一種空調用變壓差控制裝置、方法及系統的製作方法
2023-05-19 03:25:11
一種空調用變壓差控制裝置、方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種空調用變壓差控制方法，根據空調系統最不利末端設備的冷凍水閥門開度Vmax的大小，動態調整冷凍水泵變頻控制的設定參數，即供回水總管壓差△Pset的設定值來實現冷凍水系統變壓差節能控制。本發明還公開了一種空調用變壓差控制裝置及系統，該裝置包括智能控制器、工業計算機和變頻器等，可以實現中央空調參數的採集和反饋功能，智能控制器與對應的節能控制裝置進行數據通信。採用本發明，可以降低冷凍水系統運行能耗，提供滿足用戶需求的節能策略，對於提高能源利用效率具有顯著的社會效益和經濟效益。
【專利說明】一種空調用變壓差控制裝置、方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及中央空調節能控制領域，尤其涉及一種空調用變壓差控制裝置、方法及系統。
【背景技術】
[0002]在當今大型商用、民用高層建築中，中央空調系統的能耗大約佔整個建築能耗的60%甚至更高。所以，對於空調系統的高效運行及節能設計標準也提出了更高的要求。
[0003]中央空調系統一個大惰性、時滯性、非線性的系統，巨大的能耗主要來自於輸送系統運行，空調水系統的輸送系統包括冷凍水泵、冷卻水泵、冷凍水系統管網與冷卻水系統管網。而冷水機組及水泵兩者的輸送能耗約佔整個空調系統能耗的70%左右。眾所周知，中央空調系統是按照滿負荷工況進行設計的，而實際上空調機組絕大部分時間是在部分負荷下運行(通常在50%以下負荷運行時間超過70%)，制冷機有完善的能量調節系統，可根據負荷變化來自動調節制冷機的功率已達到節能的目的，而冷媒水泵一般只進行簡單的臺數控制，不能根據系統所需要揚程和流量連續變化連續調節，多餘的揚程消耗在末端設備的控制閥上。因此在部分負荷工況下運行時雖然冷源的產冷量已按需供給，但是水泵的輸送動力能耗並沒有相應減少；負荷計算偏大，阻力計算值會相對保守，致使水泵選配流量大、揚程偏高，在中央空調水系統中出現大流量小溫差，系統穩定性差、應變能力差和運行能耗較高的情況。
[0004]目前中央空調的水系統的形式多採用一次泵變流量系統。傳統的調速方法是在泵的出口處安裝閥門，通過關小閥門，加大系統局部阻力，使流量減少。目前，採用變頻器對交流電動機的轉速進行調節是生產、生活中廣泛採用的一種節能措施，在中央空調水系統中也有一定的應用。中央空調水系統中水泵變頻調速的控制方法有溫差控制法和壓差控制法。溫差控制法通過控制溫差不變，使得流量隨負荷變化而變化，動態變化關係滿足方
Ο =式中c一水的比熱，kMzg iC ； P 一水的密度，kg nr - ； 一末端裝置
供回水溫差，V.。其中Δ?—般設置為5°C，當負荷下降時，流量隨之減少，通過溫差控制器、
變頻器降低水泵轉速來減少流量各末端設備的冷凍水流量按比例減少，對於要求冷凍水供給量基本不變的房間，會造成冷量不足，從而影響使用效果。因而溫差控制系統適用於系統較小、房間功能簡單的情況。而壓差控制法，在末端裝置的回水管上設置電動閥，當溫差改變，末端裝置的溫控器通過調整電動閥的啟閉度來使得流量正比於空調負荷的變小，使管道阻力增大，水泵流量減小，揚程增大，此時，流量變化引起的供回水管壓差的變化，將此信號輸入到變頻控制器，與設定值進行比較，從而控制水泵轉速。
[0005]水泵轉速通常由系統最遠端的壓差變化來控制的，壓差變化與回水管流量密切相關。而實際上管道特性是關於系統管道特性係數、不同溫度流體的動力粘滯係數和末端電動閥的特性曲線及閥門開關數量的多少比例有關的複雜的多元函數關係。恆溫差或者恆壓及恆壓差實際並不能滿足系統的運行要求。[0006]目前，變壓差控制節能技術也已有相關報導。有研究以TRNSYS為仿真平臺，建立中央空調二次泵變流量系統的仿真模型，以空調冷凍水系統最不利末端用戶兩端的壓差作為二次泵變頻控制的控制信號，對空調冷凍水系統變壓差控制方案及其節能效果展開研究，發現與常用的定壓差控制方案相比，變壓差控制方案能夠節約6.49%的二次泵輸送能耗，節約5.10%的冷水機組運行能耗，具有明顯的節能效果。但是該變壓差控制節能技術系統複雜，參數繁多，成本高昂，應用受到了限制。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題在於，針對目前中央空調冷凍水系統定壓差和恆溫及恆溫差技術的不足，提供一種可用於降低冷凍水系統運行能耗和提供滿足用戶需求的負荷要求的技術。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明考慮到中央空調最不利末端設備冷凍水閥門動態開度的最大值Vmsx與所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差APset之間的內在聯繫，通過此關係的動態調整來實現中央空調末端冷凍水系統變壓差節能控制。
[0009]在流體力學中，一般閥門阻力係數用=?來衡量。調節閥是一個局部阻力可以變化的節流元件。調節閥依據控制信號改變閥芯行程，調整流體通過閥門的阻力係數，實現流量調整的目的。對於不可壓縮流體，流量僅隨阻力係數變化。
[0010]根據伯努利方程，對於閥門的局部阻力係數?可表示為式中一閥門兩端的壓降(Pa)，可通過壓差傳感器獲得，Y -—流速(m/s )，通過測定流量獲得。
【權利要求】
