專利名稱：自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空調(diào)和采暖循環(huán)水系統(tǒng)的流量控制系統(tǒng)，特別涉及一種自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制方法及系統(tǒng)。
目前，在空調(diào)和采暖循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行過(guò)程中，節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來(lái)越引起人們的重視。變流量水系統(tǒng)則是系統(tǒng)節(jié)能的有效技術(shù)之一。變流量系統(tǒng)設(shè)計(jì)已成為必不可少的節(jié)能技術(shù)手段。空調(diào)采暖系統(tǒng)冷，熱負(fù)荷是一個(gè)動(dòng)態(tài)變量，在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，85％以上的時(shí)間，系統(tǒng)是處于低于設(shè)計(jì)最大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。所以，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅應(yīng)該進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，更應(yīng)一改以往的靜態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的應(yīng)變能力。具體的講，就是在系統(tǒng)末端采用完善的監(jiān)測(cè)控制手段，如溫濕度，C02，風(fēng)速，風(fēng)壓，壓差等傳感器和電動(dòng)兩通閥，調(diào)節(jié)閥等，并通過(guò)DDC控制單元進(jìn)行控制。在條件許可時(shí)，采用VAV變風(fēng)量系統(tǒng)等。而就水系統(tǒng)而言，就是相對(duì)應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷的水循環(huán)流量的動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)系統(tǒng)流量在某一時(shí)刻一定時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷與溫差呈線性關(guān)系。Q=f(Δt)；反之，當(dāng)系統(tǒng)的供回水溫差一定時(shí)，則系統(tǒng)負(fù)荷與循環(huán)流量為線性關(guān)系，Q=f(L)；但是，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工完成后，系統(tǒng)的管道特性k即為一定。根據(jù)循環(huán)水泵的流體力學(xué)特性和系統(tǒng)的管路特性，系統(tǒng)的循環(huán)流量與水泵的轉(zhuǎn)速成正比，為線性關(guān)系。而水泵的壓差和實(shí)際軸功率分別與轉(zhuǎn)速的二次方和三次方成正比。即L2/L1=n2/n11-----------------(1)P2/P1=(n2/n1)3--------------(2)N2/N1=(n2/n1)3--------------(3)L1,L2系統(tǒng)流量m3/H
P1,P2系統(tǒng)壓差kPaN1,N2軸功率 kw因而，適應(yīng)水系統(tǒng)的變流量設(shè)計(jì)，不僅要考慮到系統(tǒng)負(fù)荷的流量和須用壓差要求，還應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和應(yīng)變能力。在正常運(yùn)行的某一時(shí)刻，當(dāng)系統(tǒng)的流量一定時(shí)，則系統(tǒng)循環(huán)水的供回水溫差隨負(fù)荷的變化而發(fā)生變化。在冷，熱源控制供水溫度為一定時(shí)，(通常的系統(tǒng)設(shè)計(jì)均采用定供水溫度)實(shí)際上系統(tǒng)的負(fù)荷變化直接引起回水溫度的變化。
本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制方法及系統(tǒng)，在實(shí)際工程中是一種最直接的控制方法，通過(guò)適時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的循環(huán)流量穩(wěn)定回水溫度而達(dá)到節(jié)能的目的?？朔F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制方法，其特征為本發(fā)明是基于建立在定回水溫度控制的自適應(yīng)變流量系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的即t1=c+δt cthτcos(2π/v/Qi)τ=c+δt(eτ+eτ)/(eτ+eτ)cos(2π/v/Qi)t1回水溫度℃；c回水溫度設(shè)定值℃；δt回水溫度最大偏離值℃；τ時(shí)間分鐘；v系統(tǒng)水容量m3；Qi系統(tǒng)循環(huán)流量m3/h；V/Qi系統(tǒng)循環(huán)周期分鐘；采用PID比例積分控制模式，在空調(diào)和采暖循環(huán)水系統(tǒng)中，即在冷熱源和循環(huán)泵串聯(lián)的管路中，采用由設(shè)置在冷熱源前的流量傳感器的信號(hào)，由設(shè)置在循環(huán)泵前后的壓差傳感器的信號(hào)，由設(shè)置在循環(huán)泵前的溫度傳感器的信號(hào)，三個(gè)信號(hào)送入可編程控制器，采用PID比例積分控制模式，再由可編程控制器控制連接在循環(huán)泵上的控制循環(huán)泵的變頻器，達(dá)到系統(tǒng)的定回水溫度的自適應(yīng)變流量控制。
