CN110671869A - 一种冷水供应***的变工况能效测试***及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷水供应***的变工况能效测试***，包括冷水供应装置和冷却水供应装置；本发明通过在冷水供应装置和冷却水供应装置之间新增加流量计、温度传感器和板式换热器，冷却水蓄水池中的冷却水和冷水机组的冷水通过板式换热器进行换热，通过测量板式换热器的防冷量得到冷水机组的制冷量，从而实现对冷水机组的能效进行精确测试。与现有技术相比，本发明具有节能、施工方便、测量精确、运行成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及属于能源技术领域，尤其是涉及一种冷水供应***的变工况能效测试***及其应用。
背景技术
在工业生产生活中，空调、工艺用冷水逐渐变为不可或缺的能源。工业用冷水***，主要由冷热源(冷水机组)、管道、冷却塔、水泵及末端设备组成。对于用户来讲，对设备稳定运行及供能的稳定性十分重视，但容易忽视冷水***运行的经济性。
随着科技的进步，人们节能的意识逐渐提高，冷水***的整体能耗统计有了较为成熟的方案，越来越多的冷水***配套了能效监控的平台，对冷冻站房的整体能效及能耗有了记录与分析。但一般的能耗监控***仅偏重于整体能耗，对于单台的设备能效测试及应用还不够完善，同时对于冷水***的变工况运行能效没有给予足够的重视。
冷水***不同的负荷及工况运行的能效有着非常大的差别。但对于***用户来讲，冷水***设计时基本不具备变工况能效测试的条件，设计院及厂家也不会提供详尽的测试数据。供应时用供水总管的流量温差等数据来测试又很难调节并稳定外部的热负荷，而且整个***比较庞大，对温度的相应速度慢，测试的结果往往不尽如人意，缺乏对实际应用时的指导意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的对冷水机组能效测试不准确的缺陷而提供一种稳定的、精确的冷水供应***的变工况能效测试***及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种冷水供应***的变工况能效测试***，包括冷水供应装置和冷却水供应装置；所述冷水供应装置包括与车间冷水回水依次管道连接的集水器、变频冷水泵和冷水机组，所述冷水机组的冷水输出端与车间冷水供水管道连接，所述车间冷水回水和变频冷水泵之间的管道上设有第一切换阀门，所述冷水机组的冷水输出端与车间冷水供水之间的管道上设有第二切换阀门；所述冷却水供应装置包括第一冷却塔、与第一冷却塔的输出端连接的冷却水蓄水池、冷却水蓄水池的输出端通过变频冷却泵与冷水机组的冷却水输入端连接，冷水机组的冷却水输出端与第一冷却塔连接；
本发明的装置还包括热交换器，所述冷却水供应装置还包括输出端与冷却水蓄水池连接的第二冷却塔、输入端与冷却水蓄水池连接的变频冷却泵组；
所述冷水机组的冷水输出端通过循环管路与集水器连接，该循环管路上设有第三切换阀门，并且第三切换阀门和集水器之间设有第四切换阀门；所述热交换器的冷水入口和冷水出口与循环管路连接，并且与所述第三切换阀门并联连接；
所述热交换器的冷却水入口与变频冷却泵组连接，从所述热交换器的冷却水出口出来的冷却水返回至冷却水蓄水池；
所述热交换器的冷水入口管路和冷水出口管路上分别设有第一温度传感器和第二温度传感器；所述循环管路上设有流量计；所述冷水机组上配有电量计量表。
所述热交换器的冷却水出口与第二冷却塔连接。
所述热交换器为板式热交换器。
所述第一切换阀门、第二切换阀门、第四切换阀门为电动阀门；所述第三切换阀门为手动阀门。
所述冷水供应装置设有若干套，该若干套冷水供应装置并联连接；每套冷水供应装置分别匹配一套第一冷却塔和变频冷却泵。
所述若干套冷水供应装置共用一个集水器。
所述冷水供应装置设有两套。
