一种基于能耗监测的冷源集中数字控制方法.pdf

本发明公开了一种基于能耗监测的冷源集中数字控制方法，包括以下步骤：a，对中央空调冷源系统的用电、用水、冷量、温度、压力、设备状态进行实时监测；b，将步骤a中采集的能耗数据、系统状态数据进行汇总，根据系统内的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机的运行功率参数、冷水机组的制冷量，计算出冷源系统的实时制冷效率，并根据当前的室外温湿度参数和室内温湿度参数及负荷预测模型预测得到当前的预测能耗数据，将预测能耗数据与实际监测的能耗数据对比，发现制冷系统使用中的问题，形成冷源系统的优化运行控制策略；c，将步骤b中形成的优化运行控制策略，通过直接数字控制器及与其相连的电动阀实现优化运行控制。

权利要求书
1.  一种基于能耗监测的冷源集中数字控制方法，其特征在于，包括以下 步骤：
a，对中央空调冷源系统的用电、用水、冷量、温度、压力、设备状态进 行实时监测，具体包括：通过设置在冷源配电室的电力采集终端监测、采集 冷机、水泵、冷却塔的用电参数及用电量；通过设置在制冷站补水管路的自 来水采集终端监测、采集冷源系统的用水量；通过设置在冷冻水、冷却水系 统管路上的温度、压力传感终端监测、采集冷源系统的温度和压力参数；通 过设置在室外和室内设定位置的温湿度传感终端监测、采集室外和室内的温 湿度参数；以及监测冷冻水泵频率手动、自动状态，冷冻水泵起停远程、就 地状态，冷冻水泵运行状态、故障报警；
b，将步骤a中采集的能耗数据、系统状态数据进行汇总，根据系统内的 冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机的运行功率参数、冷水机组的 制冷量，计算出冷源系统的实时制冷效率，并根据当前的室外温湿度参数和 室内温湿度参数及负荷预测模型预测得到当前的预测能耗数据，将预测能耗 数据与实际监测的能耗数据进行对比，发现制冷系统使用中的问题，形成冷 源系统的优化运行控制策略，其中，所述负荷预测模型通过如下方式获得： 统计在不同室外温湿度参数和室内温度度参数条件下，每时、每天、每月、 每年冷源系统的能耗数据，对冷源系统的能耗进行同期或环比分析，获取建 筑实际负荷与室外各气象要素和末端负荷特性之间的关联规律，并依据该关 联规律对历史数据负荷预测算法进行修正，得到负荷预测模型；
c，将步骤b中形成的优化运行控制策略，通过直接数字控制器及与其相 连的电动阀实现优化运行控制。

2.  根据权利要求1所述的冷源集中数字控制方法，其特征在于，所述直 接数字控制器分别设置在主机、冷却水泵、冷却塔位置。

3.  根据权利要求1所述的冷源集中数字控制方法，其特征在于，还包括 以下步骤：
将步骤a中采集的能耗数据、系统状态数据进行汇总形成报表和分析报 告，同时与历史数据进行对比统计得出节能效果，推送、展现给相关人员。

4.  根据权利要求1所述的冷源集中数字控制方法，其特征在于，所述冷 冻水泵运行状态包括冷冻水泵的变频运行、旁路运行、停止。

5.  根据权利要求1所述的冷源集中数字控制方法，其特征在于，当回水 温度达到设定值上限时，冷水机组自动启动，当回水温度达到设定值下限时， 冷水机组自动停机，同时与周边设备进行连锁，系统启动时先开启电动阀、 再开启冷却水泵、再开启冷却塔、最后开启冷水机组，停机时先停止冷水机 组、再停止冷却塔，再停止冷却水泵、最后关闭电动阀；当有多台冷水机组 运行时，系统根据回水温度自动选择开机台数，自动进行切换，其中，冷源 系统在选择所开启的冷水机组时，自动选择使用时间较少的冷水机组运行。

6.  根据权利要求1所述的冷源集中数字控制方法，其特征在于，还包括：
对冷冻水系统设有低温、低压差、低流量保护；和/或
对冷却水系统设有高温、低流量保护；和/或
对电源进行缺相保护、过电压保护、过电流保护、欠电压保护、输出短 路保护、接地故障保护；和/或
当设备发生故障时，通过控制柜实现变频、旁路回路自动切换功能，并 自动投入备用设备；和/或
对冷却水系统设备设置故障报警、通讯软件故障、工艺参数预警报警功 能，同时基于报警严重等级设置报警优先顺序，自动监测各种类别报警，故 障对应的类别包括一般报警、预报警，重要报警等，且在画面上显示相应报 警点，自动弹出报警相关信息。

