CN201318767Y - 中央空调制冷系统的冷水机组能耗控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种中央空调制冷系统的冷水机组能耗控制装置，包括：设备特性采集装置，采集冷水机组的设备特性；一组回归计算装置，与设备特性采集装置通信，基于设备特性采集装置采集的冷水机组的设备特性进行回归运算，得到一组能耗回归值；能耗计算装置，与设备特性采集装置以及回归计算装置通信，基于能耗回归值计算冷水机组的能耗。

Description

中央空调制冷系统的冷水机组能耗控制装置

技术领域

本实用新型涉及中央空调制冷系统的控制技术，更具体地说，涉及中央空调制冷系统的能耗控制技术。

背景技术

空调系统中的制冷运行过程为：冷水机组制备一定温度的冷冻水，通过冷冻水泵输送到末端设备，与室内空气进行热交换，吸收室内的热量，同时除去室内空气中多余的水分，以满足室内环境的要求。冷冻水吸收室内的热量后温度升高，再通过冷水机组冷却后循环使用。冷水机组在工作时产生的热量(主要为冷冻水从室内吸收的热量，也包括冷水机组工作时压缩机及自身损耗所产生的热量)则由循环冷却水吸收，通过冷却水泵输送到冷却塔与室外空气进行热、湿交换，最终散发在大气环境中。

冷水机组的效率受到多种因素的影响，可以看作是多种因素的函数。主要因素有机组供冷量、冷冻水供水温度(或冷水机组蒸发压力)、冷却水进水温度/出水温度(或冷水机组冷凝压力)等。一般而言，这些因素与冷水机组的效率之间的关系为：

在供冷量等于额定容量的45％～75％之间时，机组效率出现峰值；

机组冷冻水出水温度越高，则机组效率越高；

在一定的范围内，机组冷却水进水温度越低，则机组效率越高。

同样，离心水泵的效率也是其流量的函数，一般在水泵流量75％～90％的范围内，水泵效率出现峰值。

同时，供水方式(恒压供水或非恒压供水)和水泵转速也会影响水泵效率。

根据以上描述，对于相同的室内制冷负荷要求，可以有不同的满足方法。既可以采用较低的冷冻水供水温度及较小的冷冻水流量，此时冷水机组的能耗较高，但冷冻水泵的能耗较低，或者采用较高的冷冻水供水温度和较大的冷冻水流量。同样，对于相同的冷水机组出力要求，可以选择使其工作在较低的冷凝压力下，此时冷水机组的能耗较低，但是由于较低的冷凝压力需要较高的冷却水流量，因而冷却水泵的能耗较高；或者相反，采用冷水机组能耗较高而冷却水泵能耗较低的工作方式。

当多台冷水机组并联运行时，将有更多的选择可能。相同的制冷负荷要求可以用较多的冷水机组同时工作，而每台工作在较低负荷下来满足，也可以用较少的冷水机组同时工作，而每台冷水机组工作在接近满负荷下来满足。冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔之间也可以不按照“一一对应”的方式进行工作。

由于冷水机组、冷冻水泵和冷却水泵的效率都有峰值存在，而在实际运行时，这些设备的工况一般不会恰好同时运行在各自的峰值效率点上。同时，冷冻水的温度与流量，及冷却水的温度与流量都允许在一定的范围内变化，而不会对满足制冷需求造成影响。这样，就有可能通过统筹考虑，通过合理选择冷水机组出力、冷冻水供水温度及流量、冷却水进水温度以及冷却塔工作状态等参数，调整各设备的工作状态，达到使整个冷冻机房设备运行效率最高的优化目标。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种能优化整个冷冻机房设备运行效率，从而降低整个空调制冷系统的总能耗的方法及装置。

