專利名稱：中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷水機(jī)組能耗控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的控制技術(shù)，更具體地說，涉及中 央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
空調(diào)系統(tǒng)中的制冷運(yùn)行過程為冷水機(jī)組制備一 定溫度的冷凍水，通 過冷凍水泵輸送到末端設(shè)備，與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，吸收室內(nèi)的熱量， 同時除去室內(nèi)空氣中多余的水分，以滿足室內(nèi)環(huán)境的要求。冷凍水吸收室 內(nèi)的熱量后溫度升高，再通過冷水機(jī)組冷卻后循環(huán)使用。冷水機(jī)組在工作 時產(chǎn)生的熱量(主要為冷凍水從室內(nèi)吸收的熱量，也包括冷水機(jī)組工作時 壓縮機(jī)及自身損耗所產(chǎn)生的熱量)則由循環(huán)冷卻水吸收，通過冷卻水泵輸 送到冷卻塔與室外空氣進(jìn)行熱、濕交換，最終散發(fā)在大氣環(huán)境中。
冷水機(jī)組的效率受到多種因素的影響，可以看作是多種因素的函數(shù)。 主要因素有機(jī)組供冷量、冷凍水供水溫度(或冷水機(jī)組蒸發(fā)壓力)、冷卻 水進(jìn)水溫度/出水溫度(或冷水機(jī)組冷凝壓力)等。 一般而言，這些因素與 冷水機(jī)組的效率之間的關(guān)系為
在供冷量等于額定容量的45%~75%之間時，機(jī)組效率出現(xiàn)峰值；
機(jī)組冷凍水出水溫度越高，則機(jī)組效率越高；
在一定的范圍內(nèi)，機(jī)組冷卻水進(jìn)水溫度越低，則機(jī)組效率越高。
同樣，離心水泵的效率也是其流量的函數(shù)， 一般在水泵流量75%~90% 的范圍內(nèi)，水泵效率出現(xiàn)峰值。
同時，供水方式(恒壓供水或非恒壓供水)和水泵轉(zhuǎn)速也會影響水泵 效率。
根據(jù)以上描述，對于相同的室內(nèi)制冷負(fù)荷要求，可以有不同的滿足方 法。既可以采用較低的冷凍水供水溫度及較小的冷凍水流量，此時冷水機(jī) 組的能耗較高，但冷凍水泵的能耗較低，或者采用較高的冷凍水供水溫度和較大的冷凍水流量。同樣，對于相同的冷水機(jī)組出力要求，可以選擇使 其工作在較低的冷凝壓力下，此時冷水機(jī)組的能耗較低，但是由于較低的
冷凝壓力需要較高的冷卻水流量，因而冷卻水泵的能耗較高；或者相反，
采用冷水機(jī)組能耗較高而冷卻水泵能耗較低的工作方式。
當(dāng)多臺冷水機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時，將有更多的選擇可能。相同的制冷負(fù)荷 要求可以用較多的冷水機(jī)組同時工作，而每臺工作在較低負(fù)荷下來滿足， 也可以用較少的冷水才幾組同時工作，而每臺冷水沖幾組工作在4矣近滿負(fù)荷下 來滿足。冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔之間也可以不按照"—— 對應(yīng)"的方式進(jìn)4于工作。
由于冷水機(jī)組、冷凍水泵和冷卻水泵的效率都有峰值存在，而在實際 運(yùn)行時，這些設(shè)備的工況一般不會恰好同時運(yùn)行在各自的峰值效率點上。 同時，冷凍水的溫度與流量，及冷卻水的溫度與流量都允許在一定的范圍 內(nèi)變化，而不會對滿足制冷需求造成影響。這樣，就有可能通過統(tǒng)籌考慮， 通過合理選擇冷水機(jī)組出力、冷凍水供水溫度及流量、冷卻水進(jìn)水溫度以 及冷卻塔工作狀態(tài)等參數(shù)，調(diào)整各設(shè)備的工作狀態(tài)，達(dá)到使整個冷凍機(jī)房 設(shè)備運(yùn)行效率最高的優(yōu)化目標(biāo)。

實用新型內(nèi)容
本實用新型旨在提供一種能優(yōu)化整個冷凍機(jī)房設(shè)備運(yùn)行效率，從而降 低整個空調(diào)制冷系統(tǒng)的總能耗的方法及裝置。
根據(jù)本實用新型的實施例，提供一種中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷水機(jī)組能
耗控制裝置，包括
設(shè)備特性采集裝置，采集冷水機(jī)組的設(shè)備特性；
一組回歸計算裝置，與設(shè)備特性采集裝置通信，基于設(shè)備特性采集裝 置采集的冷水機(jī)組的設(shè)備特性進(jìn)行回歸運(yùn)算，得到一組能耗回歸值；
能耗計算裝置，與設(shè)備特性采集裝置以及所述回歸計算裝置通信，基 于所述能耗回歸值計算冷水機(jī)組的能耗。
在一個實施例中，設(shè)備特性采集裝置采集的冷水機(jī)組的設(shè)備特性包括
冷凍水供水溫度^肌；水冷設(shè)備的冷卻水進(jìn)水溫度，或者風(fēng)冷設(shè)備的室外空氣干球溫度
冷水^L組容量Q;
冷水機(jī)組在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的額定容量Qref; 在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的輸入功率Pref。 在一個實施例中，該一組回歸計算裝置包括
