用于控制自然冷却和集成自然冷却的系统和方法与流程

1.本发明涉及用于确定包括冷却塔和机械冷却的冷却器系统的操作模式的方法和控制系统。


背景技术：

2.在涉及水边节约(自然冷却)的冷冻水设备中，机械冷却、集成自然冷却和自然冷却之间的切换模式通常是基于静态室外空气湿球温度来完成的。此外，在自然冷却时，塔水流量通常保持恒定，但可以实现塔风扇功率和泵功率之间的优化。


技术实现要素：

3.本发明涉及用于确定包括冷却塔和机械冷却的冷却器系统的操作模式的方法和控制系统。
4.冷冻水设备可以通过诸如机械冷却(即使用蒸气压缩回路从过程流体中吸收热量)、使用冷却塔的自然冷却、或冷却方法的组合等方法来冷却诸如水的过程流体。一些冷冻水设备可以包括集成自然冷却，其中冷却塔用于补充机械冷却以减少机械冷却负荷。冷冻水设备是动态系统，其参数会发生变化，例如温度变化(δ-t)、流量、温度随时间的变化等。使用动态建模而不是静态值来确定冷冻水设备在不同模式下的切换(例如，使用冷却塔的自然冷却、集成自然冷却和机械冷却(例如使用压缩回路))可以提高性能并实现节能和提高效率的机会。
5.在一个实施例中，冷却器控制系统包括控制器。控制器被配置为接收包括至少一个动态冷却塔模型输入的冷却塔模型的一个或多个输入；接收包括至少一个动态热交换器模型输入的热交换器模型的一个或多个输入；以及接收包括至少一个动态泵模型输入的泵模型的一个或多个输入。所述控制器还被配置为基于所述冷却塔模型和所述至少一个动态冷却塔模型输入确定冷却塔模型输出、基于所述热交换器模型和所述至少一个动态热交换器模型输入确定热交换器模型输出、以及基于所述泵模型和所述至少一个泵模型输入确定泵模型输出。控制器还被配置成基于冷却塔模型输出、热交换器模型输出和泵模型输出来确定冷却器系统的操作。冷却器系统的操作以选自机械冷却模式、自然冷却模式或集成自然冷却模式的组中的模式操作。控制器还被配置为在确定的操作中操作冷却器系统。
6.在一个实施例中，冷却器控制系统还包括被配置为测量室外湿球温度的冷却塔温度传感器和一个或多个热交换器温度传感器，所述一个或多个热交换器温度传感器中的每一个位于由所述热交换器模型表示的热交换器的入口和/或出口处。
7.在一个实施例中，所述控制器还被配置为当所述冷却器系统的操作是自然冷却模式时，确定一个或多个自然冷却参数，所述自然冷却参数包括冷凝器泵速度、冷凝器泵流量以及所述冷却塔的风扇速度中的一个或多个。在一个实施例中，确定所述一个或多个自然冷却参数包括将所述一个或多个自然冷却参数中的至少一个逐渐地调整到调整值、确定在所述调整值处的能耗，并且其中基于所述能耗确定所述一个或多个自然冷却参数。
8.在一个实施例中，控制器被配置为确定冷却是否可行。确定集成自然冷却是否可行包括当所述冷却塔满负载运行，确定预测的热交换器离开冷冻水温度、将预测的热交换器离开冷冻水温度与当前冷冻水返回温度进行比较、以及当预测的热交换器离开冷冻水温度低于所述当前冷冻水返回温度时，确定集成自然冷却是可行的。在一个实施例中，确定所述预测的热交换器离开冷冻水温度包括基于所述冷却塔模型和所述热交换器模型迭代计算所述预测的热交换器离开冷冻水温度和在所述热交换器出口处的冷却塔流体温度。
9.在一个实施例中，控制器被配置为确定自然冷却是否可用。确定自然冷却是否可用包括确定预测的热交换器离开冷冻水温度(其可以通过在冷却塔回路流体和冷冻水之间的热交换实现)、以及将所述预测的热交换器离开冷冻水温度与基于冷却需求的目标温度进行比较。在一个实施例中，所述控制器被配置为当自然冷却可用时，基于冷却塔风扇和冷却塔回路泵的预测能耗来确定冷却塔风扇的速度和冷却塔回路泵的速度。
10.在一个实施例中，冷却器系统包括如上所述的冷却器控制系统、被配置为在所述机械冷却模式下提供机械冷却的制冷回路、以及由所述冷却塔模型表示的冷却塔。冷却塔包括风扇和热交换器。在一个实施例中，冷却器系统还包括设置在所述冷却塔处或附近的冷却塔温度传感器，冷却塔温度传感器被配置为测量室外湿球温度。
