专利名称：自适应变频调速变流量控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于空调和采暖循环水系统的流量控制系统，特别涉及一种自适应变频调速变流量控制方法及系统。
目前，在空调和采暖循环水系统的设计及运行过程中，节能控制系统设计越来越引起人们的重视。变流量水系统则是系统节能的有效技术之一。变流量系统设计已成为必不可少的节能技术手段。空调采暖系统冷，热负荷是一个动态变量，在整个运行周期内，85％以上的时间，系统是处于低于设计最大负荷运行状态。所以，空调系统的设计不仅应该进行动态负荷计算，更应一改以往的静态系统设计为动态设计，提高系统的应变能力。具体的讲，就是在系统末端采用完善的监测控制手段，如温湿度，C02，风速，风压，压差等传感器和电动两通阀，调节阀等，并通过DDC控制单元进行控制。在条件许可时，采用VAV变风量系统等。而就水系统而言，就是相对应系统负荷的水循环流量的动态平衡。当系统流量在某一时刻一定时，系统负荷与温差呈线性关系。Q=f(Δt)；反之，当系统的供回水温差一定时，则系统负荷与循环流量为线性关系，Q=f(L)；但是，当系统设计和施工完成后，系统的管道特性k即为一定。根据循环水泵的流体力学特性和系统的管路特性，系统的循环流量与水泵的转速成正比，为线性关系。而水泵的压差和实际轴功率分别与转速的二次方和三次方成正比。即L2/L1=n2/n11-----------------(1)P2/P1=(n2/n1)3--------------(2)N2/N1=(n2/n1)3--------------(3)L1,L2系统流量m3/H
P1,P2系统压差kPaN1,N2轴功率 kw因而，适应水系统的变流量设计，不仅要考虑到系统负荷的流量和须用压差要求，还应充分考虑系统的稳定性和应变能力。在正常运行的某一时刻，当系统的流量一定时，则系统循环水的供回水温差随负荷的变化而发生变化。在冷，热源控制供水温度为一定时，(通常的系统设计均采用定供水温度)实际上系统的负荷变化直接引起回水温度的变化。
本发明的目的是提供一种自适应变频调速变流量控制方法及系统，在实际工程中是一种最直接的控制方法，通过适时调节系统的循环流量稳定回水温度而达到节能的目的。克服现有技术的缺点和不足。
本发明的目的是这样实现的一种自适应变频调速变流量控制方法，其特征为本发明是基于建立在定回水温度控制的自适应变流量系统控制数学模型的基础上的即t1=c+δt cthτcos(2π/v/Qi)τ=c+δt(eτ+eτ)/(eτ+eτ)cos(2π/v/Qi)t1回水温度℃；c回水温度设定值℃；δt回水温度最大偏离值℃；τ时间分钟；v系统水容量m3；Qi系统循环流量m3/h；V/Qi系统循环周期分钟；采用PID比例积分控制模式，在空调和采暖循环水系统中，即在冷热源和循环泵串联的管路中，采用由设置在冷热源前的流量传感器的信号，由设置在循环泵前后的压差传感器的信号，由设置在循环泵前的温度传感器的信号，三个信号送入可编程控制器，采用PID比例积分控制模式，再由可编程控制器控制连接在循环泵上的控制循环泵的变频器，达到系统的定回水温度的自适应变流量控制。
其自适应变频调速变流量控制系统是在空调和采暖循环水系统中，即在冷热源和循环泵串联的管路中，在冷热源前设置流量计及流量传感器，在循环泵前后设置压差传感器，在循环泵前设置温度传感器，流量传感器、压差传感器、温度传感器三个传感器连接可编程控制器，可编程控制器采用PID比例积分控制模式，再由可编程控制器连接循环泵上的控制循环泵的变频器，形成定回水温度的自适应变流量控制系统，可编程控制器还连接显示流量、压差、回水温度的数码显示器。
