闭式冷却塔控制方法、制冷系统及矿井空调设备与流程

本发明涉及制冷系统，尤其涉及闭式冷却塔控制方法、制冷系统及矿井空调设备。

背景技术：

1、传统矿井空调设备是采用开式冷却塔加水冷直膨机组的制冷系统，这种制冷系统的冷却塔均布置在地面，冷水机组布置在矿井下。当矿井深度到达1000m，冷却水由冷却塔运送到冷水机组冷凝器过程中存在巨大的热量损失，极大降低了制冷系统的换热效率及能效。

2、现有技术中已经出现采用闭式冷却塔加水冷直膨机组的技术方案，将闭式冷却塔布置在地下，缩短冷却水的运送距离，以提高制冷系统的换热效率，但由于闭式冷却塔在矿井下受室外湿球温度的影响，需要根据冷凝负荷进行不断调节。目前广泛采用的闭式冷却塔换热量调节方式是通过改变风机转速调节送风风量，以满足冷凝负荷需求。然而，仅仅调节送风风量会使得闭式冷却塔在非最优的工况下运行，系统能耗较高。

3、因此，如何设计有效降低系统能耗的闭式冷却塔控制方法、制冷系统及矿井空调设备是业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决制冷系统运行能耗较高的问题，本发明提出闭式冷却塔控制方法、制冷系统及矿井空调设备，通过调节闭式冷却塔内部风机、喷淋水泵转速、闭式冷却塔模块个数，在满足冷凝负荷的条件下，尽可能降低系统的运行能耗，保持矿井闭式冷却塔部分始终在最优工况下运行。

2、本发明采用的技术方案是，设计制冷系统的闭式冷却塔控制方法，包括以下步骤：

3、检测制冷系统的运行参数，以当前检测的闭式冷却塔开启数量n、风量qv以及喷淋水量γ作为初始值；

4、根据运行参数计算单个闭式冷却塔的换热量qc和制冷系统的冷凝负荷qk；

5、在n×qc≥qk的约束条件下，求解

6、按照求解得到的qv，γ，n调整闭式冷却塔的工作状态。

7、进一步的，闭式冷却塔控制方法还包括以下步骤：实时监测制冷系统的冷凝负荷qk，当制冷系统的冷凝负荷qk发生变化时，返回重新计算单个闭式冷却塔的换热量qc和制冷系统的冷凝负荷qk。

8、进一步的，换热量qc的计算步骤包括：

9、获取闭式冷却塔的结构参数和冷却塔的换热参数；

10、设定喷淋水平均温度tm、冷却塔的换热量qc、以及管外水膜与空气传热换热量qt；

11、计算换热量q’c和管外水膜与空气传热换热量q’t；

12、判断是否|qc-q’c|＞δ％或者|qt-q’t|＞δ％；

13、若是，则令qc＝q’c，qt＝q’t，返回重新计算q’c和q’t；

14、若否，则输出换热量qc。

15、进一步的，换热量qc的计算步骤还包括：

16、输出换热量qc之前，先计算换热管换热面积a’t；

17、判断是否|a’t-at|＞δ％，at为结构参数中的换热管换热面积；

18、若是，则返回重新设定tm、qc、qt；

19、若否，则输出换热量qc。

20、在一些实施例中，δ％的取值为0.5％。

21、本发明还提出了制冷系统，包括：用于给工作区域供冷的至少一组制冷机组和用于给冷媒降温的至少一个闭式冷却塔，每组制冷机组均配置有水冷式冷凝器和直膨组合柜，水冷式冷凝器的水侧管路通过冷却水泵连接到闭式冷却塔，制冷机组的蒸发器位于直膨组合柜内，水冷式冷凝器的冷媒侧管路通过节流装置连接到蒸发器，该制冷系统的控制模块执行上述闭式冷却塔控制方法。

