中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法
【專利摘要】本發明提供一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法，通過控制中央空調空氣處理單元的風機在額定功率和額定轉速狀態下工作，并獲取中央空調的空氣處理單元的輸入有功功率；控制中央空調空氣處理單元的風機以不同轉速進行工作，獲取該風機在各個轉速下的輸入有功功率，并將該轉速與輸入有功功率進行擬合處理并得出擬合結果；獲取中央空調空氣處理單元的風機的實時轉速，并計算實時轉速與額定轉速的比值；根據擬合處理結果以及實時轉速與額定轉速的比值得出中央空調系統空氣處理單元風機的實時能耗。通過這種方法將風機運行狀態與能耗有機結合起來，有助于設備運行狀態的判斷，以及設備故障診斷。
【專利說明】
中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及能耗檢測領域，尤其涉及一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟建設的快速發展和人民生活水平的日益提高，中央空調系統的應用也越來越廣泛，但中央空調系統在改善工作及居住的內部環境質量的同時，也帶來了巨大的能源消耗，大大增加了成本。因此中央空調節能開始受到越來越多的關注。
[0003]目前民用建筑實用的中央空調系統一般是在一個回路設置計量儀表，幾乎沒有對每臺設備的功耗進行檢測的系統，這樣對于中央空調節能顯然是不夠的，由于檢測技術的制約，現有的能耗檢測能耗監控技術都是側重的建筑的整體檢測。如果對每臺設備的功耗不了解，那么就很容易造成不必要的浪費，在中央空調系統發生故障時，也不利于對設備故障的診斷。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法，將風機運行狀態與功耗有機的結合起來，利用風機的實時轉速，檢測風機實時消耗的有功功率。
[0005]本發明提供的一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0006]S1.控制中央空調空氣處理單元的風機在額定功率和額定轉速狀態下工作，并獲取中央空調的空氣處理單元的輸入有功功率；
[0007]S2.控制中央空調空氣處理單元的風機以不同轉速進行工作，并檢測風機在各轉速下的輸入有功功率，并將轉速與輸入有功功率進行擬合處理；
[0008]S3.檢測中央空調空氣處理單元的風機的實時轉速，并計算實時轉速與額定轉速的比值；
[0009]S4.根據步驟S2中擬合處理結果以及步驟S3中實時轉速與額定轉速的比值得出風機的實時能耗。
[0010]進一步，步驟S2所述有功功率與轉速的擬合處理，包括如下過程:
[0011]建立有功功率與轉速的關系模型:
m~\
[0012]Puk=YW1
[0013]公式中，i為中央空調系統空氣處理單元編號，k為轉速調節編號，m為擬合階數，a為擬合參數，nk為將第i臺中央空調空氣處理單元的風機第k次調速的轉速歸一化數值，Pijk為將第i臺中央空調空氣處理單元的風機調節至nk時消耗的有功功率；其中當k為最大值kmax時，Hkmax為額定轉速，Pijkmax為第i臺中央空調空氣處理單元的風機調節額定轉速下消耗的有功功率；
[0014]分別控制各個不同額定功率的中央空調空氣處理單元的風機在不同轉速下進行工作，檢測并記錄對應的有功功率數值，根據如下公式:
[0015]P = AN
[0016]其中，P為輸入有功功率矩陣，A為擬合系數矩陣，N為歸一化轉速矩陣；
