一种基于中央空调主机的高效节能控制装置的制作方法

本发明是关于水冷中央空调主机节能控制领域，特别涉及一种基于中央空调主机的高效节能控制装置。

背景技术：

近几十年来，随着温室效应、城市热岛效应的逐渐加剧，中央空调系统在越来越多的建筑物中使用，并且中央空调系统的能耗在整个建筑中占相当大的比例，然而在中央空调系统中主机又占据大部分能耗，因此，研究中央空调主机的高效节能技术有着相当重要的意义。

传统的中央空调对于主机出水温度的设定一般采用本地面板设定的方式，但在昼夜、季节、天气的影响下，中央空调的能量负荷需求也随之变化。传统的人感经验控制往往不能动态地表征当前负荷，继而对其进行实时、合理的调整，以致影响空调舒适度，甚至造成能耗浪费。

目前在一些空调工程中，设计人员在设计时选用开关阀对主机冷冻水进行开关控制，当多个主机并联运行时，由于主机特性不同或各个管道之间存在差异，管阻不同，流量分配不合理，出现个别主机长期满载运行，其他主机低负荷运行，导致主机工况不能运行在高效区，造成能耗浪费，特别对于离心主机在低负荷运行时会出现喘震，影响主机使用寿命。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于中央空调主机的高效节能控制装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于中央空调主机的高效节能控制装置，中央空调包括主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、分水器、集水器，从主机冷冻出水管到分水器之间的管道是冷冻出水管路，从冷冻水泵出水管到主机冷冻进水管之间的管道是冷冻进水管路；所述基于中央空调主机的高效节能控制装置包括主机高效节能控制器、温度传感器、流量计、冷冻冷量调节阀、主机通讯网关、室外温湿度传感器；

所述温度传感器分别安装在冷冻出水管路、冷冻进水管路上，用于将冷冻出水温度信号、冷冻进水温度信号实时传送到主机高效节能控制器；

所述流量计分别安装在冷冻进水管路上，用于将负荷流量实时传送到主机高效节能控制器；

所述室外温湿度传感器用于采集当前外界温湿度信息，并将采集的实时温湿度信号输送到主机高效节能控制器；

所述主机高效节能控制器中内嵌有信号采集器，信号采集器用于采集信号和输出控制信号；主机高效节能控制器能利用采集的流量与温差信号计算出当前的实际负荷，通过主机通讯网关读取主机当前负荷量并与中央空调主机运行工况能效曲线(对于中央空调既定的条件下，中央空调主机运行工况能效曲线是已知的)进行对比，根据负荷需求、气候补偿调整、多功能时段修正运算，得出的主机冷冻出水温度设定值和冷冻冷量调节阀的需求开度，实现各主机负荷的合理分配；

所述负荷需求具体是指：利用采集的流量与温差信号计算得出的当前实际负荷；

所述气候补偿调整具体是指：通过采集到的当前室外温湿度情况，根据不同室外温湿度，设定不同的主机冷冻出水温度基数(比如，当室外温度小于30℃、湿度小于60％时，主机冷冻出水温度基数设定为8.5℃；当室外温度介于30-34℃之间、湿度介于60-70％之间时，主机冷冻出水温度基数设定为7.5℃；当室外温度大于34℃、湿度大于70％时，主机冷冻出水温度基数设定为7.0℃)；在此基础上，根据多功能时段修正划分多个模式：过渡模式、高峰模式、尖峰模式、睡眠模式，再对主机冷冻出水温度基数进行微调修正，进一步提升节能效果及空调舒适性；

所述多功能时段修正运算具体是指：根据空调的负荷大小特性，将完整的一天划分为四个阶段，不同阶段负荷大小不同，即划分为过渡模式、高峰模式、尖峰模式、睡眠模式对主机冷冻出水温度进行修正，并将修正值叠加在气候补偿调整所设定的冷冻出水温度基数之上(比如，划分为过渡模式、高峰模式、尖峰模式、睡眠模式，过渡模式修正值为0.0、高峰模式修正值为-0.3、尖峰模式修正值为-0.5、睡眠模式修正值为0.5)；

所述冷冻冷量调节阀分别安装在冷冻进水管路上，能接收主机高效节能控制器的实时开度大小调节信息，用于控制分配到对应主机的负荷流量；

所述主机通讯网关安装在主机控制柜(主机控制柜是指原控制主机独立正常运行的自身控制设备，安装在主机旁边)内，能读取主机当前负荷量和其他运行数据，并能对主机的冷冻出水温度进行远程实时设定；主机通讯网关用于将主机的实时运行数据解析传送给主机高效节能控制器，并且将主机高效节能控制器根据负荷需求、气候补偿调整、多功能时段修正运算得出的主机冷冻出水温度设定值实时传送给主机。

