CN116007250A - 一种制冷系统的节能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制冷系统的节能控制方法及系统，通过能效管理系统采集室外数据，计算一个时间段室外数据的变化量，根据室外数据的变化量调用信息数据库内的数据，执行S2步骤。通过分切外部变量，逐步试错以接近实际最优解的数值化方法，实现制冷系统的各执行设备的协调运行，且在逐步试错以接近实际最优解的数值过程运算中将对应的数据信息存储至信息数据库内，则可以直接调取使用信息数据库的数据使用，达到制冷系统能效最高，最节能的状态。

Description

一种制冷系统的节能控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种制冷系统的节能控制方法及系统，应用于制冷系统技术领域。

背景技术

在制冷系统中，压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器是制冷系统中必不可少的四大件。一般空调的制冷原理是压缩机把低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压后输入冷凝器，冷凝器将其冷凝成为常温高压的液体，并通过膨胀阀输入蒸发器，常温高压的液体冷凝剂经膨胀阀节流后成为低温低压的液体，低温低压的液态制冷剂送入蒸发器后，在蒸发器中吸热蒸发而成为低温低压的蒸汽，蒸发器因制冷剂的蒸发而降温制冷，变成低温低压的蒸汽的制冷剂再次输送进压缩机以供压缩，从而完成一个制冷循环，各个环节的能效是相互关联、相互影响的，每一个环节的变化都会引起其他环节的能效改变。在制冷系统中，整个系统的制冷效率是由能效低的环节决定的，只改变其中一个环节的能效，不一定能提高整体制冷设备的运行效率，只有找到关键的能效低的环节，提升最低能效环节的能效才能真正提高整个制冷系统的能效。

目前的制冷系统中，尤其是大卖场和大厦的中央空调系统，或者大型冷库的制冷系统，其每年的能量消耗和费用都是很高的，所以现需要将制冷系统中各执行设备的执行设备协调运行，使能效达到最高，且最节能的状态，降低大卖场和大厦的中央空调系统，或者大型冷库的制冷系统由于高能耗而产生不必要的费用。

现有的制冷系统控制方式和算法只针对单一的设备，比如水泵变频器的PID算法，试图找到单个设备实时的运行节电方式，但对于复杂得多设备系统来说，没有很好解决办法。因为基于多设备系统来说，单个设备的最优不能带来整体的最优，比如变频器的优化结果，可能会造成主机流量不足，从而使主机能效下降，因为单设备算法的依据是其他运行环境不变，而实际上对单个设备的控制已经影响了其他设备的运行，本身就带来了变化。这样无法使制冷系统能效达到最高，且最节能的状态。所以现缺乏一种能够提高现有制冷系统的效能，在各执行设备的能效达到最优的情况下，也可以使制冷系统达到最节能的运行方式的方法。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的制冷系统控制方式和算法只针对单一的设备，基于多设备系统来说，单个设备的最优不能带来整体的最优，无法使制冷系统能效达到最高，且最节能的状态的问题，本发明提供一种制冷系统的节能控制方法及系统，其通过分切外部变量，逐步试错以接近实际最优解的数值化方法，实现制冷系统的各执行设备的协调运行，且在逐步试错以接近实际最优解的数值过程运算中将对应的数据信息存储至信息数据库内，则可以直接调取使用信息数据库的数据使用，达到制冷系统能效最高，最节能的状态。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种制冷系统的节能控制方法，控制方法包括步骤：

S1、能效管理系统采集制冷系统各执行设备的能效信息；

S2、将各执行设备能效信息存储至信息数据库；

S3、建立各执行设备的数学模型A；

S4、根据各执行设备的数学模型A建立整个制冷系统数学模型B；

S5、根据制冷系统的数学模型B，计算各执行设备能效调整幅度和能效调整时间，根据计算出的能效调整幅度和能效调整时间对个环节的能效进行循环调整，得到各执行设备的能效值；