[0017]將上述兩個關系公式進行擬合處理，擬合結果為當且僅當m = 2時A矩陣的列向量與Pu.呈線性關系，得到結果:
[0018]P = AN = (A1 A2 A3) N
[0019]分別將Ap A2、A3與Piikmax再次進行擬合，獲取擬合參數。
[0020]進一步，步驟S4根據如下公式得出實時能耗:
[0021]P = f (n) = a1n2+a2n+a3
[0022]式中P為風機的實時能耗，B1, a2, a3為步驟S2中擬合處理的擬合參數，η為中央空調空氣處理單元的風機的轉速歸一化數值，即實際轉速與額定轉速的比值。
[0023]進一步，對中央空調空氣處理單元的風機實時能耗的檢測過程中，對轉速進行了數據歸一化處理。
[0024]進一步，步驟SI所述輸入有功功率是中央空調空氣處理單元的風機額定功率與效率的比值。
[0025]本發明的有益效果:本申請公開的一種中央空調系統空氣初期單元實時能耗的檢測方法，將風機運行狀態與功耗有機的結合起來，利用風機的實時轉速，檢測風機實時消耗的有功功率。不僅幫助用戶了解每臺設備的能耗，還有助于進行設備壽命周期內的運行狀態判斷，以及設備故障診斷。對中央空調系統中的每個空氣處理單元的實時能耗進行檢測，有利于為節能設備提供有效的監控數據，進行針對性的進行節能處理，使之達到最佳的節能效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述:
[0027]圖1是本發明當m = 2時A矩陣的列向量與Pm4的擬合結果
[0028]圖2是本發明當m = 3?6時A矩陣的列向量與Pi;14的擬合結果
[0029]圖3是本發明的原理流程示意圖。
[0030]圖4是本發明的能耗計算流程示意圖。
【具體實施方式】
[0031]如圖3所示，中央空調系統變頻調速空氣處理單元(Air handling units, AHU)實時能耗檢測方法如圖1所示，步驟如下:
[0032]S1.控制中央空調空氣處理單元的風機在額定功率和額定轉速狀態下工作，并獲取中央空調的空氣處理單元的輸入有功功率；
[0033]S2.控制中央空調空氣處理單元的風機以不同轉速進行工作，并檢測風機在各轉速下的輸入有功功率，并將轉速與輸入有功功率進行擬合處理；
[0034]S3.檢測中央空調空氣處理單元的風機的實時轉速，并計算實時轉速與額定轉速的比值；
[0035]S4.根據步驟S2中擬合處理結果以及步驟S3中實時轉速與額定轉速的比值得出風機的實時能耗。
[0036]下面結合說明書附圖對實施例的方法步驟進行進一步的詳細說明:
[0037]步驟S1.控制中央空調空氣處理單元的風機在額定功率和額定轉速狀態下工作，并獲取中央空調的空氣處理單元的輸入有功功率。
[0038]在本實施例中，實驗共測量了 11個不同額定功率的風機在14個不同轉速下及其相應有功功率的數值。實驗中將轉速進行歸一化處理，即人為地調節風機轉速至額定轉速的 20%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、90%和 100%，待轉速穩定2分鐘后記錄風機有功功率，實驗中調節的風機轉速和采用的AHU分別如表I和表2所示。
[0039]
knk(nk> i/nej
0120%
0230%
0335%
0440%
0545%
0650%
0755%
0860%
0965%
ΙΟ70%
H75%
12 80%
1390%
Ti 100%
[0040]表I為實驗中各風機調節的風機轉速
[0041]?|Pi,i4(kW)~
--Τ7?
