CN115235050A - 一种中央空调冷水机组节能策略的模拟方法、装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法及装置。节能控制策略的模拟测试方法通过2个节能策略组合使用，进而达到最优节能。策略一为根据空调使用场所的负荷需求，计算需开启的冷水机组数量，用以替代全部开启冷水机组的，进而实现节能；策略二为在冷水机组运行过程中，基于使用场所内的动态负荷变化情况，采用加、减机策略，自动加减冷水机组的运行台数，进而达到最优运行数量。本发明可通过模拟的方法，达到对节能策略的验证，大大提高了效率和风险。

Description

一种中央空调冷水机组节能策略的模拟方法、装置
技术领域
本发明属于智能空调技术领域，尤其涉及一种中央空调冷水机组节能策略的模拟方法、装置。
背景技术
目前，建筑领域中的能耗中，中央空调的能耗占比50%，其中中央空调的冷水机组模块耗能占比高达60%，在碳中和的大政策要求和背景下，如要对建筑用能情况进行节能优化，可通过对冷水机组的节能策略，实现大比重的节能目的。目前行业物联网技术已较为成熟，通过物联网设备对冷水机组进行监控、积累运行数据、制定节能模型和策略并长时间论证和运行，能达到对冷水机组的节能效果。
上述接入物联网设备的方式，存在如下问题：
1、不同的项目现场状态不一样，想要验证控制策略的准确度，需要经过实际项目的实践和长期观察后才能进行验证。
当运行过程中想要调整或优化控制策略时，需到项目现场修改参数，影响工作效率，且提高人力成本。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种水机中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法、装置，实现远程、随时的模拟现场环境，并随时修改测试参数，提高效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法，冷水机组的节能控制通过2个节能策略组合使用，进而达到最优节能。策略一为根据空调使用场所的负荷需求，计算需开启的冷水机组数量，用以替代全部开启冷水机组的，进而实现节能；策略二为在冷水机组运行过程中，基于使用场所内的动态负荷变化情况，采用加、减机策略，自动加减冷水机组的运行台数，进而达到最优运行数量。
策略一的具体实施方式为：
S11、通过节能设定参数模块设置节能设定参数，包括：冷水机组的数量N、设计工况温度T0、设计总负荷Q0、外围护结构负荷占比ɑ；
S12、通过采集参数模块实时采集并录入采集参数值，包括：室外温度值Tw，冷水机组额定制冷量Qcs和制热量Qhs，在夏季模式下，采用制冷量Qcs参数值；在冬季模式下，取制热量Qhs；
S13、基于上述维护好的参数，计算得出冷水机组的运行台数需求n：
夏季模式：n=ROUNDUP{[ɑ(Tw-T0)/T0+1]*Q0/Qcs}；
冬季模式：n=ROUNDUP{[ɑ(Tw-T0)/T0+1]*Q0/Qhs}；
n即应当开启的冷水机组数量；策略二包括：
S21、通过节能设定参数模块设置节能设定参数，包括：策略一执行完毕后进入策略二的延时时间t1，策略二运行后执行加减机前的延时时间t2，设定温度T1，不灵敏温度△t1，各冷水机组的额定电流I0，加机负载临界值η1，减机不灵敏温度系数β，减机压缩机电流对比系数η4。
S22、通过采集参数模块实时采集并录入采集参数值，包括：冷水供水温度T、各冷水机组的压缩机实时电流IN；
在冷水机组运行后，开始进入并执行策略二，执行如下步骤：
S23、经过延时时间t1后，基于S21-S22的参数，计算出实时需求情况，根据加机策略A或减机策略B动态开启或关闭冷水机组：
加机策略A，同时满足以下条件时，开启1台冷水机组：
冷水供水温度T> [设定温度T1+不灵敏温度△t1]；
冷水机组实时电流IN>加机负载临界值η1*各冷水机组的额定电流I0；
减机策略B，同时满足以下条件时，关闭1台冷水机组：
冷水机组的运行台数需求n＞1；
冷水供水温度T> [设定温度T1+不灵敏温度△t1*β]；
所有冷水机组的压缩机电流比和
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
S24、经过延时时间t2后，再次基于S21-S22的参数，计算出实时需求情况，根据加机策略A或减机策略B动态开启或关闭冷水机组。
进一步的，S12中通过采集参数模块实时采集并录入采集参数值还包括：
