CN114611288A - 一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于机房节能技术领域，提供了一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型，包括：冷水机组的能耗模型，所述冷水机组的能耗模型用于计算出冷水机组在不同运行工况下的能效比；冷冻水泵的能耗性能模型，所述冷冻水泵的能耗性能模型用于计算出冷冻水泵在不同运行工况下的能耗；冷却塔的热湿交换模型，所述冷却塔的热湿交换模型用于计算出冷却塔在不同运行工况下的运行参数。本发明对各个制冷机房的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、等相关设备建立算法模型在远程界面上手动启停，状态参数监视，频率根据优化算法得出的冷冻水温差设定值自动控制，台数自动加减控制，可保证整个***安全、可靠以及节能。
Description
技术领域
本发明属于机房节能技术领域，尤其涉及一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型。
背景技术
在整个建筑能耗中，中央空调***的能耗占有很大的比例，一般在40～50％左右。而在空调***的能耗中，冷冻机房设备(包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔)约占60％～70％。一个采用电制冷的办公建筑中，空调冷源(冷冻机房)-冷水机组、冷冻和冷却水泵以及冷却塔的全年用电占整个建筑全年用电的30～35％。
空调***中的制冷运行过程为：冷水机组制备一定温度的冷冻水，通过冷冻水泵输送到末端设备，与室内空气进行热交换，吸收室内的热量，同时除去室内空气中多余的水分，以满足室内环境的要求。冷冻水吸收室内的热量后温度升高，再通过冷水机组冷却后循环使用。冷水机组在工作时产生的热量(主要为冷冻水从室内吸收的热量，也包括冷水机组工作时自身损耗所产生的热量)则由循环冷却水吸收，通过冷却水泵输送到冷却塔与室外空气进行热、湿交换，最终散发在大气环境中。因此，如何最大化地节省冷冻机房能耗对降低整体建筑的能耗有着至关重要的意义。
目前，传统机房群控：冷机、水泵、冷却塔单独的闭环控制，仅实现简单变频和冷机加减载控制，这必然会降低其能耗控制的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型，旨在解决上述背景技术中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型，包括：
冷水机组的能耗模型，所述冷水机组的能耗模型用于计算出冷水机组在不同运行工况下的能效比，得到各种***工况下冷水机组的能耗；基于冷水机组的台数控制和加减机策略确定冷水机组运行的台数，并进行加减机判断；
冷冻水泵的能耗性能模型，所述冷冻水泵的能耗性能模型用于计算出冷冻水泵在不同运行工况下的能耗；
冷却塔的热湿交换模型，所述冷却塔的热湿交换模型用于计算出冷却塔在不同运行工况下的运行参数。
在本发明提供的一个实施例中，在所述进行加减机判断之后，向下层控制器发出指令；控制器向冷水机组发出加/减机的信号，并向机组蒸发器和冷凝器进水管上的电动截止阀发出开/关信号。
在本发明提供的一个实施例中，在所述冷却塔的热湿交换模型中，冷却塔的台数控制是在满足不同的排热量需求的前提下，以机房整体能效比的最大值为控制目标，在不同运行组合中寻优而确定冷却塔运行的台数。
在本发明提供的一个实施例中，在确定冷却塔运行的台数之后，向下层控制器发出指令；控制器向冷却塔风机发出启/停信号，并向冷却塔进水管上的电动截止阀发出开/关信号。
在本发明提供的一个实施例中，在所述冷冻水泵的能耗性能模型中，冷冻水泵根据差压信号进行变频调速。
在本发明提供的一个实施例中，在冷却水管路中设流量调节装置的情况下，冷冻水泵的性能模型表示为：Wchwe＝f5(Qchw)f6(Qchw)，其中：Wchwe表示冷冻水泵功率；Qchw表示为冷冻水流量；f5表示为为冷冻水泵功率函数；f6表示为为冷冻水泵功率修正函数。
