本發(fā)明涉及淺層地溫能技術領域,尤其涉及一種淺層地溫能能源管理系統(tǒng)。
背景技術:
地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源(也稱地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng),地源熱泵系統(tǒng)通過輸入少量的高品位能源(如電能),實現(xiàn)低溫能熱能向高溫熱能轉移,地能分別在冬季作為地源熱泵系統(tǒng)供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源,在冬季,通過管路循環(huán)把地能中的熱量取出來,提高溫度后,供給室內(nèi)采暖,夏季,把室內(nèi)的熱量取出來,釋放到地能中去,由于地源熱泵系統(tǒng)具有不受地下水位影響,高效、環(huán)保,無污染等等優(yōu)點,近幾年來在中國得到迅速發(fā)展。
地源熱泵站房系統(tǒng)是變流量系統(tǒng),采用變頻調(diào)速技術,改變水泵轉速而實現(xiàn)水流量調(diào)節(jié)的水系統(tǒng),站房的節(jié)能產(chǎn)品也分為幾代,第一代產(chǎn)品以水泵節(jié)能為主,采用中央空調(diào)水泵變頻節(jié)能控制技術,單一的壓差或溫差控制,能實現(xiàn)泵系統(tǒng)20%-30%的節(jié)能幅度,這在整個中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能通常占5-10%(一般占當月電費的3-6%),第二代產(chǎn)品通過先進的計算機軟件處理、模塊化控制結合變頻技術,多點信號的采集與處理,在傳統(tǒng)變頻技術的基礎上實現(xiàn)了智能控制,使控制系統(tǒng)能動態(tài)跟隨實際負荷的變化動態(tài),調(diào)整所需的冷凍、冷卻(源)水水量。這樣能達到主機節(jié)能10-30%,水系統(tǒng)節(jié)能20-30%,可使整機節(jié)能達到20-30%左右。
隨著信息技術和計算機網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展,對智能建筑的結構、系統(tǒng)、服務及管理的最優(yōu)化組合的要求越來越高,提供一個合理、高效、節(jié)能、舒適的工作環(huán)境勢在必行。
有鑒于此,現(xiàn)有技術還有待與改進和發(fā)展。
技術實現(xiàn)要素:
鑒于上述現(xiàn)有技術的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種淺層地溫能能源管理系統(tǒng),旨在解決現(xiàn)有的機房能源站控制系統(tǒng)往往只是以滿足設備的正常運轉未目標,對于系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)、能耗的狀況也只是一個概況,對能耗狀況卻忽略的問題。
本發(fā)明的技術方案如下:
一種淺層地溫能能源管理系統(tǒng),其中,包括:能源數(shù)據(jù)采集單元,用于對主機系統(tǒng)、水泵系統(tǒng)、水源側、空調(diào)側和環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集,并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至下述的數(shù)據(jù)倉庫存儲單元;數(shù)據(jù)倉庫存儲單元,用于根據(jù)能源數(shù)據(jù)采集單元采集到的數(shù)據(jù)建立實時數(shù)據(jù)庫,并實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的記錄、綜合查詢和圖表統(tǒng)計,以及設備能效值得在線計算;數(shù)據(jù)挖掘分析單元,用于通過歷史數(shù)據(jù),實現(xiàn)多種分析角度、多種圖形方式的能耗和能效對比分析,并能夠自動判斷曲線中的最高點和最低點,顯示極點產(chǎn)生時刻的設備詳細控制參數(shù)和運行數(shù)據(jù)。
所述的淺層地溫能能源管理系統(tǒng),其中,所述數(shù)據(jù)挖掘分析單元還用于在執(zhí)行各類數(shù)據(jù)的圖表分析時,能夠判斷分析角度和分析條件,自動對圖表的二維坐標要素進行匹配調(diào)整,并自動解析出第三維比照數(shù)據(jù)的要素來源。
所述的淺層地溫能能源管理系統(tǒng),其中,所述數(shù)據(jù)挖掘分析單元還用于根據(jù)能耗、能效數(shù)據(jù)與每日氣象條件的物理因素的關聯(lián)、按照預先設定的條件篩選、匹配出指定范圍內(nèi)的最佳能效記錄和當日控制策略。
所屬的淺層地溫能能源管理系統(tǒng),其中,還包括:節(jié)能控制單元、用于基于熱泵機組的群控技術,監(jiān)測熱泵機組空調(diào)測集水器和分水器的出水和回水溫度及流量,計算空調(diào)側的負荷,再通過分析溫度變化與實踐變化的趨勢來判斷當前滿足系統(tǒng)負荷所需的熱泵機組開啟數(shù)量,從而進行冷源系統(tǒng)的自適應調(diào)節(jié)。
