专利名称：水流量控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及控制系统及方法，尤其涉及一种用在传统中央空调二次泵冷冻水系统中的水流量控制系统及方法。
背景技术：
目前，在大型建筑中央空调冷冻水系统中常采用二次泵变流量系统。图I描绘了现有技术中的中央空调冷冻水系统，参见图1，冷水主机一侧(简称为主机侧)110采用每一台主机对应一台定速泵(又称为一次泵)的配置，确保冷水机组定流量运行，而在末端空气处理系统(简称为用户侧)120采用变速水泵(又称为二次泵)，根据用户侧负荷的变化实现变流量运行。通常使用的二次泵控制方法是压差控制，即把用户侧供水端压差或远端压差作为控制变量，通过比较实际测量值与设定值来控制二次泵160的转速。根据预期设计，主机侧110到用户侧120的供水管130中的水量应当大于用户侧120到主机侧110的回水管140中的水量，用户侧120的回水应全部流回主机。但在实际运行中，在现有的二次泵控·制方法下，常常出现用户侧回水管140中的水量大于主机侧供水管130中的水量的现象，导致用户侧回水管140中的部分回水经由旁通管150 (联通在供水管130和回水管140之间的管道)与主机侧供水管130中的水混合，这种现象称之为“逆向回流”。逆向回流现象使用户侧120的部分回水与主机侧供水管130中的水混合，提高了流向用户侧120的供水温度，其后果是在同样用户侧负荷条件下，用户侧空气处理设备需要更多的供水量，这就增加了用户侧120的二次水泵160的能耗。如果这种现象不加以控制，会导致用户侧120水系统出现恶性循环供水温度升高，用户侧120需要更多的水量，更多的用户侧回水混入用户侧供水，供水温度进一步升高，直至二次水泵160达到最大供水量。实际运行中，当逆向回流发生时,操作者可通过增加冷水主机的运行台数来增加主机侧110的水量，从而减少并消除逆向回流。传统解决办法虽然能够消除逆向回流，但却额外增加了冷水主机和二次水泵的能耗，影响了中央空调系统的整体的能源效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中中央空调二次泵冷冻水系统中易于在旁通管中出现逆向回流的缺陷，提供一种水流量控制系统及方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种水流量控制系统，用于控制中央空调二次泵冷冻水系统中旁通管内的水流量，其中，所述水流量控制系统包括流量流向检测器、流量限制控制器、压差设定值控制器、二次泵控制器、远端压差计以及近端压差计；其中，所述流量流向检测器设置在所述中央空调二次泵冷冻水系统中的旁通管上，并与所述流量限制控制器电连接；所述远端压差计设置在所述中央空调二次泵冷冻水系统中用户侧的水力最不利环路的末端设备的供回水管路之间，而所述近端压差计设置在用户侧的供水端供水主管和回水主管之间；其中所述远端压差计与所述压差设定值控制器电连接，所述近端压差计与所述二次泵控制器电连接；所述压差设定值控制器分别与所述流量限制控制器和所述二次泵控制器电连接；所述二次泵控制器与所述中央空调二次泵冷冻水系统中的二次泵电连接。本发明还提供了一种水流量控制方法，用于控制中央空调二次泵冷冻水系统中旁通管内的水流量，其中，采用权利要求I所述的水流量控制系统，执行以下步骤S101、启动所述水流量控制系统；S102、测量所述中央空调冷冻水系统中旁通管内的水流量值和流向以及所述中央空调二次泵冷冻水系统中用户侧的近端压差值和远端压差值；S103、设定所述用户侧的最大近端压差设定值； S104、设定所述用户侧的近端压差设定值；S105、比较测量的所述近端压差值与确定的所述近端压差设定值，并基于比较结果调整二次泵的运行参数；S105、一次二次泵的调整过程结束，返回所述步骤S102。