一种基于当前运行工况的并联多台冷水机组节能运行控制方法

本发明涉及制冷，特别涉及一种基于当前运行工况的并联多台冷水机组节能运行控制方法。

背景技术：

1、在由冷水机组和冷却塔为主要构件的制冷机房中，设计人员大多假定冷水机组的最大制冷量等同于额定制冷量，并以此为基础提出相关控制策略。然而在实际运行中，冷水机组运行工况常偏离额定工况，并且室外湿球温度的变化还会引起冷水机组最大制冷量的变化。

2、然而，现有技术并未考虑冷水机组实际运行工况以及湿球温度变化对机组的影响。目前国内的制冷机房的运行操作人员的节能意识及专业知识不足，在没有自动控制系统的大型制冷机房中，并联多台冷水机组的开关机策略一般为简单的第一台满载后开启下一台。这样的简单的控制策略无法保证并联多台冷水机组的整体能耗最优。冷水机组长期满载运行对机组运行安全及稳定性不利。

3、因此，开发一种基于当前运行工况的并联多台冷水机组节能运行控制方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于当前运行工况的并联多台冷水机组节能运行控制方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于当前运行工况的并联多台冷水机组节能运行控制方法，冷水机组的冷凝器出水口通过管路与冷却塔的入水口连接，冷水机组的冷凝器进水口通过管路与冷却塔的排水口连接。包括以下步骤：

3、1)获取逐时室外湿球温度td、逐时室外干球温度tw、冷却塔水流量mw、冷却塔出口水温tw,o和冷却塔进口水温tw,i。

4、2)将步骤1)获取的参数输入冷却塔最低水温迭代计算模型计算中，计算得出冷却塔最低出口温度t*w,o。其中，冷却塔最低水温迭代计算模型循环式(1)～式(9)，以冷却塔出口温度偏差为判断依据，最终输出冷却塔最低出口温度t*w,o。

5、

6、式中εa为冷却塔空气侧换热效率。ntu为冷却塔的传质系数，其表达式如所示。m*为空气与水有效容积比值，其表达式如所示。

7、

8、

9、式中c，n为回归系数，可以利用历史数据回归得出。ma为干空气质量流量。mw为冷却水的质量流量。cpw为水的定压比热。cs为平均饱和比热，其表达式如所示：

10、

11、式中，hw，i为冷却塔进水温度下的饱和空气焓值。hw，o为冷却塔出水温度下的饱和空气焓值。tw，i为冷却塔进水温度。tw，o为冷却塔出水温度。离开冷却塔的空气焓值计算公式如所示：

12、ha，o＝ha，i+εa(hw，i-ha，i)(5)

13、式中，ha，i为进入冷却塔的空气焓值。ha，o为离开冷却塔的空气焓值，hw，i为冷却塔进水温度下的饱和空气焓值。根据能量守恒原则，冷却塔中空气侧的换热量等于水侧的换热量，其表达式如式6所示。

14、

15、式中，tw，o为冷却塔的理论出水温度。tref为液态水零焓值时的参考温度。mw，l为冷却进水质量流量。由于冷却水在冷却塔内进行热交换时不可避免的会发生损失，因此mw，o为考虑了冷却水损失的冷却塔出水质量流量，其表达式如式7所示。

16、mw，o＝mw，i-ma(da，o-da，i)   (7)

17、式中，da，i为进入冷却塔的空气的含湿量。da，o表示离开冷却塔的空气的含湿量，其计算公式如式8所示。

18、da，o＝dw，e+(da，i-dw，e)exp(-ntu)   (8)

19、式中，dw，e为有效饱和湿度比，该值与有效饱和空气焓值有关，有效饱和空气焓通过式计算得出。

20、

21、3)获取冷水机组进水温度tchw，i、冷水机组出水温度tchw，o、冷水机组冷冻水流量mchw和冷水机组冷却水流量mcwr。

22、4)将步骤3)获取的参数输入冷水机组最大制冷量计算模型中，计算得出冷水机组当前工况的最大制冷量q*ch。判断冷水机组当前工况的最大制冷量q*ch与初始最大制冷量的关系，直到满足要求后输出最大制冷量。其中，冷水机组最大制冷量计算模型如式(10)所示。