所屬的淺層地溫能能源管理系統(tǒng),其中,所屬節(jié)能控制單元進一步包括:
加載機組控制子單元,用于根據(jù)預先設定的條件來判定下一臺熱泵機是否啟動,具體來說,當同時滿足下述三個條件時,下一臺熱泵機才啟動;
條件一:冷凍水出水溫度>冷凍水溫度設定+波動范圍;
條件二:已經(jīng)運行的熱泵機組的運行電流>95%;
條件三:同時滿足條件一和條件二的保持時間>加載延時時間。
所述的淺層地溫能能源管理系統(tǒng),其中,所述節(jié)能控制單元進一步包括:減載機組控制子單元,用于根據(jù)預先設定的條件來判定是否對熱泵機組進行減載,具體來說,當同時滿足下述兩個條件時,才對熱泵機組進行減載:
條件四:冷凍水進/出水溫差<減載溫差;
條件五:條件四的滿足情況保持時間>減載延時時間。
有益效果:本發(fā)明的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:
(1)以數(shù)字為依據(jù)的精細化智能化專家管理采用能源管理系統(tǒng)(ems)后,管理方可以對系統(tǒng)的節(jié)能管理實現(xiàn)精確的,量化的節(jié)能控制,較之單純依靠經(jīng)驗,人工管理進行的定性的節(jié)能控制有較高的精確度,從而實現(xiàn)了最大程度的獲得節(jié)能空間。
通過操作或管理人員的簡單操作,即可實現(xiàn)高效穩(wěn)定的自動化運行,并對中央空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化的監(jiān)測和管理,避免或減少了由于人為因素而可能造成的對空調(diào)系統(tǒng)的傷害,提高了中央空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,從而創(chuàng)造了間接的經(jīng)濟效益;并可完成對機組,冷凍水泵,冷源水泵等單元的聯(lián)動控制,從而進一步實現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)化運行。
(2)實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)負荷的跟隨性ems能源管理系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)中央空調(diào)冷媒系統(tǒng)的運行方式,通過對中央空調(diào)能源運行系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測和閉環(huán)控制,將空調(diào)主機的定流量運行改為變流量運行,實現(xiàn)空調(diào)主機冷媒流量跟隨末端負荷需求而同步變化,在空調(diào)系統(tǒng)的任何負荷條件下,都能既確保中央空調(diào)系統(tǒng)的舒適性,又實現(xiàn)最大的節(jié)能。
(3)保障機組始終保持高的熱轉換效ems能源管理系統(tǒng)的一個基本思想就是按照中央空調(diào)主機所要求的最佳運行參數(shù)去控制中央空調(diào)系統(tǒng)的運行,根據(jù)系統(tǒng)的運行工況及制冷工質(zhì)參數(shù)的變化,通過模糊控制器動態(tài)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù),確保熱泵機組始終處于優(yōu)化的最佳工作點上,使主機始終保持具有高的熱轉換效率,有效地解決了傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在低負荷狀態(tài)下熱轉換效率下降的難題,提高了系統(tǒng)的能源利用率。
(4)實現(xiàn)中央空調(diào)全系統(tǒng)綜合性能優(yōu)化和協(xié)調(diào)運行中央空調(diào)系統(tǒng)是一個較復雜的系統(tǒng)工程,要實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的最佳運行和節(jié)能,從局部去解決問題(如采用通用變頻器pid控制)是不可能辦到的,必須針對空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)(包括主機、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等)統(tǒng)一考慮,全面控制,使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行,才能實現(xiàn)最佳綜合節(jié)能。
(5)實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的智能決策輔助于計算機管理系統(tǒng),利用數(shù)據(jù)庫存儲過程數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行分析,形成最佳的運行方案,用數(shù)據(jù)指揮開機,而不是憑經(jīng)驗、拍腦袋。
