CN200975766Y - 区域集中供冷冷量调节*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供区域集中供冷冷量调节***，包括冷冻站服务器、冷冻站控制器、二级冷量交换站控制器、末端控制器、远程监控计算机、本地监控计算机，冷冻站服务器通过转换器与冷冻站控制器及二级冷量交换站控制器连接，多个远程监控计算机通过转换器与冷冻站控制器及多个二级冷量交换站控制器连接，每个二级冷量交换站控制器通过工业控制网络与本地监控计算机及多个末端控制器分别连接。本实用新型可提高供冷管网供回水温差，降低供冷水泵功耗，大幅提高供冷管网供水温度及制冷主机运行效率，减少供冷管道冷量损失。

Description

区域集中供冷冷量调节***

技术领域

本实用新型涉及中央空调节能控制技术，具体是指区域集中供冷冷量调节***。

背景技术

区域集中供冷由于具有能源使用效率提高，环境热污染低，可以有效降低设备容量和减少机房占地面积等优点，正在世界范围内快速推广使用，已经成为现代空调发展的重要方面。但是区域集中供冷也带来了以下技术难题：

(1)制冷***能效比降低：常规建筑暖通空调设计供回水温度为7℃/12℃，由于区域供冷二级冷量交换站板式换热器换热特性决定了管网回水温度低于建筑空调回水温度，为了提高管网冷冻水输送效率，减少区域供冷管网投资，目前区域集中供冷一般采用降低管网供水温度(一般为2～3℃)，实现大温差(一般为10℃左右)、小流量低温供水。在运行过程中，为了保证管网实现大温差、小流量工艺设计参数，二级冷量交换站供冷量调节采用以下两种方式：①恒温差控制，即以恒定温差为控制目标，通过调节板式换热器一次侧(管网侧)供水流量满足用户冷负荷变化。②恒供水温度控制，即以用户侧恒定供水温度为控制目标，通过调节板式换热器一次侧(管网侧)供水流量实现用户侧供水温度恒定。这两种控制方式都会使得管网冷冻供水温度过低，造成冷冻站制冷主机效率下降(在制冷量不变的前提下，电制冷主机冷冻出水温度每降低1℃，主机能耗增加2％～3％)，生产相同冷量所需能耗增加。(采用冰蓄冷技术的区域供冷***在制冰过程中，制冷机效率更是远远低于制冷状态)，因此低温供水带来了制冷***能效比降低的问题；

(2)供冷水泵的能耗大：由于区域供冷距离远、管网阻力大，供冷水泵功率及扬程远远大于常规中央空调冷水泵，如何有效减少水流量，降低水泵电能消耗，是提高区域供冷效率需要解决的关键问题之一；

(3)区域供冷室外管网冷量损失大：由于区域集中供冷管网距离达到几公里至数十公里，低温供水管道与周边介质温差过大会造成冷量损失增加。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供区域集中供冷冷量调节***，其可以大幅度提高供冷管网供水温度，提高制冷主机运行效率，而且可以在一定程度上提高供冷管网供回水温差，降低供冷水泵功率消耗，减少供冷管道冷量损失。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：本区域集中供冷冷量调节***，包括冷冻站服务器、冷冻站控制器、二级冷量交换站控制器、末端控制器、远程监控计算机、本地监控计算机，所述冷冻站服务器通过转换器与冷冻站控制器及二级冷量交换站控制器连接，多个远程监控计算机通过转换器与冷冻站控制器及多个二级冷量交换站控制器连接，每个二级冷量交换站控制器通过工业控制网络与本地监控计算机及多个末端控制器分别连接。