其自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制系統(tǒng)是在空調(diào)和采暖循環(huán)水系統(tǒng)中，即在冷熱源和循環(huán)泵串聯(lián)的管路中，在冷熱源前設(shè)置流量計(jì)及流量傳感器，在循環(huán)泵前后設(shè)置壓差傳感器，在循環(huán)泵前設(shè)置溫度傳感器，流量傳感器、壓差傳感器、溫度傳感器三個(gè)傳感器連接可編程控制器，可編程控制器采用PID比例積分控制模式，再由可編程控制器連接循環(huán)泵上的控制循環(huán)泵的變頻器，形成定回水溫度的自適應(yīng)變流量控制系統(tǒng)，可編程控制器還連接顯示流量、壓差、回水溫度的數(shù)碼顯示器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該控制方法及系統(tǒng)與定流量系統(tǒng)相比較有明顯的優(yōu)點(diǎn)，它可以平滑的實(shí)現(xiàn)真正意義上的變流量運(yùn)行，系統(tǒng)具有很高的應(yīng)變能力和靈活性；可以實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)穩(wěn)定地全透明運(yùn)行；更重要的是有明顯的節(jié)能效果，系統(tǒng)規(guī)模越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越好，節(jié)能效果越明顯，系統(tǒng)投資在1-3年內(nèi)均可通過(guò)節(jié)能而達(dá)到理想的回收。從系統(tǒng)的穩(wěn)定，節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)看，該系統(tǒng)都具有普遍的實(shí)用意義。采用定回水溫度控制的變頻調(diào)速變流量空調(diào)采暖系統(tǒng)無(wú)疑是一種簡(jiǎn)便易行，目標(biāo)明確，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠的節(jié)能技術(shù)下面結(jié)合


實(shí)施例圖1是自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2是自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制曲線圖本發(fā)明自適應(yīng)定回水溫度變流量控制方法及系統(tǒng)。是基于建立在定回水溫度控制的自適應(yīng)變流量系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的即t1=c+δt cthτcos(2π/v/Qi)τ=c+δt(eτ+eτ)/(eτ+eτ)cos(2π/v/Qi)τ-------------------(4)t1回水溫度℃；
c回水溫度設(shè)定值℃；δt回水溫度最大偏離值℃；τ時(shí)間分鐘；v系統(tǒng)水容量m3；Qi系統(tǒng)循環(huán)流量m3/h；V/Qi系統(tǒng)循環(huán)周期分鐘；公式(4)中，v/Qi控制過(guò)程中是一個(gè)變量，因此，公式(4)只是對(duì)實(shí)際控制過(guò)程的準(zhǔn)確直觀的描述。系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)過(guò)程符合余弦和余切雙曲線規(guī)律，若用公式(4)數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程的控制，需要考慮多變量過(guò)程的影響和繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，將會(huì)使問(wèn)題復(fù)雜化，甚至使控制過(guò)程變成不可能。在實(shí)際工程上采用PID比例積分控制模式，即可達(dá)到同樣符合實(shí)際系統(tǒng)規(guī)律的控制目的。通過(guò)某實(shí)際工程的調(diào)試運(yùn)行結(jié)果證明，回水溫度可控制在±0.5℃范圍之內(nèi)，節(jié)能效果十分明顯。實(shí)際的控制過(guò)程如圖1所示圖中1變頻器，2溫度傳感器，3流量計(jì)及傳感器，4壓差傳感器，5數(shù)碼顯示器或液晶顯示器(流量，壓差和回水溫度)，6可編程控制器，7冷熱源，8循環(huán)泵。
在空調(diào)和采暖循環(huán)水系統(tǒng)中，即在冷熱源和循環(huán)泵串聯(lián)的管路中，在冷熱源前設(shè)置流量計(jì)及流量傳感器，在循環(huán)泵前后設(shè)置壓差傳感器，在循環(huán)泵前設(shè)置溫度傳感器，流量傳感器、壓差傳感器、溫度傳感器三個(gè)傳感器連接可編程控制器，可編程控制器采用PID比例積分控制模式，再由可編程控制器連接循環(huán)泵上的控制循環(huán)泵的變頻器，形成定回水溫度的自適應(yīng)變流量控制系統(tǒng)，可編程控制器還連接顯示流量、壓差、回水溫度的數(shù)碼顯示器。
