CN115235052B - 一种冷水机自动调节控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冷水机自动调节控制系统，该冷水机包括依次连接蒸发器、压缩机、冷凝器，该蒸发器连接有冷冻水循环管路，该冷冻水循环管路包括冷冻泵、冷冻水管道，该冷凝器连接有冷却水循环管路，该冷却水循环管路包括冷却泵、冷却水管道、冷却塔，该控制系统包括旁通管路、控制器、参数采集模块，在冬季和过渡性季节环境温度较低时，蒸发器、冷凝器两器压比低于1.5时或冷却水温度和冷冻水温差值小于10℃时，造成冷水机无法正常开启时，利于本发明的控制系统解决目前技术存在的冷水机无法开启时，需要人为干预冷却塔运行状态慢慢提升压比，才可以开启冷水机的问题，或者由于操作不慎，损坏压缩机，造成故障的问题。

Description

一种冷水机自动调节控制系统
技术领域
本发明涉及空调技术领域，更具体而言是指一种冷水机自动调节控制系统。
背景技术
现有磁悬浮中央空调水冷式冷却系统，主要是根据冷却水出水和回水温差，调节冷却泵频率或冷却塔的开启台数，以达到系统高效冷却的目的。
冷却泵把经过磁悬浮冷水机冷凝器升温的冷却水，输送到冷却塔散热后，再回到冷凝器吸热升温后，再次回到冷却塔散热降温。如此循环往复实现系统冷却散热目的。
在使用磁悬浮冷水机的中央空调机房冷却系统中，由于在过渡性季节环境气温温度较低时，在冷却水温和冷冻水温温差接近10度时，冷凝器与蒸发器压力比值低于1.5时，导致冷媒无法进入磁悬浮压缩机对其冷却而出现压缩机变频器高温保护故障，开启冷水机较为困难，需要人为干预调整冷冻水和冷却水流量，以改变其开机温度和彼此之间的温差，然而人为干预十分容易因冷却、冷冻流量控制不好倒置压缩机高压、低压故障，多次故障甚至损坏磁悬浮压缩机等零部件，造成用户经济损失和影响生产。
发明内容
本发明的主要目的在于一种冷水机自动调节控制系统用于解决背景技术中提到的在环境气温温度较低时开启冷水机较为困难、需要人为干预的问题。
本发明的又一在于提供一种能够实现最低能耗，确保冷却水的高效降温冷却，使机房综合COP最大化的冷水机自动调节控制系统。
本发明采用的技术方案为：一种冷水机自动调节控制系统，该冷水机包括依次连接蒸发器、压缩机、冷凝器，该蒸发器连接有冷冻水循环管路，该冷冻水循环管路包括冷冻泵、冷冻水管道，该冷凝器连接有冷却水循环管路，该冷却水循环管路包括冷却泵、冷却水管道、冷却塔，该控制系统包括旁通管路、控制器、参数采集模块，该旁通管路连接在冷凝器的进出口之间，该参数采集模块用于采集压缩比、采集冷却水循环管路中的冷却水温度与采集冷冻水循环管路中的冷冻水温度的温差值使该控制器能够根据所采集到的压缩比或者温差值控制该旁通管路的启闭或者控制该冷却塔的启闭。
该控制器在开启该旁通管路的同时关闭该冷却塔，该控制器在关闭该旁通管路的同时开启该冷却塔。
当参数采集模块采集到的压缩比小于等于预设标的压比值时或者所采集到的温差值小于预设标的温差值时，则通过该控制器开启旁通管路并同时关闭冷却塔，当参数采集模块采集到的压缩比大于预设标的压比值时或者所采集到的温差值大于等于预设标的温差值时，则通过该控制器控制旁通管路关闭并同时开启冷却塔。
该旁通管路包括旁通管以及旁通电动阀，该旁通管连接在该冷凝器进出口之间，该旁通电动阀设置在该旁通管中。
该预设标的压比值在1.3-1.5之间，该预设标的温差值为在8-12℃。
该控制系统还包括变频器、计算模块，该变频器用于调节控制该冷却泵、冷却塔的运行频率，该计算模块用于计算得出该冷却泵、该冷却塔的最佳运行频率并定时下发到该变频器作为冷却泵、冷却塔的运行频率。
该计算模块利用采集的冷水机输出冷量及冷水机的输入电量、采集的冷凝器的冷却水进出水温度和流量，采集的冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度，利用以上述参数建立数学模型进行计算，计算出冷却泵和冷却塔风机综合节能最佳运行频率，求得冷却系统综合COP最高，并追踪COP最大化的运行调节方向，所述数学模型的计算公式如下：
所述数学模型的计算公式如下：
冷却水散热量 Q1＝∑冷却水流量*冷却水温差*冷却水比热；