所述热交换器的冷却水出口管路和冷却水入口管路上均连接有向外部用水设备输送冷却水的冷却水输送管路。
所述流量计为电磁流量计。
所述冷却塔的风机电机为变频电机。
所述变工况能效测试***中的用电设备均分别配有电量计量表。
本发明还提供了上述的冷水供应***的变工况能效测试***在测试冷水机组能效中的应用，包括以下步骤：
(a)关闭第一切换阀门、第二切换阀门和第三切换阀门，关闭第四切换阀门；
(b)开启待测试冷水供应装置的冷水机组和变频冷水泵，与待测试冷水供应装置配套的第一冷却塔、变频冷却泵，第二冷却塔以及变频冷却泵组，使变频冷却泵组输出的冷却水和冷水机组输出的冷水在换热器内进行换热；
(c)通过第一温度传感器和第二温度传感器测量热交换器的冷水进口和冷水出口的温度，通过流量计测量冷水机组内冷水的流量，计算得到热交换器处的放冷量Q，该放冷量Q为冷水机组的制冷量；根据冷水机组的耗电量W和上述放冷量Q计算得到冷水机组的能效；
(d)进行不同工况下的能效测试
通过调节变频冷却泵组的频率调节冷水供应装置的热负荷，重复步骤(c)，测试冷水机组在不同热负荷下的能效；
通过调节第一变频冷却塔和第二变频冷却塔的电机频率以及电机开启关闭调节冷却水蓄水池的温度，重复步骤(c)，测量不同冷却水温度条件下冷水机组的能效；
通过调节变频冷却泵的频率调节冷水机组的冷却水流量，重复步骤(c)，测量不同冷却水流量条件下冷水机组的能效；
通过调节变频冷水泵的频率调节冷水机组的冷水流量，重复步骤(c)，测量不同冷水流量条件下冷水机组的能效；
通过调节冷水机组的冷水出口设定温度变化，重复步骤(c)，测量不同冷水机组蒸发器出口设定温度下冷水机组的能效。
本发明的工作原理为：
***正常运行时，第一切换阀和第二切换阀开启，第四切换阀关闭，开启变频冷水泵和冷水机组以及第一冷却塔和第二冷却塔，此时冷水供应装置和冷却水供应装置开始运行，为车间提供冷水，为其他冷却水用水设备供水。
当需要测试冷水机组的能效时，将冷水供应装置与车间***断开，关闭第一切换阀门、第二切换阀门和第三切换阀门，打开第四切换阀门；开启待测试冷水供应装置的冷水机组和变频冷水泵，与待测试冷水供应装置配套的第一冷却塔、变频冷却泵，第二冷却塔以及变频冷却泵组，使变频冷却泵组输出的冷却水和冷水机组输出的冷水在换热器内进行换热，此时冷水的流程为变频冷水泵、冷水机组、板式热交换器、集水器，经过集水器回到变频冷水泵，构成循环。板式换热器内有由变频冷却泵组供应的冷却水，冷水与冷却水在板式换热器内进行热传递，维持机组的运行负荷，并可以随时进行调节负荷量，然后根据上述的应用方法测试不同条件下冷水机组的能效。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明可以测试变工况下冷水机组的运行效率，为冷水机组和冷水***的性能评估提供数据；并可以为实际运行的优化调节提供基础，积累运行能效数据，在供应车间冷水时，根据不同负荷都可以按照机组的最优能效进行供应；减少***的电耗，降低运行成本；
(2)测试时，冷水机组的制冷量传递给冷却水，但冷量没有浪费，所有冷却水在同一个水池，机组的制冷量用于了冷却水温度的调节，也同步供应了其他冷却水用水***，避免了使用外部能源来提供热源测试方法造成的能量浪费。
(3)本发明对现有的装置改装较小，较好的利用了原***的大部分管路，施工方便，对现有的冷水供应***改造方便，容易被用户接受，具有较大的经济效益。
附图说明
图1为实施例1中本发明的结构示意图；
图2为实施例2中本发明的结构示意图；
图中，1为冷水机组，2为变频冷水泵；3为变频冷却泵；4为第一冷却塔；5为板式热交换器；6为变频冷却泵组；7为第二冷却塔；8为流量计；9为第一温度传感器；10为第二温度传感器；11为第三切换阀门；12为第二切换阀门；13为第一切换阀门；14为第四切换阀门；15为车间冷水回水；16为车间冷水供水；17为送其他设备用冷却水；18为集水器，19为冷水机组a，20为变频冷水泵a；21为变频冷却水泵a；22为第一冷却塔a，23为冷水机组b，24为变频冷水泵b；25为变频冷却水泵b；26为第一冷却塔b，27为冷却水蓄水池。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
