CN203719032U - 一种基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统。该系统包括用于采集中央空调环境的数据信息的数据采集单元、与所述数据采集单元和至少一个冷却塔风机相连的控制芯片。该系统在中央空调系统运行过程中根据能效值变化自动优化控制冷却塔风机的加开或停止，使中央空调系统的运行能效处于较高水平，从而达到节能目的，实施效果更好，而且不受外界因素影响。

Description

一种基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统

技术领域

本实用新型涉及中央空调调节技术，具体涉及一种基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统。

背景技术

建筑中央空调系统包括有冷冻机、冷冻泵、冷却泵和冷却塔等设备，冷冻机产生的冷源（冷冻水）由冷冻泵输送至空调末端与风机盘管进行热交换，同时冷冻机相应产生的热源（冷却水）由冷却泵输送至冷却塔与室外大气进行热交换。

热源的热交换效果与冷冻机的制冷效率紧密相关，通常热交换后的冷却水回水总管温度每降低1℃，冷冻机效率提高约3%，反之热交换后的冷却水回水总管温度每升高1℃，冷冻机效率降低约3%。中央空调系统一般配备有多座冷却塔，每座冷却塔有一台或多台风机，多开冷却塔风机台数有助于散热，即降低冷却水回水温度，从而提高冷冻机的制冷效率，但是相应地增加了冷却塔风机的运行能耗。

在无自动控制的中央空调系统中，冷却塔风机的开启台数通常由管理人员根据自己的操作经验进行控制。这种方式根据冷机台数和季节进行固定冷却塔风机台数控制，同时依赖于管理人员的水平和操作，实施效果差。

在有自动控制的中央空调系统中，冷却塔风机的开启台数通常根据冷却水回水总管温度与设定阶梯目标温度进行控制，其控制方法是：（1）加载冷却塔风机：当冷却水回水总管温度高于设定目标温度且持续一定时间时，加载一台冷却塔风机；每隔几度（如2℃）设置一个目标温度，逐台开启冷却塔风机。（2）减载冷却塔风机：当冷却水回水总管温度低于设定目标温度减去一个死区温度且持续一定时间时，减载一台冷却塔风机；（3）加载或减载一台冷却塔风机后延时一定时间再进行下一次加载与减载冷却塔风机的判断。该方法只是简单的控制方式，不是以系统运行效率为目标，无法优化系统运行效率，有时反而使得系统运行效率低下。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统，包括用于采集中央空调环境的数据信息的数据采集单元、与所述数据采集单元和至少一个冷却塔风机相连的控制芯片；所述数据采集单元包括设置在冷冻机上的第一瞬时电功率计、设置在冷却泵上的第二瞬时电功率计、设置在冷却塔上的第三瞬时电功率计、设置在冷却水供水总管的第一温度计、设置在冷却水回水总管的第二温度计、设置在冷却塔室外的第三温度计和设置在冷冻水供回水总管的冷量计或第四温度计和流量计。

优选地，所述控制芯片包括用于将数据信息处理成控制信息的数据处理单元、与所述数据处理单元相连的用于计时的计时单元和与所述数据处理单元相连的用于存储数据信息的存储单元。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：实施本实用新型，根据中央空调系统运行过程中的能效值变化自动优化控制冷却塔风机的加开或停止，使中央空调系统的运行能效处于较高水平，从而达到节能目的；其实施不依赖于管理人员的操作，实施效果好；且不受室外温度变化和系统需求冷量负荷不确定因素的影响，保证系统优化运行的效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统一实施例的逻辑框图。

图2是本实用新型基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统一实施例的原理框图。

图3是本实用新型基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统实施例1中控制方法的流程图。

图4是本实用新型基于能将优化的中央空调冷却塔风机控制系统实施例2中控制方法的流程图。

图5是本实用新型基于能将优化的中央空调冷却塔风机控制系统实施例3中控制方法的流程图。

图中：10、数据采集单元；11、第一瞬时电功率计；12、第二瞬时电功率计；13、第三瞬时电功率计；14、第一温度计；15、第二温度计；16、第三温度计；17、冷量计；20、控制芯片；21、数据处理单元；22、计时单元；23、存储单元；30、冷冻机；31、冷却泵；32、冷却水供水总管；33、冷却水回水总管；34、冷冻泵；35、冷冻水供水总管；36、冷冻水回水总管；40、冷却塔；50、冷却塔风机；60、风机盘管。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

