制冷机房设备运行状态快速检测方法、装置及电子设备与流程

1.本发明属于制冷机房设备技术领域，特别涉及一种制冷机房设备运行状态快速检测方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.近年来，建筑物的能源消耗量占世界能源消耗的比重不断上升，已经达到了将近40％。为了为室内提供一个良好舒适的环境或者提供一个稳定清洁的生产环境，有大量的能源被供暖、制冷及通风设备所消耗，其能源使用量占建筑能源使用量的25％-50％。因此为了降低建筑物能耗，提高制冷机房能效的一个重要工作是对制冷机房中各设备运行数据进行监测，并从这些数据中分析出设备的运行情况以指导运行优化工作。
3.目前绝大多数公共建筑的制冷机房没有安装集中监控系统，或疏于管理已经弃用了集中监控系统，各设备的运行状态只能通过运维人员定期巡检获得，无法对设备运行情况及可能出现的运行故障进行实时监控，为制冷机房安全运行带来隐患并且为全面评估和挖掘制冷机房设备节能潜力设置了障碍。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可对设备实时运行情况及设备可能出现的运行故障进行监控、快速检测评估的方法、装置及电子设备。
5.本发明的技术方案：
6.本发明公开了一种制冷机房设备运行状态快速检测方法，包括采集制冷机房内各设备的额定参数信息及设备运行温度数据，利用所述运行温度数据识别计算制冷机房内各设备的运行状态。
7.进一步的，包括如下步骤：
8.s1.采集制冷机房内各设备的额定参数信息；
9.s2.对未配备数据采集系统或数据采集系统失效的制冷机房的特定位置,安装温度数据采集系统，采集和储存设备运行温度数据；
10.s3.对采集的温度数据进行预处理；
11.s4.利用温度数据识别计算制冷机房内各设备的运行状态。
12.进一步的，所述设备的额定参数信息包括冷水机组或热泵的额定制冷量、额定功率和额定流量；以及水泵的额定功率和额定流量；
13.所述温度数据采集系统包括温度传感器、数据网关以及用于数据存储与处理的物理服务器和/或云服务器。
14.进一步的，所述特定位置包括冷水机组和/或热泵的冷冻水及冷却水的进出水管壁、冷冻水进出水总管和/或冷冻侧分集水器的进出水管壁、冷却水进出水总管和/或冷却侧分集水器的进出水管壁、以及水泵机壳；
15.所述温度数据采集系统采集的运行温度数据包括冷水机组和/或热泵的冷冻水以及冷却水的进出水温度、冷冻水进出水总管和/或冷冻侧分集水器的进出水温度、冷却水进出水总管和/或冷却侧分集水器进出水温度、水泵机壳温度。
16.进一步的，所述预处理包含以下步骤：
17.s3-1、时间标签标准化：对数据的时间标签进行标准化，标准化时间通过下式确定：t＝[t0+(n-1)
×
δ]，(n＝1，2，3，...)，式中δ为数据步长，t0为第一个数据时间；
[0018]
s3-2、异常值剔除与修正：基于运行参数实际可能出现的区间范围对异常值进行剔除与修正；
[0019]
s3-3、缺失值填充：缺失信号参数使用内插法或外插法对缺失值进行填充。
[0020]
进一步的，所述利用温度数据识别制冷机房内各设备的运行状态包括水泵启停状态、冷水机组启停状态、冷水机组的近似能耗、冷水机组的理论能效、冷却水泵近似输送效率、冷冻水泵近似输送效率、冷水机组水路旁通、设备频繁启停。
[0021]
进一步的，所述水泵启停状态的识别步骤为：取当前时间点前一段时间的水泵机壳温度数据序列t，计算温度数据的全距x与平均斜率k，x＝max(t1，t2，...tn)-min(t1，t2，...tn)，
[0022]
式中n为温度数据序列内包含的数据个数；
[0023]
当全距x超过开机阈值时并且平均斜率k为正值时，判断水泵为启动状态，之后将后续时间的水泵均判断为启动状态，直至全距x超过关机阈值时并且平均斜率k为正值时，判断水泵为停机状态，之后将后续时间内的水泵判断为停机状态；
[0024]
所述冷水机组启停状态的识别步骤为：取当前时间点前一段时间的冷水机组冷冻水出水温度t
e，out
、冷却水出水温度t
c，out
，计算温度数据的全距x、方差v与最低温度t
min
，x＝max(t1，t2，...tn)-min(t1，t2，...tn)，t
min
＝min(t1,t2,...tn)，
[0025]
式中n为温度序列内包含的数据个数；
[0026]
当全距x与方差v均超过阈值时并且最低温度t
min
