一種大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置的製作方法

2023-05-28 09:36:16

專利名稱：一種大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實時能效控制裝置，特別是涉及工廠或者商住樓宇的大型空調冷水機組的實時能效監測和診斷調節裝置。
背景技術：
通常中央空調系統冷水機組的電耗佔整個中央空調系統的50%以上。對於常年運行的中央空調系統，通常一臺達到500冷噸(1冷噸為美製冷量單位，1冷噸=3. 516KW工製冷量)，大型螺杆或離心式冷水機組年運行電費可以達到100萬人民幣，能耗開支巨大。空調主機的運行能效正常範圍如下風冷活塞機0. 8-1. 5KW/RT水冷活塞機0. 6-1. 0KW/RT水冷螺杆機0. 4-0. 80KW/RT水冷離心機0. 4-0. 75KW/RT變頻離心機0. 25-0. 75KW/RT500冷噸大型離心式冷水機組的運行電費情況如表1所示。由表1可見，冷水機組較小的能效偏差就導致電費的極大浪費，保持制冷機組的高效率可大幅度節省電費，冷水機組的能效監測是空調節能的首要解決問題。表 1
項目單位良好情況一般情況較差情況設備容量USTR(TON)500500500年平均冷量USTR(TON)400400400年平均能效KW/T0N 0. 7年運行小時H500050005000年運行電耗KWH120000013000001400000電費單價RMB 元 /KWH0. 90. 90. 9年運行電費RMB元108000011700001260000能耗對比百分比-7. 7%0. 0%7. 1%電費節省RMB元-90000083571 目前，市場上還沒有一個便捷獨立的裝置能實時監測和跟蹤制冷機組的能效，並診斷出目前冷水機組低能效的問題，從而幫助運行操作管理者簡單方便持續地保持設備的高效性能。一些樓宇集成系統雖然對整個冷水機組總的製冷量進行測量跟蹤，但那是根據中央空調的負荷需求從而自動調節運行設備，並未對冷水機組及設備進行能效檢測分析及診斷。

實用新型內容本實用新型針對冷水機組設備的能效監測並自動分析診斷各類低能效問題，提供一種大型空調冷水機組實時能效的監測、計量、分析診斷及自動優化設定的裝置，有效節省電能。本實用新型通過採用如下技術方案實現大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置，包括制冷機組製冷量和溫度採集元件組、冷水機組設備功率或電耗採集組、室外溫溼度採集元件組、電櫃、制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器、制冷機上運行電流負荷限定寄存器和電腦；設備製冷量和溫度採集元件組由多組傳感器組成；每組傳感器由四個溫度傳感器和一個流量傳感器組成，四個溫度傳感器分別安裝在制冷機組冷凍和冷卻進、出水管檢修閥內，流量計安裝在制冷機進水管或出水管的檢修閥內；冷水機組設備功率或電耗採集組由電流互感器或電壓互感器與帶RS485通訊接口的電量表組成；電流互感器或電壓監測點裝在低壓配電櫃中每臺製冷主機的電源開關之後，電流互感器、電壓檢測線再與電量表相連接；室外溫溼度元件組由多個一體式溫溼度傳感器組成，分別安裝在大型空調冷水機組的建築物外；電櫃包括觸摸工控機、電量採集模塊、信號採集處理裝置、信號轉換模塊和網絡接口 ；電量採集模塊依次通過信號採集處理裝置與信號轉換模塊與觸摸工控機連接，觸摸工控機通過網絡接口與電腦連接；信號採集處理裝置與制冷機組製冷量和溫度採集元件組、 室外溫溼度採集元件組、制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器和制冷機上運行電流負荷限定寄存器連接；電量採集模塊與冷水機組設備功率或電耗採集組連接。為進一步實現本實用新型目的，所述信號採集處理裝置優選為數字控制器。