S6、将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至步骤2的信息数据库内。

S7、通过能效管理系统采集室外数据，计算一个时间段室外数据的变化量，根据室外数据的变化量调用信息数据库内的数据，执行S2步骤。

进一步的，S1步骤后还包括以下步骤：

S11、能效管理系统预测采集制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据A；

S12、将室外温度数据A对应各执行设备能效信息储至信息数据库；

S13、启动制冷系统时，预测当天制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据B，对比室外温度数据B与信息数据库内的室外温度数据A；

S14、若室外温度数据B与室外温度数据A区间一致，直接调用室外温度数据A，执行S5步骤。

进一步的，所述S7步骤具体包括以下步骤：

S71、能效管理系统采集一段时间内的室外数据，获取这段时间内的当下温度和起始温度；

S72、对比当下温度与起始温度，若两个温度的温差值达到一定的数值，根据当下温度直接调用信息数据库内对应的数据。

进一步的，所述S7步骤还包括步骤S73：

S73、若两个温度的温差值达到一定的数值，告警器报警通知能效管理系统管理者。

进一步的，当下温度和起始温度的温差为1-3°。

进一步的，控制系统包括采集模块、存储模块、建立模型模块A、建立模型模块B、执行模块和变量模块：

采集模块用于能效管理系统采集制冷系统各执行设备的能效信息；

存储模块A用于将各执行设备能效信息存储至信息数据库；

建立模型模块A用于建立各执行设备的数学模型A；

建立模型模块B用于根据各执行设备的数学模型A建立整个制冷系统数学模型B；

执行模块用于根据制冷系统的数学模型B，计算各执行设备能效调整幅度和能效调整时间，根据计算出的能效调整幅度和能效调整时间对个环节的能效进行循环调整，得到各执行设备的能效值；

将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至存储模块的信息数据库内；

变量模块用于将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至存储模块的信息数据库内。

进一步的，控制系统还包括温度采集模块、对比模块和结果模块：

温度采集模块用于能效管理系统预测采集制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据A；

将室外温度数据A对应各执行设备能效信息储至存储模块的信息数据库；

对比模块用于启动制冷系统时，预测当天制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据B，对比室外温度数据B与信息数据库内的室外温度数据A；

结果模块用于若室外温度数据B与室外温度数据A区间一致，直接调用室外温度数据A，执行模块执行。

进一步的，变量模块包括分析单元和计算单元：

分析单元用于能效管理系统采集一段时间内的室外数据，获取这段时间内的当下温度和起始温度；

计算单元用于对比当下温度与起始温度，若两个温度的温差值达到一定的数值，根据当下温度直接调用信息数据库内对应的数据。

进一步的，变量模块还包括告警器：若两个温度的温差值达到一定的数值，告警器报警通知能效管理系统管理者。

进一步的，当下温度和起始温度的温差为1-3°。

本发明的有益效果：本发明提供了一种制冷系统的节能控制方法及系统，针对单一设备控制的不足，通过分切外部变量，在一段时间内寻找制冷系统各执行设备之间的相互影响，记录影响，再通过一段时间内各设备运行建立数学模型，再逐步试错以接近实际最优解的数值，将对应的能效信息、数学模型和能效值存储至信息数据库内，实现制冷系统的各执行设备的协调运行下，在一定情况下可以直接调取使用信息数据库里的数据使用，直接调取使用，制冷系统的效率更高，效能更优，节能更好。

附图说明

图1是本发明提供的节能控制方法的流程图；

图2是本发明提供的节能控制方法的流程图；

图3是本发明提供的S7步骤的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-3，本发明提供的一种制冷系统的节能控制方法，控制方法包括以下步骤：

