一种空调循环水系统变压差控制系统的制作方法

[0001]
本发明涉及空调智能控制领域，尤其是一种空调循环水系统变压差控制系统。


背景技术：

[0002]
中央空调水系统能耗约占据建筑总能耗的60％，中央空调系统通过冷冻水循环泵将冷冻水输配到空调末端，末端根据负荷需求自动调节冷冻水流量。冷冻水流量过小，将无法保证末端的流量需求；冷冻水流量过大，将会增加管道阻力，导致输配能耗增加。
[0003]
目前常用的冷冻水循环系统变流量控制方法有干管温差控制和干管压差控制，均存在一定缺陷：
[0004]
(1)干管温差控制法是指保持供回水干管温差不变，当末端负荷变化时，通过温差控制器与水泵变频器对水泵转速以及水流量进行调节，该调节方法只适用于末端负荷变化趋势较同步的小系统，不适用于末端负荷差异性较大的系统，会导致最不利末端压差过小或者压差过大；
[0005]
(2)干管压差控制法是指在供回水总管之间设置压差控制器，在系统运行过程中不考虑末端负荷变化，只保持总管之间压差不变，该方法不能及时应对末端负荷变化，会导致最不利末端压差过小或者压差过大。


技术实现要素：

[0006]
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种空调循环水系统变压差控制系统，该系统能有效避免远程通讯不稳定的问题，还能避免最不利末端压差过小或者压差过大，同时可降低空调水系统的输配能耗，本发明的技术方案如下：
[0007]
一种空调循环水系统变压差控制系统，包括集水器、分水器、制冷主机、冷冻循环泵、变压差控制器以及与变压差控制器相连的水泵变频器、流量计和水管压差传感器；制冷主机的出水口连接冷冻循环泵的一端，冷冻循环泵的另一端连接分水器，集水器连接制冷主机的入水口，水泵变频器连接冷冻循环泵并对其进行变频调节，水管压差传感器设置在集水器和分水器之间的管路上，流量计设置在集水器的回水管路上；
[0008]
变压差控制器中部署有总管供回水压差设定值算法模型，变压差控制器通过流量计获取冷冻水实测流量并代入总管供回水压差设定值算法模型，得到总管供回水压差设定值，变压差控制器根据总管供回水压差设定值和水管压差传感器采集的总管供回水压差实测值，通过pid算法调节冷冻循环泵的频率。
[0009]
其进一步的技术方案为，空调循环水系统变压差控制系统还包括空调末端组，空调末端组包括多个空调末端、串联在各个空调末端回水管支路上的空调末端调节阀以及与变压差控制器相连的最不利压差传感器，空调末端并联设置在集水器和分水器之间，最不利压差传感器设置在空调末端的最不利空调末端管路上；
[0010]
通过水管压差传感器、流量计和最不利压差传感器采集并存储总管供回水压差实测值、冷冻水流量和最不利末端压差值，并作为数据样本，同时不断调整空调末端调节阀的
开度和开启数量以改变末端管网阻力特性，在不同末端管网阻力特性下获取大量数据样本；
[0011]
对数据样本进行预处理，筛选出满足预定条件的最不利末端压差值及其对应的总管供回水压差实测值、冷冻水流量；其中，预定条件为：
[0012]
90％*末端额定水压降<最不利末端压差值<110％*末端额定水压降；
[0013]
采用随机森林法对筛选后的数据样本进行模型训练，拟合总管供回水压差实测值与冷冻水流量之间的特征关系，确定总管供回水压差设定值算法模型为：
[0014]
δp
s
＝(δp
max-δp
min
)
·
[ax
2
+(1-a)x]+δp
min
[0015]
其中，δp
s
为总管供回水压差设定值，δp
max
为末端全开最大压差设定值，δp
min
为末端全开最小压差设定值，a为管道阻力特征系数，x为流量系数，且q为冷冻水实测流量，q
s
为最大设计流量。
[0016]
其进一步的技术方案为，当总管供回水压差实测值小于总管供回水压差设定值时，变压差控制器根据pid算法得到的频率设定值控制水泵变频器增大冷冻循环泵的频率；当总管供回水压差实测值大于总管供回水压差设定值时，变压差控制器根据pid算法得到的频率设定值控制水泵变频器降低冷冻循环泵的频率，使水管压差传感器采集的总管供回水压差实测值维持在总管供回水压差设定值。
[0017]
其进一步的技术方案为，空调循环水系统变压差控制系统还包括与变压差控制器相连的旁通调节阀，旁通调节阀设置在集水器和分水器的总管上；
[0018]