第一回歸計算裝置，可通信地連接到設(shè)備特性采集裝置，根據(jù)^ws和
Us/。a游到第一能耗回歸值；
第二回歸計算裝置，可通信地連接到設(shè)備特性采集裝置，根據(jù)^附和
fcws/。a得到第二能耗回歸值；
第四回歸計算裝置，可通信地連接到設(shè)備特性采集裝置和第一回歸裝
置，根據(jù)Q、 Qref和第一能耗回歸值得到第四能耗回歸值；
第三回歸計算裝置，可通信地連接到第四回歸計算裝置，根據(jù)第四能
耗回歸值得到第三能耗回歸值。
在一個實施例中，能耗計算裝置基于&ef以及第一能耗回歸值、第二能
耗回歸值和第三能耗回歸值計算冷水機(jī)組的輸入功率P為
P = Prefx第一能耗回歸值X第二能耗回歸值x第三能耗回歸值。
根據(jù)本實用新型的實施例，提供一種中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗控制方 法，包括
采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中各個設(shè)備的設(shè)備特性，根據(jù)設(shè)備特性建立每
一個設(shè)備的能耗模型；
以 一 定的時間間隔采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷負(fù)荷的實際值，根據(jù) 當(dāng)前的制冷負(fù)荷的實際值、以及每一個設(shè)備的能耗模型，計算系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn) 行狀態(tài)，系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)使得所有設(shè)備的總能耗最低；
根據(jù)系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整每一個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；
重復(fù)采集制冷負(fù)荷的實際值、計算系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)、以及調(diào)整每一 個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的過程。
在一個實施例中，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中包括冷水機(jī)組，對于冷水機(jī)組， 采集的設(shè)備特性包括冷凍水供水溫度；
水冷設(shè)備的冷卻水進(jìn)水溫度，或者風(fēng)冷設(shè)備的室外空氣干球溫
度；
Q，冷水機(jī)組容量；
Qref,冷水機(jī)組在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的額定容量；
Pref，在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的輸入功率；
冷水機(jī)組的能耗模型通過上述設(shè)備特性的回歸運(yùn)算得到，包括
根據(jù)fc/ws和fcws/。a^尋到第 一 函數(shù)；
沖艮據(jù)L/ws和fcws/oa得到第二函數(shù)；
根據(jù)Q、 Qref和第一函數(shù)得到第四函數(shù)；
根據(jù)第四函數(shù)得到第三函數(shù)； 冷水機(jī)組的輸入功率P為
P = Prefx第一函數(shù)x第二函數(shù)x第三函數(shù)。
在一個實施例中，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中包括冷卻水泵，對于冷卻水泵，
采集的設(shè)備特性包括 Qcw:冷卻水流量；
冷卻水泵的能耗模型假設(shè)冷卻水管路中沒有流量調(diào)節(jié)裝置，首先得到 以冷卻水流量為自變量的冷卻水泵功率值，再得到以冷卻水流量為自變量 的冷卻水泵功率修正值，
冷卻水泵功率1/1/cwe為
lVcwe=冷卻水泵功率值x冷卻水泵功率修正值。 在一個實施例中，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中包括冷凍水泵，對于冷凍水泵， 采集的設(shè)備特性包括 Qcftw:冷凍水流量；
冷凍水泵的能耗模型假設(shè)冷凍水泵根據(jù)差壓信號進(jìn)行變頻調(diào)速，且差 壓傳感器安裝在冷凍水供、回水總管處，首先得到以冷凍水流量為自變量 的冷凍水泵功率值，再得到以冷凍水流量為自變量的冷凍水泵功率修正值，
冷凍水泵功率H/^we為
Wc/me=冷凍水泵功率值x冷凍水泵功率修正值。在一個實施例中，中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中包括冷卻塔，對于冷卻塔，采
集的設(shè)備特性包括
P,冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率；
冷卻塔的能耗模型首先得到以冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率為自變量的冷 卻塔風(fēng)機(jī)功率值，再得到以冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率為自變量的冷卻塔風(fēng) 機(jī)功率修正值，