说明书一种基于能耗监测的冷源集中数字控制方法
技术领域
本发明涉及节能环保领域，具体而言，涉及一种基于能耗监测的冷源集 中数字控制方法。
背景技术
中央空调是大型建筑里耗电最大的单元，在总电费支出中，仅中央空调 就占去了60％左右，中央空调系统耗电量最大的是主机，主机在整个空调系 统当中占60％以上，循环系统占整个系统用电量的40％左右，因此中央空调 如何节电、如何提高运行效率就显得尤其重要。
传统的中央空调节能主要采用水泵系统的变频加智能控制系统来实现， 在中央空调系统中主机、水泵、冷却塔的进、出水口设置温度、压力传感器， 传感器输出信号接入中心监控计算机，采用PLC可编程序控制器，PLC通过 制冷主机主控箱的通讯接口控制制冷主机，PLC通过导线连接控制冷却水泵、 冷冻水泵和冷却风机的工作状态，PLC和中心监控计算机通过总线实现双向 通讯，其特征是：综合调节中央空调冷冻水、冷却水的流量、温度和制冷 主机压缩机的运行负荷比例，达到中央空调经济运行的最佳状态。
但是，因没有对中央空调系统能耗进行有效的监测与分析，造成了节能 改造没有针对性、节能效果不佳等情况。
发明内容
本发明提供一种基于能耗监测的冷源集中数字控制方法，用以提高中央 空调冷源系统的冷却节能效果。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于能耗监测的冷源集中数字控制 方法，包括以下步骤：
a，对中央空调冷源系统的用电、用水、冷量、温度、压力、设备状态进 行实时监测，具体包括：通过设置在冷源配电室的电力采集终端监测、采集 冷机、水泵、冷却塔的用电参数及用电量；通过设置在制冷站补水管路的自 来水采集终端监测、采集冷源系统的用水量；通过设置在冷冻水、冷却水系 统管路上的温度、压力传感终端监测、采集冷源系统的温度和压力参数；通 过设置在室外和室内设定位置的温湿度传感终端监测、采集室外和室内的温 湿度参数；以及监测冷冻水泵频率手动、自动状态，冷冻水泵起停远程、就 地状态，冷冻水泵运行状态、故障报警；
b，将步骤a中采集的能耗数据、系统状态数据进行汇总，根据系统内的 冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机的运行功率参数、冷水机组的 制冷量，计算出冷源系统的实时制冷效率，并根据当前的室外温湿度参数和 室内温湿度参数及负荷预测模型预测得到当前的预测能耗数据，将预测能耗 数据与实际监测的能耗数据进行对比，发现制冷系统使用中的问题，形成冷 源系统的优化运行控制策略，其中，所述负荷预测模型通过如下方式获得： 统计在不同室外温湿度参数和室内温度度参数条件下，每时、每天、每月、 每年冷源系统的能耗数据，对冷源系统的能耗进行同期或环比分析，获取建 筑实际负荷与室外各气象要素和末端负荷特性之间的关联规律，并依据该关 联规律对历史数据负荷预测算法进行修正，得到负荷预测模型；
c，将步骤b中形成的优化运行控制策略，通过直接数字控制器及与其相 连的电动阀实现优化运行控制。
进一步地，所述直接数字控制器分别设置在主机、冷却水泵、冷却塔位 置。
进一步地，上述方法还包括以下步骤：
将步骤a中采集的能耗数据、系统状态数据进行汇总形成报表和分析报 告，同时与历史数据进行对比统计得出节能效果，推送、展现给相关人员。
进一步地，所述冷冻水泵运行状态包括冷冻水泵的变频运行、旁路运行、 停止。
进一步地，当回水温度达到设定值上限时，冷水机组自动启动，当回水 温度达到设定值下限时，冷水机组自动停机，同时与周边设备进行连锁，系 统启动时先开启电动阀、再开启冷却水泵、再开启冷却塔、最后开启冷水机 组，停机时先停止冷水机组、再停止冷却塔，再停止冷却水泵、最后关闭电 动阀；当有多台冷水机组运行时，系统根据回水温度自动选择开机台数，自 动进行切换，其中，冷源系统在选择所开启的冷水机组时，自动选择使用时 间较少的冷水机组运行。
进一步地，上述方法还包括：
对冷冻水系统设有低温、低压差、低流量保护；和/或
对冷却水系统设有高温、低流量保护；和/或
对电源进行缺相保护、过电压保护、过电流保护、欠电压保护、输出短 路保护、接地故障保护；和/或
当设备发生故障时，通过控制柜实现变频、旁路回路自动切换功能，并 自动投入备用设备；和/或
对冷却水系统设备设置故障报警、通讯软件故障、工艺参数预警报警功 能，同时基于报警严重等级设置报警优先顺序，自动监测各种类别报警，故 障对应的类别包括一般报警、预报警，重要报警等，且在画面上显示相应报 警点，自动弹出报警相关信息。
本发明以能耗监管系统为基础，通过能耗监测判明中央空调系统能源浪 费和能源使用效率低的时间段，通过能效诊断分析产生的原因，通过集中数 字控制技术的应用进行有针对性的节能整改，同时使节能量可计量、可视化。 通过我们的工作使能耗监测、集中数字控制技术与能效管理完美结合。本发 明从中央空调能耗运行优化、日常管理优化等方面进行节能监管和治理，使 得技术的应用更具科学性和严谨性。
