专利名称：一种中央空调水系统自动寻优节能技术及其系统的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及电气自动化和自动控制领域、暖通行业领域，具体是一种针对中央空调循环水系统的按照实际运行情况自动寻找最优化的控制策略的节能技术。
背景技术：
众所周知，中央空调循环水系统可以当作一个整体来看，就是一套制造冷冻水的设备，整个循环系统再不停地向建筑物内部的风机盘管输出标准温度的冷水，从而给整个建筑物内部的空气制冷。同时，中央空调循环水系统是由多台大小不一的冷冻主机(制冷主机)、和不同大小的冷冻泵、冷却泵和冷却塔等组成，这些设备都有各自不同的工作运行效率曲线；同时各个不同的设备在不同情况下都有一个“效率最高、对机器磨损最小”的最佳的运行工况。厂家往往只给出了各个设备的标准工况下的运行曲线和参数，同时也会给出标准工况下的效率最高的最佳运行参数。但是，中央空调循环水系统实际项目中很难做到完全在标准工况下运行。现实是 当分散的设备组合成一个完整的中央空调系统之后，由于季节变换和运行负荷的变化，以及现实空调系统中的设计参数的改变，加上管网系统的多样性和复杂性，从而导致最佳运行工况往往被破坏。随着运行参数和负荷的变化，仅凭经验和感觉就很难找到某个设备或者整个中央空调系统大部分设备的最佳运行状态。建筑物内部的人员在流动、所需的温度负荷在变动，同时室外温度和湿度也在变化，还有其他的更多因素在变化，从而导致整体中央空调循环水系统的负荷在变化，其供回水温差、流量、压差等等都在不停地变化，进而影响到循环水系统的设备运行工况产生变化。在这样不断变化状态下，究竟应该开启几台冷冻主机、几台冷冻泵、几台冷却泵和几台冷却塔？究竟应该开启大机？还是小机？通常，空调工是根据经验去判断的，同时空调工究竟何时开启设备、也没有一个准确的依据，不是开启早了、就是开晚了，不是开大了，就是开小了。这样就导致中央空调循环水系统的各个设备不能完全保证运行在最佳工况之下， 从而产生了大量的能源的浪费。还有更严重的问题。现在市面上出现了很多单一控制参数的变频调速的节能系统，它们往往只是根据一些简单的逻辑去调整水泵的运行频率来改变中央空调循环水系统的流量，对制冷主机却不作调整。在这样的状态下，虽然可以降低水泵的运行用电量，但是很多时候，有的变频系统会导致制冷主机的最佳运行状态被破坏，其实是降低了制冷主机的制冷效率，增大了制冷主机的用电量；最坏的情况下，则会导致制冷主机喘震，甚至发生冻管故障。虽然整体中央空调系统有一些的节电效能，但制冷主机以及相关设备的寿命大大减短、维护费用增加，往往是得不偿失。好在现在的自动控制技术已经非常先进，我们可以以达到节能的目的。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种中央空调水系统自动寻优节能方法，同时，还提供一种实现该方法的系统，以期通过给设备安装自动控制系统和监测系统以及相关的传感器件，用来自动找到整个中央空调系统在不同工况和负荷下的最佳运行参数，从而使中央空调的整个系统发挥最大效率。为实现该技术目的，本发明的方案是一种中央空调水系统自动寻优节能方法，其特征在于采用自动控制系统来自动采集中央空调循环水系统的运行参数和运行状态；存储到自动控制系统的数据库中，通过自动控制系统的自动归纳、计算和调整，得出中央空调循环水系统的相关设备的最佳的运行参数；根据上述参数，控制整个中央空调循环水系统的相关设备在不同的工况和负荷状态下的最优化的运行。作为更具体的改进，最佳运行参数是被自动下载到现场控制器中，由现场控制器自动控制整个中央空调循环制冷水系统相应设备的自动运行。一种中央空调水系统自动寻优节能系统，其特征在于包括上位控制主机、网络控制器、电量采集控制器，其中上位控制主机与网络控制器和电量采集器控制器分别数据连接；电量采集控制器负责电量采集器和上位控制主机之间的数据交换，该控制器通过电量采集网络连接分散不同设备的电量采集器，包括制冷主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔电量采集器；网络控制器负责连接现场控制网络和上位控制主机；该控制器通过现场控制网络连接分散在不同设备的现场控制器，包括制冷主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔的现场控制器；所述电量采集器负责采集相关设备的电量参数，所述现场控制器负责采集相关设备的信号和参数，输出控制指令以控制相关设备的运行。