冷卻塔風(fēng)機(jī)實際功率Wf。wer為
Wf。wer=冷卻塔風(fēng)機(jī)功率值x冷卻塔風(fēng)機(jī)功率修正值。
所述方法還包括計算所述冷卻塔的工況模型，所述冷卻塔的工況模型
假設(shè)
1) 空氣和水蒸氣為理想氣體；
2) 冷卻塔的進(jìn)、出水流量相等；
3) 忽略由風(fēng)4幾造成的空氣加熱；
4) 與水蒸氣接觸的空氣膜為飽和狀態(tài)； 5 )熱質(zhì)傳遞系數(shù)的比值_Lewis數(shù)為1;
所述冷卻塔的工況模型通過離線計算得到，離線計算時，采集冷卻塔 的基本參數(shù)，包括額定工況下環(huán)境空氣的濕球溫度fwb,力G，額定工況下冷 卻塔進(jìn)塔水溫U力o，額定工況下冷卻塔出塔水溫fw叫fO,額定工況下冷卻塔 的排熱量Pf。werO，額定工況下冷卻塔的風(fēng)量MaQ,額定工況下冷卻塔的水量
根據(jù)所選的冷卻塔額定工況下的參數(shù)計算得到該冷卻塔的傳熱性能，
通過冷卻塔離線計算得到該冷卻塔在不同工況下的運(yùn)行參數(shù)，包括冷卻塔
進(jìn)塔水溫fw,診出塔水溫UWO，排熱量Pto,O,冷卻塔的風(fēng)量/WaO，冷卻塔 的水量/Ww。，并構(gòu)建用于在線計算的冷卻塔工況模型，
在線計算時根據(jù)從離線計算得到的冷卻塔工況模型基于單臺冷卻塔當(dāng)
前所需承擔(dān)的排熱負(fù)荷fV出塔水溫fw叫f以及環(huán)境的濕球溫度U,力后，可 以計算得出當(dāng)前工況下單臺冷卻塔的進(jìn)塔水溫fw,力及冷卻水流量Mw。
根據(jù)本實用新型的實施例，還提供一種中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗控制
裝置，包括
控制計算機(jī)，采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中各個設(shè)備的設(shè)備特性；數(shù)個PLC,每一個PLC連接到中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的一個設(shè)備，該P(yáng)LC 控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)個PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)與控制計算機(jī)進(jìn)行通信；
能耗模型建立裝置，根據(jù)控制計算機(jī)采集的設(shè)備特性建立每一個設(shè)備 的能耗模型，并保存在一能耗模型庫中；
控制計算機(jī)以 一 定的時間間隔采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷負(fù)荷的實 際值，根據(jù)當(dāng)前的制冷負(fù)荷的實際值、以及能耗模型庫中的能耗模型，計 算系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)使得所有設(shè)備的總能耗最低；
數(shù)個PLC中的每一個根據(jù)系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整該P(yáng)LC所控制的 設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
在一個實施例中，能耗模型建立裝置為冷水機(jī)組建立能耗模型，其中， 控制計算機(jī)采集的設(shè)備特性包括 fc/ws，冷凍水供水溫度；
fCWS/。af，水冷設(shè)備的冷卻水進(jìn)水溫度，或者風(fēng)冷設(shè)備的室外空氣干球溫
度；
Q，冷水機(jī)組容量；
Qref,冷水機(jī)組在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的額定容量；
在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的輸入功率； 能耗模型建立裝置通過上述設(shè)備特性的回歸運(yùn)算得到冷水機(jī)組的能耗 模型，包括
根據(jù)^ws和Us/oa游到第 一 函數(shù)； 根據(jù)fc/7ws和fcws/oa得到第二函數(shù)； 根據(jù)Q、 Qref和第一函數(shù)得到第四函數(shù)；
根據(jù)第四函數(shù)得到第三函數(shù)； 冷水機(jī)組的輸入功率P為
p = &efx第一函數(shù)x第二函數(shù)x第三函數(shù)。
在一個實施例中，能耗模型建立裝置為冷卻水泵建立能耗模型，其中，
控制計算機(jī)采集的設(shè)備特性包括 Qcw:冷卻水流量；
能耗模型建立裝置假設(shè)冷卻水管路中沒有流量調(diào)節(jié)，首先得到以冷卻水流量為自變量的冷卻水泵功率值，再得到以冷卻水流量為自變量的冷卻
水泵功率修正值，進(jìn)而得到冷卻水泵的能耗模型 冷卻水泵功率t^c附為
Wcwe=冷卻水泵功率值x冷卻水泵功率修正值。
在一個實施例中，能耗模型建立裝置為冷凍水泵建立能耗模型，其中，
控制計算機(jī)采集的設(shè)備特性包括 Qcftw:冷凍水流量；
