空调水蓄冷系统智能混水结构及其控制方法与流程

本发明涉及暖通空调水蓄冷系统控制技术领域，更具体地说它是一种空调水蓄冷系统智能混水结构，本发明还涉及这种空调水蓄冷系统智能混水结构的控制方法。

背景技术：

在建筑能耗中空调系统所占比例最大，由于节能需求的不断提高，空调控制系统由简单向复杂，低级向高级控制的发展。众所周知，水蓄冷是在电价低谷的时候(通常是夜间)，用制冷主机将冷量以冷水的形式储存在蓄冷装置中；在电价高峰期，不开或少开制冷主机，充分利用蓄冷装置中的冷量进行供冷的一种系统。它的技术优势在于：削峰填谷，平衡电网；利用峰谷电价差，降低用户空调使用费；提高制冷系统的可靠性，同时可作为应急备用冷源。采用冷水机组结合水蓄冷方式的能源系统可以进一步节能降耗，组成节能高效、高可靠性的系统。在目前空调水蓄冷系统实际的混水控制系统中，传统pid反馈控制仍然占据着重要地位，但由于空调水蓄冷系统具有大惯性、大滞后的特性，传统pid反馈控制导致调节时间过长、混水不均匀等问题。

因此，研发一种空调水蓄冷系统智能混水结构是很有必要的。

技术实现要素：

本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种空调水蓄冷系统智能混水结构。

本发明的第二目的是为了提供这种空调水蓄冷系统智能混水结构的控制方法。

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：空调水蓄冷系统智能混水结构，其特征在于：包括主供水管、释冷供水管和混水供水管，所述释冷供水管左端与主供水管下端连通，混水供水管上端与主供水管下端连接，混水供水管上端的侧面与释冷供水管左端连通，混水供水管下端至末端空调用户；

所述主供水管由上到下依次设置有主供水管阀前压力传感器、第一主供水管手动阀、主供水管电动开关阀、第二主供水管手动阀和主供水管阀后压力传感器；有旁通管电动调节阀与旁通管温度传感器连接，旁通管电动调节阀和旁通管温度传感器与主供水管电动开关阀并联；

所述释冷供水管右端与蓄能装置连接,释冷供水管从右到左依次设置有释冷供水管压力传感器、释冷供水管温度传感器、第一释冷供水管手动阀、释冷供水管电动调节阀和第二释冷供水管手动阀；

所述混水供水管上端设置有混水管温度传感器。

在上述技术方案中，还包括主回水管和与主回水管右侧连通释冷回水管；所述主回水管位于主供水管右侧，释冷回水管位于释冷供水管下方，释冷回水管上设置有释冷回水管手动阀。

在上述技术方案中，所述主供水管为dn800管道；所述释冷供水管为dn400管道；所述旁通管电动调节阀为dn350电动调节蝶阀，流通能力为8500m³/h所述释冷供水管电动调节阀采用dn400电动调节座阀，流通能力2200m³/h，压差分配比s＝0.35。

还包括主回水管4和与主回水管4右侧连通释冷回水管5；所述主回水管4位于主供水管1右侧，释冷回水管5位于释冷供水管2下方，释冷回水管5上设置有释冷回水管手动阀51。

所述主供水管1为dn800管道；所述释冷供水管2为dn400管道；所述旁通管电动调节阀16为dn350电动调节蝶阀，流通能力为8500m³/h所述释冷供水管电动调节阀24采用dn400电动调节座阀，流通能力2200m³/h，压差分配比s＝0.35。

为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：空调水蓄冷系统智能混水结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在电价低谷时即非混水工况时，主供水管电动开关阀打开，旁通管电动调节阀关闭，释冷供水管电动调节阀关闭，直接由主供水管向末端空调用户供冷，此时蓄能装置处于蓄冷状况；

步骤2：在电价峰值时即混水工况时，主供水管电动开关阀关闭，旁通管电动调节阀打开，释冷供水管电动调节阀打开，此时蓄能装置处于释冷状况；

步骤3：在步骤2中，将旁通管电动调节阀、释冷供水管电动调节阀的初始开度与末端空调的负荷率η、主供水管的水温t1、释冷供水管温度t2、混水供水管的混水温度检测值t3关联，建立旁通管电动调节阀、释冷供水管电动调节阀混水起始开度的模型公式：

q1t1+q2t2＝q3t3(式1)

q1+q2＝q3＝ηq总(式2)

由上式可推导出：

其中，q1为主供水管流量，单位m³/h；t1为主供水管温度，单位℃；

q2为释冷供水管流量，单位m³/h；t2为释冷供水管温度，单位℃；

q3为混水供水管流量，单位m³/h；t3为混水温度检测值，单位℃；

η为末端空调负荷率；

q总为末端额定总冷冻水流量，单位m³/h；

等百分比调节阀开度计算公式：

调节阀门额定流通能力计算公式：

k为电动调节阀开度,取值0-100％；

s为压差分配比，取值0.35；

kv为电动调节阀流通能力，单位m³/h；

qi为电动调节阀实际流量值，单位m³/h；

δp为电动调节阀两端的压差值，单位bar；

ρ为管道中液体的密度，取1g/cm³；

根据式5建立调节阀初始开度计算模型，控制系统根据主供水管温度t1和末端空调负荷率η所在的范围，带入调节阀初始开度计算模型，得出旁通管电动调节阀开度k1和释冷供水管电动调节阀开度k2，将k1和k2直接作为对应的调节阀门的初始开度值，然后在根据混水温度检测值t3与混水温度设定值t3'的差值作为pid控制器的输入，并选择合适的pid控制参数。

