一种平衡前后端热交换效率的方法、系统和应用与流程

1.本发明涉及节能减耗技术领域，尤其涉及一种平衡前后端热交换效率的方法。


背景技术：

2.中央空调系统的能耗占建筑总能耗的65％以上，受到人们越来越高的重视，而提升中央空调系统的冷站cop成为业内的主要节能措施。冷站cop是指冷站的制冷量与冷站总电耗之比，冷站cop越高，单位电耗产生的制冷量也越高。
3.水冷机组中央空调系统一般分为制冷站和末端空调两部分，冷冻水温度(包括冷冻水供水温度和冷冻水回水温度)越高制冷站的cop越高，因此提升冷冻水出水温度和冷冻泵频率成为业内提升冷站cop的主要手段，一般认为冷冻水供水温度每提升1℃，冷水机组能耗降低4％-8％，但无法说清楚各类工况下的最佳调节策略是什么。同时，矛盾的是，冷冻水的温度越高，末端空调的热效率却越低，这也就导致了在现实中，人们经常遇到冷站cop在提升的同时机组总能耗也在提高的奇怪现象。由此可见，需要提出一种能够平衡前后端热交换效率的方法，指导机组的操作，以实现真正的节能减耗。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种平衡前后端热交换效率的方法和应用，该技术方案能够有效平衡前后端的热交换效率，指导人们对机组的操作，实现节能减耗。
5.第一方面，提出一种平衡前后端热交换效率的方法，包括：
6.获取实时或历史记录中的数据组合，形成数据库。所述数据组合包括一一对应的工况数据、操作数据及其评价数据，其中，
7.所述操作数据包括直接操作数据和间接操作数据；所述直接操作数据包括冷冻水出水温度设定值和冷冻泵频率。所述间接操作数据包括冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差，所述间接操作数据通过直接操作数据的实施获得。
8.将所述数据组合根据工况数据分组，并将最佳评价数据对应的操作数据作为操作建议给出。
9.本发明采用的操作数据，即冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差，均是前端热效率和末端热效率的决定因素，通过收集一一对应的工况数据、操作数据和评价数据，形成历史记录，当再次遇到相同工况数据的情况时，即可调用数据库中，相同工况数据下评价数据较好的数据组合，将其操作数据作为操作建议，给操作人员或者直接对设备下达指令，而避开末端热效率实时计算难的问题，达到在单纯管控冷站测的情况下，也可以做到兼顾末端、冷站端双侧热交换效率的平衡，同时提升水冷机组空调系统的整体效率。
10.优选的，所述工况数据包括室外温度和室内温度，所述工况数据包括冷水机组的负荷。
11.优选的，所述评价数据包括水冷主机能耗与冷冻泵能耗之和，或者所述评价数据包括水冷主机能耗、冷冻泵能耗、冷却泵能耗、冷却塔能耗之和。
12.优选的，为了增加数据库中的数据量，让系统实用性更强，通过试探动作获取同一工况数据下更多的操作数据及其评价数据。
13.优选的，冷冻水回水温度、冷冻水供回水温差的合理范围是有限的，且是相互关联的，所以在所述试探动作时，所述冷冻水回水温度在15到20度之间波动，所述冷冻水供回水温差在5到10度之间波动。
14.优选的，所述试探动作为在设定的范围内随机筛选数值。
15.优选的，所述试探动作为在设定的范围内以固定值递增或者递减。
16.优选的，将所述操作建议应用于空调机组，并实时采集新的组合数据，更新所述数据库，从而不断完善数据库和系统。
17.优选的，采用冷水机组的负荷替换室外温度和室内温度作为工况数据。
18.优选的，采用水冷主机能耗、冷冻泵能耗、冷却泵能耗、冷却塔能耗之和替代水冷主机能耗与冷冻泵能耗之和作为评价数据。
19.第二方面，提出一种平衡前后端热交换效率的系统，包括：
20.数据采集模块，获取实时或历史记录中的数据组合，形成数据库。所述数据组合包括一一对应的工况数据、操作数据及其评价数据，其中，所述工况数据包括室外温度和室内温度，所述操作数据包括冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差，所述评价数据包括水冷主机能耗与冷冻泵能耗之和，
21.数据处理模块，将所述数据组合根据工况数据分组，并将最佳评价数据对应的操作数据作为操作建议给出。
22.第三方面，提出一种平衡前后端热交换效率的设备，包括：存储器、处理器。所述存储器上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如第一方面所述的平衡前后端热交换效率的方法。
