CN115597189B - 一种基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法、系统 - Google Patents

一种基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法、系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法，本方法需进行节能参数设置，并实时采集并录入运行参数值；节能策略包括：场景一，当冷冻水泵的运行台数多于1台时，根据系统的压差、运行流量需求，加减变频器的运行频率，进而实现节能运行配置；场景二，当冷冻水泵的运行台数为1台时，根据系统的压差、运行流量需求，加减变频器的运行频率，进而实现节能运行配置。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。本发明还公开一种基于云端的冷冻水泵节能策略的系统。

Description

一种基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法、系统
技术领域
本发明属于智能空调技术领域，尤其涉及一种基于云端的中央空调冷冻水泵节能策略的模拟方法、系统。
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%，在众多制冷设备中，冷冻水泵的容量是按照最大设计热负载（即最高气温时）选定的，且留有10%左右的余量。在一年四季中，水泵系统长期在固定的最大水流量下工作。由于季节、昼夜的温度变化及用户负荷的变化，设备实际的热负载在绝大部分时间内远比设计负载低，一年中负载率在50%以下的运行小时数约占全部运行时间的50%以上，增加了管路系统的能量损失、浪费了水泵运行的输送能量。
目前行业物联网技术已较为成熟，但采用接入物联网设备的方式，存在需要经过实际项目的实践、校验、到现场修改参数的问题，影响工作效率，且提高人力成本。
因此亟需一种应用在建筑领域中的冷冻水泵节能策略，进而实现节能的目的。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法、系统，在云端搭建一套模拟测试的工具，可以远程、随时的模拟现场环境，并随时修改测试参数，大大提高了效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法，设备模拟模块模拟冷冻水泵设备、智能控制器设备及智能网关设备的监控和控制逻辑；冷水机组、冷冻水泵一一对应；
节能设定参数模块设置节能参数，包括压差设定值P、不灵敏度系数β、运行频率下限值fmin、运行频率最大值fmax、水泵增减频率单次幅度fo、冷水机组最小流量So；
采集参数模块实时采集并录入运行参数值，包括供水总管压力Pg、回水总管压力Ph、回水主管运行流量S、冷冻水泵的运行台数n1、冷水机组的运行台数n2、冷冻水泵运行频率f；
节能策略模块执行的节能策略包括：
场景一，当冷冻水泵的运行台数多于1台时，根据系统的压差、运行流量需求，加减变频器的运行频率，进而实现节能运行配置；
场景一的处理逻辑内容为：
以下条件同时满足时，减少冷冻水泵的运行频率，单次降幅为fo：
T111、 (△P-P)/P>不灵敏度系数β；△P=供水总管压力Pg-回水总管压力Ph；
T112、冷冻水泵运行频率f＞运行频率下限值fmin；
T113、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
以下条件同时满足时，增加冷冻水泵的运行频率，单次增幅为fo：
T121、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
T122、冷冻水泵运行频率f＜运行频率最大值fmax；
T123、回水主管运行流量S≤冷水机组最小流量So；
场景二，当冷冻水泵的运行台数为1台时，根据系统的压差、运行流量需求，加减变频器的运行频率，进而实现节能运行配置；
场景二的处理逻辑内容为：
当满足减少频率的策略时，减少冷冻水泵的运行频率，单次降幅为fo，以下条件需同时满足：
T211、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
T212、冷冻水泵运行频率f＞运行频率下限值fmin；
T213、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
当满足增加频率的策略时，增加冷冻水泵的运行频率，单次增幅为fo，以下2种情况中的条件同时满足即可：
T221、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
T222、回水主管运行流量S≤冷水机组最小流量So；
或者，
T231、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
T232、冷冻水泵运行频率f＞运行频率最大值fmax；
T233、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So。
进一步的，设置的节能参数还包括延时t；上述策略执行时，当策略中的一个条件满足时，延时t时间后，再轮询下一个条件；当执行一个策略后，延时t时间后，再重新轮询策略中的条件。