根据本实用新型的实施例，提供一种中央空调制冷系统的冷水机组能耗控制装置，包括：

设备特性采集装置，采集冷水机组的设备特性；

一组回归计算装置，与设备特性采集装置通信，基于设备特性采集装置采集的冷水机组的设备特性进行回归运算，得到一组能耗回归值；

能耗计算装置，与设备特性采集装置以及所述回归计算装置通信，基于所述能耗回归值计算冷水机组的能耗。

在一个实施例中，设备特性采集装置采集的冷水机组的设备特性包括：

冷冻水供水温度t_chws；

水冷设备的冷却水进水温度，或者风冷设备的室外空气干球温度t_cws/oat；

冷水机组容量Q；

冷水机组在典型蒸发温度和冷凝温度下的额定容量Q_ref；

在典型蒸发温度和冷凝温度下的输入功率P_ref。

在一个实施例中，该一组回归计算装置包括：

第一回归计算装置，可通信地连接到设备特性采集装置，根据t_chws和t_cws/oat得到第一能耗回归值；

第二回归计算装置，可通信地连接到设备特性采集装置，根据t_chws和t_cws/oa得到第二能耗回归值；

第四回归计算装置，可通信地连接到设备特性采集装置和第一回归装置，根据Q、Q_ref和第一能耗回归值得到第四能耗回归值；

第三回归计算装置，可通信地连接到第四回归计算装置，根据第四能耗回归值得到第三能耗回归值。

在一个实施例中，能耗计算装置基于P_ref以及第一能耗回归值、第二能耗回归值和第三能耗回归值计算冷水机组的输入功率P为：

P＝P_ref×第一能耗回归值×第二能耗回归值×第三能耗回归值。

根据本实用新型的实施例，提供一种中央空调制冷系统的能耗控制方法，包括：

采集中央空调制冷系统中各个设备的设备特性，根据设备特性建立每一个设备的能耗模型；

以一定的时间间隔采集中央空调制冷系统的制冷负荷的实际值，根据当前的制冷负荷的实际值、以及每一个设备的能耗模型，计算系统最优运行状态，系统最优运行状态使得所有设备的总能耗最低；

根据系统最优运行状态，调整每一个设备的运行状态；

重复采集制冷负荷的实际值、计算系统最优运行状态、以及调整每一个设备的运行状态的过程。

在一个实施例中，中央空调制冷系统中包括冷水机组，对于冷水机组，采集的设备特性包括：

t_chws，冷冻水供水温度；

t_cws/oat，水冷设备的冷却水进水温度，或者风冷设备的室外空气干球温度；

Q，冷水机组容量；

Q_ref，冷水机组在典型蒸发温度和冷凝温度下的额定容量；

P_ref，在典型蒸发温度和冷凝温度下的输入功率；

冷水机组的能耗模型通过上述设备特性的回归运算得到，包括：

根据t_chws和t_cws/oat得到第一函数；

根据t_chws和t_cws/oa得到第二函数；

根据Q、Q_ref和第一函数得到第四函数；

根据第四函数得到第三函数；

冷水机组的输入功率P为：

P＝P_ref×第一函数×第二函数×第三函数。

在一个实施例中，中央空调制冷系统中包括冷却水泵，对于冷却水泵，采集的设备特性包括：

Q_cw：冷却水流量；

冷却水泵的能耗模型假设冷却水管路中没有流量调节装置，首先得到以冷却水流量为自变量的冷却水泵功率值，再得到以冷却水流量为自变量的冷却水泵功率修正值，

冷却水泵功率W_cwe为：

W_cwe＝冷却水泵功率值×冷却水泵功率修正值。

在一个实施例中，中央空调制冷系统中包括冷冻水泵，对于冷冻水泵，采集的设备特性包括：

Q_chw：冷冻水流量；

冷冻水泵的能耗模型假设冷冻水泵根据差压信号进行变频调速，且差压传感器安装在冷冻水供、回水总管处，首先得到以冷冻水流量为自变量的冷冻水泵功率值，再得到以冷冻水流量为自变量的冷冻水泵功率修正值，

