CN114462171A - 一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法，包括有以下步骤：（1）测算出中央空调冷冻水的循环周期T；（2）以T/2为周期对中央空调冷冻水主管道上的供回水温差与压差进行采样，并保存多组温差数值和压差数值；（3）给步骤（2）中的温差数值和压差数值赋于权值；（4）根据公式计算出下一个T/2周期的供回水温差预测值与压差预测值；（5）根据步骤（4）中算出的温差预测值和压差预测值，通过公式计算得到当前需求侧的供回水温差最终预测值。通过上述方法计算出合理的温差预测值，根据这个温差预测值进行水泵变频调控实现冷量供需同步，既保证了中央空调系统的节能效果，又保证了中央空调需求侧的用户体验。

Description

一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法
技术领域
本发明涉及空调节能技术领域，具体涉及一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法。
背景技术
中央空调能耗在建筑能耗中占比超过40%，是建筑节能重要领域。目前市场上最常见也相对成熟的节能技术主要是对冷冻泵实施变频控制，控制方式主要根据空调机房主管道上供回水的温差变化情况来设置水泵的运行频率，此方式可以达到一定的节能效果，但此方式存在一个较大的问题，即：因为测量点设置在靠近空调机房的冷冻水主管道上，所采集到的温差反映的是半个冷冻水循环周期前冷冻侧的情况，即采样数据是滞后于冷量需求侧的实际变化的，这就造成对空调系统的节能控制与实现冷量需求变化不同步，比如：根据当前测量值需要加大冷量供应，但实际上需求侧的冷量需求此时可能已经改变了，不需要那么大的冷量了，如此就造成冷量供应同需求侧需求不一致，影响空调需求侧的制冷效果，降低了用户体验。此问题长期存在，饱受用户诟病。要解决此问题的关键是如何准确计算出当前时刻需求侧供回水温差，这样才能使冷量供应与需求同步，真正做到按需供应，在满足需求侧真实需求的同时达到满意的节能效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法，根据中央空调系统冷冻侧历史温差及压差数据，应用趋势预测方法计算出合理的温差预测值，根据这个温差预测值进行水泵变频调控实现冷量供需同步，既保证了中央空调系统的节能效果，又保证了中央空调需求侧的用户体验。
为实现上述目的，本发明提供了一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法，包括有以下步骤：
（1）测算出中央空调冷冻水的循环周期T；
（2）以T/2为周期对中央空调冷冻水主管道上的供回水温差与压差进行采样，并保存多组温差数值dt1、dt2、dt3、……、dtn；以及多组压差数值dh1、dh2、dh3、……、dhn；
（3）给步骤（2）中的温差数值赋于权值，dt1的权值wt1，dt2的权值wt2，dt3的权值wt3，……，dtn的权值wtn；
给步骤（2）中的压差数值也赋于权值，dh1的权值wh1，dh2的权值wh2，dh3的权值wh3，……，dhn的权值whn；
（4）根据下面公式计算出下一个T/2周期的供回水温差预测值dt与压差预测值dh，
dt=温差加权移动平均值+温差变化趋势=（dt1* wt1+ dt2* wt2 +……+ dtn*wtn）/（wt1+ wt2 +……+ wtn）+（dtn – dtn-1）；
dh=压差加权移动平均值+压差变化趋势=（dh1* wh1+ dh2* wh2 +……+ dhn*whn）/（wh1+ wh2 +……+ whn）+（dhn – dhn-1）；
（5）根据步骤（4）中算出的温差预测值dt和压差预测值dh，通过下面公式计算得到当前需求侧的供回水温差预测值dtf，
dtf = dt * [ 1–（√dh –√dhn）/√dh ]。
本发明可进一步设置为步骤（3）中各权值按下类规律设定：
wt1=1，wt2=2，wt3=4，wt4=8，以此类推；
wh1=1，wh2=4，wh3=16，wh4=64，以此类推。
权值按上述规律设定，计算出的温差预测值更为准确、合理。
本发明还可进一步设置为步骤（2）中保存的温差数值和压差数值均选择为四组。优选为四组，既简化了计算过程，计算出的温差预测值也更接近于真实值。
