CN106440188A - 自动空调运转容量调整***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的自动空调运转容量调整***及方法，利用空调主机冰水进出水温度与运转电流等信息，建立负载率分析模块，可计算求得每一台空调主机运转容量以及建筑空间热平衡所需的空调容量总合，并结合负载率与耗电转换模块，提出符合空间空调容量需求的高效能多台主机运转调控方法。本发明更提出空调主机调整方法，可依各空调主机运转后其耗电状况来决定优先运转顺序与运转台数，将负载率低的空调运转容量转移至其他运转中的空调主机，使空调主机都维持在高负载率并且满足空调总运转容量需求，并分析运转效率趋势与预测调控改善后的节能效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动空调运转容量调整***及方法，同时记录空调运转负载率并分析空调主机运转效率趋势与预测调控改善后的节能效益。
背景技术
在节能减碳意识高涨下，降低能源使用为一重要议题。一般能源管理产品多是利用ICT技术完成用电数据收集进而提供管控能源设备或报表数据，但对于用户具有多个空调机组并无优化的运转策略。因此，如何让耗电智能自动运转控制模式方法，并设计空调主机耗能计算分析方式，帮助使用者可依据现场空调总运转容量需要，使各空调主机都维持在高负载率成为各方所研究的课题。
发明内容
本发明提供一种自动空调运转容量调整***，包括：负载率分析模块、运转容量分析模块、负载率与耗电转换模块、运转容量控制模块、节能效益分析模块以及通信与接取模块，其中负载率分析模块依据多个空调主机的冰水进水温度、冰水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度以及运转电流，并计算各空调主机的负载率；
运转容量分析模块依据各空调主机的运转状态、冷冻能力设定以及负载率，并计算各空调主机的运转容量，其中负载率与耗电转换模块依据各空调主机的运转曲线设定，转换各空调主机所对应负载率下的每冷冻吨耗电(KW/RT)，其中运转容量控制模块依据各空调主机的负载率、运转容量及每冷冻吨耗电调整各空调主机的运转，其中节能效益分析模块其计算各空调主机的耗电与节能效益，以及通信与接取模块其提供负载率分析模块、运转容量分析模块、负载率与耗电转换模块、运转容量控制模块及节能效益分析模块与各空调主机的连接。
其中各空调主机的运转曲线设定为线性函数、多次函数、多段线性函数。
其中负载率分析模块可执行运转异常分析，包括判断空调主机满载区域条件并计算满载区域条件下的冰水进出水温差平均，且储存更新至满载运转平均温差历史数据，当冰水进出水温差过低或历史资料趋势异常(例如：两笔落差过大或是斜率变化过大)，即判定空调主机异常。
其中运转容量控制模块依收集空调主机负载率、运转容量、与其他运转分析参数进行分析各空调主机耗电状况，来执行低负载率停机与最少空调台数控制，使空调主机都维持在高负载率并满足空调总运转容量需求。
本发明提供一种自动空调运转容量调整方法，步骤如下：
负载率分析模块通过通信与接取模块连接并收集多个空调主机的冰水进水温度、冰水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度以及运转电流，并计算各空调主机的负载率；
运转容量分析模块通过通信与接取模块连接并收集各空调主机的运转状态、冷冻能力设定以及负载率，并计算各空调主机的运转容量；以及
运转容量控制模块及节能效益分析模块，其依据各空调主机的负载率、运转容量及每冷冻吨耗电调整，计算多个运转模式所对应的各空调主机的耗电与节能效益，并调整各空调主机的运转。
其中各运转模式为低负载率停机模式、最低空调主机台数模式以及自定义参数模式，节能效益分析模块计算出各运转模式的耗电与节能效益后，运转容量控制模块依据符合最低耗电与最高节能效益的运转模式调整各空调主机的运转。
其中低负载率停机模式依据各空调主机的负载率决定运转的优先级，负载率高的空调主机为优先运转，负载率低的空调主机为优先停机。
其中最低空调主机台数模式加总各空调主机的总运转容量后，并在符合总运转容量下进行以最少空调主机的数量进行运转。
其中自定义参数模式依据各空调主机的耗电决定运转的优先级，耗电高的空调主机为优先停机，耗电低的空调主机为优先运转。
本发明的自动空调运转容量调整***及方法，帮助用户可依据现场空调总运转容量需要，使各空调主机都维持在高负载率。本发明相较于现有技术的优势如下：
1.本发明的自动空调运转容量调整方法共提供三种分析模式，分别为低负载率停机模式、最低空调主机台数模式以及自定义参数模式，可依各空调主机运转后其耗电状况来决定优先运转顺序与运转台数，并将负载率低的空调运转容量转移至其他运转中的空调主机，使空调主机都维持在高负载率并且满足空调总运转容量需求。
