專利名稱：水流量控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種用在傳統(tǒng)中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中的水流量控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，在大型建筑中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中常采用二次泵變流量系統(tǒng)。圖I描繪了現(xiàn)有技術(shù)中的中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)，參見(jiàn)圖1，冷水主機(jī)一側(cè)(簡(jiǎn)稱為主機(jī)側(cè))110采用每一臺(tái)主機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)定速泵(又稱為一次泵)的配置，確保冷水機(jī)組定流量運(yùn)行，而在末端空氣處理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱為用戶側(cè))120采用變速水泵(又稱為二次泵)，根據(jù)用戶側(cè)負(fù)荷的變化實(shí)現(xiàn)變流量運(yùn)行。通常使用的二次泵控制方法是壓差控制，即把用戶側(cè)供水端壓差或遠(yuǎn)端壓差作為控制變量，通過(guò)比較實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值來(lái)控制二次泵160的轉(zhuǎn)速。根據(jù)預(yù)期設(shè)計(jì)，主機(jī)側(cè)110到用戶側(cè)120的供水管130中的水量應(yīng)當(dāng)大于用戶側(cè)120到主機(jī)側(cè)110的回水管140中的水量，用戶側(cè)120的回水應(yīng)全部流回主機(jī)。但在實(shí)際運(yùn)行中，在現(xiàn)有的二次泵控·制方法下，常常出現(xiàn)用戶側(cè)回水管140中的水量大于主機(jī)側(cè)供水管130中的水量的現(xiàn)象，導(dǎo)致用戶側(cè)回水管140中的部分回水經(jīng)由旁通管150 (聯(lián)通在供水管130和回水管140之間的管道)與主機(jī)側(cè)供水管130中的水混合，這種現(xiàn)象稱之為“逆向回流”。逆向回流現(xiàn)象使用戶側(cè)120的部分回水與主機(jī)側(cè)供水管130中的水混合，提高了流向用戶側(cè)120的供水溫度，其后果是在同樣用戶側(cè)負(fù)荷條件下，用戶側(cè)空氣處理設(shè)備需要更多的供水量，這就增加了用戶側(cè)120的二次水泵160的能耗。如果這種現(xiàn)象不加以控制，會(huì)導(dǎo)致用戶側(cè)120水系統(tǒng)出現(xiàn)惡性循環(huán)供水溫度升高，用戶側(cè)120需要更多的水量，更多的用戶側(cè)回水混入用戶側(cè)供水，供水溫度進(jìn)一步升高，直至二次水泵160達(dá)到最大供水量。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)逆向回流發(fā)生時(shí),操作者可通過(guò)增加冷水主機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)增加主機(jī)側(cè)110的水量，從而減少并消除逆向回流。傳統(tǒng)解決辦法雖然能夠消除逆向回流，但卻額外增加了冷水主機(jī)和二次水泵的能耗，影響了中央空調(diào)系統(tǒng)的整體的能源效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中易于在旁通管中出現(xiàn)逆向回流的缺陷，提供一種水流量控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種水流量控制系統(tǒng)，用于控制中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中旁通管內(nèi)的水流量，其中，所述水流量控制系統(tǒng)包括流量流向檢測(cè)器、流量限制控制器、壓差設(shè)定值控制器、二次泵控制器、遠(yuǎn)端壓差計(jì)以及近端壓差計(jì)；其中，所述流量流向檢測(cè)器設(shè)置在所述中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中的旁通管上，并與所述流量限制控制器電連接；所述遠(yuǎn)端壓差計(jì)設(shè)置在所述中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)的水力最不利環(huán)路的末端設(shè)備的供回水管路之間，而所述近端壓差計(jì)設(shè)置在用戶側(cè)的供水端供水主管和回水主管之間；其中所述遠(yuǎn)端壓差計(jì)與所述壓差設(shè)定值控制器電連接，所述近端壓差計(jì)與所述二次泵控制器電連接；所述壓差設(shè)定值控制器分別與所述流量限制控制器和所述二次泵控制器電連接；所述二次泵控制器與所述中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中的二次泵電連接。