各冷水机组的累计运行时间RN，开启冷水机组时查询各冷水机组的累计运行时间RN，RN最小的优先打开。
进一步的，加机策略A，同时满足条件时，开启1台累计运行时长RN最小的冷水机组；减机策略B，同时满足条件时，关闭1台累计运行时长RN最大的冷水机组。
进一步的，还包括如下步骤：
S25、当判断满足加机策略A或减机策略B，经过延时时间t2后，再执行动态开启或关闭冷水机组的动作。
进一步的，将冷水机组的节能策略执行过程通过日志进行记录，记录日志的流程为：
首先，记录节能策略一和二的执行结果，每一个判断条件都记录，用于分析判断各条件是否满足；
然后，将结果发送到RabbitMQ队列中；
最后，从RabbitMQ队列中取出日志，保存在mongo数据库中；
自动生成执行日志报表，记录在系统中，用于实时查询。
本发明还公开一种应用了上述方法的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试装置，包括：设备模拟模块、节能策略模块、采集参数模块和节能设定参数模块。
设备模拟模块：模拟冷水机组设备、智能控制器设备及智能网关设备，用于实现对节能策略的执行；
采集参数模块：通过采集参数数据，用于节能策略实现的部分要素；
节能设定参数模块：通过设定参数数据，用于节能策略实现的部分要素；
节能策略模块：包括策略一和策略二，基于节能设定参数模块和节能策略模块，计算得出最优的节能方法，通过设备模拟模块执行该方法；
进一步的，为了将上述节能策略，设备模拟模块中通过物联网模拟对冷水机组进监控和逻辑控制，依次设置智能网关、DDC控制器、中央空调冷水机组。
进一步的，装置还包括日志存储及查询模块：记录节能策略各环节的结果，用于核查策略是否执行成功以及执行失败的原因。
进一步的，为实现上述三层级的关系，定义指定的字段标识X，将设备编号信息导入到系统中，通过MQTT协议实现对设备的数据传输、上下线、及控制指令下发；
设备数据传输：校验设备标识，如满足X，则连接MQTT后进行主题的订阅发布；生成对应的三级设备的详细信息，从而实现冷水机组数量、节能策略的执行；如不满足，则不处理；主题包括设备上线主题、设备数据上报主题、设备命令接收主题、设备遗嘱消息。
本发明具有以下有益效果：
1、不同的项目现场特征和环境情况不一样，通过以上模拟方法，可无需等到项目运转时，即可通过模拟的方法，找到节能参数的最优值，进而达到对节能策略的快速和验证，大大提高了效率，降低了运行中再调整参数的能源浪费风险。
2、在项目运行后，如因现场条件或室外气候出现变化，可快速、远程调节节能参数设定模块，进行参数修正和模拟，提高运维效率，减少人力成本。
附图说明
图1为本发明实施例的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试装置结构图。
图2为本发明实施例的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法的策略流程图。
图3为本发明实施例的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试装置设备模拟模块三层级关系图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。
实施例：如图1所示，本技术方案的整体技术模块包括设备模拟模块、节能策略模块、日志存储及查询模块、采集参数模块和节能设定参数模块。
设备模拟模块：借助物联网技术，模拟冷水机组设备、智能控制器设备及智能网关设备，用于实现对节能策略的执行；
节能设定参数模块：通过设定参数数据，用于节能策略实现的部分要素；
采集参数模块：通过采集参数数据，用于节能策略实现的部分要素；
节能策略模块：包括策略一和策略二，基于节能设定参数模块和节能策略模块，计算得出最优的节能方法，通过设备模拟模块执行该方法；
日志存储及查询模块：记录节能策略各环节的结果，用于核查策略是否执行成功以及执行失败的原因。
冷水机组的节能控制通过2个节能策略组合使用，进而达到最优节能。策略一为根据空调使用场所的负荷需求，计算需开启的冷水机组数量，用以替代全部开启冷水机组的，进而实现节能；策略二为在冷水机组运行过程中，基于使用场所内的动态负荷变化情况，采用加、减机策略，自动加减冷水机组的运行台数，进而达到最优运行数量。策略流程图如图2所示。
策略一的具体实施方式为：执行如下步骤：
1、通过节能设定参数模块，设置对应的节能设定参数，包括冷水机组的数量N、设计工况温度T0、设计总负荷Q0、外围护结构负荷占比ɑ。