2.本发明的空调主机耗能计算分析，提供空调主机负载率、空调主机运转容量，以及空调主机每冷冻吨耗电(KW/RT)等自动侦测与计算方式，可自动分析空调主机运转耗电与建筑空间的空调运转容量需求，解决传统需手动设定以及人工量测的限制。
3.空调主机负载率分析模块可执行运转异常分析，通过空调主机满载区域条件判断并计算满载区域条件下的冰水进出水温差平均，当冰水进出水温差过低或历史资料趋势异常(例如：两笔落差过大或是斜率变化过大)，即判定空调主机异常。
4.节能效益计算分析，收集改善前各空调主机运转容量与每冷冻吨耗电，计算改善前空调耗电，其收集运转台数、各空调主机运转容量与每冷冻吨耗电等智能分析结果，计算改善后空调耗电。通过改善前空调耗电与改善后空调耗电，预测分析空调主机运转容量优化的节能效益。
附图说明
图1为本发明的自动空调运转容量调整***的架构示意图。
图2为本发明的自动空调运转容量调整方法的流程图。
附图标记说明
1 负载率分析模块；
2 运转容量分析模块；
3 负载率与耗电转换模块；
4 运转容量控制模块；
5 节能效益分析模块；
6 通信与接取模块；
7 空调主机；
S201～S203 步骤流程。
具体实施方式
请参阅图1，如图所示，为本发明的自动空调运转容量调整***的架构示意图，其包含负载率分析模块1、运转容量分析模块2、负载率与耗电转换模块3、运转容量控制模块4、节能效益分析模块5、通信与接取模块6及多台空调主机7，其中负载率分析模块1利用通信与接取模块6来侦测冰水进水温度(Twi)与冰水出水温度(Two)、冷却水进水温度(Tci)与冷却水出水温度(Tco)，以及运转电流(I)等信号，判断空调主机7满载区域条件并执行满载区域条件下的冰水进出水温差平均计算。再收集冰水进出水实时温差值，计算提供空调主机7负载率。而运转容量分析模块2利用负载率分析模块1所计算的负载率、通信与接取模块6收集的空调主机7运转状态，以及空调主机7冷冻能力设定，计算提供空调主机7运转容量，负载率与耗电转换模块3利用空调主机7运转曲线设定(例如：线性函数、多次函数、多段线性函数…等转换公式)，转换提供各实时空调主机7的负载率条件下每冷冻吨耗电(KW/RT)。此外，运转容量控制模块4收集空调主机7的负载率、运转容量、与其他运转分析参数来执行耗电智能自动运转控制，并将其智能分析结果(例如：运转容量、运转台数、主机负载率等改善参数)提供节能效益分析模块5，预测提供各空调主机7运转容量优化的节能效益。
其中本***可进行空调主机耗能计算，首先进行空调主机满载运转判断，若空调主机为满载运转则执行满载运转平均温差计算并更新至满载运转平均温差历史数据，再依据满载运转平均温差历史数据进行空调主机负载率计算。若空调主机不为满载运转则直接依据满载运转平均温差历史数据进行空调主机负载率计算。
空调主机满载运转判断利用收集冰水进水温度(Twi)与冰水出水温度(Two)、冷却水进水温度(Tci)与冷却水出水温度(Tco)，以及运转电流(I)等信号，判断空调主机是否为满载运转，空调主机满载运转判断条件公式如下：
FS＝F1(Twi,Two,Tci,Tco,I)，
其中FS为满载运转，Twi为冰水进水温度，Two为冰水出水温度，Tci为冷却水进水温度，Tco为冷却水出水温度，I为运转电流。
满载运转平均温差计算系在空调主机满载区域条件下，量测并执行冰水进出水温差平均计算，其满载运转平均温差计算公式如下：
ΔTave＝F2(Twi,Two,n)，
ΔTave为满载运转平均温差，n为冰水进出水温度量测次数。
空调主机负载率计算的计算公式如下：
η＝F3(ΔTave-N,Twi,Two,N)，
η为空调主机负载率，ΔTave-N为历史满载运转平均温差，N为历史数据储存数量。
其中空调主机每冷冻吨耗电计算，其依据空调主机负载率计算结果并通过负载率与每冷冻吨耗电(KW/RT)转换求得。
其中空调主机运转容量计算，其依据空调主机负载率计算结果、空调主机运转状态与冷冻能力，计算提供空调主机运转容量。
空调主机运转容量计算公式如下：
TRT＝F4(S,η,XRT)，
TRT为空调主机运转容量，S为空调主机运转状态，η为空调主机负载率，XRT为空调主机冷冻能力设定。
请参阅图2，为本发明的自动空调运转容量调整方法的流程图，步骤如下：
S201：负载率分析模块通过通信与接取模块连接并收集多个空调主机的冰水进水温度、冰水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度以及运转电流，并计算各空调主机的负载率；