本发明产生的有益效果是依据本发明的水流量系统采集二次冷冻水系统中旁通管内实际的水流量、二次冷冻水系统中用户侧的实际近端压差和远端压差，并结合预设参数，确定近端压差设定值DPlset，并通过比较采集的近端压差DPl与确定的近端压差设定值DPlset来调整二次泵的运行参数。由此通过控制中央空调二次冷冻水系统中的二次泵的运行参数，从而调节中央空调二次泵冷冻水系统中用户侧供水管中的水流量，确保用户侧回水管中的水流量不大于主机侧供水管中的水流量，防止旁通管中逆向回流的发生。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图I是现有技术中中央空调冷冻水系统中的结构示意图；图2是描绘依据本发明实施例的水流量控制系统的逻辑框图；图3是描绘依据本发明实施例的执行水流量控制方法的执行步骤的流程图；图4是描绘依据本发明实施例的参数X的时间变化率(dX/dt)随水流量Mbp值的变化曲线图；图5是描绘依据本发明实施例的近端压差设定值DPlset与DPlset,min、DPlset,max和Cf三个参数之间的变化曲线图。
具体实施例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用以解释本发明，并不用于限定本发明。图2是描绘依据本发明实施例的水流量控制系统的逻辑框图，参见图2，该水流量控制系统200包括流量流向检测器210、流量限制控制器220、压差设定值控制器230、二次泵控制器240、远端压差计250以及近端压差计260。其中，流量流向检测器210设置在旁通管150上，用于测量旁通管150中流过的水流的流向和流量，在本发明中，定义旁通管150中的水流从主机侧供水管130流向用户侧回水管140时为正向(即旁通管150中的水由图2中的“S”流向“R”时为正，反之为负)。流量流向检测器210与流量限制控制器220电连接，从而将检测的旁通管150中的水流的流向和流量信息发送至流量限制控制器220。远端压差计250设置在中央空调二次泵冷冻水系统中用户侧的水力最不利环路的末端设备的供回水管路之间，而近端压差计260设置在用户侧的供水端供水主管和回水主管之间，用以分别测量用户侧120中水系统的远端压差和近端压差。远端压差计250与压差设定值控制器230电连接，从而将测量的远端压差信号发送至压差设定值控制器230。近端压差计260与二次泵控制器240电连接，从而将测量的近端压差信号发送至二次泵控制器240。另夕卜，压差设定值控制器230分别与流量限制控制器220和二次泵控制器240电连接。二次泵控制器240与二次泵160电连接，从而可以控制二次泵160的运行，例如控制二次泵160的工作频率以及转速等。图3是描绘采用图2中示出的水流量控制系统对中央空调系统的二次冷冻水用户侧水流量进行限制控制的方法的流程图。在执行依据本发明实施例的水流量控制方法的步 骤中，从步骤SlOl开始。步骤SlOl中，在中央空调二次冷冻水系统运行的同时，开启水流量控制系统。步骤S102中，水流量控制系统中流量流向检测器210检测旁通管150中水流的流量和流向，并将流量值Mbp反馈至流量限制控制器220。根据流向确定Mbp值的正负号，如图2所示，当水流从旁通管150的“S”流向“R”时，Mbp值为正；当水流从旁通管150的“R”流向“S”时，Mbp值为负，逆向回流发生。另外，远端压差计250和近端压差计260分别测量中央空调冷冻水系统中用户侧120的远端压差DP2和近端压差DPl，并且，远端压差计250将采集的远端压差值DP2反馈至压差设定值控制器230，近端压差计260将采集的近端压差值DPl反馈至二次泵控制器240。步骤S103中，流量限制控制器220包括适合的逻辑、接口和/或电路，首先，基于用户预设的旁通管150中的流量阈值μ，即用户设定的旁通管150内所容许的最小正向流量(当水在旁通管150内由“S”流向“R”时为正，反之为负)，流量限制控制器220对接收的Mbp值进行处理。