專利名稱：中央空調制冷系統的冷卻塔工況模型建立裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及中央空調制冷系統的控制技術，更具體地說，涉及中 央空調制冷系統的能耗控制技術。
背景技術：
空調系統中的制冷運行過程為冷水機組制備一定溫度的冷凍水，通 過冷凍水泵輸送到末端設備，與室內空氣進行熱交換，吸收室內的熱量， 同時除去室內空氣中多余的水分，以滿足室內環境的要求。冷凍水吸收室 內的熱量后溫度升高，再通過冷水機組冷卻后循環使用。冷水機組在工作 時產生的熱量(主要為冷凍水從室內吸收的熱量，也包括冷水機組工作時 壓縮機及自身損耗所產生的熱量)則由循環冷卻水吸收，通過冷卻水泵輸 送到冷卻塔與室外空氣進行熱、濕交換，最終散發在大氣環境中。
冷水機組的效率受到多種因素的影響，可以看作是多種因素的函數。 主要因素有機組供冷量、冷凍水供水溫度(或冷水機組蒸發壓力)、冷卻 水進水溫度/出水溫度(或冷水機組冷凝壓力)等。 一般而言，這些因素與 冷水機組的效率之間的關系為
在供冷量等于額定容量的45%~75%之間時，機組效率出現峰值；
機組冷凍水出水溫度越高，則機組效率越高；
在一定的范圍內，機組冷卻水進水溫度越低，則機組效率越高。
同樣，離心水泵的效率也是其流量的函數， 一般在水泵流量75%~90% 的范圍內，水泵效率出現峰值。
同時，供水方式(恒壓供水或非恒壓供水)和水泵轉速也會影響水泵 效率。
根據以上描述，對于相同的室內制冷負荷要求，可以有不同的滿足方 法。既可以采用較低的冷凍水供水溫度及較小的冷凍水流量，此時冷水機 組的能耗較高，但冷凍水泵的能耗較低，或者采用較高的冷凍水供水溫度和較大的冷凍水流量。同樣，對于相同的冷水機組出力要求，可以選擇使 其工作在較低的冷凝壓力下，此時冷水機組的能耗較低，但是由于較低的
冷凝壓力需要較高的冷卻水流量，因而冷卻水泵的能耗較高；或者相反， 采用冷水機組能耗較高而冷卻水泵能耗較低的工作方式。
當多臺冷水機組并聯運行時，將有更多的選擇可能。相同的制冷負荷 要求可以用較多的冷水機組同時工作，而每臺工作在較低負荷下來滿足， 也可以用較少的冷水機組同時工作，而每臺冷水機組工作在接近滿負荷下 來滿足。冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔之間也可以不按照"—— 對應"的方式進行工作。
由于冷水機組、冷凍水泵和冷卻水泵的效率都有峰值存在，而在實際 運行時，這些設備的工況一般不會恰好同時運行在各自的峰值效率點上。 同時，冷凍水的溫度與流量，及冷卻水的溫度與流量都允許在一定的范圍 內變化，而不會對滿足制冷需求造成影響。這樣，就有可能通過統籌考慮， 通過合理選擇冷水機組出力、冷凍水供水溫度及流量、冷卻水進水溫度以 及冷卻塔工作狀態等參數，調整各設備的工作狀態，達到使整個冷凍機房 設備運行效率最高的優化目標。

實用新型內容
本實用新型旨在提供一種能優化整個冷凍機房設備運行效率，從而降 低整個空調制冷系統的總能耗的方法及裝置。
根據本實用新型的實施例，提供一種中央空調制冷系統的冷卻塔工況 模型建立裝置，包括
離線計算裝置，離線計算裝置采集冷卻塔的基本參數，根據所選的冷 卻塔額定工況下的參數計算得到該冷卻塔的傳熱性能，進一步計算得到該 冷卻塔在不同工況下的運行參數，并構建用于在線計算裝置的冷卻塔工況 模型；