实施例1
一种冷水供应***的变工况能效测试***，如图1所示，包括冷水供应装置、冷却水供应装置和板式换热器5，其中冷水供应装置为车间提供冷水，冷却水供应装置为其他冷却水用水设备供水。
冷水供应装置包括依次连接的集水器18、冷水机组1、变频冷水泵2和变频冷却泵3，其中，集水器18与车间冷水回水15管道连接，并且二者之间的管路上设有第一切换阀门13，冷水机组1的冷水输出端与车间冷水供水16管道连接，并且二者之间的管路上设有第二切换阀门12。
冷却水供应装置包括第一冷却塔4、第二冷却塔7、冷却水蓄水池27、变频冷却泵组6、变频冷却泵3，其中，第一冷却塔4的输出端连接冷却水蓄水池27，冷却水蓄水池27的输出端通过变频冷却泵3与冷水机组1的冷却水输入端连接，冷水机组1的冷却水输出端与第一冷却塔4连接；第二冷却塔7的输出端与冷却水蓄水池27连接，变频冷却泵组6的输入端与冷却水蓄水池27连接。
冷水机组1的冷水输出端通过循环管路与集水器18连接，该循环管路上设有第三切换阀门11，并且第三切换阀门11和集水器18之间设有第四切换阀门14；板式热交换器5的冷水入口和冷水出口与循环管路连接，并且与第三切换阀门11并联连接；板式热交换器5的冷却水入口与变频冷却泵组6连接，冷却水出口与第二冷却塔7连接，并且板式热交换器5的冷却水入口管路上设有流量计。板式热交换器5的冷水入口管路和冷水出口管路上分别设有第一温度传感器9和第二温度传感器10；循环管路上设有流量计8，并且流量计8设于第三切换阀门11和第四切换阀门14之间；冷水机组1以及本***装置中所有的用电设备均分别配有电量计量表，即多功能电表。
本实施例中，第一切换阀门13、第二切换阀门12、第四切换阀门14为电动阀门；第三切换阀门11为手动阀门；流量计8为电磁流量计，冷却塔的风机电机为变频电机。
本实施例的***中各个装置的作用为：
冷水机组1：制取空调用冷水。
变频冷水泵2：输送冷水机组制取的冷水。
变频冷却泵3：提供冷水机组的冷却水。
第一冷却塔4：将冷却水从冷水机组冷凝器内带出的热量散出，调节冷却水温度。
板式热交换器5：冷却水与冷水进行换热，结合变频冷却水泵组提供给冷水***稳定的热负荷。
变频冷却泵组6：为其他冷却水用水设备提供冷却水，改造后也同时为板换一次侧供水，提供热源。
温度传感器(第一温度传感器9和第二温度传感器10)：测量板式热交换器冷水进出口温度。
流量计：测量冷水及冷却水流量。
阀门：***切换用。
本实施例的工作原理为：
***正常运行时，第一切换阀13和第二切换阀12开启，第四切换阀关闭14，开启变频冷水泵2和冷水机组1以及第一冷却塔4和第二冷却塔7，此时冷水供应装置和冷却水供应装置开始运行，为车间提供冷水，为其他冷却水用水设备供水。
当需要测试冷水机组的能效时，将冷水供应装置与车间***断开，关闭第一切换阀门13、第二切换阀门12和第三切换阀门11，打开第四切换阀门14；开启待测试冷水供应装置的冷水机组1和变频冷水泵2，与待测试冷水供应装置配套的第一冷却塔4、变频冷却泵3，第二冷却塔7以及变频冷却泵组6，使变频冷却泵组6输出的冷却水和冷水机组1输出的冷水在板式换热器5内进行换热，此时冷水的流程为变频冷水泵2、冷水机组1、板式热交换器5、集水器18，经过集水器18回到变频冷水泵2，构成循环。板式换热器5内有由变频冷却泵组供应的冷却水，冷水与冷却水在板式换热器内进行热传递，维持机组的运行负荷，并可以随时进行调节负荷量，然后根据上述的应用方法测试不同条件下冷水机组的能效。通过第一温度传感器9和第二温度传感器10测量热交换器的冷水进口和冷水出口的温度，通过流量计8测量冷水机组1内冷水的流量，计算得到热交换器处的放冷量Q，该放冷量Q为冷水机组1的制冷量；根据冷水机组1的耗电量W和上述放冷量Q计算得到冷水机组1的能效9(COP)。