所述信號採集處理裝置優選由信號採集模塊和信號輸出模塊連接組成，信號採集模塊分別與制冷機組製冷量和溫度採集元件組和室外溫溼度採集元件組連接；信號輸出模塊分別與制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器和制冷機上運行電流負荷限定寄存器連接， 信號輸出模塊還與信號轉化模塊連接。所述監測和診斷調節裝置還包括區域網、部門PC機、網際網路和移動辦公PC機；電腦通過區域網與部門PC機連接；電腦還通過網際網路與移動辦公PC機連接。相對於現有技術，本實用新型有如下優點和有益效果(1)本實用新型能直觀準確監測、計量各製冷主機的能效(KW/T0N)，判別各製冷主機的能效性能，提供實時能效的優化指引，從而達到節能管理維護的效果；(2)該裝置可根據測量到的室外溫溼度自動設置制冷機的冷凍水出水溫度、根據預設時間自動限制制冷機運行電流負荷，從而達到節能降耗、延長設備壽命的目的。[0026](3)該裝置能同時適用於現場操作和監測管理兩個層面的用戶使用，結合現有的通訊及網絡功能具有監測平臺或自控系統雙向拓展性。(4)本實用新型匯集控制技術、網絡信息技術、管理技術、自動安全預警與診斷技術、設備維護技術於一體，有效監測和優化冷水機組的運行能效，減少人為操作失誤或系統及設備異常導致的故障和能源浪費。

圖1為大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置結構示意圖。圖2為圖1中的電櫃的結構原理示意圖。圖3為圖1中的電櫃的另一種結構原理示意圖。圖4為圖1大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置拓展示意圖。圖5為實施實時能效監測診斷與運行工況的優化調節流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型要求保護的範圍並不局限於實施方式表達的範圍，凡是根據本實用新型進行技術方案等同的變換， 都屬於本實用新型保護的範圍。如圖1所示，一種大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置包括制冷機組製冷量和溫度採集元件組1、冷水機組設備功率或電耗採集組2、室外溫溼度採集元件組3、 電櫃4、制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器5、制冷機上運行電流負荷限定寄存器6和電腦7 ；冷水機組設備製冷量和溫度採集元件組1和冷水機組設備功率和電耗採集組2、室外溫溼度採集元件組3分別與電櫃4信號連接，電櫃4與電腦7信號連接，同時電櫃4又與制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器5、制冷機上運行電流負荷限定寄存器6連接。設備製冷量和溫度採集元件組1由多組傳感器組成；每臺制冷機組設有相同的傳感器組；每組傳感器由四個溫度傳感器和一個流量傳感器組成，四個溫度傳感器分別安裝在制冷機組冷凍和冷卻進、出水管檢修閥內，流量計安裝在制冷機進水管或出水管的檢修閥內；採集每臺製冷主機的冷凍進水溫度、冷凍出水溫度、冷卻進水溫度、冷卻出水溫度和冷凍水流量。常規的樓宇自控系統是對通過採集冷凍水總管的流量和進出水溫度實現整個冷水機組製冷量進行測量跟蹤。本實用新型分別採集每臺製冷主機的冷凍進水溫度、冷凍出水溫度、冷卻進水溫度、冷卻出水溫度和冷凍水流量，能夠有效判斷製冷主機的能效， 製冷主機的能耗在冷源系統中比重最大，而製冷主機的能效隨著使用時間的長短、保養工作成效等因素波動很大，如果有效判斷製冷主機的能效即能通過能效優先原則投入設備運行，能效得到最佳優化。冷水機組設備功率或電耗採集組由電流互感器或電壓互感器與帶RS485通訊接口的電量表組成；電流互感器或電壓監測點裝在低壓配電櫃中每臺製冷主機的電源開關之後，電流互感器、電壓檢測線再與電量表相連接。室外溫溼度元件組由多個一體式溫溼度傳感器組成，分別安裝在大型空調冷水機組的建築物外；用來測得室外溫溼度，作為設置冷凍水出水溫度、進行節能控優化控制的信號源。