在線計算裝置，與離線計算裝置通信，根據從離線計算裝置得到的冷 卻塔工況模型在線計算冷卻塔的實時參數。
根據本實用新型的實施例，離線計算裝置采集冷卻塔的基本參數包括額定工況下環境空氣的濕球溫度fwb,.nG,額定工況下冷卻塔進塔水溫fW,V70 ， 額定工況下冷卻塔出塔水溫U)WO，額定工況下冷卻塔的排熱量PtoweW,額 定工況下冷卻塔的風量/WaO，額定工況下冷卻塔的水量/Wwo。離線計算裝置 計算得到的該冷卻塔在不同工況下的運行參數包括冷卻塔進塔水溫fw,no， 出塔水溫fw。W，排熱量Pto柳W,冷卻塔的風量Mao，冷卻塔的水量/WwO。而 在線計算裝置根據從離線計算裝置得到的冷卻塔工況模型計算冷卻塔的在 線參數包括在線計算裝置根據從所述離線計算裝置得到的冷卻塔工況模 型基于單臺冷卻塔當前所需承擔的排熱負荷Pf,.、出塔水溫^。w以及環境的 濕球溫度U^后，計算得出當前工況下單臺冷卻塔的進塔水溫fw,力及冷卻水
流量Mw。
根據本實用新型的實施例，該冷卻塔工況模型建立裝置還包括假設配 置裝置，配置工況模型計算前提假設，所述工況模型計算前提假設包括 空氣和水蒸氣為理想氣體、冷卻塔的進、出水流量相等、忽略由風機造成 的空氣加熱、與水蒸氣接觸的空氣膜為飽和狀態、熱質傳遞系數的比值一 Lewis凄欠為1 。
根據本實用新型的實施例，提供一種中央空調制冷系統的能耗控制方 法，包括
采集中央空調制冷系統中各個設備的設備特性，根據設備特性建立每 一個設備的能耗模型；
以 一 定的時間間隔采集中央空調制冷系統的制冷負荷的實際值，根據 當前的制冷負荷的實際值、以及每一個設備的能耗模型，計算系統最優運 行狀態，系統最優運行狀態使得所有設備的總能耗最低；
根據系統最優運行狀態，調整每一個設備的運行狀態；
重復采集制冷負荷的實際值、計算系統最優運行狀態、以及調整每一 個設備的運行狀態的過程。
在一個實施例中，中央空調制冷系統中包括冷水機組，對于冷水機組， 采集的設備特性包括
冷凍水供水溫度；
fCWS/。af，水冷設備的冷卻水進水溫度，或者風冷設備的室外空氣干球溫度；
Q，冷水機組容量；
Qre f ，冷水機組在典型蒸發溫度和冷凝溫度下的額定容量；
Pref，在典型蒸發溫度和冷凝溫度下的輸入功率；
冷水機組的能耗模型通過上述設備特性的回歸運算得到，包括
根據fc/ws和fcws/0af#到第 一 函數； 根據ws和〖cws/oa得到第二函數； 根據Q、 Qref和第一函數得到第四函數； 根據第四函數得到第三函數； 冷水機組的輸入功率P為
P = Prefx第一函數X第二函數x第三函數。
在一個實施例中，中央空調制冷系統中包括冷卻水泵，對于冷卻水泵，
采集的設備特性包括 Qcw:冷卻水流量；
冷卻水泵的能耗模型假設冷卻水管路中沒有流量調節裝置，首先得到 以冷卻水流量為自變量的冷卻水泵功率值，再得到以冷卻水流量為自變量 的冷卻水泵功率修正值，
冷卻水泵功率1/Vcwe為
l^CWe=冷卻水泵功率值x冷卻水泵功率修正值。
在一個實施例中，中央空調制冷系統中包括冷凍水泵，對于冷凍水泵,
采集的設備特性包括 Qc/w:冷凍水流量；
冷凍水泵的能耗模型假設冷凍水泵根據差壓信號進行變頻調速，且差 壓傳感器安裝在冷凍水供、回水總管處，首先得到以冷凍水流量為自變量 的冷凍水泵功率值，再得到以冷凍水流量為自變量的冷凍水泵功率修正值，
冷凍水泵功率！A"we為
^VC/me=冷凍水泵功率值x冷凍水泵功率修正值。
在一個實施例中，中央空調制冷系統中包括冷卻塔，對于冷卻塔，采
