一种换热频率调节方法及系统与流程

1.本发明涉及换热技术领域，特别是涉及一种换热频率调节方法及系统。


背景技术：

2.板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。在电子工厂中央空调系统中，常会设计安装板式换热器。在冬季时，由于外界环境温度较低，常使用冷却水作为冷源，利用板式换热器进行热交换，从而实现对需求区域进行供冷。一般而言，“冷却侧”设备有冷却水泵和冷却塔。管路中的冷却循环水被冷却水泵输送进换热器，经过热交换后，循环水被输送到冷却塔进行散热，之后再流回到管路中，这样就完成了一次冷却循环。冷却循环水的流速、温度会对换热器的换热效果产生相应影响，故需要根据“使用侧”的冷量需求对冷却循环水进行适当的调节。
3.现有技术对应的冷却水泵和冷却塔频率调节方法如下：
4.1.定频率调节：操作员根据需求情况，结合个人经验，人为设定冷却水泵和冷却塔的运行频率。
5.2.定目标温度调节：冷却水泵频率根据冷却水出口温度(冷却循环水从换热器流出时的温度)及其相应的目标值(人为设定该目标值)进行自动调节(采用增量式pid算法计算出频率增量值，然后结合当前运行频率计算出频率设定值)；冷却塔频率根据冷却水进口温度(冷却循环水流进换热器时的温度，该温度可认为与循环水从冷却塔流出时温度相等)及其相应的目标值(人为设定该目标值)进行自动调节(采取增量式pid算法计算出频率增量值，然后结合当前运行频率计算出频率设定值)。pid指执行调节控制。
6.但是该方法在实际运用过程中有如下问题：
7.1.定频率调节：由于频率设定值依赖于操作员的个人经验，故而该方法并不适用于大部分应用环境；当“使用侧”冷量需求发生变化后，不能做到及时的频率调整(当“使用侧”冷量需求降低时，会使得冷却水泵和冷却塔多消耗电能；当“使用侧”需求增加时，还可能会造成“使用侧”的供冷不达标)。
8.2.定目标温度调节：由于该方法关注的是冷却循环水的出口、进口温度及其相应目标值，故该方法并不能准确的根据“使用侧”冷量需求进行相应的变化调节；当“使用侧”冷量需求发生变化后，需要人为调整冷却水出口、进口温度的相应目标值(且该目标值的设定也依赖于个人经验)；由于冷却水泵和冷却塔采用各自独立的温度目标值进行调节，故而不能做到冷却水泵和冷却塔的协调控制，从而可能会造成相应设备能耗增加。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种换热频率调节方法及系统，以进行频率自动调节，实现频率的及时调整，同时降低能耗。
10.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
29.δt3＝t
0-t1；
30.其中，δp1为冷却水泵能耗增量，p1为冷却水泵能耗量，δp2为冷却塔能耗增量，p2为冷却塔能耗量，δt1为第一温差值，δt2为第二温差值，δt3为第三温差值，t0为第二出口的设定温度，t1为第二出口的温度，t2为第一出口的温度，t3为进口的温度，t4为空气湿球温度。
31.可选地，所述根据所述冷却水泵的能耗增量、所述冷却塔的能耗增量、所述第一出口的温度、所述进口的温度和所述第三温差值，确定所述第一出口的目标温度和所述进口的目标温度，具体包括：
32.若所述冷却水泵的能耗增量小于或等于所述冷却塔的能耗增量，则将所述第一出口的温度与所述第三温差值相加，得到所述第一出口的目标温度，并将所述进口的温度作为所述进口的目标温度；
33.若所述冷却水泵的能耗增量大于所述冷却塔的能耗增量，则将所述第一出口的温度作为所述第一出口的目标温度，并将所述进口的温度与所述第三温差值相加，得到所述进口的目标温度。
34.一种换热频率调节系统，所述调节系统用于实现上述中任意一项所述的换热频率调节方法；
35.所述调节系统包括：
36.采样数据获取模块，用于获取采样数据；所述采样数据包括：空气湿球温度、冷却水泵能耗量、冷却塔能耗量以及换热器的温度数据；所述温度数据包括所述换热器的进口的温度、第一出口的温度和第二出口的温度；
37.温差值计算模块，用于根据所述第一出口的温度和所述进口的温度，计算得到第一温差值；根据所述进口的温度和所述空气湿球温度，计算得到第二温差值；根据所述第二出口的温度和第二出口的设定温度，计算得到第三温差值；
38.能耗增量计算模块，用于当所述第三温差值处于设定范围时，根据所述第一温差值、所述第二温差值、所述第三温差值、所述冷却水泵能耗量和所述冷却塔能耗量计算所述冷却水泵的能耗增量和所述冷却塔的能耗增量；
39.目标温度确定模块，用于根据所述冷却水泵的能耗增量、所述冷却塔的能耗增量、所述第一出口的温度、所述进口的温度和所述第三温差值，确定所述第一出口的目标温度和所述进口的目标温度；
