酒店建筑中央空调机房冷冻水系统综合能效提升控制方法与流程

本发明属于能源与节能技术领域，具体是一种针对酒店建筑中央空调机房冷冻水系统综合能效提升控制方法。

背景技术：

中央空调能耗费用在酒店运营成本中占有很大一部分比例，利用智能化控制手段提高酒店中央空调的运行能效是降低酒店空调运行费用的有效途径。酒店中央空调一般是按照最大冷负荷需求配置的，即环境温度及酒店人员在室率最高等工况下的空调冷负荷需求。但是在酒店实际运营中，工作日和休息日以及一天之中的不同时间段内酒店的人员在室率都有很大的差距，这样，在酒店人员在室率较低以及室外空气温度较低的情况下，中央空调经常处于大马拉小车的状态，因此，酒店建筑的中央空调存在比较大的节能提效空间。

在中央空调系统的能耗中，水系统能耗占到中央空调系统总能耗的60～70％。目前针对酒店中央空调水系统能效提升的方法主要是根据环境温度对主机出水温度重置以及对一次冷冻泵进行变流量调节，但是忽略了酒店人员在室率对中央空调能效的影响。

技术实现要素：

本发明针对酒店建筑的人员在室率变化大、空调能耗高以及能效提升空间大的特点，在满足酒店末端冷负荷需要的前提下，根据酒店人员在室率及环境温度的变化，实时动态调节主机及冷冻水泵的运行参数，实现酒店建筑中央空调冷冻水系统的综合能效提升。

本发明要解决的技术问题是，针对酒店建筑中央空调，现有技术大多根据室外环境温度控制空调主机出水温度，利用一次泵变流量技术调节水泵频率以达到空调节能运行的目的，忽略了酒店人员在室率对酒店冷负荷需求的影响，因此中央空调系统能效依然有待提高。

本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明包括以下步骤：第一，通过读取酒店插卡取电系统的数据，得到酒店实时的人员在室房间数n，进一步计算得到酒店的实时人员在室率λ；第二，根据酒店实时人员在室率λ，动态计算当前人员在室率λ时，执行控制调节的最高室外空气温度Tend所对应的主机出水温度目标值Tλ；第三，根据室外空气温度TOA动态调整主机冷冻水出水温度目标值TSET；第四，当酒店人员在室率发生变化时，房间空调末端的二通阀开度会自动开大或关小或关闭，导致空调冷冻水系统供回水总管压差发生变化，通过控制冷冻水供回水压差稳定在目标值ΔP对冷冻泵频率进行模糊控制，提高冷冻泵的能效值(kW/ton)冷冻泵，进一步计算得到空调机房冷冻水系统综合能效(kW/ton)冷冻水系统；第五，通过数据库模型计算分析，判断当前运行数据下的冷冻水系统综合能效是否最优，同时，比对中央空调系统历史各工况下的运行数据，得到空调主机最优冷冻水出水温度设定值，使得中央空调机房冷冻水系统的整体能效保持最优状态。

本专利的核心技术在于，对于空调主机控制，通过从酒店插卡取电系统获取人员在室房间数，并计算得到酒店人员在室率λ，进而得到当前人员在室率λ下执行控制调节的最高室外空气温度Tend所对应的主机出水温度目标值Tλ,根据当前室外空气温度TOA动态调整冷冻水出水目标温度TSET,从而对主机进行优化控制，并得到主机的能效kW/ton；

对于冷冻水泵控制，以冷冻水供回压差为主要变频依据，同时以供回水温差以及末端最不利压力为变频边界控制依据，对冷冻泵实行模糊控制，并得到水泵的能效kW/ton；

对于中央空调机房冷冻水系统综合能效kW/ton优化控制，计算动态控制后的冷冻水系统综合能效kW/ton，并与数据库中的数据进行实时比对，寻找最优冷冻水系统综合能效kW/ton，并以此为依据对主机冷冻水出水温度做进一步调整优化，使空调机房冷冻水系统的综合能效kW/ton保持最优。