本發(fā)明還提供了一種水流量控制方法，用于控制中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中旁通管內(nèi)的水流量，其中，采用權(quán)利要求I所述的水流量控制系統(tǒng)，執(zhí)行以下步驟S101、啟動(dòng)所述水流量控制系統(tǒng)；S102、測(cè)量所述中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中旁通管內(nèi)的水流量值和流向以及所述中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)的近端壓差值和遠(yuǎn)端壓差值；S103、設(shè)定所述用戶側(cè)的最大近端壓差設(shè)定值； S104、設(shè)定所述用戶側(cè)的近端壓差設(shè)定值；S105、比較測(cè)量的所述近端壓差值與確定的所述近端壓差設(shè)定值，并基于比較結(jié)果調(diào)整二次泵的運(yùn)行參數(shù)；S105、一次二次泵的調(diào)整過(guò)程結(jié)束，返回所述步驟S102。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是依據(jù)本發(fā)明的水流量系統(tǒng)采集二次冷凍水系統(tǒng)中旁通管內(nèi)實(shí)際的水流量、二次冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)的實(shí)際近端壓差和遠(yuǎn)端壓差，并結(jié)合預(yù)設(shè)參數(shù)，確定近端壓差設(shè)定值DPlset，并通過(guò)比較采集的近端壓差DPl與確定的近端壓差設(shè)定值DPlset來(lái)調(diào)整二次泵的運(yùn)行參數(shù)。由此通過(guò)控制中央空調(diào)二次冷凍水系統(tǒng)中的二次泵的運(yùn)行參數(shù)，從而調(diào)節(jié)中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)供水管中的水流量，確保用戶側(cè)回水管中的水流量不大于主機(jī)側(cè)供水管中的水流量，防止旁通管中逆向回流的發(fā)生。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖I是現(xiàn)有技術(shù)中中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是描繪依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的水流量控制系統(tǒng)的邏輯框圖；圖3是描繪依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的執(zhí)行水流量控制方法的執(zhí)行步驟的流程圖；圖4是描繪依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的參數(shù)X的時(shí)間變化率(dX/dt)隨水流量Mbp值的變化曲線圖；圖5是描繪依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的近端壓差設(shè)定值DPlset與DPlset,min、DPlset,max和Cf三個(gè)參數(shù)之間的變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖2是描繪依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的水流量控制系統(tǒng)的邏輯框圖，參見(jiàn)圖2，該水流量控制系統(tǒng)200包括流量流向檢測(cè)器210、流量限制控制器220、壓差設(shè)定值控制器230、二次泵控制器240、遠(yuǎn)端壓差計(jì)250以及近端壓差計(jì)260。其中，流量流向檢測(cè)器210設(shè)置在旁通管150上，用于測(cè)量旁通管150中流過(guò)的水流的流向和流量，在本發(fā)明中，定義旁通管150中的水流從主機(jī)側(cè)供水管130流向用戶側(cè)回水管140時(shí)為正向(即旁通管150中的水由圖2中的“S”流向“R”時(shí)為正，反之為負(fù))。流量流向檢測(cè)器210與流量限制控制器220電連接，從而將檢測(cè)的旁通管150中的水流的流向和流量信息發(fā)送至流量限制控制器220。遠(yuǎn)端壓差計(jì)250設(shè)置在中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)的水力最不利環(huán)路的末端設(shè)備的供回水管路之間，而近端壓差計(jì)260設(shè)置在用戶側(cè)的供水端供水主管和回水主管之間，用以分別測(cè)量用戶側(cè)120中水系統(tǒng)的遠(yuǎn)端壓差和近端壓差。