本发明还可进一步设置为步骤（1）中冷冻水循环周期T的测算方法为：根据中央空调系统中冷冻水管路的管径与长度积算出管道腔体积S ，再通过主管道上的流量计获取冷冻水流速V ，用S /V得到冷冻水循环周期T。或者，中央空调系统主机启动前先开冷冻泵一段时间，当供回水温差为零时开启主机，同时记录时间为T 0，然后每隔一分钟记录下时间与供回水温差，最后取温差趋于稳定的第一个时间点作为T 1，通过T 1-T 0 得到冷冻水循环周期T。
本发明的有益效果是：本发明根据中央空调系统冷冻侧历史温差及压差数据，应用趋势预测方法计算出合理的温差预测值，根据这个温差预测值进行水泵变频调控实现冷量供需同步，既保证了中央空调系统的节能效果，又保证了中央空调需求侧的用户体验。
附图说明
图1为中央空调系统的结构示意图。
具体实施方式
中央空调的节能方式是根据冷冻水管道的供回水温差来调节冷冻泵的工作频率，从而影响空调机组的冷量输出，使冷量供应同需求侧冷量需求相匹配，实现按需供冷，其示意图如图1所示，包括有冷却系统1、空调机组2、冷冻泵7、工业计算机9、变频器8，需求侧10设置有多个风机盘管11，空调机组2与风机盘管11之间连接有冷冻水供水管13和冷冻水回水管12，冷冻泵7装设在冷冻水供水管13上。同时，冷冻水供水管13上设置有供水温度传感器5和供水压力传感器6，冷冻水回水管12上设置有回水温度传感器3和回水压力传感器4。回水温度传感器3、回水压力传感器4、供水温度传感器5和供水压力传感器6均设置靠近空调机组2的主管道上，回水温度传感器3用于采集回水温度t1，供水温度传感器5用于采集供水温度t2，t1与t2的差值即为供回水温差dt；回水压力传感器4用于采集回水压力h1，供水压力传感器6用于采集供水压力h2，h1与h2差值即为供回水压差dh；回水温度传感器3、回水压力传感器4、供水温度传感器5和供水压力传感器6将采集到信息传递给工业计算机9，工业计算机9计算得出供回水温差dt，并将dt同5℃作比较（5℃ 温差是业界公认的空调供回水标准温差，可以保证空调系统较高的能效）。
若dt > 5℃，则说明冷量供应 < 冷量需求，此时工业计算机9将通过变频器8控制提高冷冻泵7的工作频率来增加冷水量；若dt < 5℃，则说明冷量供应 > 冷量需求，此时工业计算机9将通过变频器8控制降低冷冻泵7的工作频率来减少冷水量；若dt = 5℃，则说明冷量供应 = 冷量需求，冷冻泵7的工作频率不变。
上述控制方式依据的是供回水温差反映空调需求侧的换热情况，当供回水温差偏小时，反映需求侧换热不充分，说明冷量的需求不足，所以可以降低冷冻泵7转速，减小冷量供应；反之当供回水温差偏大时，则说明需求侧对冷量的需求大于供应量，所以需要提升冷冻泵7转速，加大流速，加大冷量供应，如此，使用中央空调机房根据需求侧对冷量的需求调整供应量，实现按需供冷，能有效避免超量供应造成能源浪费，达到较明显的节能效果。
基于上述原理，可以发现确定计算需求侧温差的准确性是合理控制的关键，但从图1中可以清楚看出，温差采样点是设置在靠近空调机组2的主管道上，距离需求侧区域存在大约半个冷冻水循环周期，也就是说系统监量到的回水温度t2，其实是半个冷冻水循环周期前需求区域的水温，在这半个循环周期的时间里，需求侧的水温可能已经发生了变化，控制系统用半个循环周期前的供回水温差来响应当前的需求侧区域冷量需求，会出现很大偏差，甚至南南辕北辙。这样造成的结果容易导致供需失配，影响需求侧空调效果，降低用户使用体验。
本发明根据中央空调系统冷冻侧历史温差及压差数据，应用趋势预测方法计算出合理的温差预测值，根据这个温差预测值进行水泵变频调控实现冷量供需同步，既保证了中央空调系统的节能效果，又保证了中央空调需求侧的用户体验。
本发明算法的设计主要基于以下两点：
（1）冷冻水温度的变化是个连续相对平缓的过程，这就使应用趋势分析算法分析历史数据来预测未来时期的水温成为可能；
（2）供回水压差变化可以即时反映需求侧区域空调使用状态变化，进而反映需求侧区域冷量需量的变化趋势：当空调需求侧开机数量增加或档位加大时，供回水压差将降低，反映出需求侧区域冷量需求将增大；而当空调需求侧开机数量减少或档位减小时，供回水压差将上升，反映出需求侧区域冷量需求将减小。
为进一步验证本算法的正确性，我们进行了以下测试，测试数据如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
具体步骤为：（1）根据中央空调系统中冷冻水管路的管径与长度积算出管道腔体积S ，再通过主管道上的流量计获取冷冻水流速V ，用S /V得到冷冻水循环周期T。或者，中央空调系统主机启动前先开冷冻泵一段时间，当供回水温差为零时开启主机，同时记录时间为T 0，然后每隔一分钟记录下时间与供回水温差，最后取温差趋于稳定的第一个时间点作为T 1，通过T 1-T 0 得到冷冻水循环周期T。