每臺機組的運行工況都不一樣,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集,存儲、分析有助對機組最佳節(jié)能工況的掌握,對耗能設備的耗能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,自動生成曲線、歷史曲線、仿真曲線、實時報表、歷史報表、為節(jié)能提供數(shù)據(jù)基礎。。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)的結構框圖。
圖2為本發(fā)明的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法的流程圖。
圖3為本發(fā)明的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)的實施例中冷凍水系統(tǒng)流量控制的示意圖。
圖4為本發(fā)明的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)的實施例中冷卻水系統(tǒng)流量控制的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供一種淺層地溫能能源管理系統(tǒng),為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確,以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示,本發(fā)明提供一種淺層地溫能能源管理系統(tǒng),其包括:能源數(shù)據(jù)采集單元100、數(shù)據(jù)倉庫存儲單元200和數(shù)據(jù)挖掘分析單元300。其中,能源數(shù)據(jù)采集單元100用于對主機系統(tǒng)、水泵系統(tǒng)、水源側、空調(diào)側和環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集,并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至下述的數(shù)據(jù)倉庫存儲單元。數(shù)據(jù)倉庫存儲單元200用于根據(jù)能源數(shù)據(jù)采集單元采集到的數(shù)據(jù)建立實時數(shù)據(jù)庫,并實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的記錄、綜合查詢和圖表統(tǒng)計,以及設備能效值的在線計算。數(shù)據(jù)挖掘分析單元300用于通過歷史數(shù)據(jù),實現(xiàn)多種分析角度、多種圖形方式的能耗和
能效對比分析,并能夠自動判斷曲線中的最高點和最低點,顯示極點產(chǎn)生時刻的設備詳細控制參數(shù)和運行數(shù)據(jù)。
進一步地,所述的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)中,所述數(shù)據(jù)挖掘分析單元還用于在執(zhí)行各類數(shù)據(jù)的圖表分析時,能夠判斷分析角度和分析條件,自動對圖表的2維坐標要素進行匹配調(diào)整,并自動解析出第三維比照數(shù)據(jù)的要素來源。
更進一步地,所述的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)中,所述數(shù)據(jù)挖掘分析單元還用于根據(jù)能耗、能效數(shù)據(jù)與每日氣象條件的物理因素的關聯(lián),按照預先設定的條件篩選、匹配出指定范圍內(nèi)的最佳能效記錄和當日控制策略。
具體來說,淺層地溫能能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)對能源系統(tǒng)的經(jīng)濟運行、負荷分析、削峰填谷、合理調(diào)度等方面的科學管理發(fā)揮作用,從而保障能源系統(tǒng)的合理、經(jīng)濟化運作。所述能源管理系統(tǒng)主要完成對主要能耗設備的狀態(tài)監(jiān)測、能耗數(shù)據(jù)采集與存儲、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析等功能。分為以下幾塊:
(1)當日運行曲線模塊用于對特定系統(tǒng)、特定設備、特定數(shù)據(jù)點,實現(xiàn)在特定日期的分段或全部運行數(shù)據(jù)的圖形化顯示;同時自動判斷、顯示圖形中極點(最高點和最低點)的數(shù)值和極點產(chǎn)生的時間。顯示的圖形可以包括:曲線圖、柱狀圖、平滑曲線圖。同時,可以在當前圖表中,疊加其它設備的數(shù)據(jù)點曲線,實現(xiàn)對多個設備相關數(shù)據(jù)點的集中比較、曲線分析與趨勢判斷。
(2)能耗狀況監(jiān)測模塊系統(tǒng)自動根據(jù)所采集記錄的設備能耗因素,計算出設備(或系統(tǒng))的能耗,并同時以記錄列表和曲線圖表的方式顯示設備能耗數(shù)據(jù)。同時,系統(tǒng)自動計算某日指定時段內(nèi)的能耗累計量和單位平均量,并自動判斷、顯示圖形中極點(最高點和最低點)的數(shù)值和極點產(chǎn)生的時間。在顯示極點時間和數(shù)值的基礎上,可以查看產(chǎn)生該極點時刻的該設備(或系統(tǒng))的所有運行狀態(tài)數(shù)據(jù),以及關鍵控制參數(shù);從而直觀反映出產(chǎn)生該極點的控制動作和參數(shù)設定。