为了更好得实现本实用新型，所述冷冻站控制器连接有模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块；模拟量输入模块与制冷主机、冷水变频循环水泵、冰蓄冷***变频循环水泵、制冷主机出水温度传感器、制冷主机出水流量计、冰蓄冷***出水温度传感器、冰蓄冷***出水流量计、冷冻站板式热交换器一次侧供水温度传感器、冷冻站板式热交换器一次侧回水温度传感器、区域集中供冷管网供水温度传感器、区域集中供冷管网回水温度传感器、区域集中供冷管网变频循环供水泵、区域集中供冷管网供水流量计、区域集中供冷管网供回水压差传感器分别连接；所述模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块分别与制冷主机、冷水变频循环水泵、冰蓄冷***变频循环水泵、区域集中供冷管网变频循环供水泵连接。

所述二级冷量交换站控制器与二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水温度传感器、二级冷量交换站板式热交换器一次侧回水温度传感器、建筑供冷管网供水温度传感器、建筑供冷管网回水温度传感器、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量调节阀、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量计、建筑供冷管网变频循环水泵、建筑供冷管网供回水压差传感器分别连接。

所述末端控制器与末端空调设备、末端空调设备供水流量调节阀、环境温湿度传感器分别连接。

所述末端空调设备包括柜式空调机、风机盘管、新风机；所述环境温湿度传感器的测量区域包括室内及新风管道。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)减少水流量，降低水泵能耗：采用上述中央空调末端设备冷量调节方法和区域集中供冷二级冷交换站冷量调节方法，可以有效提高建筑供冷管网供水温度和回水温度，使区域供冷管网供回水温差增大，供冷水流量减少。在集中供冷管网供水温度不变的前提下，可以将管网回水温度提高30％以上，使供水水泵流量减少30％以上，供水泵节能30％以上；

(2)减小主机能耗，提高制冷主机效率：采用上述区域集中供冷管网供水温度调节方法，在保证集中供冷一次侧管网供回水温差不变前提下，可以将供冷管网的供水和回水温度提高3～6℃，使冷冻站制冷主机效率提高约6％～18％；

(3)减少区域供冷室外管网冷量损失：由于供回水温度的提高，可以减少冷冻水输送过程中的冷量损失10％～30％。

(4)在干燥气候条件下，由于建筑供冷管网供水温度提高，可以有效减少室内水分散失，避免环境湿度过低，提高环境舒适度，同时减少空调***潜热负荷冷量消耗。

(5)降低区域集中供冷***冷量单价成本，减少用户空调费用支出。

附图说明

图1为区域集中供冷***结构原理图；

图2为冷冻站供冷***结构原理图；

图3为建筑供冷中央空调***结构原理图；

图4为中央空调末端设备冷量调节工作原理图；

图5为本实用新型区域集中供冷冷量调节***结构原理图；

图6为图5所示冷冻站控制器结构原理图；

图7为图5所示二级冷量交换站控制器结构原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1～3所示，依次为目前的区域集中供冷***及其冷冻站供冷***、建筑供冷中央空调***的***结构，其中：

1、冷冻站，2、区域集中供冷管网供水管道，3、区域集中供冷管网回水管道，4、二级冷量交换站，5、建筑供冷管网供水管道，6、建筑供冷管网回水管道，7、末端空调设备(包括柜式空调机、风机盘管和新风机)，8、制冷主机，9、冷水变频循环水泵，10、蓄冰池，11、冰蓄冷***变频循环水泵，12、制冷主机出水温度传感器，13、制冷主机出水流量计，14、冰蓄冷***出水温度传感器，15、冰蓄冷***出水流量计，16、冷冻站板式换热器，17、冷冻站板式换热器一次侧供水温度传感器，18、冷冻站板式换热器一次侧回水温度传感器，19、区域集中供冷管网供水温度传感器，20、区域集中供冷管网回水温度传感器，21、区域集中供冷管网变频循环水泵，22、区域集中供冷管网供水流量计，23、区域集中供冷管网供回水压差传感器，24、二级冷量交换站板式换热器，25、二级冷量交换站板式换热器一次侧供水温度传感器，26、二级冷量交换站板式换热器一次侧回水温度传感器，27、建筑供冷管网供水温度传感器，28、建筑供冷管网回水温度传感器，29、二级冷量交换站板式换热器一次侧供水流量调节阀，30、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量计，31、建筑供冷管网变频循环水泵，32、建筑供冷管网供回水压差传感器，33、末端空调设备供水流量调节阀，34、末端控制器，35、环境温湿度传感器

