CN113776143A - 高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构及其方法 - Google Patents

高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构及其方法，包括冷热源供给***、主介质供给管道、支路介质供给管道、长半径弯头、顺水弯头、调速泵、控制阀及控制电路，其中冷热源供给***至少一个，主介质供给管道与冷热源供给***间通过长半径弯头连接，主介质供给管道通过顺水弯头与若干支路介质供给管道连通。本发明极大的降低了制冷介质输送回流时与输送管道间的摩擦力，从而达到在提高制冷调温作业效率的同时，有效的降低***运行能耗及设备损耗。

Description

高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构及其 方法
技术领域
本发明涉及一种高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构及其方法，属于供冷热***技术领域。
背景技术
目前，我国常规机房自动控制***及管理水平所运行的制冷机房年平均能效大概在2.5—3.0之间，运行能耗较高，且制冷调温效率相对较低，其中制冷介质在输送过程中与输送管道的管件、阀件等设备间的摩擦力是造成这一现象的重要因素之一，而针对这一问题，尚无一套可有效综合汇总制冷调温***运行各环境因素的综合治理方案及***，因此导致我国的制冷机房运行能耗相对较高但运行效率不足，在造成了较大能耗及资源浪费的同时，也增加了***运行维护成本，也难以有效适应当前低碳环保及碳达峰、碳中和的整体发展方向。
发明内容
为了解决现有技术上的不足，本发明提供高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构及其方法，降低了制冷介质输送回流时与输送管道间的摩擦力，从而达到在提高制冷调温作业效率的同时，有效的降低***运行能耗及设备损耗。
一种高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构，包括冷热源供给***、主介质供给管道、支路介质供给管道、长半径弯头、顺水弯头、调速泵、控制阀及控制电路，冷热源供给***为两个及两个以上时各冷热源供给***间相互并联，主介质供给管道至少两条，各主介质供给管道间相互平行分布且每条主介质供给管道均与至少一个冷热源供给***连通，主介质供给管道与冷热源供给***间通过长半径弯头连接，主介质供给管道通过顺水弯头与若干支路介质供给管道连通，主介质供给管道与冷热源供给***和支路介质供给管道连接处均设一个控制阀和至少两个调速泵，控制电路与冷热源供给***外表面连接，并分别与冷热源供给***、调速泵、控制阀电气连接。
进一步的，所述的长半径弯头的圆心角为100°—170°之间，且长半径弯头长度不小于10厘米；所述顺水弯头的主管路与主介质供给管道连接并同轴分布，所述顺水弯头的支路管路与支路介质供给管道连通并同轴分布，所述顺水弯头的支路管路轴线与顺水弯头的主管路轴线相交，并呈15°—60°夹角，且顺水弯头的支路管路轴线与顺水弯头的主管路轴线交点与顺水弯头的主管路流入端间间距为顺水弯头的主管路长度的25%—65%，顺水弯头的支路管路管径不大于顺水弯头的主管路管径的80%。
进一步的，所述的主介质供给管道、支路介质供给管道均包括一条供给管路及至少一条回流管路，且所述各供给管路及回流管路均设至少一个压力传感器和至少一个温度传感器。
进一步的，所述的调速泵中，主介质供给管道与冷热源供给***连接位置的各调速泵均与主介质供给管道连接，主介质供给管道与支路介质供给管道连接处的调速泵均与支路介质供给管道连接，且各调速泵间相互并联。
进一步的，所述控制电路包括基于物联网控制器的主控电路、可编程控制器电路、变频调速电路，所述基于物联网控制器的主控电路通过可编程控制器电路分别于变频调速电路及控制阀电气连接，所述变频调速电路若干，且各变频调速电路分别与冷热源供给***、调速泵电气连接。
优选的，所述的高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构的使用方法包括如下步骤：
S1，***设计，首先利用BIM工作站平台，结合机房空间结构对制冷调温机房内的冷热源供给***、主介质供给管道、支路介质供给管道的分布位置、安装位置、管道管径参数及管道介质输送量进行设计，完成制冷调温***初步设置，得到制冷调温***初步模型；
