CN203258800U - 一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统，包括：动态跟踪控制系统，与冷冻水控制系统和冷却水控制系统连接。其中，冷冻水控制系统包括：与动态跟踪控制系统连接的第一压力传感器、第一温度传感器、第一流量计和与电机相连的冷冻部。冷却水控制系统包括：与动态跟踪控制系统连接的第二压力传感器、第二温度传感器和与电机相连的冷却部。本实用新型将空调系统的水系统定流量运行改为变流量运行，使空调始终处于优化的最佳工作点上，解决了低负荷状态下热转换效率下降的难题，提高系统的能源利用率。

Description

一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种中央空调的节能系统，具体涉及一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统。 

背景技术

舒适性中央空调系统是一个多参量、非线性、时变性（如季节交替、气候变幻、昼夜轮回、使用变化及人流量增减等等）的复杂系统，由于末端负荷的频繁波动，必然会造成系统循环溶液（载冷剂、冷却剂、制冷剂溶液）的运行参量偏离空调主机的最佳工作状态，导致主机热转换效率（COP值）降低，系统长期在低效率状态下运行，必然会增加系统的能源消耗，现在，不少空调主机已经能够根据负荷变化自动随之减载或加载，但输送空调水（冷冻水和冷却水）的水泵如果不能跟随负荷的变化做出相应的调节，始终在额定功率状态下运行，仍然会造成输送能量的很大浪费。 

所以提出了节能系统中定流量运行改进成变流量运行的需求。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。 

本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现： 

一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统，其特征在于，包括： 

动态跟踪控制系统，与冷冻水控制系统和冷却水控制系统连接，还与变频器连接，所述变频器的输出端与电机相连接，所述电机分别与所述冷冻水控制系统和冷却水控制系统连接； 

冷冻水控制系统，包括第一压力传感器、第一温度传感器、流量计与 冷冻部，所述冷冻部与第一压力传感器、第一温度传感器、流量计连接； 

冷却水控制系统，包括第二压力传感器、第二温度传感器与冷却部，所述冷却部与第二压力传感器、第二温度传感器连接。 

进一步，所述动态跟踪控制系统包括：PLC控制器、工控机和智能控制器，所述PLC控制器的输出端与智能控制器的接收端连接，所述智能控制器的接收端与第一压力传感器、第一温度传感器、流量计、第二压力传感器、第二温度传感器的输出端连接，所述智能控制器的输出端与变频器的接收端连接，所述工控机的输出端与PLC控制器的接收端连接。 

进一步，所述冷冻部包括：互相连接的蒸发器和冷冻水泵，所述蒸发器分别与第一压力传感器、第一温度传感器、流量计的接收端连接，所述冷冻水泵与电机相连。 

进一步，所述冷却部包括：互相连接的冷凝器和冷却水泵，所述冷凝器分别与第二压力传感器、第二温度传感器的输出端连接，所述冷却水泵与电机相连。 

进一步，所述冷冻水控制系统的数量为复数个；所述冷却水控制系统的数量为复数个。 

本实用新型的有益效果： 

本发明的基本思想就是按照中央空调主机所需要的运行工况及制冷工质参数的变化，通过中央空调跟踪节能控制系统对中央空调系统能源运行的动态监测和闭环控制。 

本实用新型的将空调系统的水系统定流量运行改为变流量运行，实现空调水系统流量跟随末端负荷需求而同步变化，确保空调整个系统始终处于优化的最佳工作点上，使系统始终具有很高的效率，实现中央空调系统的协调运行和综合性能优化，并达到负荷随动最大化节能的目标。 

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图。 

图2为冷冻水控制系统结构图。 

图3为冷却水控制系统结构图。 

图4系统运行图。 

图5为另一种实施例中节能控制系统的结构图。 

附图标记： 

动态跟踪控制系统100、PLC控制器110、工控机120和智能控制器130。 

冷冻水控制系统200、第一压力传感器210、第一温度传感器220、流量计230，冷冻部240，蒸发器241和冷冻水泵242。 

冷却水控制系统300、第二压力传感器310、第二温度传感器320和冷却部330，冷凝器331和冷却水泵332。 

电机400、变频器500。 

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。 

实施例1 

图1为本实用新型的整体结构图。如图1所示，一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统包括动态跟踪控制系统100、冷冻水控制系统200、冷却水控制系统300、电机400和变频器500。 

