冷水机组的控制方法及冷水机组与流程

1.本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及冷水机组的控制方法及冷水机组。


背景技术：

2.冷水机组具有安装便捷、维修方便、节水节地的优点，被广泛的应用于城市轨道交通、数据中心、工业厂房等，工程上选型时往往存在“大马拉小车”问题，且随着室外环境温度的变化，室内负荷也在变化，冷水机组的运行过程中会存在以下问题：1、压缩机频繁启停，引起水温波动，导致用户体验差；2、低负荷状态下，制冷系统压力低，易出现低压保护、排气过热度低等保护，易出现机组故障停机；3、冷水机组中有多个压缩机被开启时，压缩机运行状态不一致，频率差别大。
3.因此，如何设计提高冷水机组运行稳定性的控制方法是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有冷水机组存在运行不稳定的缺陷，本发明提出冷水机组的控制方法及冷水机组，该控制方法根据冷水机组的负荷状态配以合理的控制策略，使机组输出的水温稳定，降低机组故障率，提高用户体验。
5.本发明采用的技术方案是，设计冷水机组的控制方法，冷水机组具有至少两个制冷系统，每个制冷系统均单独配置有提供冷媒循环动力的压缩机，不同制冷系统的蒸发器能够串联或者并联运行，控制方法包括：检测冷水机组的总进水温度t1、总出水温度t2并计算总进出水温差δt；判断总进出水温差δt所在的阈值区间并匹配对应的控制策略；根据控制策略调节蒸发器的串并联状态和/或压缩机的频率和/或压缩机的开关状态。
6.进一步的，判断总进出水温差δt所在的阈值区间并获取对应的控制策略包括：
7.当总进出水温差δt≥第一阈值δt
′
时，控制冷水机组中已开启的压缩机根据吸排气压力进行频率调节；
8.和/或当第二阈值δt
″
＜总进出水温差δt＜第一阈值δt
′
时，控制冷水机组中已开启的压缩机根据总出水温度t2进行频率调节；
9.和/或当总进出水温差δt＜第二阈值δt
″
时，根据总出水温度t2控制冷水机组中已启用的蒸发器的串并联状态。
10.进一步的，控制冷水机组中已开启的压缩机根据吸排气压力进行频率调节包括：
11.检测压缩机的吸气压力pd和排气压力pg；
12.当吸气压力pd≤设定吸气压力p
sd
或者排气压力pg≥设定排气压力p
sg
时，压缩机保持当前频率不变；
13.当吸气压力pd》设定吸气压力p
sd
且排气压力pg《设定排气压力p
sg
时，压缩机的运行频率f根据吸气压力pd和排气压力pg计算得到。
14.进一步的，控制冷水机组中已开启的压缩机根据总出水温度t2进行频率调节包
括：
15.根据总出水温度t2和出水温度设定值t0计算负荷变化量δq；
16.当δq＞μ时，压缩机执行升频动作；
17.当-μ≤δq≤μ时，压缩机保持当前频率不变；
18.当δq＜-μ时，压缩机执行降频动作；
19.其中，μ为设定变化量。
20.在一些实施例中，负荷变化量δq的计算方式为：δq＝[t
2-(t0+c)]
×
a+[t
2-t2’
]
×
b；其中，a和b为修正系数，c为制冷修正值，t2是当前时刻出水温度值，t2’
是前一时刻出水温度值。
[0021]
进一步的，冷水机组的控制方法还包括：
[0022]
当第二阈值δt
″
＜总进出水温差δt＜第一阈值δt
′
时，每次间隔设定时间δt检测冷水机组中已开启的各个压缩机的实际频率，计算所有已开启压缩机的平均频率，在任意一个压缩机的实际频率与平均频率相差超过阈值偏离量时，将实际频率调整为平均频率。
[0023]
进一步的，根据总出水温度t2控制冷水机组中已启用的蒸发器的串并联状态包括：
[0024]
当总出水温度t2《设定值t0时，冷水机组中已启用的蒸发器并联运行；
[0025]
当总出水温度t2≥设定值t0时，冷水机组中已启用的蒸发器串联运行。
[0026]
