CN216897726U - 一种空调冷负荷预测及控制系统和装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空调冷负荷预测及控制系统和装置，包括空调负载检测装置、数据处理模块、负冷载荷预测器和控制器；所述空调负载检测装置和数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与负载冷荷预测器连接；所述负载冷荷预测器和控制器连接，所述控制器内设置有PLC模块，所述控制器和空调系统连接；所述空调负载检测装置包括供水温度传感器、回水温度传感器、冷冻水计量计。通过空调箱、集水器、分水器、冷却塔、冷水主机、板式换热器、双工况主机、水泵和蓄冰池的结构连接将上述装置设置到具体的结构装置中，使得该装置具有数据采集简单，预测时间短，检测精度高，能够返回控制空调系统的特点。

Description

一种空调冷负荷预测及控制系统和装置

技术领域

本实用新型涉及冷负荷的预测及控制领域，具体为一种空调冷负荷预测及控制系统和装置。

背景技术

随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对于良好环境的需求在不断增长，大型公共建筑能耗作为能源消耗巨头之一，其中空调能耗在整个建筑能耗中占较大的比重。

目前，国内外学者对空调负荷预测控制展开了广泛研究，具体预测多以算法为主，大多算法对于原始数据的规律性要求较高，在处理多个影响因素的模型或数据样本过大的模型时预测效果较差，少数算法可以增强预测模型的适应性和泛化能力，提高预测精度，但其只能反馈预测值并不能直接控制调节空调系统。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种空调冷负荷预测及控制系统和装置，具有数据采集简单，预测时间短，检测精度高，能够返回控制空调系统的特点。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：一种空调冷负荷预测及控制系统，包括空调负载检测装置、数据处理模块、冷负荷预测器和控制器；所述空调负载检测装置和数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块的输出端与冷负荷预测器连接；所述冷负荷预测器和控制器连接，所述控制器内设置有PLC模块，所述控制器和空调系统连接；所述空调负载检测装置包括供水温度传感器、回水温度传感器、冷冻水计量计。

进一步的，所述数据处理模块的输出端与冷负荷预测器电性连接。

进一步的，所述数据处理模块的输入端还连接室外环境检测装置，所述室外环境检测装置包括室外温度传感器、室外湿度传感器和太阳辐射传感器。

进一步的，空调负载检测装置、室外环境检测装置通过有线通信的方式与的输入端链接。

进一步的，所述的数据处理模块包括数据采集卡。

一种空调冷负荷预测及控制装置，包括空调箱、集水器、分水器、冷却塔、冷水主机、板式换热器、双工况主机、水泵和蓄冰池；所述空调箱设置有两个，两个空调箱分别与集水器、分水器连接，所述集水器连接冷水主机和板式换热器；所述冷却主机和冷却塔连接，所述冷却塔和冷却主机之间设置有水泵，所述冷却主机、水泵和冷却塔构成闭环回路；所述板式换热器和分水器连接；所述板式换热器还连接有双工况主机；所述双工况主机和蓄冰池连接。

进一步的，所述板式换热器的进水口设置有回水温度传感器，所述的出水口设置有水温传感器。

进一步的，所述双工况主机直接连接有冷却塔；所述双工况主机、水泵、蓄冰池和回水温度传感器构成闭环回路。

进一步的，所述双工况主机和蓄冰池中间还并联有一管路，所述管路上设置有阀门，所述回水温度传感器的两侧分别设置有阀门，其中一个阀门和所述双工况主机相邻，另一个阀门设置于回水温度传感器和所述蓄冰池之间。

进一步的，所述板式换热器和所述供水温度传感器、水泵和所述回水温度传感器依次连接形成回路，所述供水温度传感器和水泵之间设置有阀门，所述水泵和所述回水温度传感器之间设置有阀门；所述回水温度传感器的阀门和水泵之间还设置有一支路和所述双工况主机和蓄冰池中间并联的管路连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