在本发明提供的一个实施例中，在冷却水管路中未设流量调节装置的情况下，冻水泵的性能模型表示为：Wcwe＝f7(Qcw)f8(Qcw)；其中：Wcwe表示为冷却水泵功率；Qcw表示为冷却水流量；f7表示为冷却水泵功率函数；f8表示为冷却水泵功率修正函数。
在本发明提供的一个实施例中，所述冷却塔的热湿交换模型表示为：Wtower＝f9(P)f10(P)；其中：Wtower表示为冷却塔风机实际功率；P表示为冷却塔风机额定输入功率；f9表示为为冷却塔风机功率函数。
与现有技术相比，本发明对各个制冷机房的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、等相关设备建立算法模型在远程界面上手动启停，状态参数监视，频率根据优化算法得出的冷冻水温差设定值自动控制，台数自动加减控制，可保证整个***在安全、可靠运行的基础上，优化控制机房设备，提高管理水平，给用户提供一个舒适，安全，可持续发展的环境，以达到节约能源及运营成本的目的，营造出符合国家提倡的“节能减排”举措。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型中提到的冷水机组的能耗模型的控制原理图；
图2为一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型中提到的冷冻水泵的能耗性能模型的控制原理图；
图3为一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型中提到的冷却塔的热湿交换模型的控制原理图；
图4为本发明实施例提供的冷水机组的能耗模型的一个曲线示意图；
图5为本发明实施例提供的冷水机组的能耗模型的另一个曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的冷却水泵组不同频率P-Q曲线图；
图7为本发明实施例提供的冷却塔的热湿交换模型的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
目前，在通过高效机房节能逻辑算法模型的节能优化控制策略下，冷冻机房每月都会节省大量电量，这与离心式冷水机组性能特性、水泵变频特性密切相关。一般情况下、离心式冷水机组在60％～80％负荷时的能效最高，水泵在变频情况下功率较之工频运行能耗大量减少。在部分负荷的情形下，整个冷冻机房的节能量非常明显。
目前，传统机房群控：冷机、水泵、冷却塔单独的闭环控制，仅实现简单变频和冷机加减载控制；而模糊控制机房群控则是基于人工操作经验模糊控制，通过机组负荷预测和优化冷量输送优化，可实现***接近最优化状态运行本发明通过高效机房节能逻辑算法模型基于机房***能耗模型的最优化整体控制，通过对若干优化变量的合理取值，使整个冷冻机房的耗电量最低。
本发明对各个制冷机房的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、等相关设备建立算法模型在远程界面上手动启停，状态参数监视，频率根据优化算法得出的冷冻水温差设定值自动控制，台数自动加减控制，可保证整个***在安全、可靠运行的基础上，优化控制机房设备，提高管理水平，给用户提供一个舒适，安全，可持续发展的环境，以达到节约能源及运营成本的目的，营造出符合国家提倡的“节能减排”举措。
以下结合具体实施例对本发明实施例提供的高效机房节能算法模型的具体实现进行详细描述。
如图1-7所示，在本发明提供的一个优选实施方式中，一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型，所述的节能算法模型包括：
冷水机组的能耗模型，所述冷水机组的能耗模型用于计算出冷水机组在不同运行工况下的能效比，得到各种***工况下冷水机组的能耗；基于冷水机组的台数控制和加减机策略确定冷水机组运行的台数，并进行加减机判断；