主机设备的模糊控制为：根据人员在室率的变化和室外空气温度变化以及酒店对室内环境的要求，计算得到主机冷冻水出水温度设定目标值，主机出水温度值的修正计算方法为：

其中，TOA—当前室外空气温度；

Tst—执行控制调节的最低室外空气温度；

Tend—执行控制调节的最高室外空气温度；

Tmax—主机出水温度最高设定值，根据主机类型制定；

Tλ—主机出水温度最低设定值，根据人员在室率实时动态调整；

TSET—主机出水温度目标设定值；

进一步，执行控制调节的最高室外空气温度Tend所对应的主机出水温度目标值Tλ计算方法如下：

其中，λ—当前人员在室率；

λst—执行控制调节的最低人员在室率；

λend—执行控制调节的最高人员在室率；

T1—动态调节主机最低出水温度设定值，范围为7～12℃；

T2—动态调节主机最高出水温度设定值，范围为7～12℃；

Tλ—执行控制调节的最高室外空气温度Tend所对应的主机出水温度目标值；

进一步：酒店人员在室率λ的计算方法：

λ＝n/N；

其中：n—插卡取电房间数量；

N—酒店房间总数；

λ—酒店人员在室率；

主机能效(kW/ton)主机计算方法：

(kW/ton)主机＝P主机/(Qc/3.517)

P主机＝f(Ts,Tr)

Q＝cGc(Tr-Ts)

水泵能效(kW/ton)冷冻泵计算方法：

(kW/ton)冷冻泵＝P冷冻泵/(Qp/3.517)

P冷冻泵＝f(Gp,Hp,ηp,βp)

冷冻水综合能效(kW/ton)冷冻水系统计算方法：

式中：Q总制冷量，Ts冷冻水供水温度，Tr冷冻水回水温度，P功率，c冷冻水比热容，G冷冻水总流量，Gc主机流量，Gp冷冻泵流量，Hp冷冻泵扬程，ηp冷冻泵当前效率，βp冷冻泵扬程系数。

附图说明

图1是主机冷冻水出水温度设定值与室外空气温度的关系曲线；

图2是执行控制调节的最高室外空气温度对应的主机出水温度设定值与酒店人员在室率的关系曲线；

图3是酒店中央空调冷冻水系统模糊控制图；

图4是酒店中央空调冷冻水综合能效提升控制方法流程图。

具体实施方式

本发明首先通过酒店人员在室率λ和室外空气温度TOA动态调整空调主机冷冻水出水温度目标值TSET实现对空调主机的模糊控制，提高主机能效(kW/ton)主机，具体是通过读取酒店插卡取电系统的数据，得到酒店实时的人员在室房间数n，进一步计算得到酒店的实时人员在室率λ，根据酒店实时人员在室率λ，动态计算当前人员在室率λ时，执行控制调节的最高室外空气温度Tend所对应的主机出水温度目标值Tλ，再根据室外空气温度TOA动态调整主机冷冻水出水温度目标值TSET，当酒店人员在室率发生变化时，房间空调末端的二通阀会自动开大或关小或关闭，导致空调冷冻水系统供回水总管压差发生变化，通过控制冷冻水供回水压差稳定在目标值ΔP，对冷冻泵频率进行模糊控制，提高冷冻泵的能效值(kW/ton)冷冻泵，进一步计算得到空调机房冷冻水系统综合能效(kW/ton)冷冻水系统，通过数据库模型计算分析，判断当前运行数据下的冷冻水系统综合能效是否最优，同时，比对中央空调系统历史各工况下的运行数据，得到空调主机最优冷冻水出水温度设定值，使得中央空调机房冷冻水系统的整体能效保持最优状态。

本发明最核心的技术主要是根据酒店人员在室率和室外空气温度动态调整空调主机冷冻水出水温度目标值，这种冷冻水出水温度目标值控制方法的优势在于，当酒店人员在室率较低，如30％，室外空气温度较高，如35℃时，按照传统的控制方式，空调主机出水温度目标值为7℃，按照本发明，空调主机出水温度可以设定到8℃或更高。由此进一步提高空调主机的运行能效。

