一种冷却水系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种冷却水平衡调控技术，尤其是涉及一种变流量冷却水系统水平衡调控技术。

背景技术：

常见的中央空调系统包括若干台制冷机组、若干台循环水泵、若干台冷却塔，其中制冷机组提供冷冻水供应风机盘管换热，循环水泵驱动冷却水在制冷机组和冷却塔之间循环，冷却水在冷却塔内与空气进行热交换，降温后的冷却水通过循环水泵送入制冷机组用于冷却。中央空调系统中设置冷却水系统的主要目的是将冷凝器的热量与大气进行热交换，获得低温水供中央空调机组运行使用。冷却水温度对于中央空调系统的能耗影响较大，按照主流各空调厂家提供的数据可知，冷却水温度每上升1℃，主机能耗会上升3-5％，冷却水温度每下降1℃，主机能耗减少3-5％。因此，冷却水系统中冷却塔换热能力的提升，对于整个系统节能影响巨大。

常见的中央空调系统中冷却水系统的组成方式包括以下几种形式：

1、直接采用单制冷机组、单循环水泵对应单冷却塔建立多个循环水管路。这种方式可以分别对单个的循环水管路进行水量调整，还可以增设冷却塔变频控制。但这种方式下，在某个设备出现故障时，互换性差，不能利用冷却塔群的大散热面积进行热交换，不能实现小水量大温差的高效节能模式，对于整个空调系统的节能没有任何帮助。此外，冷却塔虽然可以采用变频控制，但对于循环水管路而言，只能实现单台分别调节，导致变频时低转速的控制范围小，噪音大，不能实现多台低频率运转的节能效果。

2、采用冷却水系统同程供水的方式设置，即从循环水泵到各冷却塔的供水口距离基本相同，供水压力相同，冷却水供水管线需要从原有的两条管设计变为三根管设计。采用这种方式的原因是因为连接在管路上的不同冷却塔存在先后顺序，会导致前后水阻不同，实际的进水量也有很大影响，靠近水泵端的冷却塔水流量较大，出现过流情形，播水盘冷却水过多时会产生溢流，导致未经冷却散热就直接进入循环，而远离水泵端的冷却塔存在欠流现象，散热效率收到影响。采用同程供水方式，可以有效实现不同冷却塔的供水压力相同，从而避免出现过流或欠流的情形。但是由于增加了一根管，又存在以下的缺点：由于中央空调机组和循环水泵多设置在地下室内，而冷却塔多设置在空气流通的室外，管道距离较远，增加管路必然会导致设备投资成本和施工费用大幅增加，而增设管路又会同时增加阀门设备，冷却水系统的阻力也相应增加，循环水泵也需要增加扬程，长期运行能耗也相应增加。

因此，为了提升冷却系统的效率，取得最大限度的节能效果，对冷却水循环回路要进行必要的流量控制。

针对上述问题，恒流量中央空调冷却系统在调试时，往往依靠老师傅的经验对冷却水系统的阀门进行手动调整，达到相对的水力分布均匀。但这种调试是基于所有水泵全开，满负荷的情形下进行的调试，系统实际运行时大部分时间都是低流量的情形，而且循环水流量是随时因中央空调机组的符合而变化的，初始调试在系统的日常应用中，不具有太多的作用和效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、施工方便且便于调整系统平衡的冷却水系统。

本发明的另一个目的是提供一种可以有效实现变流量冷却水系统平衡和节能的冷却水系统控制方法。

本发明的技术解决方案是：一种冷却水系统，包括若干个制冷机组、冷却水回路、若干个并联设置在冷却水回路上的冷却水泵、并联设置在冷却水回路上的冷却水支路、并联设置在冷却水支路上的若干个冷却塔，冷却塔内设有风机，其中冷却水回路包括进水总管和回水总管，冷却水支路包括进水支管和回水支管，还设有冷却系统平衡控制器，在所述进水总管上设有用于控制进水总量的总管流量平衡阀，在各所述进水支管上分别设有用于控制冷却塔进水流量的支管流量平衡阀，冷却系统平衡控制器用于接收总管流量平衡阀和支管流量平衡阀的实时流量数据，并控制所述冷却塔开停机及风机转速和支管流量平衡阀的开度。