进一步的，冷水机组中已启用的蒸发器并联运行之后，检测冷水机组中已开启的压缩机的开机运行时间，关闭开机运行时间最长的制冷系统。
[0027]
进一步的，冷水机组的控制方法还包括：
[0028]
获取冷水机组中各个已开启的压缩机的启动次数；
[0029]
当有启动次数≥设定次数时，检测各个已开启的压缩机的实际频率并筛选出最小实际频率；
[0030]
判断最小实际频率是否大于阈值运行频率；
[0031]
若是，则增加开启至少一台压缩机，并将所有已开启的压缩机均调整至设定下限频率。
[0032]
本发明还提出了冷水机组，包括：至少两个制冷系统，每个制冷系统均单独配置有提供冷媒循环动力的压缩机，不同制冷系统的蒸发器能够串联或者并联运行，冷水机组的控制器执行上述的控制方法。
[0033]
进一步的，所有蒸发器的进水管并联接在总进水管上，所有蒸发器的出水管并联接在总出水管上，任意两个蒸发器中沿进水方向处于上游的蒸发器为上蒸发器、处于下游的蒸发器为下蒸发器，上蒸发器的出水管连接有转换支路，转换支路的出口接在总进水管上。
[0034]
进一步的，进水管安装有进水阀，出水管安装有出水阀，转换支路安装有主切换阀，上蒸发器的出水管还安装有串联在出水阀和总出水管之间的副切换阀，转换支路的进口接在出水阀和副切换阀之间。
[0035]
与现有技术相比，本发明根据冷水机组的负荷状态配以合理的控制策略，在末端负荷较大时根据压缩机的高低压进行调节，在末端负荷一般时根据总出水温度t2对压缩机
的频率进行微调，在末端负荷较小时根据总出水温度t2对蒸发器的串并联状态进行粗调，通过控制蒸发器的串并联状态、压缩机的启停以及压缩机的频率，对冷水机组的工作状态进行准确调节，提高机组运行稳定性，降低机组故障率。
附图说明
[0036]
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
[0037]
图1是本发明一实施例中的冷水机组连接示意图。
具体实施方式
[0038]
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利，并不用于限定本专利。
[0039]
本发明提出的控制方法适用于冷水机组，尤其是具有两个以上制冷系统的冷水机组，每个制冷系统包括：压缩机、冷凝器、节流装置以及蒸发器，冷凝器和冷凝风机安装在室外机中，压缩机单独给其所在的制冷系统提供冷媒循环动力，节流装置可以采用电子膨胀阀，蒸发器采用壳管式换热器，不同制冷系统的蒸发器能够串联或者并联运行。
[0040]
实现蒸发器串联或者并联的方式有多种，本文仅以其中一种进行说明，并不用以限制蒸发器之间的具体管路连接结构。
[0041]
如图1所示，所有蒸发器的进水管并联接在总进水管100上，所有蒸发器的出水管并联接在总出水管200上，相邻两个蒸发器中沿进水方向处于上游的蒸发器为上蒸发器、处于下游的蒸发器为下蒸发器，上蒸发器的出水管连接有转换支路17，转换支路17的出口连接在总进水管上，通过控制转换支路17的通断状态可以切换蒸发器的串并联状态。
[0042]
为了灵活切换冷水机组中各个蒸发器的工作方式，蒸发器的进水管安装有进水阀，蒸发器的出水管安装有出水阀，转换支路17安装有主切换阀16，任意两个蒸发器之间的上蒸发器的出水管还安装有副切换阀15，副切换阀15串联在出水阀和总出水管200之间，转换支路17的进口接在出水阀和副切换阀15之间。
[0043]
以两个相邻的制冷系统为例进行详细说明，第一制冷系统包括第一压缩机1、第一冷凝器2、第一冷凝风机3、第一节流装置4以及第一蒸发器5，第二制冷系统包括第二压缩机6、第二冷凝器7、第二冷凝风机8、第二节流装置9以及第二蒸发器10，第一蒸发器5为上蒸发器，第二蒸发器10为下蒸发器，第一蒸发器5的进水管安装有第一进水阀12、出水管安装有第一出水阀11和副切换阀15，第二蒸发器10的进水管安装有第二进水阀14、出水管安装有第二出水阀13。
[0044]
