CN109945394A - 一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，包括步骤：1)获取中央空调冷冻水系统的运行数据集；2)根据运行数据集计算各采样时刻的实测冷冻水系统供回水温差；3)建立冷冻水系统供回水温差的参考模型，并根据运行数据集计算不同采样时刻的供回水温差的参考值；4)将实测的冷冻水系统供回水温差与相应的参考值进行对比，计算残差，根据残差大小判断是否存在小温差综合征，并评估冷冻水系统供回水温差偏离合理值的程度。本发明通过计算不同工况下冷冻水系统温差的合理参考值，可以及时精确地诊断出小温差综合征是否发生以及发生程度，有助于提高中央空调系统节能运行。

Description

一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法

技术领域

本发明涉及建筑中央空调的技术领域，尤其是指一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法。

背景技术

在建筑中央空调设计中，冷冻水输配系统常采用二级泵变流量系统。在冷源侧，每台冷水机组配备一台定速水泵(一级泵)实现定流量运行；在用户侧，配备变速水泵(二级泵)，根据用户的冷负荷实现变流量运行。冷水机组、水泵、空气处理器等设备按照额定温升进行选型。常用的额定温升为5℃，即在额定冷负荷工况下，冷水机组、空气处理器等设备的进出水温升均为5℃。然而在实际工程中，常常会出现“小温差大流量”的现象，即实测的冷冻水系统的干管供回水温差显著低于设计值，而流量显著高于设计值，这一现象也称之为小温差综合征。小温差综合征导致了二级水泵能耗的极大浪费，降低了整个空调系统的能效。因此，非常有必要对冷冻水系统的供回水温差进行持续监测并诊断其是否处于合理范围。目前常用的传统监测诊断方法以专家经验法为主，即通过观察实测的供回水温差是否低于5℃来判断是否发生了小温差综合征。实际上，冷冻水系统供回水干管测得的温差实际上是全部空气处理器温升的平均值，而且随实际总冷负荷以及单个空气处理器的实际负荷情况的变化而变化，在冷负荷低于额定工况下，由于各设备的传热面积没有改变，合理的进出水温升应该大于5℃。当实测系统温差低于5℃时，其实已经发生了严重的小温差综合征。鉴于冷冻水系统供回水温差是一个随工况而变化的变量，因此，传统专家经验法以温升5℃为标准来判断小温差综合征并不十分精确，易造成诊断滞后。

本发明提供一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，通过建立冷冻水系统温差参考模型，能够计算出在不同工况下冷冻水系统温差的合理参考值，通过比对温差实测值与模型参考值，实现更加及时精确地诊断出小温差综合征是否发生以及发生程度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，突破传统诊断方法由于采用固定温差参考值来诊断不同工况下小温差综合征而造成的诊断不精确以及诊断滞后的不足，通过提供冷冻水系统温差参考模型，能够计算出在不同工况下冷冻水系统温差的合理参考值，比对温差实测值与模型参考值即可及时精确地诊断出小温差综合征是否发生以及发生程度，为及时寻找故障原因并采取必要措施提高系统能效提供技术支持。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，包括以下步骤：

1)获取中央空调冷冻水系统的运行数据集；

2)根据运行数据集计算各采样时刻的实测冷冻水系统供回水温差；

3)建立冷冻水系统供回水温差的参考模型，并根据运行数据集计算不同采样时刻的供回水温差的参考值；

4)将实测的冷冻水系统供回水温差与相应的参考值进行对比，计算残差，根据残差大小判断是否存在小温差综合征，并评估冷冻水系统供回水温差偏离合理值的程度。

在步骤1)中，所述中央空调冷冻水输配系统的运行数据集包括根据某一时间间隔采集的运行参数：用户侧总冷负荷、供水干管实测温度、回水干管实测温度、各房间实测温度和系统中各个空气处理器风机的运行转速。

在步骤2)中，根据运行数据集计算各采样时刻的实测冷冻水系统供回水温差，具体计算如下：

根据运行数据集计算i时刻供水干管和回水干管的温差值，由式(1)表示：

式中，表示i时刻供水干管和回水干管的温差值，表示i时刻回水干管实测温度值，表示i时刻供水干管实测温度值。

在步骤3)中，建立冷冻水系统供回水温差的参考模型，并根据运行数据集计算不同采样时刻的供回水温差的参考值，具体计算如下：

第i时刻供回水温差的参考值，由式(2)、式(3)和式(4)表示：

式中，表示第i时刻供回水干管温差的参考值，表示第i时刻用户侧总冷负荷，表示第i时刻供水干管的实测温度值，表示第i时刻各房间实测温度的平均值，表示第i时刻第k房间实测温度值，表示第i时刻系统中第j个空气处理器的负荷率，表示第i时刻系统中第j个空气处理器风机的运行转速，HZ_j,des表示系统中第j个空气处理器风机的设计满负荷运行转速，a₁、a₂、a₃、a₄以及b_j均为待定系数，需要使用无故障运行数据进行参数识别，n表示系统中空气处理器的数量，表示变量连乘。