该系统不仅准确预测空调负荷并根据预测值调节空调的运行方式，不仅有利于减少能源消耗，还可以保证空调的平稳运行，提高能源使用效率，也为节能减排工作提供了理论依据和数据支撑。

进一步的，数据处理器的输出端与冷负荷预测器电性连接的连接方式提高了设备的安全性。

进一步的，室外环境检测装置中的传感器可增加，通过相关性计算室外温度、湿度、太阳辐射对冷负荷影响最大，其次风量等也存在影响可以适当增加传感器。

进一步的，有线相较于无线稳定性和准确性更好一些，同时成本也会更低一些。

进一步的，所述数据采集卡的设置能够有效的保证数据处理的准确性，且能过增加传输的可能性。

本实用新型还提供的一种空调冷负荷预测及控制装置，该装置在控制系统的基础上将其巧妙的应用到具体的装置结构中，不仅具有数据采集简单，预测时间短，检测精度高，还能够返回控制空调系统的特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种一种空调冷负荷预测及控制系统和装置的流程示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种一种空调冷负荷预测及控制系统和装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种一种空调冷负荷预测及控制系统和装置的空调系统示意图；

图中：空调负载检测装置1、室外环境检测装置2、供水温度传感器3、回水温度传感器4、冷冻水流量计5、室外温度传感器6、室外湿度传感器7、太阳辐射传感器8、数据处理模块9、冷负荷预测器10、控制器11、空调系统12、存储器13、运算器14、预测系统15、数据采集卡16、17为PLC模块、集水器 19、分水器20、第二冷却塔21、第一冷却塔22、冷水主机23、板式换热器24、双工况主机25、冷却水泵26、冷冻水泵27冷冻水泵28、初级泵30、次级泵 29、蓄冰池31、第一阀门35、第二阀门33、第三阀门34、第四阀门32。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，本实用新型一个实施例中，提供了一种空调冷负荷预测及控制系统和装置，包括空调负载检测装置1、室外环境检测装置2、供水温度传感器 3、回水温度传感器4、冷冻水流量计5、数据处理器9、冷负荷预测器10、控制器11、空调系统12；其中，

通过相关性计算室外温度、湿度、太阳辐射对冷负荷影响最大，其次风量等也存在影响可以适当增加传感器；室外环境检测装置2其中包含室外温度传感器6、室外湿度传感器7、太阳辐射传感器8。空调负载检测装置1、室外环境检测装置2通过有线通信的方式与数据处理器9的输入端链接，数据处理模块9的输出端与冷负荷预测器10电性链接，冷负荷预测器10与控制器11相连接，通过控制器11将命令返回空调系统。所述的数据处理模块包含数据采集卡 16为NI USB-6009数据采集卡。

参考图2，本实用新型包括存储器13、运算器14、预测系统15、控制器11 和PLC模块17。也可以通过设置显示器的设置，更加直观的看到预测结果。本装置中控制器可以自动获取运算器中预测系统的输出量，作为自己的输入量。

图1中的所述数据处理模块9中包含数据采集卡16

数据处理模块9将其输出的结果与存储器13的输入端连，存储器13的输出端与运算器14的输入端链接，运算器14中有内嵌神经网络模型的预测系统 15，通过预测系统15的模型预测得到下一个时刻的空调冷负荷，并将预测结果显示在显示器上，同时将结果输入到控制器11中，控制器11利用内嵌有MPC 算法的PLC模块17，MPC算法将预测系统的输出转化为PLC模块可以识别的语句去控制空调系统，这样使得系统精度更高，根据预测结果控制空调系统，使其成为一个完整的闭环控制。

参考图3空调系统包括空调箱18、集水器19、分水器20、第一冷却塔22、第二冷却塔21、冷水主机23、板式换热器24、双工况主机25、冷却水泵26、冷冻水泵27、冷冻水泵28、初级泵30、次级泵29、蓄冰池31、第一阀门35、第二阀门33、第三阀门34、第四阀门32。两个空调箱18位于两侧分别与集水器19、分水器20连接：