S1、能效管理系统采集制冷系统各执行设备的能效信息；

S2、将各执行设备能效信息存储至信息数据库；

S3、建立各执行设备的数学模型A；

S4、根据各执行设备的数学模型A建立整个制冷系统数学模型B；

S5、根据制冷系统的数学模型B，计算各执行设备能效调整幅度和能效调整时间，根据计算出的能效调整幅度和能效调整时间对个环节的能效进行循环调整，得到各执行设备的能效值；

S6、将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至步骤2的信息数据库内。

S7、通过能效管理系统采集室外数据，计算一个时间段室外数据的变化量，根据室外数据的变化量调用信息数据库内的数据，执行S2步骤。

首先S1步骤学习记录制冷系统的各执行设备的运行特征，记录各执行设备的运行特征，根据各执行设备的运行特征地得到各执行设备的能效信息，将制冷系统内各执行设备的能效信息记录，并储存至制冷系统也建立好的信息数据库内。能效信息如温度信息和压力信息，温度信息和压力信息是通过设有温度传感器和压力传感器实时采集的数据信息的传输给了能效管理系统，能效管理系统进行记录并储存至数据库内。制冷系统由制冷剂和四大机件，即压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成，各执行设备是结构及连接关系均为制冷系统的现有技术，在制冷系统内增加了能效管理系统，能效管理系统是管理整个制冷系统的数据，还可以将采集信息和提高设备能效，利用该能效处理系统对制冷系统进行能效配置，此处温度数据包括了冷水进口、冷水出口的温度信息，室内各楼层的温度，以及室外温度等，此的压力数据包括冷水进口、冷水出口，各执行设备动力的压力信息。

S3和S4步骤主要是根据上述获得的各执行设备的能效信息获取各执行设备能效变化的规律，建立各执行设备数学模型A，根据数学模型A建立整个制冷系统数学模型B。

是在外部参数T的稳定的条件下，对所有设备的能耗及积分，形成一个设备总体函数∫FA(x，T0，t)。t为时间，T为外部参数，X为能效特性。

S5具体步骤是通过数学模型对时间进行积分，计算一段时间的能耗；对制冷系统产生的制冷量进行微分计算，计算单位制冷量所需能耗；选取最低的单位制冷量所需能耗的参数，得到最优化的能效时所需的各执行设备的能效调整幅度和能效调整时间，计算各种外部环境变化对能效值的影响，然后通过各执行设备的参数影响及计算调整各执行设备的偏差，然后再形成模拟函数∫FB(x，T0，t)。以上所提到的一段时间的能耗可以为1个小时，可以是2个小时，也可以是3个小时等，这个是需要管理员根据制冷系统的各执行设备的新旧程度，运行程度进行设定，不是一个固定的时间。通过记录学习，逐步调整数学模型中能效与各个参数的变化函数，使运行效果和实际运行效果的符合度在1小时内偏差不超过1％。

本发明中，能耗＝∑∫tFn(x，T0，t)，T0是一段时间内的常数，经过简化建模后，函数更容易求解。整个过程就是建模-反馈-再建模的过程，每次得到的不是最优解，但是逐渐接近最优的数值变化过程，最终得到最节能的状态。

S7步骤是通过能效管理系统感应温度变化，当能效管理系统感应温度突然发生变化，变化在一段时间内，上下浮动达到了1-3度的变化，则当下就可以立即查询信息数据库内的数据，若数据库内有与这此时间效能信息一致的，则直接调用信息库内的数据，若没有的信息数据库内可以提取的数据，执行S2步骤，将数据存储至信息数据库内的数据。此步骤的主要作用是，当温度的偏差比较大的时候，能耗会逐渐产生变化，若产生温度变化后，能效管理系统察觉到这个此时的温度与上一个时间段的温度相差比较大，比如温差相差达到1-5度内，这段时间可以为1个小时、2个小时或3个小时，若可以直接调取信息数据库内的数据，直接使用信息数据库内的相关此时温度的最佳能效值，则就不需要再重复进行建模运算，因为建模运算也是需要一定的过程，这样直接使用即节约了时间，也降低了能耗。例如：在中午十二点的时候的温度为27°，而在下午一点的时候突然变成了24°，而这时能效管理系统感应到了这种变化，需要马上进行各执行设备的能效最佳值的调整，使整个系统达到一个最佳节能且效率最高的状态，若没有S7步骤，则需要从S1步骤至S步骤6进行建模-反馈-建模的过程，而这个时间段，各执行设备也在进行耗能，若直接调取信息数据库内的当下一个温度对应的最佳效能值，使各执行设备直接执行，这就不需要进行建模，能耗也就不会那么高，或者是直接在数据库内提取相近的温度的最佳效能值，再执行从S1步骤至S6的步骤，这样也可以节省能耗。相近的温度可以是相差0.2-1°，根据制冷系统的能耗损而定。