图1示出本实用新型基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统一实施例的逻辑框图。如图1所示，中央空调系统包括冷冻机30、冷却塔40、风机盘管60、冷却泵31、冷冻泵34等设备，其中冷却塔40上设有至少一个冷却塔风机50，冷冻机30与冷却塔40之间通过冷却水供水总管32和冷却水回水总管33相连，冷却泵31设置在冷却水供水总管32和冷却水回水总管33上；冷冻机30与风机盘管60通过冷冻水供水总管35和冷冻水回水总管36相连，冷冻泵34设置在冷冻水供水总管35和冷冻水回水总管36上。如图2所示，本实用新型所提供的基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统还包括用于采集中央空调环境的数据信息的数据采集单元10和分别与数据采集单元10和至少一个冷却塔风机50相连的控制芯片20，控制芯片20用以将数据采集单元10采集的数据信息处理成控制冷却塔风机50开启或停止的控制信息。

如图1、图2所示，数据采集单元10包括设置在冷冻机30上的用于采集冷冻机30瞬时电功率的第一瞬时电功率计11、设置在冷却泵31上用于采集冷却泵瞬时电功率的第二瞬时电功率计12、设置在冷却塔40上用于采集冷却塔瞬时电功率的第三瞬时电功率计13、设置在冷却水供水总管32的用于实时采集冷却水供水总管32温度的第一温度计14、设置在冷却水回水总管33的用于实时采集冷却水回水总管33温度的第二温度计15、设置在冷却塔40室外用于采集冷却塔40室外温度的第三温度计16以及设置在冷冻水回水总管36或冷冻水供水总管35上的用于计算冷量的冷量计17。可以理解地，设置在冷冻水回水总管36或冷冻水供水总管35上的用于计算冷量的冷量计17可以采用设置在冷冻水加水总管或冷冻水供水总管35上的温度传感器和流量计替代，并使用积算仪计算其冷量。

如图2所示，控制芯片20包括用于将数据信息处理以形成用于控制冷却塔风机50开启或停止的控制信息的数据处理单元21，还包括与数据处理单元21相连的用于计时的计时单元22和与数据处理单元21相连的用于存储数据信息的存储单元23。

实施例1

图3示出实施例1中基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统的控制方法的流程图。该基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：在触发条件发生后，计算当前中央空调热源侧的第一能效值，并控制加开一台冷却塔风机50。具体的，步骤S1包括以下步骤：

S10：通过控制芯片20上的计时单元22控制在每隔一预设的优化延时时间（如30min）后，利用设置在冷冻水回水总管36或冷冻水供水总管35上的用于计算冷量的冷量计17采集当前中央空调的第一冷冻水供回水总管冷量，利用设置在冷冻机30上的第一瞬时电功率计11采集第一冷冻机瞬时电功率、利用设置在冷却泵31上的第二瞬时电功率计12采集第一冷却泵瞬时电功率、利用设置在冷却塔40上的第三瞬时电功率计13采集第一冷却塔瞬时电功率和利用冷却塔40室外的第三温度计16采集第一温度值并存储。可以理解地，第一冷冻水供回水总管冷量包括利用设置在冷冻水回水总管36上的用于计算冷量的冷量计17采集当前中央空调的第一冷冻水回水总管冷量或利用设置在冷冻水供水总管35上的用于计算冷量的冷量计17采集当前中央空调的第一冷冻水供水总管冷量。