在控制过程中，当总管供回水压差实测值大于末端全开最大压差设定值时，变压差控制器根据pid算法得到的旁通调节阀开度值控制旁通调节阀的开度增大；当总管供回水压差实测值小于末端全开最大压差设定值时，变压差控制器根据pid算法得到的旁通调节阀开度值控制旁通调节阀的开度减小，使总管供回水压差实测值不高于末端全开最大压差设定值。
[0019]
其进一步的技术方案为，空调循环水系统变压差控制系统还包括与变压差控制器相连的工作站，工作站实时记录冷冻水流量、总管供回水压差实测值和总管供回水压差设定值，用于分析空调循环水系统变压差控制系统的性能，起到监控作用；通过工作站修改优化总管供回水压差设定值算法模型。
[0020]
本发明的有益技术效果是：
[0021]
(1)通过变压差控制器本地化采集控制，保证变压差控制系统直接采集所需反馈信号并下发相应的控制信号，有效避免远传通讯信号传输的不稳定性和信号接口对接的复杂性，提高空调循环水系统流量控制的稳定性；
[0022]
(2)在变压差控制器中预先设计好总管供回水压差设定值算法模型，在控制过程中，通过采集的冷冻水实测流量自动计算出总管供回水压差设定值，再与总管供回水压差实测值进行对比，变压差控制器通过pid算法调节冷冻循环泵的频率，保证冷冻循环泵以最佳频率运行，有效避免最不利末端压差过小或者压差过大，保证流量供应需求的同时降低空调循环水系统的输配能耗和运行成本；
[0023]
(3)通过控制旁通调节阀能够保证冷冻循环泵在最佳频率运行的工况下，空调循环水系统变压差控制系统不会超压，提高了系统的安全性。
[0024]
(4)该空调循环水系统变压差控制系统为一体集成化系统，保证现场按设计图纸进行施工，有效避免最不利压差传感器安装位置难确定和不易施工现象，降低现场施工的操作难度。
附图说明
[0025]
图1是本申请提供的空调循环水系统变压差控制系统的原理框图。
[0026]
图2是本申请提供的设计总管供回水压差设定值算法模型的流程图。
[0027]
图3是本申请提供的冷冻循环泵频率调节的逻辑图。
[0028]
图4是本申请提供的旁通调节阀开度调节的逻辑图。
[0029]
图5是本申请提供的pid算法的逻辑原理图。
[0030]
图6是本申请提供的空调循环水系统变压差控制系统的实验结果验证图。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
[0032]
本申请公开了一种空调循环水系统变压差控制系统，其系统原理框图如图1所示，包括集水器1、分水器2、制冷主机3、冷冻循环泵4、空调末端组、变压差控制器5以及与变压差控制器5通过信号线相连的水泵变频器6、流量计7和水管压差传感器8。
[0033]
制冷主机3的出水口连接冷冻循环泵4的一端，冷冻循环泵4的另一端连接分水器2，集水器1连接制冷主机3的入水口。可选的，本申请采用多个并联运行的冷冻循环泵4，每个水泵变频器6通过动力线连接一个冷冻循环泵4的电机并对其进行变频调节。水管压差传感器8设置在集水器1和分水器2之间的管路上，流量计7设置在集水器1的回水管路上。空调末端组包括多个空调末端9、串联在各个空调末端9回水管支路上的空调末端调节阀10以及与变压差控制器5相连的最不利压差传感器11，空调末端9并联设置在集水器1和分水器2之间，最不利压差传感器11设置在空调末端9的最不利空调末端管路上。该空调循环水系统变压差控制系统为一体集成化系统，保证现场按设计图纸进行施工，有效避免最不利压差传感器安装位置难确定和不易施工现象，降低现场施工的操作难度。
[0034]
变压差控制器5中部署有总管供回水压差设定值算法模型，变压差控制器5通过流量计7获取冷冻水实测流量并代入总管供回水压差设定值算法模型，得到总管供回水压差设定值，变压差控制器5根据总管供回水压差设定值和水管压差传感器8采集的总管供回水压差实测值，通过pid算法调节冷冻循环泵4的频率。
[0035]
设计总管供回水压差设定值算法模型的流程图如图2所示，包括如下步骤：
[0036]
步骤1：通过水管压差传感器8、流量计7和最不利压差传感器11采集并存储总管供回水压差实测值、冷冻水流量和最不利末端压差值，并作为数据样本，同时不断调整空调末端调节阀10的开度和开启数量以改变末端管网阻力特性，在不同末端管网阻力特性下获取大量数据样本。末端管网阻力特性是压差控制系统的特征系数。
[0037]
步骤2：对数据样本进行预处理，筛选出满足预定条件的最不利末端压差值及其对应的总管供回水压差实测值、冷冻水流量。
[0038]
其中，预定条件为：
[0039]
90％*末端额定水压降<最不利末端压差值<110％*末端额定水压降，末端额定水
压降为已知常数。
[0040]