在本发明中，所述主机高效节能控制器集成在Micro850控制器上，并安装有信号采集器。

在本发明中，所述温度传感器采用QAE2120.015。

在本发明中，所述流量计采用FFM-DN200。

在本发明中，所述冷冻冷量调节阀采用BU6200+SY3U230-FM-T。

在本发明中，所述主机通讯网关用MODBUS通讯网关。

在本发明中，所述室外温湿度传感器用QFA317+AQF3100。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明能根据所采集的流量与温差信号计算出当前的实际负荷，通过对比当前各主机运行工况以及中央空调主机运行工况能效曲线，将负荷合理分配至多个主机，使每个主机工况都运行在高效区，不仅实现了主机的高效节能，而且极大的延长了主机寿命。

2、本发明应用气候补偿调整功能根据不同室外温湿度，设定不同的主机冷冻出水温度基数，在此基础上，根据多功能时段参数修正划分多个模式：过渡模式、高峰模式、尖峰模式、睡眠模式，再对主机冷冻出水温度基数进行微调修正，进一步提升节能效果及空调舒适性。

3、本发明实现了中央空调主机的高效节能，极大的降低了主机能耗，进而提高了整个中央空调系统的节能效率。

附图说明

图1为实施例的中央空调主机运行工况能效曲线。

图2为实施例中的安装系统图。

图中的附图标记为：1温度传感器；2冷冻冷量调节阀；3流量计；4主机高效节能控制器；5冷冻泵自适应节流仪；6冷却泵自适应节流仪；7主机；8冷却塔；9集水器；10分水器；11主机通讯网关；12冷凝器；13蒸发器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种基于中央空调主机的高效节能控制装置包括主机高效节能控制器4、温度传感器1、流量计3、冷冻冷量调节阀2、主机通讯网关11、室外温湿度传感器，用于实现中央空调主机的高效节能。

中央空调包括主机7、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔8、分水器10、集水器9，冷冻出水管路是指：从主机冷冻出水管到分水器10之间的管道，冷冻进水管路是指：从冷冻水泵出水管到主机冷冻进水管之间的管道。

所述温度传感器1分别通过1/2G焊接头安装在冷冻出水管路、冷冻进水管路上，温度传感器1与焊接头之间通过螺纹固定连接，且其输出端与主机高效节能控制器4的输入端相连。温度传感器1用于将冷冻出水温度信号、冷冻进水温度信号实时传送到主机高效节能控制器4。在本实施例中，温度传感器1采用QAE2120.015温度传感器，且温度传感器1穿镀锌管φ25管，铺设屏蔽电缆线RVVP2×1.0至主机高效节能控制器4。

所述流量计3分别法兰安装在冷冻进水管路上，且分别连接到主机高效节能控制器4的输入端，用于将负荷流量实时传送到主机高效节能控制器4。在本实施例中，流量计3采用FFM-DN200，且流量计3单独穿镀锌管φ25，并铺设通讯线RVVSP2×1.0至主机高效节能控制器4。

所述室外温湿度传感器安装在室外能够反映当前外界温湿度的地方，用于将采集的实时温湿度信号输送到主机高效节能控制器4；在本实施例中，室外温湿度传感器用QFA317+AQF3100。

所述主机高效节能控制器4集成在Micro850控制器上，安装有信号采集器。信号采集器用于采集信号和输出控制信号。主机高效节能控制器4利用采集的流量与温差信号计算出当前的实际负荷，通过主机通讯网关11读取主机7当前负荷量并与图1的中央空调主机运行工况能效曲线进行对比，根据负荷需求、气候补偿调整、多功能时段修正运算，得出的主机冷冻出水温度设定值和冷冻冷量调节阀2的需求开度，实现各主机7负荷的合理分配；

所述负荷需求具体是指：利用采集的流量与温差信号计算得出的当前实际负荷。

所述气候补偿调整具体是指：通过采集到的当前室外温湿度情况，根据不同室外温湿度，设定不同的主机冷冻出水温度基数，在此基础上，根据多功能时段修正划分多个模式：过渡模式、高峰模式、尖峰模式、睡眠模式，再对主机冷冻出水温度基数进行微调修正，进一步提升节能效果及空调舒适性。在本例中，当室外温度小于30℃、湿度小于60％时，主机冷冻出水温度基数设定为8.5℃；当室外温度介于30-34℃之间、湿度介于60-70％之间时，主机冷冻出水温度基数设定为7.5℃；当室外温度大于34℃、湿度大于70％时，主机冷冻出水温度基数设定为7.0℃。

所述多功能时段修正具体是指：根据空调的负荷大小特性，将完整的一天划分为四个阶段，不同阶段负荷大小不同，即划分为过渡模式、高峰模式、尖峰模式、睡眠模式对主机冷冻出水温度进行修正，并将修正值叠加在气候补偿调整所设定的冷冻出水温度基数之上。本例中划分为过渡模式、高峰模式、尖峰模式、睡眠模式；本例中，过渡模式修正值为0.0、高峰模式修正值为-0.3、尖峰模式修正值为-0.5、睡眠模式修正值为0.5。