S11：通过第一能效值的计算公式：第一能效值=第一冷冻水供回水总管冷量/（第一冷冻机瞬时电功率+第一冷却泵瞬时电功率+第一冷却塔瞬时电功率），计算当前中央空调热源侧的第一能效值并存储，该第一能效值的计算仅采集当前中央空调热源侧环境的数据信号进行计算，更加精确地实现根据热源侧冷却塔风机50的运行能效控制冷却塔风机50动态控制。

S12：判断计算出的第一能效值、第一冷冻水供回水总管冷量和第一温度值相对于中央空调系统默认或上一次优化延时时间中存储的第三能效值、第三冷冻水供回水总管冷量和第三温度值的变化是否超过预设百分比或是否经过预设的优化时间间隔计时时间，将判断结果作为步骤S1中的触发条件，根据判断结果控制加开停止一台冷却塔风机50。在具体实施时，可将预设百分比设置在5～15%，预设百分比越小，则其控制更精确。优化时间间隔计时时间的取值可以是0～60min。

具体地，步骤S12包括：

S120：若第一能效值相比于第三能效值的变化增加超过预设百分比，若预设百分比为10%，则若第一能效值为第三能效值的110%或以上，则控制加开冷却塔风机50；否则执行步骤S123。或

S121：若第一冷冻水供回水总管冷量相比于第三冷冻水供回水总管冷量的变化增加超过预设百分比，若预设百分比为10%，则若第一冷冻水供回水总管冷量为第三冷冻水供回水总管冷量的110%或以上，则控制加开冷却塔风机50；否则执行步骤S123。或

S122：若第一温度值相比于第三温度值的变化增加超过预设百分比，若预设百分比为10%，则若第一温度值为第三温度值的110%或以上，则控制加开冷却塔风机50；否则执行步骤S123。

S123：若设置预设的优化时间间隔计时时间为30min，则从预设的优化延时时间后30min之内，步骤S121、S122或S123三者之一的条件出现，则直接控制加开一台冷却塔风机50，无需根据步骤S123，否则在预设的优化延时时间后30min后控制加开一台冷却塔风机50。

S13：在控制加开一台冷却塔风机50后，将第一能效值、第一冷冻水供回水总管冷量和第一温度值更新存储成第三能效值、第三冷冻水供回水总管冷量和第三温度值，以作为下一次优化计算的基础。

S2：在加开一台冷却塔风机50后的预设加机延时时间后，计算当前中央空调热源侧的第二能效值。具体地，步骤S2包括：

S20：在加开一台冷却塔风机50后的预设加机延时时间（如15min）后，利用设置在冷冻水回水总管36或冷冻水供水总管35上的用于计算冷量的冷量计17采集当前中央空调的第二冷冻水供回水总管冷量、利用设置在冷冻机30上的第一瞬时电功率计11采集第二冷冻机瞬时电功率、利用设置在冷却泵31上的第二瞬时电功率计12采集第二冷却泵瞬时电功率、利用设置在冷却塔40上的第三瞬时电功率计13采集第二冷却塔瞬时电功率并存储。

S21：利用所述第二冷冻水供回水总管冷量、第二冷冻机瞬时电功率、第二冷却泵瞬时电功率及第二冷却塔瞬时电功率通过第二能效值的计算公式：

第二能效值=第二冷冻水供回水总管冷量/（第二冷冻机瞬时电功率+第二冷却泵瞬时电功率+第二冷却塔瞬时电功率），计算第二能效值。

S3：比较第一能效值和第二能效值的大小，若第二能效值相对第一能效值降低，则相应停止一台冷却塔风机50，否则将第二能效值更新为第一能效值，重复步骤S2、S3。在停止一台冷却塔风机50的情况下，重复步骤S2、S3，再次比较得到第二能效值相对第一能效值降低，则相应控制加开一台冷却塔风机50。重复步骤S2、S3至下一触发条件发生时。

实施例2

图4示出实施例1中基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统的控制方法的流程图。该基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：在触发条件发生后，计算当前中央空调热源侧的第一能效值，并控制停止一台冷却塔风机50。具体的，步骤S1包括以下步骤：