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为本发明一个实施例的基于能耗监测的冷源集中数字控制方法流程 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付 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。
图1为本发明一个实施例的基于能耗监测的冷源集中数字控制方法流程 图。如图所示，该冷源集中数字控制方法包括以下步骤：
a，对中央空调冷源系统的用电、用水、冷量、温度、压力、设备状态进 行实时监测，具体包括：通过设置在冷源配电室的电力采集终端监测、采集 冷机、水泵、冷却塔的用电参数及用电量；通过设置在制冷站补水管路的自 来水采集终端监测、采集冷源系统的用水量；通过设置在冷冻水、冷却水系 统管路上的温度、压力传感终端监测、采集冷源系统的温度和压力参数；通 过设置在室外和室内设定位置的温湿度传感终端监测、采集室外和室内的温 湿度参数；以及监测冷冻水泵频率手动、自动状态，冷冻水泵起停远程、就 地状态，冷冻水泵运行状态、故障报警；
b，将步骤a中采集的能耗数据、系统状态数据进行汇总，根据系统内的 冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机的运行功率参数、冷水机组的 制冷量，计算出冷源系统的实时制冷效率，并根据当前的室外温湿度参数和 室内温湿度参数及负荷预测模型预测得到当前的预测能耗数据，将预测能耗 数据与实际监测的能耗数据进行对比，发现制冷系统使用中的问题，形成冷 源系统的优化运行控制策略，其中，所述负荷预测模型通过如下方式获得： 统计在不同室外温湿度参数和室内温度度参数条件下，每时、每天、每月、 每年冷源系统的能耗数据，对冷源系统的能耗进行同期或环比分析，获取建 筑实际负荷与室外各气象要素和末端负荷特性之间的关联规律，并依据该关 联规律对历史数据负荷预测算法进行修正，得到负荷预测模型；
c，将步骤b中形成的优化运行控制策略，通过直接数字控制器及与其相 连的电动阀实现优化运行控制。
上述实施例中，所述直接数字控制器可以有多个，分别设置在主机、冷 却水泵、冷却塔位置。
为便于管理人员和技术人员查看，上述实施例还可以包括以下步骤：
将步骤a中采集的能耗数据、系统状态数据进行汇总形成报表和分析报 告，同时与历史数据进行对比统计得出节能效果，推送、展现给相关人员。
在具体实现时，根据管理需要，可以进行历史、比例等多种角度对用能 情况分析，也可以根据时间、区域等进行多纬度分析，展现方式可以选择曲 线、柱状图、饼图等多种展现方式。按日、月、季度、年等时间段进行能耗 统计，生成各种能源报表和分析报告。
进一步地，所述冷冻水泵运行状态可以包括冷冻水泵的变频运行、旁路 运行、停止。
以下为本发明一个具体实现的实施例：
所实现的中央空调冷源系统功能主要包含实时监测、业务应用和管理支 撑三个层面。实时监测是对中央空调冷源系统的用电、用水、冷量、温度、 压力、设备状态进行实时监测；业务应用层面是对采集的信息进行分析，产 生中央空调冷源系统的优化运行控制策略，通过直接数字控制器、电动阀等 实现优化运行控制；管理支撑层面主要是将数据形成报表及分析报告，同时 统计节能效果，根据管理的需要进行定制，同时发布、展现给管理人员和技 术人员。
1、基础建设
包括服务器、网络、主机等基础网络硬件、操作系统，是能耗监管系统 建设的基础。
2、能耗在线监测
在冷源配电室部署电力采集终端，监测、采集冷机、水泵、冷却塔的用 电参数及用电量；在制冷站补水管路部署自来水采集终端，监测、采集冷源 系统的用水量；在冷冻水、冷却水系统管路上部署温度、压力传感终端，监 测、采集系统的温度和压力；在室外和室内典型位置部署温湿度传感终端， 监测、采集室外和室内的温湿度。
3、能耗分析
对能耗数据、系统状态数据进行汇总分析，找出冷源系统运行中能耗浪 费、能效低的问题原因，形成优化运行控制策略。
4、优化运行控制
在主机、水泵、冷却塔各设备位置部署直接数字控制终端，与主机、水 泵、冷却塔进行通讯，将控制策略写入直接数字控制器，通过软件对冷源系 统进行集中控制及展示。
其中冷源系统优化运行控制采用集中数字控制，冷源集中数字控制系统 是对冷站的冷水主机及其全部下位辅机(包括冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、 电动阀等)的集中监测与控制，可实现冷源系统的一键开机、顺序启停、加 载、减载、联动、保护，根据室外天气情况设定开关机时间，根据室内负荷 变化设定供、回水温度等。