步骤3：采用随机森林法对筛选后的数据样本进行模型训练，拟合总管供回水压差实测值与冷冻水流量之间的特征关系，确定总管供回水压差设定值算法模型为：
[0041]
δp
s
＝(δp
max-δp
min
)
·
[ax
2
+(1-a)x]+δp
min
[0042]
其中，δp
s
为总管供回水压差设定值，δp
max
为末端全开最大压差设定值，δp
min
为末端全开最小压差设定值，a为管道阻力特征系数，x为流量系数，且q为冷冻水实测流量，q
s
为最大设计流量，上述的δp
max
、δp
min
、a和q
s
均为已知常数。
[0043]
一进步的，变压差控制器5根据总管供回水压差设定值和水管压差传感器8采集的总管供回水压差实测值的差值，通过pid算法调节冷冻循环泵4的频率，冷冻循环泵频率调节的逻辑图如图3所示，具体包括：
[0044]
当总管供回水压差实测值小于总管供回水压差设定值时，变压差控制器5根据pid算法得到的频率设定值控制水泵变频器6增大冷冻循环泵4的频率；当总管供回水压差实测值大于总管供回水压差设定值时，变压差控制器5根据pid算法得到的频率设定值控制水泵变频器6降低冷冻循环泵4的频率，冷冻循环泵4的频率在最大频率设定值和最小频率设置值之间变化，使水管压差传感器8采集的总管供回水压差实测值维持在总管供回水压差设定值。比如：(1)总管供回水压差实测值δp＝150kpa<总管供回水压差设定值δp
s
＝180kpa，则增大冷冻循环泵4的频率；(2)总管供回水压差实测值δp＝180kpa＞总管供回水压差设定值δp
s
＝150kpa，则降低冷冻循环泵4的频率。
[0045]
可选的，空调循环水系统变压差控制系统还包括与变压差控制器5相连的旁通调节阀12，旁通调节阀12设置在集水器1和分水器2的总管上。
[0046]
在控制过程中，变压差控制器5根据末端全开最大压差设定值和总管供回水压差实测值的差值，通过pid算法得到旁通调节阀12的开度值，旁通调节阀开度调节的逻辑图如图4所示，具体包括：
[0047]
当总管供回水压差实测值大于末端全开最大压差设定值时，变压差控制器5根据pid算法得到的旁通调节阀开度值控制旁通调节阀12的开度增大；当总管供回水压差实测值小于末端全开最大压差设定值时，变压差控制器5根据pid算法得到的旁通调节阀开度值控制旁通调节阀12的开度减小，使总管供回水压差实测值不高于末端全开最大压差设定值。比如：(1)总管供回水压差实测值δp＝230kpa＞末端全开最大压差设定值δp
max
＝220kpa，增大旁通调节阀12的开度；(2)总管供回水压差实测值δp＝180kpa<末端全开最大压差设定值δp
max
＝220kpa，在未到达冷冻循环泵4的最佳频率时可适度减小旁通调节阀12的开度。通过控制旁通调节阀12开度保证冷冻循环泵在最佳频率运行的工况下，空调循环水系统变压差控制系统不会超压，提高了系统的安全性。
[0048]
pid算法的逻辑原理图如图5所示，向pid算法输入总管供回水压差设定值δp
s
和总管供回水压差实测值δp，经过pid调节后通过执行机构(也即水泵变频器6)向冷冻循环泵4输入频率设定值。或者，向pid算法输入末端全开最大压差设定值δp
max
和总管供回水压差实测值δp，经过pid调节后通过执行机构(也即变压差控制器5)向旁通调节阀12输入旁通调节阀开度值。图中的测量元件也即水管压差传感器8。
[0049]
可选的，空调循环水系统变压差控制系统还包括与变压差控制器5相连的工作站
13，工作站13实时记录冷冻水流量、总管供回水压差实测值和总管供回水压差设定值，用于分析空调循环水系统变压差控制系统的性能，起到监控作用；还可以通过工作站13修改优化总管供回水压差设定值算法模型。
[0050]
本实施例中以实际空调循环水系统对变压差控制系统进行了验证，其结果如图6所示。从图6可以看出，总管供回水压差设定值随着实测流量变化在自动调整，最不利末端压差稳定在资用压头，控制精度高达
±
5％。
[0051]
本申请的空调循环水系统变压差控制系统通过变压差控制器本地化采集控制，有效避免远程通讯信号传输的不稳定性和信号接口对接的复杂性，提高空调循环水系统流量控制的稳定性，避免最不利末端压差过小或者压差过大，保证流量供应需求的同时降低空调循环水系统的输配能耗和运行成本，对中央空调水系统的自动控制具有非常重要的实现意义。
[0052]
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。