集的設備特性包括P,冷卻塔風機額定輸入功率；
冷卻塔的能耗模型首先得到以冷卻塔風機額定輸入功率為自變量的冷 卻塔風機功率值，再得到以冷卻塔風機額定輸入功率為自變量的冷卻塔風 機功率修正值，
冷卻塔風機實際功率H4ower為
Wtower=冷卻塔風機功率值x冷卻塔風機功率修正值。
所述方法還包括計算所述冷卻塔的工況模型，所述冷卻塔的工況模型
假設
1 )空氣和水蒸氣為理想氣體；
2) 冷卻塔的進、出水流量相等；
3) 忽略由風機造成的空氣加熱；
4) 與水蒸氣接觸的空氣膜為飽和狀態；
5) 熱質傳遞系數的比值一Lewis數為1;
所述冷卻塔的工況模型通過離線計算得到，離線計算時，采集冷卻塔
的基本參數，包括額定工況下環境空氣的濕球溫度^b,nO，額定工況下冷 卻塔進塔水溫fw,力o,額定工況下冷卻塔出塔水溫^。w，額定工況下冷卻塔
的排熱量Pf。weW,額定工況下冷卻塔的風量Mao,額定工況下冷卻塔的水量
/Ww0;根據所選的冷卻塔額定工況下的參數計算得到該冷卻塔的傳熱性能，
通過冷卻塔離線計算得到該冷卻塔在不同工況下的運行參數，包括冷卻塔
進塔水溫fw柳，出塔水溫fw。wo,排熱量巧。wert)，冷卻塔的風量Mao,冷卻塔 的水量Mwo，并構建用于在線計算的冷卻塔工況模型，
在線計算時根據從離線計算得到的冷卻塔工況模型基于單臺冷卻塔當 前所需承擔的排熱負荷Pf,.、出塔水溫fw。w以及環境的濕球溫度U,力后，可 以計算得出當前工況下單臺冷卻塔的進塔水溫^力及冷卻水流量/Ww。
根據本實用新型的實施例，還提供一種中央空調制冷系統的能耗控制
裝置，包括
控制計算機，采集中央空調制冷系統中各個設備的設備特性； 數個PLC，每一個PLC連接到中央空調制冷系統中的一個設備，該PLC 控制設備的運行狀態，數個PLC通過工業以太網與控制計算機進行通信；能耗模型建立裝置，根據控制計算機采集的設備特性建立每一個設備
的能耗模型，并保存在一能耗模型庫中；
控制計算機以 一 定的時間間隔采集中央空調制冷系統的制冷負荷的實 際值，根據當前的制冷負荷的實際值、以及能耗模型庫中的能耗模型，計
算系統最優運行狀態，系統最優運行狀態使得所有設備的總能耗最低；
數個PLC中的每一個根據系統最優運行狀態，調整該PLC所控制的 設備的運行狀態。
在一個實施例中，能耗模型建立裝置為冷水機組建立能耗模型，其中， 控制計算機采集的設備特性包括 冷凍水供水溫度；
fCWS/。af,水冷設備的冷卻水進水溫度，或者風冷設備的室外空氣干球溫
度；
Q，冷水機組容量；
Qref,冷水機組在典型蒸發溫度和冷凝溫度下的額定容量；
在典型蒸發溫度和冷凝溫度下的輸入功率； 能耗模型建立裝置通過上述設備特性的回歸運算得到冷水機組的能耗 模型，包括
根據fc/ws和fcws/oaf#到第 一 函數； 根據fc/ws和Us/。a得到第二函數； 根據Q、 Qref和第一函數得到第四函數； 根據第四函數得到第三函數； 冷水機組的輸入功率P為
P = Prefx第一函數X第二函數x第三函數。
在一個實施例中，能耗模型建立裝置為冷卻水泵建立能耗模型，其中，
控制計算機采集的設備特性包括 Qcw:冷卻水流量；
能耗模型建立裝置假設冷卻水管路中沒有流量調節，首先得到以冷卻 水流量為自變量的冷卻水泵功率值，再得到以冷卻水流量為自變量的冷卻 水泵功率修正值，進而得到冷卻水泵的能耗模型冷卻水泵功率！/l/cwe為
l^CWe=冷卻水泵功率值x冷卻水泵功率修正值。