具体测试项目和测试方法为：
a通过调节变频冷却泵组的频率调节冷水供应装置的热负荷，重复步骤c，测试冷水机组1在不同热负荷下的能效；
b通过调节第一变频冷却塔和第二变频冷却塔的电机频率以及电机开启关闭调节冷却水蓄水池27的温度，重复步骤c，测量不同冷却水温度条件下冷水机组1的能效；
c通过调节变频冷却泵的频率调节冷水机组1的冷却水流量，重复步骤c，测量不同冷却水流量条件下冷水机组1的能效；
g通过调节变频冷水泵2的频率调节冷水机组1的冷水流量，重复步骤c，测量不同冷水流量条件下冷水机组1的能效；
d通过调节冷水机组1的冷水出口设定温度变化，重复步骤c，测量不同冷水机组1蒸发器出口设定温度下冷水机组1的能效。
本实施例的***不仅限于测试冷水机组的能效，所有配套设备都有电量计量，可以测试不同工况下的冷水***能耗，为后续运行积累经验数据。
本实施例的装置可以测试变工况下冷水机组的运行效率，为冷水机组和冷水***的性能评估提供数据，并可以为实际运行的优化调节提供基础，积累运行能效数据，在供应车间冷水时，根据不同负荷都可以按照机组的最优能效进行供应，减少***的电耗，降低运行成本。***改动小，新增了一台板式热交换器及一些阀门、流量计，用于提供稳定的热负荷给冷水***进行能效测试，新增部分如图1中虚线框中所示，沿用了原***的大部分管路，施工方便。测试时，冷水机组的制冷量传递给冷却水，但冷量没有浪费，因为从板式换热器出来的冷却水又通过第二冷却塔返回至冷却水蓄水池，所有冷却水在同一个水池，机组的制冷量用于了冷却水温度的调节，也同步供应了其他冷却水用水***。避免了使用外部能源来提供热源这种测试方法的浪费。
实施例2
实施例2的主体结构与实施例相同，不同之处在于本实施例的装置中含有两套冷水供应装置，并且两套冷水供应装置共用一个集水器18，如图2所示。
两套冷水供应装置分别为并联连接的第一冷水供应装置和第二冷水供应装置，其中，第一冷水供应装置包括依次连接的变频冷水泵a 20、冷水机组a 19、变频冷却水泵a21，变频冷水泵a 20与集水器18连接，变频冷却水泵a 21与冷却水蓄水池27连接，冷却水供应装置中设有与冷水机组a 19配套的第一冷却塔a 22。
第二冷水供应装置包括依次连接的变频冷水泵b 24、冷水机组b 23、变频冷却水泵b 25，变频冷水泵b 24与集水器18连接，变频冷却水泵b 25与冷却水蓄水池27连接，冷却水供应装置中设有与冷水机组b 23配套的第一冷却塔b 26。
测试时，第一冷水供应装置和第二冷水供应装置分别测试，通过开启对应的第一冷却塔、变频冷却泵、冷水机组以及变频冷水泵即可。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种冷水供应***的变工况能效测试***，包括冷水供应装置和冷却水供应装置；所述冷水供应装置包括与车间冷水回水(15)依次管道连接的集水器(18)、变频冷水泵(2)和冷水机组(1)，所述冷水机组(1)的冷水输出端与车间冷水供水(16)管道连接，所述车间冷水回水(15)和变频冷水泵(2)之间的管道设有第一切换阀门(13)，所述冷水机组(1)的冷水输出端与车间冷水供水(16)之间的管道设有第二切换阀门(12)；所述冷却水供应装置包括第一冷却塔(4)、与第一冷却塔(4)的输出端连接的冷却水蓄水池(27)、冷却水蓄水池(27)的输出端通过变频冷却泵(3)与冷水机组(1)的冷却水输入端连接，冷水机组(1)的冷却水输出端与第一冷却塔(4)连接；
其特征在于，
还包括热交换器，所述冷却水供应装置还包括输出端与冷却水蓄水池(27)连接的第二冷却塔(7)、输入端与冷却水蓄水池(27)连接的变频冷却泵组(6)；
所述冷水机组(1)的冷水输出端通过循环管路与集水器(18)连接，该循环管路上设有第三切换阀门(11)，并且第三切换阀门(11)和集水器(18)之间设有第四切换阀门(14)；所述热交换器的冷水入口和冷水出口与循环管路连接，并且与所述第三切换阀门(11)并联连接；