02~
03ΤΓθ
04?ι
05ΣΙ
061Tl
07zh
08O
09
To Γδ
η 4
[0042]
[0043]表2為實驗中各風機調節額定轉速下的有功功率
[0044]其中，i為AHU編號，k為轉速調節編號，nti為將第i臺AHU風機第k次調速的轉速數值，ne；i為第i臺AHU風機的額定轉速，nk為將第i臺AHU風機第k次調速的轉速歸一化數值，Pu為將第i臺AHU風機調節至nk時消耗的有功功率，Pm4為第i臺AHU風機調節額定轉速下消耗的有功功率。在本實施例中，kmax = 14，即Ptkmax = Pm40
[0045]在本實施例中，為了保證測量的準確性，共測量了 11個不同額定功率的風機在14個不同轉速下及其相應有功功率的數值，在應用中可根據實際需要選擇測量的數量，理論上選擇測量的數量越多，結果越準確。另外，本實施例采取待轉速穩定2分鐘后再記錄風機有功功率的方法，可以避免因風機突然改變轉速，造成的瞬時功率過大，影響測量效果。風機在改變轉速2分鐘后，功率變得穩定，這時記錄的數據更加真實可靠。
[0046]步驟S2.控制中央空調空氣處理單元的風機以不同轉速進行工作，并檢測風機在各轉速下的輸入有功功率，并將轉速與輸入有功功率進行擬合處理。
[0047]擬合是指已知某通數的若干離散通數值，通過調整該函數中若干待定蓋數，使得該函數與已知點集的差別最小。本實施例中，實驗表明Pu與Hk之間呈現顯著的多項式規律。
[0048]因此,步驟S2又具體分為以下步驟:
[0049]S21.采用式⑴和式⑵對Pu-1ik實驗結果進行m(m取值2?6)階多項式對擬入口 ο
[0050]ρ,β = f(nk) = (?χ'+α,χ^1 +?, + αΜ,η?{+αΜΨ?, = ￡eBi?r*"1( 1)
w=l
[0051]
f PPP \
rUrIkrXU/m*Λ \
PPP(α αα \?! n1- 'H-…?14 )
iIMλ2,14uU W:J …uTn-1lm !I
/I1《…,K…%..** a ■..*-y C.4't ?.?.C?，丨I
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……% !...! u2il ■■■ w?+m/,,x(e?,j..1.χ?ι
ppp\ *■ 1...1...1
ViIllrHJ:^1-sJlUU
[0052]式⑵記為:
[0053]P = AN (3)
[0054]其中，P為有功功率矩陣，A為擬合系數矩陣，N為歸一化轉速矩陣。
[0055]如圖1，圖2所示，擬合結果表明當且僅當m = 2時A矩陣的列向量與Pm4有很好的線性關系，即式⑷中的4、4和^均與Pm4有很好的線性關系，其中式(4)為m= 2階擬合的結果，ApA2和A3分別是A的第1、2和3個列向量。
(PPP \
xUrLk-rUl
只 I只 kP' \ If 過21 ^21 ^ ? y 2.■-- \
Ift*4, “*f, ** *' \
* *，* m m*.?^I，I
[0056]ο=?, %...?* ?π
S ^ \ * f * JL i L.?* * Λ L.% Ar ψ ?I
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…'-.Kam a2,it %ii Jjw'”■*
ppp Vi HJiIU*Γ.；Ι /；,Λ,.ι
[0057]P = AN = (A1 A2 A3) N (4)
[0058]圖2為采用式⑵且m = 3?6時A矩陣的列向量與Pi;14的擬合結果，如圖2所示，顯然A矩陣的列向量與Pm4沒有顯著規律。
[0059]S22.分別對Ap A2和A3和Pi;14進行多項式擬合，如式(5)所示:
[0060]A=(P1Jl)B (5)
[0061]其中，
ai,i ai,i au6.14 I
A flI,2 α2Λ α3,2I ? ,巧,丨4 I
[0062]Α=IpMl1)=(h h H \
? > >■>.....C-/? It/i# A ?
