專利名稱：水流量控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及控制系統及方法，尤其涉及一種用在傳統中央空調二次泵冷凍水系統中的水流量控制系統及方法。
背景技術：
目前，在大型建筑中央空調冷凍水系統中常采用二次泵變流量系統。圖I描繪了現有技術中的中央空調冷凍水系統，參見圖1，冷水主機一側(簡稱為主機側)110采用每一臺主機對應一臺定速泵(又稱為一次泵)的配置，確保冷水機組定流量運行，而在末端空氣處理系統(簡稱為用戶側)120采用變速水泵(又稱為二次泵)，根據用戶側負荷的變化實現變流量運行。通常使用的二次泵控制方法是壓差控制，即把用戶側供水端壓差或遠端壓差作為控制變量，通過比較實際測量值與設定值來控制二次泵160的轉速。根據預期設計，主機側110到用戶側120的供水管130中的水量應當大于用戶側120到主機側110的回水管140中的水量，用戶側120的回水應全部流回主機。但在實際運行中，在現有的二次泵控·制方法下，常常出現用戶側回水管140中的水量大于主機側供水管130中的水量的現象，導致用戶側回水管140中的部分回水經由旁通管150 (聯通在供水管130和回水管140之間的管道)與主機側供水管130中的水混合，這種現象稱之為“逆向回流”。逆向回流現象使用戶側120的部分回水與主機側供水管130中的水混合，提高了流向用戶側120的供水溫度，其后果是在同樣用戶側負荷條件下，用戶側空氣處理設備需要更多的供水量，這就增加了用戶側120的二次水泵160的能耗。如果這種現象不加以控制，會導致用戶側120水系統出現惡性循環供水溫度升高，用戶側120需要更多的水量，更多的用戶側回水混入用戶側供水，供水溫度進一步升高，直至二次水泵160達到最大供水量。實際運行中，當逆向回流發生時,操作者可通過增加冷水主機的運行臺數來增加主機側110的水量，從而減少并消除逆向回流。傳統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和二次水泵的能耗，影響了中央空調系統的整體的能源效率。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中中央空調二次泵冷凍水系統中易于在旁通管中出現逆向回流的缺陷，提供一種水流量控制系統及方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種水流量控制系統，用于控制中央空調二次泵冷凍水系統中旁通管內的水流量，其中，所述水流量控制系統包括流量流向檢測器、流量限制控制器、壓差設定值控制器、二次泵控制器、遠端壓差計以及近端壓差計；其中，所述流量流向檢測器設置在所述中央空調二次泵冷凍水系統中的旁通管上，并與所述流量限制控制器電連接；所述遠端壓差計設置在所述中央空調二次泵冷凍水系統中用戶側的水力最不利環路的末端設備的供回水管路之間，而所述近端壓差計設置在用戶側的供水端供水主管和回水主管之間；其中所述遠端壓差計與所述壓差設定值控制器電連接，所述近端壓差計與所述二次泵控制器電連接；所述壓差設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二次泵冷凍水系統中的二次泵電連接。本發明還提供了一種水流量控制方法，用于控制中央空調二次泵冷凍水系統中旁通管內的水流量，其中，采用權利要求I所述的水流量控制系統，執行以下步驟S101、啟動所述水流量控制系統；S102、測量所述中央空調冷凍水系統中旁通管內的水流量值和流向以及所述中央空調二次泵冷凍水系統中用戶側的近端壓差值和遠端壓差值；S103、設定所述用戶側的最大近端壓差設定值； S104、設定所述用戶側的近端壓差設定值；S105、比較測量的所述近端壓差值與確定的所述近端壓差設定值，并基于比較結果調整二次泵的運行參數；S105、一次二次泵的調整過程結束，返回所述步驟S102。本發明產生的有益效果是依據本發明的水流量系統采集二次冷凍水系統中旁通管內實際的水流量、二次冷凍水系統中用戶側的實際近端壓差和遠端壓差，并結合預設參數，確定近端壓差設定值DPlset，并通過比較采集的近端壓差DPl與確定的近端壓差設定值DPlset來調整二次泵的運行參數。由此通過控制中央空調二次冷凍水系統中的二次泵的運行參數，從而調節中央空調二次泵冷凍水系統中用戶側供水管中的水流量，確保用戶側回水管中的水流量不大于主機側供水管中的水流量，防止旁通管中逆向回流的發生。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖I是現有技術中中央空調冷凍水系統中的結構示意圖；圖2是描繪依據本發明實施例的水流量控制系統的邏輯框圖；圖3是描繪依據本發明實施例的執行水流量控制方法的執行步驟的流程圖；圖4是描繪依據本發明實施例的參數X的時間變化率(dX/dt)隨水流量Mbp值的變化曲線圖；圖5是描繪依據本發明實施例的近端壓差設定值DPlset與DPlset,min、DPlset,max和Cf三個參數之間的變化曲線圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。