本实用新型区域集中供冷冷量调节***，适用于对上述区域集中供冷***及其冷冻站供冷***、建筑供冷中央空调***进行供冷冷量调节。如图5所示，本区域集中供冷冷量调节***，包括冷冻站服务器40、冷冻站控制器36、二级冷量交换站控制器37、末端控制器34、远程监控计算机41、本地监控计算机38，冷冻站服务器40通过转换器39与冷冻站控制器36及二级冷量交换站控制器37连接，多个远程监控计算机41通过转换器39与冷冻站控制器36及多个二级冷量交换站控制器37连接，每个二级冷量交换站控制器37通过工业控制网络与本地监控计算机38及多个末端控制器34分别连接。

如图6所示，冷冻站控制器36连接有模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块；模拟量输入模块与制冷主机8、冷水变频循环水泵9、冰蓄冷***变频循环水泵11、制冷主机出水温度传感器12、制冷主机出水流量计13、冰蓄冷***出水温度传感器14、冰蓄冷***出水流量计15、冷冻站板式热交换器一次侧供水温度传感器17、冷冻站板式热交换器一次侧回水温度传感器18、区域集中供冷管网供水温度传感器19、区域集中供冷管网回水温度传感器20、区域集中供冷管网变频循环供水泵21、区域集中供冷管网供水流量计22、区域集中供冷管网供回水压差传感器23分别连接；模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块分别与制冷主机8、冷水变频循环水泵9、冰蓄冷***变频循环水泵11、区域集中供冷管网变频循环供水泵21连接。

如图7所示，二级冷量交换站控制器37与二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水温度传感器25、二级冷量交换站板式热交换器一次侧回水温度传感器26、建筑供冷管网供水温度传感器27、建筑供冷管网回水温度传感器28、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量调节阀29、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量计30、建筑供冷管网变频循环水泵31、建筑供冷管网供回水压差传感器32分别连接。

如图3所示，末端控制器34与末端空调设备7、末端空调设备供水流量调节阀33、环境温湿度传感器35分别连接。

末端空调设备7包括柜式空调机、风机盘管、新风机；环境温湿度传感器35的测量区域包括室内及新风管道。

本区域集中供冷冷量调节***的调节过程，是采用区域集中供冷三级逆向调节方式，包括中央空调末端空调设备冷量调节、区域集中供冷二级冷交换站冷量调节、区域集中供冷管网供水温度调节，其中：

(一)所述中央空调末端空调设备冷量调节，是指根据末端空调设备冷量计算公式：Q＝Cp*q*ΔT，其中Q为冷负荷，Cp为水的比热容，ΔT为末端空调设备的供回水温差，通过维持末端空调设备供水流量q恒定，以制冷区域温、湿度满足设定范围T≤Tmax，RH≤Rhmax为控制目标，对建筑供冷管网供水温度进行调节，从而使ΔT变化，实现中央空调末端空调设备冷量调节。

如图4所示，Tmax为制冷区域温度设定值上限，Td为满足制冷区域湿度设定值上限RHmax对应的建筑供冷供水温度上限，曲线3为冷负荷Q变化曲线。曲线1、2分别为本实用新型冷负荷Q变化过程中建筑供冷供水温度供水温度和末端空调设备回水温度调节曲线。曲线T1、T2分别为冷负荷Q变化过程中常规中央空调***末端空调设备供水温度和回水温度曲线，常规中央空调***的末端空调设备冷量调节采用维持建筑供冷供水温度和末端空调设备回水温度恒定，通过调节供水流量来调节冷量。Tg、Th和Tgo、Tho分别为某一冷负荷下，两种调节方法相应的建筑供冷供水温度和末端空调设备回水温度工作点。从图4中工作点位置可以看出，采用本实用新型冷量调节方法可以有效提高建筑供冷供水温度和末端空调设备回水温度。