11.在一个实施例中，一种用于控制冷却器系统的方法，包括：接收包括至少一个动态冷却塔模型输入的冷却塔模型的一个或多个输入；接收包括至少一个动态热交换器模型输入的热交换器模型的一个或多个输入；以及接收包括至少一个动态泵模型输入的泵模型的一个或多个输入。所述方法还包括：基于所述冷却塔模型和所述至少一个动态冷却塔模型输入确定冷却塔模型输出、基于所述热交换器模型和所述至少一个动态热交换器模型输入确定热交换器模型输出、以及基于所述泵模型和所述至少一个泵模型输入确定泵模型输出。所述方法还包括基于冷却塔模型输出、热交换器模型输出和泵模型输出来确定冷却器系统的操作。冷却器系统的操作是从由机械冷却模式、自然冷却模式或集成自然冷却模式组成的组中选择的模式。
12.在一个实施例中，当确定冷却器系统的操作为自然冷却模式时，所述方法还包括确定一个或多个自然冷却参数，所述自然冷却参数包括冷凝器泵速度、冷凝器泵流量以及所述冷却塔的风扇速度中的一个或多个。
13.在一个实施例中，确定所述一个或多个自然冷却参数包括将所述一个或多个自然冷却参数中的至少一个逐渐地调整到调整值、确定在所述调整值处的能耗，并且其中基于所述能耗确定所述一个或多个自然冷却参数。
14.在一个实施例中，确定冷却器的操作包括确定集成自然冷却是否可行。
15.在一个实施例中，所述确定集成自然冷却是否可行包括当所述冷却塔满负载运行，确定预测的热交换器离开冷冻水温度、将预测的热交换器离开冷冻水温度与当前冷冻水返回温度进行比较、以及当预测的热交换器离开冷冻水温度低于所述当前冷冻水返回温度时，确定集成自然冷却是可行的。在一个实施例中，确定所述预测的热交换器离开冷冻水温度包括基于所述冷却塔模型和所述热交换器模型迭代计算所述预测的热交换器离开冷冻水温度和在所述热交换器出口处的冷却塔流体温度。
16.在一个实施例中，确定冷却器的操作包括确定自然冷却是否可用。在一个实施例中，所述确定自然冷却是否可用包括确定预测的热交换器离开冷冻水温度(其可以通过在
冷却塔回路流体和冷冻水之间的热交换实现)、以及将所述预测的热交换器离开冷冻水温度与基于冷却需求的目标温度进行比较。在一个实施例中，所述方法还包括当自然冷却可用时，基于冷却塔风扇和冷却塔回路泵的预测能耗来确定冷却塔风扇的速度和冷却塔回路泵的速度。在一个实施例中，所述方法还包括以所确定的速度操作所述冷却塔风扇并且以所确定的速度操作所述冷却塔回路泵。
附图说明
17.图1示出了根据实施例的包括控制系统的冷却器系统的示意图。
18.图2a示出了当处于集成自然冷却模式时通过图1的冷却器系统的流动。
19.图2b示出了当处于自然冷却模式时通过图1的冷却器系统的流动。
20.图3示出了根据实施例的冷却塔模型。
21.图4示出了根据实施例的热交换器模型。
22.图5示出了根据实施例的泵模型。
23.图6示出了根据实施例的用于确定冷却器系统的操作的方法的流程图。
具体实施方式
24.本发明涉及用于确定包括冷却塔和机械冷却的冷却器系统的操作模式的方法和控制系统。
25.图1示出了根据实施例的包括控制系统的冷却器系统的示意图。冷却器系统100包括冷却塔回路102、热交换器104、机械冷却回路106和冷却负荷回路108。
26.冷却塔回路102是包括冷却塔110和泵114的流体回路，冷却塔110包含冷却塔热交换器112，冷却塔热交换器112被配置为在冷却塔过程流体和例如周围环境之间进行热交换，泵114被配置为驱动冷却塔过程流体通过冷却塔回路102。在一个实施例中，风扇116驱动空气经过并通过冷却塔热交换器112。在一个实施例中，冷却塔回路102可以包括穿过机械冷却回路106的部分。在一个实施例中，冷却塔回路可以包括三通阀118，三通阀118可以允许机械冷却回路106或热交换器104之一被选择性地绕过。在实施例中，可以在三通阀的位置处使用一系列二通阀，其中在图1中示出三通阀的分支之后有二通阀，以允许选择性地绕过机械冷却回路106或热交换器104。在实施例中，可以存在多个机械冷却回路106，每个机械冷却回路可以单独绕过或包括在冷却塔回路102中。
