CN210320428U - 一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统，涉及一种适用于夏季进行冷冻、冷却水泵、冷却塔风机变频调节和制冷机组自动控制，包括中央空调系统、集中供热系统和智能控制系统。冬季进行气候补偿和供热二次网水泵变频控制，以降低制冷机组、水泵和冷却塔风机耗电量、提高制冷供热效率、实现机组智慧控制的系统。中央空调系统冷冻水管路与集中供热系统二次网热水管路并联共用一个末端管路系统，集中供热系统一次侧热源是市政热力、区域锅炉房或者其他能源形式。

Description

一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统，更具体的说，涉及一种适用于夏季进行冷冻、冷却水泵、冷却塔风机变频调节和制冷机组自动控制，冬季进行气候补偿和供热二次网水泵变频控制，以降低制冷机组、水泵和冷却塔风机耗电量、提高制冷供热效率、实现机组智慧控制的系统。

背景技术

近年来，我国大型公共建筑的数量不断增加，随着人们对室内舒适度要求的不断提高，中央空调越来越广泛地应用于办公楼、商场、酒店等建筑中，在满足人们室内舒适性要求的同时，中央空调也也因其较大的电耗成为公共建筑的主要耗能部分。据统计，我国中央空调的能耗占建筑能耗的50％左右。许多大型公共建筑采用市政供热，经过热交换装置换热后，二次网热水通过制冷空调系统末端风机盘管或空调机组后，给用户供热，供热二次网系统与空调制冷机组冷冻水系统为共用系统，而当前并没有对这种中央空调与供热相结合的系统形式进行集中节能控制的方法。

目前，国内许多建筑的中央空调和供热系统都是按照最大负荷设计。在实际运行过程中，当室外温度的变化时，建筑物实际冷热负荷随之变化，每年只有很短的时间会达到最大冷热负荷，大部分时间在部分负荷工况运行，冬夏季常常处于大流量小温差的状态。中央空调制冷和采暖系统无法实现运行参数供水温度时刻随室外温度的变化进行调整，不能始终保持供冷/热量与建筑物的负荷相一致，易出现大马拉小车的情况，导致水泵能耗偏高、中央空调和供热系统运行效率低下、室内过冷或过热、管理人员调节操作频繁，造成严重的能源和人力资源浪费。

实用新型内容

本实用新型针对中央空调与集中供热相结合的系统提供一种结构简单合理的节能型智慧控制系统。该系统可用于夏季对空调系统冷却水泵、冷却水泵、冷却塔风机变频调节和制冷机组自动控制，冬季对供热系统进行气候补偿及供热水泵变频控制。

一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统，其特征在于：包括中央空调系统、集中供热系统和智能控制系统。

中央空调系统包括制冷机组1、冷却塔5、冷却塔风机6、冷却水泵7、冷却水供水管8、冷却水回水管9、冷冻/二次网水泵10、冷冻水/二次网供水管11、冷冻水/二次网回水管12、冷冻水供水阀13、冷冻水回水阀14；

集中供热系统包括换热器2、电动三通阀15、一次网供水管16、一次网回水管17、一次网旁通管18、二次网供水阀19、二次网回水阀20；

智能控制系统包括气候补偿控制器3、冷却水侧控制器4、冷却塔风机变频器21、冷却水泵变频器22、冷却回水温度传感器23、冷却供水温度传感器24、冷冻/二次网水泵变频器25、冷冻/二次网供水温度传感器26、冷冻水/二次网压差传感器27和室外温度传感器28。

中央空调系统冷冻水管路与集中供热系统二次网热水管路并联共用一个末端管路系统，集中供热系统一次侧热源是市政热力、区域锅炉房或者其他能源形式。

冷却塔5的出水口与冷却水泵7的入水口相连接，冷却水泵7的出水口通过冷却水回水管9与制冷机组1的冷却水入口相连接，冷却水回水管9上设置有冷却回水温度传感器23。冷却水供水管8的一端连接至制冷机组1的冷却水出口，另一端连接至冷却塔5的入水口，冷却水供水管8上设置有冷却供水温度传感器 24。