本发明的优点是该控制方法及系统与定流量系统相比较有明显的优点，它可以平滑的实现真正意义上的变流量运行，系统具有很高的应变能力和灵活性；可以实现水系统稳定地全透明运行；更重要的是有明显的节能效果，系统规模越大，系统稳定性越好，节能效果越明显，系统投资在1-3年内均可通过节能而达到理想的回收。从系统的稳定，节能和可持续发展的观点来看，该系统都具有普遍的实用意义。采用定回水温度控制的变频调速变流量空调采暖系统无疑是一种简便易行，目标明确，系统运行稳定可靠的节能技术下面结合
实施例图1是自适应变频调速变流量控制系统结构示意2是自适应变频调速变流量控制曲线图本发明自适应定回水温度变流量控制方法及系统。是基于建立在定回水温度控制的自适应变流量系统控制数学模型的基础上的即t1=c+δt cthτcos(2π/v/Qi)τ=c+δt(eτ+eτ)/(eτ+eτ)cos(2π/v/Qi)τ-------------------(4)t1回水温度℃；
c回水温度设定值℃；δt回水温度最大偏离值℃；τ时间分钟；v系统水容量m3；Qi系统循环流量m3/h；V/Qi系统循环周期分钟；公式(4)中，v/Qi控制过程中是一个变量，因此，公式(4)只是对实际控制过程的准确直观的描述。系统的控制调节过程符合余弦和余切双曲线规律，若用公式(4)数学模型来实现实际工程的控制，需要考虑多变量过程的影响和繁杂的数学运算，将会使问题复杂化，甚至使控制过程变成不可能。在实际工程上采用PID比例积分控制模式，即可达到同样符合实际系统规律的控制目的。通过某实际工程的调试运行结果证明，回水温度可控制在±0.5℃范围之内，节能效果十分明显。实际的控制过程如图1所示图中1变频器，2温度传感器，3流量计及传感器，4压差传感器，5数码显示器或液晶显示器(流量，压差和回水温度)，6可编程控制器，7冷热源，8循环泵。
在空调和采暖循环水系统中，即在冷热源和循环泵串联的管路中，在冷热源前设置流量计及流量传感器，在循环泵前后设置压差传感器，在循环泵前设置温度传感器，流量传感器、压差传感器、温度传感器三个传感器连接可编程控制器，可编程控制器采用PID比例积分控制模式，再由可编程控制器连接循环泵上的控制循环泵的变频器，形成定回水温度的自适应变流量控制系统，可编程控制器还连接显示流量、压差、回水温度的数码显示器。
这里，变频器只是作为执行器，必须为其配置一个可编程控制器PLC作为控制器。流量计应采用电磁流量计或超声波流量计。可编程控制器PLC适时接受系统回水温度并进行PID运算，指令变频器调速，同时通过显示器显示系统的瞬间流量值和压差值，从而实现水系统的全透明工况运行，也使得系统运行节能更直观可信。该系统也可以通过预留的通讯接口与BAS(楼宇自动控制系统)相连接，BAS控制中心直接了解系统任何时刻的运行状态，也为业主的能源管理决策提供了可靠依据。
从(图2)可以看到，在自适应定回水温度变流量控制下，系统的循环周期随系统的流量而变化，也就是说，系统的循环倍率成为变量。随着系统负荷的变化，系统的流量，压差相应改变。而循环水泵的特性和系统流量及压差的变化充分符合流体的管道特性规律。在系统流量大于最小流量的范围内，可以保证水系统不会发生失调。
在自适应定回水温度变流量控制系统中，变量控制的逻辑关系可分为两种情况，1，供热工况，2，供冷工况在供热工况，当回水温度变化值超过±δt时t2-c＞δt 水泵转速提高n↑t2-c＜-δt 水泵转速降低n↓在供冷工况，t2-c＞δt 水泵转速降低n↓t2-c＜-δt 水泵转速提高n↑t2实际回水温度 c设计回水温度在自适应定回水温度控制系统的设计中，需要注意的问题是1，对于空调系统，必须设冬/夏工况转换开关，以适应系统运行要求，对于采暖则不必设置此功能。2，对于采暖系统单工况，则不必设此转换开关。3，为了保证系统的稳定运行，防止失调，控制系统应设置最小流量限制，任何时刻流量(即使回水温度超出控制范围)不得小于最小流量，一般情况下，最小流量按系统设计流量的45-50％设定。