用于致冷设备系统中的节能冷冻水和冷凝器水温度重置的协调映射图的制作方法

本公开总体涉及水致冷器系统，且更具体地，涉及生成用于致冷设备系统中的节能冷冻水和冷凝器水温度设定值的协调映射图。

修调和响应算法已经在商业hvac系统和致冷设备使用来在产生冷却水和空气以用于冷却诸如办公楼或工业厂房的各种结构时基于冷却需要调整设定值并减少能耗。建筑物的冷却需要可以取决于许多因素，包括建筑物大小、占用率、天气变化等。设定值可以被配置成为占用者管理舒适度或为货物的储存或其他应用调节条件。根据修调和响应算法计算的设定值用于控制一定区域的各个区的温度。

技术实现要素：

根据一个实施方案，示出了一种用于生成用于致冷设备系统中的节能冷冻水和冷凝器水温度重置的协调映射图的系统。该系统包括：控制器，该控制器被配置为控制和设定致冷器系统的一个或多个参数的阈值，其中致冷器系统包括一个或多个冷却塔、一个或多个泵以及水致冷器；可操作地联接到控制器的一个或多个传感器，其中该一个或多个传感器被配置为测量一个或多个参数的值。该系统还包括联接到控制器的处理器，其中处理器被配置为：基于该一个或多个参数的测量值和阈值生成协调映射图；基于协调映射图为致冷器系统配置操作设定值；以及至少部分地基于所配置的操作设定值控制致冷器系统。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括操作设定值，该操作设定值是冷冻水供应温度设定值或冷凝器水供应温度设定值中的至少一个。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括阈值，该阈值包括最高冷冻水供应温度和最低冷冻水供应温度。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括阈值，该阈值包括最高冷凝器水温度和最低冷凝器水温度。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括控制器，该控制器可操作地联接到一个或多个传感器以接收反馈，该反馈指示来自终端致动器状态(诸如水阀位置、风门位置或空气-水终端中的风扇转速)的多个冷却请求中的至少一个，且控制器被配置为基于该反馈适应性地调整设定值。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括：生成协调映射图包括确定致冷器系统的负载、确定致冷器水温度、以及至少部分地基于该负载和冷冻水温度生成协调映射图。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括：生成协调映射图包括确定环境湿球温度、确定冷凝器水温度以及至少部分地基于该湿球温度和冷凝器水温度生成协调映射图。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括湿球温度，该湿球温度使用温度传感器和湿度传感器来确定。

根据一个实施方案，提供了一种用于生成用于致冷设备系统中的节能冷冻水和冷凝器水温度重置的协调映射图的方法。该方法包括：设定致冷器系统的一个或多个参数的阈值；监测致冷器系统的第一组传感器，该第一组传感器测量该一个或多个参数的值；以及基于该一个或多个参数的测量值生成协调映射图。该方法还包括：基于协调映射图为致冷器系统配置操作设定值，以及至少部分地基于配置的操作设定值控制致冷器系统。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括操作设定值，该操作设定值是冷冻水供应温度设定值或冷凝器水供应温度设定值中的至少一个。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括阈值，该阈值包括最高冷冻水供应温度和最低冷冻水供应温度。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括阈值，该阈值包括最高冷凝器水温度和最低冷凝器水温度。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括：基于反馈适应性地调整设定值和协调映射图，其中该反馈基于来自终端致动器状态(诸如水阀位置、风门位置或空气-水终端中的风扇转速)的多个冷却请求中的至少一个。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括：生成协调映射图包括确定致冷器系统的负载、确定致冷器水温度、以及至少部分地基于该负载和冷冻水温度生成协调映射图。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括：生成协调映射图包括确定环境湿球温度、确定冷凝器水温度以及至少部分地基于该湿球温度和冷凝器水温度生成协调映射图。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括使用湿球温度，该湿球温度使用温度传感器和湿度传感器来确定。