27.冷却塔过程流体可以在热交换器104处与冷却负荷回路108中的冷却负荷回路过程流体进行热交换。热交换器104可以是允许在冷却塔过程流体和冷却负荷回路过程流体之间进行热交换的任何合适的热交换器。热交换器104可以包括冷却塔过程流体侧入口120、冷却塔过程流体侧出口122、冷却负荷过程流体侧入口124、以及冷却负荷过程流体侧出口126。在一个实施例中，热交换器104是逆流热交换器。在一个实施例中，热交换器104被配置成使得每个流体在它们穿过热交换器104时沿相同方向流动。应当理解，部件的管道和定位可以根据需要改变以实现通过热交换器104的流体的逆流或同向流动。
28.机械冷却回路106可以是用于冷却冷却负荷回路过程流体的任何合适的冷却回路。在一个实施例中，机械冷却回路106可以包括压缩机128、冷凝器130、膨胀器132和蒸发器134。压缩机128可以是用于压缩工作流体的任何合适的压缩机，例如螺杆压缩机、涡旋压
缩机、离心压缩机等。冷凝器130可以是允许工作流体将热量排出到例如周围环境或冷却塔回路102的冷凝器。膨胀器132可以是用于使离开冷凝器的工作流体膨胀的任何合适的结构或装置，例如一个或多个膨胀阀、一个或多个膨胀孔口等。蒸发器134是允许在工作流体和冷却塔回路过程流体之间进行热交换的热交换器。当处于机械冷却或集成自然冷却模式时，机械冷却回路可以通过从蒸发器134处的冷却负荷过程流体吸收热量来操作以冷却冷却负荷过程流体。该操作包括压缩机128压缩工作流体、通过向例如周围环境排出热量而在冷凝器130处冷凝工作流体、在膨胀器132处使冷凝的工作流体膨胀、以及在蒸发器134处交换热量使得热量被冷却负荷过程流体排出并被机械冷却回路106的工作流体吸收，从而降低冷却负荷过程流体的温度。
29.冷却负荷回路108是流体回路，其被配置为至少在集成自然冷却和自然冷却模式期间使冷却负荷过程流体循环至少通过热交换器104和冷却负荷136。在一个实施例中，冷却负荷136是受调节的空间，例如任何建筑物，如商业和/或住宅空间。在实施例中，冷却负荷回路108可以在机械冷却模式期间绕过热交换器104。泵138可以驱动冷却负荷过程流体通过冷却负荷回路108。冷却负荷136可以包括一个或多个热交换器，其中冷却负荷过程流体吸收热量，例如建筑物空调系统的一个或多个终端设备。冷却负荷回路108可以被配置成使得冷却负荷过程流体通过热交换器104的流动与冷却塔过程流体通过热交换器104的流动相反。冷却负荷回路108还可以包括三通阀148，其允许选择性地绕过热交换器104或机械冷却回路106之一。在一些实施例中，一系列二通阀可用于允许机械冷却回路106或热交换器104被选择性地绕过。在实施例中，可以存在多个机械冷却回路106，每个机械冷却回路106可以单独地被绕过或包括在冷却负荷回路108中。
30.冷却器系统100可至少部分地由冷却器控制系统140控制。冷却器控制系统140可包括控制器142。可选地，诸如温度传感器144的传感器可以包括在冷却器系统100中，例如在热交换器104的相应入口和/或出口处，或者被定位以测量环境温度(例如在冷却塔110处的室外湿球温度)。其他传感器可以包括沿着例如冷却塔回路102和/或冷却负荷回路108包括的流量计146。
31.控制器142是配置成在选定的操作模式下操作冷却器系统100的控制器。可能选择的操作模式可以包括自然冷却模式，其中冷却负荷回路108与冷却塔回路102交换热量以满足冷却负荷136。可能选择的操作模式可以包括集成自然冷却模式，其中冷却塔回路102与冷却负荷回路108交换热量，并且机械冷却回路106吸收热量以向冷却负荷回路108提供进一步的冷却以满足冷却负荷136。可能选择的操作模式还可以包括机械冷却，其中机械冷却回路106单独与冷却负荷回路108交换热量以满足冷却负荷136。控制器142可以被配置为基于冷却塔110的模型、热交换器104的模型和/或泵114的模型从可能的操作模式中选择操作模式。控制器142可被配置为迭代计算这些模型中的每一个以确定所选操作模式，并且可选地选择用于在所选操作模式下操作的操作参数，例如机械冷却回路106的负荷、或冷却塔回路102中的泵114和/或风扇116的速度、功率或其他此类值。
