（v值和f值按工程实际情况设定,一般设定为1）,间隔时间t3后检测T2、T3，返回步骤22；若否,则结束控制流程。

在控制方案二的控制下，空调冷水机组的冷冻回水经过第四电动调节阀11、换热器12、第一冷冻泵4、空调冷水机组3，经第一冷冻供水管9供给生活办公空调区使用；工艺制冷机组的冷冻回水经过第五电动调节阀13、换热器12、第二冷冻泵21回到工艺制冷机组22；空调冷水机组的冷冻回水和工艺制冷机组的冷冻回水通过换热器12交换热量，使工艺用冷冻回水温度升高，达到目标冷冻回水温度以上，防止工艺制冷机组22因冷冻回水温度较低而停机，使工艺生产可以持续进行。

如图5所示，控制方案三包括：

步骤31，将第四电动调节阀11和第二电动调节阀7开启100%，打开第六电动调节阀14，其它阀门关闭；

步骤32,判断空调冷水机组的冷冻供水温度T1是否小于或等于空调供水设定温度上限值，若否，则进入步骤33；若是，则进入步骤34；

步骤33，将第六电动调节阀14开度增大b%（b值按工程实际情况设定,一般设定为1），间隔时间t2后通过第一温度传感器5检测空调机组的冷冻供水温度为T1,返回步骤22；

步骤34，判断空调机组的冷冻供水温度T1是否小于或等于空调机组的供水设定温度下限值，若是，则将第四电动调节阀14开度减小a%（a值按工程实际情况设定，一般设置为1），间隔时间t2后通过第一温度传感器5检测空调冷水机组的冷冻供水温度T1，返回步骤32；若否，则结束控制流程。

在控制方案三的控制下，空调机组的冷冻回水经过第四电动调节阀11、换热器12、第一冷冻泵4、空调冷水机组3，经第一冷冻供水管9供给空调区使用；部分工艺用冷冻供水经过第六电动调节阀14、换热器12、第二冷冻泵21回到工艺制冷机组22；空调机组的冷冻回水和工艺制冷机组的冷冻回水通过换热器12交换热量，使空调机组的冷冻回水温度下降至设定温度，工艺制冷机组22承担空调冷水机组3的部分或全部负荷，使空调机组能满足负荷需求。

上述实施例仅以一台空调机组和一台工艺制冷机组为例进行说明，若有多台空调机组和多台工艺制冷机组并联仍属于本申请要求的保护内容。

以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种带互联备用装置的空调系统，包括空调冷水机组和工艺制冷机组，其特征在于，还包括一连接空调冷水机组和工艺制冷机组的互联备用装置，用于：当工艺制冷机组满载且最大负荷小于工艺制冷机组最大运行负荷与空调冷水机组最大换热负荷之和时，控制空调冷水机组给工艺制冷机组提供冷量；当工艺制冷机组的冷冻回水温度过低时，控制空调冷水机组的冷冻回水与工艺制冷机组冷冻回水换热，使其温度上升至目标冷冻回水温度；当空调冷水机组故障或制冷量不足时，控制工艺制冷机组的部分冷量提供给空调冷水机组;

所述互联备用装置包括一换热器，所述换热器一侧的两个接口分别通过第一支路和第二支路与所述空调冷水机组的冷冻回水管连通，两个连接点之间设有第一电动调节阀，所述第二支路上设有第四电动调节阀，所述第四电动调节阀与所述换热器之间引出一与所述空调冷水机组的冷冻供水管连通的第三支路，其上设有第三电动调节阀；所述换热器另一侧的两个接口分别通过第四支路和第五支路与所述工艺制冷机组的冷冻回水管连通，两个连接点之间设有电动阀，所述第四支路上设有第五电动调节阀，所述第五电动调节阀和所述换热器之间引出第六支路，其上设有第六电动调节阀。

2.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述空调冷水机组的冷冻供水管上设有第一温度传感器，所述工艺制冷机组的冷冻供水管上设有第二温度传感器，冷冻回水管上设有第三温度传感器。