S1步骤后还可以包括以下的步骤：

S11、能效管理系统预测采集制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据A；

S12、将室外温度数据A对应各执行设备能效信息储至信息数据库；

S13、启动制冷系统时，预测当天制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据B，对比室外温度数据B与信息数据库内的室外温度数据A；

S14、若室外温度数据B与室外温度数据A区间一致，直接调用室外温度数据A，执行S5步骤。

此整个步骤，是相当于在制冷系统中设有预测天气模块，天气模块通过多接口传输、无线以及网络接口连接，获取当天的天气，将当天制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据记录存储信息数据库，当第二天启动制冷系统时，检测今日温度，温度数据范围值与之前信息数据库里存储的温度数据范围值有一致，可以直接调取信息数据库里的数据直接使用。例如，今天温度在25-32°之间，则直接在信息数据库内调用对应得此温度区间的数据，如没有就执行S1步骤，当然每个时间段的温度可能是不一致的，但是若每天次都回到初始状态，如初始状态为22°，22°是对应30-35°的天气情况使用的，那么今日的温度为23°，23°温度则不需要制冷量那么多，那么这就可能造成能耗，能效控制系统进行调节到最佳能效和最节能的模式也是需要一段时间，且这段时间的调节，能耗虽逐渐降低，但却没有直接调取信息数据库内的数据的能耗低。

S7步骤具体包括以下步骤：

S71、能效管理系统采集一段时间内的室外数据，获取这段时间内的当下温度和起始温度；

S72、对比当下温度与起始温度，若两个温度的温差值达到一定的数值，根据当下温度直接调用信息数据库内对应的数据。

S73、若两个温度的温差值达到一定的数值，告警器报警通知能效管理系统管理者。

此整个步骤，相当于一个报警告知作用，当信息数据库内没有查询到一定的相关温度的最佳能耗，而这时的温度发生了急剧的变化，则告警器告知管理人员，手动介入。例如：设定能效管理系统在一段时间内温度的温差值达到2-3°，则根据当下温度直接调用信息数据库内对应的数据，采集了下午13：00-14：00室外数据，13：00的温度为起始温度，13：00的室外数据温度为30°，14：00的温度为当下温度，14：00的室外数据温度为27°，两个温差值为3°，这达到了能效管理系统在一段时间内温度的温差值达到2-3°的设定，那么这时14：00的温度需要在信息数据库内寻找相应的温度，相应温度对应的最佳能效，然后各执行设备进行对应执行各执行设备之间的最佳效能。

制冷系统的节能控制系统包括采集模块、存储模块、建立模型模块A、建立模型模块B、执行模块和变量模块：

采集模块用于能效管理系统采集制冷系统各执行设备的能效信息；

存储模块A用于将各执行设备能效信息存储至信息数据库；

建立模型模块A用于建立各执行设备的数学模型A；

建立模型模块B用于根据各执行设备的数学模型A建立整个制冷系统数学模型B；

执行模块用于根据制冷系统的数学模型B，计算各执行设备能效调整幅度和能效调整时间，根据计算出的能效调整幅度和能效调整时间对个环节的能效进行循环调整，得到各执行设备的能效值；