圖2是描繪依據本發明實施例的水流量控制系統的邏輯框圖，參見圖2，該水流量控制系統200包括流量流向檢測器210、流量限制控制器220、壓差設定值控制器230、二次泵控制器240、遠端壓差計250以及近端壓差計260。其中，流量流向檢測器210設置在旁通管150上，用于測量旁通管150中流過的水流的流向和流量，在本發明中，定義旁通管150中的水流從主機側供水管130流向用戶側回水管140時為正向(即旁通管150中的水由圖2中的“S”流向“R”時為正，反之為負)。流量流向檢測器210與流量限制控制器220電連接，從而將檢測的旁通管150中的水流的流向和流量信息發送至流量限制控制器220。遠端壓差計250設置在中央空調二次泵冷凍水系統中用戶側的水力最不利環路的末端設備的供回水管路之間，而近端壓差計260設置在用戶側的供水端供水主管和回水主管之間，用以分別測量用戶側120中水系統的遠端壓差和近端壓差。遠端壓差計250與壓差設定值控制器230電連接，從而將測量的遠端壓差信號發送至壓差設定值控制器230。近端壓差計260與二次泵控制器240電連接，從而將測量的近端壓差信號發送至二次泵控制器240。另夕卜，壓差設定值控制器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的運行，例如控制二次泵160的工作頻率以及轉速等。圖3是描繪采用圖2中示出的水流量控制系統對中央空調系統的二次冷凍水用戶側水流量進行限制控制的方法的流程圖。在執行依據本發明實施例的水流量控制方法的步 驟中，從步驟SlOl開始。步驟SlOl中，在中央空調二次冷凍水系統運行的同時，開啟水流量控制系統。步驟S102中，水流量控制系統中流量流向檢測器210檢測旁通管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。根據流向確定Mbp值的正負號，如圖2所示，當水流從旁通管150的“S”流向“R”時，Mbp值為正；當水流從旁通管150的“R”流向“S”時，Mbp值為負，逆向回流發生。另外，遠端壓差計250和近端壓差計260分別測量中央空調冷凍水系統中用戶側120的遠端壓差DP2和近端壓差DPl，并且，遠端壓差計250將采集的遠端壓差值DP2反饋至壓差設定值控制器230，近端壓差計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，基于用戶預設的旁通管150中的流量閾值μ，即用戶設定的旁通管150內所容許的最小正向流量(當水在旁通管150內由“S”流向“R”時為正，反之為負)，流量限制控制器220對接收的Mbp值進行處理。當流量閾值μ為零時表示用戶側回水管140中最大容許流量等于主機側供水管130中的流量；當流量閾值μ大于零時表示用戶側回水管140中最大容許流量小于主機側供水管130中的流量；當流量閾值μ小于零時表示用戶側回水管140中最大容許流量大于主機側供水管130中的流量，逆向回流發生。因此，在實際運行過程中，流量閾值μ應略大于零或等于零。另外，流量限制控制器220用以根據公式I計算用戶側120的最大近端壓差設定值 DPlset,max DPlset,fflax = DPIll+(DPIul-DPIll)X, X e [O, I](I)其中，DPUP DPI1^分別為DPlset,max的預設下限值和上限值，這兩個參數由用戶根據實際系統進行設定；x為預設系數，其值大于等于O而小于等于I。X是一個變量，圖4示出了依據本發明實施例X的對時間的變化率(dX/dt)隨旁通管150中流量的變化值曲線，通過對時間的積分即可獲得X的值，圖4中曲線的斜率將根據實際系統進行確定。如圖4所示，當旁通管150內的水流量Mbp介于O和μ之間時,dX/dt為零(即X不變)；當旁通管150內的水流量Mbp小于零時，dX/dt為負值(X減小)，且與Mbp呈線性關系，當Mbp負向增加時，dX/dt也相應地負向增加，即dX/dt的絕對值隨Mbp的絕對值增大而增大。當旁通管150內的水流量Mbp大于μ時，dX/dt為正值，dX/dt的值隨Mbp值增大而線性增大。結合公式I與圖4可以看出，當旁通管150內的水流量Mbp大于預先設定的流量閾值μ時，DPlsrt,max會不斷的增加，所能達到的最大極限值為DPlm;當旁通管內水流量Mbp大于等于O而小于等于μ時，DPIsrt,max保持不變；當旁通管內的水流量Mbp小于O時，DPlsrt,max會不斷的減少，直至旁通管內的水流量Mbp為零，其所能達到的最小極限值為DPQ。最后，流量限制控制器220將獲得的旁通管150內的最大近端壓差設定值DPlset,_反饋至壓差設定值控制器230。步驟S104中，壓差設定值控制器230用于重新設置用于控制二次泵160運行參數的近端壓差設定值DPlset。在依據本發明的實施例中，DPlset由DPlset,min、DPlset,max和Cf三個參數共同確定，圖5示出了依據本發明實施例的近端壓差設定值DPlset與DPlset,min、DPlset,max和Cf三個參數之間的變化曲線圖。