冷却塔散热量 Q2＝∑冷却风量*冷却风温差* 空气比热；
冷水机制冷量 Q ＝∑冷冻水量*冷冻水温差*冷冻水比热；
水比热＝4.2*10^3j/kg.℃
冷却风温差＝实时采集的冷却塔散热口温度-环境湿球温度，空气比热＝1.0*10^3j/kg.℃
冷水机电量P＝∑输入功率*时间；
冷却水温度设定值T＝环境湿球温度+3℃
计算冷却泵和冷却塔电机最佳频率时，以满足条件一：P+Q＝Q1，冷却水温差等于预设冷却水温差值和条件二：Q1＝Q2,冷却水温度等于冷却水温度设定值；
冷却泵最佳节能运行频率为：f1＝(q1/额定流量)*50；
q1为冷却水进出水温差为预设冷却水温差值的条件下，按照冷却水散热量Q1计算得到的冷却水最小流量值；
冷却塔最佳节能运行频率为f2＝(Q2/冷却塔额定散热量)*50。
综合COP＝冷水机输出冷量/(冷水机耗电+冷却泵耗电+冷却塔耗电+冷冻泵耗电)，冷水机输出同等冷量情况下，冷却泵耗电+冷却塔耗电之和越小，综合COP越高，寻找两者组合最小值即为最佳运行频率。
该计算模块对变频器下发冷却泵、冷却塔的调节运行频率，频率更新定时调节范围设定在2分钟到10分钟。
当环境温度低于第一预设环境湿球温度以下时，该控制器自动关闭该冷却塔，该冷却塔进入被动冷却运行状态，同时控制器根据建立的数学模型的计算出Q+P＝Q1时，则重新开启冷却塔。
当环境温度低于第二预设环境湿球温度以下时，控制器自动关闭冷水机，冷冻水管道自动切换到冷却水循环系统，冷冻水通过冷却塔进行冷却运行状态，同时控制器根据建立的数学模型的计算出Q+P＝Q2时，则重新开启冷水机。
本发明的有益效果为：在冬季和过渡性季节环境温度较低时，蒸发器、冷凝器两器压比低于1.5时或冷却水温度和冷冻水温差值小于10℃时，造成冷水机无法正常开启时，利于本发明的控制系统，通过旁通管路自动调高压比和冷却水水温，保护压缩机顺利开机制冷，通过本发明的控制系统冷水机能够自行调整冷却水温度，顺利加载开机生产，解决目前技术存在的冷水机无法开启时，需要人为干预冷却塔运行状态慢慢提升压比，才可以开启冷水机的问题，或者由于操作不慎，损坏压缩机，造成故障的问题。本发明还能够利于计算模块计算出冷却泵和冷却塔风机综合节能最佳运行频率对冷却泵电机和冷却塔风机电机进行变频控制，实现用最低能耗，确保冷却水的高效降温冷却，使机房综合COP最大化。
附图说明
通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的控制器的原理方框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1，本发明实施例提供一种冷水机压比自动调节控制系统，该冷水机包括依次连接蒸发器12、压缩机13、冷凝器14，该蒸发器12连接有冷冻水循环管路11，该冷冻水循环管路11包括冷冻泵111、冷冻水管道112，该冷凝器连接有冷却水循环管路15，该冷却水循环管路15包括冷却泵151、冷却水管道152、冷却塔153，该控制系统包括旁通管路21、控制器22、参数采集模块23，该旁通管路21连接在冷凝器14的进出口之间，该参数采集模块23用于实时采集该蒸发器12与该冷凝器13的压缩比(即该冷凝器与该蒸发器的两器压比值)、实时采集冷却水循环管路15中的冷却水温度与实时采集冷冻水循环管路11中的冷冻水温度的温差值，使该控制器22能够根据所采集到的压缩比或者温差值控制该旁通管路21的启闭或者控制该冷却塔153的启闭。
在本实施例子当中，该控制器22在开启该旁通管路21的同时关闭该冷却塔153，该控制器22在关闭该旁通管路21的同时开启该冷却塔153。
当参数采集模块23采集到的压缩比小于等于预设标的压比值时或者所采集到的温差值小于预设标的温差值时，则通过该控制器22开启旁通管路21并同时关闭冷却塔，当参数采集模块23采集到的压缩比大于预设标的压比值时或者所采集到的温差值大于等于预设标的温差值时，则通过该控制器22控制旁通管路21关闭并同时开启冷却塔。
该旁通管路21包括旁通管211以及旁通电动阀212，该旁通管211连接在该冷凝器进出口之间，该旁通电动阀212设置在该旁通管211中。
在本实施例子当中，该控制器22是通过控制旁通电动阀212的启闭来实现旁通管路21的启闭，该控制器22是通过启闭冷却塔中的风扇来实现对冷却塔的启闭。