遠(yuǎn)端壓差計(jì)250與壓差設(shè)定值控制器230電連接，從而將測(cè)量的遠(yuǎn)端壓差信號(hào)發(fā)送至壓差設(shè)定值控制器230。近端壓差計(jì)260與二次泵控制器240電連接，從而將測(cè)量的近端壓差信號(hào)發(fā)送至二次泵控制器240。另夕卜，壓差設(shè)定值控制器230分別與流量限制控制器220和二次泵控制器240電連接。二次泵控制器240與二次泵160電連接，從而可以控制二次泵160的運(yùn)行，例如控制二次泵160的工作頻率以及轉(zhuǎn)速等。圖3是描繪采用圖2中示出的水流量控制系統(tǒng)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的二次冷凍水用戶側(cè)水流量進(jìn)行限制控制的方法的流程圖。在執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的水流量控制方法的步 驟中，從步驟SlOl開(kāi)始。步驟SlOl中，在中央空調(diào)二次冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，開(kāi)啟水流量控制系統(tǒng)。步驟S102中，水流量控制系統(tǒng)中流量流向檢測(cè)器210檢測(cè)旁通管150中水流的流量和流向，并將流量值Mbp反饋至流量限制控制器220。根據(jù)流向確定Mbp值的正負(fù)號(hào)，如圖2所示，當(dāng)水流從旁通管150的“S”流向“R”時(shí)，Mbp值為正；當(dāng)水流從旁通管150的“R”流向“S”時(shí)，Mbp值為負(fù)，逆向回流發(fā)生。另外，遠(yuǎn)端壓差計(jì)250和近端壓差計(jì)260分別測(cè)量中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)120的遠(yuǎn)端壓差DP2和近端壓差DPl，并且，遠(yuǎn)端壓差計(jì)250將采集的遠(yuǎn)端壓差值DP2反饋至壓差設(shè)定值控制器230，近端壓差計(jì)260將采集的近端壓差值DPl反饋至二次泵控制器240。步驟S103中，流量限制控制器220包括適合的邏輯、接口和/或電路，首先，基于用戶預(yù)設(shè)的旁通管150中的流量閾值μ，即用戶設(shè)定的旁通管150內(nèi)所容許的最小正向流量(當(dāng)水在旁通管150內(nèi)由“S”流向“R”時(shí)為正，反之為負(fù))，流量限制控制器220對(duì)接收的Mbp值進(jìn)行處理。當(dāng)流量閾值μ為零時(shí)表示用戶側(cè)回水管140中最大容許流量等于主機(jī)側(cè)供水管130中的流量；當(dāng)流量閾值μ大于零時(shí)表示用戶側(cè)回水管140中最大容許流量小于主機(jī)側(cè)供水管130中的流量；當(dāng)流量閾值μ小于零時(shí)表示用戶側(cè)回水管140中最大容許流量大于主機(jī)側(cè)供水管130中的流量，逆向回流發(fā)生。因此，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，流量閾值μ應(yīng)略大于零或等于零。另外，流量限制控制器220用以根據(jù)公式I計(jì)算用戶側(cè)120的最大近端壓差設(shè)定值 DPlset,max DPlset,fflax = DPIll+(DPIul-DPIll)X, X e [O, I](I)其中，DPUP DPI1^分別為DPlset,max的預(yù)設(shè)下限值和上限值，這兩個(gè)參數(shù)由用戶根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定；x為預(yù)設(shè)系數(shù)，其值大于等于O而小于等于I。X是一個(gè)變量，圖4示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例X的對(duì)時(shí)間的變化率(dX/dt)隨旁通管150中流量的變化值曲線，通過(guò)對(duì)時(shí)間的積分即可獲得X的值，圖4中曲線的斜率將根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行確定。如圖4所示，當(dāng)旁通管150內(nèi)的水流量Mbp介于O和μ之間時(shí),dX/dt為零(即X不變)；當(dāng)旁通管150內(nèi)的水流量Mbp小于零時(shí)，dX/dt為負(fù)值(X減小)，且與Mbp呈線性關(guān)系，當(dāng)Mbp負(fù)向增加時(shí)，dX/dt也相應(yīng)地負(fù)向增加，即dX/dt的絕對(duì)值隨Mbp的絕對(duì)值增大而增大。當(dāng)旁通管150內(nèi)的水流量Mbp大于μ時(shí)，dX/dt為正值，dX/dt的值隨Mbp值增大而線性增大。