冷冻水泵的能耗性能模型，所述冷冻水泵的能耗性能模型用于计算出冷冻水泵在不同运行工况下的能耗；
冷却塔的热湿交换模型，所述冷却塔的热湿交换模型用于计算出冷却塔在不同运行工况下的运行参数。
作为优选，在本发明实施例中，在所述进行加减机判断之后，向下层控制器发出指令；控制器向冷水机组发出加/减机的信号，并向机组蒸发器和冷凝器进水管上的电动截止阀发出开/关信号。
作为优选，在本发明实施例中，在所述冷却塔的热湿交换模型中，冷却塔的台数控制是在满足不同的排热量需求的前提下，以机房整体能效比的最大值为控制目标，在不同运行组合中寻优而确定冷却塔运行的台数。
作为优选，在本发明实施例中，在确定冷却塔运行的台数之后，向下层控制器发出指令；控制器向冷却塔风机发出启/停信号，并向冷却塔进水管上的电动截止阀发出开/关信号。
作为优选，在本发明实施例中，在所述冷冻水泵的能耗性能模型中，冷冻水泵根据差压信号进行变频调速。
作为优选，在本发明实施例中，在冷却水管路中设流量调节装置的情况下，冷冻水泵的性能模型表示为：Wchwe＝f5(Qchw)f6(Qchw)，其中：Wchwe表示冷冻水泵功率；Qchw表示为冷冻水流量；f5表示为为冷冻水泵功率函数；f6表示为为冷冻水泵功率修正函数。
作为优选，在本发明实施例中，在冷却水管路中未设流量调节装置的情况下，冻水泵的性能模型表示为：
Wcwe＝f7(Qcw)f8(Qcw)；
其中：
Wcwe表示为冷却水泵功率；
Qcw表示为冷却水流量；
f7表示为冷却水泵功率函数；
f8表示为冷却水泵功率修正函数。
作为优选，所述冷却塔的热湿交换模型表示为：
Wtower＝f9(P)f10(P)；
其中：
Wtower表示为冷却塔风机实际功率；
P表示为冷却塔风机额定输入功率；
f9表示为为冷却塔风机功率函数。
在本发明实施例提供的节能算法模型通过我们建立的冷水机组的能耗模型，可以精确计算出冷水机组在各运行工况下(如：不同的冷冻水进出水温、冷却水进出水温、部分负荷率等)的能效COP，即能效比，从而得到各种***工况下冷水机组的能耗。
进一步的，在本发明实施例中，冷水机组的台数控制和加减机策略是基于优化程序的计算结果来执行的。即在满足不同的冷负荷需求的前提下，以机房整体能效比最高为控制目标，在不同运行组合中寻优而确定冷水机组运行的台数，并进行加减机判断。
进一步的，在本发明实施例中，当中央计算机完成加减机判断后，即向下层控制器发出指令；控制器向冷水机组发出加/减机的信号，并向机组蒸发器和冷凝器进水管上的电动截止阀发出开/关信号。机组将根据来自信号进入自身的加减机自检程序。
进一步的，在本发明实施例中，通过我们建立的冷冻水泵的能耗模型，可以精确计算出冷冻水泵在各运行工况下(如：不同的冷冻水流量、扬程和运行频率等)的能耗。
进一步的，在本发明实施例中，冷冻水泵的能耗计算公式仅考虑冷冻水泵根据差压信号进行变频调速，根据优化算法找到其优化后的工作点。冷冻水供水压差设定值根据末端需求流量重置，冷冻水泵根据重置后的压差设定值工作，通过优化算法计算得到所需流量，通过变频控制运行在此优化后的工作点。
当中央计算机完成当前所需冷冻水泵台数的寻优计算后，即向下层控制器发出指令；控制器向冷冻水泵发出启/停信号。
在本发明实施例中，本发明提供的节能算法模型通过我们建立的冷却水泵的能耗模型，可以精确计算出冷却水泵在各运行工况下(如：不同的冷却水流量、扬程和运行频率等)的能耗。
冷却水泵的台数和运行频率控制都是基于流量优化及温度控制来执行的，以机房整体能效比最高为控制目标，在不同的组合中寻优而确定冷却水泵的运行方式。
当中央计算机完成当前所需冷却水泵台数的寻优计算后，即向下层控制器发出指令；控制器向冷却水泵发出启/停信号。
本发明实施例提供的节能算法模型通过我们建立的冷却塔的热湿交换模型，可以精确计算出冷却塔在各工况下(如：不同的冷却水进出水温、冷却水流量、排热量、室外湿球温度等)的运行参数。
