CN113983675A - 一种旁通压差变频调节空调冷冻水***及其水力平衡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旁通压差变频调节空调冷冻水***及其水力平衡方法，所述***中设置变频控制模块，用于通过频率调整的方式对用户侧压力进行控制。本发明通过基于水力模型的量化计算来进行水力平衡，从而精确的找到水泵的控制频率，从而使得一次泵和二次泵能够工作在最佳状态，满足整个***，包括最不利用户的水力平衡要求，替代了传统的阀门控制，避免了阀门启闭时造成的水力震荡或水锤的现象，提高了空调冷冻水***的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及能源输送领域，具体涉及一种旁通压差变频调节空调冷冻水***及其水力平衡方法。
背景技术
现有的空调水***大体上可以分为一次泵变流量***和一次泵定流量***。对于不断变化的用户侧负荷来说，一次泵定流量***通过改变供回水温度的方式来适应用户侧变化，会产生“大流量小温差”等问题，***输配能耗始终处于额定的最大值，不利用***的节能。一次泵变流量***则是通过改变***的流量来适应用户侧变化，当用户侧负荷减小时，***流量也随之减小，从而降低***的能耗。
通常，可以通过设置旁通阀门的方式来控制流向用户侧的流量，或通过设定供回水压差的方式来改变一次泵的频率，从而满足用户侧的要求。通过旁通阀门来实现变流量的原理是，在分水器和集水器中间设置流量传感器，以用户的流量和制冷水机组组最小流量之差作为控制旁通阀门开度的依据。当用户流量小于制冷水机组组最小流量时，旁通阀门开启，控制阀门开度使得流经阀门的流量等于制冷水机组最小流量与用户流量之差；当用户流量大于或等于制冷水机组组最小流量时，旁通阀门关闭，保证制冷水机组组流量全部供向用户侧。但是，***的实际运行过程中，阀门的启闭会造成水力震荡、水锤等现象，使得***压力的异常变化，对***的安全运行产生不利影响，并且由于***缺乏定期的维修保养，许多旁通阀门不能正常工作，从而无法保证用户侧的流量和热量要求。通过设定供回水压差的方法的工作原理是，在***供回水管的适当位置安装压差传感器，当用户侧流量发生变化时，根据压差传感器测得数据来驱动水泵变速运行，使得水泵出水压力满足供回水压差的设定值。因此，供回水压差的设定值和设定位置都至关重要，选址不当或设定值不当都会造成用户侧压力不能满足要求，或回水倒流的现象。
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缺陷，提供一种旁通压差变频调节空调冷冻水***及其水力平衡方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种旁通压差变频调节空调冷冻水***，包括：用户侧设备、变频控制模块、分集水器、旁通管、压力传感器；
所述用户侧设备并行连接，并连接于分集水器；在分集水器中间设置有旁通管，并设置压力传感器，所述压力传感器用于监测供回水干管之间的压差。
所述空调二级泵冷冻水***还包含一次泵和二次泵；所述一次泵负责满足冷水机组旁通回路的压力要求；所述二次泵用于满足最不利用户的压力要求，其他用户富余压力通过设置阀门来控制；
在一次泵和二次泵间设置变频控制模块，用于进行基于水力平衡的压力控制；所述变频控制模块，用于对用户侧压力进行控制。
进一步的，所述变频控制模块，用于通过基于确定的频率调整一次泵和二次泵，对用户侧压力进行控制。
进一步的，适用于高层建筑的空调二级泵冷冻水***。
进一步的，冷水机组采用变流量冷水机组。
一种旁通压差变频调节空调冷冻水***水力平衡方法，包括以下步骤：
步骤S1：建立和校核管网水力模型；
步骤S2：确定用户侧流量；
步骤S3：确定旁通管流量；
步骤S4：确定旁通管压差；
步骤S5：确定一次泵的最低频率；
步骤S6：确定一次泵和二次泵的频率；
步骤S7：基于确定的一次泵和二次泵的频率进行一次泵和二次泵的频率控制。
进一步的，用户侧流量来自实测数据或根据历史运行数据建立的负荷预测模型计算而来。
进一步的，步骤S5中，在用户流量等于冷水机组最小流量的情况下求得的一次泵的最低频率。
进一步的，所述步骤S1包括：
步骤S101：根据冷冻水***的管网CAD底图、用户负荷情况以及基本的***中设备数据建立管网水力模型。
步骤S102：基于冷冻水***历史运行数据对管网模型进行仿真计算和校核。
进一步的，设备和用户数据设备样本或历史运行数据中获取。