在步骤4)中，将实测的冷冻水系统供回水温差与相应的参考值进行对比，计算残差，根据残差大小判断是否存在小温差综合征，并评估冷冻水系统供回水温差偏离合理值的程度，包括以下步骤：

4.1)比较各采样时刻实测的供回水温差与其参考值，计算二者的残差，由式(5)表示：

式中，Rⁱ表示第i时刻实测的系统供回水温差与其参考值的残差，表示第i时刻供水干管和回水干管的温差值，表示第i时刻供回水干管温差的参考值；

4.2)将步骤4.1)中得到的残差Rⁱ与阈值δ进行比较，当i时刻残差的绝对值|Rⁱ|大于阈值的绝对值|δ|时，判定该时刻实测的系统供回水温差值显著偏离合理范围；当i时刻残差的绝对值|Rⁱ|小于或等于阈值的绝对值|δ|时，判定该时刻实测的系统供回水温差值处于合理范围；阈值δ等于所使用的温度测量仪器的精度，由式(6)表示：

δ＝±d (6)

式中，δ表示阈值，d表示所使用的温度测量仪器的精度，单位为℃；

4.3)当所给定的运行数据集中有α％的采样时刻被判定为实测的系统供回水温差值偏离合理范围，即可判定发生小温差综合征；α％为设定的参数值；

4.4)当判定发生小温差综合征时，实测的系统供回水温差偏离合理值的具体程度，由式(7)定量表示：

式中，DEVⁱ表示第i时刻实测的系统供回水温差偏离合理值的具体程度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明方法通过提供冷冻水系统温差参考模型，能够计算出在不同工况下冷冻水系统温差的合理参考值，通过比对温差实测值与模型参考值即可及时精确地诊断出小温差综合征是否发生以及发生的程度，突破传统诊断方法由于采用固定温差参考值来诊断不同工况下小温差综合征而造成的诊断不精确的局限。

2、本发明方法能够在小温差综合征发生早期即可得到确诊，克服了传统诊断方法直到故障较严重时才能确诊的不足，为及时查找故障原因避免过多能源浪费提供了技术支持。

3、本发明方法在建筑中央空调领域具有广泛的应用前景，既可以离线使用也可以在线应用，有助于提高中央空调系统节能运行。

附图说明

图1为本发明方法逻辑流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所提供的中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，实施对象为某中央空调冷冻水系统，该系统用户侧空气处理设备均按照额定温升5℃进行设计选型，用户侧共有n＝30个空气处理器，空气处理器风机额定转速2900转/分，数据采样间隔为10分钟，温度传感器的精度为±0.2℃。

如图1所示，本实施例所提供的中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，包括以下步骤：

1)获取中央空调冷冻水系统的运行数据集，主要包括根据某一时间间隔采集的运行参数：用户侧总冷负荷、供水干管实测温度、回水干管实测温度、各房间实测温度和系统中各个空气处理器风机的运行转速。

2)根据运行数据集计算各采样时刻的实测冷冻水系统供回水温差，具体计算如下：

根据运行数据集计算i时刻供水干管和回水干管的温差值，由式(1)表示：

式中，表示i时刻供水干管和回水干管的温差值，表示i时刻回水干管实测温度值，表示i时刻供水干管实测温度值。

3)建立冷冻水系统供回水温差的参考模型，并根据运行数据集计算不同采样时刻的供回水温差的参考值，具体计算如下：

第i时刻供回水温差的参考值，由式(2)、式(3)和式(4)表示：

式中，表示第i时刻供回水干管温差的参考值，表示第i时刻用户侧总冷负荷，表示第i时刻供水干管的实测温度值，表示第i时刻各房间实测温度的平均值，表示第i时刻第k房间实测温度值，表示第i时刻系统中第j个空气处理器的负荷率，表示第i时刻系统中第j个空气处理器风机的运行转速，HZ_j,des表示系统中第j个空气处理器风机的设计满负荷运行转速，n表示系统中空气处理器的数量，表示变量连乘，a₁、a₂、a₃、a₄以及b_j均为待定系数，需要使用无故障历史运行数据进行参数识别。

4)将实测的冷冻水系统供回水温差与相应的参考值进行对比，计算残差，根据残差大小判断是否存在小温差综合征，并评估冷冻水系统供回水温差偏离合理值的程度，包括以下步骤：

4.1)比较各采样时刻实测的供回水温差与其参考值，计算二者的残差，由式(5)表示：

式中，Rⁱ表示第i时刻实测的系统供回水温差与其参考值的残差；

4.2)将步骤4.1)中得到的残差Rⁱ与阈值δ进行比较，当i时刻残差的绝对值|Rⁱ|大于阈值的绝对值|δ|时，判定该时刻实测的系统供回水温差值显著偏离合理范围；当i时刻残差的绝对值|Rⁱ|小于等于阈值的绝对值|δ|时，判定该时刻实测的系统供回水温差值处于合理范围；阈值δ等于所使用的温度测量仪器的精度，由式(6)表示：