冷却塔的台数控制是基于优化程序的计算结果来执行的，即在满足不同的排热量需求的前提下，以机房整体能效比最高为控制目标，在不同运行组合中寻优而确定冷却塔运行的台数。
当中央计算机完成当前所需冷却塔台数的寻优计算后，即向下层控制器发出指令；控制器向冷却塔风机发出启/停信号，并向冷却塔进水管上的电动截止阀发出开/关信号。
综上所述，本发明实施例提供的中央空调***智能化高效机房节能算法模型具有如下的技术优势：
在冷水机组方面，本发明提供的高效机房节能逻辑算法模型跟踪冷水机组的效率曲线，使冷水机组始终运行在效率较高点附近，根据室外温度重置冷冻水以及冷却水的供水温度。采用高效机房节能逻辑算法模型控制后每年可以节电244,374kWh；
在水泵方面，本发明通过采用高效机房节能逻辑算法模型，一方面会通过变频控制对水泵转速进行调节，使水泵始终运行在效率最高点附近，另一方面会通过改变运行台数来优化水泵的能耗。使用高效机房节能逻辑算法模型后，冷冻水泵每年可以节电311,390kWh，冷却水泵每年可以节电355,448kWh。
在冷却塔方面，本买房通过高效机房节能逻辑算法模型能够根据冷水机房整体能效最高为目标控制进塔水温，同时控制冷却塔的开启台数控制。采用高效机房节能逻辑算法模型后，冷却塔每年可以节电174,915kWh。
以上各方案均只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种中央空调***智能化高效机房节能算法模型，其特征在于，包括：
冷水机组的能耗模型，所述冷水机组的能耗模型用于计算出冷水机组在不同运行工况下的能效比，得到各种***工况下冷水机组的能耗；基于冷水机组的台数控制和加减机策略确定冷水机组运行的台数，并进行加减机判断；
冷冻水泵的能耗性能模型，所述冷冻水泵的能耗性能模型用于计算出冷冻水泵在不同运行工况下的能耗；
冷却塔的热湿交换模型，所述冷却塔的热湿交换模型用于计算出冷却塔在不同运行工况下的运行参数。
2.根据权利要求1所述的中央空调***智能化高效机房节能算法模型，其特征在于，在所述进行加减机判断之后，向下层控制器发出指令；控制器向冷水机组发出加/减机的信号，并向机组蒸发器和冷凝器进水管上的电动截止阀发出开/关信号。
3.根据权利要求2所述的中央空调***智能化高效机房节能算法模型，其特征在于，在所述冷却塔的热湿交换模型中，冷却塔的台数控制是在满足不同的排热量需求的前提下，以机房整体能效比的最大值为控制目标，在不同运行组合中寻优而确定冷却塔运行的台数。
4.根据权利要求3所述的中央空调***智能化高效机房节能算法模型，其特征在于，在确定冷却塔运行的台数之后，向下层控制器发出指令；控制器向冷却塔风机发出启/停信号，并向冷却塔进水管上的电动截止阀发出开/关信号。
5.根据权利要求4所述的中央空调***智能化高效机房节能算法模型，其特征在于，在所述冷冻水泵的能耗性能模型中，冷冻水泵根据差压信号进行变频调速。
6.根据权利要求5所述的中央空调***智能化高效机房节能算法模型，其特征在于，在冷却水管路中设流量调节装置的情况下，冷冻水泵的性能模型表示为：Wchwe＝f5(Qchw)f6(Qchw)，其中：Wchwe表示冷冻水泵功率；Qchw表示为冷冻水流量；f5表示为为冷冻水泵功率函数；f6表示为为冷冻水泵功率修正函数。
7.根据权利要求6所述的中央空调***智能化高效机房节能算法模型，其特征在于，在冷却水管路中未设流量调节装置的情况下，冻水泵的性能模型表示为：Wcwe＝f7(Qcw)f8(Qcw)；其中：Wcwe表示为冷却水泵功率；Qcw表示为冷却水流量；f7表示为冷却水泵功率函数；f8表示为冷却水泵功率修正函数。
8.根据权利要求4-6任一所述的中央空调***智能化高效机房节能算法模型，其特征在于，所述冷却塔的热湿交换模型表示为：Wtower＝f9(P)f10(P)；其中：Wtower表示为冷却塔风机实际功率；P表示为冷却塔风机额定输入功率；f9表示为为冷却塔风机功率函数。
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