当第一进水阀12、第二进水阀14、第一出水阀11、第二出水阀13以及副切换阀15均开启且主切换阀16关闭时，第一蒸发器5和第二蒸发器10并联，总进水管100中的冷冻水从两个蒸发器的进水管进入蒸发器与冷媒换热，再从出水管流入到总出水管200中；当第一进水阀12、第二进水阀14、第一出水阀11、第二出水阀13以及主切换阀16均开启且副切换阀15关闭时，第一蒸发器5和第二蒸发器10串联，总进水管100中的冷冻水从两个蒸发器的进水管进入蒸发器与冷媒换热，第一蒸发器5的出水管流出的水从转换支路17流回总进水管100，总进水管100的冷冻水与第一蒸发器5流出的水混合后进入第二蒸发器10与冷媒换热，
再从第二蒸发器10的出水管流入到总出水管200中。
[0045]
本发明的控制方法是基于上述冷水机组的系统结构，控制方法包括以下步骤：
[0046]
检测冷水机组的总进水温度t1、总出水温度t2并计算总进出水温差δt，δt＝t
1-t2，通过总进出水温度δt反映冷水机组的末端负荷状态，此处总进水温度t1是指总进水管100的进口处温度、总出水温度t2是指总出水管200的出口处温度；
[0047]
判断总进出水温差δt所在的阈值区间并匹配对应的控制策略；
[0048]
根据控制策略调节蒸发器的串并联状态和/或压缩机的频率和/或压缩机的开关状态。
[0049]
本发明根据冷水机组的负荷状态配以合理的控制策略，使机组输出的水温稳定，降低机组故障率，提高用户体验。
[0050]
具体来说，判断总进出水温差δt所在的阈值区间并获取对应的控制策略以下三种情况。
[0051]
第一种情况，当总进出水温差δt≥第一阈值δt
′
时，说明冷水机组的末端负荷较大，控制冷水机组中已开启的压缩机根据吸排气压力进行频率调节，维持当前已开启压缩机数量的同时，防止压缩机的吸排气压力异常，减少冷水机组的压缩机启停次数。
[0052]
在本发明提出的一些实施例中，根据吸排气压力进行频率调节的方式为：检测压缩机的吸气压力pd和排气压力pg，当吸气压力pd≤设定吸气压力p
sd
或者排气压力pg≥设定排气压力p
sg
时，压缩机保持当前频率不变；当吸气压力pd》设定吸气压力p
sd
且排气压力pg《设定排气压力p
sg
时，压缩机的运行频率f根据吸气压力pd和排气压力pg计算得到，f＝f’+f’(pd,pg)，f’为当前压缩机的运行频率，f’(pd,pg)可以表达为λ1
×
pd+λ2
×
pg，λ1和λ2为修正系数。
[0053]
第二种情况，当第二阈值δt
″
＜总进出水温差δt＜第一阈值δt
′
时，说明冷水机组的末端负荷一般，控制冷水机组中已开启的压缩机根据总出水温度t2进行频率调节，以保证冷水机组可稳定输出恒定水温。
[0054]
在本发明提出的一些实施例中，根据总出水温度t2进行频率调节的方式为：根据总出水温度t2和出水温度设定值t0计算负荷变化量δq，当δq＞μ时，μ为设定变化量，其可取值为0.5，说明末端负荷变化大，压缩机执行升频动作，以加大制冷输出，满足负荷需求；当-μ≤δq≤μ时，说明末端负荷平稳，压缩机保持当前频率不变；当δq＜-μ时，说明末端负荷变化小，压缩机执行降频动作，以减小制冷输出，提高冷水机组能效。
[0055]
需要指出的是，升频动作和降频动作可以是以固定幅度进行升降，也可以采用其他现有方式，负荷变化量的计算方式可以选择现有技术中已出现的方案，也可以将负荷变化量δq的计算方式设计为：δq＝[t
2-(t0+c)]
×
a+[t
2-t2’
]
×
b；其中，a和b为修正系数，c为制冷修正值，通常工程上认为出水温度波动0.5℃是不影响客户舒适性的，[t
2-t2’
]
×
b反映水温的变化率，t2是当前时刻出水温度值，t2’
是前一时刻出水温度值，前一时刻可以是前60秒，即t2’
是前60秒出水温度值。
[0056]
