用于蒸发式排热设备风扇速度控制的系统和方法技术方案

一种热管理系统包括：排热装置，被配置用于流体地联接至制冷系统；风扇，被配置用于提供穿过所述排热装置的进入气流以冷却所述排热装置内的水流；以及控制器，被配置用于基于以下各项中的至少两项来控制所述风扇的速度以使所述热管理系统的总公共设施运行成本最小化：(i)所述进入气流的相对湿度、(ii)所述制冷系统的一个或多个部件以其运行的容量百分比、(iii)水成本与能量成本的比率、以及(iv)所述制冷系统的压缩机的设计功率与所述风扇的设计功率的比率，所述总公共设施运行成本包括(i)用于运行所述风扇和所述制冷系统的能量成本、以及(ii)所述水流的水成本。

System and Method for Fan Speed Control of Evaporative Exhaust Equipment

A heat management system includes: a heat exhaust device configured for fluidly connecting to a refrigeration system; a fan configured to provide an incoming air flow through the heat exhaust device to cool the water flow in the heat exhaust device; and a controller configured to control the speed of the fan based on at least two of the following items to enable the general public facilities of the heat management system. Minimizing operating costs: (i) the relative humidity of the incoming air stream, (ii) the percentage of the capacity of one or more components of the refrigeration system in operation, (iii) the ratio of water cost to energy cost, and (iv) the ratio of the design power of the compressor of the refrigeration system to the design power of the fan. The total operating cost of the public facility includes (i) the ratio of the design power of the compressor and the fan for operation of the fan and the refrigeration system. The energy cost of the refrigeration system and (ii) the water cost of the flow are described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于蒸发式排热设备风扇速度控制的系统和方法相关专利申请的交叉引用本申请要求于2016年9月2日提交的美国临时专利申请号62/383,375以及于2016年11月23日提交的美国临时专利申请号62/426,205的权益，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
具有蒸发式排热设备的热管理系统的运行成本通常包括用于运行热管理系统的部件的能量成本以及在所述蒸发式排热设备内使用的水的水成本。传统地，仅基于能量成本来控制这种热管理系统，忽略水成本从而导致运行成本增加。
技术实现思路
