CN114963447B - 一种冷水机组智能控制系统及方法 - Google Patents

一种冷水机组智能控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冷水机组智能控制系统及方法，系统包括：通过通讯模块与冷水机组连接，将室内温度设定值和室内湿度设定值传输给计算模块；通过采集模块采集室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量数据；通过计算模块根据数据采集模块采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，再通过通讯模块将冷水机组目标出水温度传输给冷水机组，控制冷水机组在当前时刻至下一时刻的时间段内按照冷水机组目标出水温度进行制冷，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值；降低了通过纯人工调节存在的实时性差、以及在机组运行期间无法及时调节而造成的资源浪费的问题。

Description

一种冷水机组智能控制系统及方法
技术领域
本发明涉及制冷智能控制领域，特别是涉及一种冷水机组智能控制系统及方法。
背景技术
在大型中央空调系统中，在制冷的初期、末期和其他温度湿度较低的天气，适当提高冷水出水温度，也可以满足末端空调需求；因此可以通过提高冷水机组出水温度的方式，大幅降低能耗。而目前对冷水机组出水温度设定值的调节，主要是依靠操作人员的经验进行手动调节，调节实时性非常差，在运行期间无法及时调节，造成能源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷水机组智能控制系统及方法，提高了冷水机组控制系统的自动化及智能化程度，提高了能源利用效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种冷水机组智能控制系统，包括：通讯模块，与冷水机组连接，用于将室内温度设定值和室内湿度设定值传输给计算模块，以控制冷水机组进行预制冷；
采集模块，用于采集室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量数据；
计算模块，与所述通讯模块和所述采集模块连接；所述计算模块用于根据所述数据采集模块采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值；
所述通讯模块，还用于将所述冷水机组目标出水温度传输给所述冷水机组，控制冷水机组在当前时刻至下一时刻的时间段内按照所述冷水机组目标出水温度进行制冷。
可选地，所述计算模块包括：
目标制冷功率确定单元，用于根据上一时刻的室内外湿球温差、当前时刻的室内外湿球温差以及功率比例变化量，计算当前时刻所需的目标制冷功率；所述功率比例变化量为所述室内外湿球温差每变化1摄氏度时，变化前的制冷功率和冷水机组额定功率比值与变化后的制冷功率和冷水机组额定功率比值的差值；
目标出水温度确定单元，用于根据所述目标制冷功率和当前时刻的冷水机组回水温度，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度。
可选地，所述计算模块还包括：
功率比例变化量确定单元，用于根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量。
可选地，所述计算模块还包括：
湿球温度计算单元，用于根据所述室内温度和所述室内湿度，确定室内湿球温度；根据所述室外温度和所述室外湿度，确定室外湿球温度；
室内外温差计算单元，用于根据所述室内湿球温度和所述室外湿球温度，确定室内外湿球温差。
可选地，所述计算模块还包括：
制冷功率计算单元，用于根据冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量，确定冷水机组的制冷功率。
对应于前文的冷水机组智能控制系统，本发明还提供了一种冷水机组智能控制方法，包括以下步骤：
将室内温度设定值和室内湿度设定值传输给计算模块；
控制冷水机组进行预制冷，使室内温度和室内湿度达到预先设定值；
采集室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量数据；
根据所述数据采集模块采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值；
将所述冷水机组目标出水温度传输给所述冷水机组；
控制冷水机组在当前时刻至下一时刻的时间段内按照所述冷水机组目标出水温度进行制冷。
可选地，所述根据所述数据采集模块采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值，具体包括：