32.控制器142可以被配置为接收冷却塔110、热交换器104和/或泵114的模型的动态输入。可以从任何合适的源接收动态输入，例如指示动态输入的控制装置、诸如温度传感器144或流量计146的一个或多个传感器、或测量动态输入的任何其他(一个或多个)传感器、系统的其他控制器等。动态输入可以是例如用于图3-5中所示和下面描述的模型的任何一
个或多个动态输入。
33.在一个实施例中，控制器142可以接收冷却塔110、热交换器104和/或泵114的一个或多个模型的静态输入。在一个实施例中，控制器142可以包括一个或多个存储器，其存储冷却塔110、热交换器104和/或泵114的模型的一个或多个静态模型输入。静态输入可以是与冷却器系统100的组件相关联的预定值、冷却器系统100的计算值或测试值等。静态输入可以是例如用于图3-5中所示和下面描述的模型的任何一个或多个静态输入。
34.控制器142可以迭代计算冷却塔110、热交换器104和/或泵114的模型的输出。该迭代计算可以包括将先前的模型输出用于动态输入中的至少一些。迭代计算可以继续直到解收敛，所得到的解由控制器142用于确定冷却器系统100的操作模式。
35.图2a示出了当处于集成自然冷却模式时通过图1的冷却器系统100的流动。在集成自然冷却模式中，冷却塔回路102在泵114和风扇116都在运行的情况下使用，并且不绕过机械冷却回路106。机械冷却回路106也在运行，其中压缩机128被操作。机械冷却回路106可以在部分负荷下操作，其中冷却负荷过程流体的一些所需冷却通过冷却塔过程流体从冷却负荷过程流体吸收热量而发生在热交换器104处。机械冷却回路106可以在选择的负荷下操作以实现目标冷却负荷过程流体温度，该目标冷却负荷过程流体温度低于其离开热交换器104处的冷却负荷过程流体温度。在实施例中，集成自然冷却模式可以识别冷却塔泵114操作速度或流量、冷却塔风扇116速度和机械冷却回路106的负荷的值，其例如通过选择降低或最小化能耗的这些值的组合来提高或优化效率。在实施例中，可以控制冷却负荷过程流体通过热交换器104的流量或热交换器104的热交换器温度设定点以调节由机械冷却回路106满足的冷却负荷的一部分，从而可以控制机械冷却回路106上的负荷，例如以改进或优化机械冷却回路106的特性，诸如压头、膨胀器132的稳定性或机械冷却回路106的其他效率或稳定性参数。
36.图2b示出了当处于自然冷却模式时通过图1的冷却器系统100的流动。在自然冷却模式下，冷却塔回路102在泵114和风扇116都在运行的情况下使用。在一个实施例中，冷却塔回路102可以绕过机械冷却回路106。机械冷却回路106在图2b所示的自然冷却模式中不操作。图2b所示的自然冷却模式基于在热交换器104处的冷却塔回路过程流体和冷却负荷过程流体之间的热量交换来实现目标冷却负荷过程流体温度。可以基于维持目标冷却负荷过程流体温度来控制泵114和风扇116的每个或两者。在实施例中，当处于自然冷却模式时，泵114和风扇116可以根据所选的操作参数来操作以降低总功率消耗。在一些实施例中，当离开热交换器104的冷却负荷过程流体的温度在围绕目标冷却负荷过程流体温度的范围内时，可以维持图2b所示的自然冷却模式，提供选择的范围或死区以减少操作模式的变化频率。在一个实施例中，当离开热交换器104的冷却负荷过程流体的温度高于上述范围或死区的上限时，冷却器系统100可以切换到如图2a所示和上述的集成自然冷却操作模式，或者切换到机械冷却操作模式。