在一個實施例中，能耗模型建立裝置為冷凍水泵建立能耗模型，其中， 控制計算機采集的設備特性包括 Qcmv:冷凍水流量；
能耗模型建立裝置假設冷凍水泵根據差壓信號進行變頻調速，且差壓 傳感器安裝在冷凍水供、回水總管處，首先得到以冷凍水流量為自變量的 冷凍水泵功率值，再得到以冷凍水流量為自變量的冷凍水泵功率修正值， 進而得到冷凍水泵的能耗模型
冷凍水泵功率！/l/"we為
l^C/me=冷凍水泵功率值x冷凍水泵功率修正值。
在一個實施例中，能耗模型建立裝置為冷卻塔建立能耗模型，其中， 所述控制計算機采集的設備特性包括 P,冷卻塔風機額定輸入功率；
能耗模型建立裝置首先得到以冷卻塔風機額定輸入功率為自變量的冷 卻塔風機功率值，再得到以冷卻塔風機額定輸入功率為自變量的冷卻塔風 機功率修正值，進而得到所述冷卻塔的能耗模型
冷卻塔風機實際功率l/Vf。wer為
Wf。wer=冷卻塔風機功率值x冷卻塔風機功率修正值。 所述能耗控制裝置還為冷卻塔建立工況模型，所述冷卻塔的工況模型 假設
1) 空氣和水蒸氣為理想氣體；
2) 冷卻塔的進、出水流量相等；
3) 忽略由風機造成的空氣加熱；
4) 與水蒸氣接觸的空氣膜為飽和狀態；
5) 熱質傳遞系數的比值一Lewis數為1;
所述冷卻塔的工況模型通過離線計算得到，離線計算時，采集冷卻塔
的基本參數，包括額定工況下環境空氣的濕球溫度fw^0，額定工況下冷 卻塔進塔水溫fvw力O，額定工況下冷卻塔出塔水溫^。wo，額定工況下冷卻塔的排熱量Pto鵬W,額定工況下冷卻塔的風量/Wao，額定工況下冷卻塔的水量 Mw0;根據所選的冷卻塔額定工況下的參數計算得到該冷卻塔的傳熱性能， 通過冷卻塔離線計算得到該冷卻塔在不同工況下的運行參數，包括冷卻塔 進塔水溫fw,M，出塔水溫f柳wo，排熱量Ptovvert)，冷卻塔的風量Mao，冷卻塔 的水量Mwo，并構建用于在線計算的冷卻塔工況模型，
在線計算時根據從離線計算得到的冷卻塔工況模型基于單臺冷卻塔當 前所需承擔的排熱負荷&,、出塔水溫fw。^以及環境的濕球溫度^^后，可以
計算得出當前工況下單臺冷卻塔的進塔水溫^力及冷卻水流量/Ww。
本實用新型的能耗控制方法和裝置能通過統籌考慮，通過合理選擇冷 水機組出力、冷凍水供水溫度及流量、冷卻水進水溫度以及冷卻塔工作狀 態等參數，調整各設備的工作狀態，達到使整個冷凍機房設備運行效率最 高的優化目標。


本實用新型的上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附 圖和實施例的描述而變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標記始終表示 相同的特征，其中圖1示出了本實用新型的中央空調制冷系統的能耗控
制方法的流程圖2示出了本實用新型的中央空調制冷系統的能耗控制裝置的結構
圖3示出了本實用新型的中央空調制冷系統的冷卻塔工況模型建立裝 置的結構圖。
具體實施方式
由于冷凍機房中的所有設備均處于連續運行狀態，制冷負荷和天氣參 數也會隨時發生變化，因此采用實驗方法，逐個變更各臺設備的運行參數， 再根據測試結果尋找整個冷凍機房設備運行效率最高的工況點是不現實 的。本實用新型的設計思路是，首先建立冷凍機房中各設備的能耗與運行 參數關系的數學模型，然后在各設備運行參數的合理取值范圍內，結合實時制冷負荷和天氣參數，用計算機對這些參數的各種可能組合所對應的冷 凍機房能耗進行模擬計算，再根據模擬計算的結果，選出能耗最低的參數 組合，據此調整各設備的運行狀態，從而達到在滿足制冷負荷的前提下使 得整個冷凍機房運行能耗最低的目的。