其中，DPlset,min為DPlset的最小值，在該實施例中DPlset, min為常數，由用戶根據實際系統進行設定；DPU,max為DPlsrt的最大值，是一個變量，從流量限制控制器220接收；Cf為末端流量需求系數，是一個大于等于O而小于等于I的變量，反映了末端設備為實現冷負荷的供給而對冷水流量的需求，圖5中近端壓差設定值DPlsrt隨Cf的增大而線性增大。在依據本發明的一個實施例中，壓差設定值控制器230通過比較從遠端壓差計260采集的遠端壓差DP2與遠端壓差DP2的設定值DP2srt之間的差別，并采用反饋控制來確定Cf，所述反饋控制例如通過連續調整Cf的值來調節DP2與DP2srt之間的差另IJ，當DP2與DP2set之間的差別消除時確定Cf。其中DP2set可以是預先設定的常數，也可以是一個實時優化變量，該變量能夠在確保向用戶側末端設備提供足夠冷水流量的前提下，盡可能減少末端設備的總阻力。在本發明的另一個實施例中，壓差設定值控制器230檢測用戶側各末端設備水系統閥門的開啟情況，通過持續調-Cf的值，使閥門開啟的情況達到其預先的設定值，該閥門開啟情況設定值由用戶根據實際系統自行確定。最后，壓差設定值控制器230將獲得的近端壓差設定值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，用以將從壓差設定值控制器230接收的近端壓差設定值DPlset與從近端壓差計260采集的近端壓差值DPl進行比較，并基于比較結果不斷調整二次泵160的運行參數(包括二次泵160的轉速或工作頻率等)，從而消除測量的近端壓差值DPl與近端壓差設定值DPlsrt之間的差別。步驟S106中，二次泵調節過程結束，返回步驟S102，以開始下一次二次泵調節過程。從以上可以看出，在傳統的中央空調二次泵冷凍水系統中，結合使用依據本發明實施例的水流量控制系統，可以基于從旁通管測得的實際水流量和流向，獲得最大近端壓差設定值DPlset, max ;結合最大近端壓差設定值DPlset, max、預設的DPlset, min以及用戶側末端設備為實現冷負荷的供給而對冷水流量的需求系數Cf，可以確定近端壓差設定值DPlsrt ;最后基于所確定的近端壓差設定值DPlset來調整中央空調二次泵冷凍水系統中的二次泵的運行，諸如二次泵的轉速或工作頻率等，從而調整用戶側供水管中的水流量，確保用戶側回水管中的水流量不大于主機側供水管中的水流量。由此，能夠控制旁通管中的水流量，有效地消除了旁通管內的逆向回流現象，防止來自用戶側的回水直接混入供水管中以對用戶側進行供水，最終能夠保持用戶側的供水溫度等于冷水機組的出水溫度，實現空調系統的節能運行。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種水流量控制系統，用于控制中央空調二次泵冷凍水系統中旁通管內的水流量，其特征在于，所述水流量控制系統包括流量流向檢測器、流量限制控制器、壓差設定值控制器、二次泵控制器、遠端壓差計以及近端壓差計；其中， 所述流量流向檢測器設置在所述中央空調二次泵冷凍水系統中的旁通管上，用以測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送給所述流量限制控制器； 所述遠端壓差計將測量的遠端壓差信號發送給所述壓差設定值控制器，所述近端壓差計將測量的近端壓差信號發送給所述二次泵控制器； 所述壓差設定值控制器從所述流量限制控制器接收設定的所述用戶側的最大近端壓差設定值，并將設定的壓差設定值發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二次泵冷凍水系統中的二次泵的工作。
2.一種水流量控制方法，用于控制中央空調二次泵冷凍水系統中旁通管內的水流量，其特征在于，采用權利要求I所述的水流量控制系統，執行以下步驟 ·5101、啟動所述水流量控制系統； ·5102、測量所述中央空調冷凍水系統中旁通管內的水流量值以及所述中央空調二次泵冷凍水系統中用戶側的近端壓差值和遠端壓差值； ·5103、設定所述用戶側的最大近端壓差設定值； ·5104、設定所述用戶側的近端壓差設定值； ·5105、比較測量的所述近端壓差值與確定的所述近端壓差設定值，并基于比較結果調整二次泵的運行參數； ·5106、二次泵的調整過程結束，返回所述步驟S102。
全文摘要
本發明公開了一種水流量控制系統及方法，所述水流量控制方法包括執行以下步驟啟動所述水流量控制系統；采集中央空調二次泵冷凍水系統中旁通管內的水流量值以及中央空調二次泵冷凍水系統中用戶側的近端壓差值和遠端壓差值；確定用戶側的最大近端壓差設定值；確定用戶側的近端壓差設定值；比較采集的近端壓差值與確定的近端壓差設定值，并基于比較結果調整二次泵的運行參數；二次泵的調整過程結束。通過該水流量控制系統及方法可以調整二次泵的運行參數，從而調節中央空調冷凍水系統中用戶側供水管中的水流量，確保用戶側回水管中的水流量不大于主機側供水管中的水流量，最終防止旁通管中逆向回流的發生。
文檔編號F24F11/00GK102889664SQ20111020219
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者王盛衛 申請人:香港理工大學