附图说明

以下描述无论如何都不应被视为具限制性。参考附图，相似元件编号相似：

图1是根据一个或多个实施方案的致冷器系统的透视图；

图2描绘了根据一个或多个实施方案的致冷器系统的另一透视图；

图3描绘了根据一个或多个实施方案的冷冻水供应温度映射图；

图4描绘了根据一个或多个实施方案的冷凝器水供应温度映射图；

图5描绘了根据一个或多个实施方案的用于生成用于致冷设备系统中的节能致冷器水和冷凝器水温度重置的协调映射图的方法的流程图。

具体实施方式

在当今的环境中，水致冷器系统用于管理建筑物的一个或多个区的冷却温度。响应于来自一个或多个区的冷却需求，通过控制终端致动器的状态(诸如阀开度)，可以调适供应到空气-水终端的冷冻水流率以实现所述区中期望的温度。其他技术可以包括通过控制终端致动器状态(诸如，风门开度或风扇转速)来调适由位于一个或多个区中的空气-水终端所供应的空气。对从致冷器供应到空气-水终端的的冷冻水温度的控制也可以帮助满足所述区中的冷却需求。考虑到增大的冷冻水供应温度可以增加致冷器在能量节约上的效率的事实，修调和响应算法已经在商业hvac系统和致冷设备中使用来基于冷却请求调整致冷器冷冻水供应温度设定值。

但是，在接收到来自一个或多个区的冷却请求后，在降低相应区中的温度之间可能存在延迟，从而导致占用者不舒适。此外，为了降低水致冷器系统的能耗，需要复杂的算法和/或很大的调谐工作量来管理被配置用于每个区的设定值。

本文所描述的技术通过使冷冻水系统的操作与日趋发展的复杂算法相互关联来减少复杂的基于实时的控制优化算法的计算，从而导致在有效负荷配置方面需要较少的调谐工作量。所述技术利用水侧负载与冷冻水供应温度设定值之间的关系。所述技术还利用环境湿球温度与冷凝器水温度设定值之间的关系来管理建筑物的冷却。所述技术在没有由那些系统所执行的增加的计算的情况下实现了与复杂控制算法类似的性能。

图1描绘了根据一个或多个实施方案的致冷器系统10。致冷器系统10是螺杆致冷器，但是实施方案适于与其他压缩致冷器组件(例如像离心式致冷器)一起使用。如图1所示，致冷器系统10包括压缩机12、可变频驱动器14、冷凝器16和冷却器18。应理解的是，本文所描述的技术可以应用于其他类型的致冷器系统，诸如，固定转速致冷器且不限于可变转速致冷器。

在操作中，气态制冷剂被引入到压缩机12中且被压缩。压缩机12由在可变频驱动器14控制下的马达驱动。可变频率驱动器14控制供应到马达的交流电(ac)的频率，从而控制马达的转速和压缩机12的输出。在制冷剂被压缩之后，高温高压制冷剂气体被供应到冷凝器16。在冷凝器16中，气态制冷剂随着其放出热量而冷凝成液态。冷凝的液态制冷剂然后流入冷却器，冷却器18使致冷器水循环。冷却器18中的低压力环境导致制冷剂变为气态，且由此，它从致冷器水吸收所需的汽化热，从而降低水的温度。低压蒸气然后被抽吸到压缩机12的入口且循环继续重复。致冷器水循环通过分配系统来冷却盘管以用于例如舒适的空气调节。

参考图2，示出了根据一个或多个实施方案的致冷器系统200。在一个或多个实施方案中，致冷器系统200包括图1中所示的致冷器10。图2描绘了控制器202，控制器202包括处理器204且可操作地联接到致冷器10和系统200中的其他部件。控制器202被配置为控制包括设定值、阀、马达、泵等的系统200的各种过程。致冷器10连接到负载206，负载206包括使用致冷器水来冷却负载的不同区的一个或多个空气-水终端。基于负载206中舒适的反馈通过使用例如被配置为控制从致冷器10到盘管的水的流率的水阀、风扇或被配置为控制从空气-水终端到负载的空气流率的风门，来控制空气-水终端中位于负载处的致动器230。控制器202被配置为使用一个或多个传感器(未示出)来检测致动器230的位置。

