一种空调水系统控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空调水系统控制系统，其特征在于，包括：和各空调末端所在房间外部的室外数据检测仪器相连的末端负荷预测器；用于获取各空调末端设备安全稳定运行的最大供回水温差的末端设备瞬时所需流量计算模块；一端和末端设备瞬时所需流量计算模块相连，另一端和水泵控制器相连的控制压差产生器；和空调水系统动力单元中的二次泵相连的水泵控制器，水泵控制器能够根据实时采集的实际供回水压差和控制压差设定值的偏差，对二次泵的水泵台数和频率进行PID控制。本发明专利技术能够更准确地满足末端需求，具有控制简单准确安全稳定的优点。具有控制简单准确安全稳定的优点。具有控制简单准确安全稳定的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种空调水系统控制系统
[0001]本申请为申请号202011137597.6，申请日2020
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22的《基于AI的空调变流量水系统自适应变压差控制方法》专利的分案申请。


[0002]本专利技术涉及暖通空调自动控制领域，具体涉及一种空调水系统控制系统。

技术介绍

[0003]在建筑物中央暖通空调中，通常采用空调水系统进行冷热量的输送，为室内供冷供暖。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，建筑能耗越来越高。而在我国建筑能耗中，暖通空调能耗占有较大的比例，约占30％
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50％。空调运行能耗的35％～45％又被空调水系统中的风机水泵消耗，在这部分能耗中,40％以上又被各种调节阀门所消耗，因此研究空调水系统节能控制技术意义重大。
[0004]目前空调水系统主要控制技术为控制稳定的定压差控制技术，定压差控制技术是设定一个固定的水系统供回水压差设定值，根据实际的供回水压差与设定值的偏差，来控制水泵台数和频率，从而实现流量调节的作用。但在运行效果和节能方面仍存在诸多问题：
[0005]a.定压差控制压差设定值是按照最大负荷要求设计的，而空调绝大部分时间都处于部分负荷工况，因此设定值往往过大，空调末端不得不调小阀门开度来抵消多余压头，造成了不必要的能耗浪费。
[0006]b.如果末端设备缺乏有效的流量调节装置，控制变频水泵用压差设定值过大，易造成“大流量，小温差”现象。不仅增加了输配能耗，而且小温差的工作状态将导致冷源蒸发温度偏低，降低冷源能效。
[0007]c.对于冷冻水系统为二次泵系统，二次侧的“大流量”造成回水经过旁通管直接流向供水，与供水混合，影响供水温度，使其达不到末端要求，降低了末端的换热效率。
[0008]因为空调水系统为闭式系统，其压力和流量满足式(1)；瞬时供冷供热负荷满足式(2)。式(3)为水体积流量和质量流量的换算公式。
[0009]ΔP＝SL2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010]Q＝cmΔt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0011]m＝ρL
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3).
[0012]式中：ΔP为供回水压差，单位Pa；S为管网阻抗，单位kg/m7；L为水的体积流量，单位m3/s；Q为冷热负荷，单位kW；c为水的比热，一般取4.2kJ/(℃
·
kg)；m为水的质量流量，单位kg/s；Δt为供回水温差，单位℃；ρ为水的密度，一般取1000kg/m3。
[0013]根据式(1)(2)(3)，可得出干管供回水压差和瞬时负荷的关系，见式(4)。由于负荷是不断变化的，因此供回水设置压差也应该不断变化，才能更好地和负荷匹配。
[0014][0015]公式(4)字母参数含义和单位和公式(1)(2)(3)中相同。
[0016]据此，研究变压差控制技术，根据各时刻的情况，设定合适的压差值，可以有效改善末端设备缺乏有效流量调节装置的水系统“大流量，小温差”和“旁通逆流”现象，不仅优化供水温度，提高末端换热效率，而且有效地降低输配能耗，节约能源。是空调水系统控制的技术发展方向。现有技术中也存在部分变压差控制技术，但仍然存在各自缺陷。
[0017]2015年6月24日授权的专利CN102748802B《循环泵变压差节能装置》通过温度传感器测试室外温度，供回水压差设定值随室外温度变化。从公式(4)可以看出压差设定值受管网阻抗和冷热负荷影响，管网阻抗主要与不同末端的运行情况有关，而冷热负荷受室外温度，湿度，太阳辐射强度，人员密度等多因素影响，因此只用室外温度判断压差设定值不太准确，容易造成末端欠流。
[0018]2005年1月26日授权的专利CN1186572C《空调水系统变压差变流量控制方法及系统》根据实时测得的过程流量Qi及公式
△
P
i
＝A(Q
i
/Q
s
)2+B得出实时压差设定值，对冷冻水系统进行实时控制。其实公式
△
P
i
＝A(Q
i
/Q
s
)2+B就是根据公式(1)且假设管网阻抗恒定得出的。由于实际运行过程中，各末端运行情况不同，因此阻抗S并不是定值。此方法会造成压差设定值不准确，不能满足用户冷热需求。
[0019]2018年1月6日公开的专利CN107588500A《一种供热系统自适应变压差变流量调控方法》根据测试的室外温度，计算出供回水温差，根据供回水平均温度值，用温度传感器采集供热管网实际供回水平均温度值，计算平均温度与实际平均温度比较，以比较误差的积分输出供热网需要的计算压差值。压差值应该有负荷和管网水力和热力运行情况决定，此方法只考虑了简单的室外温度，存在控制不准确现象。而且温度信号存在延迟，因此采集的供热管网实际供回水平均温度值也有待商榷。
[0020]2014年10月8日授权的技术专利CN203869259U《一种基于末端空调设备冷冻水阀门开度的变压差控制装置》根据末端最大阀门开度进行变压差调节，但其必须要求所有末端安装流量特性相同的电动阀门，且所有阀门开度信号可被采集。由于阀门开度信号有一定的延迟且容易波动，易造成控制不准确，且压差设定值震荡。
[0021]故目前已有研究的变压差控制由于控制不精准，会造成末端欠流，控制复杂等问题还未实现推广。故如何在更好地保证所有末端用能需求的基础上尽量实现节能，且使其控制方式更加简单精确稳定可靠，成为本领域技术人员有待解决的问题。

