CN101089503A - 中央空调冷冻站质量并调控制方法及*** - Google Patents

Abstract

中央空调冷冻站的质量并调控制方法及***，涉及中央空调冷冻站的控制运行方法和***。它包括室外气象参数监测部分、中央空调运行参数监测部分、质量并调控制主机、用以控制制冷供水温度的冷水机组控制单元、用以控制冷却塔出水温度的冷却塔变频控制单元、冷冻水泵变频控制单元以及冷却水泵变频控制单元。本发明依据室外气象参数和冷冻站实际运行参数的检测，实现对冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔进行变频调速；通过对冷水机组进行出水温度控制，实现变水温、变流量质量并调运行，即根据负荷变化调节冷冻站的供水温度和供水流量，有效解决了现有中央空调冷冻站节能控制中整体效率不高的问题，进一步提高了中央空调冷冻站的整体运行效率。

Description

中央空调冷冻站质量并调控制方法及***

技术领域

本发明涉及一种中央空调冷冻站设备的节能控制方法和***，适用于中央空调冷冻站的自动控制，属于空调节能应用领域。

背景技术

中央空调冷冻站的主要设备为冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔。在中央空调***中，冷冻站占有整体能耗的一半以上，是节能工作的重点。

目前的中央空调冷冻站设备的节能运行控制，普遍采取冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔变频调速的办法节能运行，而冷水机组往往采取台数启停的方法，运行为变水量***；或者仅进行水泵和冷水机组的台数启停控制，运行为定水量***。然而，对冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机的台数启停或者变频调速，虽然可以降低这些设备的能耗，但却没有降低冷水机组的能耗，甚至由于台数启停或者变频调速反而造成冷水机组运行能耗的增加。冷水机组的能耗不仅与制冷量有关系，而且与制冷水温和冷却水温有密切关系。因此从中央空调冷冻站的整体效率角度出发，强烈要求从变水量、变水温两个维度进行节能控制，在冷水机组的节能控制和辅助设备的节能控制之间建立关联控制。

发明内容

针对现有技术的不足与缺陷，本发明的目的和任务是提供一种中央空调冷冻站质量并调控制方法及***，即通过建立一种对冷冻站内冷水机组、冷却塔、冷冻水泵和冷却水泵的关联控制方法和***，控制冷冻站内冷水机组和冷却塔变水温运行(即“质”调)，控制冷冻水泵、冷却水泵变水量运行(即“量”调)，达到质量并调，节约电耗、冷冻站整体效率最高的效果，以解决现有冷冻站节能控制中仅仅依靠变频调速、节能效率低的问题。

本发明的目的和任务是通过如下的技术方案来实现：

一种中央空调冷冻站质量并调控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)根据中央空调***的负荷特性和设备配置情况，建立在不同室外湿球温度和负荷率条件下的控制模型调节曲线，在质量并调控制主机中预先存储这一系列曲线，用以计算实际运行中的质量并调控制参数，随着运行逐渐产生实际数据后，再对模型进行相应的修正；

2)监测室外温湿度参数和中央空调冷冻站的运行参数，所述的运行参数包括冷却塔出水温度和上水温度、冷水机组的制冷供水温度、冷冻水流量、冷冻水回水温度、冷冻水供水压力和回水压力以及旁通水流量；

3)将上述监测到的参数采集到具有数据处理功能的质量并调控制主机，计算出中央空调冷冻站的负荷率；再根据控制主机内存贮的曲线，计算出质调控制参数和量调控制参数，质调控制参数包括制冷供水温度和冷却塔出水温度，量调控制参数包括冷冻水流量和冷却水流量；

4)质量并调控制主机将计算得到的制冷供水温度和冷却塔出水温度分别输入冷水机组控制单元和冷却塔变频控制单元，冷水机组控制单元控制冷水机组调节制冷供水温度；冷却塔变频控制单元控制冷却塔风机转速，实现对冷却塔出水温度的控制；