37.图3示出了根据实施例的冷却塔模型。冷却塔模型300是冷却塔(例如上述和图1所示的冷却塔110)的数学模型。冷却塔模型300可以被配置成接收静态输入302和/或动态输入304。冷却塔模型300产生输出306。冷却塔模型可以是用于从静态输入302和/或动态输入304导出输出306的任何合适的数学方法。在一个实施例中，冷却塔模型300是冷却塔性能的预定模型，例如包括在ashraehvac工具包1中的冷却塔模型。
38.冷却塔模型300的静态输入302可以包括例如冷却塔的设计参数，诸如冷却塔的设计水流量、冷却塔的最小水流量、冷却塔的设计空气流量、设计风扇速度、周围环境的设计温度(例如室外湿球温度)、和/或冷却塔回路过程流体进入和离开冷却塔热交换器(例如图1所示和上面讨论的冷却塔热交换器112)的设计进入和离开温度。
39.冷却塔模型300的动态输入304可以包括例如室外湿球温度或冷却塔周围环境温度的其他测量值、冷却塔回路过程流体的实际进入温度、冷却塔风扇的速度、和/或通过冷却塔的水流量。动态输入304可以是测量值或导出值，例如，冷却塔回路过程流体的进入温度可以从热交换器模型(例如图4所示和下文描述的热交换器模型400)的输出导出。流量可直接测量或可从例如泵模型(例如图5中所示和下文描述的泵模型500)导出。
40.冷却塔模型300可以产生输出306。输出306可以包括例如冷却塔回路过程流体离开冷却塔的预期离开温度。输出306还可以包括导出的静态输出，例如冷却塔的设计特性。
41.图4示出了根据实施例的热交换器模型。热交换器模型400是包括在冷却器系统中的热交换器的数学模型，例如上面讨论的和图1所示的热交换器104。热交换器模型400可配置成接收静态输入402和/或动态输入404。热交换器模型400产生输出406。热交换器模型可以是用于从静态输入402和/或动态输入404导出输出406的任何合适的数学方法。在一个实施例中，热交换器模型400是热交换器性能的预定模型，例如热力学模型。在一个实施例中，热交换器模型400可以是有效性-ntu方法热力学模型。
42.热交换器模型400的静态输入402可以包括例如被建模的热交换器的属性，例如其传热系数、由热交换器提供的热交换面积，和/或其在任一侧(例如冷却塔回路过程流体侧和冷却负荷过程流体侧)的比热。
43.热交换器模型400的动态输入404可以包括例如冷却塔回路过程流体和冷却负荷过程流体中的每一个的至热交换器的各个入口处的温度、和/或通过热交换器的各个过程流体中的每一个的流量。各个入口温度可以是测量值或从其他模型的输出导出，例如，冷却塔回路过程流体的来自冷却塔模型300的输出。相应的流量可以直接测量或例如基于泵模型(诸如图5所示并在下文描述的泵模型500)导出。
44.热交换器模型400可以产生输出406。输出406可以包括，例如，当冷却塔过程流体和冷却负荷过程流体中的每一个离开它们各自的热交换器侧时的出口温度。
45.图5示出了根据实施例的泵模型。泵模型500是流体回路中的一个或多个泵的数学模型，例如上述和图1所示的泵114。泵模型500被配置成接收静态输入502和/或动态输入504。泵模型500产生输出506。泵模型500可以是用于从静态输入502和/或动态输入504导出输出506的任何合适的数学方法。在一个实施例中，泵模型500是泵性能的预定模型，例如作为方程组提供的一条或多条泵曲线以求解泵曲线系数。
46.泵模型500的静态输入502可以包括例如泵曲线的特性，例如泵的一个或多个曲线系数、和/或其他设计参数，例如回路中可用泵的数量。
47.冷却泵模型500的动态输入504可以包括例如对泵的控制，例如泵速度设置和/或正在运行的泵的数量。动态输入504还可以包括被建模的泵的流量、扬程和/或功率消耗。在实施例中，一些输入例如泵速度、流量、扬程和/或功率可以是来自泵模型500的先前迭代的输出506。
48.泵模型500可以产生输出506。输出506可以包括，例如，要操作的泵的数量、一个或