結(jié)合公式I與圖4可以看出，當(dāng)旁通管150內(nèi)的水流量Mbp大于預(yù)先設(shè)定的流量閾值μ時(shí)，DPlsrt,max會(huì)不斷的增加，所能達(dá)到的最大極限值為DPlm;當(dāng)旁通管內(nèi)水流量Mbp大于等于O而小于等于μ時(shí)，DPIsrt,max保持不變；當(dāng)旁通管內(nèi)的水流量Mbp小于O時(shí)，DPlsrt,max會(huì)不斷的減少，直至旁通管內(nèi)的水流量Mbp為零，其所能達(dá)到的最小極限值為DPQ。最后，流量限制控制器220將獲得的旁通管150內(nèi)的最大近端壓差設(shè)定值DPlset,_反饋至壓差設(shè)定值控制器230。步驟S104中，壓差設(shè)定值控制器230用于重新設(shè)置用于控制二次泵160運(yùn)行參數(shù)的近端壓差設(shè)定值DPlset。在依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，DPlset由DPlset,min、DPlset,max和Cf三個(gè)參數(shù)共同確定，圖5示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的近端壓差設(shè)定值DPlset與DPlset,min、DPlset,max和Cf三個(gè)參數(shù)之間的變化曲線圖。其中，DPlset,min為DPlset的最小值，在該實(shí)施例中DPlset, min為常數(shù)，由用戶根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定；DPU,max為DPlsrt的最大值，是一個(gè)變量，從流量限制控制器220接收；Cf為末端流量需求系數(shù)，是一個(gè)大于等于O而小于等于I的變量，反映了末端設(shè)備為實(shí)現(xiàn)冷負(fù)荷的供給而對(duì)冷水流量的需求，圖5中近端壓差設(shè)定值DPlsrt隨Cf的增大而線性增大。在依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，壓差設(shè)定值控制器230通過(guò)比較從遠(yuǎn)端壓差計(jì)260采集的遠(yuǎn)端壓差DP2與遠(yuǎn)端壓差DP2的設(shè)定值DP2srt之間的差別，并采用反饋控制來(lái)確定Cf，所述反饋控制例如通過(guò)連續(xù)調(diào)整Cf的值來(lái)調(diào)節(jié)DP2與DP2srt之間的差另IJ，當(dāng)DP2與DP2set之間的差別消除時(shí)確定Cf。其中DP2set可以是預(yù)先設(shè)定的常數(shù)，也可以是一個(gè)實(shí)時(shí)優(yōu)化變量，該變量能夠在確保向用戶側(cè)末端設(shè)備提供足夠冷水流量的前提下，盡可能減少末端設(shè)備的總阻力。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，壓差設(shè)定值控制器230檢測(cè)用戶側(cè)各末端設(shè)備水系統(tǒng)閥門的開(kāi)啟情況，通過(guò)持續(xù)調(diào)-Cf的值，使閥門開(kāi)啟的情況達(dá)到其預(yù)先的設(shè)定值，該閥門開(kāi)啟情況設(shè)定值由用戶根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)自行確定。最后，壓差設(shè)定值控制器230將獲得的近端壓差設(shè)定值DPlset反饋至二次泵控制器 240。步驟S105中，二次泵控制器240包括適合的邏輯、接口和/或電路，用以將從壓差設(shè)定值控制器230接收的近端壓差設(shè)定值DPlset與從近端壓差計(jì)260采集的近端壓差值DPl進(jìn)行比較，并基于比較結(jié)果不斷調(diào)整二次泵160的運(yùn)行參數(shù)(包括二次泵160的轉(zhuǎn)速或工作頻率等)，從而消除測(cè)量的近端壓差值DPl與近端壓差設(shè)定值DPlsrt之間的差別。步驟S106中，二次泵調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，返回步驟S102，以開(kāi)始下一次二次泵調(diào)節(jié)過(guò)程。從以上可以看出，在傳統(tǒng)的中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中，結(jié)合使用依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的水流量控制系統(tǒng)，可以基于從旁通管測(cè)得的實(shí)際水流量和流向，獲得最大近端壓差設(shè)定值DPlset, max ;結(jié)合最大近端壓差設(shè)定值DPlset, max、預(yù)設(shè)的DPlset, min以及用戶側(cè)末端設(shè)備為實(shí)現(xiàn)冷負(fù)荷的供給而對(duì)冷水流量的需求系數(shù)Cf，可以確定近端壓差設(shè)定值DPlsrt ;最后基于所確定的近端壓差設(shè)定值DPlset來(lái)調(diào)整中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中的二次泵的運(yùn)行，諸如二次泵的轉(zhuǎn)速或工作頻率等，從而調(diào)整用戶側(cè)供水管中的水流量，確保用戶側(cè)回水管中的水流量不大于主機(jī)側(cè)供水管中的水流量。