(3)能耗匯總統(tǒng)計模塊根據(jù)操作員所設定的各類查詢條件(起止時間條件、指定系統(tǒng)/設備條件等),自動執(zhí)行能耗的查詢功能和匯總統(tǒng)計功能,并自動計算出累計能耗數(shù)值和平均能耗數(shù)值。匯總統(tǒng)計的結果可以通過表格的方式顯示,也可以用多種圖形化圖表直觀顯示其結果。利用計算機的自動處理,我們可以通過直觀的曲線圖形進行能耗分析。操作人員只需要設定所要匯總的能耗時間段、以及能耗分析對象,就可以得到所需要的分析圖形。同時,系統(tǒng)自動計算指定條件下的能耗累計量和單位平均量,并自動判斷、顯示圖形中極點(最高點和最低點)的數(shù)值和極點產(chǎn)生的時間。通過該分析模塊,執(zhí)行能耗數(shù)據(jù)與往年的同期比較,結合不同時期的環(huán)境因素,可以分析能耗使用的差異原因,分析差異變動是否合理,對能耗管理作出初步的科學評價。
(4)耗電結構分析模塊用于通過與系統(tǒng)各節(jié)點設置的智能電表裝置的通訊,實時采集系統(tǒng)各關鍵節(jié)點的耗電情況,并將數(shù)據(jù)(包括:三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、累積耗電等等)存儲到數(shù)據(jù)庫中,為耗電結構的組成分析提供數(shù)據(jù)基礎。通過耗電結構分析,可以準確掌握冷熱源站的總系統(tǒng)、分系統(tǒng)、主要機組設備、水泵的耗電情況,分析耗電的主要組成,從而對節(jié)能方案的制定提供科學的數(shù)據(jù)和分析依據(jù)。
進一步地,在對建筑的能耗情況進行數(shù)據(jù)處理的基礎上,ema組件還將執(zhí)行對能效指標的計算和分析、判斷;使得用戶可以通過管理以及進行科學的分析處理,運用合適的節(jié)能策略,達到降低能耗、提高效率、控制成本的目的。其還可以包括以下模塊:
(5)當日氣象狀況模塊用于向系統(tǒng)中記錄相關的環(huán)境數(shù)據(jù),如當日的天氣、風力、風向、溫度、濕度等;同時可查詢、修改歷史氣象數(shù)據(jù)。這些氣象狀況數(shù)據(jù)將作為當日能耗和能效的附加數(shù)據(jù),在后期的能效圖表分析和控制策略優(yōu)選過程中進行更為科學的環(huán)境參照。
(6)能效狀況監(jiān)測模塊用于系統(tǒng)自動根據(jù)所采集記錄的設備能耗因素,計算出設備(或系統(tǒng))的能效值(cop),并支持同時以監(jiān)測記錄列表和監(jiān)測曲線圖表的方式顯示當前設備(或系統(tǒng))的能效值數(shù)據(jù)。同時,系統(tǒng)自動計算某日指定時段內(nèi)的能效平均值,并自動判斷、顯示圖形中能效極點(最高點和最低點)的數(shù)值和極點產(chǎn)生的時間。在顯示極點時間和數(shù)值的基礎上,可以查看產(chǎn)生該極點時刻的設備(或系統(tǒng))的所有運行狀態(tài)數(shù)據(jù),以及關鍵控制參數(shù);從而直觀反映出產(chǎn)生該能效極點的控制動作和參數(shù)設定。
(7)能效圖表分析模塊用于利用計算機的自動處理功能,我們可以通過直觀的曲線圖形進行能效的多角度對比分析。操作人員只需要通過設定所要匯總的能耗時間段(起止時間條件)、以及能耗分析對象(指定系統(tǒng)/設備條件)等條件,系統(tǒng)自動執(zhí)行設備(或系統(tǒng))能效的查詢功能,顯示所需要的分析圖形。同時,自動計算出指定條件下的平均能效值,并自動判斷、顯示圖形中能效極點(最高點和最低點)的數(shù)值和極點產(chǎn)生的時間。
通過該分析模塊,可以按照不同時期、不同對象分析能效變化的狀況,分析差異變動是否合理,對能耗管理作出初步的科學評價。
(8)綜合圖表分析模塊根據(jù)分析對象和分析目標,對平臺中各集成子系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)建立相互之間的邏輯關系;只要符合分析的需要,所有數(shù)據(jù)的邏輯關系可以是跨設備、跨系統(tǒng)、甚至是跨平臺的。除了集成管理系統(tǒng)可實現(xiàn)的常用數(shù)據(jù)檢索和運行曲線外,分類、梳理具有實際分析價值和管理意義的分析圖表;針對已經(jīng)建立起邏輯關系的大量運行歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘;通過多角度、多形式的分析圖表,直觀顯示數(shù)據(jù)挖掘的處理結果。通過綜合圖表分析的應用,可以實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和分析,使管理者能夠直觀了解平臺下各分系統(tǒng)、各設備的內(nèi)部邏輯,更深層次地分析運行數(shù)據(jù),更科學地進行趨勢判斷,更合理地調(diào)整和管理建筑運轉效能。