S2，***运行逻辑优化，对S1步骤获得制冷调温***初步模型采用基于数据挖掘的的预测方法和数据融合负荷测量方法，综合冷站历史运行数据、未来气象参数、预测24小时内的负荷变化情况，考虑工况的不同动态计算单台冷机的最大制冷量ＭＣＣ，同时在相同工况下分析负荷率对ＣＯＰ的影响，得到制冷调温***运行控制逻辑策略；
S3，调温介质输送压差优化，对S2步骤优化后的制冷调温***初步模型，首先根据末端的实际冷负荷需求动态调整水泵压差，并通过实时监测换热器二次侧的供水温度来动态优化一次回路的压差设定值，同时一方面通过对水泵运行压差设定减少主介质供给管道、支路介质供给管道中控制阀数量，降低控制阀造成的调温介质摩擦损耗；另一方面对多台调速泵运行时序和驱动控制频率值，达到在满足设定流量（即压差设定值）的前提下，减少调速泵运行的数量，同时提高运行状态下的调速泵运行频率；
S4，管路优化，对S3步骤优化后的制冷调温***初步模型，首先调整主介质供给管道、支路介质供给管道中相同输送方向的各主介质供给管道、支路介质供给管道间相互平行分布，然后一方面为各主介质供给管道、支路介质供给管道选择低阻力管件和阀件，另一方面使主介质供给管道、支路介质供给管道中同一类别及功能的管路分布在同一高度的平面内；
S5，管道装配，完成S4步骤优化后，即可根据S4步骤优化设计结果进行施工作业。
本发明可极大的提高制冷调温基站***设计、建设工作效率和精度，消除施工中因施工误差及施工场地因素导致的施工方案频繁更改的缺陷，从而极大的提高了施工作业的工作效率和质量；本发明根据末端的实际冷负荷需求动态调整水泵压差，并通过实时监测换热器二次侧的供水温度来动态优化一次回路的压差设定值，同时通过对水泵运行压差设定减少主介质供给管道、支路介质供给管道中控制阀数量，降低控制阀造成的调温介质摩擦损耗；对多台调速泵运行时序和驱动控制频率值，达到在满足设定流量（即压差设定值）的前提下，减少调速泵运行的数量，同时提高运行状态下的调速泵运行频率，有效的简化了管道设计及施工成本，并极大的降低了制冷介质输送回流时与输送管道间的摩擦力，从而达到在提高制冷调温作业效率的同时，有效的降低***运行能耗及设备损耗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明***结构示意图；
图2为本发明运行逻辑***结构示意图；
图3为本发明与传统设备逐月运行能耗对比图；
图4为本发明方法流程示意图。
图中各标号：冷热源供给***1、主介质供给管道2、支路介质供给管道3、长半径弯头4、顺水弯头5、调速泵6、控制阀7、控制电路8、压力传感器9、温度传感器10。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-图2所示，一种高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构，包括冷热源供给***1、主介质供给管道2、支路介质供给管道3、长半径弯头4、顺水弯头5、调速泵6、控制阀7及控制电路8，其中冷热源供给***1至少一个，且冷热源供给***1为两个及两个以上时各冷热源供给***1间相互并联，主介质供给管道2至少两条，各主介质供给管道2间相互平行分布且每条主介质供给管道2均与至少一个冷热源供给***1连通，主介质供给管道2与冷热源供给***1间通过长半径弯头4连接，主介质供给管2道通过顺水弯头5与若干支路介质供给管道3连通，主介质供给管道2与冷热源供给***1和支路介质供给管道3连接处均设一个控制阀7和至少两个调速泵6，控制电路8与冷热源供给***1外表面连接，并分别与冷热源供给***1、调速泵6、控制阀7电气连接。
本实施例中，所述的长半径弯头4的圆心角为100°—170°之间，且长半径弯头4长度不小于10厘米；所述顺水弯头5的主管路与主介质供给管道2连接并同轴分布，所述顺水弯头5的支路管路与支路介质供给管道3连通并同轴分布，所述顺水弯头5的支路管路轴线与顺水弯头5的主管路轴线相交，并呈15°—60°夹角，且顺水弯头5的支路管路轴线与顺水弯头5的主管路轴线交点与顺水弯头5的主管路流入端间间距为顺水弯头5的主管路长度的25%—65%，顺水弯头5的支路管路管径不大于顺水弯头5的主管路管径的80%。
同时，所述的主介质供给管道2、支路介质供给管道3均包括一条供给管路及至少一条回流管路，且所述各供给管路及回流管路均设至少一个压力传感器9和至少一个温度传感器10。
重点说明的，所述的调速泵6中，主介质供给管道2与冷热源供给***1连接位置的各调速泵6均与主介质供给管道2连接，主介质供给管道2与支路介质供给管道3连接处的调速泵6均与支路介质供给管道3连接，且各调速泵6间相互并联。
本实施例中，所述控制电路8包括基于物联网控制器的主控电路、可编程控制器电路、变频调速电路，所述基于物联网控制器的主控电路通过可编程控制器电路分别于变频调速电路及控制阀7电气连接，所述变频调速电路若干，且各变频调速电路分别与冷热源供给***1、调速泵6电气连接。