（2）以T/2为周期对中央空调冷冻水主管道上的供回水温差与压差进行采样，并保存四组温差数值dt1、dt2、dt3、dt4；以及四组压差数值dh1、dh2、dh3、dh4。
（3）给步骤（2）中的温差数值赋于权值，dt1的权值wt1=1，dt2的权值wt2=2，dt3的权值wt3=4，dt4的权值wt4=8；
给步骤（2）中的压差数值也赋于权值，dh1的权值wh1=1，dh2的权值wh2=4，dh3的权值wh3=16，dh4的权值wh4=64；
（4）根据下面公式计算出下一个T/2周期即T0+2T时刻的供回水温差预测值dt与压差预测值dh，
dt=温差加权移动平均值+温差变化趋势=（dt1*1+ dt2* 2 + dt3* 4+ dt4* 8）/（1+2+4+8）+（dt4 – dt3）；
dh=压差加权移动平均值+压差变化趋势=（dh1* 1+ dh2* 4+ dh3*16+ dh4* 64）/（1+4+16+64）+（dh4 – dh3）；
（5）根据步骤（4）中算出的温差预测值dt和压差预测值dh，通过下面公式计算得到当前需求侧的供回水温差预测值dtf，
dtf = dt * [ 1–（√dh –√dh4）/√dh ]。
将计算出的dtf与测量出的T0+2T时刻实际温差 dtr作比较，参见上表，可以发现算法偏差率仅在2%左右，误差率基本可以忽略，本算法的准确性较高，采用本算法既保证了中央空调系统的节能效果，又保证了中央空调需求侧的用户体验。

Claims (5)

1.一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）测算出中央空调冷冻水的循环周期T；
（2）以T/2为周期对中央空调冷冻水主管道上的供回水温差与压差进行采样，并保存多组温差数值dt1、dt2、dt3、……、dtn；以及多组压差数值dh1、dh2、dh3、……、dhn；
（3）给步骤（2）中的温差数值赋于权值，dt1的权值wt1，dt2的权值wt2，dt3的权值wt3，……，dtn的权值wtn；
给步骤（2）中的压差数值也赋于权值，dh1的权值wh1，dh2的权值wh2，dh3的权值wh3，……，dhn的权值whn；
（4）根据下面公式计算出下一个T/2周期的供回水温差预测值dt与压差预测值dh，
dt=温差加权移动平均值+温差变化趋势=（dt1* wt1+ dt2* wt2 +……+ dtn* wtn）/（wt1+ wt2 +……+ wtn）+（dtn – dtn-1）；
dh=压差加权移动平均值+压差变化趋势=（dh1* wh1+ dh2* wh2 +……+ dhn* whn）/（wh1+ wh2 +……+ whn）+（dhn – dhn-1）；
（5）根据步骤（4）中算出的温差预测值dt和压差预测值dh，通过下面公式计算得到当前需求侧的供回水温差预测值dtf，
dtf = dt * [ 1–（√dh –√dhn）/√dh ]。
2.根据权利要求1所述的一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法，其特征在于：步骤（3）中各权值按下类规律设定：
wt1=1，wt2=2，wt3=4，wt4=8，以此类推；
wh1=1，wh2=4，wh3=16，wh4=64，以此类推。
3.根据权利要求1或2所述的一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法，其特征在于：步骤（2）中保存的温差数值和压差数值均选择为四组。
4.根据权利要求1或2所述的一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法，其特征在于：步骤（1）中冷冻水循环周期T的测算方法为：根据中央空调系统中冷冻水管路的管径与长度积算出管道腔体积S ，再通过主管道上的流量计获取冷冻水流速V ，用S /V得到冷冻水循环周期T。
5.根据权利要求1或2所述的一种中央空调需求侧供回水温差预测值的计算方法，其特征在于：步骤（1）中冷冻水循环周期T的测算方法为：中央空调系统主机启动前先开冷冻泵一段时间，当供回水温差为零时开启主机，同时记录时间为T 0，然后每隔一分钟记录下时间与供回水温差，最后取温差趋于稳定的第一个时间点作为T 1，通过T 1-T 0 得到冷冻水循环周期T。
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