随着水离开负载206，使用一个或多个冷冻水泵208将水泵送回致冷器10中。可以通过阀210控制进入致冷器10的水的流率。输入到致冷器10中的水的温度可以由传感器212测量，且输出温度可以由传感器214测量。尽管只示出了一对传感器，但是多个传感器212和214可以分别联接到每个致冷器10的入口和出口。

冷凝器16被配置为从用以在负载206处提供冷却的水中移除热量。在离开致冷器10之后，水被发送到冷却塔222以移除热量。可以通过阀220控制水到冷却塔222的流率。在离开冷却塔222后，水进入冷凝器泵226且被泵送回致冷器10。可以通过传感器224在冷却塔222的出口处测量冷凝器水温度。冷却塔222的每个出口可以包括单独的传感器以将冷凝器进入水温度传送到控制器202。此外，控制器202被配置为使用传感器240接收湿球空气温度。在其他实施方案中，湿球空气温度可以使用温度传感器和湿度传感器(未示出，但是可以并入到传感器240中)来计算。在另一实施方案中，湿球温度可以通过网络从另一系统接收，而不是使用本地传感器来确定湿球温度。

处理器204被配置为接收数据以生成根据一个或多个实施方案的协调映射图。温度测量结果、设定值数据、负载信息、冷却请求等用于近似映射图来获得如下所讨论的高效致冷器性能。

现在参考图3，示出了根据一个或多个实施方案的冷冻水供应温度设定值映射图300。如图300所示，x轴提供部分负载率(plr)，该部分负载率指示由致冷器系统200所提供的冷却能力相对于其最大能力的比例。映射图300的y轴示出了致冷器10的致冷器水设定值(chwst)的温度。可以通过用于致冷器系统200的规范来限定最高温度(max_temp)和最低温度(min_temp)。在其他实施方案中，最高温度和最低温度可以由操作者来配置。应指出的是，图3是非限制性示例，其中在x轴处的0.25、0.5、0.75可以被选择为不同的值。

映射图300的plr用来确定致冷器系统200正在操作时所处的冷却能力的比例。plr是这样的比率：其中比率等于1指示在负载请求增加的冷却量的情况下致冷器系统200在以最大能力进行操作。但是0.25的plr比率指示致冷器系统200在以其最大能力的25％进行操作。响应于测量致冷器系统200的水回路中的水的温度，可以确定建筑区请求多大冷却的指示。

当plr指示较低的负载时，诸如0.25，冷冻水温度可以在较高温度下运行，而不需要牺牲占用者舒适度，因为终端致动器具有补偿影响的能力。因此，可以针对较低的负载设定较高的冷冻水供应温度。另一方面，如果plr指示较高的负载，诸如0.75，可以将冷冻水供应温度降低至较低的温度以避免终端致动器饱和，以实现期望的冷却。因此，可以针对较高的负载设定较低的冷冻水供应温度设定值。在一个或多个实施方案中，在点302处的最高冷冻水供应温度与在点304处的最低冷冻水供应温度之间的曲线可以是近似的，这在得到与优化的控制系统类似的性能的同时减少了复杂计算的量。

plr可以通过以下提供的方程式1来计算：

plr＝致冷器能力/额定致冷器能力(方程式1)

其中致冷器能力是由致冷器系统200所提供的总冷却能力；且额定致冷器能力是致冷器系统200以最大操作所能提供的总额定冷却能力。在其他实施方案中，具有不止一个致冷器的系统，致冷器能力是由所有致冷器所提供的总冷却能力，且额定致冷器能力是所有致冷器的额定能力的和。

在其中致冷器的冷冻水流传感器可用的情况下，致冷器能力可以根据以下的方程式2来计算：

致冷器能力＝冷冻水流*cp*(t输入-t输出)(方程式2)

其中t输入是输入到致冷器中的冷冻水的温度；t输出是致冷器输出的冷冻水的温度；冷冻水流是冷冻水到终端建筑物的质量流率；且cp是水的比热容。在其他实施方案中，具有不止一个致冷器的系统，冷冻水流是进入到所有致冷器中的总冷冻水流。