5)质量并调控制主机将计算得到的冷冻水流量和冷却水流量分别输入冷冻水泵变频控制单元和冷却水泵变频控制单元，冷冻水泵变频控制单元控制冷冻水泵实现设定的冷冻水流量；冷却水泵变频控制单元控制冷却水泵实现设定的冷却水流量。

6)冷水机组、冷却塔、冷冻水泵和冷却水泵反馈各自的设备状态到相应的控制单元。

上述步骤5)中冷冻水泵变频控制单元控制设定的冷冻水流量，可以根据监测的冷冻水供回水温度进行定温差控制；或是根据监测的中央空调***冷冻水供水管网中某一代表点的压力差，进行定压差控制；或根据监测的中央空调***运行负荷，进行G＝f(Q)控制；或是根据监测的中央空调末端设备的阀门开度，进行恒定阀门开度控制。

本发明提供的一种实施上述方法的中央空调冷冻站的质量并调控制***，其特征在于，该***包括：

1)具有数据处理功能的质量并调控制主机，冷水机组，冷却塔、冷却水泵和冷冻水泵；

2)用于监测室外温湿度的室外气象参数监测部分，该检测部分由室外温湿度传感器构成，所述的室外温湿度传感器的信号输出端与质量并调控制主机的信号输入端相连；

3)中央空调冷冻站运行参数监测部分，该检测部分包括分别安装在冷却塔出水管道和上水管道上的出水温度传感器和冷却塔上水温度传感器，安装在制冷供水管道上的制冷供水温度传感器和冷冻水供水压力传感器以及冷冻水供水流量传感器，安装在冷冻水回水管道上的冷冻水回水温度传感器和冷冻水回水压力传感器以及旁通水流量传感器，上述各种温度、压力和流量传感器的信号输出端与质量并调控制主机的信号输入端相连；

4)用于控制制冷出水温度的冷水机组控制单元，该冷水机组控制单元接收质量并调控制主机输出的制冷供水温度的信号，并将此信号传给冷水机组调节制冷供水温度；

5)用于控制冷却塔出水温度的冷却塔变频控制单元，该冷却塔变频控制单元接收质量并调控制主机输出的冷却塔出水温度的信号，并根据此信号对冷却塔进行电气变频调速控制；

6)用于控制冷却水流量的冷却水泵变频控制单元，该冷却水泵变频控制接收质量并调控制主机输出的冷却水流量信号，并根据此信号对冷却水泵进行变频调节实现变水量运行；

7)用于控制冷冻水流量的冷冻水泵变频控制单元，该冷冻水泵变频控制单元接收质量并调控制主机输出的冷冻水流量信号，并根据此信号对冷冻水泵进行变频调节实现变水量运行。

本发明所述的质量并调控制主机采用工业可编程控制器或工业控制计算机。

本发明的技术特征还在于：所述的中央空调冷冻站质量并调控制***还包括远程监控部分，该远程监控部分通过工业以太网与质量并调控制主机连接，用于远程监控中央空调冷冻站设备的运行，并远程处理冷冻站设备出现的意外情况。

本发明所述的中央空调质量并调控制方法和***，与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明依据室外气象参数和冷冻站实际运行参数的检测，实现对中央空调冷冻站的变水温、变流量质量并调运行，即根据负荷变化调节冷冻站的供水温度和供水流量，有效解决了现有中央空调冷冻站节能控制中整体效率不高的问题，进一步提高了中央空调冷冻站的整体运行效率；②该控制方法简单，***稳定、安全、可靠；③采取上述发明的技术，可以将中央空调冷冻站的设备有效地进行变水温变水量质量并调自动控制，既解决了现有中央空调冷冻站节能控制中整体效率不高的问题，又具有现场安装简便、***稳定、可靠的优点。本发明装置可设计为不同尺寸的模块化结构，现场安装便捷，安装工期短，易于工程实现，安装和维护方便。