本发明通过在传统pid反馈控制基础上，增加混水电动调节阀初始开度的前馈控制，避免调节阀从0开度开始调节，有效解决水蓄冷混水系统大惯性、大滞后以及传统pid反馈控制调节时间过长、混水不均匀、调节阀动作时相互干扰的问题，将混水温度波动控制在±0.5℃

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的控制系统框图。

图3为本发明的调节阀初始开度计算模型。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：空调水蓄冷系统智能混水结构，其特征在于：包括主供水管1、释冷供水管2和混水供水管3，所述释冷供水管2左端与主供水管1下端连通，混水供水管3上端与主供水管1下端连接，混水供水管3上端的侧面与释冷供水管2左端连通，混水供水管3下端至末端空调用户；

所述主供水管1由上到下依次设置有主供水管阀前压力传感器11、第一主供水管手动阀12、主供水管电动开关阀13、第二主供水管手动阀14和主供水管阀后压力传感器15；有旁通管电动调节阀16与旁通管温度传感器17连接，旁通管电动调节阀16和旁通管温度传感器17与主供水管电动开关阀13并联；

所述释冷供水管2右端与蓄能装置连接,释冷供水管2从右到左依次设置有释冷供水管压力传感器21、释冷供水管温度传感器22、第一释冷供水管手动阀23、释冷供水管电动调节阀24和第二释冷供水管手动阀25；

所述混水供水管3上端设置有混水管温度传感器31。

步骤1：在电价低谷时即非混水工况时，主供水管电动开关阀13打开，旁通管电动调节阀16关闭，释冷供水管电动调节阀24关闭，直接由主供水管1向末端空调用户供冷，此时蓄能装置处于蓄冷状况；

步骤2：在电价峰值时即混水工况时，主供水管电动开关阀13关闭，旁通管电动调节阀16打开，释冷供水管电动调节阀24打开，此时蓄能装置处于释冷状况；

步骤3：在步骤2中，将旁通管电动调节阀16、释冷供水管电动调节阀24的初始开度与末端空调的负荷率η、主供水管1的水温t1、释冷供水管2温度t2、混水供水管3的混水温度检测值t3关联，建立旁通管电动调节阀16、释冷供水管电动调节阀24混水起始开度的模型公式：

q1t1+q2t2＝q3t3(式1)

q1+q2＝q3＝ηq总(式2)

由上式可推导出：

其中，q1为主供水管流量，单位m³/h；t1为主供水管温度，单位℃；

q2为释冷供水管流量，单位m³/h；t2为释冷供水管温度，单位℃；

q3为混水供水管流量，单位m³/h；t3为混水温度检测值，单位℃；

η为末端空调负荷率；

q总为末端额定总冷冻水流量，单位m³/h；

等百分比调节阀开度计算公式：

调节阀门额定流通能力计算公式：

k为电动调节阀开度,取值0-100％；

s为压差分配比，取值0.35；

kv为电动调节阀流通能力，单位m³/h；

qi为电动调节阀实际流量值，单位m³/h；

δp为电动调节阀两端的压差值，单位bar；

ρ为管道中液体的密度，取1g/cm³；

当调节阀门起始开度在10％～90％之间时，可直接按照(式5)计算，若开度在不在此范围内，可根据所选调节阀的流量特性曲线及经验值取值。

根据式5建立调节阀初始开度计算模型，控制系统根据主供水管温度t1和末端空调负荷率η所在的范围，带入调节阀初始开度计算模型，得出旁通管电动调节阀开度k1和释冷供水管电动调节阀开度k2，将k1和k2直接作为对应的调节阀门的初始开度值，然后在根据混水温度检测值t3与混水温度设定值t3'的差值作为pid控制器的输入，并选择合适的pid控制参数(如图2所示)。

实际使用中，主供水管1为dn800管道；所述释冷供水管2为dn400管道；所述旁通管电动调节阀16为dn350电动调节蝶阀，流通能力为8500m³/h所述释冷供水管电动调节阀24采用dn400电动调节座阀，流通能力2200m³/h，压差分配比s＝0.35；释冷供水管温度t2＝7℃，混水时主供水管温度t1变化范围12.5-18℃(以0.5℃精度变化)，混水温度设定值t3'＝12℃，末端空调负荷率η变化范围40％-90％(以0.1精度变化)，末端额定总冷冻水流量4636m³/h；基于上述已知参数，建立调节阀初始开度计算模型如图3所示：

本发明开始混水工况时，控制系统通过主供水管温度t1和末端空调负荷率η所在的范围，根据调节阀初始开度计算模型，将对应的调节阀门开度直接调整到初始开度值，然后在根据混水温度检测值t3与混水温度设定值t3'(12℃)的差值作为pid控制器的输入，并选择合适的pid控制参数；基于调节阀初始开度计算模型的前馈控制，避免调节阀从0开度开始调节，有效解决了混水温度波动大(混水温度控制在±0.5℃)，调节时间过长、降低两个调节阀动作时相互干扰等问题(如图2所示)。

其它未说明的部分均属于现有技术。