23.第四方面，发明实施例提供了一种非暂时性机器可读存储介质，所述非暂时性机器可读存储介质上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器至少可以实现第一方面中的平衡前后端热交换效率的方法。
24.在本发明实施例中，给出了一种平衡前后端热交换效率的方法、系统和应用，通过收集一一对应的工况数据、操作数据和评价数据，形成历史记录，当再次遇到相同工况数据的情况时，即可调用数据库中，相同工况数据下评价数据较好的数据组合，将其操作数据作为操作建议，给操作人员或者直接对设备下达指令，从而实现节能减耗。本发明采用的操作数据，均是前端热效率和末端热效率的决定因素，以历史操作数据重现方式，实现问题转换，从而避开末端热效率实时计算难的问题，达到在单纯管控冷站测的情况下，也可以做到兼顾末端、冷站端双侧热交换效率的平衡，同时提升水冷机组空调系统的整体效率。本发明提出的方法可靠性高，是实时计算或者通过模型计算所无法达到的。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.其中：
27.图1是制冷站的热交换过程简图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作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。
29.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
30.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
31.中央空调系统的能耗占建筑总能耗的65％以上，受到人们越来越高的重视，而提升中央空调系统的冷站cop成为业内的主要节能措施。
32.水冷机组中央空调系统一般分为制冷站和末端空调两部分，冷冻水温度(包括冷冻水供水温度和冷冻水回水温度)越高制冷站的cop越高，因此提升冷冻水出水温度和冷冻泵频率成为业内提升冷站cop的主要手段，但无法说清楚各类工况下的最佳调节策略是什么。同时，矛盾的是，冷冻水的温度越高，末端空调的热效率却越低，这也就导致了在现实中，人们经常遇到冷站cop在提升的同时，机组总能耗也在提高的奇怪现象，可见，一味地提高冷冻水的温度是无法实现空调机组前后端平衡的。
33.针对上述问题，本发明提出一种平衡前后端热交换效率的方法，通过收集一一对应的工况数据、操作数据和评价数据，形成历史记录，当再次遇到相同工况数据的情况时，即可调用数据库中，相同工况数据下评价数据较好的数据组合，将其操作数据作为操作建议，给操作人员或者直接对设备下达指令，从而实现空调机组前后端平衡且节能减耗。
34.本发明的方法、系统、设备和介质的实现原理相似，此处不再赘述。
35.在介绍了本发明的基本原理之后，下面具体介绍本发明的各种非限制性实施方式，要注意的是，本发明提供的实施例仅是为了便于理解本发明的精神和原理而示出，本发明的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本发明的实施方式可以应用于适用的任何系统。
36.实施例一：
37.一种平衡前后端热交换效率的方法，包括：
38.s10：获取实时或历史记录中的数据组合，形成数据库。所述数据组合包括一一对应的工况数据、操作数据及其评价数据。
39.本实施例中，所述工况数据包括室外温度和室内温度。
40.所述操作数据包括冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差。由于冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差是不可直接操控的数据，因此，需将其二次转化为可操控数据：冷冻水出水温度设定值和冷冻泵频率。本发明将冷冻水出水温度设定值和冷冻泵频率定义为直接操作数据，将冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差定义为间接操作数据，所述间接操作数据通过直接操作数据在机组上的实施获得。
41.所述评价数据包括水冷主机能耗与冷冻泵能耗之和。或者，作为替换，所述工况数据包括冷水机组的负荷，所述评价数据包括水冷主机能耗、冷冻泵能耗、冷却泵能耗、冷却塔能耗之和。