附图说明

图1为本发明提供的中央空调冷冻站质量并调控制***的结构原理示意图。

图2为本发明提供的中央空调冷冻站质量并调控制原理结构框图。

图3为在不同室外湿球温度下的负荷率与制冷供水温度的控制模型调节曲线。

图4为在不同室外湿球温度下的负荷率与冷却塔出水温度的控制模型调节曲线。

图5为负荷率与冷冻水流量比的关系曲线。

图6为本发明提供的中央空调冷冻站质量并调控制逻辑框图。

图中：1-冷水机组；2-冷却塔；3-冷却水泵；4-冷冻水泵；5-制冷供水温度传感器；6-出水温度传感器；7-上水温度传感器；8-回水温度传感器；9-供水压力传感器；10-回水压力传感器；11-供水流量传感器；12-旁通水流量传感器；13-室外温湿度传感器；14-冷却塔风机变频控制单元；15-冷却水泵变频控制单元；16-冷水机组控制单元；17-质量并调控制主机；18-冷冻水泵变频控制单元；19-冷却塔上水管道；20-冷却塔出水管道；21-制冷供水管道；22-冷冻水回水管道；23-中央空调冷冻站设备；24-中央空调冷冻站节能控制***；25-室外气象参数监测部分；26-冷冻站运行参数监测部分；27-远程监控部分。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法及控制***的实施过程作进一步的说明。

图1为本发明提供的中央空调冷冻站质量并调控制***的结构原理示意图。该***包括具有数据处理功能的质量并调控制主机17、冷水机组1、冷水机组控制单元16、冷却塔2、冷却塔变频控制单元14、冷却水泵3、冷却水泵变频控制单元15、冷冻水泵4、冷冻水泵变频控制单元18、室外气象参数监测部分25以及冷冻站运行参数监测部分26。冷却塔2分别通过冷却塔上水管道19和冷却塔出水管道20与冷水机组1相连；冷水机组分别通过制冷供水管道21和冷冻水回水管道22与空调***的末端设备相连。

图2为本发明提供的中央空调冷冻站质量并调控制原理结构框图。它包括具有数据处理功能的质量并调控制主机17，用于监测室外温湿度的室外气象参数监测部分26，中央空调冷冻站运行参数监测部分25，用于控制制冷出水温度的冷水机组控制单元16，用于控制冷却塔出水温度的冷却塔变频控制单元14，用于控制冷却水流量的冷却水泵变频控制单元15，用于控制冷冻水流量的冷冻水泵变频控制单元18。冷水机组控制单元16用于控制制冷出水温度，该冷水机组控制单元接收质量并调控制主机17输出的制冷供水温度的信号，并将此信号传给冷水机组1调节制冷供水温度；冷却塔变频控制单元14控制冷却塔出水温度，该冷却塔变频控制单元接收质量并调控制主机17输出的冷却塔出水温度的信号，并根据此信号对冷却塔2进行电气变频调速控制；冷却水泵变频控制单元15控制冷却水流量，该冷却水泵变频控制接收质量并调控制主机17输出的冷却水流量信号，并根据此信号对冷却水泵3进行变频调节实现变水量运行；冷冻水泵变频控制单元18控制冷冻水流量的冷冻水泵变频控制单元，该冷冻水泵变频控制单元接收质量并调控制主机17输出的冷冻水流量信号，并根据此信号对冷冻水泵4进行变频调节实现变水量运行。室外气象参数监测部由室外温湿度传感器13构成，所述的室外温湿度传感器的信号输出端与质量并调控制主机的信号输入端相连冷冻站运行参数监测部分26包括分别安装在冷却塔出水管道20和上水管道19上的出水温度传感器6和冷却塔上水温度传感器7，安装在制冷供水管道21上的制冷供水温度传感器5和冷冻水供水压力传感器9以及供水流量传感器11，安装在冷冻水回水管道22上的冷冻水回水温度传感器8和冷冻水回水压力传感器10以及旁通水流量传感器12；上述各种温度、压力和流量传感器的信号输出端与质量并调控制主机的信号输入端相连。