22、在一些实施例中，工作区域位于地面以下，且工作区域连接有贯通至地面以上的新风通道和乏风通道，制冷机组安装在新风通道中，闭式冷却塔安装在乏风通道中。

23、进一步的，直膨组合柜的一侧设有用于引入新风的通风机，通过通风机驱动新风经过直膨组合柜向工作区域流动。

24、在一些实施例中，制冷系统包含两组以上的制冷机组，制冷机组沿新风的流动方向直线布置；和/或制冷系统包含两个以上的闭式冷却塔，冷却塔沿着乏风的流动方向直线布置。

25、本发明还提出了矿井空调设备，该矿井空调设备具有上述制冷系统。

26、与现有技术相比，本发明采用自动控制策略和优化算法，在满足冷凝负荷的条件下，输出最优的闭式冷却塔开启数量n、风量qv以及喷淋水量γ，按照该输出值调整闭式冷却塔的工作状态，实现闭式冷却塔在最优工况下运行，将制冷系统能耗降到最低。

技术特征：

1.制冷系统的闭式冷却塔控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的闭式冷却塔控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：实时监测所述制冷系统的冷凝负荷qk，当所述制冷系统的冷凝负荷qk发生变化时，返回重新计算单个闭式冷却塔的换热量qc和所述制冷系统的冷凝负荷qk。

3.根据权利要求1所述的闭式冷却塔控制方法，其特征在于，所述换热量qc的计算步骤包括：

4.根据权利要求3所述的闭式冷却塔控制方法，其特征在于，所述换热量qc的计算步骤还包括：

5.根据权利要求4所述的闭式冷却塔控制方法，其特征在于，δ％的取值为0.5％。

6.制冷系统，包括：用于给工作区域供冷的至少一组制冷机组和用于给冷媒降温的至少一个闭式冷却塔，每组所述制冷机组均配置有水冷式冷凝器和直膨组合柜，所述水冷式冷凝器的水侧管路通过冷却水泵连接到所述闭式冷却塔，所述制冷机组的蒸发器位于所述直膨组合柜内，所述水冷式冷凝器的冷媒侧管路通过节流装置连接到所述蒸发器；其特征在于，所述制冷系统的控制模块执行权利要求1至4任一项所述的闭式冷却塔控制方法。

7.根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述工作区域位于地面以下，且所述工作区域连接有贯通至地面以上的新风通道和乏风通道，所述制冷机组安装在所述新风通道中，所述闭式冷却塔安装在所述乏风通道中。

8.根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述直膨组合柜的一侧设有用于引入新风的通风机，通过所述通风机驱动新风经过所述直膨组合柜向所述工作区域流动。

9.根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包含两组以上的制冷机组，所述制冷机组沿新风的流动方向直线布置；和/或所述制冷系统包含两个以上的闭式冷却塔，所述冷却塔沿着乏风的流动方向直线布置。

10.矿井空调设备，其特征在于，所述矿井空调设备具有权利要求6至9任一项所述的制冷系统。

技术总结
本发明公开了闭式冷却塔控制方法、制冷系统及矿井空调设备，包括以下步骤：检测制冷系统的运行参数，以当前检测的闭式冷却塔开启数量N、风量Q<subgt;v</subgt;以及喷淋水量Γ作为初始值；根据运行参数计算单个闭式冷却塔的换热量Q<subgt;c</subgt;和制冷系统的冷凝负荷Q<subgt;k</subgt;；在N×Q<subgt;c</subgt;≥Q<subgt;k</subgt;的约束条件下，求解按照求解得到的Q<subgt;v</subgt;，Γ，N调整闭式冷却塔的工作状态。本发明通过调节闭式冷却塔内部风机、喷淋水泵转速、闭式冷却塔模块个数，在满足冷凝负荷的条件下，尽可能降低系统的运行能耗，保持矿井闭式冷却塔部分始终在最优工况下运行。

技术研发人员：杨久子,李阳,李敏,汪军求,张凯博,王中超
受保护的技术使用者：格力电器（合肥）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12