本項目開發的控制系統為兩層構架，上位機為工業控制計算機，負責
整個控制策略的實現及整個機房運行狀態的監視；下位機為PLC，實際控 制各相關設備的運行。控制計算機與PLC之間采用工業以太網建立通訊聯 系。整個控制策略是，首先根據冷凍機房內各設備的特性建立各自的能耗 數學模型，在此基礎上建立整個冷凍機房的能量平衡數學模型及能耗數學 模型。在系統運行時，控制計算機以一定的時間間隔測量制冷負荷的實時 值，并據此進行能耗模擬計算，找出能夠滿足此制冷負荷的、且整個冷凍 機房總能耗最低(即整體效率最高)的工作狀態。在此基礎上，控制計算 機確定各受控變量的設定值，并將之傳送到對應的PLC中，再由PLC控 制各臺設備的運行狀態，使得整個冷凍機房運行在效率最高的狀態下。
在這個控制系統中，優化計算是它的核心部分。從整個控制系統的角 度來看，優化計算部分實際上是一個"設定值發生器(set-point generator)", 整個冷凍機房中所有設備的實時運行參數(控制參數設定值)都由優化計 算程序確定，然后PLC根據這些設定值控制各臺設備的運行。以上控制策 略對整個機房而言為開環控制，但各臺設備為閉環控制。考慮到對設備進 行分組控制的要求，將設置數個PLC子站，分別完成對于冷卻系統中各個 設備，比如冷凍水泵、冷水機組、冷凍水泵和冷卻塔的數據采集、運行控 制及故障報警任務。PLC與控制計算機之間的通訊協議為TCP/IP, PLC 與冷水機組的數據接口間以Modbus連接，與其它設備，比如冷凍水泵、 冷凍水泵和冷卻塔間為0-10V/4-20mA/RS485。
優化計算中所涉及到的數學模型有冷水機組能耗模型、冷卻水泵能 耗模型、冷凍水泵能耗模型、冷卻塔工況模型和冷卻塔能耗模型。在這些 模型中，冷水機組能耗模型屬于回歸模型，計算所需要的參數可以通過從 冷水機組廠商獲得數據后進行回歸運算得到；冷卻水泵能耗模型、冷凍水 泵能耗模型和冷卻塔能耗模型屬于物理模型加現場修正函數，計算所需要的參數可以通過簡單的現場測試并對結果進行回歸運算得到；冷卻塔工況
模型為簡化的物理模型加回歸模型，計算時需要首先根據樣本數據通過迭 代計算生成各種不同工況下的數據，然后用回歸方法建立數學模型。 圖1示出了本實用新型的中央空調制冷系統的能耗控制方法的流程
圖，參考圖1所示，該方法包括
102.采集中央空調制冷系統中各個設備的設備特性，根據設備特性 建立每一個設備的能耗模型；
104.以 一 定的時間間隔采集中央空調制冷系統的制冷負荷的實際值， 根據當前的制冷負荷的實際值、以及每一個設備的能耗模型，計算系統最 優運行狀態，系統最優運行狀態使得所有設備的總能耗最低；
106.根據系統最優運行狀態，調整每一個設備的運行狀態；
108.重復采集制冷負荷的實際值、計算系統最優運行狀態、以及調 整每 一 個設備的運行狀態的過程。
圖2示出了本實用新型的中央空調制冷系統的能耗控制裝置的結構 圖。參考圖2所示，該能耗控制裝置包括
控制計算機202,采集中央空調制冷系統中各個設備的設備特性；
數個PLC 204,每一個PLC連接到中央空調制冷系統中的一個設備， 該PLC控制該設備的運行狀態，數個PLC通過工業以太網與控制計算機進 行通信；