多个泵的操作速度、一个或多个泵的功率、流量和/或扬程、或者可以从特定泵操作中实现的能耗和/或节能。诸如泵速度、泵的数量和功率、流量和/或扬程之类的输出506可以被馈送到泵模型500的后续迭代中。
49.图6示出了根据实施例的用于确定冷却器系统的操作的方法的流程图。方法600包括对冷却塔进行建模602、对热交换器进行建模604、对泵进行建模606、确定集成自然冷却是否可行608、确定自然冷却是否可用610。在一个实施例中，在方法600期间可以仅执行确定集成自然冷却是否可行608或确定自然冷却是否可用610中的一个。在包括在610处确定自然冷却是否可用的实施例中，方法600可以进一步可选地包括确定自然冷却参数612并根据自然冷却参数在自然冷却模式下操作614。
50.在602处对冷却塔进行建模。冷却塔可以根据任何合适的冷却塔模型进行建模，例如图3中所示和上文所述的冷却塔模型300。在602处的对冷却塔进行建模可包括接收用于冷却塔模型的静态和/或动态输入并生成输出，例如离开冷却塔的冷却塔回路过程流体的预期离开温度。
51.在604处对热交换器进行建模。热交换器可以根据任何合适的热交换器模型进行建模，例如图4中所示和上文描述的热交换器模型400。在604处的热交换器建模可以包括接收用于热交换器模型的静态和/或动态输入并生成输出，例如当冷却塔过程流体和冷却负荷过程流体中的每一个离开它们各自的热交换器侧时的出口温度。
52.在606处对泵进行建模。该泵可以根据任何合适的泵模型进行建模，例如图5中所示和上文描述的泵模型500。在606处的泵建模可包括接收用于冷却泵的静态和/或动态输入并生成输出，例如要操作的泵的数量、一个或多个泵的运行速度、一个或多个泵的功率、流量和/或扬程、或者可以从特定泵操作中实现的能耗和/或节能。
53.在602处的冷却塔建模、在604处的热交换器建模和在606处的泵建模可以分别执行，并且建模动作602、604和606中的每一个都可以迭代。迭代可以是例如，直到结果收敛到一个解为止。在一个实施例中，该解可以是来自冷却塔模型602、热交换器模型604和泵模型606中的每一个的稳定输出，例如当每一个的输出从迭代到迭代都相同或在可接受的幅度内时。当每个模型的输出影响或可用作后续模型的动态输入时，可以执行此操作，反映正在被建模的各个系统之间的相互依赖性。
54.在实施例中，在608处确定集成自然冷却是否可行。集成自然冷却的可行性的确定可以基于冷却塔的操作是否有助于冷却冷却负荷过程流体。602处的冷却塔建模、604处的热交换器建模以及606处的泵建模的一些或全部输出可用于确定预测的热交换器离开冷冻水温度。预测的热交换器离开冷冻水温度可以是通过冷却塔建模602、热交换器建模604和/或泵建模606的迭代确定的解。预测的热交换器离开冷冻水温度可以是当602处建模的冷却塔以其最大容量操作时的预测值。迭代可以一直持续到预测的热交换器离开冷冻水温度收敛。迭代可以代表各个模型的输入和输出之间的关系。当预测的热交换器离开冷冻水温度低于返回冷冻水温度时，可以确定集成自然冷却是可行的，此时冷却负荷过程流体进入热交换器。当在608处确定集成自然冷却不可行时，在616处冷却器可在机械冷却模式下操作。在实施例中，在618处集成自然冷却的执行期间可以继续进行608处集成自然冷却的可行性的确定，以确定集成自然冷却是否继续提供比机械冷却更高的效率。在实施例中，继续确定集成自然冷却的可行性可以包括确定包括冷却塔和机械冷却操作的集成自然冷却操作的
能耗，并将该值与满足冷却负荷的预测机械冷却能耗进行比较，以及如果机械冷却单独需要较少的能量，则停止集成自然冷却。