42.以下是操作数据选择冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差的分析过程：
43.1、末端热交换原理：
44.末端是指组合式空调或出风口盘管，其作用是将冷冻水的冷量转移到室内空气中，冷量转移后，使冷冻水回水温度提升，冷冻水的冷量转移到室内空气中是通过末端热交换完成的。
45.末端热交换效率＝末端冷量消耗量/冷冻水冷量消耗量。
46.显然，冷冻水的温度越低，冷冻水与室内空气的温差越大，热交换效率越高。
47.2、制冷站端热交换原理(后端)
48.请参阅图1，制冷站的热交换过程为：
49.1)液态氨通过蒸发器的膨胀阀后，压力降低、汽化，形成低温低压气态氨，低温低压气态氨与冷冻水回水进行热交换，冷冻水回水温度降低，低压气态氨温度升高，进入低压气态氨管道。
50.2)低压气态氨经压缩机压缩成为高压高温气态氨，进入冷凝器，与冷却水进行热交换，成为高压液态氨经启闭阀进入高压液态氨管道。
51.3)在压缩机不工作时，膨胀阀、启闭阀关闭，此时液态氨与气态氨分离。
52.4)膨胀阀的开度根据冷冻水出水温度与冷冻水出水温度设定值之差控制，当冷冻水出水温度低于冷冻水出水温度设定值时，膨胀阀开度减小；当冷冻水出水温度高于冷冻水出水温度设定值时，膨胀阀开度增大。
53.从蒸发器原理可知，冷冻水回水温度越高，则气态氨与冷冻水回水的温差越大，增发器的热交换效率越高。
54.3、末端热交换效率提升与冷站的热交换效率提升存在冲突
55.1)降低冷冻水供水温度有利于提升末端热交换效率；
56.2)提升冷冻水供水温度有利于提升冷水主机的热交换效率。
57.4、如何兼顾前后端的平衡
58.令：
59.时刻1的末端的热交换效率为k1(0《k1《1),则需要冷冻水提供的冷量q水1＝q末/k1，
60.时刻2的末端的热交换效率为k2(0《k2《1),则需要冷冻水提供的冷量q水2＝q末/k2，
61.则，k2》k1的充要条件是q水2《q水1。
62.也就是说在末端需求不变条件下，消耗冷冻水的冷量越少，末端热效率越高，反之亦然。因此可以使用冷冻水提供的冷量变化量来表示末端热效率的高低，这样综合考虑末端热交换效率和冷站热交换效率平衡问题，可以转换为综合考虑冷冻水制冷量的变化量和冷站热交换效率平衡问题，同时冷冻水制冷量的变化量也是一个更容易计算的量，如下：
63.冷冻水制冷量的变化量(q水2-q水1)＝(冷水主机输出的总冷量2
–
管道阻力的热损耗量
–
其它用冷量)-(冷水主机输出的总冷量1
–
管道阻力的热损耗量
–
其它用冷量)＝冷
水主机输出的总冷量1-冷水主机输出的总冷量2,即冷冻水制冷量的变化量＝冷水主机输出的总冷量的变化量。
64.因此综合考虑末端热交换效率和冷站热交换效率平衡问题，可以转换为综合考虑冷水主机输出的总冷量的变化量(以下简称冷量变化量)和冷站热交换效率平衡问题。
65.5、制冷站的热交换效率分析
66.冷站的热交换效率包括冷水主机蒸发器热交换效率和冷水主机冷凝器热交换效率，这两个热交换效率直接影响冷水机组的cop，因此使用cop可代表整个冷水机组系统的热交换效率。
67.下表给出了冷量变化量和cop变化对末端热交换效率和冷站热交换效率综合优化的影响，为方便对比叙述，这里使用前端指代末端，使用后端指代冷站端。
[0068][0069][0070]
5.1冷却水系统的调优不影响末端热交换效率
[0071]
冷却泵、冷却塔、冷却风机的调整与冷量变化量无关，只影响cop，即在制冷量、冷冻水系统不变条件下，冷却水控制策略的调整直接影响cop的变化，且冷却水系统调优时，cop也必定提升，因此可以直接在水冷主机与冷却水系统中独立调优，调优后直接提升冷站端热交换效率，同时不会影响末端热交换效率。
[0072]
5.2冷冻水系统的调整将影响前后端热交换效率
[0073]
5.2.1影响冷水主机蒸发器热交换效率的重要因素：
[0074]
1)冷冻水回水温度越高，冷冻水回水温度与冷媒蒸发温度之差就越大，蒸发器的热交换效率就越高；
[0075]
2)冷冻水流速越低，冷冻水留驻蒸发器的时间就越长，蒸发器的热交换效率就越高。
[0076]
冷冻泵的频率与冷冻水流速成正比，与冷冻水供回水温差成反比，而冷冻水供水温度设定值，可调节冷冻水供水温度的实际值，并与冷冻水供回水温差一起，决定了冷冻水回水温度，因此调整冷冻水泵频率和冷冻水供水温度设定值可以调整蒸发器的热交换效率，等价的也可以说冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差决定了蒸发器的热交换效率。