在进水总管上设置总管流量平衡阀，可以检测控制进入冷却塔的进水总量，从整体上对系统水流量进行控制和调节，在进水支管上设置支管流量平衡阀，可以独立控制每个冷却塔的进水量，冷却系统平衡控制器在接受进水总管进水总量基础上，根据每个冷却塔的工作状态，确定每个冷却塔实际进水量，通过调节对应的支管流量平衡阀开度调整进入各冷却塔的水量，当总水量下降时，还可以通过停用部分冷却塔，并将总水量合理分配至启动的部分冷却塔内，而且可以根据分配流量值控制实际进入冷却塔内的进水量，使整个水系统得到平衡和流量控制，避免因为水力不平衡造成的过流或欠流情况，实现低流量、大温差的冷却水供应，实现最大限度的节能效果，施工也方便，节约项目成本，简化安装流程，有利于在现有冷却塔基础上进行快速改装。

在各所述回水支管上分别设有用于检测回水温度的温度传感器，并输出信号至所述冷却系统平衡控制器内。使用温度传感器检测回水温度，以便及时发现出现故障或换热能力下降的冷却塔，有利于保障系统节能效率。

本发明的另一技术解决方案是：一种冷却水系统的控制方法，包括同时或先后执行的以下步骤：①、检测进水总管内的总进水流量参数，根据各冷却塔的最小进水流量值确定冷却塔开机台数；②、检测各进水支管内的进水流量，根据各冷却塔的最大进水流量值调节支管流量平衡阀开度，控制进水支管实际流量小于等于冷却塔的最大进水流量值；③、实时检测进水总管内的总进水流量和处于开机状态下的冷却塔数量，确定开机状态下各冷却塔的平均进水流量，并作为实时流量设定值输出至各支管流量平衡阀，用于调节各支管流量平衡阀的开度。

确定进水总管的总进水流量，是为了方便确认冷却塔开机台数，在总进水流量小于各冷却塔进水流量之和的情况下，停用部分冷却塔，既可以保证充分发挥冷却塔的换热能力，又利于减少整个冷却塔的耗能；检测进水支管的进水流量，可以确保按照冷却塔设计进水量控制实际进水，避免因为管程远近导致进水不均；根据总水量和开机冷却塔数量，确定运行状态下的每台冷却塔的平均进水流量，通过支管流量平衡阀控制实际进水量，可以充分保证开机的各冷却塔可以在最佳运行状态下运行，实现冷却水供水平衡；由于对冷却水总量进行监控，并根据总水量确定启动的冷却塔，以及确保开机的冷却塔在最佳运行状态下工作，从而在整体上确保水力平衡，运行更稳定，实现最大限度的节能。

在步骤①中，各冷却塔的最小进水流量值以该冷却塔的标准流量乘以可变流量系数而确定，冷却塔开机台数以总进水流量除以各冷却塔的最小进水流量值并取整数而确定。可以根据不同冷却塔的实际工况确定可变流量系数，获得最佳工作范围内的最小进水流量，便于从整体上对系统运行稳定性和节能效果进行掌控。

还包括以下步骤，④、实时检测处于停机状态下冷却塔所在的进水支管内的进水流量，当检测的进水流量大于0时，输出检修报警。方便发现出现故障的冷却塔，避免未经过散热的进水直接进入冷却水回水管路中，确保整体的节能效果。