本实用新型所述中央空调末端空调设备冷量调节，步骤包括：

(1)通过末端控制器34将末端空调设备供水流量调节阀33开至100％；

(2)通过二级冷量交换站控制器37的模拟量输出模块调节二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水调节阀29开度，使二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量计30数值变化，从而使建筑供冷管网供水温度和末端空调设备供回水温差ΔT变化，实现对末端空调设备7冷量调节。

(二)所述区域集中供冷二级冷交换站冷量调节，其步骤包括：

(1)自动查找温、湿度点为最不利工作点的末端空调设备并进行冷量调节：当采用区域集中供冷的二级冷量交换站开始工作时，建筑冷负荷为最大，二级冷量交换站控制器37通过模拟量输出模块将二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量调节阀29开度调节至100％；通过末端控制器34启动需要制冷的末端空调设备7，并将末端空调设备供水流量调节阀33开至100％，实现快速制冷；

当所有需要制冷的区域的环境温湿度传感器35测得的温、湿度达到设定范围即T≤Tmax，RH≤Rhmax后，由于室内冷负荷减小，室内温、湿度开始下降，此时二级冷量交换站控制器37通过模拟量输出模块将二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量调节阀29开度减小，使二级冷量交换站板式热交换器供水流量计30数值减少，从而使建筑供冷管网供水温度升高，当建筑内出现第一个环境温、湿度测量值高于设定值上限(T≥Tmax或RH≥Rhmax)时，该温、湿度点即为当前最不利工作点；

此时通过末端控制器34继续保持该最不利工作点末端空调设备供水流量调节阀33开度最大，同时，以使该最不利工作点T≤Tmax，RH≤RHmax为控制目标，通过二级冷量交换站控制器37调节二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量调节阀29开度，使二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量变化，从而使建筑供冷管网供水温度及末端空调设备的供回水温差ΔT值变化，实现对该最不利工作点环境温、湿度的控制和该最不利工作点对应冷负荷的自动调节；此时得到的建筑供冷管网供水温度值为Tg即为该建筑二级冷量交换站当前建筑供冷管网供水温度控制目标值；此时，对于非最不利工作点环境温、湿度的调节则由末端控制器34通过调节末端空调设备供水调节阀33开度，调节末端空调设备7供水流量实现；

(2)最不利工作点的动态辨识及建筑供冷管网供水温度值Tg的动态调节：由于建筑内部冷负荷的变化，最不利工作点不是恒定的，当供冷***出现第二台末端空调设备7对应的环境温、湿度高于设定值，且通过末端控制器34测得到该末端空调设备供水流量调节阀33开度为100％，该末端空调设备7一直处于运行状态时，则该温、湿度点成为新的当前最不利工作点，此时建筑供冷管网供水温度按新的最不利工作点依据区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节步骤(1)进行调节控制；

(3)当最不利工作点RH＝RHmax时环境温度的调节：由末端控制器34通过调节末端空调设备供水流量调节阀33开度，调节末端空调设备7供水流量实现。

(三)所述区域集中供冷管网供水温度调节，其步骤包括：

(1)自动查找Tg最小和进水调节阀开度最大的最不利工作点的二级冷量交换站：在所有二级冷量交换站4实现步骤(一)、(二)之后，冷冻站服务器40通过转换器39采集所有二级冷量交换站控制器37中建筑供冷管网供水温度值Tg、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量调节阀29开度值K，并对所有Tg和K进行比较，得到Tg最小值Tg-min和K最大值Kmax，Tg-min和Kmax对应的二级冷量交换站4即为最不利工作点的二级冷量交换站4；

(2)冷冻站供冷出水温度调节：冷冻站服务器40通过转换器39将Tg-min和Kmax值发送给冷冻站控制器36，冷冻站控制器36以Tg-min为控制目标，以使Kmax≤90％～95％(其余5％～10％作为二级冷量交换站预留的冷量调节余量)为约束条件，通过模拟量输出模块调节制冷主机8出水温度给定值，或调节冰蓄冷***变频循环水泵11的频率给定以调节冰水流量调节区域供冷管网供水温度值，实现对Tg-min的随动控制；