其中动态跟踪控制系统100包括：PLC控制器110、工控机120和智能控制器130。 

PLC控制器110的接收端与工控机120的输出端连接，通过工控机120的分析和运算，给出时变控制量传输给PLC控制器110，PLC控制器110的输出端与智能控制器130的接收端连接，操作人员可以通过PLC控制器110将命令传达给智能控制器130。 

智能控制器130的接收端与第一压力传感器210、第一温度传感器220、流量计230、第二压力传感器310、第二温度传感器320的输出端连接，并可以接收第一压力传感器210、第一温度传感器220、流量计230、第二压力传感器310、第二温度传感器320发送来的系统的压差、温差和流量信息。 

智能控制器130的输出端与变频器500的接收端连接，可以将调整命 令通过智能控制器130传输给变频器500。 

变频器500与电机400连接，电机400与冷冻部240和冷却部330连接，通过变频器500调整电机400的转速，从而改变冷冻部240和冷却部330的输出。 

图2为冷冻水控制系统结构图。如图2所示，冷冻水控制系统200，包括：第一压力传感器210、第一温度传感器220、流量计230与冷冻部240。冷冻部240包括：蒸发器241和冷冻水泵242。在冷冻水泵242的作用下冷冻水流经冷冻主机，在蒸发器241进行热交换，被吸热降温后（7℃）被送到终端盘管风机或空调风机，经表冷器吸收空调室内空气的热量。 

图3为冷却水控制系统结构图。如图3所示，冷却水控制系统300，包括：第二压力传感器310、第二温度传感器320与冷却部330。冷却泵330包括：冷凝器331和冷却水泵332。冷凝器331分别与第二压力传感器310第二温度传感器320的接收端连接。在冷却水泵332的作用下冷却水流经冷冻机，在冷凝器331吸热升温后（37℃）被送到冷却塔，经风扇散热后（32℃）再由冷却水泵332送到主机。 

在上述两个过程里，冷冻水、冷却水作为能量传递的载体，在冷冻水泵242、冷却水泵332得到动能，不停地循环在各自的管道系统里，不断地将室内的热量经冷冻机的作用，由冷却塔排出。 

而本实用新型则在上述过程中是通过以下步骤为空调节能的： 

图4为系统运行图。如图4所示，节能控制器是二维控制器。二维控制器的两个输入变量基本上都选用受控变量和输入给定值的偏差E与偏差变化值EC，它们能够比较严格的反映受控过程中输出变量的动态特性，控制效果比较好。对于中央空调节能管理控制系统而言，冷温水系统的受控变量是冷温水总管供回水压差和进出水温差；冷却水系统的受控变量是冷却水总管进出水温差。 

节能依据： 

中央空调系统的容量是由建筑物最大设计负荷选定，且留有余量，根据美国空调制冷学会（ARI）统计，中央空调设备90％的时间在额定负荷的70％以下运行。由于季节、昼夜和用户负荷的变化，实际空调的热负荷 在绝大部分时间内比设计负载低。中央空调主机可以根据热负荷自动调节其运行功率，但其循环水泵系统一年四季长期在固定的最大水流量下工作，使系统大部分时间处于大流量低温差状态下工作，循环水泵输送能量大部分变成管路损失，同时也导致主机效率降低。 

表1空调负荷全年分布的不均衡性（%） 

负荷率	75～100	50～75	25～50	＜25
					占总运行时间的百分率	10	50	30	10

由表1可见，空调负荷的分布，在一年之内是极不均衡的，设计负荷约占总运行时间的6％～8％，负荷率75％以上的运行时间仅占10％，负荷率50％～75％的运行时间也不过占50％，而负荷率50％以下的运行时间竞高达40％。 

当空调末端负荷发生变化时，各路冷冻水（热水）进出口压差和供回水温度亦随之变化，传感器将压差信号、温差信号和流量信号送至节能控制器100，与通过规则库设定的给定值相比较，同时传输至A/D智能转换模块，分析库经运算后分别输出精确的控制量，经负荷随动软件运算调节各级变频器500输出频率，控制冷冻水泵242的转速，改变流量使之随负荷而变化，保证用户末端舒适度。 

当环境温度、空调末端负荷发生变化时，使用者需要通过跟踪接口对各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量产生的变化进行跟踪，流量计230、第一压力传感器210和第一温度传感器220将检测到的这些参数送至智能控制器130，智能控制器130依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时根据数据库预测计算出末端空调负荷所需的制冷量，以及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，控制冷冻水泵242改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在模糊控制器给出的最优值。不同的地区和季节中央空调的使用状况存在一定差异，所以使用者会根据长期的工程案例的积累和专业知识的分析建立起一个空调运行数据库，这个数据库会告诉使用者什么样的工况下采用何种运行方式最经济节能的，要做出这个判断就必须将采集的数据分析后和数据库内容进行比较，找出最符合的数据库内容，然后通过调整规则库输出调整分量 达到优化控制的目的。 