55.在实施例中，在610处确定自然冷却是否可用。自然冷却可用性的确定可以基于冷却塔的操作是否可以达到冷却负荷过程流体的目标温度。602处的冷却塔建模、604处的热交换器建模以及606处的泵建模的一些或全部输出可用于确定预测的热交换器离开冷冻水温度。预测的热交换器离开冷冻水温度可以是通过冷却塔建模602、热交换器建模604和/或泵建模606的迭代确定的解。预测的热交换器离开冷冻水温度可以是当602处建模的冷却塔以其最大容量操作时的预测值。迭代可以一直持续到预测的热交换器离开冷冻水温度收敛。迭代可以代表各个模型的输入和输出之间的关系。当预测的热交换器离开冷冻水的温度处于或低于冷却负荷过程流体的目标温度时，可以确定自然冷却是可用的。
56.当在610处确定自然冷却可用时，方法600可选地包括确定自然冷却参数612。自然冷却参数可以是例如冷却塔的相应风扇速度和泵速度。在实施例中，风扇速度和/或泵速度可以通过“寻找和发现”方法来确定。“寻找和发现”方法可以通过确定冷却塔回路过程流体何时以等于或大约为冷却负荷过程流体的流量的两倍流量提供的风扇速度开始。从这个起始点开始，风扇速度可以递增或递减预定值，例如为0.5％或大约为0.5％，并且可以确定所需的流量以及由此产生的风扇和泵功率消耗。应当理解的是，递增或递减的预定值可以变化为高于或低于0.5％。对于冷却负荷过程流体的特定目标温度，可以迭代获得冷却塔中风扇速度和泵速度的最有效组合(即风扇和泵的总功耗最低的组合)。可以基于例如泵参数(如静态升程、基于泵的操作的系统扬程)来确定泵功率消耗，并使用相似定律来预测另一速度和扬程值下的功率消耗。风扇功率消耗可以基于例如与风扇速度和功率相关的三次函数(例如风扇定律)。然后，风扇和泵可以以它们各自确定的速度操作，同时在614处以自然冷却模式操作。可以在冷却负荷过程流体的可接受温度的死区或范围内继续在自然冷却模式下运行，以限制从自然冷却切换到其他操作模式(例如集成自然冷却或机械冷却模式)的频率。
57.当在610处确定自然冷却不可用，但在608处确定集成自然冷却可行时，在618处冷却器系统可以以集成自然冷却模式操作。
58.方面：
59.应理解，方面1-10中的任一方面可与方面11-20中的任一方面组合。
60.方面1、一种冷却器控制系统，包括控制器，所述控制器被配置为：接收包括至少一个动态冷却塔模型输入的冷却塔模型的一个或多个输入；接收包括至少一个动态热交换器模型输入的热交换器模型的一个或多个输入；接收包括至少一个动态泵模型输入的泵模型的一个或多个输入；基于所述冷却塔模型和所述至少一个动态冷却塔模型输入确定冷却塔模型输出；基于所述热交换器模型和所述至少一个动态热交换器模型输入确定热交换器模型输出；基于所述泵模型和所述至少一个泵模型输入确定泵模型输出；基于所述冷却塔模型输出、热交换器模型输出和泵模型输出确定冷却器系统的操作，其中所述冷却器系统的操作是从由机械冷却模式、自然冷却模式或集成自然冷却模式组成的组中选择的模式；和
在确定的操作中操作冷却器系统。
61.方面2、根据方面1所述的冷却器控制系统，还包括被配置为测量室外湿球温度的冷却塔温度传感器和一个或多个热交换器温度传感器，所述一个或多个热交换器温度传感器中的每一个位于由所述热交换器模型表示的热交换器的入口或出口。
62.方面3、根据方面1-2中任一项所述的冷却器控制系统，所述控制器还被配置为当所述冷却器系统的操作是自然冷却模式时，确定一个或多个自然冷却参数，所述自然冷却参数包括冷凝器泵速度、冷凝器泵流量以及所述冷却塔的风扇速度中的一个或多个。
63.方面4、根据方面3所述的冷却器控制系统，确定所述一个或多个自然冷却参数包括将所述一个或多个自然冷却参数中的至少一个逐渐地调整到调整值、确定在所述调整值处的能耗，并且其中基于所述能耗确定所述一个或多个自然冷却参数。
64.方面5、根据方面1-4中任一项所述的冷却器控制系统，其中所述控制器被配置为确定冷却是否可行，其中确定集成自然冷却是否可行包括：如果所述冷却塔满负载运行，则确定预测的热交换器离开冷冻水温度；将预测的热交换器离开冷冻水温度与当前冷冻水返回温度进行比较；当预测的热交换器离开冷冻水温度低于所述当前冷冻水返回温度时，确定集成自然冷却是可行的。
