冷却塔变风水比控制方法及装置与流程

本技术涉及冷却系统节能控制，特别涉及冷却塔变风水比控制方法及装置。

背景技术：

1、冷却塔作为工业循环水、中央空调系统的核心散热设备，其运行能耗直接影响系统能效。风水比也称气水比，即空气质量流量与循环水质量流量的比值，是决定冷却塔换热效率和能耗的核心参数。目前已有通过变频技术联动调节风机和水泵动态调整风水比的节能方案。行业内正在推广“风水联动”和“风水匹配强化换热”技术，但主要集中在设备结构优化层面（如填料优化、cfd仿真匹配等），而非运行控制策略层面。

2、中国专利cn118482603a公开了一种冷却塔冷却控制方法及系统，通过接收设定参数和测量参数；比较室外湿球温度测量值和室外湿球温度设定值，以及比较逼近度测量值和逼近度设定值；根据参数比较结果，维持当前气水比运行，或将冷却塔风量调整至系统气水比下限或上限，或将水泵流量调整至系统气水比上限或下限；判断气水比调整前后参数的变化量与预设阈值的关系，以确定是否继续调整气水比或维持当前气水比运行；将调整后的运行状态监测值作为新的测量参数，提高了冷却塔的控制精度及制冷机组的能效。

3、上述方案默认“湿球温度越低，越应提高风水比”，在所有工况下采用正相关调整逻辑。然而，当湿球温度低于10℃时，空气的饱和含湿量急剧下降，蒸发散热占比从高湿球工况的约80%降至30%以下，此时盲目提升风量无法有效降低出水温度，反而造成风机能耗严重浪费；场景适配性差，数据中心等全年恒定热负荷场景，冬季仍需大量散热，现有逻辑导致风机能耗严重浪费。因此，亟待开发一种冷却塔变风水比控制方法及装置。

技术实现思路

1、鉴于此，本技术提供一种冷却塔变风水比控制方法及装置，可以提升节能效果，提升多塔并联能效，适配数据中心等恒定热负荷场景，纠正了行业内长期存在的正相关调节技术偏见。

2、具体而言，包括以下的技术方案：

3、本技术提供了冷却塔变风水比控制方法，所述方法包括：

4、获取环境湿球温度、每台冷却塔出水温度、循环水质量流量、风机频率、水泵频率、系统当前总负荷率、进塔空气质量流量以及目标逼近度经济区间；

5、根据环境湿球温度的工况识别结果，确定风水比基准区间，包括在低湿球工况下，将风水比基准区间降至第一范围；

6、基于环境湿球温度、每台冷却塔出水温度，确定平均逼近度；

7、基于平均逼近度和目标逼近度经济区间，确定风水比的调节方向、调节范围和调节优先级；

8、根据每台冷却塔的实际风水比、逼近度、系统当前总负荷率以及目标逼近度经济区间，对冷却塔的风水比进行单塔均衡调节。

9、在一些实施例中，所述湿球温度的工况包括高湿球工况、过渡季工况和低湿球工况，根据环境湿球温度，确定工况识别结果，包括：

10、响应于环境湿球温度大于第一环境温度阈值，确定为高湿球工况；

11、响应于环境湿球温度大于第二环境温度阈值且小于或等于第一环境温度阈值，确定为过渡季工况；

12、响应于环境湿球温度小于或等于第二环境温度阈值，确定为高湿球工况。

13、在一些实施例中，所述根据环境湿球温度的工况识别结果，确定风水比基准区间，包括：

14、响应于识别结果为高湿球工况，确定风水比基准区间为第三范围，所述第三范围为大于第三阈值且小于或等于第四阈值；

15、响应于识别结果为过渡季工况，确定风水比基准区间为第二范围，所述第二范围为大于第二阈值且小于或等于第三阈值；

16、响应于识别结果为低湿球工况，确定风水比基准区间为第一范围，所述第一范围为大于第一阈值且小于或等于第五阈值。

17、在一些实施例中，第一范围、第二范围、第三范围以及目标逼近度经济区间通过merkel焓差法热力性能模型，在不同湿球温度、不同系统总负荷率下，以包含风机、水泵的系统总能耗最小为目标函数进行全局寻优确定的收敛结果，非经验值。

18、在一些实施例中，根据如下公式，确定平均逼近度：

19、

20、其中，appavg表示平均逼近度，n表示当前冷却塔的运行塔数，i表示冷却塔编号，tw表示环境湿球温度，tout,i表示第i台冷却塔的出水温度。

21、在一些实施例中，所述目标逼近度经济区间为[第一逼近度阈值，第二逼近度阈值]，所述基于平均逼近度和目标逼近度经济区间，确定风水比的调节方向、调节范围和调节优先级，包括：