根据上一时刻的室内外湿球温差、当前时刻的室内外湿球温差以及功率比例变化量，计算当前时刻所需的目标制冷功率；所述功率比例变化量为所述室内外湿球温差每变化1摄氏度时，变化前的制冷功率和冷水机组额定功率比值与变化后的制冷功率和冷水机组额定功率比值的差值；
根据所述目标制冷功率和当前时刻的冷水机组回水温度，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值。
可选地，在所述根据上一时刻的室内外湿球温差、当前时刻的室内外湿球温差以及功率比例变化量，计算当前时刻所需的目标制冷功率之前，所述智能控制方法还包括：
根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量。
可选地，在所述根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量之前，所述智能控制方法还包括：
根据所述室内温度和所述室内湿度，确定室内湿球温度；根据所述室外温度和所述室外湿度，确定室外湿球温度；
根据所述室内湿球温度和所述室外湿球温度，确定室内外湿球温差。
可选地，在所述根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量之前，所述智能控制方法还包括：
根据冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量，确定冷水机组的制冷功率。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种冷水机组智能控制系统及方法，冷水机组智能控制系统包括：通讯模块，与冷水机组连接，用于将室内温度设定值和室内湿度设定值传输给计算模块，以控制冷水机组进行预制冷；采集模块，用于采集室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量数据；计算模块，与通讯模块和采集模块连接；计算模块用于根据数据采集模块采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值；通讯模块，还用于将冷水机组目标出水温度传输给冷水机组，控制冷水机组在当前时刻至下一时刻的时间段内按照冷水机组目标出水温度进行制冷。本发明通过采集冷水机组预制冷期间的室内外温度、湿度数据和冷水机组制冷功率的经验关系，对预制冷后任一时间段内的冷水机组出水温度进行自动设定，提高了冷水机组控制系统的自动化及智能化，降低了通过纯人工调节存在的实时性差、以及在机组运行期间无法及时调节而造成的资源浪费的问题，提高了冷水机组的能源利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种冷水机组智能控制系统的结构示意图；
图2为本发明提供的一种冷水机组智能控制系统方法的流程图；
图3为本发明提供的智能控制系统方法步骤S4的具体流程图。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
大型中央空调系统的冷水机组在运行时，适当提高冷水出口温度，可大幅提高冷水机组制冷效率，节省能耗。在炎热天气制冷的末期和其他温度湿度较低的天气，适当提高冷水出水温度，也可以满足末端空调需求；因此可以通过提高冷水机组出水温度的方式进行节能。
本发明的目的是提供一种冷水机组智能控制系统及方法，提高了冷水机组控制系统的自动化及智能化程度，提高了能源利用效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种冷水机组智能控制系统，适应于大型中央空调系统，冷水机组可以是电冷机，也可以是溴化锂冷水机组；支持多种主流通讯协议，系统包括：通讯模块1，与冷水机组连接，用于将室内温度设定值和室内湿度设定值传输给计算模块；
采集模块2，用于采集室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量数据；采集模块2包括多个温度传感器、多个湿度传感器、流量计和冷量表，分别设置在室内、室外和冷水机组不同部位，通过4～20mA模拟量信号传给采集器。
计算模块3，通过RS485通讯接口与所述通讯模块1和所述采集模块2连接；所述计算模块3用于根据室内温度设定值和室内湿度设定值确定初始出水温度设定值，以控制冷水机组进行预制冷，使室内温度和室内湿度达到预先设定值；所述计算模块3还用于根据所述数据采集模块2采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值。
所述通讯模块1，还用于将所述冷水机组目标出水温度传输给所述冷水机组，控制冷水机组在当前时刻至下一时刻的时间段内按照所述冷水机组目标出水温度进行制冷。
本实施例中，计算模块3包括：
湿球温度计算单元31，用于根据所述室内温度和所述室内湿度，确定室内湿球温度；根据所述室外温度和所述室外湿度，确定室外湿球温度；
室内外温差计算单元32，用于根据所述室内湿球温度和所述室外湿球温度，确定室内外湿球温差。