进一步的，为实现更优的节能运行配置，场景二中，还配合调节旁通阀的开度。旁通阀增减开度单次幅度ko。
当只有一台冷水机组运行且冷冻水泵的频率达到下限时需开启冷冻水泵的电动阀门，根据供回水压差变化，调节阀门开度，保证冷水机组保护流量，压差增大，调节阀门开大；
单次增幅为ko，以下条件同时满足时执行增加阀开度的策略：
T311、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
T312、冷冻水泵运行频率f=运行频率下限值fmin；
T313、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
T314、旁通阀开度≠100%。
进一步的，当只有一台冷水机组运行且冷冻水泵的频率达到最大值时需关闭冷冻水泵的电动阀门，根据供回水压差变化，调节阀门开度，保证冷水机组保护流量，压差变小，调节阀门关小；
单次增幅为ko，以下条件同时满足时执行降低阀开度的策略：
T321、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
T322、冷冻水泵运行频率f=运行频率最大值fmax；
T323、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
T324、旁通阀开度≠0%。
进一步的，确定节能参数的方法为：
通过采集运行参数数据，计算冷冻水泵设备所在系统的运行负荷及管网阻力；
将系统划分为若干运行时间段，根据每一个运行时间段的负荷，计算冷冻水泵的流量，根据流量，校核管网阻力，得出冷冻水泵的扬程；通过模拟得到冷冻水泵最大功率运行时的冷冻水泵的流量和冷冻水泵的扬程为最优工况，即得到冷冻水泵运行的节能参数。
本发明还公开一种基于云端的冷冻水泵节能策略的系统，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：借助物联网技术，模拟冷冻水泵设备、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：通过节能设定参数模块，设置节能参数，包括压差设定值P、不灵敏度系数β、运行频率下限值fmin、运行频率最大值fmax、水泵增减频率单次幅度fo、旁通阀增减开度单次幅度ko、冷水机组最小流量So。
采集参数模块：通过采集参数模块，实时采集并录入运行参数值，包括供水总管压力Pg、回水总管压力Ph、回水主管运行流量S、冷冻水泵的运行台数n1、冷水机组的运行台数n2、冷冻水泵运行频率f。
节能策略模块：应用上述节能策略的场景一和场景二，基于节能设定参数模块和节能策略模块，计算节能方法，并通过设备模拟模块执行节能方法。
本发明具有以下有益效果：
1、通过上述节能策略，可以满足单个冷冻水泵和多个冷冻水泵时的节能，进而满足多样化的现场需求；
2、通过模拟的方法，无需等到项目运转时，即可通过模拟手段不断调参，进而达到对节能策略的快速和验证，大大提高了效率；
3、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为本发明实施例的基于云端的冷冻水泵节能策略的系统架构图。
图2为本发明实施例的基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法判断图。
图3为本发明实施例的基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法场景一处理逻辑图。
图4为本发明实施例的基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法场景二处理逻辑图。
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。
冷冻水泵是冷源侧与冷水机组相对应的水泵，并与冷水机组和旁通管组成一次环路，冷水机组、冷冻水泵和冷却塔是一一对应关系，即一台冷水机组配置一台冷冻水泵，配置一台冷却塔。
本实施例的整体技术模块包括设备模拟模块、节能策略模块、采集参数模块和节能设定参数模块。如图1所示。
设备模拟模块：借助物联网技术，模拟冷冻水泵设备、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：通过节能设定参数模块，设置节能参数值，包括压差设定值P、轮询时间延时t、不灵敏度系数β、运行频率下限值fmin、运行频率最大值fmax、水泵增减频率单次幅度fo、旁通阀增减开度单次幅度ko、冷水机组最小流量So；
节能参数的确定方法为：通过采集运行参数数据，计算冷冻水泵设备所在系统的运行负荷及管网阻力；将系统划分为若干运行时间段，根据每一个运行时间段的负荷，计算冷冻水泵的流量，根据流量，校核管网阻力，得出冷冻水泵的扬程；对于水泵而言，流量和扬程确定了以后，其工作点就确定了，不同的工作点对应的功率不同，水泵最大功率的工作点通常是其以额定工作点运行时的功率，也是该水泵运行时的最大功率；而通过模拟所得到的流量和扬程就是水泵运行的最优工况，其参数值是小于额定工作点的，水泵工作点的调节是通过调节频率实现的，水泵的功率与频率是三次方关系，比如水泵频率降低到原来的90%，则功率降为原来的0.93=0.729。因此，即找到了水泵运行的目标节能参数。
由于系统实际的需求实时变化，根据供回水温度及温差，以水泵最优参数值为基础值进行增频和降频的调节。