23、

24、式中下角标i代表第i台冷水机组。tchws，i为冷冻水供水温度。

25、tcwr，i为冷凝器回水温度。a1、a2、a3为回归方程系数，利用历史运行数据拟合得出。copi为第i台冷水机组的运行性能系数。qch，i为第i台冷水机组所承担的冷负荷。

26、冷水机组的能耗可以由当前运行条件下冷水机组的制冷量与运行性能系数之比得到，如式11所示：

27、

28、式中，pch，i代表第i台冷水机组在当前运行状态下的功耗。将式(11)带入式(10)便可以得到如式(13)所示的功率与冷负荷关系模型。

29、

30、式中，tcwr，i的计算与冷却塔模型相关，tchws，i与冷水机组出水温度设定有关。在功率和冷水机组出水温度设定值tchws，i已知的前提下，通过冷却塔模型计算得出当前天气条件下可以得到的最低冷凝器回水温度tcwr，i，带入到式(12)中便得到当前天气条件下的冷水机组理论最大制冷量。

31、5)采用ceil函数计算满足用户冷负荷值时应并联运行的冷水机组台数n。

32、6)比较应并联运行的冷水机组台数n与上一调节时刻的开启数量，得出并联冷水机组加减机策略。

33、进一步，步骤1)中，通过天气预报收集未来24h的逐时室外湿球温度td和室外干球温度tw。

34、进一步，通过冷却水流量传感器5采集冷却塔水流量mw。采集冷水机组上的冷却回水温度作为冷却塔出口水温tw，o。采集冷水机组的冷却出水温度作为冷却塔进口水温tw，i。

35、进一步，步骤4)中，将额定制冷量qch视为初始最大制冷量。比较最大制冷量q*ch与初始最大制冷量qch的关系，若比值小于0.001则输出计算值为最大制冷量qmax，否则将其与一起带回循环。

36、进一步，步骤5)中，将冷水机组的临界点设定为最大制冷量的90％。n＝ceil(qcl，0.9qmax)。

37、进一步，通过当前用户负荷qcl＝mchw*(tchw,i-tchw,o)*cp。

38、本发明还公开一种基于当前运行工况的并联多台冷水机组节能运行控制装置，包括自动控制柜和主机服务器。所述冷水机组、冷却塔以及主机服务器均与自动控制柜连接。所述自动控制柜采集冷水机组上的冷却回水温度作为冷却塔出口水温tw,o、冷水机组的冷却出水温度作为冷却塔进口水温tw,i、冷水机组冷冻水进水温度tchw,i、冷水机组冷冻水出水温度tchw,o、冷水机组冷冻水流量mchw和冷水机组冷却水流量mcwr并传递至主机服务器。所述主机服务器联网获取天气预报。所述主机服务器包括存储器。所述存储器中存储有计算机程序。所述计算机程序在被处理器执行时用于实现如权利要求1～6中任意一项所述方法的步骤2)、步骤4)、步骤5)和步骤6)。所述主机服务器将并联冷水机组加减机策略传递至自动控制柜。所述自动控制柜按照并联冷水机组加减机策略控制冷水机组。

39、进一步，自动控制柜通过rs485通讯线与冷水机组的通讯接口相连接。

40、本发明的技术效果是毋庸置疑的：

41、a.该群控方法的机组实际运行容量计算综合考虑了当前机组冷冻水供水温度及冷却水回水温度(即室外湿球温度)，提高了冷水机组启停自动控制精度；

42、b.群控逻辑中当运行工况有利时减少了不必要的运行台数，降低了制冷系统能耗；

43、c.加入了机组运行安全性考虑限制条件，避免机组满载运行延长了机组的运行寿命。