22、响应于平均逼近度大于第二逼近度阈值，确定风水比的调节方向为增大，并按以下优先级进行调节：第一优先级：控制某台冷却塔的风机频率以[第一频率阈值，第二频率阈值]的步长进行增加，风机频率上限为额定频率；第二优先级：当风机频率达到上限时，控制水泵频率以[第一频率阈值，第二频率阈值]的步长进行增加，水泵频率上限为额定频率；第三优先级：当该台冷却塔的水泵频率达到上限时，增开一台冷却塔，重复上述调节步骤；

23、响应于平均逼近度小于第一逼近度阈值，确定风水比的调节方向为减小，并按以下优先级进行调节：第一优先级：控制某台冷却塔的风机频率以[第一频率阈值，第二频率阈值]的步长进行减小，风机频率下限为第一百分率的额定频率；第二优先级：当风机频率达到下限时，停止该冷却塔的风机运行，风机频率降至为零；第三优先级：当该冷却塔的风机停止运行后，控制水泵频率以[第一频率阈值，第二频率阈值]的步长进行减小直至达到下限；

24、响应于平均逼近度大于或等于第一逼近度阈值且小于或等于第二逼近度阈值，维持当前风水比，不执行调节。

25、在一些实施例中，所述根据每台冷却塔的实际风水比、逼近度、系统当前总负荷率以及目标逼近度经济区间，对冷却塔的风水比进行单塔均衡调节，包括：

26、基于每台冷却塔的进塔空气质量流量和循环水质量流量，计算每台冷却塔的实际风水比；

27、基于环境湿球温度、每台冷却塔出水温度，确定每台冷却塔的单塔逼近度；

28、响应于某台冷却塔的实际风水比与当前工况的最优风水比目标值出现偏差或单塔逼近度不在目标逼近度经济区间内，则对该冷却塔的风机或水泵进行独立微调，使该冷却塔的风水比达到最优风水比目标值。

29、在一些实施例中，所述最优风水比目标值通过如下方式确定：

30、基于系统当前总负荷率，采用线性插值法计算最优风水比目标值，具体公式如下：

31、ropt = rmin + (rmax - rmin) × β

32、其中，ropt表示最优风水比目标值，rmax表示当前工况对应的风水比基准区间的最大值，rmin表示当前工况对应的风水比基准区间的最小值，β表示系统当前总负荷率。

33、在一些实施例中，对冷却塔的风机或水泵进行独立微调包括：

34、响应于某台冷却塔的实际风水比与当前工况的最优风水比目标值的正向偏差大于第一偏差阈值，按以下优先级对该冷却塔进行微调：第一优先级：当风机频率大于下限，以[第三频率阈值，第四频率阈值]的步长进行减小风机频率直至风机频率达到下限；第二优先级：当风机频率达到下限且水泵的阀门开度大于初始开度阈值，控制阀门以[第一开度阈值，第二开度阈值]的步长减小开度，直至该冷却塔实际风水比与最优风水比目标值的偏差在风水比基准区间的5%范围内；

35、响应于某台冷却塔的实际风水比与当前工况的最优风水比目标值的负向偏差大于第二偏差阈值，按以下优先级对该冷却塔进行微调：第一优先级：当风机频率小于上限，以[第三频率阈值，第四频率阈值]的步长进行增大风机频率直至风机频率达到上限；第二优先级：当风机频率达到上限且水泵的阀门开度小于终止开度阈值，控制阀门以[第一开度阈值，第二开度阈值]的步长增大开度，直至该冷却塔实际风水比与最优风水比目标值的偏差在风水比基准区间的5%范围内。

36、本技术提供了冷却塔变风水比控制装置，所述装置包括：

37、获取模块，用于获取环境湿球温度、每台冷却塔出水温度、循环水质量流量、风机频率、水泵频率、系统当前总负荷率、进塔空气质量流量以及目标逼近度经济区间；

38、区间模块，用于根据环境湿球温度的工况识别结果，确定风水比基准区间，包括在低湿球工况下，将风水比基准区间降至第一范围；

39、平均逼近度模块，用于基于环境湿球温度、每台冷却塔出水温度，确定平均逼近度；

40、联动调节模块，用于基于平均逼近度和目标逼近度经济区间，确定风水比的调节方向、调节范围和调节优先级；

41、单塔微调模块，用于根据每台冷却塔的实际风水比、逼近度、系统当前总负荷率以及目标逼近度经济区间，对冷却塔的风水比进行单塔均衡调节。

42、本技术实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

43、（1）显著的节能效果：低湿球工况反向调节使冬季风机能耗降低；全年综合节能率提高，相比传统单向控制更加节能。

44、（2）多塔并联能效提升：相比常规同步调节，通过单塔独立微调使多塔系统总能耗进一步降低，减少逼近度波动。

45、（3）完美适配数据中心等恒定热负荷场景：投资回收期可缩短至1年以内，解决了相关技术冬季能耗浪费痛点。

46、（4）参数具有可寻优性，避免经验值争议，易于工程实施和推广。

47、（5）填补技术空白，纠正了行业内长期存在的正相关调节技术偏见。