低于阈值时，判断冷水机组为启动状态，之后将后续时间的冷水机组判断为启动状态，直至全距x与方差v均再次超过阈值时并且最低温度t
min
高于阈值时，判断冷水机组为停机状态，之后将后续时间内的冷水机组判断为停机状态；
[0027]
所述冷水机组的近似能耗的计算算式为：
[0028]
其中w
ch
为冷机近似能耗，c为水的比热容，ρ为水的密度，g
ep，r
为冷冻泵的额定流量，w
ch，r
为冷水机组额定功率,q
ch，r
为冷水机组额定制冷量；
[0029]
所述冷水机组的理论能效的计算算式为：其中cop为冷水机组的理论能效，t
e，in
为冷水机组冷冻水进水温度，t
c，in
为冷水机组冷却水进水温度；
[0030]
所述冷却水泵近似输送效率的计算算式为：其中
wtfc为冷却水泵近似输送效率，g
cp，r
为冷却泵的额定流量，w
cp，r
为冷却泵的额定功率；
[0031]
所述冷冻水泵近似输送效率的计算算式为：其中wtfe为冷冻水泵近似输送效率，g
ep，r
为冷冻泵的额定流量，w
ep，r
为冷冻泵的额定功率；
[0032]
所述冷水机组水路旁通的识别步骤为：取被识别冷水机组当前时间点前一段时间的冷冻水进水温度、出水温度以及其余冷水机组当前时间点前一段时间的冷冻水进水温度绘制成温度变化曲线，利用曲线相似性算法计算被识别冷水机组冷冻水进水温度曲线与出水温度曲线的相似距离d1，计算计算被识别冷水机组冷冻水出水温度曲线与其余冷水机组冷冻水进水温度曲线之间的相似距离d2,d3..di，i为冷水机组台数。当相似距离d1满足旁通阈值条件并且相似距离d2,d3,..di中任意一个数值满足旁通阈值条件时，判断被识别冷水机组存在水路旁通；
[0033]
所述设备频繁启停的识别步骤为：在冷水机组启停识别和水泵启停识别的基础上，记录设备从停机到启动瞬间的时间，当两次启动的时间间隔低于阈值时，判断设备存在频繁启停。
[0034]
本发明还公开了一种制冷机房设备运行状态快速检测装置，包括额定数据输入模块，用于将额定数据输入物理服务器或云服务器中进行储存；
[0035]
温度数据采集系统，用于获取制冷机房内各设备的运行温度数据并对其进行存储；
[0036]
数据处理模块，用于对物理服务器或云服务器内的原始温度数据进行预处理；
[0037]
运行状态计算识别模块，用于计算识别制冷机房内的各个设备的运行状态数据。
[0038]
进一步的，所述温度数据采集系统包括若干个温度传感器、数据网关与物理服务器和/或云服务器；所述温度传感器用于测量温度数据并向数据网关发送温度数据，数据网关用于收集汇总制冷机房内的所有温度传感器上传的数据并将汇总数据打包上传至物理服务器或云服务器，物理服务器或云服务器用于对数据网关上传的温度数据进行储存及后续分析。
[0039]
本发明还公开了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序以实现权利要求1至7中任一所述的制冷机房设备运行状态快速检测方法。
[0040]
本发明与现有技术相比的有益效果：
[0041]
1.本发明公开的一种制冷机房设备运行状态快速检测方法，相较于现有技术，可以仅仅利用设备的额定参数和采集的温度数据即可较为准确地计算识别出制冷机房内各设备的运行状态信息，帮助缺失集中监控系统或集中监控系统已经弃用的的制冷机房快速建立设备运行检测系统，及时掌握设备运行情况、及时发现可能存在的运行故障，从而提高制冷机房内各设备整体运行能效与运行稳定性，极大地降低了机房建设集中监控系统的成本。
[0042]
2.本发明通过采集制冷机房设备的温度数据及额定参数并对数据进行处理后，可以从中识别制冷机房中冷水机组启停状态、水泵启停状态、冷水机组的近似能耗与理论能效、冷却水泵近似输送效率、冷冻水泵近似输送效率、冷水机组水路旁通、设备频繁启停等运行状态信息。
附图说明
[0043]
图1为本发明实施例提供的一种制冷机房设备运行状态快速检测方法的流程图；
[0044]
图2为本发明实施例提供的一种制冷机房设备运行状态快速检测方法中温度传感器安装位置的示意图；
[0045]
图3为本发明实施例提供的一种制冷机房设备运行状态快速检测方法中数据预处理的流程示意图；
[0046]
图4为本发明实施例提供的一种制冷机房设备运行状态快速检测装置的模块示意图；
[0047]
图5为本发明实施例提供的一种制冷机房设备运行状态快速检测装置中温度数据采集系统的示例图；
[0048]
图中，t1-t26均为温度传感器。
具体实施方式
