CN105066376A - 一种建筑结构人工冷源智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种建筑结构人工冷源智能控制系统，属于智能控制技术领域，包括空调主机及与所述空调主机连接的冷却水循环单元和冷冻水循环单元，所述冷却水循环单元中设有冷却水泵和冷却塔风机，所述冷冻水循环单元中设有冷冻水泵和风机盘管，还包括控制单元，所述控制单元中设有可编程控制器以及与所述可编程控制器连接的冷却水变频器、冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器、冷冻水变频器、冷冻水入口温度传感器和冷冻水回水温度传感器；所述冷却水变频器与所述冷却水泵连接，所述冷冻水变频器与所述冷冻水泵连接。本发明使室内环境温度控制在恒定的范围之内，避免过度制冷或制热，从而减少能源损失浪费，节约成本。

Description

一种建筑结构人工冷源智能控制系统

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，特别涉及一种建筑结构人工冷源智能控制系统。

背景技术

理想的人居环境应是低能耗和高舒适的协调统一。考察室内微气候环境热舒适性的空气参数包括：温度、速度、湿度、空气年龄等，这些参数均由HV&AC系统决定，而且很大程度上取决于HV&AC中的人工冷源系统。

据调查，我国大型公共建筑的单位建筑电耗为住宅建筑的10～15倍，为一般非住宅建筑的2～4倍。全国这类建筑的年耗电量为1000亿度/年，约占全国总发电量的6％。造成耗电量高的主要因素为空调系统人工冷源和机械通风能耗。能耗高的主要原因一方面是由于设备选型时安全余量较大，导致实际运行时大多数处于低效率工况点，另一方面是由于系统不能按需进行控制，能效比较低。

人工冷源机组一般均可简化为四大件系统，即：压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置。这四大件构成的系统为典型的多变量强耦合控制系统，很难建立准确的数学模型以实现精确控制。实际中，使用双位继电器控制会出现温度波动大、能耗高、舒适性差等劣势。同时，压缩机的频繁启动会降低其使用寿命。因此，要实现实时动态控制，必须采用智能控制策略。

智能控制这一术语早在1967年由Leondes提出，是指控制系统具有仿人的功能，不断适应环境的变化来处理多种信息以减小控制偏差，提高控制品质，其内容涵盖人工智能、自动控制和运筹学三门学科。近年来，智能控制如模糊控制、神经网络控制、可拓控制、混沌控制、专家控制、学习控制、基于规则的仿人智能控制等在制冷空调领域得以应用，并取得较好的效果。

VAV和VRV系统即为利用智能控制根据负荷和扰动自动进行调节的典型变容量人工冷源模式。其中VAV系统主要靠改变风量实现冷量动态控制，VRV系统则通过改变制冷系统流量进行冷量调节。两者组合可实现一拖多空调系统。但上述种方式难以对温度达到精确控制，并且容易造成过度制冷，造成巨大的能源浪费，使用成本高。

发明内容

本发明提供一种建筑结构人工冷源智能控制系统，解决现有的智能控制系统难以对温度达到精确控制的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种建筑结构人工冷源智能控制系统，包括空调主机及与所述空调主机连接的冷却水循环单元和冷冻水循环单元，所述冷却水循环单元中设有冷却水泵和冷却塔风机，所述冷冻水循环单元中设有冷冻水泵和风机盘管，还包括控制单元，所述控制单元中设有可编程控制器以及与所述可编程控制器连接的冷却水变频器、冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器、冷冻水变频器、冷冻水入口温度传感器和冷冻水回水温度传感器；所述冷却水变频器与所述冷却水泵连接，所述冷冻水变频器与所述冷冻水泵连接。