本发明针对酒店中央空调机房冷冻水系统能效提升所采用的技术方案如下所述。

1、定时采集酒店插卡取电系统数据，计算当前时刻酒店人员在室率λ；

酒店人员在室率λ的计算方法：

λ＝n/N；

其中：n—当前插卡取电房间数量；

N—酒店房间总数；

λ—酒店人员在室率；

2、判断空调机房冷冻水控制系统是否执行，判断方法为，当前时刻人员在室率与上一时刻人员在室率作差或作商比较，与设定偏差值Δλ比较，判断酒店人员在室率变化是否在允许范围内，如果否，那么就执行，如果是，则进一步判断室外空气温度变化是否在允许范围内，方法与上述方法一致，如果酒店人员在室率和室外空气温度的变化均在允许范围内，则不执行控制系统，两者有任一超过允许范围，则执行控制系统；

3、计算当前人员在室率λ时，执行控制调节的最高室外空气温度Tend所对应的主机

出水温度目标值Tλ

其中，λ—当前人员在室率；

λst—执行控制调节的最低人员在室率，根据酒店实际情况设定；

λend—执行控制调节的最高人员在室率，根据酒店实际情况设定；

T1—动态调节主机最低出水温度设定值，范围为7～12℃；

T2—动态调节主机最高出水温度设定值，范围为7～12℃；

4、计算当前人员在室率及室外空气温度的主机出水温度目标值TSET：

其中，TOA—当前室外空气温度；

Tst—执行控制调节的最低室外空气温度；

Tend—执行控制调节的最高室外空气温度；

Tmax—主机出水温度最高设定值，根据主机类型制定；

Tλ—执行控制调节的最高室外空气温度Tend所对应的主机出水温度目标值，根据人员在室率实时动态调整；

需要说明的是，主机冷冻水出水温度对主机的能效有直接的影响，据已有研究知道，在相同的工况下，主机冷冻水出水温度每升高1℃，主机的运行效率能够提高3％。

5、冷冻水泵变频控制

当酒店人员在室率发生变化时，房间空调末端的二通阀会自动开大或关小或关闭，导致空调冷冻水系统供回水总管压差发生变化，通过控制冷冻水泵的频率调节冷冻水供回水压差稳定至目标值ΔP，从而实现冷冻水泵的能效提升。在冷冻水泵频率降低时，冷冻水供回水温差会相应增大，末端最不利压力点压力也会随之减小，因此在冷冻水泵变频控制时需要根据这三个参数对水泵进行模糊控制。

需要指出的是，理论上，冷冻水泵的功率与转速呈3次方关系，即通过对冷冻泵低频运行，可以较大程度降低冷冻泵的功率，具体关于冷冻水泵的转速与频率的关系，以及水泵的转速与流量、扬程和功率的关系为本领域熟知的技术，这里不做详述。

6、计算空调机房冷冻水系统综合能效(kW/ton)冷冻水系统；

冷冻水系统综合能效(kW/ton)冷冻水系统计算方法：

其中：P主机＝f(Ts,Tr)

P冷冻泵＝f(Gp,Hp,ηp,βp)

Q＝cGc(Tr-Ts)

式中：Q总制冷量，Ts冷冻水供水温度，Tr冷冻水回水温度，P功率，c冷冻水比热容，G冷冻水总流量，Gp冷冻泵流量，Hp冷冻泵扬程，ηp冷冻泵当前效率，βp冷冻泵扬程系数。

P主机和P冷冻泵的函数关系是本领域公知技术，不再详述。

7、对机房冷冻水系统综合能效调优

通过上述过程可以看到，主机冷冻水出水温度设定值提高有利于提高主机运行效率，降低主机能耗，通过变频调节降低水泵运行频率可以降低冷冻泵的运行能耗。然而，当主机冷冻水出水温度提高之后，房间空调末端空气处理设备如风机盘管的换热效率将下降，若要满足当前的冷负荷需求，则必然需要开大二通阀阀门开度，以增加冷冻水流量。这样就导致冷冻泵频率需要提高以满足冷冻水流量增加的需求。所以主机冷冻水出水温度提高对于降低水泵能耗是不利的，寻找一个使主机和冷冻泵综合能效最优所对应的主机冷冻水出水温度则十分有必要。通过数据库模型计算分析，判断当前运行数据下的冷冻水系统综合能效是否最优，同时，比对中央空调系统历史各工况下的运行数据，得到空调主机最优冷冻水出水温度设定值，使得中央空调机房冷冻水系统的整体能效保持最优状态。