图3为本发明与传统设备逐月运行能耗对比图。
参见图4，高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构的使用方法包括如下步骤：
S1，***设计，首先利用BIM工作站平台，结合机房空间结构对制冷调温机房内的冷热源供给***1、主介质供给管道2、支路介质供给管道3的分布位置、安装位置、管道管径参数及管道介质输送量进行设计，完成制冷调温***初步设置，得到制冷调温***初步模型；
S2，***运行逻辑优化，对S1步骤获得制冷调温***初步模型采用基于数据挖掘的的预测方法和数据融合负荷测量方法，综合冷站历史运行数据、未来气象参数、预测24小时内的负荷变化情况，考虑工况的不同动态计算单台冷机的最大制冷量ＭＣＣ； 同时在相同工况下分析负荷率对ＣＯＰ的影响，得到制冷调温***运行控制逻辑策略；
在进行未来气象参数、预测24小时内的负荷变化情况时，重点针对温度、湿度、太阳辐射、风力、风速参数进行预判，从而实现根据根据未来气象参数变化状态，得到负载动态变化参数。
S3，调温介质输送压差优化，对S2步骤优化后的制冷调温***初步模型，首先根据末端的实际冷负荷需求动态调整水泵压差，并通过实时监测换热器二次侧的供水温度来动态优化一次回路的压差设定值，同时一方面通过对水泵运行压差设定减少主介质供给管道2、支路介质供给管道3中控制阀7数量，降低控制阀7造成的调温介质摩擦损耗；另一方面对多台调速泵6运行时序和驱动控制频率值，达到在满足设定流量（即压差设定值）的前提下，减少调速泵6运行的数量，同时提高运行状态下的调速泵6运行频率；
其中，冷冻水泵的启停，变频及台数控制是通过设置在末端设备上的传感器读取压差来控制的。压差为预设值，固定值，不能够根据实时负荷要求进行灵活调整，所以可以考虑压差重设进行优化；基本原理根据末端的实际冷负荷需求动态调整水泵压差（即转速），避免水泵能耗被不必要的阀门节损耗；且该原理适用塔楼二次泵及裙楼换热器前后的变频泵控制； 该方法可使相关水泵总能耗节约15%-25%；
此外，通过压差重设，实时监测换热器二次侧的供水温度来动态优化一次回路的压差设定值，不仅能降低水泵能耗（10%以上）、而且可改善控制稳定性。
台数控制：涉及多台变速泵的水泵时序和频率控制时，在满足流量（即压差设定值）的前提下，尽量将运行水泵台数减少、频率增加，以进一步降低不必要的变频损失（3%-5%）。
与此同时，在对调速泵6进行变频调速时：
升频策略：末端的压差传感器检测到；冷却水压差高于设定值时，***即自动启动频率降低程序；
减泵策略：水泵在某一频率下工作时其效率最高，当其频率低于最佳工作区间，则***会自动计算如果以两台水泵高频运行其工作区间情况，如果两台运行更优，则***启动减泵程序，关闭一台水泵并升高另外两台水泵频率，使两台水泵同频运行；
S4，管路优化，对S3步骤优化后的制冷调温***初步模型，首先调整主介质供给管道2、支路介质供给管道3中相同输送方向的各主介质供给管道2、支路介质供给管道3间相互平行分布，然后一方面为各主介质供给管道2、支路介质供给管道3选择低阻力管件和阀件，另一方面使主介质供给管道2、支路介质供给管道3中同一类别及功能的管路分布在同一高度的平面内；
在工程实际中，选择同功能中阻力最小的阀件，淘汰阻力大的阀件，长远来看是经济的。比如过滤器，止回阀等阀件；
在管路设计时，减少弯头或采用顺水弯头5，阻力可降低50%；
设备尽量处于同一高度可减少不必要的弯头带来的局部阻力损失。
S5，管道装配，完成S4步骤优化后，即可根据S4步骤优化设计结果进行施工作业。
我国常规机房自动控制***及管理水平所运行的制冷机房年平均能效大概在2.5~3.0。经过本发明方案优化后，能效可以从3.0提升到5.0以上，能效提高达66.6%，建筑能耗降低达22%。
本发明一方面可极大的提高制冷调温基站***设计、建设工作效率和精度，消除施工中因施工误差及施工场地因素导致的施工方案频繁更改的缺陷，从而极大的提高了施工作业的工作效率和质量；另一方面有效的简化了管道设计及施工成本，并极大的降低了制冷介质输送回流时与输送管道间的摩擦力，从而达到在提高制冷调温作业效率的同时，有效的降低***运行能耗及设备损耗。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构，其特征在于：包括冷热源供给***（1）、主介质供给管道（2）、支路介质供给管道（3）、长半径弯头（4）、顺水弯头（5）、调速泵（6）、控制阀（7）及控制电路（8），所述冷热源供给***（1）为两个及两个以上时，各冷热源供给***（1）间相互并联，所述主介质供给管道（2）至少两条，各主介质供给管道（2）间相互平行分布且每条主介质供给管道（2）均与至少一个冷热源供给***（1）连通，所述主介质供给管道（2）与冷热源供给***（1）间通过长半径弯头（4）连接，所述主介质供给管道（2）通过顺水弯头（5）与若干支路介质供给管道（3）连通，所述主介质供给管道（2）与冷热源供给***（1）和支路介质供给管道（3）连接处均设一个控制阀（7）和至少两个调速泵（6），所述控制电路（8）与冷热源供给***（1）外表面连接，并分别与冷热源供给***（1）、调速泵（6）、控制阀（7）电气连接。