2、通过采集参数模块，实时采集并录入对应的参数值，包括室外温度值Tw，各冷水机组的累计运行时间RN，冷水机组额定制冷量Qcs和制热量Qhs，在夏季模式下，采用制冷量Qcs参数值；在冬季模式下，取制热量Qhs。
3、基于上述维护好的参数，计算得出冷水机组的运行台数需求n，确定应该开启的冷水机组数量：
夏季模式：n=ROUNDUP{[ɑ(Tw-T0)/T0+1]*Q0/Qcs}；
冬季模式：n=ROUNDUP{[ɑ(Tw-T0)/T0+1]*Q0/Qhs}。
4、查询各冷水机组的累计运行时间RN，按照RN排序，RN最短的优先打开。
在冷水机组运行后，开始进入并执行策略二，执行如下步骤：
1、通过节能设定参数模块，设置对应的节能设定参数，包括策略一执行完毕后进入策略二的延时时间t1，策略二运行后执行加减机前的延时时间t2，设定温度T1 ，不灵敏温度△t1，各冷水机组的额定电流I0，加机负载临界值η1，减机不灵敏温度系数β，减机压缩机电流对比系数η4。
2、通过采集参数模块，实时采集并录入对应的参数值，包括冷水供水温度T、各冷水机组的压缩机实时电流IN。
3、基于上述维护好的参数，计算得出根据实时需求情况，动态地开启或关闭冷水机组。
（1）当满足加机策略A时，即需要开启1台累计运行时长RN最短的冷水机组，策略A的条件包括以下2个且需同时满足：
A、冷水供水温度T> [设定温度T1+不灵敏温度△t1]
B、冷水机组实时电流比IN>加机负载临界值η1*各冷水机组的额定电流I0
（2）当满足减机策略B时，即需要关闭1台累计运行时长RN最长的冷水机组，策略B的条件包括以下3个且需同时满足：
A、冷水机组的运行台数需求n＞1；
B、冷水供水温度T> [设定温度T1+不灵敏温度△t1*β]；
C、所有冷水机组的压缩机电流比和
Figure 692176DEST_PATH_IMAGE002
。
为了将上述节能策略，通过物联网技术进行快速模拟，需要通过物联网智能设备模拟对冷水机组进监控和逻辑控制，而在实际的物联网设备架构中，存在多层级设备结构，故而，在进行模拟时，需也需设置多层级，依次为智能网关、DDC控制器、中央空调各模块共3级，具体可查看图3。
为实现上述三层级的关系，由服务端定义指定的字段标识X，将设备编号信息导入到系统中，通过MQTT协议实现对设备的数据传输、上下线、及控制指令下发。
设备数据传输：校验设备标识，如满足X，则连接MQTT后需进行主题的订阅发布。包含设备上线主题、设备数据上报主题、设备命令接收主题、设备遗嘱消息。所有设备主题均发送给后台服务器，由后台服务器处理后再发送给对应的客户端，用来在客户端展示，从而实现冷水机组数量、节能策略的执行；如不满足，则不处理。
设备遗嘱消息：主题为hosjoy/zigbee/state/{deviceId}，设备在初始化连接MQTT服务器的时候需设置遗嘱消息，MQTT服务器会在该设备断开连接后主动发送消息给后台服务器，表示该设备离线。其中若设备为主设备，uuid对应为空，若uuid不为空，则代表为主设备所属的子设备。
设备上线:主题格式同遗嘱消息，设备连接上mqtt服务器后，首先需上报设备的在线状态。其中若设备为主设备，uuid对应为空，若uuid不为空，则代表为主设备下的子设备上线。
最后，将冷水机组的节能策略执行过程通过日志进行记录，记录日志的流程为：
首先，记录节能策略一和二的执行结果，每一个判断条件都记录，用于分析判断各条件是否满足；
然后，将结果发送到RabbitMQ队列中；
最后，从队列中取出日志，保存在mongo数据库中；
自动生成执行日志报表，记录在系统中，用于实时查询。
以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法，其特征在于：包括两个节能策略；策略一为根据空调使用场所的负荷需求，计算需开启的冷水机组数量；策略二为在冷水机组运行过程中，加减冷水机组的运行台数；
策略一的具体实施方式为：
S11、通过节能设定参数模块设置节能设定参数，包括：冷水机组的数量N、设计工况温度T0、设计总负荷Q0、外围护结构负荷占比ɑ；
S12、通过采集参数模块实时采集并录入采集参数值，包括：室外温度值Tw，冷水机组额定制冷量Qcs和制热量Qhs，在夏季模式下，采用制冷量Qcs参数值；在冬季模式下，取制热量Qhs；
S13、基于上述维护好的参数，计算得出冷水机组的运行台数需求n：
夏季模式：n=ROUNDUP{[ɑ(Tw-T0)/T0+1]*Q0/Qcs}；
冬季模式：n=ROUNDUP{[ɑ(Tw-T0)/T0+1]*Q0/Qhs}；
n即应当开启的冷水机组数量；策略二包括：