一个实施例涉及一种热管理系统。所述热管理系统包括：排热装置，被配置用于流体地联接至制冷系统；风扇，被配置用于提供穿过所述排热装置的进入气流以冷却所述排热装置内的水流；以及控制器，被配置用于基于以下各项中的至少两项来控制所述风扇的速度以使所述热管理系统的总公共设施运行成本最小化：(i)所述进入气流的相对湿度、(ii)所述制冷系统的一个或多个部件以其运行的容量百分比、(iii)水成本与能量成本的比率、以及(iv)所述制冷系统的压缩机的设计功率与所述风扇的设计功率的比率，所述总公共设施运行成本包括(i)用于运行所述风扇和所述制冷系统的能量成本、以及(ii)所述水流的水成本。另一实施例涉及一种用于蒸发式排热设备风扇速度控制的方法。所述方法包括：通过处理电路从湿度传感器接收湿度数据，所述湿度数据指示通过风扇移动穿过蒸发式排热装置的进入气流的相对湿度；通过所述处理电路接收容量数据，所述容量数据指示制冷系统的至少一个部件以其运行的容量百分比，其中，所述制冷系统与所述排热装置流体地联接；并且基于以下各项通过所述处理电路来控制所述风扇的速度：所述进入气流的所述相对湿度、和所述制冷系统的所述至少一个部件以其运行的所述容量百分比。又另一实施例涉及一种热管理系统。所述热管理系统包括制冷系统、冷却塔、风扇和控制器。所述制冷系统具有压缩机、蒸发器、冷凝器、和膨胀阀。所述冷却塔流体地联接至所述冷凝器。所述风扇被定位成提供穿过所述冷却塔的气流以冷却所述冷却塔内的水流。所述控制器被配置用于基于所述气流的相对湿度和所述冷凝器的容量比率来控制所述风扇的速度。本领域的技术人员将理解的是，概述仅是说明性的而不旨在以任何方式进行限制。本文中所描述的如仅由权利要求限定的装置和/或过程的其他方面、专利技术性特征以及优点将在本文中陈述并结合附图进行的详细描述中变得清楚。附图说明图1是根据示例性实施例的由热管理系统服务的建筑物的透视图。图2A是根据示例性实施例的更详细地展示了图1的包括冷却塔的热管理系统的一部分的框图。图2B是根据示例性实施例的更详细地展示了图1的包括蒸发式冷凝器的热管理系统的一部分的框图。图3是根据示例性实施例的用于图2A和图2B的热管理系统的控制系统的框图。图4是根据示例性实施例的展示蒸发式排热设备的风扇基于湿度的速度的曲线图。图5是根据另一示例性实施例的展示热管理系统的框图。图6是根据示例性实施例的用于蒸发式排热设备风扇速度控制的方法的流程图。具体实施方式传统地，为了产生最低的冷却器每吨千瓦(kW/ton)或最低的压缩机每吨马力(HP/ton)，冷却塔和蒸发式冷凝器风扇以全速运行直到达到由压缩机系统允许的最小冷凝压力。这种控制方案可能不提供对系统的高效控制并且减低整个系统效率。这种控制策略可能没有考虑到蒸发式冷却装置中的水用量，并且因此不旨在降低水用量。另外，本领域技术人员将预期的是，降低风扇速度可能因此升高压缩机冷凝温度并且增加必须被排放的压缩机热量，从而导致蒸发式冷却装置的负荷和用水量增加。整个系统运行成本是能量用量和水用量两者的函数。传统的控制方法仅关注能量使用并且忽略了控制决策中的水成本。另外，这些传统控制方法在所有负荷和环境温度条件下可能不提供最低系统能量成本(例如，冷却器/压缩机能量成本和冷却塔/冷凝器能量成本)。当前蒸发式排热风扇控制策略不能进行以下运行：(i)在由系统(例如，在一年期间等)经历的所有负荷和环境温度条件下产生最低整个系统运行成本；(ii)在由系统经历的所有负荷和环境温度条件下有效地产生最低蒸发式排热装置的水消耗。根据示例性实施例，本披露的蒸发式排热风扇控制方案基于各种因素来动态地(例如，自适应地等)调整蒸发式排热装置的风扇的速度，以确保系统可以进行以下各项：(i)以最低运行成本运行；并且(ii)在由系统(例如，全年)经历的所有运行条件下降低蒸发式排热装置的水用量。根据示例性实施例，动态蒸发式冷却风扇速度控制方案考虑到以下各项：(i)冷凝器的实际负荷与设计负荷的比率；以及(ii)环境空气相对湿度。由此，控制方案可以在所有负荷和环境温度条件下降低总系统运行成本(例如，能量成本加上水成本)。控制方案可以通过调整风扇速度以使强加在装置上的无益可感测空气冷却负荷最小化来降低蒸发式排热装置的水用量。在一些实施例中，通过将冷却器或压缩机能量与热量排放设备风扇能量的比率以及水成本与能量成本等值比率相结合(WECER比率＝(水的$/1000加仑)/($/kWh))来进一步改进控制方案。在蒸发式排热装置上的蒸发速率可以与工艺负荷以及空气穿过装置时所述空气的质量流速率的可感测空气冷却负荷之和有关。如果当空气穿过蒸发式排热装置时空气干球温度增加，则可以减小蒸发式速率与工艺负荷的比率。因此，如果当空气穿过装置时空气干球温度减小，则可以增大蒸发式速率与工艺负荷的比率。根据示例性实施例，风扇速度控制方案被配置用于识别温度和负荷条件，所述温度和负荷条件导致当空气穿过蒸发式排热装置时对所述空气进行可感测冷却并且然后降低装置的风扇速度以提升过程循环温度，由此增大空气出口干球温度以使对空气的这种无益冷却最小化。控制方案不仅可以节省装置补给水的量，而且通过同时平衡压缩机kW的相关增加与蒸发式冷却装置风扇能量的下降和较低的补给水成本，控制方案还可以降低系统总公共设施(例如，能源和水)运行成本。根据示例性实施例，控制方案被配置用于基于(例如，根据等)以下各项通过设置最大冷却塔风扇速度来降低水和总公共设施成本：(i)实际冷凝器量程与设计冷凝器量程的比率；以及(ii)环境空气的相对湿度。