冷冻水泵功率W_chwe为：

W_chwe＝冷冻水泵功率值×冷冻水泵功率修正值。

在一个实施例中，中央空调制冷系统中包括冷却塔，对于冷却塔，采集的设备特性包括：

P，冷却塔风机额定输入功率；

冷却塔的能耗模型首先得到以冷却塔风机额定输入功率为自变量的冷却塔风机功率值，再得到以冷却塔风机额定输入功率为自变量的冷却塔风机功率修正值，

冷却塔风机实际功率W_tower为：

W_tower＝冷却塔风机功率值×冷却塔风机功率修正值。

所述方法还包括计算所述冷却塔的工况模型，所述冷却塔的工况模型假设：

1)空气和水蒸气为理想气体；

2)冷却塔的进、出水流量相等；

3)忽略由风机造成的空气加热；

4)与水蒸气接触的空气膜为饱和状态；

5)热质传递系数的比值-Lewis数为1；

所述冷却塔的工况模型通过离线计算得到，离线计算时，采集冷却塔的基本参数，包括：额定工况下环境空气的湿球温度t_wbin0，额定工况下冷却塔进塔水温t_win0，额定工况下冷却塔出塔水温t_wout0，额定工况下冷却塔的排热量P_tower0，额定工况下冷却塔的风量M_a0，额定工况下冷却塔的水量M_w0；根据所选的冷却塔额定工况下的参数计算得到该冷却塔的传热性能，通过冷却塔离线计算得到该冷却塔在不同工况下的运行参数，包括冷却塔进塔水温t_win0，出塔水温t_wout0，排热量P_tower0，冷却塔的风量M_a0，冷却塔的水量M_w0，并构建用于在线计算的冷却塔工况模型，

在线计算时根据从离线计算得到的冷却塔工况模型基于单台冷却塔当前所需承担的排热负荷P_ti、出塔水温t_wout以及环境的湿球温度t_wbin后，可以计算得出当前工况下单台冷却塔的进塔水温t_win及冷却水流量M_w。

根据本实用新型的实施例，还提供一种中央空调制冷系统的能耗控制装置，包括：

控制计算机，采集中央空调制冷系统中各个设备的设备特性；

数个PLC，每一个PLC连接到中央空调制冷系统中的一个设备，该PLC控制设备的运行状态，数个PLC通过工业以太网与控制计算机进行通信；

能耗模型建立装置，根据控制计算机采集的设备特性建立每一个设备的能耗模型，并保存在一能耗模型库中；

控制计算机以一定的时间间隔采集中央空调制冷系统的制冷负荷的实际值，根据当前的制冷负荷的实际值、以及能耗模型库中的能耗模型，计算系统最优运行状态，系统最优运行状态使得所有设备的总能耗最低；

数个PLC中的每一个根据系统最优运行状态，调整该PLC所控制的设备的运行状态。

在一个实施例中，能耗模型建立装置为冷水机组建立能耗模型，其中，控制计算机采集的设备特性包括：

t_chws，冷冻水供水温度；

t_cws/oat，水冷设备的冷却水进水温度，或者风冷设备的室外空气干球温度；

Q，冷水机组容量；

Q_ref，冷水机组在典型蒸发温度和冷凝温度下的额定容量；

P_ref，在典型蒸发温度和冷凝温度下的输入功率；

能耗模型建立装置通过上述设备特性的回归运算得到冷水机组的能耗模型，包括：

根据t_chws和t_cws/oat得到第一函数；

根据t_chws和t_cws/oa得到第二函数；

根据Q、Q_ref和第一函数得到第四函数；

根据第四函数得到第三函数；

冷水机组的输入功率P为：

P＝P_ref×第一函数×第二函数×第三函数。

在一个实施例中，能耗模型建立装置为冷却水泵建立能耗模型，其中，控制计算机采集的设备特性包括：

Q_cw：冷却水流量；

能耗模型建立装置假设冷却水管路中没有流量调节，首先得到以冷却水流量为自变量的冷却水泵功率值，再得到以冷却水流量为自变量的冷却水泵功率修正值，进而得到冷却水泵的能耗模型：

冷却水泵功率W_cwe为：

W_cwe＝冷却水泵功率值×冷却水泵功率修正值。

在一个实施例中，能耗模型建立装置为冷冻水泵建立能耗模型，其中，控制计算机采集的设备特性包括：

Q_chw：冷冻水流量；

能耗模型建立装置假设冷冻水泵根据差压信号进行变频调速，且差压传感器安装在冷冻水供、回水总管处，首先得到以冷冻水流量为自变量的冷冻水泵功率值，再得到以冷冻水流量为自变量的冷冻水泵功率修正值，进而得到冷冻水泵的能耗模型：

冷冻水泵功率W_chwe为：

W_chwe＝冷冻水泵功率值×冷冻水泵功率修正值。

在一个实施例中，能耗模型建立装置为冷却塔建立能耗模型，其中，所述控制计算机采集的设备特性包括：

P，冷却塔风机额定输入功率；

能耗模型建立装置首先得到以冷却塔风机额定输入功率为自变量的冷却塔风机功率值，再得到以冷却塔风机额定输入功率为自变量的冷却塔风机功率修正值，进而得到所述冷却塔的能耗模型：