能耗模型建立裝置206，根據控制計算機202采集的設備特性建立每 一個設備的能耗模型，并保存在一能耗模型庫208中；
控制計算機202以 一 定的時間間隔采集中央空調制冷系統的制冷負荷 的實際值，根據當前的制冷負荷的實際值、以及能耗模型庫208中的能耗 模型，計算系統最優運行狀態，系統最優運行狀態使得所有設備的總能耗 最低；
數個PLC 204中的每一個根據系統最優運行狀態，調整該PLC所控 制的設備的運行狀態。
在圖2所示的實施例中，共包括4個PLC204,分別用于控制冷水機 組、冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻》荅。在上述的能耗控制方法以及能耗控制裝置中，采用了下述的能耗模型。
冷水機組
此處所述的冷水機組的類型沒有限制，可以是離心機、螺桿機、甚至 風冷熱泵。在本實用新型中，冷水機組的能耗模型是回歸模型，建立冷水 機組的能耗模型需要采集的設備特性包括
"ws,冷凍水供水溫度；
LWS/。af，水冷設備的冷卻水進水溫度，或者風冷設備的室外空氣干球溫
度；
Q，冷水機組容量；
冷水機組在典型蒸發溫度和冷凝溫度下的額定容量；
Pref,在典型蒸發溫度和冷凝溫度下的輸入功率。 冷水機組的能耗模型通過上述設備特性的回歸運算得到，包括 根據fc/jws和fcws/。a^尋到第一函數，記為fi(fc/ws, fcws/oaf)，其中廣1(fc/ws， 〖cws/oa》是 一 個關于fc力ws和fcivs/oaf的多項式，其中的每 一 項由fc/j附、fcws/。W或
者它們的組合的n次項、或者常數構成。
根據^ws和fcws/。a得到第二函數，記為f2(fc/ws， fcws/oaf), 其中廣2(fcftws, fcws/。af)是 一 個關于^ws和fcws/。af的多項式，其中的每 一 項由thws 、 ^vs/。af或
者它們的組合的n次項、或者常數構成。
根據Q, Qref和第一函數得到第四函數，記為，WQ, Qref， 其中，/^(Q， Qref， fc/ms， fcws/oa》代表了Q和Q^以及第一函數之間的比例關系。
根據第四函數得到第三函數，記為f3(/^(Q, Qref, fcMvs， fcws/。af))。
冷水機組的能耗模型如下，輸入功率P為
P = Prefx第一函數x第二函數x第三函數。 i己為
冷卻水泵本實用新型假設冷卻水管路中沒有流量調節裝置。冷卻水泵能耗模型
是經修正的物理模型。建立冷卻水泵的能耗模型需要采集的設備特性包括 Qw:冷卻水流量。
首先得到以冷卻水流量為自變量的冷卻水泵功率值，或者稱為以冷卻 水流量為自變量的冷卻水泵功率函數，記為f5 (Qcw)。其中f5 (Qcw)是一個 關于Qcw的多項式，其中的每一項由Qcw的n次項、或者常數構成。
再得到以冷卻水流量為自變量的冷卻水泵功率修正值，或者稱為以冷 卻水流量為自變量的冷卻水泵功率修正函數，記為f6(Qcw)。其中fe(Qcw) 也是一個關于Qcw的多項式，其中的每一項由Qcw的n次項、或者常數構 成，該fe(Qcw)還包括修正系數。
冷卻水泵的能耗模型如下，冷卻水泵的功率UU^e為
Wcwe=冷卻水泵功率值x冷卻水泵功率修正值；
i己為
冷凍水泵
本實用新型假設冷凍水泵根據差壓信號進行變頻調速，且差壓傳感器 安裝在冷凍水供、回水總管處。冷凍水泵能耗模型是經修正的物理模型。 建立冷凍水泵的能耗模型需要采集的設備特性包括
QcMv:冷凍水流量。