冷冻水/二次网回水管12与冷冻水/二次网供水管11之间设置有冷冻水/二次网压差传感器27；冷冻水/二次网回水管12分成两路，一路连接到冷冻水回水阀 14的一端，冷冻水回水阀14另一端连接至制冷机组1的冷冻水入口。冷冻水/ 二次网回水管12的另一路连接到二次网回水阀20的一端，二次网回水阀20的另一端连接至换热器2的二次水入口。冷冻水/二次网供水管11上设置有冷冻/ 二次网供水温度传感器26，冷冻水/二次网供水管11分两路，一路连接到冷冻水供水阀13的一端，冷冻水供水阀13的另一端连接至制冷机组1的冷冻水出口。冷冻水/二次网供水管11另一路连接到二次网供水阀19的一端，二次网供水阀19的另一端连接至换热器2的二次水出口。

集中供热系统的一次网供水管16连接至电动三通阀15的入口，电动三通阀 15的直流侧出口连接至换热器2的一次网入水口，电动三通阀15的旁通侧出口连接至一次网旁通管18的一端。一次网回水管16分别连接至一次网旁通管18 的一端和换热器2的一次网出水口。

冷却水侧控制器4分别与冷却供水温度传感器24和冷却回水温度传感器23 相连接，采集冷却水供水温度和冷却水回水温度；冷却水侧控制器4与冷却水泵变频器22的进线端连接，冷却水泵变频器22的出线端与冷却水泵7的进线端相连接。冷却水侧控制器4还与冷却塔风机变频器21的进线端连接，冷却塔风机变频器21的出线端与冷却塔风机6进线端相连接。

气候补偿控制器3分别与冷冻/二次网供水温度传感器26、冷冻水/二次网压差传感器27相连接，采集冷冻供水温度、冷冻供回水压差；气候补偿控制器3 与冷却水泵变频器22的进线端连接，冷却水泵变频器22的出线端与冷却水泵7 的进线端相连接；气候补偿控制器3还与制冷机组的控制箱进线端相连接。

气候补偿控制器3与室外温度传感器28相连接，采集室外温度参数；气候补偿控制器3还与供热一次网的电动三通阀15的进线端相连接。

夏季根据测得的室外温度对应冷负荷的冷冻水供水温度、冷冻水供回水压差、冷却水供回水温度同设定值进行比较，经计算后给定输出控制信号，调节制冷机组负荷、冷冻、冷却水泵、冷却塔风机的频率或工作台数，改变冷却、冷冻水供水流量和温度，有效提高制冷机组冷冻水供水平均温度，降低冷却水平均温度，减小冷冻、冷却水流量，明显提高制冷机效率，实现大温差小流量的节能运行模式。

冬季气候补偿控制器根据室外温度的变化及用户设定的不同时间对室内温度要求，按照气候补偿器设定曲线求出恰当的供水温度，对一网电动三通阀进行自动控制调节，实现供热系统供水温度——室外温度的自动气候补偿。通过量调节控制，达到质调节的目的，最大化的节约资源，克服室外环境温度变化造成的室内温度波动，避免因过热而开启窗户的现象。气候补偿控制器通过二次网供回水压差与设定值进行对比，经计算后给定输出控制信号，调节热网水泵的频率或工作台数，改变热网供水流量，实现大温差小流量运行，提高供暖舒适度和系统效率，真正实现无人值守下的系统自动节能运行。

附图说明

图1为本实用新型的中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为实现上述目的，本实用新型提供了一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统。

一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统，其特征在于：包括中央空调系统、集中供热系统和智能控制系统。

中央空调系统包括制冷机组1、冷却塔5、冷却塔风机6、冷却水泵7、冷却水供水管8、冷却水回水管9、冷冻/二次网水泵10、冷冻水/二次网供水管11、冷冻水/二次网回水管12、冷冻水供水阀13、冷冻水回水阀14；

集中供热系统包括换热器2、电动三通阀15、一次网供水管16、一次网回水管17、一次网旁通管18、二次网供水阀19、二次网回水阀20；

智能控制系统包括气候补偿控制器3、冷却水侧控制器4、冷却塔风机变频器21、冷却水泵变频器22、冷却回水温度传感器23、冷却供水温度传感器24、冷冻/二次网水泵变频器25、冷冻/二次网供水温度传感器26、冷冻水/二次网压差传感器27和室外温度传感器28。