2.根据权利要求1所述的高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构，其特征在于：所述的长半径弯头（4）的圆心角为100°—170°之间，且长半径弯头（4）长度不小于10厘米；所述顺水弯头（5）的主管路与主介质供给管道（2）连接并同轴分布，所述顺水弯头（5）的支路管路与支路介质供给管道（3）连通并同轴分布，所述顺水弯头（5）的支路管路轴线与顺水弯头（5）的主管路轴线相交，并呈15°—60°夹角，且顺水弯头（5）的支路管路轴线与顺水弯头（5）的主管路轴线交点与顺水弯头（5）的主管路流入端间间距为顺水弯头（5）的主管路长度的25%—65%，顺水弯头（5）的支路管路管径不大于顺水弯头（5）的主管路管径的80%。
3.根据权利要求1所述的高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构，其特征在于：所述的主介质供给管道（2）、支路介质供给管道（3）均包括一条供给管路及至少一条回流管路，且所述各供给管路及回流管路均设至少一个压力传感器（9）和至少一个温度传感器（10）。
4.根据权利要求3所述的高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构，其特征在于：所述的调速泵（6）中，主介质供给管道（2）与冷热源供给***（1）连接位置的各调速泵（6）均与主介质供给管道（2）连接，主介质供给管道（2）与支路介质供给管道（3）连接处的调速泵（6）均与支路介质供给管道（3）连接，且各调速泵（6）间相互并联。
5.根据权利要求1所述的高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构，其特征在于：所述控制电路（8）包括基于物联网控制器的主控电路、可编程控制器电路、变频调速电路，所述基于物联网控制器的主控电路通过可编程控制器电路分别于变频调速电路及控制阀（7）电气连接，所述变频调速电路若干，且各变频调速电路分别与冷热源供给***（1）、调速泵（6）电气连接。
6.一种高效供冷热***用于减少流体阻力的节能管道组合结构的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，***设计，首先利用BIM工作站平台，结合机房空间结构对制冷调温机房内的冷热源供给***（1）、主介质供给管道（2）、支路介质供给管道（3）的分布位置、安装位置、管道管径参数及管道介质输送量进行设计，完成制冷调温***初步设置，得到制冷调温***初步模型；
S2，***运行逻辑优化，对S1步骤获得制冷调温***初步模型采用基于数据挖掘的的预测方法和数据融合负荷测量方法，综合冷站历史运行数据、未来气象参数、预测24小时内的负荷变化情况，考虑工况的不同动态计算单台冷机的最大制冷量ＭＣＣ，同时在相同工况下分析负荷率对ＣＯＰ的影响，得到制冷调温***运行控制逻辑策略；
S3，调温介质输送压差优化，对S2步骤优化后的制冷调温***初步模型，首先根据末端的实际冷负荷需求动态调整水泵压差，并通过实时监测换热器二次侧的供水温度来动态优化一次回路的压差设定值，同时一方面通过对水泵运行压差设定减少主介质供给管道（2）、支路介质供给管道（3）中控制阀（7）数量，降低控制阀（7）造成的调温介质摩擦损耗；另一方面对多台调速泵（6）运行时序和驱动控制频率值，达到在满足压差设定值的前提下，减少调速泵（6）运行的数量，同时提高运行状态下的调速泵（6）运行频率；
S4，管路优化，对S3步骤优化后的制冷调温***初步模型，首先调整主介质供给管道（2）、支路介质供给管道（3）中相同输送方向的各主介质供给管道（2）、支路介质供给管道（3）间相互平行分布，然后一方面为各主介质供给管道（2）、支路介质供给管道（3）选择低阻力管件和阀件，另一方面使主介质供给管道（2）、支路介质供给管道（3）中同一类别及功能的管路分布在同一高度的平面内；
S5，管道装配，完成S4步骤优化后，即可根据S4步骤优化设计结果进行施工作业。
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