冷却塔风机实际功率W_tower为：

W_tower＝冷却塔风机功率值×冷却塔风机功率修正值。

所述能耗控制装置还为冷却塔建立工况模型，所述冷却塔的工况模型假设：

1)空气和水蒸气为理想气体；

2)冷却塔的进、出水流量相等；

3)忽略由风机造成的空气加热；

4)与水蒸气接触的空气膜为饱和状态；

5)热质传递系数的比值-Lewis数为1；

所述冷却塔的工况模型通过离线计算得到，离线计算时，采集冷却塔的基本参数，包括：额定工况下环境空气的湿球温度t_wbin0，额定工况下冷却塔进塔水温t_win0，额定工况下冷却塔出塔水温t_wout0，额定工况下冷却塔的排热量P_tower0，额定工况下冷却塔的风量M_a0，额定工况下冷却塔的水量M_w0；根据所选的冷却塔额定工况下的参数计算得到该冷却塔的传热性能，通过冷却塔离线计算得到该冷却塔在不同工况下的运行参数，包括冷却塔进塔水温t_win0，出塔水温t_wout0，排热量P_tower0，冷却塔的风量M_a0，冷却塔的水量M_w0，并构建用于在线计算的冷却塔工况模型，

在线计算时根据从离线计算得到的冷却塔工况模型基于单台冷却塔当前所需承担的排热负荷P_ti、出塔水温t_wout以及环境的湿球温度t_wbin后，可以计算得出当前工况下单台冷却塔的进塔水温t_win及冷却水流量M_w。

本实用新型的能耗控制方法和装置能通过统筹考虑，通过合理选择冷水机组出力、冷冻水供水温度及流量、冷却水进水温度以及冷却塔工作状态等参数，调整各设备的工作状态，达到使整个冷冻机房设备运行效率最高的优化目标。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1示出了本实用新型的中央空调制冷系统的能耗控制方法的流程图；

图2示出了本实用新型的中央空调制冷系统的能耗控制装置的结构图。

图3示出了本实用新型的中央空调制冷系统的冷水机组能耗控制装置的结构图。

具体实施方式

由于冷冻机房中的所有设备均处于连续运行状态，制冷负荷和天气参数也会随时发生变化，因此采用实验方法，逐个变更各台设备的运行参数，再根据测试结果寻找整个冷冻机房设备运行效率最高的工况点是不现实的。本实用新型的设计思路是，首先建立冷冻机房中各设备的能耗与运行参数关系的数学模型，然后在各设备运行参数的合理取值范围内，结合实时制冷负荷和天气参数，用计算机对这些参数的各种可能组合所对应的冷冻机房能耗进行模拟计算，再根据模拟计算的结果，选出能耗最低的参数组合，据此调整各设备的运行状态，从而达到在满足制冷负荷的前提下使得整个冷冻机房运行能耗最低的目的。

本项目开发的控制系统为两层构架，上位机为工业控制计算机，负责整个控制策略的实现及整个机房运行状态的监视；下位机为PLC，实际控制各相关设备的运行。控制计算机与PLC之间采用工业以太网建立通讯联系。整个控制策略是，首先根据冷冻机房内各设备的特性建立各自的能耗数学模型，在此基础上建立整个冷冻机房的能量平衡数学模型及能耗数学模型。在系统运行时，控制计算机以一定的时间间隔测量制冷负荷的实时值，并据此进行能耗模拟计算，找出能够满足此制冷负荷的、且整个冷冻机房总能耗最低(即整体效率最高)的工作状态。在此基础上，控制计算机确定各受控变量的设定值，并将之传送到对应的PLC中，再由PLC控制各台设备的运行状态，使得整个冷冻机房运行在效率最高的状态下。

在这个控制系统中，优化计算是它的核心部分。从整个控制系统的角度来看，优化计算部分实际上是一个“设定值发生器(set-point generator)”，整个冷冻机房中所有设备的实时运行参数(控制参数设定值)都由优化计算程序确定，然后PLC根据这些设定值控制各台设备的运行。以上控制策略对整个机房而言为开环控制，但各台设备为闭环控制。考虑到对设备进行分组控制的要求，将设置数个PLC子站，分别完成对于冷却系统中各个设备，比如冷冻水泵、冷水机组、冷冻水泵和冷却塔的数据采集、运行控制及故障报警任务。PLC与控制计算机之间的通讯协议为TCP/IP，PLC与冷水机组的数据接口间以Modbus连接，与其它设备，比如冷冻水泵、冷冻水泵和冷却塔间为0-10V/4-20mA/RS485。