這里，變頻器只是作為執(zhí)行器，必須為其配置一個(gè)可編程控制器PLC作為控制器。流量計(jì)應(yīng)采用電磁流量計(jì)或超聲波流量計(jì)。可編程控制器PLC適時(shí)接受系統(tǒng)回水溫度并進(jìn)行PID運(yùn)算，指令變頻器調(diào)速，同時(shí)通過(guò)顯示器顯示系統(tǒng)的瞬間流量值和壓差值，從而實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)的全透明工況運(yùn)行，也使得系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能更直觀可信。該系統(tǒng)也可以通過(guò)預(yù)留的通訊接口與BAS(樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng))相連接，BAS控制中心直接了解系統(tǒng)任何時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)，也為業(yè)主的能源管理決策提供了可靠依據(jù)。
從(圖2)可以看到，在自適應(yīng)定回水溫度變流量控制下，系統(tǒng)的循環(huán)周期隨系統(tǒng)的流量而變化，也就是說(shuō)，系統(tǒng)的循環(huán)倍率成為變量。隨著系統(tǒng)負(fù)荷的變化，系統(tǒng)的流量，壓差相應(yīng)改變。而循環(huán)水泵的特性和系統(tǒng)流量及壓差的變化充分符合流體的管道特性規(guī)律。在系統(tǒng)流量大于最小流量的范圍內(nèi)，可以保證水系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生失調(diào)。
在自適應(yīng)定回水溫度變流量控制系統(tǒng)中，變量控制的邏輯關(guān)系可分為兩種情況，1，供熱工況，2，供冷工況在供熱工況，當(dāng)回水溫度變化值超過(guò)±δt時(shí)t2-c＞δt 水泵轉(zhuǎn)速提高n↑t2-c＜-δt 水泵轉(zhuǎn)速降低n↓在供冷工況，t2-c＞δt 水泵轉(zhuǎn)速降低n↓t2-c＜-δt 水泵轉(zhuǎn)速提高n↑t2實(shí)際回水溫度 c設(shè)計(jì)回水溫度在自適應(yīng)定回水溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要注意的問(wèn)題是1，對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)，必須設(shè)冬/夏工況轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行要求，對(duì)于采暖則不必設(shè)置此功能。2，對(duì)于采暖系統(tǒng)單工況，則不必設(shè)此轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。3，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，防止失調(diào)，控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置最小流量限制，任何時(shí)刻流量(即使回水溫度超出控制范圍)不得小于最小流量，一般情況下，最小流量按系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的45-50％設(shè)定。本限定主要是考慮避免實(shí)際運(yùn)行中，由于流量減少到一定范圍時(shí)，循環(huán)水泵所提供的循環(huán)壓差不足以抵償因溫差而引起重力壓頭及實(shí)際管道系統(tǒng)的水力狀態(tài)不可能完全理想平衡產(chǎn)生部分環(huán)路或末端的系統(tǒng)失調(diào)。4，在水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采暖系統(tǒng)末端應(yīng)設(shè)溫控閥；空調(diào)系統(tǒng)的末端一般可不采用電動(dòng)兩通閥，而采用三通調(diào)節(jié)閥，水管路盡可能采用同程設(shè)計(jì)，并應(yīng)進(jìn)行較準(zhǔn)確的水力平衡計(jì)算；推薦的理想方法是，在總供回水管設(shè)溫控旁通閥而末端仍采用電動(dòng)兩通閥，其節(jié)能效果明顯優(yōu)于前者；考慮到水泵的并聯(lián)工作特性和系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性，一個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)水泵不宜超過(guò)四臺(tái)(不設(shè)備用泵)；采暖系統(tǒng)的循環(huán)水泵不宜超過(guò)三臺(tái)。為了保證系統(tǒng)調(diào)節(jié)的連續(xù)性，除第一臺(tái)循環(huán)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)外，無(wú)論是升序調(diào)節(jié)還是降序調(diào)節(jié)，其余水泵的投入或退出運(yùn)行時(shí)，都應(yīng)在30Hz進(jìn)行，這樣有助于系統(tǒng)的穩(wěn)定，提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，并可有效保護(hù)變頻器的安全，在實(shí)踐中證明是完全可行的。