本发明的变水温和变水量质量并调控制的依据是由室外气象参数监测部分和冷冻站运行参数监测部分分别监测的室外气象温湿度状态和中央空调***运行状态。

具体的监测参数包括：

室外温湿度，

冷却塔出水温度、冷却塔上水温度，

制冷供水温度、流量、冷冻回水温度，

冷冻水供水压力、回水压力，

旁通水流量。

由上述这些参数可以计算出：

中央空调负荷＝冷冻水流量×(冷冻回水温度-制冷供水温度)；

负荷率＝中央空调运行负荷/设计负荷；

冷冻水流量比＝供水运行流量/供水设计流量。

本发明对变水温质调的控制，一是根据监测的室外气象温湿度参数和中央空调***负荷率大小，质量并调控制主机17计算出中央空调冷冻站的制冷供水温度。然后输出此控制参数给冷水机组控制单元，冷水机组控制单元16控制冷水机组调节制冷供水温度。冷水机组控制单元与冷水机组传输制冷供水温度的方式，可以是通过Mod-bus、BACnet、Profibus、RS485等工业总线通讯方式，也可以是4～20mA、0～10V等模拟量输出。制冷供水温度越高，冷水机组效率越高。但制冷供水温度的高低，受到空调负荷大小和空调除湿要求的限制。所以，在变水温质调控制中，根据中央空调***的负荷特性和末端设备配置情况，模拟建立在不同室外湿球温度和负荷率条件下制冷供水温度的调节曲线。在质量并调控制主机中预先存储这一系列曲线，用以计算实际运行中的制冷供水温度。随着运行逐渐产生实际数据后，则对模型进行相应的修正，再用于变水温质调控制。

本发明对变水温质调控制，二是根据监测的室外气象湿球温度，由冷却塔变频控制单元14调节冷却塔风机的转速，实现对冷却塔出水温度的控制的。根据监测的室外气象湿球温度和中央空调***运行负荷，质量并调控制主机计算出中央空调冷冻站的冷却塔出水的冷却水温。然后输出此参数给冷却塔变频控制单元14，冷却塔变频控制单元根据此参数调节冷却塔风机的运行转速，从而实现对冷却塔2出水温度的控制。冷却塔出水温度越低，冷水机组效率越高。但冷却塔出水温度的高低，受到空调负荷大小和室外湿球温度的限制。所以，在变水温质调控制中，根据中央空调***冷却塔设备配置情况，模拟建立在不同室外湿球温度和负荷率条件下冷却塔出水温度的调节曲线。在质量并调控制主机中预先存储这一系列曲线，用以计算实际运行中的冷却塔出水温度。随着运行逐渐产生实际数据后，则对模型进行相应的修正，再用于变水温质调控制。

本发明对变水量量调控制是根据监测的中央空调***运行负荷，质量并调控制主机计算出中央空调冷冻站的冷冻水流量，输出此参数给冷冻水泵变频控制单元18，冷冻水泵变频控制单元对冷冻水泵4进行变频调速，从而实现对冷冻水流量的控制。

本发明对冷冻水流量的控制调节，可以是根据监测的冷冻水供回水温度，进行定温差控制；可以是根据监测的中央空调***冷冻水供水管网中某一代表点的压力差，进行定压差控制；可以是根据监测的中央空调***运行负荷，进行G＝f(Q)控制；还可以是根据监测的中央空调末端设备的阀门开度，进行恒定阀门开度控制。

冷冻水泵控制单元，可以根据不同的冷冻水***形式，对一级冷冻水泵、二级冷冻水泵以及三级冷冻水泵分别进行变水量控制。

本发明的变水量量调控制的另一目的，是根据监测的中央空调***运行负荷，质量并调控制主机计算出中央空调冷冻站的冷却水流量，输出此参数给冷却水泵控制单元。冷却水泵控制单元对冷却水泵进行变频调速，从而实现对冷却水流量的控制。