作为更具体的改进，上位控制主机、网络控制器和现场控制器是通过RS485现场总线连接组成。作为更具体的改进，所述网络控制器还连接制冷主机网络通讯网关，将制冷主机的数据采集和控制信号输入输出端口接入上位控制主机。本方案能使得中央空调循环水系统的整体制冷量和整体耗电量的比值(即中央空调循环水系统的整体COP值)作为最终考量点，由控制系统自动积累、归纳和计算得出最佳整体COP值。再以“最佳整体COP值”作为中央空调循环水系统整体的控制策略，去控制中央空调循环水系统各个设备的运行，以达到最优化运行的目的。在相同制冷量的基础上， 比传统人工控制的中央空调水系统，大大节省了中央空调水系统的设备的耗电量，提高了设备的运行效率、降低了设备的损耗，从而节省了大量的能源。
图1为本发明的结构示意框图。其中1为上位控制主机，2为网络控制器，21 24为现场控制器，25为现场控制网络，3为制冷主机网关，4为电量采集控制器，41 44为电量采集器，45为电量采集器网络。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明的一种中央空调水系统自动寻优节能方法，采用自动控制系统来自动采集中央空调循环水系统的运行参数和运行状态；存储到自动控制系统的数据库中，通过自动控制系统的自动归纳、计算和调整，得出中央空调循环水系统的相关设备的最佳的运行参数；根据上述参数，控制整个中央空调循环水系统的相关设备在不同的工况和负荷状态下的最优化的运行。最佳运行参数是被自动下载到现场控制器中，由现场控制器自动控制整个中央空调循环制冷水系统相应设备的自动运行。如图1所示，是本发明的一种中央空调水系统自动寻优节能系统，采用带现场网络功能的可编程控制器采集现场空调系统设备的运行参数和信号，传输到上位控制计算机中做整体运算，监测、归纳、储存、计算和处理，可以得到整个中央空调循环水系统在不同冷却水温度和制冷负荷下的制冷量和电功率的实际比值，即“实际运行状态下的COP值”。同时通过自动寻优节能系统的对这个“实际运行状态下的COP值”做运算、积累、查值、比较、 归纳以及做误差调整，从而可以找出最佳冷却水温度和中央空调循环水系统的“最佳实际运行COP值”。通过自动寻优控制节能系统不断的数据收集、归纳和计算“整体COP值”点， 描绘“整体COP值”曲线，找到整个中央空调系统的“整体COP值”曲线的最佳运行工作点。 在整个中央空调循环水系统里，根据实际需要和按照实际情况，通过自动寻优控制节能系统自动调整运行工况和工作参数，自动控制不同大小的中央空调循环水系统设备的启停和运行台数，它包括上位控制主机、网络控制器、电量采集控制器，其中上位控制主机与网络控制器和电量采集器控制器分别数据连接；电量采集控制器负责电量采集器和上位控制主机之间的数据交换，该控制器通过电量采集网络连接分散不同设备的电量采集器，包括制冷主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔电量采集器；网络控制器负责连接现场控制网络和上位控制主机；该控制器通过现场控制网络连接分散在不同设备的现场控制器，包括制冷主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔的现场控制器；所述电量采集器负责采集相关设备的电量参数，所述现场控制器负责采集相关设备的信号和参数，输出控制指令以控制相关设备的运行。上位控制主机、网络控制器和现场控制器是通过RS485现场总线连接组成；网络控制器还连接制冷主机网络通讯网关，将制冷主机的数据采集和控制信号输入输出端口接入上位控制主机。系统数据库、自动计算逻辑、时间表逻辑、控制模型和控制逻辑等协同一起工作， 使得整个系统可以按照程序全自动运行，并按照动态逻辑控制程序根据动态变量自动调整和自动监测中央空调循环水系统里的设备的运行状态，使得自动寻优控制节能自动产生并提供“最佳整体COP值”(中央空调循环制冷水系统的整体制冷量和整体用电量的比值)状态下的控制策略。上位控制计算机的这个控制模型、控制逻辑和控制策略和现场控制器的现场控制模型和逻辑一起协调控制整个中央空调循环水系统自动在“最佳整体COP值”状态下整体运行。整个系统不再是考虑单一的控制参数，摆脱了单一的温差控制或者压差控制或者流量控制的局限性，而是整体的考虑中央空调循环制冷水系统的“最佳整体COP值”