1.一種空調用變壓差控制方法，其特徵在於，在滿足用戶需求的負荷條件下，通過採集中央空調末端設備的冷凍水閥門動態開度，計算並得到其最不利末端設備的冷凍水閥門動態開度的大小，通過控制邏輯對冷凍水泵變頻控制參數的設定值進行再設定來改變冷凍水泵運行頻率/使得Vmax落入一個較大值的區間從而實現變壓差節能控制； 所述控制參數為冷凍水系統循環管路供回水總管壓差Λ P ； 所述較大值區間為閥門阻力係數較小且隨閥門開度變化不明顯的區間。
2.如權利要求1所述的空調用變壓差控制方法，具體包括以下步驟: s1、採集所述冷凍水供回水總管壓力(PpP2)和採集全部或典型中央空調末端閥門動態開度； s2、數據上傳至智能控制器，計算並得到所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差ΛP和最不利末端設備的冷凍水閥門動態開度Vmax ； s3、判斷最不利中央空調末端設備冷凍水閥門動態開度Vmax是否落入某一個較大值區間: 當Vmax落Λ該較大值區間內時，對於冷凍水泵變頻的控制參數的設定值保持不變，所述冷凍水泵變頻的控制參數為所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差Λ P ； 當Vmax >所述較大值區間的極大值時，調整增大冷凍水泵變頻的控制參數的設定值，冷凍水泵的運行頻率相應增大，使得實際壓差和設定壓差保持一致；所述冷凍水泵變頻的控制參數為所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差Λ P ;當Vmax <所述較大值區間的極小值時，調整減小冷凍水泵變頻的控制參數的設定值，冷凍水泵的運行頻率相應減小，使得實際壓差和設定壓差保持一致；所述冷凍水泵變頻的控制參數為所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差Λ P ； s4、返回步驟SI。
3.如權利要求1或2所述的空調用變壓差控制方法，其特徵在於，動態計算並得到所述全部或典型的中央空調末端設備的冷凍水閥門開度的最大值，並定為最不利空調末端設備的冷凍水閥門動態開度Vmax。
4.如權利要求1或2所述的空調用變壓差控制方法，其特徵在於，所述較大值區間為80%-90% 或 75%-90%。
5.如權利要求2或3或4所述的空調用變壓差控制方法，其特徵在於，步驟S3所述調整增加和調整減小均為小幅度的固定值； 所述採集為通過TCP/IP協議與末端空調控制器連接採集末端閥門動態開度。
6.一種空調用變壓差控制裝置，其特徵在於，包括工業計算機、智能控制器、傳感器、變頻器和冷凍水泵； 所述智能控制器與安裝冷凍水總管上的壓力傳感器連接，並接收由所述壓力傳感器採集的數據；末端空調設備的智能控制器與其冷凍水調節閥門連接，並接收採集閥門開度的數據； 所述工業計算機與智能控制器相連接。
7.根據權利要求6所述的空調用變壓差控制裝置，其特徵在於，所述控制器向所述工業計算機發送工況參數數據；所述變頻器與所述冷凍水泵連接，所述變頻器依據所述智能控制器發送的指令控制冷凍水泵運行。
8.如權利要求6或7所述的空調用變壓差控制裝置，其特徵在於，所述較大值區間為80%-90% 或 75%-90%; 所述調整增加和調整減小均為小幅度的固定值； 所述採集為通過TCP/IP協議與智能控制器連接採集其閥門動態開度。
9.一種空調用變壓差控制系統，其特徵在於，所述系統包括: 數據採集模塊，用於採集所述冷凍水供回水總管壓力(P1、P2)和採集全部或典型中央空調末端閥門動態開度； 數據傳輸模塊，用於數據上傳至智能控制器，計算並得到所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差Λ P和最不利末端設備的冷凍水閥門動態開度Vmax ； 數據判斷模塊，用於判斷最不利中央空調末端設備冷凍水閥門動態開度Vmax是否落入某一個較大值區間: 當Vmax落入該較大值區間內時，對於冷凍水泵變頻的控制參數的設定值保持不變，所述冷凍水泵變頻的控制參數為所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差Λ P ； 當Vmax >所述較大值區間的極大值時，調整增大冷凍水泵變頻的控制參數的設定值，冷凍水泵的運行頻率相應增大，使得實際壓差和設定壓差保持一致，所述冷凍水泵變頻的控制參數為所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差Λ P ;當Vmax <所述較大值區間的極小值時，調整減小冷凍水泵變頻的控制參數的設定值，冷凍水泵的運行頻率相應減小，使得實際壓差和設定壓差保持一致；所述冷凍水泵變頻的控制參數為所在冷凍水系統循環管路供回水總管壓差Λ P ； 數據反饋模塊，用於結合系統的輸出指令，返回到輸入端並以某種方式改變輸入，進而影響系統功能的過程，本發明中所述數據反饋模塊作用下返回數據採集步驟。
10.如權利要求9所述的空調用變壓差控制系統，其特徵在於，通過工業計算機，動態計算並得到所述全部或典型中央空調末端設備的冷凍水閥門開度的最大值，並定為最不利空調末端設備的冷凍水閥門動態開度Vmax ； 所述較大值區間為80%-90%或75%-90% ； 所述調整增加和調整減小均為小幅度的固定值； 所述採集模塊為通過TCP/IP協議與末端空調控制器連接採集末端閥門動態開度。
【文檔編號】F24F11/00GK103994554SQ201410238231
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】張豐, 王燕波, 李開國, 朱國宏 申請人:廈門立思科技股份有限公司