冷却水流量的控制调节，可以是根据监测的冷却水供回水温度，进行定温差控制；可以是根据监测的中央空调***运行负荷，进行G＝f(Q)控制。

变水温控制部分、变水量控制部分，典型情况下通过前馈方法、反馈方法、PID方法、神经元网络方法等进行控制。

上述方法中，所述的质量并调控制主机为工业可编程控制器PLC或工业控制计算机。

上述的中央空调冷冻站设备中的冷冻水泵，可以是一次冷冻水泵形式，或者二次冷冻水泵形式，或者是有多级冷冻水泵串连而成的冷冻供水***。

上述***中，远程监控部分可以远程监控中央空调冷冻站设备的运行，但并不是中央空调冷冻站节能监控***的必须部分。在没有远程监控部分的***中，同样可以由控制***实现变水温变水量节能运行。

实施例：

下面结合附图，对本发明方法及***进行详细描述。

质量并调控制主机17，对监测的参数进行处理，计算出中央空调冷冻站的运行负荷率。根据预先存贮在质量并调控制主机内的模型曲线，计算控制输出参数：质调的制冷供水温度和冷却塔出水温度，量调的冷冻水流量和冷却水流量。此部分采用具有运算功能的工业可编程控制器PLC。

制冷供水温度的控制曲线的一个实例如图3所示。

质量并调控制主机17，输出制冷供水温度给冷水机组控制单元16。此冷水机组控制单元可以是具有Profi-bus通讯的通讯模块。此模块与冷水机组进行数据通信，把制冷供水温度控制参数传给冷水机组，冷水机组根据此参数调节制冷供水温度，并把冷水机组的运行状态反馈给质量并调控制主机。当室外湿度为23℃，监测的负荷率为80％时，根据控制曲线得到的输出制冷温度为10℃，比输出额定7℃制冷温度的冷机效率约提高10％。

冷却塔出水温度的控制曲线的一个实例如图4所示。

质量并调控制主机17，输出冷却塔出水温度给冷却塔变频控制单元14。此冷却塔变频控制单元14可以是具有Profi-bus通讯的控制模块以及变频器电气设备。对冷却塔风机变频调节实现对冷却塔出水温度的控制调节。当室外湿度为23℃，监测的负荷率为80％时，根据控制曲线得到的冷却塔出水温度为26℃。

冷冻水变水量的控制曲线的一个实例如图5所示。

质量并调控制主机17，输出冷冻水流量给冷冻水泵变频控制单元18。此冷冻水泵变频控制单元18可以是具有Profi-bus通讯的控制模块以及变频器电气设备。对冷冻水泵变频调节实现变水量运行。当监测的负荷率为80％时，根据控制曲线得到的冷冻水流量为额定流量的72％。此时冷冻水泵的实际功率约为额定功率的40％。

冷却水变水量的控制的一个实例是恒定冷却供回水温差的PID控制。

质量并调控制主机17，输出冷却水流量给冷却水泵变频控制单元15。此冷却水泵变频控制单元15可以是具有Profi-bus通讯的控制模块以及变频器电气设备。对冷却水泵变频调节实现变水量运行。当监测的负荷率为80％时，根据恒定冷却供回水温差控制得到的冷却水流量为额定流量的80％。此时冷却水泵的实际功率约为额定功率的50％。

该远程监控部分27包括通讯、人机界面和数据库等部分，采用工业控制计算机，安装运行监控软件，与质量并调控制主机通过工业以太网连接，可以远程监控中央空调冷冻站设备的运行，并远程处理冷冻站设备出现的意外情况。

Claims (5)

1.一种中央空调冷冻站质量并调控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)根据中央空调***的负荷特性和设备配置情况，建立在不同室外湿球温度和负荷率条件下的控制模型调节曲线，在质量并调控制主机中预先存储这一系列曲线，用以计算实际运行中的质量并调控制参数，随着运行逐渐产生实际数据后，再对模型进行相应的修正；

2)监测室外温湿度参数和中央空调冷冻站的运行参数，所述的运行参数包括冷却塔出水温度和上水温度、冷水机组的制冷供水温度、冷冻水流量、冷冻水回水温度、冷冻水供水压力和回水压力以及旁通水流量；