中央空调系统冷冻水管路与集中供热系统二次网热水管路并联共用一个末端管路系统，集中供热系统一侧是市政热力、区域锅炉房或者其他热源。

冷却塔5的出水口与冷却水泵7的入水口相连接，冷却水泵7的出水口通过冷却水回水管9与制冷机组1的冷却水入口相连接，冷却水回水管9上设置有冷却回水温度传感器23。冷却水供水管8的一端连接至制冷机组1的冷却水出口，另一端连接至冷却塔5的入水口，冷却水供水管8上设置有冷却供水温度传感器24。

冷冻水/二次网回水管12与冷冻水/二次网供水管11之间设置有冷冻水/二次网压差传感器27；冷冻水/二次网回水管12分成两路，一路连接到冷冻水回水阀 14的一端，冷冻水回水阀14另一端连接至制冷机组1的冷冻水入口。冷冻水/ 二次网回水管12的另一路连接到二次网回水阀20的一端，二次网回水阀20的另一端连接至换热器2的二次水入口。冷冻水/二次网供水管11上设置有冷冻/ 二次网供水温度传感器26，冷冻水/二次网供水管11分两路，一路连接到冷冻水供水阀13的一端，冷冻水供水阀13的另一端连接至制冷机组1的冷冻水出口。冷冻水/二次网供水管11另一路连接到二次网供水阀19的一端，二次网供水阀19的另一端连接至换热器2的二次水出口。

集中供热系统的一次网供水管16连接至电动三通阀15的入口，电动三通阀 15的直流侧出口连接至换热器2的一次网入水口，电动三通阀15的旁通侧出口连接至一次网旁通管18的一端。一次网回水管17分别连接至一次网旁通管18 的一端和换热器2的一次网出水口。

冷却水侧控制器4分别与冷却供水温度传感器24和冷却回水温度传感器23 相连接，采集冷却水供水温度和冷却水回水温度；冷却水侧控制器4与冷却水泵变频器22的进线端连接，冷却水泵变频器22的出线端与冷却水泵7的进线端相连接。冷却水侧控制器4还与冷却塔风机变频器21的进线端连接，冷却塔风机变频21器的出线端与冷却塔风机6进线端相连接。

气候补偿控制器3分别与冷冻/二次网供水温度传感器26、冷冻水/二次网压差传感器27相连接，采集冷冻供水温度、冷冻供回水压差；气候补偿控制器3 与冷却水泵变频器22的进线端连接，冷却水泵变频器22的出线端与冷却水泵7 的进线端相连接；气候补偿控制器3还与制冷机组的控制箱进线端相连接。

气候补偿控制器3与室外温度传感器28相连接，采集室外温度参数；气候补偿控制器3还与供热一次网的电动三通阀15的进线端相连接。

夏季空调制冷系统控制策略：

当处于夏季空调制冷工况时，开启中央空调系统的冷冻水供水阀和冷冻水回水阀，关闭集中供热系统的二次网供水阀和二次网回水阀，通过冷冻/二次网供水温度传感器、冷冻水/二次网压差传感器测得冷冻供水温度、冷冻供回水压差。

制冷机组控制策略：

气候补偿控制器内置了制冷机组调节曲线，制冷机组调节曲线由多组室外温度与冷冻水供水温度的设定值拟合而成，可实现精确控制。根据室外温度传感器测得的室外温度值，气候补偿控制器计算出冷冻水供水温度设定值，将冷冻供水温度传感器测得的冷冻水供水温度实测值与设定值进行比较，计算出实测值与设定值的偏差及偏差变化率，然后进行PID计算输出调节信号至制冷机组控制箱，调节制冷机组负荷，改变冷冻水供水温度，最终使其达到设定值。

冷却水侧变频控制策略：

冷却水侧控制器将冷却回水温度传感器测得的冷却回水温度与冷却回水温度设定值进行比较，计算出实测值与设定值的偏差及偏差变化率，然后进行模糊控制计算实时给定输出控制信号，通过变频器调节冷却塔风机运行频率，调整风机的转速。当冷却回水温度高于设定值时，控制器提高变频器的输出频率，增大风机转速，直至冷却回水温度达到设定值。当冷却回水温度低于设定值时，控制器降低变频器的输出频率，减小风机转速，直至冷却回水温度达到设定值；当冷却塔风机频率低于其运转频率下限时，冷却回水温度仍低于设定值并继续下降，此时控制器将停止风机运转，直至冷却回水温度升高至设定值以上时，再重新启动冷却塔风机。