还包括以下步骤，⑤、检测各回水支管内的实时回水温度，并与各回水支管回水温度设定值比较，当实时回水温度超过设定值0.3℃摄氏度时，输出对应回水支管的检修报警。通过回水温度检测，及时发现出现故障或换热能力下降的冷却塔，避免未经散热的进水直接进入冷却水回水管路中，确保整体的节能效果。

本发明的优点是：可以实现系统的水力平衡，运行更稳定，冷却塔可以在其工作范围内实现可控换热，确保冷却水温度和流量恒定，有利于实现最大限度的节能，施工方便，造价低，改造改装容易，长期运行的经济效果更高。

附图说明

附图1为本发明实施例的结构示意图；

1、制冷机组，2、冷却水泵，3、冷却塔，4、总管流量平衡阀，5、支管流量平衡阀，6、支管流量传感器，7、总管流量传感器，8、温度传感器，9、冷却系统平衡控制器，10、冷却水泵变频控制器，11、进水总管，12、回水总管，13、进水支管，14、回水支管。

具体实施方式

实施例：

参阅图1，为一种冷却水系统，包括若干个制冷机组1、冷却水回路、若干个并联设置在冷却水回路上的冷却水泵2、并联设置在冷却水回路上的冷却水支路、并联设置在冷却水支路上的若干个冷却塔3，冷却塔3内设有风机，其中冷却水回路包括进水总管11和回水总管12，冷却水支路包括进水支管13和回水支管14，还设有冷却系统平衡控制器9和冷却水泵变频控制器10，在进水总管11上设有用于控制进水总量的总管流量平衡阀4，在各进水支管13上分别设有用于控制冷却塔3进水流量的支管流量平衡阀5，在各回水支管12上分别设有用于检测回水温度的温度传感器8，并输出信号至冷却系统平衡控制器9和冷却水泵变频控制器10内，冷却系统平衡控制器9用于接收温度传感器8输出数据、总管流量平衡阀4和支管流量平衡阀5的实时流量数据，并控制冷却塔3开停机及风机转速和支管流量平衡阀5的开度。冷却水泵变频控制器10用于接收温度传感器8的回水温度数据，并控制冷却水泵2启停和变频。

在进水总管11上设置总管流量平衡阀4，可以检测控制进入冷却塔3的进水总量，从整体上对系统水流量进行控制和调节，在进水支管13上设置支管流量平衡阀5，可以独立控制每个冷却塔3的进水量，冷却系统平衡控制器10在接收进水总管进水总量基础上，根据每个冷却塔3的工作状态，确定每个冷却塔3的实际进水量，通过调节对应的支管流量平衡阀5开度调整进入各冷却塔3的水量，当总水量下降时，还可以通过停用部分冷却塔3，并将总水量合理分配至启动的部分冷却塔3内，而且可以根据分配流量值控制实际进入冷却塔3内的进水量，使整个水系统得到平衡和流量控制，避免因为水力不平衡造成的过流或欠流情况，实现低流量、大温差的冷却水供应，实现最大限度的节能效果，施工也方便，节约项目成本，简化安装流程，有利于在现有冷却塔基础上进行快速改装。

一种冷却水系统的控制方法，包括同时或先后执行的以下步骤：

①、检测进水总管11内的总进水流量参数，根据各冷却塔3的最小进水流量值确定冷却塔3开机台数；各冷却塔3的最小进水流量值以该冷却塔3的标准流量乘以可变流量系数而确定，冷却塔3开机台数以总进水流量除以各冷却塔3的最小进水流量值并取整数而确定。假设冷却塔3在标准流量30％时能不睡均匀，则其可变流量系数为30％，系统总进水流量÷(冷却塔标准流量×30％)＝n，取n的整数即为冷却塔的开机台数。

②、检测各进水支管13内的进水流量，根据各冷却塔3的最大进水流量值调节支管流量平衡阀5开度，控制进水支管实际流量小于等于冷却塔的最大进水流量值，对冷却塔3进行限流。