能耗模型建立裝置假設(shè)冷凍水泵根據(jù)差壓信號進(jìn)行變頻調(diào)速，且差壓 傳感器安裝在冷凍水供、回水總管處，首先得到以冷凍水流量為自變量的 冷凍水泵功率值，再得到以冷凍水流量為自變量的冷凍水泵功率修正值， 進(jìn)而得到冷凍水泵的能耗模型
冷凍水泵功率IVc/^e為
H^we=冷凍水泵功率值x冷凍水泵功率修正值。 在一個實施例中，能耗模型建立裝置為冷卻塔建立能耗模型，其中， 所述控制計算機(jī)采集的設(shè)備特性包括 P,冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率；
能耗模型建立裝置首先得到以冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率為自變量的冷 卻塔風(fēng)機(jī)功率值，再得到以冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率為自變量的冷卻塔風(fēng) 機(jī)功率修正值，進(jìn)而得到所述冷卻塔的能耗模型
冷卻塔風(fēng)機(jī)實際功率l/l/tower為
Wf。wer=冷卻塔風(fēng)機(jī)功率值x冷卻塔風(fēng)機(jī)功率修正值。 所述能耗控制裝置還為冷卻塔建立工況模型，所述冷卻塔的工況模型 假設(shè)
1) 空氣和水蒸氣為理想氣體；
2) 冷卻塔的進(jìn)、出水流量相等；
3) 忽略由風(fēng)機(jī)造成的空氣加熱；
4) 與水蒸氣接觸的空氣膜為飽和狀態(tài)；
5) 熱質(zhì)傳遞系數(shù)的比值一Lewis數(shù)為1;
所述冷卻塔的工況模型通過離線計算得到，離線計算時，采集冷卻塔的基本參數(shù)，包括額定工況下環(huán)境空氣的濕球溫度fwtoo,額定工況下冷
卻塔進(jìn)塔水溫f一0，額定工況下冷卻塔出塔水溫fw。w0,額定工況下冷卻塔 的排熱量Pf。werO，額定工況下冷卻塔的風(fēng)量/WaG，額定工況下冷卻塔的水量 /Ww0;根據(jù)所選的冷卻塔額定工況下的參數(shù)計算得到該冷卻塔的傳熱性能， 通過冷卻塔離線計算得到該冷卻塔在不同工況下的運(yùn)行參數(shù)，包括冷卻塔 進(jìn)塔水溫U力O,出塔水溫fw。^,排熱量Pf。附w,冷卻塔的風(fēng)量/WaO,冷卻塔 的水量/i^。，并構(gòu)建用于在線計算的冷卻塔工況模型，
在線計算時根據(jù)從離線計算得到的冷卻塔工況模型基于單臺冷卻塔當(dāng) 前所需承擔(dān)的排熱負(fù)荷fV出塔水溫fw。w以及環(huán)境的濕球溫度U),力后，可以 計算得出當(dāng)前工況下單臺冷卻塔的進(jìn)塔水溫f幽及冷卻水流量/Ww。
本實用新型的能耗控制方法和裝置能通過統(tǒng)籌考慮，通過合理選擇冷 水機(jī)組出力、冷凍水供水溫度及流量、冷卻水進(jìn)水溫度以及冷卻塔工作狀 態(tài)等參數(shù)，調(diào)整各設(shè)備的工作狀態(tài)，達(dá)到使整個冷凍機(jī)房設(shè)備運(yùn)行效率最 高的優(yōu)化目標(biāo)。


本實用新型的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附 圖和實施例的描述而變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記始終表示 相同的特征，其中
圖1示出了本實用新型的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗控制方法的流程
圖2示出了本實用新型的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖3示出了本實用新型的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷水機(jī)組能耗控制裝置 的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
由于冷凍機(jī)房中的所有設(shè)備均處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，制冷負(fù)荷和天氣參 數(shù)也會隨時發(fā)生變化，因此采用實驗方法，逐個變更各臺設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，再根據(jù)測試結(jié)果尋找整個冷凍機(jī)房設(shè)備運(yùn)行效率最高的工況點是不現(xiàn)實 的。本實用新型的設(shè)計思路是，首先建立冷凍機(jī)房中各設(shè)備的能耗與運(yùn)行 參數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，然后在各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的合理取值范圍內(nèi)，結(jié)合實 時制冷負(fù)荷和天氣參數(shù)，用計算機(jī)對這些參數(shù)的各種可能組合所對應(yīng)的冷 凍機(jī)房能耗進(jìn)行模擬計算，再根據(jù)模擬計算的結(jié)果，選出能耗最低的參數(shù) 組合，據(jù)此調(diào)整各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而達(dá)到在滿足制冷負(fù)荷的前提下使 得整個冷凍機(jī)房運(yùn)行能耗最低的目的。