S202：运转容量分析模块通过通信与接取模块连接并收集各空调主机的运转状态、冷冻能力设定以及负载率，并计算各空调主机的运转容量；以及
S203：运转容量控制模块及节能效益分析模块，其依据各空调主机的负载率、运转容量及每冷冻吨耗电调整，计算多个运转模式所对应的各空调主机的耗电与节能效益，并调整各空调主机的运转。
其中各运转模式为低负载率停机模式、最低空调主机台数模式以及自定义参数模式，节能效益分析模块计算出各运转模式的耗电与节能效益后，运转容量控制模块依据符合最低耗电与最高节能效益的运转模式调整各空调主机的运转。
其中低负载率停机模式依据各空调主机的负载率决定运转的优先级，负载率高的空调主机为优先运转，负载率低的空调主机为优先停机。
其中最低空调主机台数模式加总各空调主机的总运转容量后，并在符合总运转容量下进行以最少空调主机的数量进行运转。
其中自定义参数模式依据各空调主机的耗电决定运转的优先级，耗电高的空调主机为优先停机，耗电低的空调主机为优先运转。
其中节能效益计算，系进入耗电智能自动运转控制模式前，收集各空调主机运转容量与每冷冻吨耗电，计算改善前空调耗电，进入耗电智能自动运转控制模式后，收集运转台数、各空调主机运转容量与每冷冻吨耗电等智能分析结果，计算改善后空调耗电。再通过改善前空调耗电与改善后空调耗电，进而算出空调机组运转容量优化的节能效益。
节能效益计算公式如下：
E1为改善前空调耗电，n1为改善前运转台数，T1RTi为改善前第i部空调主机运转容量，E1RTi为改善前第i部空调主机每冷冻吨耗电。
E2为改善后空调耗电，n2为改善后运转台数，T2RTi为改善后第i部空调主机运转容量，E2RTi为改善后第i部空调主机每冷冻吨耗电。
E＝((E1-E2)/E1)*100
E为节能效益。
再者，以实际实施案例说明，若共有4台运转中空调主机(运转状态(S)＝ON)，编号由1至4，并收集各空调主机的冰水进水温度(Twi)与出水温度(Two)、冷却水进水温度(Tci)与出水温度(Tco)，以及运转电流(I)等信号，判断空调主机满载运转并计算一笔以上满载运转平均温差，而且更新至满载运转平均温差历史数据。同时取得以下空调主机负载率与每冷冻吨耗电(KW/RT)转换，以及空调主机冷冻能力，结果如下表1及表2：
表1
| 空调主机 | 空调主机负载率(％) | 每冷冻吨耗电(KW/RT) |
| 1 | 100 | 0.80 |
| 2 | 75 | 0.70 |
| 3 | 50 | 1.00 |
| 4 | 25 | 1.30 |
表2
| 空调主机1 | 空调主机2 | 空调主机3 | 空调主机4 |
| 冷冻能力＝50RT | 冷冻能力＝50RT | 冷冻能力＝50RT | 冷冻能力＝100RT |
| S_1＝ON | S_2＝ON | S_3＝ON | S_4＝ON |
针对低负载率停机模式、最低空调主机台数模式分别说明如下：
低负载率停机模式，首先进行空调主机负载率计算，假设求得4台空调主机负载率(ηi,i＝1～4)分别为50％、25％、50％以及20％，并依据空调主机负载率计算结果、空调主机运转状态与冷冻能力，计算空调主机运转容量，求得改善前4台空调主机运转容量(T1RTi,i＝1～4)分别为25RT、12.5RT、25RT以及20RT。进入低负载率停机模式前，收集以上信息计算改善前空调耗电，E1＝94.25KW。进入低负载率停机控制模式后，假设停机控制条件为小于50％的负载率空调主机，因此关闭空调主机2与空调主机4，将负载率低的空调运转容量转移至其他运转中的空调主机。分析低负载率停机控制模式后结果，求得改善后4台空调主机运转容量(T2RTi,i＝1～4)分别为41.25RT、0RT、41.25RT以及0RT，并计算改善后空调耗电，E2＝61.88KW。再通过改善前空调耗电与改善后空调耗电，进而算出空调机组运转容量优化的节能效益为E＝34％，如下表3、表4所示。
表3：低负载率停机模式前，E1＝94.25KW
| 空调主机1 | 空调主机2 | 空调主机3 | 空调主机4 |
| η1＝50％ | η2＝25％ | η3＝50％ | η4＝20％ |
| T1RT1＝25RT | T1RT2＝12.5RT | T1RT3＝25RT | T1RT4＝20RT |
表4：低负载率停机模式后，E1＝61.88KW
| 空调主机1 | 空调主机2 | 空调主机3 | 空调主机4 |
| η1＝82.5％ | η2＝0％ | η3＝82.5％ | η4＝0％ |
| T2RT1＝41.25RT | T2RT2＝61.88RT | T2RT3＝41.25RT | T2RT4＝0RT |