所述冷冻冷量调节阀2分别安装在冷冻进水管路上，通过主机高效节能控制器4实时调节其开度大小，而冷冻冷量调节阀2的开度大小直接影响分配到该主机7的负荷流量，所以冷冻冷量调节阀2对合理分配负荷冷量至关重要。在本实施例中，冷冻冷量调节阀2采用BU6200+SY3U230-FM-T。

所述主机通讯网关11安装在主机控制柜内，因为要和主机7进行通讯数据传输，读取主机7当前负荷量和其他运行数据以及对主机7的冷冻出水温度进行远程实时设定，必需要在主机7和主机高效节能控制器4之间加装主机通讯网关11，用于将主机7的实时运行数据解析传送给主机高效节能控制器4，并且将主机高效节能控制器4根据负荷需求、气候补偿调整、多功能时段修正运算得出的主机冷冻出水温度设定值实时传送给主机7。主机控制柜是指原控制主机7独立正常运行的自身控制设备，安装在主机7旁边。在本实施例中，主机通讯网关11用MODBUS通讯网关。

下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

在相同温差、相同流量的条件下，投入相同数量的主机7，输送同等的冷量负荷，可以通过控制各主机7相应的冷冻冷量调节阀2开度，进行对总流量的分配。在各种比例的流量分配方案中，由于各主机7负荷效率和各管路管阻的差异，造成各主机7负载不尽相同，但其中必定有一个主机7负荷分配效率最佳、效费比最高的运行方案。

利用如图2实施例中的安装系统图，为各主机7负荷分配效率最佳、效费比最高的运行方案，具体为：

安装传感器及设备，完成线缆铺设及接线，系统上电，在主机高效节能控制器4上按下启动按钮，主机高效节能控制器4便自动采集数据，运算输出每个主机冷冻冷量调节阀2的需求开度，自动设定当前最适宜的主机冷冻出水温度，使每个主机7时刻都运行在节能高效区，提升节能效率。

首先，根据进、出水温度传感器1和流量计3采集到的信号值，运算当前实际负荷，依据正在运行主机7的运行工况及相应能效曲线，将总流量负荷合理分配至每一台主机7，使得每一台主机7都运行在高效区，在满足主机7最低流量需求的同时，尽可能地降低主机7能耗。

本例中1#主机额定制冷量2400KW，测量得出冷冻出水温度7℃，冷冻进水温度12℃，流量200M³/H；2#主机额定制冷量1200KW，测量得出冷冻出水温度7℃，冷冻进水温度12℃，流量200M³/H。

主机制冷负荷计算公式：Q＝Cp*r*Vs*(T2-T1)/3600；

其中，Q——主机制冷负荷，Cp——定压比热(水是4.1868)，r——比重(水是1000kg/M³)，Vs——冷冻水流量，T1——冷冻出水温度，T2——冷冻进水温度。

计算得出：

1#主机当前负荷Q1＝4.1868*1000*200*(12-7)/3600＝1163KW

1#主机负荷率η1＝Q1/2400＝1163/2400＝48.5％

2#主机当前负荷Q2＝4.1868*1000*200*(12-7)/3600＝1163KW

2#主机负荷率η2＝Q2/1200＝1163/1200＝96.9％

显然，2#主机已经满载运行，1#主机运行效率较低，根据附图中的能效曲线可知其均未运行在高效区，造成主机能耗的极大浪费，并且对主机的使用寿命有一定的影响。

采用主机高效节能控制器4对系统进行优化后，会结合各主机的额定制冷量，通过冷冻冷量调节阀2对主机流量进行调节，将负荷重新分配到每个主机，在同等工况下,由于1#主机的额定制冷量是2#主机的2倍，结合2#主机最低流量需求150M³/H，所以将总负荷流量分配为1#主机流量250M³/H，2#主机流量150M³/H，分别对每个主机的冷冻冷量调节阀2进行调节。

此时：

1#主机当前负荷Q1’＝4.1868*1000*250*(12-7)/3600＝1453KW

1#主机负荷率η1’＝Q1’/2400＝1453/2400＝60.5％

2#主机当前负荷Q2’＝4.1868*1000*150*(12-7)/3600＝872KW

2#主机负荷率η2’＝Q2’/1200＝872/1200＝72.3％

其次，本实施例实时采集室外温、湿度数据，应用气候补偿调整功能设定不同的主机冷冻出水温度基数，在此基础上，根据多功能时段参数修正划分多个模式：过渡模式、高峰模式、尖峰模式、睡眠模式，再对主机冷冻出水温度基数进行微调修正，在保证空调舒适性的前提下进一步提升节能效果。

根据图1中央空调主机运行工况能效曲线可以看出，每个主机均运行在高效区，这样就极大的提高了主机的节能效率，延长了主机使用寿命。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。