[0077]
需要说明的是，蒸发器中冷媒与冷冻水的热交换界面的表面积也是影响蒸发器热交换效率的重要因素，但因为该因素在制造后即固定下来了，是不变因素，因此对动态优化无影响。
[0078]
5.2.2冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差也是决定末端热效率的决定因素
[0079]
冷冻水制冷量＝冷冻水流速*冷冻水管横截面积*冷冻水供回水温差*水的比热熔，这里冷冻水管横截面积是常量，而水的比热熔也可以看作是常量，因此冷冻水冷量变化量是由冷冻水流速和冷冻水供回水温差决定的，又由于冷冻水流速与冷冻水供回水温差成反比，即两者是相关量，只需考虑其一，所以冷冻水冷量变化量也可以说是由冷冻水供回水温差决定的，同时影响末端热效率的还有冷冻水回水温度，即冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差也是决定末端热效率的决定因素。
[0080]
5.2.3前后端热交换效率的评价值
[0081]
由于冷冻水的制冷量和主机cop影响了主机能耗，因此在冷却水系统不变情况下，冷冻水的制冷量和机组cop唯一决定了主机能耗与冷冻泵的能耗之和，因此可以使用冷水主机能耗与冷冻泵的能耗之和来评价前后端热交换效率的平衡性，即主机能耗与冷冻泵的能耗之和的最低点(或等价的主机功率与冷冻泵功率之和的最低点)就是末端热交换效率和冷站热交换效率的平衡点，即冷水主机能耗与冷冻泵的能耗之和越低越好是，热效率平衡优化法的优化目标。
[0082]
以下是间接操作数据与直接操作数据的转化关系：
[0083]
通过调整冷冻水出水温度设定值和冷冻泵频率，能够调整冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差，以及冷冻水回水温度实际值和冷冻水供回水温差实际值：
[0084]
提升\降低冷冻水出水温度设定值，将逐渐提升\降低冷冻水出水温度实际值，经末端循环后会提升\降低冷冻水回水温度当前值；
[0085]
提升\降低冷冻泵频率会加快\减缓冷冻水流速，加快\减缓冷冻水流速首先使冷冻水出水温度实际值升高\降低并使冷冻水回水温度实际值降低\升高，而冷冻水出水温度实际值的升高\降低(经延迟后)又可使回水温度实际值升高\降低,最终达到提高\降低冷冻水供回水温差实际值。
[0086]
可见，在无法直接实现间接操作数据的情况下，可以通过实施直接操作数据，实现实施间接操作数据的目的。
[0087]
需注意的是，由于调整结果存在延迟，一次调整需要稳定后才能做下一次调整，否则易出现过度调节问题。
[0088]
s20：将所述数据组合根据工况数据分组，并将最佳评价数据对应的操作数据作为操作建议给出。由于操作建议中的间接操作数据无法直接实施，所以在实施操作建议时，是实施其直接操作数据，在实施过程中，获得的实时的间接操作数据难免存在些许误差，当误差在设定的范围内波动时，忽略不计。
[0089]
在其它实施例中，将所述操作建议应用于空调机组，并实时采集新的组合数据，更新所述数据库，从而不断完善数据库和系统。
[0090]
为了增加数据库中的数据量，让系统实用性更强，通过试探动作获取同一工况数据下更多的操作数据及其评价数据。冷冻水回水温度、冷冻水供回水温差的合理范围是有限的，且是相互关联的，所以在所述试探动作时，所述冷冻水回水温度在15到20度之间波
动，所述冷冻水供回水温差在5到10度之间波动。优选的，所述试探动作为在设定的范围内随机筛选数值，或者，所述试探动作为在设定的范围内以固定值递增或者递减。
[0091]
本发明采用的操作数据，即冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差，均是前端热效率和末端热效率的决定因素，通过收集一一对应的工况数据、操作数据和评价数据，形成历史记录，当再次遇到相同工况数据的情况时，即可调用数据库中，相同工况数据下评价数据较好的数据组合，将其操作数据作为操作建议，给操作人员或者直接对设备下达指令。从而解决空调机组热效率难以计算的问题，且实现节能减耗。
[0092]
实施例二：
[0093]
一种平衡前后端热交换效率的系统，包括：
[0094]