3.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述换热器采用板式换热器。

4.一种权利要求1-3任一项所述空调系统的控制方法，其特征在于，当工艺制冷机组满载且最大负荷小于工艺制冷机组最大运行负荷与空调最大换热负荷之和时，控制所述空调冷水机组给工艺制冷机组提供冷量；当工艺制冷机组的冷冻回水温度过低时，控制空调冷水机组的冷冻回水与工艺制冷机组冷冻回水换热，使其温度上升至目标冷冻回水温度；当空调冷水机组故障或者制冷量不足时，控制工艺制冷机组的部分冷量用于空调系统。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当空调冷水机组和工艺制冷机组同时开启时，执行以下流程：

检测工艺制冷机组的冷冻供水温度T2和冷冻回水温度T3，当T2大于供水设定温度T2_设+偏差值A时，计算工艺制冷机组的超出负荷Qc，若超出负荷Qc大于空调冷水机组最大负荷×换热系数，则报警；若超出负荷Qc小于等于空调冷水机组最大负荷×换热系数，则进入控制方案一,空调冷水机组的冷冻供水和工艺制冷机组的冷冻回水通过所述换热器交换热量,使空调冷水机组给工艺制冷机组提供冷量,使工艺制冷机组满足低温工艺的负荷需求；

当工艺制冷机组冷冻供水温度T2小于等于供水设定温度T2_设+偏差值A时，计算工艺制冷机组的负荷Q，当负荷Q小于工艺制冷机组的最小运行负荷时，进入控制方案二,空调冷水机组的冷冻回水和工艺制冷机组的冷冻回水通过所述换热器交换热量,使工艺用冷冻水温度升高,防止工艺制冷机组因冷冻回水温度较低而停机；

当工艺制冷机组的负荷Q大于等于工艺制冷机组的最小运行负荷，且空调系统的冷冻供水温度T1大于空调冷水机组的供水温度上限值或空调冷水机组故障时，进入控制方案三,空调冷水机组的冷冻回水和工艺制冷机组的冷冻回水通过所述换热器交换热量,使空调冷水机组冷冻回水温度下降至设定温度,工艺制冷机组承担空调冷水机组的部分或全部负荷,使空调冷水机组能满足负荷需求。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述的控制方案一包括：

步骤11，将第一电动调节阀6、第二电动调节阀7和第五电动调节阀13开启100%，打开第三电动调节阀10，其它阀门关闭；

步骤12，计算工艺制冷机组的目标冷冻回水温度T4；

步骤13：判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否小于等于目标冷冻回水温度T4，若否，则将第三电动调节阀10开大j%，第二电动调节阀7关小k%，间隔a秒后返回步骤二；若是，则进入步骤14；

步骤14：判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于目标冷冻回水温度T4+偏差值A,若是,则将第三电动调节阀10关小u%，第二电动调节阀7开大i%，间隔a秒后返回步骤12；若否，则结束控制流程。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述j值和所述k值为2，所述u值和所述i值为1。

8.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述的控制方案二包括：

步骤21，将第一电动调节阀6、第二电动调节阀7和第五电动调节阀13开启100%，打开第四电动调节阀11，其它阀门关闭；

步骤22，计算工艺制冷机组的目标冷冻回水温度T4；

步骤23，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于等于目标冷冻回水温度T4，若否，则将第一电动调节阀6的开度减小c%，第四电动调节阀11的开度增大d%，间隔时间t3后返回步骤22；若是，则进入步骤24；

步骤24，判断工艺制冷机组的冷冻回水温度T3是否大于等于目标冷冻回水温度T4+允许偏差值B,若是,则将第一电动调节阀6开度增大v%，第四电动调节阀11开度减小f%,间隔时间t3后返回步骤22；若否,则结束控制流程。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述c值和所述d值为2，所述v值和所述f值为1。

10.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述的控制方案三包括：

步骤31，将第二电动调节阀7和第四电动调节阀11开启100%，打开第六电动调节阀14，其它阀门关闭；

步骤32，判断空调冷水机组的冷冻供水温度T1是否小于等于空调供水设定温度上限值，若否，则进入步骤33；若是，则进入步骤34；

步骤33，将第六电动调节阀14的开度增大b%，间隔时间t2后返回步骤32；

步骤34，判断空调冷水机组冷冻供水温度T1是否小于等于空调冷水机组供水设定温度下限值，若是，则将第六电动调节阀14的开度减小a%，间隔时间t2后返回步骤32；若否，则结束控制流程。

11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述a值和所述b值均为1。

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