优化计算中所涉及到的数学模型有：冷水机组能耗模型、冷却水泵能耗模型、冷冻水泵能耗模型、冷却塔工况模型和冷却塔能耗模型。在这些模型中，冷水机组能耗模型属于回归模型，计算所需要的参数可以通过从冷水机组厂商获得数据后进行回归运算得到；冷却水泵能耗模型、冷冻水泵能耗模型和冷却塔能耗模型属于物理模型加现场修正函数，计算所需要的参数可以通过简单的现场测试并对结果进行回归运算得到；冷却塔工况模型为简化的物理模型加回归模型，计算时需要首先根据样本数据通过迭代计算生成各种不同工况下的数据，然后用回归方法建立数学模型。

图1示出了本实用新型的中央空调制冷系统的能耗控制方法的流程图，参考图1所示，该方法包括：

102.采集中央空调制冷系统中各个设备的设备特性，根据设备特性建立每一个设备的能耗模型；

104.以一定的时间间隔采集中央空调制冷系统的制冷负荷的实际值，根据当前的制冷负荷的实际值、以及每一个设备的能耗模型，计算系统最优运行状态，系统最优运行状态使得所有设备的总能耗最低；

106.根据系统最优运行状态，调整每一个设备的运行状态；

108.重复采集制冷负荷的实际值、计算系统最优运行状态、以及调整每一个设备的运行状态的过程。

图2示出了本实用新型的中央空调制冷系统的能耗控制装置的结构图。参考图2所示，该能耗控制装置包括：

控制计算机202，采集中央空调制冷系统中各个设备的设备特性；

数个PLC 204，每一个PLC连接到中央空调制冷系统中的一个设备，该PLC控制该设备的运行状态，数个PLC通过工业以太网与控制计算机进行通信；

能耗模型建立装置206，根据控制计算机202采集的设备特性建立每一个设备的能耗模型，并保存在一能耗模型库208中；

控制计算机202以一定的时间间隔采集中央空调制冷系统的制冷负荷的实际值，根据当前的制冷负荷的实际值、以及能耗模型库208中的能耗模型，计算系统最优运行状态，系统最优运行状态使得所有设备的总能耗最低；

数个PLC 204中的每一个根据系统最优运行状态，调整该PLC所控制的设备的运行状态。

在图2所示的实施例中，共包括4个PLC 204，分别用于控制冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵以及冷却塔。

在上述的能耗控制方法以及能耗控制装置中，采用了下述的能耗模型。

冷水机组：

此处所述的冷水机组的类型没有限制，可以是离心机、螺杆机、甚至风冷热泵。在本实用新型中，冷水机组的能耗模型是回归模型，建立冷水机组的能耗模型需要采集的设备特性包括：

t_chws，冷冻水供水温度；

t_cws/oat，水冷设备的冷却水进水温度，或者风冷设备的室外空气干球温度；

Q，冷水机组容量；

Q_ref，冷水机组在典型蒸发温度和冷凝温度下的额定容量；

P_ref，在典型蒸发温度和冷凝温度下的输入功率。

冷水机组的能耗模型通过上述设备特性的回归运算得到，包括：

根据t_chws和t_cws/oat得到第一函数，记为f₁(t_chws，t_cws/oat)，其中f₁(t_chws，t_cws/oat)是一个关于t_chws和t_cws/oat的多项式，其中的每一项由t_chws、t_cws/oat或者它们的组合的n次项、或者常数构成。

根据t_chws和t_cws/oa得到第二函数，记为f₂(t_chws，t_cws/oat)，其中f₂(t_chws，t_cws/oat)是一个关于t_chws和t_cws/oat的多项式，其中的每一项由t_chws、t_cws/oat或者它们的组合的n次项、或者常数构成。

根据Q、Q_ref和第一函数得到第四函数，记为，f₄(Q，Q_ref，t_chws，t_cws/oat)，其中，f₄(Q，Q_ref，t_chws，t_cws/oat)代表了Q和Q_ref以及第一函数之间的比例关系。