S21、通过节能设定参数模块设置节能设定参数，包括：策略一执行完毕后进入策略二的延时时间t1，策略二运行后执行加减机前的延时时间t2，设定温度T1，不灵敏温度△t1，各冷水机组的额定电流I0，加机负载临界值η1，减机不灵敏温度系数β，减机压缩机电流对比系数η4；
S22、通过采集参数模块实时采集并录入采集参数值，包括：冷水供水温度T、各冷水机组的压缩机实时电流IN；
在冷水机组运行后，开始进入并执行策略二，执行如下步骤：
S23、经过延时时间t1后，基于S21-S22的参数，计算出实时需求情况，根据加机策略A或减机策略B动态开启或关闭冷水机组：
加机策略A，同时满足以下条件时，开启1台冷水机组：
T> [T1+△t1]；
冷水机组电流比I1>加机负载临界值η1*各冷水机组的额定电流I0；
减机策略B，同时满足以下条件时，关闭1台冷水机组：
冷水机组的运行台数需求n＞1；
冷水供水温度T> [设定温度T1+不灵敏温度△t1*β]；
所有冷水机组的压缩机电流比和
Figure 911205DEST_PATH_IMAGE001
；
S24、重复执行S23。
2.根据权利要求1所述的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法，其特征在于，S12中通过采集参数模块实时采集并录入采集参数值还包括：
各冷水机组的累计运行时间RN，开启冷水机组时查询各冷水机组的累计运行时间RN，RN最小的优先打开。
3.根据权利要求2所述的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法，其特征在于：
加机策略A，同时满足条件时，开启1台累计运行时长RN最小的冷水机组；
减机策略B，同时满足条件时，关闭1台累计运行时长RN最大的冷水机组。
4.根据权利要求1所述的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法，其特征在于：S21中通过节能设定参数模块设置节能设定参数还包括：加机后在运行主机卸载率η2，减机负载临界值η3。
5.根据权利要求1所述的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S25、当判断满足加机策略A或减机策略B，经过延时时间t2后，再执行动态开启或关闭冷水机组的动作。
6.根据权利要求1所述的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法，其特征在于，将冷水机组的节能策略执行过程通过日志进行记录，记录日志的流程为：
首先，记录节能策略一和二的执行结果，每一个判断条件都记录，用于分析判断各条件是否满足；
然后，将结果发送到RabbitMQ队列中；
最后，从RabbitMQ队列中取出日志，保存在mongo数据库中；
自动生成执行日志报表，记录在系统中，用于实时查询。
7.一种应用了权利要求1-6中任一项所述的中央空调冷水机组节能控制策略的模拟测试方法的装置，其特征在于，包括：设备模拟模块、节能策略模块、采集参数模块和节能设定参数模块；
设备模拟模块：模拟冷水机组设备、智能控制器设备及智能网关设备，用于实现对节能策略的执行；
采集参数模块：通过采集参数数据，用于节能策略实现的部分要素；
节能设定参数模块：通过设定参数数据，用于节能策略实现的部分要素；
节能策略模块：包括策略一和策略二，基于节能设定参数模块和节能策略模块，计算得出最优的节能方法，通过设备模拟模块执行该方法。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：设备模拟模块中通过物联网模拟对冷水机组进监控和逻辑控制，依次设置智能网关、DDC控制器、中央空调冷水机组；
装置还包括日志存储及查询模块：记录节能策略各环节的结果，用于核查策略是否执行成功以及执行失败的原因。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：定义指定的字段标识X，将设备编号信息导入到系统中，通过MQTT协议实现对设备的数据传输、上下线、及控制指令下发；
设备数据传输：校验设备标识，如满足X，则连接MQTT后进行主题的订阅发布；生成对应的三级设备的详细信息，从而实现冷水机组数量、节能策略的执行；如不满足，则不处理；主题包括设备上线主题、设备数据上报主题、设备命令接收主题、设备遗嘱消息。
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