在一些实施例中，控制方案在设计条件下基于附加参数来控制风扇速度以进一步优化在设备选择和公共设施速率的更广范围上的排热装置最大风扇速度，所述附加参数诸如(iii)水成本与能量成本的比率；以及(iv)压缩机与蒸发式排热能量的比率。现在参照图1，示出了建筑物10的透视图。建筑物10由热管理系统20服务。热管理系统20可以是制冷系统、暖通空调(HVAC)系统、和/或另一类型的热管理系统20(例如，具有蒸发式排热设备的热管理系统等)。热管理系统20被示出为包括冷却器22、锅炉24、冷却单元或冷却塔26、以及多个空气处理单元(AHU)36。热管理系统20使用流体循环系统来为建筑物10和/或建筑物10内的期望空间(例如，冰箱、冷冻器等)提供加热和/或冷却。可以在冷却器22中冷却或在锅炉24中加热循环流体，这取决于是需要冷却还是加热。锅炉24可以通过燃烧易燃材料(例如，天然气等)来向循环流体添加热量。冷却器22可以使循环流体与热交换器(例如，蒸发器等)中的另一种流体(例如，制冷剂等)处于热交换关系。制冷剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热管理系统，包括：排热装置，所述排热装置被配置用于流体地联接至制冷系统；风扇，所述风扇被配置用于提供穿过所述排热装置的进入气流以冷却所述排热装置内的水流；以及控制器，所述控制器被配置用于基于以下各项中的至少两项来控制所述风扇的速度以使所述热管理系统的总公共设施运行成本最小化：(i)所述进入气流的相对湿度、(ii)所述制冷系统的一个或多个部件以其运行的容量百分比、(iii)水成本与能量成本的比率、以及(iv)所述制冷系统的压缩机的设计功率与所述风扇的设计功率的比率，所述总公共设施运行成本包括(i)用于运行所述风扇和所述制冷系统的能量成本、以及(ii)所述水流的水成本。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.02 US 62/383,375;2016.11.23 US 62/426,2051.一种热管理系统，包括：排热装置，所述排热装置被配置用于流体地联接至制冷系统；风扇，所述风扇被配置用于提供穿过所述排热装置的进入气流以冷却所述排热装置内的水流；以及控制器，所述控制器被配置用于基于以下各项中的至少两项来控制所述风扇的速度以使所述热管理系统的总公共设施运行成本最小化：(i)所述进入气流的相对湿度、(ii)所述制冷系统的一个或多个部件以其运行的容量百分比、(iii)水成本与能量成本的比率、以及(iv)所述制冷系统的压缩机的设计功率与所述风扇的设计功率的比率，所述总公共设施运行成本包括(i)用于运行所述风扇和所述制冷系统的能量成本、以及(ii)所述水流的水成本。2.如权利要求1所述的热管理系统，其中，所述制冷系统包括所述压缩机、蒸发器、冷凝器、和膨胀阀。3.如权利要求2所述的热管理系统，其中，所述排热装置被配置成流体地联接至所述冷凝器。4.如权利要求3所述的热管理系统，其中，所述排热装置包括冷却塔。5.如权利要求2所述的热管理系统，其中，所述排热装置是所述冷凝器。6.如权利要求5所述的热管理系统，其中，所述冷凝器包括蒸发式冷凝器。7.如权利要求2所述的热管理系统，进一步包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被定位成获取指示流过所述蒸发器和所述冷凝器中的至少一者的流体的入口温度和出口温度的温度数据。8.如权利要求7所述的热管理系统，其中，所述控制器被配置用于：从所述温度传感器接收所述温度数据；基于所述温度数据来确定所述蒸发器和所述冷凝器中的所述至少一者的当前容量；并且基于所述当前容量及其设计容量来确定所述蒸发器和所述冷凝器中的所述至少一者的所述容量百分比。9.如权利要求1所述的热管理系统，进一步包括湿度传感器，所述湿度传感器被定位成获取指示所述进入气流的所述相对湿度的湿度数据，其中，所述控制器被配置用于：从所述湿度传感器接收所述湿度数据；并且基于所述湿度数据来确定所述进入气流的所述相对湿度。10.如权利要求1所述的热管理系统，其中，所述控制器被配置用于：接收指示能量和水的当前成本的公共设施数据；并且基于所述公共设施数据来确定水成本与能量成本的所述比率。11.一种用于蒸发式排热设备风扇速度控制的方法，包括：通过处理电路从湿度传感器接收湿度数据，所述湿度数据指示通过风扇移动穿过蒸发式排热装置的进入气流的相对湿度；通过所述处理电路接收容量数据，所述容量数据指示制冷系统的至少一个部件以其运行的容量百分比，其中，所述制冷系统与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·P·卡特，刘赞，
申请(专利权)人：江森自控科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US