本項目開發(fā)的控制系統(tǒng)為兩層構(gòu)架，上位機(jī)為工業(yè)控制計算機(jī)，負(fù)責(zé)
整個控制策略的實現(xiàn)及整個機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視；下位機(jī)為PLC,實際控 制各相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行。控制計算機(jī)與PLC之間采用工業(yè)以太網(wǎng)建立通訊聯(lián) 系。整個控制策略是，首先根據(jù)冷凍機(jī)房內(nèi)各設(shè)備的特性建立各自的能耗 數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上建立整個冷凍機(jī)房的能量平衡數(shù)學(xué)模型及能耗數(shù)學(xué)
模型。在系統(tǒng)運(yùn)行時，控制計算機(jī)以 一定的時間間隔測量制冷負(fù)荷的實時 值，并據(jù)此進(jìn)行能耗模擬計算，找出能夠滿足此制冷負(fù)荷的、且整個冷凍 機(jī)房總能耗最低(即整體效率最高)的工作狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，控制計算 機(jī)確定各受控變量的設(shè)定值，并將之傳送到對應(yīng)的PLC中，再由PLC控 制各臺設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，使得整個冷凍機(jī)房運(yùn)行在效率最高的狀態(tài)下。
在這個控制系統(tǒng)中，優(yōu)化計算是它的核心部分。從整個控制系統(tǒng)的角 度來看，優(yōu)化計算部分實際上是一個"設(shè)定值發(fā)生器(set-point generator)", 整個冷凍機(jī)房中所有設(shè)備的實時運(yùn)行參數(shù)(控制參數(shù)設(shè)定值)都由優(yōu)化計 算程序確定，然后PLC根據(jù)這些設(shè)定值控制各臺設(shè)備的運(yùn)行。以上控制策 略對整個機(jī)房而言為開環(huán)控制，但各臺設(shè)備為閉環(huán)控制?？紤]到對設(shè)備進(jìn) 行分組控制的要求，將設(shè)置數(shù)個PLC子站，分別完成對于冷卻系統(tǒng)中各個 設(shè)備，比如冷凍水泵、冷水機(jī)組、冷凍水泵和冷卻塔的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行控 制及故障報警任務(wù)。PLC與控制計算機(jī)之間的通訊協(xié)議為TCP/IP, PLC 與冷水機(jī)組的數(shù)據(jù)接口間以Modbus連接，與其它設(shè)備，比如冷凍水泵、 冷凍水泵和冷卻塔間為0-10V/4-20mA/RS485。
優(yōu)化計算中所涉及到的數(shù)學(xué)模型有冷水機(jī)組能耗模型、冷卻水泵能 耗模型、冷凍水泵能耗模型、冷卻塔工況模型和冷卻塔能耗模型。在這些模型中，冷水機(jī)組能耗模型屬于回歸模型，計算所需要的參數(shù)可以通過從
冷水機(jī)組廠商獲得數(shù)據(jù)后進(jìn)行回歸運(yùn)算得到；冷卻水泵能耗模型、冷凍水
泵能耗模型和冷卻塔能耗模型屬于物理模型加現(xiàn)場修正函數(shù)，計算所需要
的參數(shù)可以通過簡單的現(xiàn)場測試并對結(jié)果進(jìn)行回歸運(yùn)算得到；冷卻塔工況 模型為簡化的物理模型加回歸模型，計算時需要首先根據(jù)樣本數(shù)據(jù)通過迭 代計算生成各種不同工況下的數(shù)據(jù)，然后用回歸方法建立數(shù)學(xué)模型。
圖1示出了本實用新型的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗控制方法的流程 圖，參考圖1所示，該方法包括
102.采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中各個設(shè)備的設(shè)備特性，根據(jù)設(shè)備特性 建立每一個設(shè)備的能耗模型；
104.以 一定的時間間隔采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷負(fù)荷的實際值， 根據(jù)當(dāng)前的制冷負(fù)荷的實際值、以及每一個設(shè)備的能耗模型，計算系統(tǒng)最 優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)使得所有設(shè)備的總能耗最低；
106.根據(jù)系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整每一個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；
108.重復(fù)采集制冷負(fù)荷的實際值、計算系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)、以及調(diào) 整每 一 個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的過程。
