一种中央空调制冷主机COP在线监测系统

本发明涉及中央空调节能控制，具体涉及一种中央空调制冷主机cop在线监测系统。

背景技术：

1、碳中和是指通过减少二氧化碳和其他温室气体的排放量，将全球温室气体的排放量减少到零，从而达到不再增加全球温度的目标。在实现该目标的过程中，建筑行业的角色至关重要。建筑行业全过程碳排放总量占全国碳排放总量一半以上，其中运行阶段碳排放占比21.9％。而在建筑运行能耗中，暖通空调系统的能耗占比40％-60％，其中空调水系统的能耗达到空调系统能耗的30％左右，制冷主机作为中央空调系统最主要的耗能部件，其所占的能耗达到了70％左右，通常情况下，空调系统的设计负载能力存在着很大裕量，而空调大部分时间处于部分负荷运行状态，主机负荷量低，工作效率较低。因此，对制冷主机运行能耗的监测与调控，是节约建筑运行能耗的主要方向，也是实现双碳目标的重要途径。

2、目前，制冷主机传统的cop测量方法一般根据设备制冷量与消耗功率的实时测量值进行计算，冷量的计算往往需要利用流量计获得主机流量数据，然而流量计价格昂贵且安装条件苛刻，对于主机支管段往往不具备安装条件，且对于现有的中央空调系统，原系统通常未安装流量计，而新增装流量计难度大，成本高，对于不能停机的系统(如工业制冷系统)无法实现安装，另外流量计容易受到干扰，测量数据波动比较大，影响主机cop值计算的准确性。因此需要一种在线监测系统，能够实现对冷冻水泵制冷主机cop进行实时在线监测，同时避免因流量计的安装和使用引起一系列问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种中央空调制冷主机cop在线监测系统，能够实现主机cop的实时在线监测，解决了流量计价格昂贵、安装困难、不利改建以及cop计算准确度低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种中央空调制冷主机cop在线监测系统,包括配置有功率表的制冷主机、配置有变频器的冷冻水泵和控制器，所述变频器和功率表分别用于监测冷冻水泵实时工作频率和制冷主机实时功率，并输出至所述控制器；还包括：

4、冷冻水回水管，用于连通所述制冷主机与冷冻水泵以及冷冻水泵与末端空调机组；

5、冷冻水供水管，用于连通末端空调机组与制冷主机；

6、第一压力传感器和第二压力传感器，分别设置在所述冷冻水泵的进口和出口，用于实时检测所述冷冻水泵的实时出水口压力值与冷冻水泵的实时进水口压力值，并输出至所述控制器；

7、第一温度传感器和第二温度传感器，分别设置在所述冷冻水供水管内和冷冻水回水管内，用于实时检测所述冷冻水供水管和所述冷冻水回水管内冷冻水的实时供回水温度值并输出至所述控制器；

8、所述控制器用于根据冷冻水泵的实时进出口压差值、冷冻水实时供回水温度值、冷冻水泵实时工作频率确定制冷主机供冷量，再通过制冷主机实时功率计算制冷主机cop值。

9、进一步地，所述控制器内载：

10、流量计算模块，用于根据冷冻水泵的实时出水口压力值与冷冻水泵的实时进水口压力值计算冷冻水泵的实时进出口水压差值δp，并根据所述冷冻水泵实时工作频率，基于水泵特性曲线计算出实时流量值，输出至cop值计算模块，其中，水泵特性曲线由实验测试得出。

11、cop值计算模块，用于根据所述流量计算模块计算出的实时流量值以及所述第一温度传感器和第二温度传感器检测到的所述冷冻水供水管和所述冷冻水回水管内冷冻水的实时供回水温度值计算制冷主机的供冷量，根据所述功率表检测到的制冷主机实时功率，计算出制冷主机的实时cop值。

12、进一步地，流量计算模块通过以下公式计算获取实时流量值：

13、h＝aq2+bq+c      ①

14、

15、上述式①为水泵特性曲线函数，表征了扬程和流量之间的关系，其中,a、b、c为常数值，由实验测得，h为水泵扬程，q为流量；

16、上述式②为水泵扬程计算公式，其中，h为水泵扬程，p1、p2为水泵进出口压力，v1、v2为水泵进出口流速，与水泵进出口管径有关，z1、z2为压力表高度差，ρ为冷冻水密度，g为当地重力加速度；