在其中冷冻水流传感器不可用的不同情况下，可以基于针对每个运行的致冷器的冷却能力估计根据以下示出的方程式使用从执行致冷器操作的致冷器本地控制器测量的可用的制冷剂回路变量来估计致冷器能力。

首先，可以使用以下的方程式3估计通过压缩机的制冷剂流率：

ip×η马达＝qm×(h2-h1)(方程式3)

其中ip是使用电流和电压从联接到致冷器的马达测量的马达的输入功率，或者功率可以利用功率计直接测量；η马达是由生产商提供的马达效率；qm是制冷剂流率；h2是压缩机出口焓；h1是压缩机入口焓。

接下来，通过以下的方程式4和方程式5估计致冷器能力：

q0＝qm×(h1-h5)(方程式4)

q＝q0-ip×(1-η马达)(方程式5)

其中qm是制冷剂流率；h1是蒸发器出口焓；h5是蒸发器入口焓；ip-马达的输入功率；q-致冷器能力。

最后，基于以下的方程式6来估计由致冷器系统所提供的总冷却能力：

致冷器能力＝所有运行的致冷器的q的和(方程式6)

随着水致冷器系统200随时间操作以及负载变化，plr数据被收集和用于基于待被提供到致冷器10本地控制器(未示出)的映射图300来计算冷冻水供应温度设定值。

在其他实施方案中，包括plr和冷冻水供应温度的数据被收集和用于近似图3中所示的曲线。图3中所示的曲线随时间而获知，该曲线使冷冻水供应温度设定值与用以操作致冷器的plr相互关联以实现建筑物中期望的舒适性能。当确定图3中所示的曲线时，映射图具有一个或多个可调整β点，该一个或多个可调整的β点对应于一个或多个固定的中间plr中的一个或多个冷冻水供应温度设定值。在其他实施方案中，β点对应于在当前测量的plr下的冷冻水供应温度设定值。如果基于来自负载的反馈确定根据当前的映射图的当前冷冻水温度设定值未实现建筑物中期望的舒适性能，则可以适应性地修改通过一个或多个β点的近似曲线。

例如，反馈可以包括关于控制冷冻水的流或通过空气-水终端的空气的流的致动器230的位置的信息。致动器230的位置与建筑物的冷却能力相互关联，其中反馈可以指示冷冻水供应温度太高且不能满足负载的冷却需要，或者反馈可以指示有能力增加冷冻水供应温度以增加致冷器效率同时仍然能够满足负载的冷却需要。如果致动器230的位置是100％打开的，它指示可能实现不了所述区中期望的温度，且致冷器需要递送较低的冷冻水温度。另一方面，如果致动器230的位置是部分打开的，诸如25％，则指示如果冷冻水温度增加的话，终端致动器有能力增大其位置。

如果负载的冷却要求未被满足，则在一个或多个点β处的冷冻水供应温度设定值可以被修改(降低)，以降低增加系统的冷却能力的冷冻水供应的温度。在非限制性示例中，该修改基于通过对设定值与实际操作温度和条件进行比较而确定致冷器的性能。可以按可配置的增量值来调适一个或多个点β，且可以周期性地检查致冷器系统的性能以自动地调适一个或多个点β。可以利用其他类型的反馈来调适通过一个或多个点β来近似的曲线，该一个或多个点β可以包括从致动器状态所接收的多个冷却请求。在一个或多个实施方案中，致冷器系统的性能数据，诸如对设定值温度与实际冷冻水供应温度或冷凝器水供应温度进行比较的反馈，可以在致冷器操作期间被实时地接收且可以用于调整映射图300中所示的一个或多个点β。

现在参考图4，示出了根据一个或多个实施方案的冷凝器水供应温度设定值映射图400。x轴提供环境湿球空气温度(oat_wb)，且y轴提供接近温度(tapp)，其为负冷凝器温度设定值与环境湿球空气温度(oat_wb)之间的差。在一个或多个实施方案中，接近温度是环境湿球温度的函数。