技术实现思路

[0022]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更准确地满足末端需求，控制简单准确安全稳定的空调水系统控制系统。
[0023]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0024]本专利技术采用以下空调水系统控制系统实现，所述空调水系统控制系统包括：
[0025]末端负荷预测器，所述末端负荷预测器信号采集端和各空调末端所在房间外部的室外数据检测仪器相连，所述室外数据检测仪器包括但不限于室外空气温度检测器、室外空气湿度检测器、太阳辐射强度检测器和风速检测器，所述末端负荷预测器内设置有末端负荷预测模型，末端负荷预测模型能够采集各空调末端所在房间外部的室外空气温度、室外空气湿度、室外太阳辐射强度和室外风速并实现对各末端负荷的预测；
[0026]末端设备瞬时所需流量计算模块，末端设备瞬时所需流量计算模块能够获取各空
调末端设备安全稳定运行的最大供回水温差；末端设备瞬时所需流量计算模块用于根据各空调末端负荷的预测值和各空调末端安全稳定运行的最大供回水温差计算出各空调末端设备瞬时所需流量；
[0027]控制压差产生器，控制压差产生器一端和末端设备瞬时所需流量计算模块相连，另一端和水泵控制器相连，控制压差产生器内预设有控制压差值
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空调水系统控制系统，其特征在于，包括：末端负荷预测器，所述末端负荷预测器信号采集端和各空调末端所在房间外部的室外数据检测仪器相连，所述室外数据检测仪器包括但不限于室外空气温度检测器、室外空气湿度检测器、太阳辐射强度检测器和风速检测器，所述末端负荷预测器内设置有末端负荷预测模型，末端负荷预测模型能够采集各空调末端所在房间外部的室外空气温度、室外空气湿度、室外太阳辐射强度和室外风速并实现对各末端负荷的预测；末端设备瞬时所需流量计算模块，末端设备瞬时所需流量计算模块能够获取各空调末端设备安全稳定运行的最大供回水温差；末端设备瞬时所需流量计算模块用于根据各空调末端负荷的预测值和各空调末端安全稳定运行的最大供回水温差计算出各空调末端设备瞬时所需流量；控制压差产生器，控制压差产生器一端和末端设备瞬时所需流量计算模块相连，另一端和水泵控制器相连，控制压差产生器内预设有控制压差值
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各末端流量的对应数据库，并能够根据各空调末端设备瞬时所需流量匹配出对应的多个控制压差值，选取最大数值的控制压差值作为实时控制用的控制压差设定值对水泵控制器进行控制；水泵控制器，水泵控制器和空调水系统动力单元中的二次泵相连，水泵控制器同时和空调水系统动力单元进水端和出水端分别安装的供水压力传感器以及回水压力传感器相连并用于获得实际供回水压差，水泵控制器能够根据实时采集的实际供回水压差和控制压差设定值的偏差，对二次泵的水泵台数和频率进行PID控制。2.如权利要求1所述的空调水系统控制系统，其特征在于，末端负荷预测模型采用人工智能算法，人工智能算法经过以空调末端所在房间外部的室外空气温度、室外空气湿度、室外太阳辐射强度和室外风速为输入端参数，以各组输入端参数对应的各空调末端实际运行负荷为输出端参...

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，冯松松，周俊，谢李杰，蒋梦奇，李昕桐，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：