δ＝±d (6)

式中，δ表示阈值，d表示所使用的温度测量仪器的精度(℃)，本实施例δ＝±0.2℃；

4.3)当所给定的运行数据集中有α％的时刻被判定为实测的系统供回水温差值偏离合理范围，即可判定发生小温差综合征；α％为可设定的参数值，本实施例α％＝97.5％；

4.4)当判定发生小温差综合征时，实测的系统供回水温差偏离合理值的具体程度，由式(7)定量表示：

式中，DEVⁱ表示第i时刻实测的系统供回水温差偏离合理值的具体程度。

如下表1所示，本实施例共采样了31个时刻的运行数据集，经使用本发明所提供的诊断方法，发现这31个采样时刻都存在实测温差小于温差参考值，诊断确认发生小温差综合征，系统供回水温差平均偏离正常值程度-0.85℃。

表1-实施例诊断结果

综上所述，在采用以上方案后，本发明方法能够精确地诊断出小温差综合征是否发生以及偏离正常值的程度，为及时寻找故障原因并采取必要措施提高系统能效提供技术支持，具有实际推广价值，值得推广。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取中央空调冷冻水系统的运行数据集；

2)根据运行数据集计算各采样时刻的实测冷冻水系统供回水温差；

3)建立冷冻水系统供回水温差的参考模型，并根据运行数据集计算不同采样时刻的供回水温差的参考值；

4)将实测的冷冻水系统供回水温差与相应的参考值进行对比，计算残差，根据残差大小判断是否存在小温差综合征，并评估冷冻水系统供回水温差偏离合理值的程度。

2.根据权利要求1所述的一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，其特征在于：在步骤1)中，所述中央空调冷冻水输配系统的运行数据集包括根据某一时间间隔采集的运行参数：用户侧总冷负荷、供水干管实测温度、回水干管实测温度、各房间实测温度和系统中各个空气处理器风机的运行转速。

3.根据权利要求1所述的一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，其特征在于：在步骤2)中，根据运行数据集计算各采样时刻的实测冷冻水系统供回水温差，具体计算如下：

根据运行数据集计算i时刻供水干管和回水干管的温差值，由式(1)表示：

式中，表示i时刻供水干管和回水干管的温差值，表示i时刻回水干管实测温度值，表示i时刻供水干管实测温度值。

4.根据权利要求1所述的一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，其特征在于：在步骤3)中，建立冷冻水系统供回水温差的参考模型，并根据运行数据集计算不同采样时刻的供回水温差的参考值，具体计算如下：

第i时刻供回水温差的参考值，由式(2)、式(3)和式(4)表示：

式中，表示第i时刻供回水干管温差的参考值，表示第i时刻用户侧总冷负荷，表示第i时刻供水干管的实测温度值，表示第i时刻各房间实测温度的平均值，表示第i时刻第k房间实测温度值，表示第i时刻系统中第j个空气处理器的负荷率，表示第i时刻系统中第j个空气处理器风机的运行转速，HZ_j,des表示系统中第j个空气处理器风机的设计满负荷运行转速，a₁、a₂、a₃、a₄以及b_j均为待定系数，需要使用无故障运行数据进行参数识别，n表示系统中空气处理器的数量，表示变量连乘。

5.根据权利要求1所述的一种中央空调冷冻水系统小温差综合征精确诊断方法，其特征在于：在步骤4)中，将实测的冷冻水系统供回水温差与相应的参考值进行对比，计算残差，根据残差大小判断是否存在小温差综合征，并评估冷冻水系统供回水温差偏离合理值的程度，包括以下步骤：

4.1)比较各采样时刻实测的供回水温差与其参考值，计算二者的残差，由式(5)表示：

式中，Rⁱ表示第i时刻实测的系统供回水温差与其参考值的残差，表示第i时刻供水干管和回水干管的温差值，表示第i时刻供回水干管温差的参考值；

4.2)将步骤4.1)中得到的残差Rⁱ与阈值δ进行比较，当i时刻残差的绝对值|Rⁱ|大于阈值的绝对值|δ|时，判定该时刻实测的系统供回水温差值显著偏离合理范围；当i时刻残差的绝对值|Rⁱ|小于或等于阈值的绝对值|δ|时，判定该时刻实测的系统供回水温差值处于合理范围；阈值δ等于所使用的温度测量仪器的精度，由式(6)表示：

δ＝±d (6)

式中，δ表示阈值，d表示所使用的温度测量仪器的精度，单位为℃；

4.3)当所给定的运行数据集中有α％的采样时刻被判定为实测的系统供回水温差值偏离合理范围，即可判定发生小温差综合征；α％为设定的参数值；

4.4)当判定发生小温差综合征时，实测的系统供回水温差偏离合理值的具体程度，由式(7)定量表示：

式中，DEVⁱ表示第i时刻实测的系统供回水温差偏离合理值的具体程度。