17、其中，水泵进出口流速v与流量有如下关系：

18、v＝4qv/πd2       ③

19、联立三式，可以得出流量q与水泵进出口压力δp的关系如下所示：

20、

21、其中，a、b、c为水泵特性曲线中的常量，ρ为冷冻水密度，d为水泵进出口管径，δz为压力传感器的位压差，因此，系数系数bρg和系数ρgδz-cρg均可以测出，为常量，令bρg＝b，ρgδz-cρg＝c，将上述式子简化如下：

22、aq2+bq＝δp+c      ⑤

23、式⑤即流量q与水泵进出口压力δp的关系式。

24、上述进一步地有益效果是：由于液体流动时会产生一定的动压，对于冷冻水泵两侧压差的检测有一定影响，经计算验证，动压会对测量压差造成3％-5％的偏差值，因此引入水泵扬程计算公式，充分考虑动压以及仪表高度差对于水泵扬程的影响，再联立水泵特性曲线，能使水泵扬程的测量更加精确。

25、进一步地，cop值计算模块通过以下公式计算获取cop：

26、q＝cpq(th-tg)

27、

28、式中：q为制冷主机供冷量；cp为冷冻水比热，q为冷冻水实时流量；th为所述冷冻水回水管内冷冻水的实时回水温度值；tg为所述冷冻水供水管内冷冻水的实时供水温度值；w为制冷主机实时功率。

29、进一步地，所述变频器、功率表、第一温度传感器和第二温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器分别与所述控制器电连接。

30、本发明具有以下有益效果：

31、本发明的一种中央空调制冷主机cop在线监测系统，通过所述第一压力传感器和第二压力传感器分别采集所述冷冻水泵出水口水压力值和冷冻水泵进水口水压力值，并根据所述变频器监测的冷冻水泵工作频率，基于水泵特性曲线计算出实时流量值，再通过所述第一温度传感器和第二温度传感器分别采集冷冻水供回水管的水温差值，进而计算出制冷主机供冷量。通过该方法，只需要检测冷冻水泵进出口压差即可得出制冷主机冷冻水流量，准确度高，解决了流量计安装困难、价格昂贵、测量精度低的问题，且在安装时并不会影响原空调系统的运行。同时可以实时检测出制冷主机cop，为制冷站能效评判提供依据，运行稳定可靠，适用于实际工程的安装调试，可广泛应用于建筑空调系统中。

技术特征：

1.一种中央空调制冷主机cop在线监测系统,其特征在于：包括配置有功率表(12)的制冷主机(1)、配置有变频器(3)的冷冻水泵(2)和控制器(6)，所述变频器(3)和功率表(12)分别用于监测冷冻水泵实时工作频率和制冷主机实时功率，并输出至所述控制器(6)；还包括：

2.根据权利要求1所述的一种中央空调制冷主机cop在线监测系统,其特征在于：所述控制器(6)内载：

3.根据权利要求2所述的一种中央空调制冷主机cop在线监测系统,其特征在于：流量计算模块(13)通过以下公式计算获取实时流量值：

4.根据权利要求2所述的一种中央空调制冷主机cop在线监测系统,其特征在于：cop值计算模块(14)通过以下公式计算获取cop：

5.根据权利要求1所述的一种中央空调制冷主机cop在线监测系统,其特征在于：所述变频器(3)、功率表(12)、第一温度传感器(7)和第二温度传感器(8)、第一压力传感器(4)和第二压力传感器(5)分别与所述控制器(6)电连接。

技术总结
本发明公开了一种中央空调制冷主机COP在线监测系统，包括配置有功率表的制冷主机、配置有变频器的冷冻水泵、控制器、设置在冷冻水泵的进出口的第一压力传感器和第二压力传感器以及设置在冷冻水供水管内和冷冻水回水管内的第一温度传感器和第二温度传感器；控制器实时采集冷冻水泵两侧压力值以及供回水管水温值，通过变频器获得冷冻水泵的工作频率，并根据压差以及工作频率计算水泵流量，进而计算制冷主机的供冷量，再根据功率表测量的制冷主机的实时功率，0即可计算获得制冷主机的COP，实现对制冷主机COP的在线监测。本发明只需要检测冷冻水泵进出口压差即可得出制冷主机冷冻水流量，准确度高，且在安装时并不会影响原空调系统的运行。

技术研发人员：高佳佳,肖俊安,郭鹿娟,杨过孔明,隋月,张嘉威
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6