制冷功率计算单元33，用于根据冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量，确定冷水机组的制冷功率。
功率比例变化量确定单元34，用于根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量。
目标制冷功率确定单元35，用于根据上一时刻的室内外湿球温差、当前时刻的室内外湿球温差以及功率比例变化量，计算当前时刻所需的目标制冷功率；所述功率比例变化量为所述室内外湿球温差每变化1摄氏度时，变化前的制冷功率和冷水机组额定功率比值与变化后的制冷功率和冷水机组额定功率比值的差值。
目标出水温度确定单元36，用于根据所述目标制冷功率和当前时刻的冷水机组回水温度，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度。
如图2所示，本发明还提供了如前所述的冷水机组智能控制系统对应的智能控制方法，适应于大型中央空调系统，冷水机组可以是电冷机，也可以是溴化锂冷水机组；支持多种主流通讯协议，该方法包括以下步骤：
S1、将室内温度设定值和室内湿度设定值传输给计算模块。
S2、控制冷水机组进行预制冷，使室内温度和室内湿度达到预先设定值。
S3、采集室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量数据。
S4、根据所述数据采集模块采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值；如图3所示，步骤S4具体包括以下步骤：
S41、根据所述室内温度和所述室内湿度，确定室内湿球温度。
S42、根据所述室外温度和所述室外湿度，确定室外湿球温度。湿球温度的计算方式通过表1可以确定：
表1湿球温度计算公式
Figure BDA0003656266110000061
Figure BDA0003656266110000071
表1中t表示温度传感器测量的室内温度或室外温度，单位为℃；Φ为湿度传感器测量的室内湿度或室外湿度，单位为％，取值0～100；ts表示室内湿球温度或室外湿球温度，单位为℃。
S43、根据室内湿球温度和室外湿球温度，确定室内外湿球温差。
室内外湿球温差＝室外湿球温度-室内湿球温度
S44、根据冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量，确定冷水机组的制冷功率。
制冷功率＝(回水温度-出水温度)×冷水机组流量×1.163
S45、根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量；所述功率比例变化量为所述室内外湿球温差每变化1摄氏度时，变化前的制冷功率和冷水机组额定功率比值与变化后的制冷功率和冷水机组额定功率比值的差值。
比如一个制冷机组有3台制冷机，每台制冷机的额定功率是2000kW，那这个制冷机组的额定功率就是6000kW。而制冷功率是通过步骤S44的公式实时计算的，制冷功率/额定功率＝功率比例，比如在室内外湿球温差为4℃时的制冷功率是3000kW，那此时功率比例是3000kW/6000kW＝50％；当室内外湿球温差变化为6℃时的制冷功率是3300kW，那此时比例是3300kW/6000kW＝55％；此时室内外湿球温差分别为4℃和6℃，相差2℃，制冷功率分别为3000kW和3300kW，相差300kW；则可以确定室内外湿球温差每变化1℃制冷功率变化量为150kW，功率比例变化量就是2.5％。同时也可以计算出基础制冷功率(即室内外湿球温差为0℃时的制冷功率)为3000kW-4*150kW＝2400kW。
S46、根据上一时刻的室内外湿球温差、当前时刻的室内外湿球温差以及功率比例变化量，计算当前时刻所需的目标制冷功率。根据记录的time-Δtime时刻的室内外湿球温差，以及当前time时刻记录的室内外湿球温差，可以确定一个差值，根据该差值和步骤S45步骤确定的功率比例变化量，可以确定当前time时刻所需的目标制冷功率。比如time-Δtime时刻的制冷功率为2600kW，并且time-Δtime时刻的室内外湿球温差和time时刻的室内外湿球温差的差值为2℃，之前确定的功率比例变化量为2.5％，则所需的目标制冷功率为2600kW+2*2.5％*6000kW＝2900kW。
作为一种可以替代的选择，可以根据当前时刻的室内外湿球温差、功率比例变化量2.5％和室内外湿球温差为0℃时的基础制冷功率2400kW，确定目标制冷功率；如当前时刻的室内外湿球温差为0.5℃，则当前时刻所需的目标制冷功率为2400kW+0.5*2.5％*6000kW＝2475kW。
S47、根据所述目标制冷功率和当前时刻的冷水机组回水温度，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度。根据步骤S46确定的目标制冷功率和当前time时刻采集的冷水机组回水温度，按照下式即可计算得到目标出水温度。