(9)控制策略優(yōu)選模塊在對設備/系統(tǒng)的能耗和能效狀況進行分析的基礎上,可以根據(jù)附帶信息中的氣象環(huán)境因素,匹配、優(yōu)選最佳的能效產(chǎn)生條件,從而實現(xiàn)對系統(tǒng)和設備的控制策略優(yōu)選。用戶只需要設定待進行優(yōu)選的日期,并在指定日期的氣象數(shù)據(jù)上設定可允許程度的偏移量(比如:允許當日氣溫有±2℃的偏移),系統(tǒng)將自動運算、過濾出符合指定日期氣象條件的最佳能效(cop)記錄。
通過查看這些記錄的對應數(shù)據(jù),就可以查看到產(chǎn)生最佳能效(cop)值時刻、相關設備(或系統(tǒng))的運行數(shù)據(jù)和控制參數(shù);從而優(yōu)選出最符合實際情況和用戶需要的控制參數(shù),對當前控制策略進行合理的調(diào)整和優(yōu)化。
更進一步地,所述的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)中,還包括:節(jié)能控制單元,用于基于熱泵機組的群控技術,監(jiān)測熱泵機組空調(diào)側集水器和分水器的出水和回水溫度及流量,計算空調(diào)側的負荷;再通過分析溫度變化與時間變化的趨勢來判斷當前滿足系統(tǒng)負荷所需的熱泵機組開啟數(shù)量,從而進行冷源系統(tǒng)的自適應調(diào)節(jié)。
具體來說,對于空調(diào)系統(tǒng)中能耗最大的熱泵機組系統(tǒng),它的高效節(jié)能成為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關鍵問題。實現(xiàn)熱泵機組節(jié)能高效穩(wěn)定運行的一個非常有效的技術手段就是采用熱泵機組群控。熱泵機組群控是利用自動控制技術對制冷站內(nèi)部的相關設備(熱泵機組、水泵、閥門等)進行自動化的監(jiān)控,使制冷站內(nèi)的設備達到最高效率的運行狀態(tài)。根據(jù)大量的工程實例發(fā)現(xiàn),目前熱泵機組群控策略上存在著一個普遍的問題,那就是大多數(shù)自控廠商的技術人員沒有空調(diào)理論知識的支撐,在控制流程中僅僅將制冷機組當作一臺“大水泵”進行簡單的監(jiān)控(起、??刂?、狀態(tài)檢測、故障檢測)。然而實際上制冷機組作為一個復雜的機電設備,判斷它的起、停是需要根據(jù)許多空調(diào)理論知識來進行。例如:制冷機組在啟動之前需要進行電氣系統(tǒng)、冷媒系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)機械系統(tǒng)的準確檢測,同時需要根據(jù)建筑物的空調(diào)負荷和配套設備(水泵、閥門等)的具體情況來判斷。
機組的群控實際是軟件控制,對設備運行的特點、對暖通技術的掌握、控制邏輯的應用、多年的工程經(jīng)驗等均是決定控制水平高下的因素,通過文字的方案是不能窮盡的??刂葡到y(tǒng)監(jiān)測熱泵機組空調(diào)側集水器和分水器的出水和回水溫度及流量,計算空調(diào)側的負荷??刂葡到y(tǒng)通過分析溫度變化與時間變化的趨勢來判斷當前滿足系統(tǒng)負荷所需的熱泵機組開啟數(shù)量,從而進行冷源系統(tǒng)的自適應調(diào)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)負荷的大小,準確控制熱泵機組的運行數(shù)量和每臺機組的運行工況,從而實現(xiàn)節(jié)能并降低運行費用的目的。
綜上所述,本發(fā)明的淺層地溫能能源管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法,其中,淺層地溫能能源管理系統(tǒng)包括:能源數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)倉庫存儲單元和數(shù)據(jù)挖掘分析單元。從而實現(xiàn)高效穩(wěn)定的自動化運行,并對中央空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化的監(jiān)測和管理,避免或減少了由于人為因素而可能造成的對空調(diào)系統(tǒng)的傷害,提高了中央空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,從而創(chuàng)造了間接的經(jīng)濟效益;并可完成對機組,冷凍水泵,冷源水泵等單元的聯(lián)動控制,從而進一步實現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)化運行。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征。本行業(yè)的技術人員應該了解,本發(fā)明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下,本發(fā)明還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明的要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。