当流量阈值μ为零时表示用户侧回水管140中最大容许流量等于主机侧供水管130中的流量；当流量阈值μ大于零时表示用户侧回水管140中最大容许流量小于主机侧供水管130中的流量；当流量阈值μ小于零时表示用户侧回水管140中最大容许流量大于主机侧供水管130中的流量，逆向回流发生。因此，在实际运行过程中，流量阈值μ应略大于零或等于零。另外，流量限制控制器220用以根据公式I计算用户侧120的最大近端压差设定值 DPlset,max DPlset,fflax = DPIll+(DPIul-DPIll)X, X e [O, I](I)其中，DPUP DPI1^分别为DPlset,max的预设下限值和上限值，这两个参数由用户根据实际系统进行设定；x为预设系数，其值大于等于O而小于等于I。X是一个变量，图4示出了依据本发明实施例X的对时间的变化率(dX/dt)随旁通管150中流量的变化值曲线，通过对时间的积分即可获得X的值，图4中曲线的斜率将根据实际系统进行确定。如图4所示，当旁通管150内的水流量Mbp介于O和μ之间时,dX/dt为零(即X不变)；当旁通管150内的水流量Mbp小于零时，dX/dt为负值(X减小)，且与Mbp呈线性关系，当Mbp负向增加时，dX/dt也相应地负向增加，即dX/dt的绝对值随Mbp的绝对值增大而增大。当旁通管150内的水流量Mbp大于μ时，dX/dt为正值，dX/dt的值随Mbp值增大而线性增大。结合公式I与图4可以看出，当旁通管150内的水流量Mbp大于预先设定的流量阈值μ时，DPlsrt,max会不断的增加，所能达到的最大极限值为DPlm;当旁通管内水流量Mbp大于等于O而小于等于μ时，DPIsrt,max保持不变；当旁通管内的水流量Mbp小于O时，DPlsrt,max会不断的减少，直至旁通管内的水流量Mbp为零，其所能达到的最小极限值为DPQ。最后，流量限制控制器220将获得的旁通管150内的最大近端压差设定值DPlset,_反馈至压差设定值控制器230。步骤S104中，压差设定值控制器230用于重新设置用于控制二次泵160运行参数的近端压差设定值DPlset。在依据本发明的实施例中，DPlset由DPlset,min、DPlset,max和Cf三个参数共同确定，图5示出了依据本发明实施例的近端压差设定值DPlset与DPlset,min、DPlset,max和Cf三个参数之间的变化曲线图。其中，DPlset,min为DPlset的最小值，在该实施例中DPlset, min为常数，由用户根据实际系统进行设定；DPU,max为DPlsrt的最大值，是一个变量，从流量限制控制器220接收；Cf为末端流量需求系数，是一个大于等于O而小于等于I的变量，反映了末端设备为实现冷负荷的供给而对冷水流量的需求，图5中近端压差设定值DPlsrt随Cf的增大而线性增大。在依据本发明的一个实施例中，压差设定值控制器230通过比较从远端压差计260采集的远端压差DP2与远端压差DP2的设定值DP2srt之间的差别，并采用反馈控制来确定Cf，所述反馈控制例如通过连续调整Cf的值来调节DP2与DP2srt之间的差另IJ，当DP2与DP2set之间的差别消除时确定Cf。其中DP2set可以是预先设定的常数，也可以是一个实时优化变量，该变量能够在确保向用户侧末端设备提供足够冷水流量的前提下，尽可能减少末端设备的总阻力。在本发明的另一个实施例中，压差设定值控制器230检测用户侧各末端设备水系统阀门的开启情况，通过持续调-Cf的值，使阀门开启的情况达到其预先的设定值，该阀门开启情况设定值由用户根据实际系统自行确定。最后，压差设定值控制器230将获得的近端压差设定值DPlset反馈至二次泵控制器 240。