数据采集模块，获取实时或历史记录中的数据组合，形成数据库。所述数据组合包括一一对应的工况数据、操作数据及其评价数据，其中，所述工况数据包括室外温度和室内温度，所述操作数据包括冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差，所述评价数据包括水冷主机能耗与冷冻泵能耗之和，
[0095]
数据处理模块，将所述数据组合根据工况数据分组，并将最佳评价数据对应的操作数据作为操作建议给出，实现实施例一所述的方法。
[0096]
实施例三：
[0097]
一种平衡前后端热交换效率的设备，包括：存储器、处理器。所述存储器上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如实施例一所述的平衡前后端热交换效率的方法。
[0098]
实施例四：
[0099]
一种非暂时性机器可读存储介质，所述非暂时性机器可读存储介质上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器至少可以实现实施例一中的平衡前后端热交换效率的方法。
[0100]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种平衡前后端热交换效率的方法，其特征在于，包括：获取实时或历史记录中的数据组合，形成数据库；所述数据组合包括一一对应的工况数据、操作数据及其评价数据；其中，所述操作数据包括直接操作数据和间接操作数据；所述直接操作数据包括冷冻水出水温度设定值和冷冻泵频率；所述间接操作数据包括冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差，所述间接操作数据通过直接操作数据的实施获得；将所述数据组合根据工况数据分组，并将最佳评价数据对应的操作数据作为操作建议给出。2.据权利要求1所述的一种平衡前后端热交换效率的方法，其特征在于，所述工况数据包括室外温度和室内温度，所述工况数据包括冷水机组的负荷。3.据权利要求1所述的一种平衡前后端热交换效率的方法，其特征在于，所述评价数据包括水冷主机能耗与冷冻泵能耗之和，或者所述评价数据包括水冷主机能耗、冷冻泵能耗、冷却泵能耗、冷却塔能耗之和。4.据权利要求1所述的一种平衡前后端热交换效率的方法，其特征在于，通过试探动作获取同一工况数据下更多的操作数据及其评价数据。5.根据权利要求4所述的一种平衡前后端热交换效率的方法，其特征在于，所述试探动作时，所述冷冻水回水温度在15到20度之间波动，所述冷冻水供回水温差在5到10度之间波动。6.根据权利要求4所述的一种平衡前后端热交换效率的方法，其特征在于，所述试探动作为在设定的范围内随机筛选数值。7.根据权利要求4所述的一种平衡前后端热交换效率的方法，其特征在于，所述试探动作为在设定的范围内以固定值递增或者递减。8.根据权利要求1所述的一种平衡前后端热交换效率的方法，其特征在于，将所述操作建议应用于空调机组，并实时采集新的组合数据，更新所述数据库。9.一种平衡前后端热交换效率的系统，其特征在于，包括：数据采集模块，获取实时或历史记录中的数据组合，形成数据库；所述数据组合包括一一对应的工况数据、操作数据及其评价数据；其中，所述工况数据包括室外温度和室内温度；所述操作数据包括冷冻水回水温度和冷冻水供回水温差；所述评价数据包括水冷主机能耗与冷冻泵能耗之和；数据处理模块，将所述数据组合根据工况数据分组，并将最佳评价数据对应的操作数据作为操作建议给出。10.一种平衡前后端热交换效率的设备，其特征在于，包括：存储器、处理器；所述存储器上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1到8所述的平衡前后端热交换效率的方法。

技术总结
本发明提供一种平衡前后端热交换效率的方法、系统和应用，通过收集一一对应的工况数据、操作数据和评价数据，形成历史记录，当再次遇到相同工况数据的情况时，即可调用数据库中，相同工况数据下评价数据较好的数据组合，将其操作数据作为操作建议。本发明采用的操作数据，均是前端热效率和末端热效率的决定因素，以历史操作数据重现方式，实现问题转换，从而避开末端热效率实时计算难的问题，达到在单纯管控冷站测的情况下，也可以做到兼顾末端、冷站端双侧热交换效率的平衡，同时提升水冷机组空调系统的整体效率。本发明提出的方法可靠性高，是实时计算或者通过模型计算所无法达到的。的。的。


技术研发人员：刘煜 梅瑜 孙再连
受保护的技术使用者：北京邑通科技有限公司
技术研发日：2022.03.10
技术公布日：2023/9/20