上述的预设标的压比值在1.3-1.5之间、上述预设标的温差值为在8-12℃。
具体地，在本实施例子当中，上述的预设标的压比值优选为1.5、上述预设标的温差值优选为10℃。
值的一提的是，该参数采集模块221还能够采集冷水机冷量、冷水机电流、冷水机电量，冷冻水进温、冷却水出温、冷冻水流量、冷却水进温、冷却水出温、冷却水流量、冷却水水泵电流、冷却水泵频率、冷却水泵电量、冷却塔电流、冷却塔频率、冷却塔电量、环境湿球温度等关键参数，这些关键参数的采集，是本领域技术人员惯用的技术手段，在此不再赘述。
值的一提的是，控制器开启旁通电动阀并关闭冷却塔时，此时由于冷却水得不到散热，而冷凝器的压力逐渐加大，压比继续升高，当压比达到2.0时，控制器关闭旁通管路并开启冷气塔，此时冷却水流经冷却塔散热，冷水机输出冷量继续提高到正常运行状态。
该控制系统还包括变频器24、计算模块25，该变频器24用于调节控制该冷却泵151、冷却塔153的运行频率，该计算模块25用于实时计算得出该冷却泵151、该冷却塔153的最佳运行频率并定时下发到该变频器24作为冷却泵151、冷却塔的153的运行频率。
该计算模块25利用实时采集的冷水机输出冷量及冷水机的输入电量、实时采集的冷凝器的冷却水进出水温度和流量，实时采集的冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度，利用以上述参数建立数学模型进行实时计算，计算出冷却泵和冷却塔风机综合节能最佳运行频率，求得冷却系统综合COP最高，并追踪COP最大化的运行调节方向，所述数学模型的计算公式如下：
所述数学模型的计算公式如下：
冷却水散热量 Q1＝∑冷却水流量*冷却水温差*冷却水比热；
冷却塔散热量 Q2＝∑冷却风量*冷却风温差* 空气比热；
冷水机制冷量 Q ＝∑冷冻水量*冷冻水温差*冷冻水比热；
水比热＝4.2*10^3j/kg.℃
冷却风温差＝实时采集的冷却塔散热口温度-环境湿球温度，空气比热＝1.0*10^3j/kg.℃
冷水机电量P＝∑输入功率*时间；
冷却水温度设定值T＝环境湿球温度+3℃
计算冷却泵和冷却塔电机最佳频率时，以满足条件一：P+Q＝Q1，冷却水温差等于预设冷却水温差值和条件二：Q1＝Q2,冷却水温度等于冷却水温度设定值；
冷却泵最佳节能运行频率为：f1＝(q1/额定流量)*50；
q1为冷却水进出水温差为预设冷却水温差值的条件下，按照冷却水散热量Q1计算得到的冷却水最小流量值；
冷却塔最佳节能运行频率为f2＝(Q2/冷却塔额定散热量)*50。
综合COP＝冷水机输出冷量/(冷水机耗电+冷却泵耗电+冷却塔耗电+冷冻泵耗电)，冷水机输出同等冷量情况下，冷却泵耗电+冷却塔耗电之和越小，综合COP越高，寻找两者组合最小值即为最佳运行频率。
上述预设冷却水温差值为5℃。
当环境温度低于第一预设环境湿球温度以下时，该控制器22自动关闭该冷却塔，该冷却塔进入被动冷却(冷却水依靠空气冷源对流自然冷却)运行状态，同时该控制器22根据Q+P＝Q1的公式来决定重新开启冷却风扇电机的时机。
当环境温度低于第二预设环境湿球温度以下时，控制器自动关闭冷水机，冷冻水管道自动切换到冷却水循环系统，冷冻水通过冷却塔进行冷却(冷冻水依靠空气冷源散热冷却)运行状态，同时控制器根据Q+P＝Q2的公式来决定是否恢复冷水机制冷的时机。但是此种运行模式建议冷却塔要使用板式换热系统与冷冻水系统进行换热，以避免冷冻水管网直接联通冷却水管网，受冷却水污染产生泥垢，长期使用影响空调末端堵管。
上述第一预设环境湿球温度为20℃，上述第二预设环境湿球温度为15℃。