采集参数模块：通过采集参数模块，实时采集并录入运行参数值，包括供水总管压力Pg、回水总管压力Ph、回水主管运行流量S、冷冻水泵的运行台数n1、冷水机组的运行台数n2、冷冻水泵运行频率f；
节能策略模块：包括上述场景一和场景二，基于节能设定参数模块和节能策略模块，计算节能方法，通过设备模拟模块执行节能方法。
如图2所示，本方法的节能策略通过2个场景进行策略制定。
场景一，当冷冻水泵的运行台数多于1台时，根据系统的压差、运行流量需求，自动加减变频器的运行频率，进而实现最优的运行配置；
场景二，当冷冻水泵的运行台数为1台时，根据系统的压差、运行流量需求，自动加减变频器的运行频率，并配合调节旁通阀的开度，进而实现最优的运行配置；
为满足上述2个场景的节能策略，具体包括如下步骤：
设置节能参数，包括压差设定值P、轮询时间延时t、不灵敏度系数β、运行频率下限值fmin、运行频率最大值fmax、水泵增减频率单次幅度fo、旁通阀增减开度单次幅度ko、冷水机组最小流量So；
实时采集并录入运行参数值，包括供水总管压力Pg、回水总管压力Ph、回水主管运行流量S、冷冻水泵的运行台数n1、冷水机组的运行台数n2、冷冻水泵运行频率f。
基于上述节能参数、运行参数，对比冷冻水泵的运行台数n1和冷水机组的运行台数n2，确定是否执行场景一或场景二的处理逻辑：
如图3所示，场景一的处理逻辑内容为：
当满足减少频率的策略时，减少冷冻水泵的运行频率，单次降幅为fo，以下条件需同时满足：
A、 (△P-P)/P>不灵敏度系数β；△P=供水总管压力Pg-回水总管压力Ph；
B、冷冻水泵运行频率f＞运行频率下限值fmin；
C、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
当满足增加频率的策略时，增加冷冻水泵的运行频率，单次增幅为fo，以下条件需同时满足：
A、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
B、冷冻水泵运行频率f＜运行频率最大值fmax；
C、回水主管运行流量S≤冷水机组最小流量So；
如图4所示，场景二的处理逻辑内容为：
当满足减少频率的策略时，减少冷冻水泵的运行频率，单次降幅为fo，以下条件需同时满足：
A、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
B、冷冻水泵运行频率f＞运行频率下限值fmin；
C、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
当满足增加频率的策略时，增加冷冻水泵的运行频率，单次增幅为fo，以下2种情况中的条件同时满足即可：
A、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
B、回水主管运行流量S≤冷水机组最小流量So；
或者
A、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
B、冷冻水泵运行频率f＞运行频率最大值fmax；
C、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So。
当只有一台冷水机组运行且冷冻水泵的频率达到下限时需开启冷冻水泵的电动阀门，根据供回水压差变化，调节阀门开度，保证冷水机组保护流量，压差增大，调节阀门开大。单次增幅为ko，以下条件同时满足时执行增加阀开度的策略：
A、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
B、冷冻水泵运行频率f=运行频率下限值fmin；
C、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
D、旁通阀开度≠100%。
当只有一台冷水机组运行且冷冻水泵的频率达到最大值时需关闭冷冻水泵的电动阀门，根据供回水压差变化，调节阀门开度，保证冷水机组保护流量，压差变小，调节阀门关小。单次增幅为ko，以下条件同时满足时执行降低阀开度的策略：
A、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
B、冷冻水泵运行频率f=运行频率最大值fmax；
C、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
D、旁通阀开度≠0%。
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 (5)

1.一种基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法，其特征在于：
设备模拟模块模拟冷冻水泵设备、智能控制器设备及智能网关设备的监控和控制逻辑；冷水机组、冷冻水泵一一对应；
节能设定参数模块设置节能参数，包括压差设定值P、不灵敏度系数β、运行频率下限值fmin、运行频率最大值fmax、水泵增减频率单次幅度fo、冷水机组最小流量So；
采集参数模块实时采集并录入运行参数值，包括供水总管压力Pg、回水总管压力Ph、回水主管运行流量S、冷冻水泵的运行台数n1、冷水机组的运行台数n2、冷冻水泵运行频率f；
节能策略模块执行的节能策略包括：
场景一，当冷冻水泵的运行台数多于1台时，根据系统的压差、运行流量需求，加减变频器的运行频率，进而实现节能运行配置；
场景一的处理逻辑内容为：