冷却水侧控制器将冷却供水温度传感器、冷却回水温度传感器测得的冷却供水温度和冷却回水温度之差作为控制值，将冷却水供回水温差实测值与冷却水供回水温差设定值进行比较，计算出实测值与设定值的偏差及偏差变化率，然后进行模糊控制计算实时给定输出控制信号，通过变频器调节冷却水泵运行频率，调整冷却水泵的转速。当冷却水供回水温差高于设定值时，增大冷却水泵转速，使冷却水流量变大，降低冷却水供回水温差，直至温差达到设定值；当冷却水供回水温差低于设定值时，减小冷却水泵转速，使冷却水流量减小，增大冷却水供回水温差，直至温差回到设定值。

冷冻水侧变频控制策略：

当夏季负荷变化时，末端设备开启或关闭，冷冻水供回水压差也随之变化。根据冷冻水/二次网压差传感器测得的冷冻水供回水压差，气候补偿控制器将冷冻水供回水压差与设定值进行比较，根据比较结果调整变频器的输出频率，控制冷却水泵的转速。

具体地，当末荷减小时，末端设备部分运行或变流量运行时，系统流量减小，导致冷冻水供回水压差增大并高于设定压差值，气候补偿器降低变频器输出频率，减小水泵转速和冷冻水供回水压差，直至达到设定供回水压差；当负荷增大时，末端设备运行数量增多或变流量运行时，系统流量增大，导致冷冻水供回水压差减小并低于设定值，气候补偿器提高变频器输出频率，增大水泵转速和冷冻水供回水压差，直至重新回到设定供回水压差。

采用此智能控制系统可使冷却塔风机、冷却水泵和冷却水泵按照负荷需求，实时改变运行频率，实现无级调速，准确控制，节能效果十分显著。

冬季供热系统控制策略：

当处于冬季供热工况时，开启集中供热系统的二次网供水阀和二次网回水阀，关闭中央空调系统的冷冻水供水阀和冷冻水回水阀，通过冷冻/二次网供水温度传感器、冷冻水/二次网压差传感器测得二次网供水温度、二次网供回水压差。

气候补偿控制器内置了气候补偿曲线，气候补偿曲线由多组室外温度与二次网供水温度的设定值拟合而成，可实现精确控制。根据室外温度传感器测得的室外温度值，气候补偿控制器计算出二次网供水温度设定值，将冷冻供水温度传感器测得的二次网供水温度实测值与设定值进行比较，计算出实测值与设定值的偏差及偏差变化率，然后进行PID计算输出调节信号至电动三通阀，调节电动三通阀开度，改变一次网供回水混合比例和进入换热器的一次网供水流量，间接控制二次网供水温度，最终使其达到设定值。

具体地，当室外气温下降时，供热负荷增大，气候补偿控制器判断出二次网实际供水温度低于当前的供水温度设定值，气候补偿控制器控制电动三通阀直流侧开度变大，减小电动三通阀旁通侧开度，增大进入板换一次侧热网水流量和换热量，进而提高二次网供水温度，直至达到设定值；当室外气温升高时，供热负荷减小，气候补偿控制器判断出二次网实际供水温度高于当前的供水温度设定值，气候补偿控制器控制电动三通阀直流侧开度减小，增大电动三通阀旁通侧开度，减小进入板换一次侧热网水流量和换热量，进而降低二次网供水温度，直至达到设定值。在调节电动三通阀直流侧和旁通侧开度时，始终保持一次网供回水总流量不变。

另外，还通过可设定时间控制曲线，设定不同时间段的不同室温要求，以减少房间夜间或无人时的供热量，其控制调节与上述气候补偿调节过程相同。

冬季二次网水泵变频控制策略与夏季冷却水泵变频控制相同。

Claims (3)

1.一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统，其特征在于：包括中央空调系统、集中供热系统和智能控制系统；