5参数，融合了室内外环境温湿度、用电量参数、温差、压差和流量等参数做整体监测、计算和调整，使整个中央空调循环制冷水系统达到最佳的运行状态和发挥整个系统的最大的制冷效率，从而大大节省能源。本发明的技术方案摆脱了市面上流行的只是重视单一的控制参数或少量控制参数的自动控制技术带来的对整个中央空调循环水系统设备的损害或低效。同时摆脱了 “模糊控制技术”、“专家控制技术”和“变温差控制技术”等等，很多其他中央空调自动控制技术导致的诸多不确定性的因素。是一个实事求是的按实际情况、按需求控制的真正优化中央空调循环水系统设备运行的节能系统。归纳起来说，本实施方案就是以制冷主机的最佳运行工况为中心，协调控制制冷主机周边的各种不同大小的设备的启停和优化运行，自动采集中央空调循环水系统的整体制冷量和整体用电量，并自动计算出“最佳整体COP值”参数作为结果，自动控制制冷主机为主的中央空调循环水系统达到最佳运行状态，从而寻找到整个中央空调循环水系统的 “最佳整体COP值”状态下的控制策略。本发明的系统可在已安装完成的传统中央空调系统上进行加装和改造，也可以在大楼新建的中央空调系统的设计中整合进去。具体实施过程如下1、在制冷主机上加装通讯协议转换器，把每台制冷主机的主要运行状态参数数据收集到自动寻优控制节能系统里来。同时在每台制冷主机的冷冻水和冷却水的出水口加装出水温度传感器、水流量传感器，在制冷主机的冷冻水和冷却水的回水口加装回水温度传感器；同时在制冷主机的电控箱电源进线位置加装电能量智能采集器，把所有这些信号和参数包括制冷主机电控箱的运行状态数据全部接入自动寻优控制节能系统里来。并且通过 RS485现场总线连接到上位控制系统主机和数据库。上位控制计算机中做整体运算，归纳、 储存、计算和处理，我们可以得到制冷主机在不同冷却水温度和制冷负荷下的制冷量和电功率的比值，即实际运行状态下的COP值。从而可以找出最佳冷却水温度和制冷主机的最佳实际运行COP值，通过自动寻优控制节能系统不断的数据收集，我们可以找到每台制冷主机的最佳实际运行COP值。在整个中央空调循环水系统里，根据实际需要，通过自动寻优控制节能系统调整运行工况，自动控制不同大小的制冷主机的启停、运行台数。2、在每台冷却塔的出水口和入水口加装水温度传感器，在每台冷却塔出水口加装水流量传感器，并且在每台冷却塔的电控箱进线位置安装电能量采集器，把所有这些信号包括冷却塔电控箱的运行状态数据接入自动寻优控制节能系统里来，并且通过自动寻优控制节能系统来控制每台冷却塔的启停。通过前期的不断积累和自动寻优控制节能系统的自动计算，找到不同室外温湿度和制冷主机的不同负荷状况下的最佳冷却水出水温度，从而在不同情况下，自动寻优控制节能系统通过自动进行归纳、计算和处理制冷主机的最佳运行工况，从而产生运行指令来控制整个中央空调循环水系统的冷却塔的运行，由自动寻优控制节能系统根据实际的最佳冷却水出水温度来控制不同大小的冷却塔的启停和运行台数。3、在每台冷却泵的电控箱进线位置安装电能量采集器，把所有这些信号包括冷却泵电控箱的运行状态数据接入自动寻优控制节能系统里来，并且通过自动寻优控制节能系统来控制每台冷却泵的启停。自动寻优控制节能系统通过自动进行归纳、计算和处理不同负荷下的制冷主机的最佳运行工况，从而产生运行指令来控制整个中央空调循环水系统的冷却泵的运行，包括控制每台不同大小的冷却泵的启停和运行台数。如有冷却泵加装了变频节能系统，则通过这些数据来控制冷却泵的变频运行，使得变频运行不再盲目，做到即能节能，又能保证制冷主机的最佳运行状态，不至于损坏制冷主机，还能保证制冷主机的高效运行。4、同样，在每台冷冻泵的电控箱进线位置安装电能量采集器，把所有这些信号包括冷冻泵电控箱的运行状态数据接入自动寻优控制节能系统里来，并且通过自动寻优控制节能系统来控制每台冷冻泵的启停。自动寻优控制节能系统通过自动进行归纳、计算和处理不同负荷下的制冷主机的最佳运行工况，从而产生运行指令来控制整个中央空调循环水系统的冷冻泵的运行，包括控制每台不同大小的冷冻泵的启停和运行台数。如有冷冻泵加装了变频节能系统，则通过这些数据来控制冷冻泵的变频运行，使得变频运行不再盲目，做到即能节能，又能保证制冷主机的最佳运行状态，不至于损坏制冷主机，还能保证制冷主机的高效运行。5、系统编程在上位控制计算机上采用数据库软件平台和组态软件平台编制自动计算逻辑和时间表逻辑，建立控制模型和控制逻辑，使得整个系统可以按照程序全自动运行，并按照动态逻辑控制程序根据动态变量自动调整运行。使得自动寻优控制节能系统自动产生并提供“最佳整体COP值”(中央空调循环制冷水系统的整体制冷量和整体用电量的比值)状态下的控制策略。并把这个控制模型、控制逻辑和控制策略自动下载到现场控制器控制整个中央空调系统自动在“最佳整体COP值”状态下运行。