[0049]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
本发明公开了一种制冷机房设备运行状态快速检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0051]
s1:采集制冷机房内各设备的额定参数信息；
[0052]
s2:对未配备数据采集系统或数据采集系统失效的制冷机房的特定位置安装温度数据采集系统采集和储存运行温度数据；
[0053]
s3:对采集的温度数据进行预处理；
[0054]
s4:利用温度数据识别计算制冷机房内各设备的运行状态。
[0055]
其中，步骤s1中采集的额定参数信息包括但不限于：每一台冷水机组和/或热泵的额定制冷量、额定功率、额定流量；每一台水泵的额定功率、额定流量。
[0056]
步骤s2中温度数据采集系统包括温度传感器、数据网关与用于数据存储与处理的物理服务器和/或云服务器。
[0057]
如图2所示，步骤s2中需要安装温度传感器的特定位置包括但不限于：特定位置包括冷水机组和/或热泵的冷冻水及冷却水的进出水管壁、冷冻水进出水总管和/或冷冻侧分集水器的进出水管壁、冷却水进出水总管和/或冷却侧分集水器的进出水管壁、以及水泵机壳。
[0058]
步骤s2中温度数据采集系统采集的数据包括但不限于：冷水机组和/或热泵的冷冻水以及冷却水的进出水温度、冷冻水进出水总管和/或冷冻侧分集水器的进出水温度、冷却水进出水总管和/或冷却侧分集水器进出水温度、水泵机壳温度。
[0059]
如图3所示，步骤s3中对温度数据进行预处理包含以下步骤：
[0060]
s3-1、时间标签标准化：对数据的时间标签进行标准化，标准化时间通过下式确定：t＝[t0+(n-1)
×
δ]，(n＝1，2，3，...)，式中δ为数据步长，t0为第一个数据时间；
[0061]
s3-2、异常值剔除与修正：基于运行参数实际可能出现的区间范围对异常值进行
剔除与修正；
[0062]
s3-3、缺失值填充：缺失信号参数使用内插法或外插法对缺失值进行填充。
[0063]
步骤s4中利用温度数据识别计算制冷机房内各设备的运行状态包括但不限于：冷水机组启停状态、水泵启停状态、冷水机组的近似能耗与理论能效、冷却水泵近似输送效率、冷冻水泵近似输送效率、冷水机组水路旁通、设备频繁启停。
[0064]
对于一台未开启的水泵而言，其机壳温度通常是低于室温或在室温附近的，当其开启时，机壳温度会有一次较为明显的抬升，并维持在一个稳定的温度下。
[0065]
当水泵关机时，由于电机停转，导致其内部热量无法通过旋转时产生的气流进行强迫换热，致使此时水泵机壳温度会有一个较大幅度的提高，并在达到最高点后逐渐降低。
[0066]
因此，在此理论的基础下，水泵启停状态的识别步骤为：取当前时间点前一段时间的水泵机壳温度数据序列t，计算温度数据的全距x与平均斜率k，x＝max(t1，t2，...tn)-min(t1，t2，...tn)，
[0067]
式中n为温度数据序列内包含的数据个数。
[0068]
当全距x超过开机阈值时并且平均斜率k为正值时，判断水泵为启动状态，之后将后续时间的水泵均判断为启动状态，直至全距x超过关机阈值时并且平均斜率k为正值时，判断水泵为停机状态，之后将后续时间内的水泵判断为停机状态。
[0069]
当一台冷水机组开启时，其冷冻水出水温度会有明显下降，冷却水出水温度会明显升高。而在其停机时，由于此时水泵仍然在运行，冷冻水出口温度会快速提高到冷冻水进口温度附近，冷却水出水温度会快速降低到冷却水回水温度附近。
[0070]
在此理论的基础下，冷水机组启停状态的识别步骤为：取当前时间点前一段时间的冷水机组冷冻水出水温度t
e，out
、冷却水出水温度t
c，out
，计算温度数据的全距x、方差v与最低温度t
min
，x＝max(t1，t2，...tn)-min(t1，t2，...tn)，t
min
＝min(t1，t2，...tn)，式中n为温度序列内包含的数据个数。当全距x与方差v均超过阈值时并且最低温度t
min
低于阈值时，判断冷水机组为启动状态，之后将后续时间的冷水机组判断为启动状态，直至全距x与方差v均再次超过阈值时并且最低温度t
min
高于阈值时，判断冷水机组为停机状态，之后将后续时间内的冷水机组判断为停机状态。
[0071]
冷水机组的近似能耗的计算算式为：其中w
ch
为冷机近似能耗，c为水的比热容，ρ为水的密度，g
ep，r
为冷冻泵的额定流量，w
ch，r
为冷水机组额定功率,g
ch，r
为冷水机组额定制冷量。