(3)冷冻站供冷最小供回水压差ΔPmin确定及供水流量调节：冷冻站服务器40通过转换器39向所有二级冷量交换站控制器37发出二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水调节阀29开启至100％强制指令，并读取所有二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水调节阀29开度值，当所有二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水调节阀29开启至100％后，再读取二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量计30数值，并向冷冻站控制器36发出管网流量调节指令，冷冻站控制器36通过模拟量输出模块和数字量输出模块调节区域集中供冷管网变频循环水泵21频率和台数，使所有二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量计30数值达到设计流量，此时冷冻站控制器36测得的冷冻站1供冷供回水压差ΔP即为最小供回水压差ΔPmin，获得ΔPmin后，冷冻站服务器40通过转换器39向所有二级冷量交换站控制器37发出二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水调节阀开启至100％解除指令，冷冻站控制器36以ΔPmin为供回水压差设定值，通过模拟量输出模块和数字量输出模块调节区域集中供冷管网变频循环水泵21频率和台数，使ΔPmin维持恒定，实现对区域供冷流量的调节；

(4)最不利二级冷量交换站的动态辨识：冷冻站服务器40通过转换器39不断采集所有二级冷量交换站控制器37中建筑供冷管网供水温度值Tg、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量调节阀29开度值K，并对所有Tg和K进行比较，得到当前Tg最小值Tg-min和K最大值Kmax，Tg-min和Kmax对应的二级冷量交换站4即为当前最不利工作点的二级冷量交换站4，此时冷冻站1按上述区域集中供冷管网供水温度调节的步骤(2)进行调节。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

Claims (5)

1、区域集中供冷冷量调节***，其特征在于：包括冷冻站服务器、冷冻站控制器、二级冷量交换站控制器、末端控制器、远程监控计算机、本地监控计算机，所述冷冻站服务器通过转换器与冷冻站控制器及二级冷量交换站控制器连接，多个远程监控计算机通过转换器与冷冻站控制器及多个二级冷量交换站控制器连接，每个二级冷量交换站控制器通过工业控制网络与本地监控计算机及多个末端控制器分别连接。

2、按权利要求1所述区域集中供冷冷量调节***，其特征在于：所述冷冻站控制器连接有模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块；模拟量输入模块与制冷主机、冷水变频循环水泵、冰蓄冷***变频循环水泵、制冷主机出水温度传感器、制冷主机出水流量计、冰蓄冷***出水温度传感器、冰蓄冷***出水流量计、冷冻站板式热交换器一次侧供水温度传感器、冷冻站板式热交换器一次侧回水温度传感器、区域集中供冷管网供水温度传感器、区域集中供冷管网回水温度传感器、区域集中供冷管网变频循环供水泵、区域集中供冷管网供水流量计、区域集中供冷管网供回水压差传感器分别连接；所述模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块分别与制冷主机、冷水变频循环水泵、冰蓄冷***变频循环水泵、区域集中供冷管网变频循环供水泵连接。

3、按权利要求1所述区域集中供冷冷量调节***，其特征在于：所述二级冷量交换站控制器与二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水温度传感器、二级冷量交换站板式热交换器一次侧回水温度传感器、建筑供冷管网供水温度传感器、建筑供冷管网回水温度传感器、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量调节阀、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量计、建筑供冷管网变频循环水泵、建筑供冷管网供回水压差传感器分别连接。

4、按权利要求1所述区域集中供冷冷量调节***，其特征在于：所述末端控制器与末端空调设备、末端空调设备供水流量调节阀、环境温湿度传感器分别连接。

5、按权利要求4所述区域集中供冷冷量调节***，其特征在于：所述末端空调设备包括柜式空调机、风机盘管、新风机；所述环境温湿度传感器的测量区域包括室内及新风管道。

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