I1I1,.3
α2Μ %U Jilx3\ ^!!,14 ^ Jtm1^2,1 %,2 ^2,3 J
fI0
、，尬打 f bu bh2 bh3)f 1.772 —0.9195 0.1362、
[0063]計算B= ；*''* 的數值，此例中B=U
Kht ha h,3 J2x31,-0.0173 —0.0203 0.0277J
[0064]步驟S3.檢測中央空調空氣處理單元的風機的實時轉速，并計算實時轉速與額定轉速的比值。
[0065]在本實施例中，采用轉速傳感器來測量中央空調空氣處理單元的風機的實時轉速。額定轉速是機械設備在正常運行的工作狀況下的轉速。由制造廠家或有關技術部門對該設備進行技術鑒定后確定。其值通常在機械設備的銘牌上載明。
[0066]步驟S4.根據步驟S2中擬合處理結果以及步驟S3中實時轉速與額定轉速的比值得出風機的實時能耗。
[0067]如圖4所示，基于以上結果，步驟S4又具體分為以下步驟:
[0068]S41.計算電機在額定轉速下的輸入有功功率Pltltl:
[0069]P100 = Pn/ η (6)
[0070]式中，η為風機的效率，Pn為額定功率。
[0071]S42.根據步驟S22和S41的計算結果，按如下公式計算有功功率與歸一化轉速的擬合參數^1, a2, a3 ；
[0072]
(,ατ a3) = (Pim 1)?^' f(7)
\ 2,2 23 J
[0073]S43.根據步驟S3中的檢測風機實時轉速與額定轉速的比值和S42中擬合參數的計算結果，按照如下公式計算風機實時耗用的有功功率P:
[0074]P = f (n) = a1n2+a2n+a3 (8)
[0075]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法，其特征在于:包括如下步驟: 51.控制中央空調空氣處理單元的風機在額定功率和額定轉速狀態下工作，并獲取中央空調的空氣處理單元的輸入有功功率； 52.控制中央空調空氣處理單元的風機以不同轉速進行工作，并檢測風機在各轉速下的輸入有功功率，并將轉速與輸入有功功率進行擬合處理； 53.檢測中央空調空氣處理單元的風機的實時轉速，并計算實時轉速與額定轉速的比值； 54.根據步驟S2中擬合處理結果以及步驟S3中實時轉速與額定轉速的比值得出風機的實時能耗。
2.根據權利要求1所述一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法，其特征在于:步驟S2所述輸入有功功率與轉速的擬合處理，包括如下過程:建立有功功率與轉速的關系模型:
m-l O V、? m~n+\
PLk = IaaUjnk 公式中，i為中央空調系統空氣處理單元編號，k為轉速調節編號，m為擬合階數，a為擬合參數，nk為將第i臺中央空調空氣處理單元的風機第k次調速的轉速歸一化數值，Pijk為將第i臺中央空調空氣處理單元的風機調節至nk時消耗的有功功率；其中當k為最大值kmax時，Hkmax為額定轉速，Pijkmax為第i臺中央空調空氣處理單元的風機調節額定轉速下消耗的有功功率； 分別控制各個不同額定功率的中央空調空氣處理單元的風機在設定轉速下進行工作，檢測并記錄對應的有功功率數值，根據如下公式:
P = AN 其中，P為輸入有功功率矩陣，A為擬合系數矩陣，N為歸一化轉速矩陣； 將上述兩個關系公式進行擬合處理，擬合結果為當且僅當m = 2時A矩陣的列向量與 呈線性關系，得到結果:
P = AN = (A1 A2 A3) N 分別將Ap A2, A3與Piikmax再次進行擬合，獲取擬合參數。
3.根據權利要求1所述一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法，其特征在于:步驟S4根據如下公式得出實時能耗:
P = f (n) = a1n2+a2n+a3 式中P為風機的實時能耗，a” a2, a3為步驟S2中擬合處理的擬合參數，η為中央空調空氣處理單元的風機的轉速歸一化數值，即實際轉速與額定轉速的比值。
4.根據權利要求2所述一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法，其特征在于:對中央空調空氣處理單元的風機實時能耗的檢測過程中，對轉速進行了數據歸一化處理。
5.根據權利要求4所述一種中央空調系統空氣處理單元實時能耗的檢測方法，其特征在于:步驟SI所述輸入有功功率是中央空調空氣處理單元的風機額定功率與效率的比值。
【文檔編號】G01L3/24GK104180480SQ201410446907
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】王曉靜, 楊輝, 雍靜, 曾禮強, 李北海, 楊本強, 姚加飛 申請人:重慶大學