S10：通过控制芯片20上的计时单元22控制在每隔一预设的优化延时时间（如30min）后，利用设置在冷冻水回水总管36或冷冻水供水总管35上的用于计算冷量的冷量计17采集当前中央空调的第一冷冻水供回水总管冷量，利用设置在冷冻机30上的第一瞬时电功率计11采集第一冷冻机瞬时电功率、利用设置在冷却泵31上的第二瞬时电功率计12采集第一冷却泵瞬时电功率、利用设置在冷却塔40上的第三瞬时电功率计13采集第一冷却塔瞬时电功率和利用冷却塔40室外的第三温度计16采集第一温度值并存储。可以理解地，第一冷冻水供回水总管冷量包括利用设置在冷冻水回水总管36上的用于计算冷量的冷量计17采集当前中央空调的第一冷冻水回水总管冷量或利用设置在冷冻水供水总管35上的用于计算冷量的冷量计17采集当前中央空调的第一冷冻水供水总管冷量。

S11：通过第一能效值的计算公式：第一能效值=第一冷冻水供回水总管冷量/（第一冷冻机瞬时电功率+第一冷却泵瞬时电功率+第一冷却塔瞬时电功率），计算当前中央空调热源侧的第一能效值并存储，该第一能效值的计算仅采集当前中央空调热源侧环境的数据信号进行计算，更加精确地实现根据热源侧冷却塔风机50的运行能效控制冷却塔风机50动态控制。

S12：判断计算出的第一能效值、第一冷冻水供回水总管冷量和第一温度值相对于中央空调系统默认或上一次优化延时时间中存储的第三能效值、第三冷冻水供回水总管冷量和第三温度值的变化是否超过预设百分比或是否经过预设的优化时间间隔计时时间，将判断结果作为步骤S1中的触发条件，根据判断结果控制一台停止冷却塔风机50。在具体实施时，可将预设百分比设置在5～15%，预设百分比越小，则其控制更精确。优化时间间隔计时时间的取值可以是0～60min。

具体地，步骤S12包括：

S120：若第一能效值相比于第三能效值的变化降低超过预设百分比，若预设百分比为10%，则若第一能效值为第三能效值的90%或以下，则控制停止一台冷却塔风机50；否则执行步骤S123。或

S121：若第一冷冻水供回水总管冷量相比于第三冷冻水供回水总管冷量的变化增加降低预设百分比，若预设百分比为10%，则若第一冷冻水供回水总管冷量为第三冷冻水供回水总管冷量的90%或以下，则控制停止一台冷却塔风机50；否则执行步骤S123。或

S122：若第一温度值相比于第三温度值的变化降低超过预设百分比，若预设百分比为10%，则若第一温度值为第三温度值的90%或以下，则控制停止一台冷却塔风机50；否则执行步骤S123。

S123：若设置预设的优化时间间隔计时时间为30min，则从预设的优化延时时间后30min之内，步骤S121、S122或S123三者之一的条件出现，则直接控制停止一台冷却塔风机50，无需根据步骤S123，否则在预设的优化延时时间后30min后控制停止一台冷却塔风机50。

S13：在控制停止一台冷却塔风机50后，将第一能效值、第一冷冻水供回水总管冷量和第一温度值更新存储成第三能效值、第三冷冻水供回水总管冷量和第三温度值，以作为下一次优化计算的基础。

S2：在停止一台冷却塔风机50后的预设停机延时时间后，计算当前中央空调热源侧的第二能效值。具体地，步骤S2包括：

S20：在停止一台冷却塔风机50后的预设停机延时时间（如15min）后，利用设置在冷冻水回水总管36或冷冻水供水总管35上的用于计算冷量的冷量计17采集当前中央空调的第二冷冻水供回水总管冷量、利用设置在冷冻机30上的第一瞬时电功率计11采集第二冷冻机瞬时电功率、利用设置在冷却泵31上的第二瞬时电功率计12采集第二冷却泵瞬时电功率、利用设置在冷却塔40上的第三瞬时电功率计13采集第二冷却塔瞬时电功率并存储。