首先得到以冷凍水流量為自變量的冷凍水泵功率值，或者稱為以冷凍 水流量為自變量的冷凍水泵功率函數，記為記為f7(Qc/w)。其中WQc一是 一個關于Qc^的多項式，其中的每一項由Qc^的n次項、或者常數構成。
再得到以冷凍水流量為自變量的冷凍水泵功率修正值，或者稱為以冷
凍水流量為自變量的冷凍水泵功率修正函數，記為f8(Qc/m)。其中f8(Qc/nv)
也是一個關于Qc/^的多項式，其中的每一項由Qc^的n次項、或者常數 構成，該fs(Qc/^)還包括修正系數。
冷凍水泵功率！^chwe為
Wc/we=冷凍水泵功率值x冷凍水泵功率修正值；記為 冷卻塔
建立冷卻塔的能耗模型需要采集的設備特性包括 P,冷卻塔風機額定輸入功率。
首先得到以冷卻塔風機額定輸入功率為自變量的冷卻塔風機功率值， 或者稱為以冷卻塔風機額定輸入功率為自變量的冷卻塔風機功率函數，記 為fg(P)。 是一個關于P的多項式，其中的每一項由具有回歸系數的
P的n次項、或者常數構成。
再得到以冷卻塔風機額定輸入功率為自變量的冷卻塔風機功率修正 值，或者稱為以冷卻塔風機額定輸入功率為自變量的冷卻塔風機功率修正 函數，記為。0(P)。 G0(P)是一個關于P的多項式，其中的每一項由具有 回歸系數的P的n次項、或者常數構成。
冷卻塔風機實際功率Wtower為
l^。wer=冷卻塔風機功率值x冷卻塔風機功率修正值； 記為
考慮到實際工作運行狀況，還需計算冷卻塔的工況模型，冷卻塔的工 況模型假設
1) 空氣和水蒸氣為理想氣體；
2) 冷卻塔的進、出水流量相等；
3) 忽略由風機造成的空氣加熱；
4) 與水蒸氣接觸的空氣膜為飽和狀態；
5) 熱質傳遞系數的比值一Lewis數為1;
冷卻塔的工況模型通過離線計算得到，離線計算時，采集冷卻塔的基 本參數，包括額定工況下環境空氣的濕球溫度fwtoo，額定工況下冷卻塔 進塔水溫fw,no,額定工況下冷卻塔出塔水溫fvv。wo，額定工況下冷卻塔的排 熱量Pf。鵬rO，額定工況下冷卻塔的風量/Wao,額定工況下冷卻塔的水量/Wwo;根據所選的冷卻塔額定工況下的參數計算得到該冷卻塔的傳熱性能，通過 冷卻塔離線計算得到該冷卻塔在不同工況下的運行參數，包括冷卻塔進塔 水溫^,nO，出塔水溫Un;fO，排熱量Pf。wertJ，冷卻塔的風量Mao，冷卻塔的水 量Mwo，并構建用于在線計算的冷卻塔工況模型，
在線計算時根據從離線計算得到的冷卻塔工況模型基于單臺冷卻塔當 前所需承擔的排熱負荷Pf,、出塔水溫fw。^以及環境的濕球溫度fw^后，可以 計算得出當前工況下單臺冷卻塔的進塔水溫U力及冷卻水流量Mw。
表達為
本實用新型的能耗控制方法和裝置能通過統籌考慮，通過合理選擇冷 水機組出力、冷凍水供水溫度及流量、冷卻水進水溫度以及冷卻塔工作狀 態等參數，調整各設備的工作狀態，達到使整個冷凍機房設備運行效率最 高的優化目標。
本實用新型尤其強調用于中央空調制冷系統的冷卻塔工況模型建立裝 置300,參考圖3所示，包括
離線計算裝置302,離線計算裝置302采集冷卻塔的基本參數，根據所 選的冷卻塔額定工況下的參數計算得到該冷卻塔的傳熱性能，進一步計算 得到該冷卻塔在不同工況下的運行參數，并構建用于在線計算裝置的冷卻 塔工況模型。其中，該離線計算裝置302采集冷卻塔的基本參數包括額定
工況下環境空氣的濕球溫度fwtoO，額定工況下冷卻塔進塔水溫^,M,額定 工況下冷卻塔出塔水溫fw。WO，額定工況下冷卻塔的排熱量Pf。werO，額定工 況下冷卻塔的風量Mao，額定工況下冷卻塔的水量Mwo。該離線計算裝置302
