基于末端冷量主动性调节的空调冷水系统控制方法及装置

摘要

本发明涉及一种基于末端冷量主动性调节的集中式空调冷水系统控制方法及装置，采用调节型温控阀的系统控制策略时，先找出调节型温控阀相对开度指令最大值K_max的末端支路；再由控制器控制变频器同步调节在役冷水循环泵的转速、对冷水系统供水压力与流量的调节控制；采用通断型温控阀的系统控制策略时，通过控制器对比计算找出系统中所有空调房间温度控制器开阀指令信号统计值的最大值，依据n个采样算术平均值是否等于1来判断系统水泵应该增频运行还是降频运行，其优点是，通过对既有空调冷水系统水泵控制策略的分析，由控制器采用比较控制算法，实时控制在役冷水循环泵状态，实现集中式空气调节系统冷水系统的经济运行，具有显著节能效果。

主权项

1.基于末端冷量主动性调节的集中式空调冷水系统控制方法， 其特征在于通过对既有空调冷水系统水泵控制策略的分析，由中央控制器设定数学计算模型和控制算法，实现对系统水泵转速的控制策略，对系统末端冷量进行主动性调节，而非以系统管网温度、温差、压力、压差、流量一系列过程物理量的变化来控制系统水泵，通过对其内在机理的细致研究，寻求冷水系统变流量控制策略、冷水泵运行转速与台数策略的优化，所述控制方法利用集中式空调冷水系统装置实现，所述控制装置包括中央控制器、多个具备网络通信功能的DDC控制器和多个具有网络通信功能的温度控制器；     所述中央控制器由具有智能PID控制功能的PLC构成 ，PLC采用Modbus通讯协议工业现场控制总线RS485通信接口，中央控制器通过采用Modbus通讯协议工业现场控制总线RS485分别与 DDC控制器、温度控制器通信连接；    对应用户侧末端的每一个空调机组的串接管路上，配置安装有比例调节型温度控制两通阀，比例调节型温度控制两通阀与一个DDC控制器连接；    对应用户末端的每一组风机盘管的串接管路上，配置安装有通断式温度控制两通阀，通断式温度控制两通阀与一个温度控制器连接；    所述与制冷机组串接的变频调速循环冷水泵受交流变频器控制，交流变频器由中央控制器输出信号控制；    DDC控制器和温度控制器通过RS485双工串行通信接口与中央控制器的PLC输入模块连接，将实时采集到的末端阀门开度控制信号输入到中央控制器，经中央控制器统计分析运算后输出调速控制信号采用标准电流（电压）模拟控制信号或者Modbus通讯协议、以太网通讯技术对交流变频器控制，进而实现对循环水泵的调速控制；    通过DDC控制器的控制用户侧末端空气调节机组所配置的比例调节型温度控制两通阀；    通过温度控制器的控制对象末端风机盘管所配置的通断式温度控制两通阀；    中央控制器的CPU模块通过通信接口连接上位计算机， 由上位计算机中运行的组态软件完成监测控制组态，经分布式通讯及控制系统实现对n个温控阀门的采样检测，通过制定控制策略并由计算机控制中央控制器实现空调冷水系统末端冷量主动性调节；     在集中式空调冷水系统与制冷机组串接的变频调速循环冷水泵 、多个末端空调机组和多个末端风机盘管上安装连接空调冷水系统控制装置，利用空调冷水系统控制装置来执行空调末端用户给水连续性调节和脉冲性调节，从而实现末端冷量主动性调节实现集中式空调冷水系统控制，获得节能效果；所述方法，包括调节型温控阀指令信号所对应的调节型温控阀的系统控制策略和通断型温控阀指令信号所对应的通断型温控阀的系统控制策略；     （1）采用调节型温控阀的系统控制策略：当冷水系统的末端支路采用调节型两通阀进行温度自动控制时，其本质是通过增大温控阀开度，提高供冷水量，降低支路换热器水侧平均温度，增加传至空气侧的供冷量；反之则减小温控阀开度，降低供冷水量，提高支路换热器水侧平均温度，减少传至空气侧的供冷量；若末端服务区内被控温度偏离设定值，末端温度控制器则发出相应的阀门开度调节指令，当末端温度控制器发出100%开度指令信号时，则视为该末端支路的资用压力没有冗余且有可能欠流量，则通过提高冷水泵转速来提升用户资用压力，从而增加末端流量；当末端温度控制器发出小于100%开度指令信号时，表明该末端支路的资用压力过大，可降低冷水泵转速，将末端温度控制器对温控阀发出的开度指令信号视为该末端对系统冷水侧资用压力需求的被控信号； 充分考虑到同时满足系统中所有末端用户对冷水量的要求，控制策略为：在制定的采样时间周期内，通过数次采集系统所有调节型温控阀的开度指令信号进行统计平均，从所有末端用户当中找出调节型温控阀相对开度指令最大值K_max的末端支路；若K_max=100%，说明该末端空气侧的冷负荷对冷盘管的供冷量需求增加，相应的供水流量不足，可通过提高水泵转速逐步提高末端供水侧资用压力，确保系统中所有用户实际流量需求；若90%＞K_max＜100%，则可维持水泵当前转速，保持当前冷水系统压力；若K_max＜90%，则视其资用压力冗余，逐步降低水泵转速，减少系统输送能耗；为了有效控制系统供水压力的频繁振荡，通过中央控制器的PLC根据数学模型编制程序，计算出相应n周期算术平均值：数学模型为：式中，为当前时段系统调节阀开度指令的平均值；n为采样次数，通常取n≥10；K_maxi为末端调节阀开度指令值；再由中央控制器输出优化后的控制信号，控制变频器同步调节系统在役冷水循环泵的转速，进而实现对冷水系统供水压力与流量的调节控制；（2）采用通断型温控阀的系统控制策略：通断型阀门是通过对阀体过流截面流体通过时间的脉冲式调节，实施供冷水量调节,流体在制定时间周期内的平均体积流量可以表示为时间的函数：式中V为采样周期内流体平均体积流量，单位：m³/s；τ为采样时间周期，单位：s；V_n为流体瞬时流量，单位：m³/s；t为时间变量，单位：s；以夏季空调工况为例，当空调房间的温度高于设定值时，温控器就会向通断阀发出开阀指令（N=1）；反之当空调房间的温度低于设定值时，温控器则发出关阀指令（N=0）；在制定采样时间周期τ内，对每台空调房间温控器输出的开阀指令采集i次；以i =10为例，对于编号为j的空调末端温控阀，如果连续10次获得温控器发出的开/关指令统计值，说明此时这台空调末端所在支路资用压力没有冗余，因此不能排除欠流量的可能，故增加系统水泵的运行转速，提高末端支路的资用压力，以保障设计流量要求；而当时则说明该末端支路尚有冗余压差，对系统冷水泵有减速运行的节能空间；出于保证系统所有末端空调房间服务质量的考虑，通过中央控制器对比计算找出系统中所有空调房间温度控制器开阀指令信号统计值的最大值，依据n个采样算术平均值值是否等于1来判断系统水泵究竟应该增频运行还是降频运行：式中，为当前时段系统调节阀开度指令的平均值；n为采样次数，通常取n≥10；X_maxi为末端通断阀开度指令值；再由中央控制器输出优化后的控制信号控制变频器同步调节系统在役冷水循环泵的转速，进而实现对冷水系统供水压力与流量的调节控制。