6、数据积累整个系统需要一个积累数据的时期，通过冷却水的不断变化、室内外温湿度的变化和整个空调系统的运行负荷的变化，在数据库中积累整个系统的用电量数据、运行参数和运行数据，用于计算中央空调循环制冷水系统的“整体COP值”。不断的累计、归纳和计算“整体COP值”点，描绘“整体COP值”曲线，找到整个中央空调系统的“整体 COP值”曲线的最佳运行点。本发明的方案经实践检验取得以下技术优点a)自动控制和计算中央空调整体运行的COP值，提供“最佳整体COP值”的控制策略。b)空调操作人员可根据“最佳整体COP值”的控制策略，按部就班的启停大小不一的设备和台数，减少人为操作失误。c)也可以由“自动寻优节能系统”根据“最佳整体COP值”的控制策略自动控制中央空调循环制冷水系统的运行。d)由于整个中央空调循环制冷水系统按照“最佳整体COP值”运行，大幅减少了能源浪费，从而使中央空调循环制冷水系统达到很高的运行效率。e) “自动寻优节能系统”一般可使中央空调循环制冷水系统节能15%以上，如果配合使用整体群控节能系统和变频节能系统，可以使制冷主机(冷冻主机)的节能率达到 30%以上。f) “自动寻优节能系统”使得已经安装了变频节能系统的控制不再盲目，使得制冷主机运行在最佳工况下，大大延长包括制冷主机在内的各种空调设备的使用寿命。g) “自动寻优节能系统”使得空调系统的各种系统设备的操作不再盲目，各种空调系统不同大小的设备的启停和运行协调有序，使得维护费用大大降低。
h) “自动寻优节能技术”的应用，开创了中央空调循环水系统按照实际情况、按照需求状况、实事求是的最佳优化运行的革命性的新时代。g)如果“自动寻优节能技术”配合本人的其他两个实用新型专利一起使用，可以达到前所未有的高效节能。中央空调系统经过“自动寻优节能技术”的节能改造后，经济效益和社会效益都非常明显。为传统的中央空调系统的控制策略带来革命性的技术进步。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
权利要求
1.一种中央空调水系统自动寻优节能技术，其特征在于采用自动控制系统来自动采集中央空调循环水系统的运行参数和运行状态；存储到自动控制系统的数据库中，通过自动控制系统的自动归纳、计算和调整，得出中央空调循环水系统的相关设备的最佳的运行参数；根据上述参数，控制整个中央空调循环水系统的相关设备在不同的工况和负荷状态下的最优化的运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，最佳运行参数是被自动下载到现场控制器中，由现场控制器自动控制整个中央空调循环制冷水系统相应设备的自动运行。
3.一种实现根据权利要求1或2所述的方法的自动寻优节能系统，其特征在于包括上位控制主机、网络控制器、电量采集控制器，其中上位控制主机与网络控制器和电量采集器控制器分别数据连接；电量采集控制器负责电量采集器和上位控制主机之间的数据交换，该控制器通过电量采集网络连接分散不同设备的电量采集器，包括制冷主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔电量采集器；网络控制器负责连接现场控制网络和上位控制主机；该控制器通过现场控制网络连接分散在不同设备的现场控制器，包括制冷主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔的现场控制器；所述电量采集器负责采集相关设备的电量参数，所述现场控制器负责采集相关设备的信号和参数，输出控制指令以控制相关设备的运行。
4.根据权利要求2所述的自动寻优节能系统，其特征在于，上位控制主机、网络控制器和现场控制器是通过RS485现场总线连接组成。
5.根据权利要求3所述的自动寻优节能系统，其特征在于，所述网络控制器还连接制冷主机网络通讯网关，将制冷主机的数据采集和控制信号输入输出端口接入上位控制主机。
全文摘要
本发明公开了一种中央空调水系统自动寻优节能技术及系统，采用自动控制系统来自动采集中央空调循环水系统的运行参数和运行状态；存储到自动控制系统的数据库中，通过自动控制系统的自动归纳、计算和调整，得出中央空调循环水系统的相关设备的最佳的运行参数；根据上述参数，控制整个中央空调循环水系统的相关设备在不同的工况和负荷状态下的最优化的运行。该方案大大节省了中央空调水系统的设备的耗电量，提高了设备的运行效率、降低了设备的损耗，从而节省了大量的能源。
文档编号F24F11/00GK102374605SQ201010256800
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者肖安 申请人:肖安