其中，优选地，还包括第一工频电源，所述可编程控制器控制所述冷却水泵与所述冷却水变频器、或与所述第一工频电源连接。

其中，优选地，所述冷却水泵为两个并联设置的水泵。

其中，优选地，还包括第二工频电源，所述可编程控制器控制所述冷冻水泵与所述冷冻水变频器、或与所述第二工频电源连接。

其中，优选地，所述冷冻水泵为两个并联设置的水泵。

其中，优选地，还包括风机变频器，所述可编程控制器、所述风机变频器和所述冷却塔风机依次连接。

其中，优选地，还包括第一电子膨胀阀，连接在所述冷却水泵和冷却塔风机之间，所述第一膨胀阀还与所述可编程控制器连接。

其中，优选地，还包括第二电子膨胀阀，连接在所述冷冻水泵和所述风机盘管之间，所述第二膨胀阀还与所述可编程控制器连接。

本发明的有益效果：

本发明采用可编程控制器进行控制，分别通过温度传感器对冷却水、冷冻水温度进行采样，可编程控制器再根据采样的温度信号通过变频器来控制冷却水泵、冷冻水泵的频率，从而分别控制冷却水、冷冻水的流量，最终达到冷却水、冷冻水的恒温控制，进而使室内环境温度控制在恒定的范围之内，避免过度制冷或制热，从而减少能源损失浪费，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明建筑结构人工冷源智能控制系统的总控制简图；

图2为本发明中冷却水循环单元变流量系统的基本结构图；

图3为本发明中水泵电路主回路示意图；

图4为本发明建筑结构人工冷源智能控制系统的控制框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图4所示，本实施例提供一种建筑结构人工冷源智能控制系统，包括空调主机及与空调主机连接的冷却水循环单元和冷冻水循环单元。

冷却水循环单元变流量系统的基本结构图如图2所示，冷却水循环单元中设有冷却水泵、冷却塔风机、冷却水变频器、冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器和风机变频器，冷却水变频器与冷却水泵连接。控制单元中的可编程控制器与冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器、风机变频器和冷却水变频器连接。

安装与功率相匹配的变频器拖动冷却水泵，设定冷却水进水温度和出水温度。当检测到出水温度高于设定值时，意味着空调负荷加重，空调主机发热量增加，必须增加冷却水量；当检测到出水温度低于设定值时，意味着空调负荷减轻，空调主机发热量减少，可以减少冷却水量，从而实现冷却水流量实时跟踪空调负荷的变化，即满足空调主机优化运行的工况，又实现变流量节能。

空调主机冷却水出水的温度和流量都是跟随空调负荷变化的，冷却塔风机系统应将吸热后的冷却水，通过风机强制吹风降温，使冷却水降温到设定值，再进入空调主机吸收其热量，进入稳态循环。当空调负荷加重时，冷却水流量增加，转移的热量增加，冷却塔风机的风量必须加大，才能散发冷却水的吸热量；当空调负荷减轻时，冷却水流量减少，转移的热量减少，冷却塔风机的风量必须减少。这就使冷却塔风机系统的风量跟踪空调负荷变化的节能原理。

并且，上述冷却水泵为两个并联设置的水泵，是一用一备，还包括第一工频电源，可编程控制器控制冷却水泵与冷却水变频器、或与第一工频电源连接。可以通过可编程控制器的控制使其中任一台水泵电机处于变频工作状态，从而实现在任何时候都有一台水泵电机处于容量可调状态，而其余电机根据实际负载的需要，或是处于停机状态，或是工作在工频状态。当热负荷较小只需一台水泵电机工作在低于工频状态就能满足要求时，可通过PLC控制器和切换控制器使任一台电机工作在变频状态，且运行频率根据实际负荷大小设定。当热负荷增大，开一台电机不够，而开两台电机又有余时，PLC控制器会自动地将原来工作在变频状态电机的频率从运行频率提升至工频50Hz，然后将它从变频器上切除并直接挂接到工频电源上，再将第二台电机挂接到变频器上，使第二台电机实现平滑软起动，运行频率根据实际需要设定。系统所能提供的最大容量是全部电机均工作在工频的满负荷状态。系统工作于工频和变频两种状态下的主回路示意图如图3所示。

其中，还包括第一电子膨胀阀，连接在冷却水泵和冷却塔风机之间，第一膨胀阀还与可编程控制器连接。电子膨胀阀是适应机电一体化的要求在上世纪80年代推出的由程序控制过流面积而实现流量调节的膨胀阀。电子膨胀阀的特性明显优于热力膨胀阀，具体表现为：膨胀阀的开度由程序控制。以DPF型电子膨胀阀为例，控制器输出为脉冲信号。脉冲发射频率为：30～90PPS。因此，具有时间滞后性小、调节快速且精度较高的优点。膨胀阀的控制一般采用闭环控制。这样，既可以很方便的调整设定值，同时可选用不同的变量作为控制目标，利于方案选优。通过程序控制电子膨胀阀，可在系统中实现多种功能。如：全开或全关可实现制冷系统的通断，可取代系统中的电磁阀；开机时的最小开度给定可以实现高低压的快速平衡，实现压缩机轻载启动；可利用全开进行融霜处理等。