由此，能夠控制旁通管中的水流量，有效地消除了旁通管內(nèi)的逆向回流現(xiàn)象，防止來(lái)自用戶側(cè)的回水直接混入供水管中以對(duì)用戶側(cè)進(jìn)行供水，最終能夠保持用戶側(cè)的供水溫度等于冷水機(jī)組的出水溫度，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種水流量控制系統(tǒng)，用于控制中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中旁通管內(nèi)的水流量，其特征在于，所述水流量控制系統(tǒng)包括流量流向檢測(cè)器、流量限制控制器、壓差設(shè)定值控制器、二次泵控制器、遠(yuǎn)端壓差計(jì)以及近端壓差計(jì)；其中， 所述流量流向檢測(cè)器設(shè)置在所述中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中的旁通管上，用以測(cè)量所述旁通管中水流的流量和流向并將所述流量和流向的信息發(fā)送給所述流量限制控制器； 所述遠(yuǎn)端壓差計(jì)將測(cè)量的遠(yuǎn)端壓差信號(hào)發(fā)送給所述壓差設(shè)定值控制器，所述近端壓差計(jì)將測(cè)量的近端壓差信號(hào)發(fā)送給所述二次泵控制器； 所述壓差設(shè)定值控制器從所述流量限制控制器接收設(shè)定的所述用戶側(cè)的最大近端壓差設(shè)定值，并將設(shè)定的壓差設(shè)定值發(fā)送給所述二次泵控制器； 所述二次泵控制器控制所述中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中的二次泵的工作。
2.一種水流量控制方法，用于控制中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中旁通管內(nèi)的水流量，其特征在于，采用權(quán)利要求I所述的水流量控制系統(tǒng)，執(zhí)行以下步驟 ·5101、啟動(dòng)所述水流量控制系統(tǒng)； ·5102、測(cè)量所述中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中旁通管內(nèi)的水流量值以及所述中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)的近端壓差值和遠(yuǎn)端壓差值； ·5103、設(shè)定所述用戶側(cè)的最大近端壓差設(shè)定值； ·5104、設(shè)定所述用戶側(cè)的近端壓差設(shè)定值； ·5105、比較測(cè)量的所述近端壓差值與確定的所述近端壓差設(shè)定值，并基于比較結(jié)果調(diào)整二次泵的運(yùn)行參數(shù)； ·5106、二次泵的調(diào)整過(guò)程結(jié)束，返回所述步驟S102。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水流量控制系統(tǒng)及方法，所述水流量控制方法包括執(zhí)行以下步驟啟動(dòng)所述水流量控制系統(tǒng)；采集中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中旁通管內(nèi)的水流量值以及中央空調(diào)二次泵冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)的近端壓差值和遠(yuǎn)端壓差值；確定用戶側(cè)的最大近端壓差設(shè)定值；確定用戶側(cè)的近端壓差設(shè)定值；比較采集的近端壓差值與確定的近端壓差設(shè)定值，并基于比較結(jié)果調(diào)整二次泵的運(yùn)行參數(shù)；二次泵的調(diào)整過(guò)程結(jié)束。通過(guò)該水流量控制系統(tǒng)及方法可以調(diào)整二次泵的運(yùn)行參數(shù)，從而調(diào)節(jié)中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中用戶側(cè)供水管中的水流量，確保用戶側(cè)回水管中的水流量不大于主機(jī)側(cè)供水管中的水流量，最終防止旁通管中逆向回流的發(fā)生。
文檔編號(hào)F24F11/00GK102889664SQ20111020219
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者王盛衛(wèi) 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)