S21：利用所述第二冷冻水供回水总管冷量、第二冷冻机瞬时电功率、第二冷却泵瞬时电功率及第二冷却塔瞬时电功率通过第二能效值的计算公式：第二能效值=第二冷冻水供回水总管冷量/（第二冷冻机瞬时电功率+第二冷却泵瞬时电功率+第二冷却塔瞬时电功率），计算第二能效值。

S3：比较第一能效值和第二能效值的大小，若第二能效值相对第一能效值降低，则相应加开一台冷却塔风机50，否则将第二能效值更新为第一能效值，重复步骤S2、S3。在加开一台冷却塔风机50的情况下，重复步骤S2、S3，再次比较得到第二能效值相对第一能效值降低，则相应控制停止一台冷却塔风机50。重复步骤S2、S3至下一触发条件发生时。

综上，在加开一台冷却塔风机50的情况下，若第二能效值相对第一能效值降低，则相应控制停止一台冷却塔风机50；在停止一台冷却塔风机的情况下，若第二能效值相对第一能效值降低，则相应控制加开一台冷却塔风机50，以实现在中央空调系统运行过程中根据能效值变化自动优化控制冷却塔风机的加开或停止，使中央空调系统的运行能效处于较高水平，从而达到节能目的，相比于人工操作的方式实施效果更好，而且不受外界因素影响。

实施例3

图5示出实施例3中基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统的控制方法的流程图。实施例3中的基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制方法是在实施例1和实施例2的基础上实现，在实施例1和实施例2中的步骤S1中还包括：

S14：利用设置在冷却水供水总管32的第一温度计14实时采集冷却水供水总管32温度值，利用设置在冷却水回水总管33的第二温度计15冷却水回水总管33温度值。

S15：将采集到的冷却水供水总管32温度值、冷却水回水总管33温度值与冷却水供水温度保护值（如38度）和冷却水回水温度保护值（如22度）进行比较，若冷却水供水总管32温度值（如40度时）高于冷却水供水温度保护值，则加开一台冷却塔风机50，执行实施例1中的步骤S2～S3。若冷却水回水总管33温度值（如20度时）低于冷却水回水温度保护值时，则停止一台冷却塔风机50，执行实施例2中的步骤S2～S3。

实施例1～3中，每次控制加开的冷却塔风机50为累计运行时间最短的冷却塔风机50；每次停止冷却塔风机50为累计运行时间最长的冷却塔风机50，以保证中央空调冷却塔风机50的整体寿命。

本实用新型所提供的基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统，根据中央空调系统运行过程中的能效值变化自动优化控制冷却塔风机50的加开或停止，使中央空调系统的运行能效处于较高水平，从而达到节能目的，即通过优化过程控制能效值最高时时冷却塔风机的运行台数，使中央空调系统的运行能效处于较高水平，显著降低中央空调系统能耗。该控制系统实施不依赖于管理人员的操作，实施效果好；且不受室外温度变化和系统需求冷量负荷不确定因素的影响，保证系统优化运行的效率。

本实用新型是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (2)

1.一种基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统，其特征在于：包括用于采集中央空调环境的数据信息的数据采集单元（10）、与所述数据采集单元（10）和至少一个冷却塔风机（50）相连的控制芯片（20）；所述数据采集单元（10）包括设置在冷冻机上的第一瞬时电功率计（11）、设置在冷却泵上的第二瞬时电功率计（12）、设置在冷却塔（40）上的第三瞬时电功率计（13）、设置在冷却水供水总管（32）的第一温度计（14）、设置在冷却水回水总管（33）的第二温度计（15）、设置在冷却塔（40）室外的第三温度计（16）和设置在冷冻水供回水总管的冷量计（17）或第四温度计和流量计。

2.根据权利要求1所述基于能效优化的中央空调冷却塔风机控制系统，其特征在于：所述控制芯片（20）包括用于将数据信息处理成控制信息的数据处理单元（21）、与所述数据处理单元（21）相连的用于计时的计时单元（22）和与所述数据处理单元（21）相连的用于存储数据信息的存储单元（23）。