[0038]冷水機組的製冷量Q計算原理如下Q = C*L* Δ T (Kff)；C-水的比熱 4. 1868KW*S/ (KG*°C ) ；L-冷凍水流量 L/S (升 / 秒)； Δ T-冷凍水進出水溫度差(°C )3. 516KW = ITON (USTR 美製冷量單位)；冷水機組的能效E計算公式如下E = P/Q (Kff/ΤΟΝ)；P-總輸入功率KW ;Q-製冷量TON(USTR)；如果採用的是功率計採集，冷水機房的能耗統計KWH電量模塊的功率和累計電量信號，這樣能儘量保證耗電量計量的準確性。電櫃4是採集信號處理中心。如圖2所示，電櫃4包括觸摸工控機41、電量採集模塊42(SMT18N4，北京斯達森電氣有限公司)、信號採集模塊43(KL-M4118，崑崙工控)和信號輸出模塊44 (KL-M4228，崑崙工控)、信號轉換模塊45 (JR485，崑崙工控)和網絡接口 46。 如圖3所示信號採集模塊43和信號輸出模塊44可以用數字控制器47(P0L635，西門子) 代替；電量採集模塊42、信號採集模塊43和信號輸出模塊44自帶的RS485物理接口，各個 RS485物理接口經過RS485總線連接到信號轉換模塊45，信號轉換模塊45連接到觸摸工控機41上的RS232物理接口。信號採集模塊43與制冷機組製冷量和溫度採集元件組1和室外溫溼度採集元件組3連接；信號輸出模塊44分別與制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器 5和制冷機上運行電流負荷限定寄存器6連接；電量採集模塊42與冷水機組設備功率或電耗採集組2連接；信號轉換模塊45把所有採集到的模擬信號轉換成數位訊號給觸摸工控機 41使用，觸摸工控機41內設MCGS嵌入版組態軟體，由組態軟體實現人機界面實現整個冷水機組的能效測量和跟蹤顯示，從而為空調冷水機房管理者提供實時能效數據，歷史數據，與此同時也能實現系統耗電統計，關鍵參數實時顯示和歷史查詢。同時，通過觸摸工控機41 可控制信號輸出模塊44，實現通過觸控螢幕可對制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器進行冷凍水出水溫度手動或自動設置；對制冷機上運行電流負荷限定寄存器6進行運行電流負荷手動或自動設置，實現節能降耗、延長設備壽命的目的。電腦7可採用普通帶網卡的PC機，安裝專業的能效管理軟體，軟體功能要求與工控機的組態軟體進行資料庫接口，同時支持乙太網功能。觸摸工控機41為帶觸摸功能的工控機，主要功能是現場顯示監測數據，並提供實時能效值異常報警提示，方便現場操作人員操作，通過組態軟體兼容通用自控系統；電腦7則是能效裝置系統的數據處理伺服器，通過專業的能效管理軟體儲存和分析數據、實現優化指引和管理報表功能，支持乙太網功能。如圖4所示，大型空調冷水機組實時能效監測診斷和優化調節裝置的拓展功能系統還包括區域網8、部門PC機9、網際網路10和移動辦公PC機11。電腦7通過區域網8與部門PC機9連接；電腦7還通過網際網路10與移動辦公PC機11連接。電櫃4還可與其他控制系統通過擴展的工控通訊連接。本裝置實時能效監測診斷裝置實施具體應用流程如圖5所示冷水機組設備製冷量和溫度採集元件組1、冷水機組設備功率或電耗採集組2和室外溫溼度採集原件組3的採集信號，通過信號轉換模塊45 (JR480將模擬量信號轉化為數位訊號，由內設MCGS嵌入版版組態軟體和組態軟體的觸摸工控機41通過人機界面實現整個冷水機組的製冷量、耗電量及能效測量和實時數據顯示，如果發生能效數據超過預先設置值則報警提示，並且可手動或者自動對制冷機冷凍水出水溫度和運行電流負荷進行設置，從而達到實時監測，實時優化的節能降耗目的。電腦7安裝開發定製的能效管理軟體， 工控機的組態軟體將實時及短期貯存數據傳輸到能效管理軟體，通過能效管理軟體長期儲存和分析數據，進行遠程監測、分析診斷、優化指引、自動報表和維護管理等功能，並支持乙太網功能。 現場的冷水機房操作人員可以通過現場電櫃4上的帶觸摸功能工控機人機界面直接查看冷水機組的能效參數，如製冷量、電功率和能效值等；當能效參數超過預警設定值時，人機界面即出現報警提示，操作人員可以現場經驗即時處理能效問題，同時電腦7對運行能效數據進行遠程監測和記錄、系統或設備的深度優化診斷、並提供各種圖文管理報表， 指導現場操作人員執行能效優化調節或維護策略，從而保持冷水機組及設備能效持續優化。