圖2示出了本實用新型的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗控制裝置的結(jié)構(gòu) 圖。參考圖2所示，該能耗控制裝置包括
控制計算機(jī)202 ，采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中各個設(shè)備的設(shè)備特性；
數(shù)個PLC 204,每一個PLC連接到中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的一個設(shè)備， 該P(yáng)LC控制該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)個PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)與控制計算機(jī)進(jìn) 行通信；
能耗模型建立裝置206,根據(jù)控制計算機(jī)202采集的設(shè)備特性建立每 一個設(shè)備的能耗模型，并保存在一能耗模型庫208中；
控制計算機(jī)202以 一 定的時間間隔采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷負(fù)荷 的實際值，根據(jù)當(dāng)前的制冷負(fù)荷的實際值、以及能耗模型庫208中的能耗 模型，計算系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)使得所有設(shè)備的總能耗 最低；
數(shù)個PLC 204中的每一個根據(jù)系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整該P(yáng)LC所控制的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
在圖2所示的實施例中，共包括4個PLC 204，分別用于控制冷水機(jī)
組、冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻;荅。
在上述的能耗控制方法以及能耗控制裝置中，采用了下述的能耗模型。 冷水機(jī)組
此處所述的冷水機(jī)組的類型沒有限制，可以是離心機(jī)、螺桿機(jī)、甚至 風(fēng)冷熱泵。在本實用新型中，冷水機(jī)組的能耗模型是回歸模型，建立冷水 機(jī)組的能耗模型需要采集的設(shè)備特性包括 冷凍水供水溫度；
fws/。a"水冷設(shè)備的冷卻水進(jìn)水溫度，或者風(fēng)冷設(shè)備的室外空氣干球溫
度；
Q，冷水機(jī)組容量；
Q^，冷水機(jī)組在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的額定容量；
Pref，在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的輸入功率。
冷水機(jī)組的能耗模型通過上述設(shè)備特性的回歸運(yùn)算得到，包括
沖艮據(jù)^jws和fcws/oa^尋到第一函數(shù)，記為fl(fc/)ws， fcws/oaf)，其中「1(^ws， 〖cws/。af)是一 個關(guān)于^ws和fcws/oaf的多項式，其中的每 一 項由fchws、 fcws/oaf或
者它們的組合的n次項、或者常數(shù)構(gòu)成。
根據(jù)^ws和fcws/oa得到第二函數(shù)，記為尸2(fchws， Lws/oaf),其中f2(fc/ws, tws/。af)是 一 個關(guān)于tftws和tws/。af的多項式，其中的每 一 項由、 ^ws/oaf或
者它們的組合的n次項、或者常數(shù)構(gòu)成。
根據(jù)Q, Qref和第一函數(shù)得到第四函數(shù)，記為，f4(Q， Qref， 其中，WQ, Qref， "ws， Us/。af)代表了Q和Q^以及第一函數(shù)之間的比例關(guān)系。
根據(jù)第四函數(shù)得到第三函數(shù)，記為G(f4(Q， Qref， "ws, fcws/。af))。
冷水機(jī)組的能耗模型如下，輸入功率P為
P = PrefX第一函數(shù)x第二函數(shù)x第三函數(shù)。
i己為尸二尸m/ X 乂 (/^li'.f ， L、 /。。/ ) X力(A:/nM ， ) X厶(>A (2， ， ,ov,f /加/ ))。
冷卻水泵
本實用新型假設(shè)冷卻水管路中沒有流量調(diào)節(jié)裝置。冷卻水泵能耗模型 是經(jīng)修正的物理模型。建立冷卻水泵的能耗模型需要采集的設(shè)備特性包括 Qw:冷卻水流量。
首先得到以冷卻水流量為自變量的冷卻水泵功率值，或者稱為以冷卻 水流量為自變量的冷卻水泵功率函數(shù)，記為f5 (Qcw)。其中f5 (Qcw)是一個 關(guān)于Qcw的多項式，其中的每一項由Qcw的n次項、或者常數(shù)構(gòu)成。
再得到以冷卻水流量為自變量的冷卻水泵功率修正值，或者稱為以冷 卻水流量為自變量的冷卻水泵功率修正函數(shù)，記為fe(Qcw)。其中f6(Qcw) 也是一個關(guān)于Qcw的多項式，其中的每一項由Qcw的n次項、或者常數(shù)構(gòu) 成，該fe(Qcw)還包括修正系數(shù)。
冷卻水泵的能耗模型如下，冷卻水泵的功率H/cwe為
Wcwe=冷卻水泵功率值x冷卻水泵功率修正值；
記為
冷凍水泵