計算得到的該冷卻塔在不同工況下的運行參數包括冷卻塔進塔水溫Uno，
出塔水溫fw。W,排熱量PtoweW，冷卻塔的風量Mao，冷卻塔的水量/Wwo。
在線計算裝置304,與離線計算裝置302通信，根據從離線計算裝置302 得到的冷卻塔工況模型計算冷卻塔的在線參數。其中，在線計算裝置304 根據從離線計算裝置302得到的冷卻塔工況模型計算冷卻塔的在線參數包 括在線計算裝置304根據從離線計算裝置302得到的冷卻塔工況模型基于單臺冷卻塔當前所需承擔的排熱負荷Pf,、出塔水溫U^以及環境的濕球溫 度fvW),力后，計算得出當前工況下單臺冷卻塔的進塔水溫U力及冷卻水流量
繼續參考圖3所示，該冷卻塔工況模型建立裝置300還包括假設配置裝 置306,用于配置工況模型計算前提假設，該假設配置裝置306可以由工況 模型假設數據庫306實現，在該工況模型假設數據庫306中包括下述的工況 模型假設空氣和水蒸氣為理想氣體、冷卻塔的進、出水流量相等、忽略 由風機造成的空氣加熱、與水蒸氣接觸的空氣膜為飽和狀態、熱質傳遞系 數的比值一 Lewis數為1。
上述實施例是提供給熟悉本領域內的人員來實現或使用本實用新型 的，熟悉本領域的人員可在不脫離本實用新型的發明思想的情況下，對上 述實施例做出種種修改或變化，因而本實用新型的保護范圍并不被上述實 施例所限，而應該是符合權利要求書提到的創新性特征的最大范圍。
權利要求1.一種用于中央空調制冷系統的冷卻塔工況模型建立裝置，其特征在于，所述中央空調制冷系統的能耗控制裝置包括控制計算機，采集中央空調制冷系統中各個設備的設備特性；數個PLC，每一個PLC連接到中央空調制冷系統中的一組或幾組設備，該PLC控制所述設備的運行狀態，所述數個PLC通過工業以太網與所述控制計算機進行通信；能耗模型建立裝置，根據所述控制計算機采集的設備特性建立每一個設備的能耗模型，并保存在一能耗模型庫中；所述控制計算機以一定的時間間隔采集所述中央空調制冷系統的制冷負荷的實際值，根據當前的制冷負荷的實際值、以及所述能耗模型庫中的能耗模型，計算系統最優運行狀態，所述系統最優運行狀態使得所有設備的總能耗最低；所述數個PLC中的每一個根據所述系統最優運行狀態，從控制計算機獲取指令，調整該PLC所控制的設備的運行狀態；所述冷卻塔工況模型建立裝置包括離線計算裝置，所述離線計算裝置采集冷卻塔的基本參數，根據所選的冷卻塔額定工況下的參數計算得到該冷卻塔的傳熱性能，進一步計算得到該冷卻塔在不同工況下的運行參數，并構建用于在線計算裝置的冷卻塔工況模型；在線計算裝置，與所述離線計算裝置通信，根據從所述離線計算裝置得到的冷卻塔工況模型在線計算冷卻塔的實時參數。
專利摘要本實用新型揭示了一種中央空調制冷系統的冷卻塔工況模型建立裝置，包括離線計算裝置，離線計算裝置采集冷卻塔的基本參數，根據所選的冷卻塔額定工況下的參數計算得到該冷卻塔的傳熱性能，進一步計算得到該冷卻塔在不同工況下的運行參數，并構建用于在線計算裝置的冷卻塔工況模型；在線計算裝置，與所述離線計算裝置通信，根據從離線計算裝置得到的冷卻塔工況模型在線計算冷卻塔的實時參數。
文檔編號F24F11/00GK201318765SQ20082015315
公開日2009年9月30日 申請日期2008年9月18日 優先權日2008年9月18日
發明者剛 吳, 王豪源, 黃偉賢 申請人:日滔貿易(上海)有限公司