本限定主要是考虑避免实际运行中，由于流量减少到一定范围时，循环水泵所提供的循环压差不足以抵偿因温差而引起重力压头及实际管道系统的水力状态不可能完全理想平衡产生部分环路或末端的系统失调。4，在水系统设计时，采暖系统末端应设温控阀；空调系统的末端一般可不采用电动两通阀，而采用三通调节阀，水管路尽可能采用同程设计，并应进行较准确的水力平衡计算；推荐的理想方法是，在总供回水管设温控旁通阀而末端仍采用电动两通阀，其节能效果明显优于前者；考虑到水泵的并联工作特性和系统的调节特性，一个系统的循环水泵不宜超过四台(不设备用泵)；采暖系统的循环水泵不宜超过三台。为了保证系统调节的连续性，除第一台循环水泵进行软启动外，无论是升序调节还是降序调节，其余水泵的投入或退出运行时，都应在30Hz进行，这样有助于系统的稳定，提高控制系统的响应时间，并可有效保护变频器的安全，在实践中证明是完全可行的。5，为了提高控制系统的应变能力，控制系统设置相应的回水温度设定键，可以方便的现场改变回水温度设定值，以满足不同温差系统设计的要求或进行质调节的变工况运行的要求。该功能也会为现场调试和追踪实际运行带来极大的方便。
综上所述，我们把该控制系统定义为自适应定回水温度变流量控制系统。实际运行结果证明，该控制方式的变流量系统与定流量系统相比较有明显的优点，它可以平滑的实现真正意义上的变流量运行，系统具有很高的应变能力和灵活性；可以实现水系统稳定地全透明运行；更重要的是有明显的节能效果，系统规模越大，系统稳定性越好，节能效果越明显，系统投资在1-3年内均可通过节能而达到理想的回收。从系统的稳定，节能和可持续发展的观点来看，该系统都具有普遍的实用意义。
权利要求
1.一种自适应变频调速变流量控制方法，其特征为本发明是基于建立在定回水温度控制的自适应变流量系统控制数学模型的基础上的即tl=c+δt cthτcos(2π/v/Qi)τ=c+δt(eτ+eτ)/(eτ+eτ)cos(2π/v/Qi)t1回水温度℃；c回水温度设定值℃；δt回水温度最大偏离值℃；τ时间分钟；v系统水容量m3；Qi系统循环流量m3/h；V/Qi系统循环周期分钟；采用PID比例积分控制模式，在空调和采暖循环水系统中，即在冷热源和循环泵串联的管路中，采用由设置在冷热源前的流量传感器的信号，由设置在循环泵前后的压差传感器的信号，由设置在循环泵前的温度传感器的信号，三个信号送入可编程控制器，采用PID比例积分控制模式，再由可编程控制器控制连接在循环泵上的控制循环泵的变频器，达到系统的定回水温度的自适应变流量控制。
2.根据权利要求1所述的自适应变频调速变流量控制系统，其特征为在空调和采暖循环水系统中，即在冷热源和循环泵串联的管路中，在冷热源前设置流量计及流量传感器，在循环泵前后设置压差传感器，在循环泵前设置温度传感器，流量传感器、压差传感器、温度传感器三个传感器连接可编程控制器，可编程控制器采用PID比例积分控制模式，再由可编程控制器连接循环泵上的控制循环泵的变频器，形成定回水温度的自适应变流量控制系统，可编程控制器还连接显示流量、压差、回水温度的显示器。
全文摘要
自适应变频调速变流量控制方法及系统是在空调和采暖循环水系统冷热源和循环泵串联的管路中,由在冷热源前设置流量计及流量传感器,循环泵前后设置压差传感器,循环泵前设置温度传感器,该三信号连接可编程控制器,采用PID比例积分控制模式,再连接变频器和显示器,该系统具有很高的应变能力和灵活性,实现运行工况全透明,简便易行,目标明确,系统运行稳定可靠,节能效率达50%。
文档编号G05D7/00GK1315682SQ0010557
公开日2001年10月3日 申请日期2000年3月31日 优先权日2000年3月31日
发明者杨耀东 申请人:天津美新建筑设计有限公司