以下条件同时满足时，减少冷冻水泵的运行频率，单次降幅为fo：
T111、 (△P-P)/P>不灵敏度系数β；
T112、冷冻水泵运行频率f＞运行频率下限值fmin；
T113、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
以下条件同时满足时，增加冷冻水泵的运行频率，单次增幅为fo：
T121、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
T122、冷冻水泵运行频率f＜运行频率最大值fmax；
T123、回水主管运行流量S≤冷水机组最小流量So；
场景二，当冷冻水泵的运行台数为1台时，根据系统的压差、运行流量需求，加减变频器的运行频率，进而实现节能运行配置；
场景二的处理逻辑内容为：
当满足减少频率的策略时，减少冷冻水泵的运行频率，单次降幅为fo，以下条件需同时满足：
T211、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
T212、冷冻水泵运行频率f＞运行频率下限值fmin；
T213、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
当满足增加频率的策略时，增加冷冻水泵的运行频率，单次增幅为fo，以下2种情况中的条件同时满足即可：
T221、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
T222、回水主管运行流量S≤冷水机组最小流量So；
或者，
T231、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
T232、冷冻水泵运行频率f＞运行频率最大值fmax；
T233、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
场景二中，还配合调节旁通阀的开度，实现节能运行配置；旁通阀增减开度单次幅度ko；
当只有一台冷水机组运行且冷冻水泵的频率达到下限时需开启冷冻水泵的电动阀门，根据供回水压差变化，调节阀门开度，保证冷水机组保护流量，压差增大，调节阀门开大；
单次增幅为ko，以下条件同时满足时执行增加阀开度的策略：
T311、(△P-P)/P>不灵敏度系数β；
T312、冷冻水泵运行频率f=运行频率下限值fmin；
T313、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
T314、旁通阀开度≠100%；
当只有一台冷水机组运行且冷冻水泵的频率达到最大值时需关闭冷冻水泵的电动阀门，根据供回水压差变化，调节阀门开度，保证冷水机组保护流量，压差变小，调节阀门关小；
单次增幅为ko，以下条件同时满足时执行降低阀开度的策略：
T321、(△P-P)/P＜-不灵敏度系数β；
T322、冷冻水泵运行频率f=运行频率最大值fmax；
T323、回水主管运行流量S＞冷水机组最小流量So；
T324、旁通阀开度≠0%；
其中△P=供水总管压Pg-回水总管压力Ph。
2.根据权利要求1所述的基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法，其特征在于：
设置的节能参数还包括延时t；上述策略执行时，当策略中的一个条件满足时，延时t时间后，再轮询下一个条件；当执行一个策略后，延时t时间后，再重新轮询策略中的条件。
3.根据权利要求1所述的基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法，其特征在于，确定节能参数的方法为：
通过采集运行参数数据，计算冷冻水泵设备所在系统的运行负荷及管网阻力；
将系统划分为若干运行时间段，根据每一个运行时间段的负荷，计算冷冻水泵的流量，根据流量，校核管网阻力，得出冷冻水泵的扬程；通过模拟得到冷冻水泵最大功率运行时的冷冻水泵的流量和冷冻水泵的扬程为最优工况，即得到冷冻水泵运行的节能参数。
4.一种基于云端的冷冻水泵节能策略的系统，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：借助物联网技术，模拟冷冻水泵设备、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：通过节能设定参数模块，设置节能参数，包括压差设定值P、不灵敏度系数β、运行频率下限值fmin、运行频率最大值fmax、水泵增减频率单次幅度fo、旁通阀增减开度单次幅度ko、冷水机组最小流量So；
采集参数模块：通过采集参数模块，实时采集并录入运行参数值，包括供水总管压力Pg、回水总管压力Ph、回水主管运行流量S、冷冻水泵的运行台数n1、冷水机组的运行台数n2、冷冻水泵运行频率f；
节能策略模块：应用权利要求1-3中任一项所述的基于云端的冷冻水泵节能策略的模拟方法，包括场景一和场景二，基于节能设定参数模块和节能策略模块，计算节能方法，并通过设备模拟模块执行节能方法。
5.根据权利要求4所述的基于云端的冷冻水泵节能策略的系统，其特征在于：节能设定参数模块设置的节能参数还包括延时t；上述策略执行时，当策略中的一个条件满足时，延时t时间后，再轮询下一个条件；当执行一个策略后，延时t时间后，再重新轮询策略中的条件。
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