中央空调系统包括制冷机组(1)、冷却塔(5)、冷却塔风机(6)、冷却水泵(7)、冷却水供水管(8)、冷却水回水管(9)、冷冻/二次网水泵(10)、冷冻水/二次网供水管(11)、冷冻水/二次网回水管(12)、冷冻水供水阀(13)、冷冻水回水阀(14)；

集中供热系统包括换热器(2)、电动三通阀(15)、一次网供水管(16)、一次网回水管(17)、一次网旁通管(18)、二次网供水阀(19)、二次网回水阀(20)；

智能控制系统包括气候补偿控制器(3)、冷却水侧控制器(4)、冷却塔风机变频器(21)、冷却水泵变频器(22)、冷却回水温度传感器(23)、冷却供水温度传感器(24)、冷冻/二次网水泵变频器(25)、冷冻/二次网供水温度传感器(26)、冷冻水/二次网压差传感器(27)和室外温度传感器(28)；

中央空调系统冷冻水管路与集中供热系统二次网热水管路并联共用一个末端管路系统，集中供热系统一次侧热源是市政热力或者区域锅炉房；

冷却塔(5)的出水口与冷却水泵(7)的入水口相连接，冷却水泵(7)的出水口通过冷却水回水管(9)与制冷机组(1)的冷却水入口相连接，冷却水回水管(9)上设置有冷却回水温度传感器(23)；冷却水供水管(8)的一端连接至制冷机组(1)的冷却水出口，另一端连接至冷却塔(5)的入水口，冷却水供水管(8)上设置有冷却供水温度传感器(24)；

冷冻水/二次网回水管(12)与冷冻水/二次网供水管(11)之间设置有冷冻水/二次网压差传感器(27)；冷冻水/二次网回水管(12)分成两路，一路连接到冷冻水回水阀(14)的一端，冷冻水回水阀(14)另一端连接至制冷机组(1)的冷冻水入口；冷冻水/二次网回水管(12)的另一路连接到二次网回水阀(20)的一端，二次网回水阀(20)的另一端连接至换热器(2)的二次水入口；冷冻水/二次网供水管(11)上设置有冷冻/二次网供水温度传感器(26)，冷冻水/二次网供水管(11)分两路，一路连接到冷冻水供水阀(13)的一端，冷冻水供水阀(13)的另一端连接至制冷机组(1)的冷冻水出口；冷冻水/二次网供水管(11)另一路连接到二次网供水阀(19)的一端，二次网供水阀(19)的另一端连接至换热器(2)的二次水出口；

集中供热系统的一次网供水管(16)连接至电动三通阀(15)的入口，电动三通阀(15)的直流侧出口连接至换热器(2)的一次网入水口，电动三通阀(15)的旁通侧出口连接至一次网旁通管(18)的一端；一次网回水管(17)分别连接至一次网旁通管(18)的一端和换热器(2)的一次网出水口；

冷却水侧控制器(4)分别与冷却供水温度传感器(24)和冷却回水温度传感器(23)相连接，采集冷却水供水温度和冷却水回水温度；冷却水侧控制器(4)与冷却水泵变频器(22)的进线端连接，冷却水泵变频器(22)的出线端与冷却水泵(7)的进线端相连接；冷却水侧控制器(4)还与冷却塔风机变频器(21)的进线端连接，冷却塔风机变频器(21)的出线端与冷却塔风机(6)进线端相连接；

气候补偿控制器(3)分别与冷冻/二次网供水温度传感器(26)、冷冻水/二次网压差传感器(27)相连接，采集冷冻供水温度、冷冻供回水压差；气候补偿控制器(3)与冷却水泵变频器(22)的进线端连接，冷却水泵变频器(22)的出线端与冷却水泵(7)的进线端相连接；气候补偿控制器(3)与室外温度传感器(28)相连接，采集室外温度参数。

2.根据权利要求1所述的一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统，其特征在于：气候补偿控制器(3)与制冷机组的控制箱进线端相连接。

3.根据权利要求1所述的一种中央空调与集中供热结合的节能型智慧控制系统，其特征在于：气候补偿控制器(3)与供热一次网的电动三通阀(15)的进线端相连接。

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