最低空调主机台数模式，首先进行空调主机负载率计算，假设求得4台空调主机负载率(ηi,i＝1～4)分别为50％、50％、50％以及50％，并依据空调主机负载率计算结果、空调主机运转状态与冷冻能力，计算空调主机运转容量，求得改善前4台空调主机运转容量(T1RTi,i＝1～4)分别为25RT、25RT、25RT以及50RT。进入耗电智能自动运转控制模式前，收集以上信息计算改善前空调耗电，E1＝125KW；进入满足运转容量下最少空调台数控制模式后，在满足空调总运转容量需求下，关闭空调主机1与空调主机2，使空调主机3与空调主机4维持在高负载率并且满足空调总运转容量需求。分析满足运转容量下最少空调台数控制模式后结果，求得改善后4台空调主机运转容量(T2RTi,i＝1～4)分别为0RT、0RT、41.65RT以及83.3RT，并计算改善后空调耗电，E2＝93.71KW。再通过改善前空调耗电与改善后空调耗电，进而算出空调机组运转容量优化的节能效益为E＝25％，如下表5、表6所示。
表5：低负载率停机模式前，E1＝125KW
| 空调主机1 | 空调主机2 | 空调主机3 | 空调主机4 |
| η1＝50％ | η2＝50％ | η3＝50％ | η4＝50％ |
| T1RT1＝25RT | T1RT2＝25RT | T1RT3＝25RT | T1RT4＝50RT |
表6：低负载率停机模式后，E1＝93.71KW
| 空调主机1 | 空调主机2 | 空调主机3 | 空调主机4 |
| η1＝0％ | η2＝0％ | η3＝83.3％ | η4＝83.3％ |
| T2RT1＝0RT | T2RT2＝0RT | T2RT3＝41.65RT | T2RT4＝83.3RT |
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.自动空调运转容量调整***，包括：
负载率分析模块，其依据多个空调主机的冰水进水温度、冰水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度以及运转电流，并计算各所述空调主机的负载率；
运转容量分析模块，其依据各所述空调主机的运转状态、冷冻能力设定以及负载率，并计算各所述空调主机的运转容量；
负载率与耗电转换模块，其依据各所述空调主机的运转曲线设定，转换各所述空调主机所对应负载率下的每冷冻吨耗电；
运转容量控制模块，其依据各所述空调主机的负载率、运转容量及每冷冻吨耗电调整各所述空调主机的运转；
节能效益分析模块，其计算各所述空调主机的耗电与节能效益；以及
通信与接取模块，其提供所述负载率分析模块、所述运转容量分析模块、所述负载率与耗电转换模块、所述运转容量控制模块及所述节能效益分析模块与各所述空调主机的连接。
2.根据权利要求1所述的自动空调运转容量调整***，其特征在于，各所述空调主机的运转曲线设定为线性函数、多次函数、多段线性函数。
3.自动空调运转容量调整方法，包括如下步骤：
负载率分析模块通过通信与接取模块连接并收集多个空调主机的冰水进水温度、冰水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度以及运转电流，并计算各所述空调主机的负载率；
运转容量分析模块通过通信与接取模块连接并收集各所述空调主机的运转状态、冷冻能力设定以及负载率，并计算各所述空调主机的运转容量；以及
运转容量控制模块及节能效益分析模块，其依据各所述空调主机的负载率、运转容量及每冷冻吨耗电调整，计算多个运转模式所对应的各所述空调主机的耗电与节能效益，并调整各所述空调主机的运转。
4.根据权利要求3所述的自动空调运转容量调整方法，其特征在于，各所述运转模式为低负载率停机模式、最低空调主机台数模式以及自定义参数模式，所述节能效益分析模块计算出各所述运转模式的耗电与节能效益后，所述运转容量控制模块依据符合最低耗电与最高节能效益的运转模式调整各所述空调主机的运转。
5.根据权利要求4所述的自动空调运转容量调整方法，其特征在于，所述低负载率停机模式依据各所述空调主机的负载率决定运转的优先级，负载率高的所述空调主机为优先运转，负载率低的所述空调主机为优先停机。
6.根据权利要求4所述的自动空调运转容量调整方法，其特征在于，所述最低空调主机台数模式为加总各所述空调主机的总运转容量后，并在符合总运转容量下进行以最少所述空调主机的数量进行运转。
7.根据权利要求4所述的自动空调运转容量调整方法，其特征在于，所述自定义参数模式依据各所述空调主机的耗电决定运转的优先级，耗电高的所述空调主机为优先停机，耗电低的所述空调主机为优先运转。
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