两个空调箱给需要的空间送入一定的风量，风量大小由房间的换气次数决定，并且能够控制并调整空间的温湿度，同时为空间适当地补充新风，设置两个可提高通风量

集水器19连接冷水机组23、板式换热器24，冷水机组23通过冷冻水泵 27与分水器20相连，板式换热器24通过冷冻水泵28与分水器20相连，第一冷却塔22连接冷水主机23再经由冷却水泵26回到第一冷却塔22，板式换热器24经由初级泵30连接双工况主机25再由第二阀门33、第三阀门34连接蓄冰池，板式换热器24通过第四阀门32，可由第三阀门34连接蓄冰池，或由次级泵29连通第一阀门35回到板式换热器24，其中双工况主机25与蓄冰池31 并联。

正常制冷运行时，控制器14控制初级泵30开启，板式换热器24中的水经由初级泵30到达双工况主机25，控制器14控制第二阀门33、次级泵29、第一阀门35开启，水又由双工况主机经第二阀门33、次级泵29、第一阀门35回到板式换热器24。若在空调正常制冷运行时需控制空调冷量变小则空调开启制冰工况，控制器14控制关闭次级泵29、第一阀门35，板式换热器24中的水通过初级泵30到达双工况主机25，双工况主机25处于制冰模式运行，再由控制器依次开启第三阀门34，双工况主机25中的冰经由第二阀门33、第三阀门34 到达蓄冰池31。

若在空调正常制冷运行时需控制空调冷量变大则空调开启融冰工况，控制器14控制初级泵30关闭，板式换热器24中的水直接到达蓄冰池31，控制器 14控制第二阀门33关闭，并开启第三阀门34，水从蓄冰池31经由第三阀门 34、次级泵29、第一阀门35再次回到板式换热器24中，控制器14再次控制第四阀门32开启，蓄冰池31中的一部分水可经由第四阀门32、次级泵29、第一阀门35、回到板式换热器24中。这样减轻了蓄冰池31融化水后较高的水压，可以有效解决水管由于瞬时压强增大可能造成的水管破裂；集水器19的设置能够起到均压作用，使流量分配均匀。

其中数据处理器包含数据采集卡型号为NI USB-6009；供水温度传感器选型为QAE2120；其中回水温度传感器选型为QAE2120；冷冻水流量计选型为 US0014；室外温度传感器选型为ST-MKX；室外湿度传感器选型为C15-M53R；太阳辐射传感器采用光电式照度仪；存储器为硬盘或内存；PLC模块其型号为三菱FX3U-16MR。

在本实用新型的某一优选实施例中，在具体操作时，通过数据采集卡16采集空调供水温度、空调回水温度、空调冷冻水流量、室外温度、室外湿度、太阳辐射度，采集完毕后将数据导入到存储器的硬盘中，通过内嵌有神经网络模型的预测器进行下一个时刻空调冷负荷的预测，并将预测结果显示在显示器上，再通过内嵌有MPC算法的控制器，利用PLC模块控制空调系统在下一时刻达到预测值，因此在实际操作时，数据采集十分简单，预测时间较短，检测精度较高，并且能够返回控制空调系统，形成闭环控制，具有广泛的应用前景。