本實用新型假設(shè)冷凍水泵根據(jù)差壓信號進(jìn)行變頻調(diào)速，且差壓傳感器 安裝在冷凍水供、回水總管處。冷凍水泵能耗模型是經(jīng)修正的物理模型。 建立冷凍水泵的能耗模型需要采集的設(shè)備特性包括
Qc/m:冷凍水流量。
首先得到以冷凍水流量為自變量的冷凍水泵功率值，或者稱為以冷凍 水流量為自變量的冷凍水泵功率函數(shù)，記為記為f7(Qchw)。其中WQcrtw)是
一個關(guān)于Qc 的多項式，其中的每一項由Qcmv的n次項、或者常數(shù)構(gòu)成。
再得到以冷凍水流量為自變量的冷凍水泵功率修正值，或者稱為以冷
凍水流量為自變量的冷凍水泵功率修正函數(shù)，記為fs(Qc/w)。其中^(Qchw)
也是一個關(guān)于Qchw的多項式，其中的每一項由Qc^v的n次項、或者常數(shù)構(gòu)成，該G(Qc^)還包括修正系數(shù)。 冷凍水泵功率H^we為
Wc/7We=冷凍水泵功率值x冷凍水泵功率修正值； i己為
冷卻塔
建立冷卻塔的能耗模型需要采集的設(shè)備特性包括 P,冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率。
首先得到以冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率為自變量的冷卻塔風(fēng)機(jī)功率值， 或者稱為以冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率為自變量的冷卻塔風(fēng)機(jī)功率函數(shù)，記
為fg(P)。
。(P)是一個關(guān)于P的多項式，其中的每一項由具有回歸系數(shù)的
P的n次項、或者常數(shù)構(gòu)成。
再得到以冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率為自變量的冷卻塔風(fēng)機(jī)功率修正 值，或者稱為以冷卻塔風(fēng)機(jī)額定輸入功率為自變量的冷卻塔風(fēng)機(jī)功率修正 函數(shù)，記為f10(P)。 Go(P)是一個關(guān)于P的多項式，其中的每一項由具有 回歸系數(shù)的P的n次項、或者常數(shù)構(gòu)成。
冷卻塔風(fēng)機(jī)實際功率Wfower為
Wf。wer=冷卻塔風(fēng)機(jī)功率值x冷卻塔風(fēng)機(jī)功率修正值； 記為
『一=/"尸)/10(戶)。
考慮到實際工作運(yùn)行狀況，還需計算冷卻塔的工況模型，冷卻塔的工 況模型假設(shè)
1 )空氣和水蒸氣為理想氣體；
2) 冷卻塔的進(jìn)、出水流量相等；
3) 忽略由風(fēng)才幾造成的空氣加熱；
4) 與水蒸氣接觸的空氣膜為飽和狀態(tài)； 5 )熱質(zhì)傳遞系數(shù)的比值一 Lewis數(shù)為1;
冷卻塔的工況模型通過離線計算得到，離線計算時，采集冷卻塔的基本參數(shù)，包括額定工況下環(huán)境空氣的濕球溫度^6柳，額定工況下冷卻塔 進(jìn)塔水溫fw,M，額定工況下冷卻塔出塔水溫^。wo，額定工況下冷卻塔的排 熱量Pf。vvw。，額定工況下冷卻塔的風(fēng)量A40，額定工況下冷卻塔的水量/Wwo;
根據(jù)所選的冷卻塔額定工況下的參數(shù)計算得到該冷卻塔的傳熱性能，通過 冷卻塔離線計算得到該冷卻塔在不同工況下的運(yùn)行參數(shù)，包括冷卻塔進(jìn)塔
水溫fw,診出塔水溫^。WO,排熱量Pf。werO，冷卻塔的風(fēng)量/^0，冷卻塔的水 量A4c,并構(gòu)建用于在線計算的冷卻塔工況模型，
在線計算時根據(jù)從離線計算得到的冷卻塔工況模型基于單臺冷卻塔當(dāng) 前所需承擔(dān)的排熱負(fù)荷&,、出塔水溫fw。W以及環(huán)境的濕球溫度fw^后，可以 計算得出當(dāng)前工況下單臺冷卻塔的進(jìn)塔水溫fw,n及冷卻水流量Mw。
表達(dá)為
,她—，,麵,，"A,力)
本實用新型的能耗控制方法和裝置能通過統(tǒng)籌考慮，通過合理選擇冷 水機(jī)組出力、冷凍水供水溫度及流量、冷卻水進(jìn)水溫度以及冷卻塔工作狀 態(tài)等參數(shù)，調(diào)整各設(shè)備的工作狀態(tài)，達(dá)到使整個冷凍機(jī)房設(shè)備運(yùn)行效率最 高的優(yōu)化目標(biāo)。
本實用新型尤其強(qiáng)調(diào)用于中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷水機(jī)組能耗控制裝置
300，參考圖3所示，包括
設(shè)備特性采集裝置302,采集冷水機(jī)組的設(shè)備特性。在一個實施例中， 設(shè)備特性采集裝置302采集的冷水機(jī)組的設(shè)備特性包括冷凍水供水溫度 fc/ms;水冷設(shè)備的冷卻水進(jìn)水溫度，或者風(fēng)冷設(shè)備的室外空氣干球溫度
k附/。af;冷水機(jī)組容量Q;冷水機(jī)組在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的額定容
量Qref;在典型蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下的輸入功率Pref。