一种旁通压差变频调节空调冷冻水***水力平衡控制平台，所述控制平台包括智能建筑控制服务器，和所述的旁通压差变频调节空调冷冻水***；所述变频控制模块用于在智能建筑控制服务器的控制指令下进行一次泵和二次泵的频率控制。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1.通过基于水力模型的量化计算来进行水力平衡，从而精确的找到水泵的控制频率，从而使得一次泵和二次泵能够工作在最佳状态，满足整个***，包括最不利用户的水力平衡要求，替代了传统的阀门控制，避免了阀门启闭时造成的水力震荡或水锤的现象，提高了空调冷冻水***的工作效率。
2.对一次泵和二次泵作相互独立、相互制约的进行控制，一次泵只需负责旁通回路的压力要求，用户侧的压力通过二次泵的升压来满足，不产生回水倒流现象。
附图说明
图1为本发明提供的一种旁通压差变频调节空调冷冻水***结构示意图。
图2为本发明提供的一种旁通压差变频调节空调冷冻水***及其水力平衡方法示意图。
图3为本发明提供的一种旁通压差变频调节空调冷冻水***及其水力平衡方法的一次泵工作状态点示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提供一种旁通压差变频调节空调冷冻水***及其水力平衡方法，所述方法属于定干管压差控制方法；如附图1所示，所述方法适用于高层建筑的空调二级泵冷冻水***。
所述旁通压差变频调节空调冷冻水***，包括：用户侧设备、变频控制模块、分集水器、旁通管、压力传感器；
其中：所述变频控制模块，用于对用户侧压力进行控制；
所述用户侧设备并行连接，并连接于分集水器；在分集水器中间设置有旁通管，并设置压力传感器，所述压力传感器用于监测供回水干管之间的压差。
所述空调二级泵冷冻水***还包含一次泵和二次泵；所述一次泵负责满足冷水机组旁通回路的压力要求；所述二次泵用于满足最不利用户的压力要求，其他用户富余压力通过设置阀门来控制；
优选的；通过设置电动两通阀门来控制富余压力；
在一次泵和二次泵间设置变频控制模块，用于进行基于水力平衡的压力控制；
优选的：所述变频控制模块用于执行下述旁通压差变频调节空调冷冻水***水力平衡方法。
可替换的：所述变频控制模块用于在智能建筑控制服务器的控制指令下进行一次泵和二次泵的频率控制，从而进行基于水力平衡的压力控制；所述智能建筑控制服务器用于执行下述旁通压差变频调节空调冷冻水***水力平衡方法；
进一步地，所述二级泵冷冻水***中，冷水机组采用变流量冷水机组。
基于相同的发明构思，本发明提供一种旁通压差变频调节空调冷冻水***及其水力平衡方法，如附图2所示，具体包括以下步骤：
步骤S1：建立和校核管网水力模型；具体包括如下步骤：
步骤S101：根据冷冻水***的管网CAD底图、用户负荷情况以及基本的***中设备数据建立管网水力模型；其中：设备和用户数据可以从***的设备样本或历史运行数据中获取。
步骤S102：基于冷冻水***历史运行数据对管网模型进行仿真计算和校核；校核的目的使为了保证管网模型中管道的连通拓扑性、管道热损失、管道粗糙度、管道高度以及设备特性与真实情况相同，从而为后续的水泵变频控制提供准确可靠的水力数据。
步骤S2：确定冷冻水***用户侧流量；具体的：用户侧流量来自实测数据，或根据历史运行数据建立的负荷预测模型计算而来。
步骤S3：根据用户侧流量和冷水机组最小流量，按照公式(1)确定旁通管流量。
通常，冷水机组为保证其安全运行，存在冷水机组允许最小流量，当冷冻水流量小于其允许流量下限时，冷水机组便会启动自保护而停止工作。因此，当用户侧流量小于冷水机组允许最小流量时，其余冷冻水便通过旁通管进行旁通；当用户侧流量大于冷水机组允许最小流量时，旁通管不进行旁通，流量为0。因此旁通管流量可以按照公式(1)进行确定。
式中：Q旁：旁通流量，m3/h；；Qmin：冷水机组允许最小流量，m3/h；；Qmax：冷水机组流量上限，m3/h；；Q用：用户侧流量，m3/h。
步骤S4：确定旁通管压差ΔP。具体为：基于如下公式计算旁通管压差ΔP；
ΔP＝SQ2
式中：ΔP为旁通管的压差，m；Q为旁通管的流量，m3/h；；S为旁通管管道阻耗系数。
由于分集水器之间的旁通管设置有压力传感器，因此，可以将此处的旁通压差作为控制信号进行***压力控制；需要改变一次泵的频率来实现压差的出现和测量。例如：设定旁通管压差为0作为下限。当旁通流量大于0时，一次泵应改变频率保证旁通管有足够压差，使得旁通流量和用户流量按照要求分配；当旁通流量等于0时，一次泵应改变频率保证旁通管压差等于0，使得供回水管之间压力相等，不会有多余冷冻水通过旁通回路直接流回冷水机组，更不会产生回水倒流现象。
步骤S5：确定一次泵的最低频率。具体的：在用户流量等于冷水机组最小流量的情况下求得的一次泵的最低频率。