5，為了提高控制系統(tǒng)的應(yīng)變能力，控制系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的回水溫度設(shè)定鍵，可以方便的現(xiàn)場(chǎng)改變回水溫度設(shè)定值，以滿足不同溫差系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求或進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)的變工況運(yùn)行的要求。該功能也會(huì)為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和追蹤實(shí)際運(yùn)行帶來(lái)極大的方便。
綜上所述，我們把該控制系統(tǒng)定義為自適應(yīng)定回水溫度變流量控制系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明，該控制方式的變流量系統(tǒng)與定流量系統(tǒng)相比較有明顯的優(yōu)點(diǎn)，它可以平滑的實(shí)現(xiàn)真正意義上的變流量運(yùn)行，系統(tǒng)具有很高的應(yīng)變能力和靈活性；可以實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)穩(wěn)定地全透明運(yùn)行；更重要的是有明顯的節(jié)能效果，系統(tǒng)規(guī)模越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越好，節(jié)能效果越明顯，系統(tǒng)投資在1-3年內(nèi)均可通過(guò)節(jié)能而達(dá)到理想的回收。從系統(tǒng)的穩(wěn)定，節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)看，該系統(tǒng)都具有普遍的實(shí)用意義。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制方法，其特征為本發(fā)明是基于建立在定回水溫度控制的自適應(yīng)變流量系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的即tl=c+δt cthτcos(2π/v/Qi)τ=c+δt(eτ+eτ)/(eτ+eτ)cos(2π/v/Qi)t1回水溫度℃；c回水溫度設(shè)定值℃；δt回水溫度最大偏離值℃；τ時(shí)間分鐘；v系統(tǒng)水容量m3；Qi系統(tǒng)循環(huán)流量m3/h；V/Qi系統(tǒng)循環(huán)周期分鐘；采用PID比例積分控制模式，在空調(diào)和采暖循環(huán)水系統(tǒng)中，即在冷熱源和循環(huán)泵串聯(lián)的管路中，采用由設(shè)置在冷熱源前的流量傳感器的信號(hào)，由設(shè)置在循環(huán)泵前后的壓差傳感器的信號(hào)，由設(shè)置在循環(huán)泵前的溫度傳感器的信號(hào)，三個(gè)信號(hào)送入可編程控制器，采用PID比例積分控制模式，再由可編程控制器控制連接在循環(huán)泵上的控制循環(huán)泵的變頻器，達(dá)到系統(tǒng)的定回水溫度的自適應(yīng)變流量控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制系統(tǒng)，其特征為在空調(diào)和采暖循環(huán)水系統(tǒng)中，即在冷熱源和循環(huán)泵串聯(lián)的管路中，在冷熱源前設(shè)置流量計(jì)及流量傳感器，在循環(huán)泵前后設(shè)置壓差傳感器，在循環(huán)泵前設(shè)置溫度傳感器，流量傳感器、壓差傳感器、溫度傳感器三個(gè)傳感器連接可編程控制器，可編程控制器采用PID比例積分控制模式，再由可編程控制器連接循環(huán)泵上的控制循環(huán)泵的變頻器，形成定回水溫度的自適應(yīng)變流量控制系統(tǒng)，可編程控制器還連接顯示流量、壓差、回水溫度的顯示器。
全文摘要
自適應(yīng)變頻調(diào)速變流量控制方法及系統(tǒng)是在空調(diào)和采暖循環(huán)水系統(tǒng)冷熱源和循環(huán)泵串聯(lián)的管路中,由在冷熱源前設(shè)置流量計(jì)及流量傳感器,循環(huán)泵前后設(shè)置壓差傳感器,循環(huán)泵前設(shè)置溫度傳感器,該三信號(hào)連接可編程控制器,采用PID比例積分控制模式,再連接變頻器和顯示器,該系統(tǒng)具有很高的應(yīng)變能力和靈活性,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況全透明,簡(jiǎn)便易行,目標(biāo)明確,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,節(jié)能效率達(dá)50%。
文檔編號(hào)G05D7/00GK1315682SQ0010557
公開(kāi)日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2000年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者楊耀東 申請(qǐng)人:天津美新建筑設(shè)計(jì)有限公司