根据第四函数得到第三函数，记为f₃(f₄(Q，Q_ref，t_chws，t_cws/oat))。

冷水机组的能耗模型如下，输入功率P为：

P＝P_ref×第一函数×第二函数×第三函数。

记为：

P＝P_ref×f₁(t_chws，t_cws/oat)×f₂(t_chws，t_cws/oat)×f₃(f₄(Q，t_chws，t_cws/oat))。

冷却水泵：

本实用新型假设冷却水管路中没有流量调节装置。冷却水泵能耗模型是经修正的物理模型。建立冷却水泵的能耗模型需要采集的设备特性包括：

Q_cw：冷却水流量。

首先得到以冷却水流量为自变量的冷却水泵功率值，或者称为以冷却水流量为自变量的冷却水泵功率函数，记为f₅(Q_cw)。其中f₅(Q_cw)是一个关于Q_cw的多项式，其中的每一项由Q_cw的n次项、或者常数构成。

再得到以冷却水流量为自变量的冷却水泵功率修正值，或者称为以冷却水流量为自变量的冷却水泵功率修正函数，记为f₆(Q_cw)。其中f₆(Q_cw)也是一个关于Q_cw的多项式，其中的每一项由Q_cw的n次项、或者常数构成，该f₆(Q_cw)还包括修正系数。

冷却水泵的能耗模型如下，冷却水泵的功率W_cwe为：

W_cwe＝冷却水泵功率值×冷却水泵功率修正值；

记为：

W_cwe＝f₅(Q_cw)f₆(Q_cw)。

冷冻水泵：

本实用新型假设冷冻水泵根据差压信号进行变频调速，且差压传感器安装在冷冻水供、回水总管处。冷冻水泵能耗模型是经修正的物理模型。建立冷冻水泵的能耗模型需要采集的设备特性包括：

Q_chw：冷冻水流量。

首先得到以冷冻水流量为自变量的冷冻水泵功率值，或者称为以冷冻水流量为自变量的冷冻水泵功率函数，记为记为f₇(Q_chw)。其中f₇(Q_chw)是一个关于Q_chw的多项式，其中的每一项由Q_chw的n次项、或者常数构成。

再得到以冷冻水流量为自变量的冷冻水泵功率修正值，或者称为以冷冻水流量为自变量的冷冻水泵功率修正函数，记为f₈(Q_chw)。其中f₈(Q_chw)也是一个关于Q_chw的多项式，其中的每一项由Q_chw的n次项、或者常数构成，该f₈(Q_chw)还包括修正系数。

冷冻水泵功率W_chwe为：

W_chwe＝冷冻水泵功率值×冷冻水泵功率修正值；

记为：

W_chwe＝f₇(Q_chw)f₈(Q_chw)

冷却塔：

建立冷却塔的能耗模型需要采集的设备特性包括：

P，冷却塔风机额定输入功率。

首先得到以冷却塔风机额定输入功率为自变量的冷却塔风机功率值，或者称为以冷却塔风机额定输入功率为自变量的冷却塔风机功率函数，记为f₉(P)。f₉(P)是一个关于P的多项式，其中的每一项由具有回归系数的P的n次项、或者常数构成。

再得到以冷却塔风机额定输入功率为自变量的冷却塔风机功率修正值，或者称为以冷却塔风机额定输入功率为自变量的冷却塔风机功率修正函数，记为f₁₀(P)。f₁₀(P)是一个关于P的多项式，其中的每一项由具有回归系数的P的n次项、或者常数构成。

冷却塔风机实际功率W_tower为：

W_tower＝冷却塔风机功率值×冷却塔风机功率修正值；

记为：

W_tower＝f₉(P)f₁₀(P)。

考虑到实际工作运行状况，还需计算冷却塔的工况模型，冷却塔的工况模型假设：

1)空气和水蒸气为理想气体；

2)冷却塔的进、出水流量相等；

3)忽略由风机造成的空气加热；

4)与水蒸气接触的空气膜为饱和状态；

5)热质传递系数的比值-Lewis数为1；

冷却塔的工况模型通过离线计算得到，离线计算时，采集冷却塔的基本参数，包括：额定工况下环境空气的湿球温度t_wbin0，额定工况下冷却塔进塔水温t_win0，额定工况下冷却塔出塔水温t_wout0，额定工况下冷却塔的排热量P_tower0，额定工况下冷却塔的风量M_a0，额定工况下冷却塔的水量M_w0；根据所选的冷却塔额定工况下的参数计算得到该冷却塔的传热性能，通过冷却塔离线计算得到该冷却塔在不同工况下的运行参数，包括冷却塔进塔水温t_win0，出塔水温t_wout0，排热量P_tower0，冷却塔的风量M_a0，冷却塔的水量M_w0，并构建用于在线计算的冷却塔工况模型，