变频水泵实现变流量调节的理论基础来源于泵与风机的相似定律，当实际频率f与额定频率f0不同时，水泵的流量、扬程、频率之间存在以下关系：
H＝a(nQ)2+bknQ+ck2 (2)
式中：H：水泵实际扬程，m；Q：水泵实际流量，m3/h；k：水泵转速比，k＝f/f0；a,b,c:系数，由厂家样本提供；
因此，当水泵流量和水泵扬程已知时，即可求解得到水泵变频频率。
所述确定一次泵运行的最低频率，主要包括以下步骤：
步骤S501：使用户流量等于冷水机组最小流量，旁通管流量等于零，一次泵流量为冷水机组最小流量，二次泵流量为用户流量。
步骤S502：输入用户流量，冷水机组最小流量，旁通管流量，一次泵和二次泵的流量，令二次泵扬程h2＝0，假设一次泵扬程为h1调用管网水力模型计算出旁通管的压差p0。
步骤S503：判断旁通管压差p0是否等于零，若满足，执行步骤S504；否则，执行步骤S505；
由于当旁通流量等于0时，旁通管压差等于0，使得供回水管之间压力相等。
步骤S504：输入一次泵扬程h1，根据公式(2)计算出一次泵频率，即为一次泵运行最小频率。
步骤S505：如果旁通管压差p0<0,增大一次泵扬程；如果p0>0,减小一次泵扬程。重复步骤S502和S503，直至旁通管压差p0＝0。
步骤S6：确定一次泵和二次泵的频率。
所述确定一次泵和二次泵的频率的主要包括以下步骤：
步骤S601：采用公式(3)和(4)，根据用户侧流量，冷水机组流量和旁通管流量确定一次泵和二次泵的流量：
Q二次泵＝Q用 (4)
式中：Q一次泵为一次泵的流量，m3/h；Q二次泵为二次泵的流量，m3/h；
步骤S602：输入用户流量，冷水机组流量，旁通管流量，一次泵和二次泵的流量，令二次泵扬程h2＝0，假设一次泵扬程为h1调用管网水力模型计算出旁通管的压差p0。
步骤S603：判断根据步骤S4确定的旁通管压差和步骤S602仿真计算得到的旁通管压差是否一致，若是，执行步骤S604；否则，执行步骤S606；
步骤S604：输入一次泵扬程h1，根据公式(2)计算出一次泵的频率，判断一次泵频率是否大于其运行的最小频率，如果大于，执行步骤S607；否则，执行步骤S605。
步骤S605：增加一次泵的台数，减小单台一次泵的流量；返回步骤S602；
步骤S606：如果旁通管压差p0<0,增大一次泵扬程；如果旁通管压差p0>0,减小一次泵扬程。返回步骤S602；
步骤S607：令二次泵扬程等于当前最大的用户负压，根据公式(2)计算出二次泵的频率并输出结果。
步骤S7：基于上述确定的一次泵和二次泵的频率进行一次泵和二次泵的频率控制；
优选的：设置所述变频控制模块，基于上述确定的一次泵和二次泵的频率进行一次泵和二次泵的频率控制；
基于相同的发明构思，本发明提出一种基于上述旁通压差变频调节空调冷冻水***水力平衡方法的一次泵变频控制方法，基于上述调节方法，一次泵的变频控制方式主要分为以下三种情况，具体如图3所示：0<Q用<Qmin、Q用＝Qmin、Q用＝Qmin；
所述一次泵变频控制方法，具体为：
步骤SA1：检测用户流量；
步骤SA2：确定用户流量所述情况，基于气所述情况确定一次泵频率和水泵台数；
①0<Q用<Qmin:
当用户流量小于冷水机组最小流量时，冷水机组按照最小流量工况运行，旁通管设定流量为Qmin-Q用，一次泵流量为冷水机组最小流量，二次泵流量为用户流量。此时调用水力仿真模型，计算旁通压差，输出满足条件的一次泵的扬程，此时一次泵流量与冷水机组最小流量相同，利用公式(2)计算得到一次泵频率f1。水泵工作点位于图3中A点。
②Q用＝Qmin:
随着用户侧流量不断增大，当用户流量等于冷水机组最小流量时，冷水机组仍按照最小流量工况运行，旁通管流量为0，一次泵流量仍为冷水机组最小流量。此时调用水力仿真模型，使得旁通压差为0时，输出满足条件的一次泵扬程，利用公式(2)计算得到一次泵频率f2。水泵工作点位于图3中B点。由于此时旁通管路无流量，且旁通压差为0，一次泵所需提供的压力为运行过程中最低状态，因而f2也为水泵工作的最低频率，其他工况下水泵频率必须大于f2，否则需要增加水泵台数。
③Qmin<Q用<Qmax:
当用户流量大于冷水机组最小流量时，冷水机组仍按照用户侧所需流量工况运行，旁通管流量仍为0，一次泵和二次泵的流量为用户流量。此时调用水力仿真模型，直到旁通压差为0时，输出满足条件的一次泵扬程，利用公式(2)计算得到一次泵频率fx。如图3所示，水泵工作点位于Bx点。当用户流量增大到冷水机组流量上限Qmax，即一次泵流量也达到Qmax，此时水泵工作点位于图3中C点，计算得到的工作频率fC也为水泵工作频率上限。
步骤SA3：基于计算得到的水泵台数和工作频率调整一次泵频率和台数；