3)将上述监测到的参数采集到具有数据处理功能的质量并调控制主机，计算出中央空调冷冻站的负荷率；再根据质量并调控制主机内存贮的曲线，计算出质调控制参数和量调控制参数，质调控制参数包括制冷供水温度和冷却塔出水温度，量调控制参数包括冷冻水流量和冷却水流量；

4)质量并调控制主机将计算得到的制冷供水温度和冷却塔出水温度分别输入冷水机组控制单元和冷却塔变频控制单元，冷水机组控制单元控制冷水机组调节制冷供水温度；冷却塔变频控制单元控制冷却塔风机转速，实现对冷却塔出水温度的控制；

5)质量并调控制主机将计算得到的冷冻水流量和冷却水流量分别输入冷冻水泵变频控制单元和冷却水泵变频控制单元，冷冻水泵变频控制单元控制冷冻水泵实现设定的冷冻水流量；冷却水泵变频控制单元控制冷却水泵实现设定的冷却水流量；

6)冷水机组、冷却塔、冷冻水泵和冷却水泵反馈各自的设备状态到相应的控制单元。

2.按照权利要求1所述的中央空调冷冻站质量并调控制方法，其特征在于：步骤5)中冷冻水泵变频控制单元控制设定的冷冻水流量，是根据监测的冷冻水供回水温度进行定温差控制；或是根据监测的中央空调***冷冻水供水管网中某一代表点的压力差，进行定压差控制；或根据监测的中央空调***运行负荷，进行G＝f(Q)控制；或是根据监测的中央空调末端设备的阀门开度，进行恒定阀门开度控制。

3.一种实施如权利要求1所述方法的中央空调冷冻站质量并调控制***，其特征在于，该***包括：

1)具有数据处理功能的质量并调控制主机(17)，冷水机组(1)，冷却塔(2)、冷却水泵(3)和冷冻水泵(4)；

2)用于监测室外温湿度的室外气象参数监测部分(25)，该监测部分由室外温湿度传感器(13)构成，所述的室外温湿度传感器的信号输出端与质量并调控制主机的信号输入端相连；

3)冷冻站运行参数监测部分(26)，该检测部分包括分别安装在冷却塔出水管道(20)和上水管道(19)上的出水温度传感器(6)和冷却塔上水温度传感器(7)，安装在制冷供水管道(21)上的制冷供水温度传感器(5)和冷冻水供水压力传感器(9)以及供水流量传感器(11)，安装在冷冻水回水管道(22)上的冷冻水回水温度传感器(8)和冷冻水回水压力传感器(10)以及旁通水流量传感器(12)，上述各种温度、压力和流量传感器的信号输出端与质量并调控制主机的信号输入端相连；

4)用于控制制冷出水温度的冷水机组控制单元(16)，该冷水机组控制单元接收质量并调控制主机输出的制冷供水温度的信号，并将此信号传给冷水机组(1)调节制冷供水温度；

5)用于控制冷却塔出水温度的冷却塔变频控制单元(14)，该冷却塔变频控制单元接收质量并调控制主机输出的冷却塔出水温度的信号，并根据此信号对冷却塔(2)进行电气变频调速控制；

6)用于控制冷却水流量的冷却水泵变频控制单元(15)，该冷却水泵变频控制接收质量并调控制主机输出的冷却水流量信号，并根据此信号对冷却水泵(3)进行变频调节实现变水量运行；

7)用于控制冷冻水流量的冷冻水泵变频控制单元(18)，该冷冻水泵变频控制单元接收质量并调控制主机输出的冷冻水流量信号，并根据此信号对冷冻水泵(4)进行变频调节实现变水量运行。

4.按照权利要求3所述的中央空调冷冻站的质量并调控制***，其特征在于：所述的质量并调控制主机采用工业可编程控制器或工业控制计算机。

5.按照权利要求3所述的中央空调冷冻站的质量并调控制***，其特征在于：所述的中央空调冷冻站质量并调控制***还包括远程监控部分(27)，该远程监控部分通过工业以太网与质量并调控制主机连接，用于远程监控中央空调冷冻站设备的运行，并远程处理冷冻站设备出现的意外情况。

Images