在线计算时根据从离线计算得到的冷却塔工况模型基于单台冷却塔当前所需承担的排热负荷P_ti、出塔水温t_wout以及环境的湿球温度t_wbin后，可以计算得出当前工况下单台冷却塔的进塔水温t_win及冷却水流量M_w。

表达为：

t_win＝θ(P_ti，t_wout，t_wbin)

M_w＝F(P_ti，t_wout，t_wbin)

本实用新型的能耗控制方法和装置能通过统筹考虑，通过合理选择冷水机组出力、冷冻水供水温度及流量、冷却水进水温度以及冷却塔工作状态等参数，调整各设备的工作状态，达到使整个冷冻机房设备运行效率最高的优化目标。

本实用新型尤其强调用于中央空调制冷系统的冷水机组能耗控制装置300，参考图3所示，包括：

设备特性采集装置302，采集冷水机组的设备特性。在一个实施例中，设备特性采集装置302采集的冷水机组的设备特性包括：冷冻水供水温度t_chws；水冷设备的冷却水进水温度，或者风冷设备的室外空气干球温度t_cws/oat；冷水机组容量Q；冷水机组在典型蒸发温度和冷凝温度下的额定容量Q_ref；在典型蒸发温度和冷凝温度下的输入功率P_ref。

一组回归计算装置304，可通信地连接到设备特性采集装置302，基于设备特性采集装置302采集的冷水机组的设备特性进行回归运算，得到一组能耗回归值。该一组回归计算装置304之间也可以相互连接，在一个实施例中，该一组回归计算装置304包括：

第一回归计算装置340，可通信地连接到设备特性采集装置302，根据t_chws和t_cws/oat得到第一能耗回归值；

第二回归计算装置342，可通信地连接到设备特性采集装置302，根据t_chws和t_cws/oa得到第二能耗回归值；

第四回归计算装置346，可通信地连接到设备特性采集装置302和第一回归装置340，根据Q、Q_ref和第一能耗回归值得到第四能耗回归值；

第三回归计算装置344，可通信地连接到第四回归计算装置346，根据第四能耗回归值得到第三能耗回归值。

能耗计算装置306，与设备特性采集装置302以及回归计算装置304通信，基于能耗回归值计算冷水机组的能耗。在一个实施例中，该能耗计算装置306与设备特性采集装置302以及第一回归计算装置340、第二回归计算装置342和第三回归计算装置344通信，基于P_ref以及第一能耗回归值、第二能耗回归值和第三能耗回归值计算冷水机组的输入功率P为：

P＝P_ref×第一能耗回归值×第二能耗回归值×第三能耗回归值。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (1)

1.一种用于中央空调制冷系统的冷水机组能耗控制装置，其特征在于，所述中央空调制冷系统的能耗控制装置包括：

控制计算机，采集中央空调制冷系统中各个设备的设备特性；

数个PLC，每一个PLC连接到中央空调制冷系统中的一组或几组设备，该PLC控制所述设备的运行状态，所述数个PLC通过工业以太网与所述控制计算机进行通信；

能耗模型建立装置，根据所述控制计算机采集的设备特性建立每一个设备的能耗模型，并保存在一能耗模型库中；

所述控制计算机以一定的时间间隔采集所述中央空调制冷系统的制冷负荷的实际值，根据当前的制冷负荷的实际值、以及所述能耗模型库中的能耗模型，计算系统最优运行状态，所述系统最优运行状态使得所有设备的总能耗最低；

所述数个PLC中的每一个根据所述系统最优运行状态，从控制计算机获取指令，调整该PLC所控制的设备的运行状态；

所述冷水机组能耗控制装置包括：

设备特性采集装置，采集冷水机组的设备特性；

一组回归计算装置，与所述设备特性采集装置通信，基于所述设备特性采集装置采集的冷水机组的设备特性进行回归运算，得到一组能耗回归值；

能耗计算装置，与所述设备特性采集装置以及所述回归计算装置通信，基于所述耗回归值计算所述冷水机组的能耗。

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