所述热交换器的冷却水入口与变频冷却泵组(6)连接，从所述热交换器的冷却水出口出来的冷却水返回至冷却水蓄水池(27)；
所述热交换器的冷水入口管路和冷水出口管路上分别设有第一温度传感器(9)和第二温度传感器(10)；所述循环管路上设有流量计(8)；所述冷水机组(1)上配有电量计量表。
2.根据权利要求1所述的一种冷水供应***的变工况能效测试***，其特征在于，所述热交换器的冷却水出口与第二冷却塔(7)连接。
3.根据权利要求1所述的一种冷水供应***的变工况能效测试***，其特征在于，所述热交换器为板式热交换器(5)。
4.根据权利要求1所述的一种冷水供应***的变工况能效测试***，其特征在于，所述第一切换阀门(13)、第二切换阀门(12)、第四切换阀门(14)为电动阀门；所述第三切换阀门(11)为手动阀门。
5.根据权利要求4所述的一种冷水供应***的变工况能效测试***，其特征在于，所述冷水供应装置设有若干套，该若干套冷水供应装置并联连接；每套冷水供应装置分别匹配一套第一冷却塔(4)和变频冷却泵(3)；所述若干套冷水供应装置共用一个集水器(18)。
6.根据权利要求5所述的一种冷水供应***的变工况能效测试***，其特征在于，所述冷水供应装置设有两套。
7.根据权利要求1所述的一种冷水供应***的变工况能效测试***，其特征在于，所述热交换器的冷却水出口管路和冷却水入口管路上均连接有向外部用水设备输送冷却水的冷却水输送管路。
8.根据权利要求1所述的一种冷水供应***的变工况能效测试***，其特征在于，所述流量计(8)为电磁流量计，所述冷却塔的风机电机为变频电机。
9.根据权利要求1所述的一种冷水供应***的变工况能效测试***，其特征在于，所述变工况能效测试***中的用电设备均分别配有电量计量表。
10.一种如权利要求1所述的冷水供应***的变工况能效测试***在测试冷水机组(1)能效中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(a)关闭第一切换阀门(13)、第二切换阀门(12)和第三切换阀门(11)，关闭第四切换阀门(14)；
(b)开启待测试冷水供应装置的冷水机组(1)和变频冷水泵(2)，与待测试冷水供应装置配套的第一冷却塔(4)、变频冷却泵(3)，第二冷却塔(7)以及变频冷却泵组(6)，使变频冷却泵组(6)输出的冷却水和冷水机组(1)输出的冷水在换热器内进行换热；
(c)通过第一温度传感器(9)和第二温度传感器(10)测量热交换器的冷水进口和冷水出口的温度，通过流量计(8)测量冷水机组(1)内冷水的流量，计算得到热交换器处的放冷量Q，该放冷量Q为冷水机组(1)的制冷量；根据冷水机组(1)的耗电量W和上述放冷量Q计算得到冷水机组(1)的能效；
(d)进行不同工况下的能效测试
通过调节变频冷却泵组(6)的频率调节冷水供应装置的热负荷，重复步骤(c)，测试冷水机组(1)在不同热负荷下的能效；
通过调节第一变频冷却塔和第二变频冷却塔的电机频率以及电机开启关闭调节冷却水蓄水池(27)的温度，重复步骤(c)，测量不同冷却水温度条件下冷水机组(1)的能效；
通过调节变频冷却泵的频率调节冷水机组(1)的冷却水流量，重复步骤(c)，测量不同冷却水流量条件下冷水机组(1)的能效；
通过调节变频冷水泵(2)的频率调节冷水机组(1)的冷水流量，重复步骤(c)，测量不同冷水流量条件下冷水机组(1)的能效；
通过调节冷水机组(1)的冷水出口设定温度变化，重复步骤(c)，测量不同冷水机组(1)蒸发器出口设定温度下冷水机组(1)的能效。
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2019
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