冷冻水循环单元中设有冷冻水泵、冷冻水变频器、冷冻水入口温度传感器、冷冻水回水温度传感器和风机盘管，冻水变频器与冷冻水泵连接。控制单元中的可编程控制器与冷冻水变频器、冷冻水入口温度传感器和冷冻水回水温度传感器连接。

冷冻水的供水是由空调主机提供的，出水一般有固定的设定值，冷冻水由冷冻水泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带定房间内的热量，使房间内的温度下降。同时，房间内的热量被冷冻水吸收，使冷冻水的温度升高，此时为回水。回水温度主要取决于房间内的温度、人员的流动等因素，故变化较大。通过检测冷冻水回水温度和冷冻水温度设定比较，可编程控制器将此差值进行模糊运算和控制。实测值小于给定值时，意味着空调负荷减轻，变频器控制水泵转速降低，减少冷冻水供水量；实测值大于给定值，意味着空调负荷加重，变频器控制水泵转速提高，增加冷冻水供水量，使冷冻水回水温度趋近于给定值。

由系统的运行稳定性来看，冷冻水变频器运行频率应受到限制，本系统中上限值设定在45Hz，下限值设定在30Hz。上限值是让变频器降额状态使用，延长使用寿命和提高系统工作可靠性；下限值是受空调主机最小供水流量的限制，使冷冻水供水量总是大于最小供水流量，保护空调主机的安全运行。

并且，上述冷冻水泵为两个并联设置的水泵，是一用一备，还包括第二工频电源，可编程控制器控制冷却水泵与冷却水变频器、或与第二工频电源连接。针对两个水泵变频和工频的控制原理和上述的冷却水泵相同，在此不再赘述。

其中，还包括第二电子膨胀阀，连接在冷冻水泵和风机盘管之间，第二电子膨胀阀还与可编程控制器连接，即可编程控制器控制第二电膨胀阀的启闭。

并且，还包括第三工频电源，可编程控制器控制冷却塔风机与风机变频器、或与第三工频电源连接。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种建筑结构人工冷源智能控制系统，包括空调主机及与所述空调主机连接的冷却水循环单元和冷冻水循环单元，所述冷却水循环单元中设有冷却水泵和冷却塔风机，所述冷冻水循环单元中设有冷冻水泵和风机盘管，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元中设有可编程控制器以及与所述可编程控制器连接的冷却水变频器、冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器、冷冻水变频器、冷冻水入口温度传感器和冷冻水回水温度传感器；所述冷却水变频器与所述冷却水泵连接，所述冷冻水变频器与所述冷冻水泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种建筑结构人工冷源智能控制系统，其特征在于：还包括第一工频电源，所述可编程控制器控制所述冷却水泵与所述冷却水变频器、或与所述第一工频电源连接。

3.根据权利要求2所述的一种建筑结构人工冷源智能控制系统，其特征在于：所述冷却水泵为两个并联设置的水泵。

4.根据权利要求1所述的一种建筑结构人工冷源智能控制系统，其特征在于：还包括第二工频电源，所述可编程控制器控制所述冷冻水泵与所述冷冻水变频器、或与所述第二工频电源连接。

5.根据权利要求4所述的一种建筑结构人工冷源智能控制系统，其特征在于：所述冷冻水泵为两个并联设置的水泵。

6.根据权利要求1所述的一种建筑结构人工冷源智能控制系统，其特征在于：还包括风机变频器，所述可编程控制器、所述风机变频器和所述冷却塔风机依次连接。

7.根据权利要求1所述的一种建筑结构人工冷源智能控制系统，其特征在于：还包括第一电子膨胀阀，连接在所述冷却水泵和冷却塔风机之间，所述第一膨胀阀还与所述可编程控制器连接。

8.根据权利要求1所述的一种建筑结构人工冷源智能控制系统，其特征在于：还包括第二电子膨胀阀，连接在所述冷冻水泵和所述风机盘管之间，所述第二膨胀阀还与所述可编程控制器连接。