權利要求1.大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置，其特徵在於包括制冷機組製冷量和溫度採集元件組、冷水機組設備功率或電耗採集組、室外溫溼度採集元件組、電櫃、制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器、制冷機上運行電流負荷限定寄存器和電腦；設備製冷量和溫度採集元件組由多組傳感器組成；每組傳感器由四個溫度傳感器和一個流量傳感器組成，四個溫度傳感器分別安裝在制冷機組冷凍和冷卻進、出水管檢修閥內， 流量計安裝在制冷機進水管或出水管的檢修閥內；冷水機組設備功率或電耗採集組由電流互感器或電壓互感器與帶RS485通訊接口的電量表組成；電流互感器或電壓監測點裝在低壓配電櫃中每臺製冷主機的電源開關之後， 電流互感器、電壓檢測線再與電量表相連接；室外溫溼度元件組由多個一體式溫溼度傳感器組成，分別安裝在大型空調冷水機組的建築物外；電櫃包括觸摸工控機、電量採集模塊、信號採集處理裝置、信號轉換模塊和網絡接口 ； 電量採集模塊依次通過信號採集處理裝置與信號轉換模塊與觸摸工控機連接，觸摸工控機通過網絡接口與電腦連接；信號採集處理裝置與制冷機組製冷量和溫度採集元件組、室外溫溼度採集元件組、制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器和制冷機上運行電流負荷限定寄存器連接；電量採集模塊與冷水機組設備功率或電耗採集組連接。
2.根據權利要求1所述的大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置，其特徵在於所述信號採集處理裝置為數字控制器。
3.根據權利要求1所述的大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置，其特徵在於所述信號採集處理裝置由信號採集模塊和信號輸出模塊連接組成，信號採集模塊分別與制冷機組製冷量和溫度採集元件組和室外溫溼度採集元件組連接；信號輸出模塊分別與制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器和制冷機上運行電流負荷限定寄存器連接，信號輸出模塊還與信號轉化模塊連接。
4.根據權利要求1-3任一項所述的大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置， 其特徵在於所述監測和診斷調節裝置還包括區域網、部門PC機、網際網路和移動辦公PC機； 電腦通過區域網與部門PC機連接；電腦還通過網際網路與移動辦公PC機連接。
專利摘要本實用新型公開了一種大型空調冷水機組實時能效監測和診斷調節裝置，包括制冷機組製冷量和溫度採集元件組、冷水機組設備功率或電耗採集組、室外溫溼度採集元件組、電櫃和電腦；電櫃的電量採集模塊依次通過信號採集處理裝置與信號轉換模塊與觸摸工控機連接，觸摸工控機通過網絡接口與電腦連接；信號採集處理裝置與制冷機組製冷量和溫度採集元件組、室外溫溼度採集元件組、制冷機上冷凍水出水溫度設定寄存器和制冷機上運行電流負荷限定寄存器連接；電量採集模塊與冷水機組設備功率或電耗採集組連接。本實用新型該裝置實時測量和跟蹤冷水機組的能效，實時監測冷水機組的製冷量和消耗功率，為管理者提供能效管理標尺、定量管理工具。
文檔編號F24F11/02GK202119048SQ20112019406
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者何春炳, 林光, 陽紅軍 申請人:廣州施傑節能科技有限公司