一種製冷系統優化控制實驗裝置製造方法
2023-06-10 01:54:56
一種製冷系統優化控制實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種製冷系統優化控制實驗裝置，其目的是實現一種節能和實用的蒸氣壓縮製冷優化控制結構。整體控制結構採用串級形式，下層為分散控制層，其功能是快速克服各種內外擾動，使各被控量趨於設定值；上層為設定值優化層，利用當前的運行條件，通過使能耗最小在線求得分散控制系統的冷凝壓力和蒸發壓力設定值。實驗結果表明，所提供的優化控制實驗裝置可以快速自動設置最優壓力值，並且當環境溫度和製冷負荷等工作條件變化時，相對於常規控制裝置節能量可達20%左右。
【專利說明】一種製冷系統優化控制實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於製冷系統節能設備【技術領域】，具體涉及蒸汽壓縮製冷系統能耗優化控制實驗裝置。
【背景技術】
[0002]隨著人們生活水平的提高，空調系統、冷庫和冷藏室等的應用越來越多、規模越來越大，其能源消耗非常巨大。製冷裝置和系統為空調和冷庫等提供冷源，其能耗佔整個系統能耗的大部分，因此其節能潛力巨大。
[0003]目前蒸氣壓縮製冷系統其冷凝壓力和蒸發壓力的控制都比較簡單，均採用壓力設定值不變即恆值控制方式，這種方式雖然簡單可靠，但不利於節能。當環境溫度和負荷變化時，壓力設定值不能自適應的調整，從而導致系統能耗較大。
【發明內容】
[0004]本實用新型為了克服目前技術上的不足，在現有壓縮機、風機、水泵等部件變頻調速技術的基礎上，提供了一種通過改變製冷系統蒸發壓力和冷凝壓力設定值的方式來適應環境溫度和製冷負荷的變化，從而達到製冷系統節能的目的。
[0005]該實用新型解決目前技術問題所採用的技術方案如下:本實用新型提出了在線壓力設定值優化串級控制(優化層+分散控制層)實驗裝置，如圖1所示。當環境溫度和製冷負荷變化時，通過調整製冷系統冷凝壓力和蒸發設定值來達到能耗優化控制的目的。該實驗裝置包括電加熱絲、水箱、水溫控制器、壓縮機、蒸發器壓力控制器、計算機(嵌入式工控機)、冷凝器壓力控制器、冷凝風機的變頻電機、冷凝風機、冷凝器、過熱度控制器、膨脹閥(電子膨脹閥)、蒸發器、冷水泵和冷水泵的變頻電機，其中電加熱水箱出口端與冷水泵連通，冷水泵與蒸發器進口端連通，電加熱水箱入口端與蒸發器出口端連通，水溫控制器與冷水泵連接，水溫控制器還與電加熱水箱入口端和蒸發器出口端之間的管道連接，蒸發器出口端與壓縮機連通，壓縮機與冷凝器入口端連通，冷凝器出口端與膨脹閥連通，膨脹閥與蒸發器入口端連通，蒸發器壓力控制器與蒸發器出口端以及壓縮機連接，過度熱控制器與蒸發器出口端及膨脹閥連接，冷凝器壓力控制器與冷凝器入口端及冷凝風機連接，計算機與蒸發器壓力控制器及冷凝器壓力控制器連接。
[0006]如圖1所示，該實驗裝置中，用一個帶電阻絲的電加熱水箱來模擬製冷負荷，這樣製冷負荷可通過電加熱器方便地調節，其調節範圍為O?10kW。整個實驗系統置於一個人工環境室內，其溫度可調範圍為-5?40°C。
[0007]實驗裝置中用計算機控制優化層和監視參數，分散控制層採用常規的PID控制器，分別是水溫控制器、蒸發器壓力控制器、冷凝器壓力控制器和過熱度控制器。
[0008]在製冷系統中，管道中的製冷劑經膨脹閥節流，而膨脹閥的開度由過熱度控制器控制，節流後的低溫低壓液態製冷劑經管道進入蒸發器中吸熱製冷，而製冷負荷由水溫控制器控制冷水泵的轉速來調節，從蒸發器中出來的氣態製冷劑由管道流經壓縮機進行壓縮增壓，然後通過冷凝器冷凝放熱。期間壓縮機入口端的製冷劑蒸發壓力與壓縮機出口端的製冷劑冷凝壓力依據總能耗最小實時求得其設定值，其中總能耗由壓縮機、冷凝風機、冷水泵三個部件的分能耗組成。
[0009]本實用新型的技術效果:在環境溫度調至28°C、加熱量(製冷負荷)調至3.Skff的額定工作條件下進行實驗。首先只投入常規的分散控制系統，運行30分鐘後，優化方案再投運(即將上位計算機接入控制系統)。圖2、3所示分別是優化控制投入運行前後的能耗變化和壓力變化圖。由圖2可見，總能耗在20分鐘內由1.4kff降至1.1kff,並基本穩定在此能耗水平，節能量約為20%。由圖3可見，冷凝器壓力由1.32MPa降至1.23MPa，而蒸發器壓力由0.50MPa升至0.58MPa。可見，優化算法自動找到了該實驗條件下的冷凝壓力和蒸發壓力最優值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型製冷系統能耗優化控制實驗裝置示意圖。