本发明要实现的是，在冬季和过渡性季节环境温度较低时，蒸发器、冷凝器两器压比低于1.5时或冷却水温度和冷冻水温差值小于10℃时，造成冷水机无法正常开启时，利于本发明的控制系统，通过旁通管路自动调高压比和冷却水水温，保护压缩机顺利开机制冷，通过本发明的控制系统冷水机能够自行调整冷却水温度，顺利加载开机生产，解决目前技术存在的冷水机无法开启时，需要人为干预冷却塔运行状态慢慢提升压比，才可以开启冷水机的问题，或者由于操作不慎，损坏压缩机，造成故障的问题。本发明还能够利于计算模块实时计算出冷却泵和冷却塔风机综合节能最佳运行频率对冷却泵电机和冷却塔风机电机进行变频控制，实现用最低能耗，确保冷却水的高效降温冷却，使机房综合COP最大化。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种冷水机自动调节控制系统，该冷水机包括依次连接蒸发器、压缩机、冷凝器，该蒸发器连接有冷冻水循环管路，该冷冻水循环管路包括冷冻泵、冷冻水管道，该冷凝器连接有冷却水循环管路，该冷却水循环管路包括冷却泵、冷却水管道、冷却塔，其特征在于：该控制系统包括旁通管路、控制器、参数采集模块，该旁通管路连接在冷凝器的进出口之间，该参数采集模块用于采集压缩比、采集冷却水循环管路中的冷却水温度与采集冷冻水循环管路中的冷冻水温度的温差值使该控制器能够根据所采集到的压缩比或者温差值控制该旁通管路的启闭或者控制该冷却塔的启闭，该控制系统还包括变频器、计算模块，该变频器用于调节控制该冷却泵、冷却塔的运行频率，该计算模块用于计算得出该冷却泵、该冷却塔的最佳运行频率并定时下发到该变频器作为冷却泵、冷却塔的运行频率，该计算模块利用采集的冷水机输出冷量及冷水机的输入电量、采集的冷凝器的冷却水进出水温度和流量，采集的冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度，利用以上述参数建立数学模型进行计算，计算出冷却泵和冷却塔风机综合节能最佳运行频率，求得冷却系统综合COP最高，并追踪COP最大化的运行调节方向，所述数学模型的计算公式如下：
所述数学模型的计算公式如下：
冷却水散热量 Q1＝∑冷却水流量*冷却水温差*冷却水比热；
冷却塔散热量 Q2＝∑冷却风量*冷却风温差* 空气比热；
冷水机制冷量 Q ＝∑冷冻水量*冷冻水温差*冷冻水比热；
冷水机电量P＝∑输入功率*时间；
冷却水温度设定值T＝环境湿球温度+3℃；
计算冷却泵和冷却塔电机最佳频率时，以满足条件一：P+Q＝Q1，冷却水温差等于预设冷却水温差值和条件二：Q1＝Q2,冷却水温度等于冷却水温度设定值；
冷却泵最佳节能运行频率为：f1＝(q1/额定流量)*50；
q1为冷却水进出水温差为预设冷却水温差值的条件下，按照冷却水散热量Q1计算得到的冷却水最小流量值；
冷却塔最佳节能运行频率为f2＝(Q2/冷却塔额定散热量)*50；
综合COP＝冷水机输出冷量/(冷水机耗电+冷却泵耗电+冷却塔耗电+冷冻泵耗电)。
2.如权利要求1所述的一种冷水机自动调节控制系统，其特征在于，该控制器在开启该旁通管路的同时关闭该冷却塔，该控制器在关闭该旁通管路的同时开启该冷却塔。
3.如权利要求1所述的一种冷水机自动调节控制系统，其特征在于，当参数采集模块采集到的压缩比小于等于预设标的压比值时或者所采集到的温差值小于预设标的温差值时，则通过该控制器开启旁通管路并同时关闭冷却塔，当参数采集模块采集到的压缩比大于预设标的压比值时或者所采集到的温差值大于等于预设标的温差值时，则通过该控制器控制旁通管路关闭并同时开启冷却塔。
4.如权利要求1、2或3所述的一种冷水机自动调节控制系统，其特征在于，该旁通管路包括旁通管以及旁通电动阀，该旁通管连接在该冷凝器进出口之间，该旁通电动阀设置在该旁通管中。
5.如权利要求3所述的一种冷水机自动调节控制系统，其特征在于，该预设标的压比值在1.3-1.5之间，该预设标的温差值为在8-12℃。
6.如权利要求1所述的一种冷水机自动调节控制系统，其特征在于，该计算模块对变频器下发冷却泵、冷却塔的调节运行频率，频率更新定时调节范围设定在2分钟到10分钟。
7.如权利要求1所述的一种冷水机自动调节控制系统，其特征在于，当环境温度低于第一预设环境湿球温度以下时，该控制器自动关闭该冷却塔，该冷却塔进入被动冷却运行状态，同时控制器根据建立的数学模型的计算出Q+P＝Q1时，则重新开启冷却塔。
8.如权利要求1所述的一种冷水机自动调节控制系统，其特征在于，当环境温度低于第二预设环境湿球温度以下时，控制器自动关闭冷水机，冷冻水管道自动切换到冷却水循环系统，冷冻水通过冷却塔进行冷却运行状态，同时控制器根据建立的数学模型的计算出Q+P＝Q2时，则重新开启冷水机。
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