由于冷冻水系统采用了最佳能量输出的动态控制，实现了空调主机冷媒流量跟随末端负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证末端用户的舒适性，又最大限度地节省了系统的能量消耗。 

当负荷发生变化时，冷却水出入口温差、中央空调主机运行状态将随之变化，传感器将这些参数送至节能控制器100，与给定温度相比较，再参照中央空调的运行状态，根据数据库控制程序运算，然后通过规则库调整得出一个控制量输出，然后通过随动接口送到执行机构，执行机构即变频器500，经智能控制器130运算调节变频器500输出至被控对象，被控对象即冷却水泵332，调节转速后使冷却水流量及时随负荷变化而变化，保证了中央空调系统的高效率转换，同时还有效地避免了因系统的惰性而引起的振荡，最后水泵参数和末端使用的变化差会使系统形成新的运行变量，系统会根据新变量循环计算运行。 

当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器331的最佳热转换温度也随之变化。冷却水泵332起动后，智能控制器130依据数据库控制程序运算的结果，然后通过规则库调整后的数据，计算出主机冷凝器331的最佳热转换温度（拐点温度）及冷却水最佳出、入口温度，并以此调节冷却水需求量，通过随动接口传输至变频器500，变频器500调节冷却水的流量，使冷却水的进、出口温度逼近智能控制器给出的最优值，从而保证中央空调系统随时处于最佳转换效率状态下运行。 

实施例2 

图5为另一种实施例中节能控制系统的结构图。如图5所示，冷冻水控制系统200和冷却水控制系统300的数量增加至2，在实施专利时，可以根据用户的实际需求对冷冻水控制系统200和冷却水控制系统300的数量进行调整。 

其余同实施例1。 

部分部件型号： 

温度传感器：热电阻PT100，不锈钢，护套，1/2外螺纹，精度±0.2℃上海托克; 

压力传感器：TEYC-11510～10MPa上海托克； 

流量计：TEYC-1151HP上海托克。 

以上对本实用新型的具体实施方式进行了说明，但本实用新型并不以此为限，只要不脱离本实用新型的宗旨，本实用新型还可以有各种变化。 

Claims (5)

1.一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统，其特征在于，包括：

动态跟踪控制系统（100），与冷冻水控制系统（200）和冷却水控制系统（300）连接，还与变频器（500）连接，所述变频器（500）的输出端与电机（400）相连接，所述电机（400）分别与所述冷冻水控制系统（200）和冷却水控制系统（300）连接；

冷冻水控制系统（200），包括第一压力传感器（210）、第一温度传感器（220）、流量计（230）与冷冻部（240），所述冷冻部（240）与第一压力传感器（210）、第一温度传感器（220）、流量计（230）连接；

冷却水控制系统（300），包括第二压力传感器（310）、第二温度传感器（320）与冷却部（330），所述冷却部（330）与第二压力传感器（310）、第二温度传感器（320）连接。

2.根据权利要求1所述的一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统，其特征在于：所述动态跟踪控制系统（100）包括：PLC控制器（110）、工控机（120）和智能控制器（130），所述PLC控制器（110）的输出端与智能控制器（130）的接收端连接，所述智能控制器（130）的接收端与第一压力传感器（210）、第一温度传感器（220）、流量计（230）、第二压力传感器（310）、第二温度传感器（320）的输出端连接，所述智能控制器（130）的输出端与变频器（500）的接收端连接，所述工控机（120）的输出端与PLC控制器（110）的接收端连接。

3.根据权利要求1所述的一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统，其特征在于：所述冷冻部（240）包括：互相连接的蒸发器（241）和冷冻水泵（242），所述蒸发器（241）分别与第一压力传感器（210）、第一温度传感器（220）、流量计（230）的接收端连接，所述冷冻水泵（242）与电机（400）相连。

4.根据权利要求1所述的一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统，其特征在于：所述冷却部（330）包括：互相连接的冷凝器（331）和冷却水泵（332），所述冷凝器（331）分别与第二压力传感器（310）、第二温度传感器（320）的接收端连接，所述冷却水泵（332）与电机（400）相连。

5.根据权利要求1所述的一种中央空调动态跟踪节能管理控制系统，其特征在于：所述冷冻水控制系统（200）的数量为复数个；所述冷却水控制系统（300）的数量为复数个。

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