[0011]圖2為優化前後能耗變化圖。
[0012]圖3為優化前後壓力變化圖。
【具體實施方式】
[0013]本實驗裝置包括電加熱絲1、水箱2、水溫控制器3、壓縮機4、蒸發器壓力控制器
5、計算機6 (嵌入式工控機)、冷凝器壓力控制器7、冷凝風機的變頻電機8、冷凝風機9、冷凝器10、過熱度控制器11、膨脹閥12 (電子膨脹閥)、蒸發器13、冷水泵14和冷水泵的變頻電機15。其中電加熱水箱出口端與冷水泵14連通，冷水泵14與蒸發器13進口端連通，電加熱水箱入口端與蒸發器13出口端連通，水溫控制器3與冷水泵14連接，水溫控制器3還與電加熱水箱入口端和蒸發器13出口端之間的管道連接，蒸發器13出口端與壓縮機4連通，壓縮機4與冷凝器10入口端連通，冷凝器10出口端與膨脹閥12連通，膨脹閥12與蒸發器13入口端連通，蒸發器壓力控制器5與蒸發器13出口端以及壓縮機4連接，過度熱控制器10與蒸發器13出口端及膨脹閥12連接，冷凝器壓力控制器7與冷凝器10入口端及冷凝風機9連接，計算機6與蒸發器壓力控制器5及冷凝器壓力控制器7連接。該實驗裝置中，用一個帶電阻絲的電加熱水箱來模擬負荷要求，這樣製冷負荷可通過電加熱器方便地調節，其調節範圍為O?10kW。整個實驗系統置於一個人工環境室內，其溫度可調範圍為-5?40°C。
[0014]實驗裝置中用計算機6控制優化層(實時改變壓力設定值)和監視參數，分散控制層採用常規的PID控制器(4個)，分別是水溫控制器3、蒸發器壓力控制器5、冷凝器壓力控制器7和過熱度控制器11。
[0015]在製冷系統中，管道中的製冷劑經膨脹閥12節流，而膨脹閥的開度由設定值不變的過熱度控制器11控制，節流後的低溫低壓液態製冷劑經管道進入蒸發器13中吸熱製冷，而製冷負荷由設定值不變的水溫控制器3控制冷水泵14的轉速來調節，從蒸發器中出來的氣態製冷劑由管道流經壓縮機4進行壓縮增壓，然後通過冷凝器10冷凝放熱。期間壓縮機4進入端的製冷劑蒸發壓力與壓縮機4出口端的製冷劑冷凝壓力依據總能耗最小實時求得其設定值，其中總能耗由壓縮機4、冷凝風機9、冷水泵14三個部件的分能耗組成。[0016]為了測定製冷總能耗(包括壓縮機、風機和水泵的耗電量)，將壓縮機4、冷凝風機9和水泵14的電動機的電源插頭插接在串有專用電度表的同一根電源線上，直接可讀出三者的耗電總量。
【權利要求】
1.一種製冷系統優化控制實驗裝置，其特徵在於，所述實驗裝置包括電加熱絲(I)、水箱(2)、水溫控制器(3)、壓縮機(4)、蒸發器壓力控制器(5)、計算機(6)、冷凝器壓力控制器(7)、冷凝風機的變頻電機(8)、冷凝風機(9)、冷凝器(10)、過熱度控制器(11)、膨脹閥(12)、蒸發器(13)、冷水泵(14)和冷水泵的變頻電機(15);所述電加熱水箱出口端與冷水泵(14)連通，冷水泵(14)與蒸發器(13)進口端連通，電加熱水箱入口端與蒸發器(13)出口端連通；所述水溫控制器(3)與冷水泵(14)連接，水溫控制器(3)還與電加熱水箱入口端和蒸發器(13)出口端之間的管道連接；所述蒸發器(13)出口端與壓縮機(4)連通，壓縮機(4)與冷凝器(10)入口端連通，冷凝器(10)出口端與膨脹閥(12)連通，膨脹閥(12)與蒸發器(13)入口端連通；所述蒸發器壓力控制器(5)與蒸發器(13)出口端以及壓縮機(4)連接；所述過度熱控制器(10)與蒸發器(13)出口端及膨脹閥(12)連接；所述冷凝器壓力控制器(7 )與冷凝器(10 )入口端及冷凝風機(9 )連接；所述計算機(6 )與蒸發器壓力控制器(5 )及冷凝器壓力控制器(7 )連接。
2.如權利要求1所述的實驗裝置，其特徵在於，所述膨脹閥(12)採用電子膨脹閥。
3.如權利要求1所述的實驗裝置，其特徵在於，所述計算機(6)為嵌入式工控機。
【文檔編號】F24F11/02GK203518134SQ201320592033
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】黃永紅, 王成, 趙永青 申請人:長沙理工大學