一組回歸計算裝置304,可通信地連接到設(shè)備特性采集裝置302，基于 設(shè)備特性采集裝置302采集的冷水機(jī)組的設(shè)備特性進(jìn)行回歸運(yùn)算，得到一組 能耗回歸值。該一組回歸計算裝置304之間也可以相互連接，在一個實施例 中，該一組回歸計算裝置304包括
第一回歸計算裝置340，可通信地連接到設(shè)備特性采集裝置302,根據(jù)Uws和Us/。a游到第 一能耗回歸值；
第二回歸計算裝置342,可通信地連接到設(shè)備特性采集裝置302，
根據(jù)fc^s和fcws/。a得到第二能耗回歸值；
第四回歸計算裝置346，可通信地連接到設(shè)備特性采集裝置302和
第一回歸裝置340，根據(jù)Q、 Qref和第一能耗回歸值得到第四能耗回歸
值；
第三回歸計算裝置344，可通信地連接到第四回歸計算裝置346, 根據(jù)第四能耗回歸值得到第三能耗回歸值。
能耗計算裝置306，與設(shè)備特性采集裝置302以及回歸計算裝置304通 信，基于能耗回歸值計算冷水機(jī)組的能耗。在一個實施例中，該能耗計算 裝置306與設(shè)備特性采集裝置302以及第一回歸計算裝置340、第二回歸計 算裝置342和第三回歸計算裝置344通信，基于P^以及第一能耗回歸值、 第二能耗回歸值和第三能耗回歸值計算冷水機(jī)組的輸入功率P為
P = Prefx第一能耗回歸值x第二能耗回歸值x第三能耗回歸值。 上述實施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實現(xiàn)或使用本實用新型的，熟 悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本實用新型的發(fā)明思想的情況下，對上述實施 例做出種種修改或變化，因而本實用新型的保護(hù)范圍并不被上述實施例所 限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1.一種用于中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷水機(jī)組能耗控制裝置，其特征在于，所述中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗控制裝置包括控制計算機(jī)，采集中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中各個設(shè)備的設(shè)備特性；數(shù)個PLC，每一個PLC連接到中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中的一組或幾組設(shè)備，該P(yáng)LC控制所述設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，所述數(shù)個PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)與所述控制計算機(jī)進(jìn)行通信；能耗模型建立裝置，根據(jù)所述控制計算機(jī)采集的設(shè)備特性建立每一個設(shè)備的能耗模型，并保存在一能耗模型庫中；所述控制計算機(jī)以一定的時間間隔采集所述中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷負(fù)荷的實際值，根據(jù)當(dāng)前的制冷負(fù)荷的實際值、以及所述能耗模型庫中的能耗模型，計算系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，所述系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)使得所有設(shè)備的總能耗最低；所述數(shù)個PLC中的每一個根據(jù)所述系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，從控制計算機(jī)獲取指令，調(diào)整該P(yáng)LC所控制的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；所述冷水機(jī)組能耗控制裝置包括設(shè)備特性采集裝置，采集冷水機(jī)組的設(shè)備特性；一組回歸計算裝置，與所述設(shè)備特性采集裝置通信，基于所述設(shè)備特性采集裝置采集的冷水機(jī)組的設(shè)備特性進(jìn)行回歸運(yùn)算，得到一組能耗回歸值；能耗計算裝置，與所述設(shè)備特性采集裝置以及所述回歸計算裝置通信，基于所述耗回歸值計算所述冷水機(jī)組的能耗。
專利摘要本實用新型揭示了一種中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷水機(jī)組能耗控制裝置，包括設(shè)備特性采集裝置，采集冷水機(jī)組的設(shè)備特性；一組回歸計算裝置，與設(shè)備特性采集裝置通信，基于設(shè)備特性采集裝置采集的冷水機(jī)組的設(shè)備特性進(jìn)行回歸運(yùn)算，得到一組能耗回歸值；能耗計算裝置，與設(shè)備特性采集裝置以及回歸計算裝置通信，基于能耗回歸值計算冷水機(jī)組的能耗。
文檔編號F24F11/00GK201318767SQ20082015315
公開日2009年9月30日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者剛 吳, 王豪源, 黃偉賢 申請人:日滔貿(mào)易(上海)有限公司