[0072]
冷水机组的能效的计算算式为：
[0073]
其中cop为冷水机组的理论能效，t
e，in
为冷水机组冷冻水进水温度，t
c，in
为冷水机组冷却水进水温度；
[0074]
冷却水泵输送效率的计算算式为：其中wtfc为冷却
水泵近似输送效率，g
cp，r
为冷却泵的额定流量，w
cp，r
为冷却泵的额定功率。
[0075]
冷冻水泵输送效率的计算算式为：其中wtfe为冷冻水泵近似输送效率，g
ep，r
为冷冻泵的额定流量，w
ep，r
为冷冻泵的额定功率。
[0076]
冷水机组水路旁通的识别步骤为：取被识别冷水机组当前时间点前一段时间的冷冻水进水温度、出水温度以及其余冷水机组当前时间点前一段时间的冷冻水进水温度绘制成温度变化曲线，利用曲线相似性算法计算被识别冷水机组冷冻水进水温度曲线与出水温度曲线的相似距离d1，计算计算被识别冷水机组冷冻水出水温度曲线与其余冷水机组冷冻水进水温度曲线之间的相似距离d2,d3..di，i为冷水机组台数。当相似距离d1满足旁通阈值条件并且相似距离d2,d3,..di中任意一个数值满足旁通阈值条件时，判断被识别冷水机组存在水路旁通。
[0077]
设备频繁启停的识别步骤为：在冷水机组启停识别和水泵启停识别的基础上，记录设备从停机到启动瞬间的时间，当两次启动的时间间隔低于阈值时，判断设备存在频繁启停。
[0078]
曲线相似性算法使用动态时间规整算法(dtw)，计算获得的相似距离越接近0，表示曲线之间相似性越高。
[0079]
本发明还公开了一种制冷机房设备运行状态快速检测装置，如图4所示，装置包括：
[0080]
额定数据输入模块100用于将额定数据输入物理服务器或云服务器中进行储存；
[0081]
温度数采集系统200用于获取制冷机房内各设备的运行温度数据并对其进行存储；
[0082]
数据处理模块300用于对物理服务器或云服务器内的原始温度数据进行预处理；
[0083]
运行状态计算识别模块400用于计算识别制冷机房内的各个设备的运行状态数据。
[0084]
如图5所示，温度数据采集系统200包括若干个温度传感器201、数据网关202与物理服务器203和/或云服务器204，其中温度传感器用于测量温度数据并向数据网关发送温度数据，数据网关用于收集汇总制冷机房内的所有温度传感器上传的数据并将汇总数据打包上传至物理服务器或云服务器，物理服务器或云服务器用于对数据网关上传的温度数据进行储存及后续分析。
[0085]
其中，温度传感器为贴片式无线温度传感器，其安装步骤包括：对于有保温层的管道或设备，使用工具为保温层开圆孔暴露管道，利用工具打磨管道表面油漆并使用硅脂将贴片式无线温度传感器的探头固定在管壁上，恢复保温层。对于没有保温层的管道或设备，利用工具打磨管道表面油漆并使用硅脂将贴片式无线温度传感器探头固定在管壁上，覆盖保温层。
[0086]
数据处理模块对物理服务器或云服务器内的原始温度数据进行预处理包括：对数据的时间标签进行标准化，标准化时间通过下式确定：t＝[t0+(n-1)
×
δ]，(n＝1，2，3，...)，式中δ为数据步长，t0为第一个数据时间；基于运行参数实际可能出现的区间范围对异常值进行剔除与修正；对缺失信号参数使用内插法或外插法对缺失值进行填充；
[0087]
运行状态计算识别模块可计算识别制冷机房内设备的冷水机组启停状态、水泵启
停状态、冷水机组的近似能耗与理论能效、冷却水泵近似输送效率、冷冻水泵近似输送效率、冷水机组水路旁通、设备频繁启停，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0088]
本技术还公开了一种电子设备，其包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器可执行计算机程序以实现上述实施例的制冷机房设备运行状态快速检测方法。
[0089]
其中，处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
[0090]
其中，存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0091]
其中，处理器可以为中央处理器，还可以为其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
[0092]
以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。