目标出水温度＝回水温度-目标制冷功率/(冷水机组流量×1.163)
S5、将所述冷水机组目标出水温度传输给所述冷水机组。
S6、控制冷水机组在当前time时刻至下一time+Δtime时刻的时间段内按照所述冷水机组目标出水温度进行制冷。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种冷水机组智能控制系统，其特征在于，所述智能控制系统包括：
通讯模块，与冷水机组连接，用于将室内温度设定值和室内湿度设定值传输给计算模块，以控制冷水机组进行预制冷；
采集模块，用于采集室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量数据；
计算模块，与所述通讯模块和所述采集模块连接；所述计算模块用于根据所述采集模块采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值；
所述计算模块包括：
目标制冷功率确定单元，用于根据上一时刻的室内外湿球温差、当前时刻的室内外湿球温差以及功率比例变化量，计算当前时刻所需的目标制冷功率；所述功率比例变化量为所述室内外湿球温差每变化1摄氏度时，变化前的制冷功率和冷水机组额定功率比值与变化后的制冷功率和冷水机组额定功率比值的差值；
目标出水温度确定单元，用于根据所述目标制冷功率和当前时刻的冷水机组回水温度，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度；
所述通讯模块，还用于将所述冷水机组目标出水温度传输给所述冷水机组，控制冷水机组在当前时刻至下一时刻的时间段内按照所述冷水机组目标出水温度进行制冷。
2.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于，所述计算模块还包括：
功率比例变化量确定单元，用于根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量。
3.根据权利要求2所述的智能控制系统，其特征在于，所述计算模块还包括：
湿球温度计算单元，用于根据所述室内温度和所述室内湿度，确定室内湿球温度；根据所述室外温度和所述室外湿度，确定室外湿球温度；
室内外温差计算单元，用于根据所述室内湿球温度和所述室外湿球温度，确定室内外湿球温差。
4.根据权利要求2所述的智能控制系统，其特征在于，所述计算模块还包括：
制冷功率计算单元，用于根据冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量，确定冷水机组的制冷功率。
5.一种冷水机组智能控制方法，其特征在于，所述智能控制方法包括以下步骤：
将室内温度设定值和室内湿度设定值传输给计算模块；
控制冷水机组进行预制冷，使室内温度和室内湿度达到预先设定值；
采集室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量数据；
根据采集模块采集的数据，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值；具体包括：
根据上一时刻的室内外湿球温差、当前时刻的室内外湿球温差以及功率比例变化量，计算当前时刻所需的目标制冷功率；所述功率比例变化量为所述室内外湿球温差每变化1摄氏度时，变化前的制冷功率和冷水机组额定功率比值与变化后的制冷功率和冷水机组额定功率比值的差值；
根据所述目标制冷功率和当前时刻的冷水机组回水温度，确定当前时刻所需的冷水机组目标出水温度，以使室内温度和室内湿度保持在预先设定值；
将所述冷水机组目标出水温度传输给所述冷水机组；
控制冷水机组在当前时刻至下一时刻的时间段内按照所述冷水机组目标出水温度进行制冷。
6.根据权利要求5所述的智能控制方法，其特征在于，在所述根据上一时刻的室内外湿球温差、当前时刻的室内外湿球温差以及功率比例变化量，计算当前时刻所需的目标制冷功率之前，所述智能控制方法还包括：
根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量。
7.根据权利要求6所述的智能控制方法，其特征在于，在所述根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量之前，所述智能控制方法还包括：
根据所述室内温度和所述室内湿度，确定室内湿球温度；根据所述室外温度和所述室外湿度，确定室外湿球温度；
根据所述室内湿球温度和所述室外湿球温度，确定室内外湿球温差。
8.根据权利要求6所述的智能控制方法，其特征在于，在所述根据预制冷期间的室内外湿球温差以及所述冷水机组制冷功率，确定功率比例变化量之前，所述智能控制方法还包括：
根据冷水机组出水温度、冷水机组回水温度以及冷水机组流量，确定冷水机组的制冷功率。
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