将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至存储模块的信息数据库内；

变量模块用于将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至存储模块的信息数据库内。

控制系统还包括温度采集模块、对比模块和结果模块：

温度采集模块用于能效管理系统预测采集制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据A；

将室外温度数据A对应各执行设备能效信息储至存储模块的信息数据库；

对比模块用于启动制冷系统时，预测当天制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据B，对比室外温度数据B与信息数据库内的室外温度数据A；

结果模块用于若室外温度数据B与室外温度数据A区间一致，直接调用室外温度数据A，执行模块执行。

变量模块包括分析单元和计算单元：

分析单元用于能效管理系统采集一段时间内的室外数据，获取这段时间内的当下温度和起始温度；

计算单元用于对比当下温度与起始温度，若两个温度的温差值达到一定的数值，根据当下温度直接调用信息数据库内对应的数据。

变量模块还包括告警器：若两个温度的温差值达到一定的数值，告警器报警通知能效管理系统管理者。

当下温度和起始温度的温差为1-3°。

以下具体举例说明一下运用了制冷系统的节能控制方法与没有运用制冷系统的节能控制方法的能耗对比；

某大型场馆的制冷系统的应用：

主机：功率1000KW，冷水泵180KW，冷却泵200KW，冷却塔148KW，

中午负载率100％，冷量需求1000KW，原系统采用水泵变频的方式，控制进出水温度5℃温差。当下午室外温度持续降低，制量需求降低到700KW，

此时原节能系统控制方式如下：

控制冷冻水泵的频率50HZ至35HZ，维持进出水温差5℃，流量变成70％，主机是以出水温度设定调负载的，达到温度后才能调整，所以负载是逐渐变化的过程，是100—70的渐变过程，平均负载率是(100+70)/2＝85％，冷却水和冷却塔都是随主机的变化调整的，也是逐渐变化的过程。主机的能效是跟COP(单位用电产生的冷量)是随参数变化而变化的，出水温度降低1℃，COP降低3％，回水温度降低1℃，COP提高4％，设定出水温度7℃，原来负载100％，出水温度达不到设定，维持9℃，随负载降低，可以达到出水温度，稳定出水温度7℃，COP降低6％，冷却塔和冷却泵同步主机降低，回水温度不变。变频器频率与功耗是3次方关系，35HZ是70％负载。

不进行节能的电耗：

1小时总电耗＝1000×85％×0.94+180+200+148＝799+180+200+148＝1327度电。

经变频后用电：

1小时总电耗＝1000×85％×1.06+180×0.7×0.7×0.7+200×0.85×0.85×0.85+148×0.85×0.85×0.85＝901+61.47+122.825+90.89＝1176.18度电。

按计算的结果，设定出水温度10℃(因为总负载减少，不需要那么低温度)冷水泵频率35HZ，冷却水频率35HZ，冷却塔频率47.5HZ，维持冷却水回水降低1.5℃，COP提高1×3％+1.5×4％＝9％，实际的能耗

1小时总电耗＝1000×70％×0.91+180×0.7×0.7×0.7+200×0.7×0.7×0.7+148×0.9×0.9×0.9＝637+61.47+68.6+107.89＝874.96度电。

经调整后可以多节约25％的用电。

能效的处理是一个动态的连续的过程，这是因为设备所处的环境是处于变化之中的，为维持制冷温度的稳定，制冷系统应随时调整，每次计算的数值与实际的偏差超过1％，系统就要自动进行参数更新，对路径进行微调，环境条件作为能效处理系统的一部分也有自身的仿真模型，但由于温度变化具有不确定性，所以应该及时地动态调整算法，通过反馈校验的方式体现在能效处理过程中。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种制冷系统的节能控制方法，其特征在于，控制方法包括步骤：