步骤S105中，二次泵控制器240包括适合的逻辑、接口和/或电路，用以将从压差设定值控制器230接收的近端压差设定值DPlset与从近端压差计260采集的近端压差值DPl进行比较，并基于比较结果不断调整二次泵160的运行参数(包括二次泵160的转速或工作频率等)，从而消除测量的近端压差值DPl与近端压差设定值DPlsrt之间的差别。步骤S106中，二次泵调节过程结束，返回步骤S102，以开始下一次二次泵调节过程。从以上可以看出，在传统的中央空调二次泵冷冻水系统中，结合使用依据本发明实施例的水流量控制系统，可以基于从旁通管测得的实际水流量和流向，获得最大近端压差设定值DPlset, max ;结合最大近端压差设定值DPlset, max、预设的DPlset, min以及用户侧末端设备为实现冷负荷的供给而对冷水流量的需求系数Cf，可以确定近端压差设定值DPlsrt ;最后基于所确定的近端压差设定值DPlset来调整中央空调二次泵冷冻水系统中的二次泵的运行，诸如二次泵的转速或工作频率等，从而调整用户侧供水管中的水流量，确保用户侧回水管中的水流量不大于主机侧供水管中的水流量。由此，能够控制旁通管中的水流量，有效地消除了旁通管内的逆向回流现象，防止来自用户侧的回水直接混入供水管中以对用户侧进行供水，最终能够保持用户侧的供水温度等于冷水机组的出水温度，实现空调系统的节能运行。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种水流量控制系统，用于控制中央空调二次泵冷冻水系统中旁通管内的水流量，其特征在于，所述水流量控制系统包括流量流向检测器、流量限制控制器、压差设定值控制器、二次泵控制器、远端压差计以及近端压差计；其中， 所述流量流向检测器设置在所述中央空调二次泵冷冻水系统中的旁通管上，用以测量所述旁通管中水流的流量和流向并将所述流量和流向的信息发送给所述流量限制控制器； 所述远端压差计将测量的远端压差信号发送给所述压差设定值控制器，所述近端压差计将测量的近端压差信号发送给所述二次泵控制器； 所述压差设定值控制器从所述流量限制控制器接收设定的所述用户侧的最大近端压差设定值，并将设定的压差设定值发送给所述二次泵控制器； 所述二次泵控制器控制所述中央空调二次泵冷冻水系统中的二次泵的工作。
2.一种水流量控制方法，用于控制中央空调二次泵冷冻水系统中旁通管内的水流量，其特征在于，采用权利要求I所述的水流量控制系统，执行以下步骤 ·5101、启动所述水流量控制系统； ·5102、测量所述中央空调冷冻水系统中旁通管内的水流量值以及所述中央空调二次泵冷冻水系统中用户侧的近端压差值和远端压差值； ·5103、设定所述用户侧的最大近端压差设定值； ·5104、设定所述用户侧的近端压差设定值； ·5105、比较测量的所述近端压差值与确定的所述近端压差设定值，并基于比较结果调整二次泵的运行参数； ·5106、二次泵的调整过程结束，返回所述步骤S102。
全文摘要
本发明公开了一种水流量控制系统及方法，所述水流量控制方法包括执行以下步骤启动所述水流量控制系统；采集中央空调二次泵冷冻水系统中旁通管内的水流量值以及中央空调二次泵冷冻水系统中用户侧的近端压差值和远端压差值；确定用户侧的最大近端压差设定值；确定用户侧的近端压差设定值；比较采集的近端压差值与确定的近端压差设定值，并基于比较结果调整二次泵的运行参数；二次泵的调整过程结束。通过该水流量控制系统及方法可以调整二次泵的运行参数，从而调节中央空调冷冻水系统中用户侧供水管中的水流量，确保用户侧回水管中的水流量不大于主机侧供水管中的水流量，最终防止旁通管中逆向回流的发生。
文档编号F24F11/00GK102889664SQ20111020219
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者王盛卫 申请人:香港理工大学