对于二次泵来说，二次泵流量为用户侧总流量，扬程为用户侧最不利用户设备末端所需的压力。这个就是二次泵的控制目标，通过二次泵的流量和扬程就可以计算出二次泵的频率。二次泵改变频率为保证最不利用户的压力要求。每更新一次用户流量，水力仿真模型也会重新计算一次各个用户侧的压力情况。每次流量的更新计算中，二次泵的扬程假设都为零。二次泵扬程的计算是在一次泵扬程满足要求的情况下进行计算的。此时，二次泵扬程为满足条件的一次泵扬程情况下的用户的最大负压。二次泵流量为用户侧总流量，扬程为满足最不利用户设备末端所需的压力，利用公式(2)即可求解得到二次泵相应工况下的频率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种旁通压差变频调节空调冷冻水***，其特征在于，所述***包括：用户侧设备、变频控制模块、分集水器、旁通管、压力传感器；
所述用户侧设备并行连接，并连接于分集水器；在分集水器中间设置有旁通管，并设置压力传感器，所述压力传感器用于监测供回水干管之间的压差。
所述空调二级泵冷冻水***还包含一次泵和二次泵；所述一次泵负责满足冷水机组旁通回路的压力要求；所述二次泵用于满足最不利用户的压力要求，其他用户富余压力通过设置阀门来控制；
在一次泵和二次泵间设置变频控制模块，用于进行基于水力平衡的压力控制；所述变频控制模块，用于对用户侧压力进行控制。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述变频控制模块，用于通过基于确定的频率调整一次泵和二次泵，对用户侧压力进行控制。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于：适用于高层建筑的空调二级泵冷冻水***。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于：冷水机组采用变流量冷水机组。
5.一种旁通压差变频调节空调冷冻水***水力平衡方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：建立和校核管网水力模型；
步骤S2：确定用户侧流量；
步骤S3：确定旁通管流量；
步骤S4：确定旁通管压差；
步骤S5：确定一次泵的最低频率；
步骤S6：确定一次泵和二次泵的频率；
步骤S7：基于确定的一次泵和二次泵的频率进行一次泵和二次泵的频率控制。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：用户侧流量来自实测数据或根据历史运行数据建立的负荷预测模型计算而来。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤S5中，在用户流量等于冷水机组最小流量的情况下求得的一次泵的最低频率。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S1包括：
步骤S101：根据冷冻水***的管网CAD底图、用户负荷情况以及基本的***中设备数据建立管网水力模型。
步骤S102：基于冷冻水***历史运行数据对管网模型进行仿真计算和校核。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：设备和用户数据设备样本或历史运行数据中获取。
10.一种旁通压差变频调节空调冷冻水***水力平衡控制平台，其特征在于：所述控制平台包括智能建筑控制服务器，和如权利要求1-4中任一项所述的旁通压差变频调节空调冷冻水***；所述变频控制模块用于在智能建筑控制服务器的控制指令下进行一次泵和二次泵的频率控制。
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Denomination of invention: A bypass pressure difference variable frequency regulation air conditioning chilled water system and its hydraulic balance method Granted publication date: 20231010 Pledgee: Changning Sub Branch of Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Shanghai guanran Intelligent Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024310000160 |
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