③、实时检测进水总管11内的总进水流量和处于开机状态下的冷却塔3数量，确定开机状态下各冷却塔3的平均进水流量，冷却水总流量÷开机台数n＝平均进水流量，将该平均进水流量作为实时流量设定值输出至各支管流量平衡阀5，用于调节各支管流量平衡阀5的开度；

④、实时检测处于停机状态下冷却塔所在的进水支管内的进水流量，当检测的进水流量大于0时，输出检修报警；

⑤、检测各回水支管内的实时回水温度，并与各回水支管回水温度设定值比较，当实时回水温度超过设定值0.3℃摄氏度时，输出对应回水支管的检修报警。

确定进水总管的总进水流量，是为了方便确认冷却塔开机台数，在总进水流量小于各冷却塔进水流量之和的情况下，停用部分冷却塔，既可以保证充分发挥冷却塔的换热能力，又利于减少整个冷却塔的耗能；检测进水支管的进水流量，可以确保按照冷却塔设计进水量控制实际进水，避免因为管程远近导致进水不均；根据总水量和开机冷却塔数量，确定运行状态下的每台冷却塔的平均进水流量，通过支管流量平衡阀控制实际进水量，可以充分保证开机的各冷却塔可以在最佳运行状态下运行，实现冷却水供水平衡；由于对冷却水总量ijnx监控，并根据总水量确定启动的冷却塔，以及确保开机的冷却塔在最佳运行状态下工作，从而在整体上确保水力平衡，运行更稳定，实现最大限度的节能。

通过检测停机状态下冷却塔3的进水支管13流量，当检测的流量不等于0时，说明该停机状态冷却塔3出现故障，导致进水发生，方便发现出现故障的冷却塔，避免未经过散热的进水直接进入冷却水回水管路中，确保整体的节能效果。

通过对回水支管14的回水温度进行检测，及时发现出现故障或换热能力下降的冷却塔，避免未经散热的进水直接进入冷却水回水管路中，确保整体的节能效果。

为验证本发明的有益效果，以下通过实际项目改造结果来说明：

在广州增城某国际知名酒店项目中，采用了四台250m³/h的横流冷却塔，为常见规模的酒店项目。系统初始调试时，按照100％流量进行冷却水系统平衡调试，对于每个冷却塔的进水阀门进行了开度调整，各冷却塔播水盘储水高度为52-56mm，确定各冷却塔水量基本平衡，冷却水布水是均匀的。

改造前：采用常规的节能运行模式，空调主机只启动2台，此时冷却水泵按照冷却水进出水温差进行变频调节，当冷却水泵变频运行2台时，频率在40-42hz，冷却水总流量为426m³/h，启动冷却塔4台，利用冷却塔的大散热面积进行换热，在室外湿球温度26.3℃、进水温度32.1℃时，4台冷却塔的播水盘高度分别为46mm、22mm、18mm、36mm，冷却塔的出水温度分别为28.1℃、28.5℃、28.5℃、28.2℃。

改造后：采用本发明方法对水系统进行水平衡改造，同样空调主机启动2台，冷却水泵变频运行2台时，频率在45hz，冷却水总流量为452m³/h，4台冷却塔运行，在室外湿球温度26.2℃、进水温度32℃时，4台冷却塔的播水盘高度分别为34mm、27mm、26mm、33mm，冷却塔的出水温度很稳定，均为27.6℃，基本实现了冷却塔供水平衡。

对比改造前后的两组数据可以看出：改造前的冷却水在变流量运行时，没有实现供水平衡，导致换热不充分，平均水温在28.3℃，而改造后，系统实现水平衡，换热均匀，平均水温在27.6℃，与改造前的平均水温降低了0.7℃，通过统计计算可知，改造前的空调机组的整体能耗比改造后的空调机组的整体能耗高出了2％以上。采用本发明的计算方案后，可以有效实现水平衡，降低整体能耗，长久使用下可以有效降低使用成本。

上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。