S1、能效管理系统采集制冷系统各执行设备的能效信息；

S2、将各执行设备能效信息存储至信息数据库；

S3、建立各执行设备的数学模型A；

S4、根据各执行设备的数学模型A建立整个制冷系统数学模型B；

S5、根据制冷系统的数学模型B，计算各执行设备能效调整幅度和能效调整时间，根据计算出的能效调整幅度和能效调整时间对个环节的能效进行循环调整，得到各执行设备的能效值；

S6、将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至步骤2的信息数据库内；

S7、通过能效管理系统采集室外数据，计算一个时间段室外数据的变化量，根据室外数据的变化量调用信息数据库内的数据，执行S2步骤。

2.根据权利要求1所述的制冷系统的节能控制方法，其特征在于，S1步骤后还包括以下步骤：

S11、能效管理系统预测采集制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据A；

S12、将室外温度数据A对应各执行设备能效信息储至信息数据库；

S13、启动制冷系统时，预测当天制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据B，对比室外温度数据B与信息数据库内的室外温度数据A；

S14、若室外温度数据B与室外温度数据A区间一致，直接调用室外温度数据A，执行S5步骤。

3.根据权利要求1所述的制冷系统的节能控制方法，其特征在于，所述S7步骤具体包括以下步骤：

S71、能效管理系统采集一段时间内的室外数据，获取这段时间内的当下温度和起始温度；

S72、对比当下温度与起始温度，若两个温度的温差值达到一定的数值，根据当下温度直接调用信息数据库内对应的数据。

4.根据权利要求3所述的制冷系统的节能控制方法，其特征在于，所述S7步骤还包括步骤S73：

S73、若两个温度的温差值达到一定的数值，告警器报警通知能效管理系统管理者。

5.根据权利要求3所述的制冷系统的节能控制方法，其特征在于，当下温度和起始温度的温差为1-3°。

6.一种制冷系统的节能控制系统，其特征在于，控制系统包括采集模块、存储模块、建立模型模块A、建立模型模块B、执行模块和变量模块：

采集模块用于能效管理系统采集制冷系统各执行设备的能效信息；

存储模块A用于将各执行设备能效信息存储至信息数据库；

建立模型模块A用于建立各执行设备的数学模型A；

建立模型模块B用于根据各执行设备的数学模型A建立整个制冷系统数学模型B；

执行模块用于根据制冷系统的数学模型B，计算各执行设备能效调整幅度和能效调整时间，根据计算出的能效调整幅度和能效调整时间对个环节的能效进行循环调整，得到各执行设备的能效值；

将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至存储模块的信息数据库内；

变量模块用于将数学模型B和得到各执行设备的能效值对应各执行设备的能效信息储至存储模块的信息数据库内。

7.根据权利要求6所述的制冷系统的节能控制系统，其特征在于，控制系统还包括温度采集模块、对比模块和结果模块：

温度采集模块用于能效管理系统预测采集制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据A；

将室外温度数据A对应各执行设备能效信息储至存储模块的信息数据库；

对比模块用于启动制冷系统时，预测当天制冷系统从运行启动到运行结束时的室外温度数据B，对比室外温度数据B与信息数据库内的室外温度数据A；

结果模块用于若室外温度数据B与室外温度数据A区间一致，直接调用室外温度数据A，执行模块执行。

8.根据权利要求6所述的制冷系统的节能控制系统，其特征在于，变量模块包括分析单元和计算单元：

分析单元用于能效管理系统采集一段时间内的室外数据，获取这段时间内的当下温度和起始温度；

计算单元用于对比当下温度与起始温度，若两个温度的温差值达到一定的数值，根据当下温度直接调用信息数据库内对应的数据。

9.根据权利要求8所述的制冷系统的节能控制系统，其特征在于，变量模块还包括告警器：若两个温度的温差值达到一定的数值，告警器报警通知能效管理系统管理者。

10.根据权利要求8所述的制冷系统的节能控制系统，其特征在于，当下温度和起始温度的温差为1-3°。

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