直接数字控制(Direct Digital Control，DDC)，通常称为DDC控制器。 DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，最大特点就是从 参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。DDC控制 器是整个系统的核心，是系统实现控制功能的关键部件。
5、网络传输
系统传输网络的建设内容主要是通讯线路的敷设，一是将水、电、温度、 压力的计量终端通过RS485线与数据采集器下行端口连接，将直接数字控制 终端通过RS485线与各控制网关进行连接；二是通过网线连接数据采集器、 控制网关与系统的采集前置机。
所实现的系统功能包括：
1、能耗在线监测
对中央空调冷源系统的用电、用水、冷量、温度、压力、设备状态进行 实时监测。
2、能耗分析
根据管理需要，进行历史、比例等多种角度对用能情况分析，也可以根 据时间、区域等进行多纬度分析，展现方式可以选择曲线、柱状图、饼图等 多种展现方式。按日、月、季度、年等时间段进行能耗统计，生成各种能源 报表和分析报告。
3、冷水主机运行管理及内外部数据监控
冷水机组运行状态监测、故障报警；冷水机组内部参数监测；冷水机组 启、停控制；累积冷水机组运行时间。
4、冷冻水系统监控
冷冻水回路总管供水流量监测；冷冻水供回水总管温度监测；分集水器 间的压差、供回水压差监测；冷冻水泵频率手动、自动状态；冷冻水泵起停 远程、就地状态；冷冻水泵运行状态(变频运行、旁路运行、停止)，故障 报警；冷冻水泵变频器频率反馈、给定；冷冻水泵变频器内部参数监控；冷 冻水泵电力参数监测。
5、冷却水系统监控
冷却水回水总管温度监测；分集水器间的压差、供回水压差监测；冷却 水泵频率手动、自动状态；冷却水泵、冷却塔起停远程、就地状态；冷却水 泵、冷却塔风机运行状态监测，故障报警；冷却水泵、冷却塔就地、远程启 停控制；冷却水泵变频器频率反馈、给定；冷却水泵变频器内部参数监控； 冷却水泵、冷却塔电力参数监测。
6、机房群控
设备自动切换、系统连锁控制；冷水机组加载、卸载控制；对电动阀等 设备的监控；系统保护控制。当回水温度达到设定值上限时，冷水机组自动 启动，当回水温度达到设定值下限时，冷水机组自动停机，同时与周边设备 进行连锁，系统启动时先开启电动阀、再开启冷却水泵、再开启冷却塔、最 后开启冷水机组，停机时先停止冷水机组、再停止冷却塔，再停止冷却水泵、 最后关闭电动阀；当有多台冷水机组运行时，系统根据回水温度自动选择开 机台数，自动进行切换，其中，冷源系统在选择所开启的冷水机组时，自动 选择使用时间较少的冷水机组运行，如回水温度高时自动选择第二台、第三 台冷水机组加入运行，如回水温度低时自动减少运行台数。
7、安全保护及报警
冷源群控系统提供完备的系统保护功能，包括冷冻水系统设有低温、低 压差、低流量保护；冷却水设有高温、低流量保护。确保主机运行安全、稳 定，避免主机发生喘振、蒸发器冻管等故障。电源缺相保护、过电压保护、 过电流保护、欠电压保护、输出短路保护、接地故障保护。设备发生故障时， 控制柜实现变频、旁路回路自动切换功能，并自动投入备用设备。冷水系统 设备故障报警、通讯软件故障、工艺参数预警报警。提供多种报警管理功能， 提供基于报警严重等级的报警优先设置。自动监测各种类别报警，包括一般 报警、预报警，重要报警等，且在画面上显示相应报警点，自动弹出报警相 关信息。
此外，还可长期存储和根据用户的需求进行各种查询，如按用户、故障 类型、发生时间等条件或条件组合进行查询。历史数据库中的报警记录可长 期存档并作后期分析。
本发明以能耗监管系统为基础，通过能耗监测判明中央空调系统能源浪 费和能源使用效率低的时间段，通过能效诊断分析产生的原因，通过集中数 字控制技术的应用进行有针对性的节能整改，同时使节能量可计量、可视化。 通过我们的工作使能耗监测、集中数字控制技术与能效管理完美结合。本发 明从中央空调能耗运行优化、日常管理优化等方面进行节能监管和治理，使 得技术的应用更具科学性和严谨性。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中 的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施 例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的 一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步 拆分成多个子模块。
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实施例技术方案的精神和范围。