65.方面6、根据方面5所述的冷却器控制系统，确定所述预测的热交换器离开冷冻水温度包括基于所述冷却塔模型和所述热交换器模型迭代计算所述预测的热交换器离开冷冻水温度和在所述热交换器出口处的冷却塔流体温度。
66.方面7、根据方面1-6中任一项所述的冷却器控制系统，其中所述控制器被配置为确定自然冷却是否可用，并且确定所述自然冷却是否可用包括确定预测的热交换器离开冷冻水温度，其可以通过在冷却塔回路流体和所述冷冻水之间的热交换来实现，以及将所述预测的热交换器离开冷冻水温度与基于冷却需求的目标温度进行比较。
67.方面8、根据方面7所述的冷却器控制系统，其中所述控制器被配置为当自然冷却可用时，基于冷却塔风扇和冷却塔回路泵的预测能耗来确定冷却塔风扇的速度和冷却塔回路泵的速度。
68.方面9、一种冷却器系统，包括根据方面1-8中任一项的冷却器控制系统、被配置为在所述机械冷却模式下提供机械冷却的制冷回路、以及由所述冷却塔模型表示的冷却塔，其中所述冷却塔包括风扇和热交换器。
69.方面10、根据方面9所述的冷却器系统，还包括设置在所述冷却塔处或附近的冷却塔温度传感器，冷却塔温度传感器被配置为测量室外湿球温度。
70.方面11、一种用于控制冷却器系统的方法，包括：接收包括至少一个动态冷却塔模型输入的冷却塔模型的一个或多个输入；接收包括至少一个动态热交换器模型输入的热交换器模型的一个或多个输入；接收包括至少一个动态泵模型输入的泵模型的一个或多个输入；基于所述冷却塔模型和所述至少一个动态冷却塔模型输入确定冷却塔模型输出；基于所述热交换器模型和所述至少一个动态热交换器模型输入确定热交换器模型输出；基于所述泵模型和所述至少一个泵模型输入确定泵模型输出；
基于所述冷却塔模型输出、热交换器模型输出和泵模型输出确定所述冷却器系统的操作，其中所述冷却器系统的操作是从由机械冷却模式、自然冷却模式或集成自然冷却模式组成的组中选择的模式。
71.方面12、根据方面11所述的方法，其中当确定冷却器系统的操作为自然冷却模式时，所述方法还包括确定一个或多个自然冷却参数，所述自然冷却参数包括冷凝器泵速度、冷凝器泵流量以及所述冷却塔的风扇速度中的一个或多个。
72.方面13、根据方面12所述的方法，其中确定所述一个或多个自然冷却参数包括将所述一个或多个自然冷却参数中的至少一个逐渐地调整到调整值、确定在所述调整值处的能耗，并且其中基于所述能耗确定所述一个或多个自然冷却参数。
73.方面14、根据方面12-13中任一项所述的方法，其中确定所述冷却器的操作包括确定集成自然冷却是否可行。
74.方面15、根据方面14所述的方法，其中确定集成自然冷却是否可行包括：如果所述冷却塔满负载运行，则确定预测的热交换器离开冷冻水温度；将预测的热交换器离开冷冻水温度与当前冷冻水返回温度进行比较；当预测的热交换器离开冷冻水温度低于所述当前冷冻水返回温度时，确定集成自然冷却是可行的。
75.方面16、根据方面15所述的方法，确定所述预测的热交换器离开冷冻水温度包括基于所述冷却塔模型和所述热交换器模型迭代计算所述预测的热交换器离开冷冻水温度和在所述热交换器出口处的冷却塔流体温度。
76.方面17、根据方面12-16中任一项所述的方法，其中确定所述冷却器的操作包括确定自然冷却是否可用。
77.方面18、根据方面17所述的方法，其中确定自然冷却是否可用包括：确定预测的热交换器离开冷冻水温度，其可以通过在冷却塔回路流体和冷冻水之间进行热交换来实现，以及将所述预测的热交换器离开冷冻水温度与基于冷却需求的目标温度进行比较。
78.方面19、根据方面18所述的方法，还包括当自然冷却可用时，基于冷却塔风扇和冷却塔回路泵的预测能耗来确定冷却塔风扇的速度和冷却塔回路泵的速度。
79.方面20、根据方面19所述的方法，还包括以所确定的速度操作所述冷却塔风扇并且以所确定的速度操作所述冷却塔回路泵。
80.本技术中公开的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述表示；并且在权利要求的含义和等同范围内的所有变化都包含在其中。