在本发明提出的一些实施例中，在第二种情况下，每次间隔设定时间δt检测冷水机组中已开启的各个压缩机的实际频率，计算所有已开启压缩机的平均频率，在任意一个压缩机的实际频率与平均频率相差超过阈值偏离量时，将实际频率调整为平均频率，此设计的作用是防止冷水机组中的压缩机运行频率差别太大，影响冷水机组运行稳定性。
[0057]
需要说明的是，阈值偏离量为平均频率乘以设定比例，平均频率的计算方式为已开启压缩机的实际频率之和除以已开启压缩机的数量。
[0058]
第三种情况，当总进出水温差δt＜第二阈值δt
″
时，根据总出水温度t2控制冷水机组中已启用的蒸发器的串并联状态，在满足出水要求的同时，避免压缩机频繁启停。
[0059]
在本发明提出的一些实施例中，根据总出水温度t2控制冷水机组中已启用的蒸发器的串并联状态的方式为：当总出水温度t2≥设定值t0时，说明总出水温度t2还需要降低，冷水机组中已启用的蒸发器串联运行，总进水管100的冷冻水至少经过两个以上的蒸发器连续进行降温，有效降低总出水温度t2，使其满足末端使用需求；当总出水温度t2《设定值t0时，说明总出水温度t2低于末端使用需求，冷水机组输出的冷量多余，出水温度冷水机组中已启用的蒸发器并联运行，总进水管100的冷冻水至多经过一个蒸发器进行降温，减少冷量浪费。
[0060]
在本发明提出的一些实施例中，在第三种情况下，冷水机组中已启用的蒸发器并联运行之后，检测冷水机组中已开启的压缩机的开机运行时间，关闭开机运行时间最长的制冷系统，即关闭该制冷系统的压缩机、蒸发器的进水阀、以及蒸发器的出水阀，该制冷系统完全不参与冷水机组的供冷，减少冷水机组的制冷系统开启数量，降低冷水机组的能耗。
[0061]
应当理解的是，本发明的控制方法是针对冷水机组开启之后的工作状态进行调节，冷水机组的开启条件可以采用现有技术中已出现的常规方案，本发明对此不作要求。另外，对于压缩机的启动来说，冷水机组的控制方法还包括：获取冷水机组中各个已开启的压缩机的启动次数；当有启动次数≥设定次数时，说明该压缩机被频繁启动，冷水机组当前的已开启压缩机数量不足，此时检测各个已开启的压缩机的实际频率并筛选出最小实际频率，判断最小实际频率是否大于阈值运行频率，若是，则说明已开启的压缩机已经有压缩机超负荷运行，需要增加开启至少一台压缩机来平衡负荷，提高冷水机组的运行稳定性，防止压缩机故障，新增开启压缩机之后，将所有已开启的压缩机均调整至设定下限频率，使冷水机组的压缩机频率大致相同，冷水机组的运行稳定性更高。
[0062]
在一些实施例中，设定次数是一个可变的常数，设定次数的取值范围通常为3次～10次，阈值运行频率为设定下限频率的m倍，m》1，例如m等于2，实际应用中可以根据具体需要进行设计。
[0063]
本发明根据冷水机组的负荷状态配以合理的控制策略，在末端负荷较大时根据压缩机的高低压进行调节，在末端负荷一般时根据总出水温度t2对压缩机的频率进行微调，在末端负荷较小时根据总出水温度t2对蒸发器的串并联状态进行粗调，通过控制蒸发器的串并联状态、压缩机的启停以及压缩机的频率，对冷水机组的工作状态进行准确调节，提高机组运行稳定性，降低机组故障率。实际应用时，冷水机组的控制方法可以只选用其中一种负荷状态与其对应的控制策略，或者选用其中两种负荷状态与其对应的控制策略，本领域技术人员可以根据具体需求进行选择。
[0064]
需要说明的是，上文中公式出现的各个系数等均可以通过实验数据统计得到，其取值根据机组的机型、应用场景等不同而有较大变化，本发明对此不作具体限制。
[0065]
另外，上述所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指
明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
[0066]
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0067]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。