在本实用新型提供的一种空调冷负荷预测及控制系统和装置中，第一冷却塔22、第二冷却塔21将携带废热的冷却水在塔体内部与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中；冷却塔是一个散热装置，是一种利用水的蒸发吸热原理来散去工业上或制冷空调中产生的废热以保证系统的运行的装置，他能将冷却水的温度降下来，利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。冷水主机23提供恒温、恒流、恒压的冷却水的设备；板式换热器24起到防火和提高传热的作用；双工况主机25采用同一台主机，既可以制冷也可以制冰；冷却水泵26负责驱动冷却水在机组与冷却塔这个闭合环路中进行循环。冷冻水泵27、冷冻水泵28驱动冷冻水进行循环以达到换热的目的；空调房间内的末端(如风机盘管，空气处理机组等)需要冷水机组提供的冷水，但是冷冻水由于阻力的限制不会自然流动；初级泵30、次级泵29提高水压使水流可以顺利通过；蓄冰槽31作为应急冷源，在停电时只需开启水泵即可供冷，提高了空调系统的可靠性；第一阀门35、第二阀门33、第三阀门34、第四阀门32用来控制控制流向；其中，第一冷却塔22负责将冷水主机23中携带废热的冷却水在塔体内部与空气进行热交换；第二冷却塔21 负将双工况主机25中携带废热的冷却水在塔体内部与空气进行热交换。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空调冷负荷预测及控制系统，其特征在于，包括空调负载检测装置（1）、数据处理模块（9）、冷负荷预测器（10）和控制器（11）；所述空调负载检测装置（1）和数据处理模块（9）的输入端连接，所述数据处理模块（9）的输出端与冷负荷预测器（10）连接；所述冷负荷预测器（10）和控制器（11）连接，所述控制器（11）内设置有PLC模块（17），所述控制器（11）和空调系统（12）连接；所述空调负载检测装置（1）包括供水温度传感器（3）、回水温度传感器（4）、冷冻水计量计（5）。

2.根据权利要求1所述的一种空调冷负荷预测及控制系统，其特征在于，所述数据处理模块（9）的输出端与冷负荷预测器（10）电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种空调冷负荷预测及控制系统，其特征在于，所述数据处理模块（9）的输入端还连接室外环境检测装置（2），所述室外环境检测装置（2）包括室外温度传感器（6）、室外湿度传感器（7）和太阳辐射传感器（8）。

4.根据权利要求1所述的一种空调冷负荷预测及控制系统，其特征在于，空调负载检测装置（1）、室外环境检测装置（2）通过有线通信的方式与的输入端链接。

5.根据权利要求1所述的一种空调冷负荷预测及控制系统，其特征在于，所述的数据处理模块（9）包括数据采集卡（16）。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的空调冷负荷预测及控制系统的装置，其特征在于，包括空调箱（18）、集水器（19）、分水器（20）、冷却塔、冷水主机（23）、板式换热器（24）、双工况主机（25）、水泵和蓄冰池（31）；所述空调箱（18）设置有两个，两个空调箱（18）分别与集水器（19）、分水器（20）连接，所述集水器（19）连接冷水主机（23）和板式换热器（24）；所述冷水主机（23）和冷却塔连接，所述冷却塔和冷水主机（23）之间设置有水泵，所述冷水主机（23）、水泵和冷却塔构成闭环回路；所述板式换热器（24）和分水器（20）连接；所述板式换热器（24）还连接有双工况主机（25）；所述双工况主机（25）和蓄冰池（31）连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述板式换热器（24）的进水口设置有回水温度传感器，所述板式换热器（24）的出水口设置有水温传感器。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述双工况主机（25）直接连接有冷却塔；所述双工况主机（25）、水泵、蓄冰池（31）和回水温度传感器（4）构成闭环回路。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述双工况主机（25）和蓄冰池（31）中间还并联有一管路，所述管路上设置有阀门，所述回水温度传感器（4）的两侧分别设置有阀门，其中一个阀门和所述双工况主机相邻，另一个阀门设置于回水温度传感器（4）和所述蓄冰池（31）之间。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述板式换热器（24）和所述供水温度传感器（3）、水泵和所述回水温度传感器（4）依次连接形成回路，所述供水温度传感器（3）和水泵之间设置有阀门，所述水泵和所述回水温度传感器（4）之间设置有阀门；所述回水温度传感器的阀门和水泵之间还设置有一支路和所述双工况主机（25）和蓄冰池（31）中间并联的管路连接。

Images