最高接近温度(maxtapp)与最低环境湿球温度(minoat_wb)相互关联。环境湿球温度越低，冷凝器水供应温度可以越高，以在使包括致冷器、泵和冷却塔风扇的整个致冷器系统200的能量最小化的同时，实现期望的冷却效果。另一方面，当环境湿球温度处于最高温度(maxoat_wb)时，接近温度应该被设定至最低的允许温度(mintapp)以使致冷器系统200的能量最小化。最低环境湿球温度和最高环境湿球温度可以观察一段时间，并用于近似超过点402和点404的曲线。所述时间段是可配置的时间段，并且可从小时至月至年等变化。在这两个点之间的曲线是近似的且用于相应地调整冷凝器水供应温度设定值。

在一个或多个实施方案中，通过设定限制来实现安全的致冷器操作，其中冷凝器水供应温度按照(cwst)通过cwst_stpt≥mincwst_stpt且(cwst_stpt-chwst_stpt)≥minlift进行限制。

maxtapp基于额定(冷却塔)ct与致冷器功率的比率。mincwst_stpt是由致冷器规范所确定的最低允许的冷凝器水供应温度。minlift是用以避免与致冷器中的回油相关联的任何操作问题所需的值。在达到冷凝器水供应温度设定值后，操作冷水系统200以通过控制冷却塔操作来调节冷凝器水供应温度。

在一个或多个实施方案中，冷冻水供应温度和冷凝器水供水温度的设定值被配置为彼此独立地操作致冷器系统200。在不同的实施方案中，一个设定值可以相比另一个设定值具有给定的优先级，且反之亦然。

现在参考图5，示出了根据一个或多个实施方案的用于生成协调映射图的方法500。

方法500可以实施在图1和图2的系统或其他致冷器配置中。方法500在框502处开始且继续到框504，在框504处提供的是设定致冷器系统的一个或多个参数的阈值。参数可以包含冷冻水供应温度、冷凝器水供应温度、环境湿球温度、负载信息等。参数的阈值可以包括冷冻水供应温度的最高限制和最低限制。此外，还可以使用参数的其他阈值来操作致冷器系统。阈值可以由致冷器系统的规范来确定。

方法500前进到框506且包括监测测量一个或多个参数的值的致冷器系统的一组传感器。传感器可以包括流量计、温度传感器、湿度传感器等，以收集数据来执行用于配置设定值的近似。

在框508处，方法500提供的是基于一个或多个参数的测量值和阈值生成协调映射图。使用最高阈值限制和最低阈值限制且监测系统在一段时间上的性能来近似致冷器系统在最高阈值限制和最低阈值限制之间的行为生成图3和图4中所示的生成映射图。

方法500在框510处提供的是基于协调映射图为致冷器系统配置设定值。在一个实施方案中，设定值是冷冻水供应温度设定值。在另一实施方案中，设定值是冷凝器水供应温度设定值。设定值可以基于期望的性能从协调映射图的近似曲线中进行选择。响应于配置设定值，框512提供的是至少部分地基于配置的设定值控制致冷器系统。致冷器系统根据从协调映射图中选择的设定值来调节相应区的温度。方法500在框514处结束。应理解的是，可重复方法500以根据当前条件更新设定值。

这些技术导致能耗降低且用输出致冷器水和冷凝器水温度设定值来替换传统的修调和响应算法。另外地，在节约资源的同时，可以实现达到相应区的期望温度的延迟的降低，从而导致占用者的舒适度增加。

在没有对冷却请求进行调谐的情况下，所述技术效果和益处实现了修调和响应算法的那些相同的能量性能益处。所述配置和技术提供了能量节约和操作可量测性。使可量测性最大化的潜力是由于所需的最少设备知识，因为通过近似的最佳设定值来实现严格受控的基于复杂的控制的系统的舒适度和能量节约而减少了复杂的算法。这导致在部署方面时间和工作量的减少。

本文中参考附图以举例而非限制的方式呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。

术语“约”旨在包括与基于在提交申请时可用的装备的特定数量的测量值相关联的误差程度。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在作为本公开的限制。如本文所用，除非在上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”也旨在包括复数形式。还应理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或其群组的存在或添加。

虽然已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等效物取代本公开的元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适于本公开的教导。因此，本公开无意限于作为用于实施本公开所设想到的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求的范围内的所有实施方案。