40.频率调节控制模块，用于采用pid算法，分别根据所述第一出口的目标温度，控制所述冷却水泵进行冷却水泵频率调节；根据所述进口的目标温度，控制所述冷却塔进行冷却塔频率调节。
41.可选地，所述调节系统还包括：
42.第一判断模块，用于判断所述调节换热系统的运转时长是否大于设定稳态周期；
43.初步调节模块，用于若所述调节换热系统的运转时长大于设定稳态周期，则获取所述换热器在当前时刻的进口的温度和在当前时刻的第一出口的温度，并执行“频率调节初步控制模块”；
44.第二判断模块，用于当所述频率调节初步控制模块的调节时长大于设定调节周期，则执行“采样数据获取模块”；
45.频率调节初步控制模块，用于采用pid算法，根据当前时刻的第一出口的温度控制所述冷却水泵进行冷却水泵频率调节，根据当前时刻的进口的温度控制所述冷却塔进行冷却塔频率调节。
46.可选地，所述能耗增量计算模块，具体为：
[0047][0048][0049]
δt1＝t
2-t3[0050]
δt2＝t
3-t4[0051]
δt3＝t
0-t1；
[0052]
其中，δp1为冷却水泵能耗增量，p1为冷却水泵能耗量，δp2为冷却塔能耗增量，p2为冷却塔能耗量，δt1为第一温差值，δt2为第二温差值，δt3为第三温差值，t0为第二出口的设定的温度，t1为第二出口的温度，t2为第一出口的温度，t3为进口的温度，t4为空气湿球温度。
[0053]
可选地，所述目标温度确定模块，具体包括：
[0054]
第一目标值确定子模块，用于若所述冷却水泵能耗增量小于等于所述冷却塔能耗增量，则将所述第一出口的温度与所述第三温差值相加，得到所述第一出口的目标温度；将所述进口的温度作为所述进口的目标温度；
[0055]
第二目标值确定子模块，用于若所述冷却水泵的能耗增量大于所述冷却塔的能耗增量，则将所述第一出口的温度作为所述第一出口的目标温度，并将所述进口的温度与所述第三温差值相加，得到所述进口的目标温度。
[0056]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0057]
通过获取采样数据，然后根据采样数据计算第一温差值、第二温差值、第三温差值；当第三温差值处于设定范围时，对应计算能耗增量；继而确定冷却水泵和冷却塔对应的目标温度；再通过采用pid算法，根据冷却水泵和冷却塔对应的目标温度分别控制冷却水泵和冷却塔进行频率调节；由于频率是根据能耗增量确定的目标温度来调节的，而能耗增量通过根据获取到的采样数据，进行计算得到的，因此，本发明能够根据实际采样数据，对频率进行及时自动的调整，从而使得能耗处于一个平衡状态，即通过频率的自动调节，使得调节过程中能耗不再增加，因此，本发明能够进行频率的自动调节，实现频率的及时调整，同时降低能耗。
附图说明
[0058]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
[0077]
δt3＝t
0-t1；
[0078]
其中，δp1为冷却水泵能耗增量，p1为冷却水泵能耗量，δp2为冷却塔能耗增量，p2为冷却塔能耗量，δt1为第一温差值，δt2为第二温差值，δt3为第三温差值，t0为第二出口的设定温度，t1为第二出口的温度，t2为第一出口的温度，t3为进口的温度，t4为空气湿球温度。
[0079]
步骤400：根据冷却水泵的能耗增量、冷却塔的能耗增量、第一出口的温度、进口的温度和第三温差值，确定第一出口的目标温度和进口的目标温度。
[0080]
具体地，若冷却水泵的能耗增量小于或等于冷却塔的能耗增量，则将第一出口的温度与第三温差值相加，得到第一出口的目标温度，并将进口的温度作为进口的目标温度。
[0081]
若冷却水泵的能耗增量大于冷却塔的能耗增量，则将第一出口的温度作为第一出口的目标温度，并将进口的温度与第三温差值相加，得到进口的目标温度。
[0082]
步骤500：采用pid算法，分别根据第一出口的目标温度，控制冷却水泵进行冷却水泵频率调节；根据进口的目标温度，控制冷却塔进行冷却塔频率调节。
[0083]
具体地，该调节方法还包括：在步骤100之前，还包括：
[0084]
判断调节换热系统的运转时长是否大于设定稳态周期。
[0085]
若调节换热系统的运转时长大于设定稳态周期，则获取换热器在当前时刻的进口的温度和在当前时刻的第一出口的温度，并执行初步调节过程。
[0086]
当初步调节过程的调节时长大于设定调节周期，则执行“获取采样数据”的步骤，即执行步骤100：获取采样数据。
[0087]
初步调节过程为：
[0088]
采用pid算法，根据当前时刻的第一出口的温度控制冷却水泵进行冷却水泵频率调节，根据当前时刻的进口的温度控制冷却塔进行冷却塔频率调节。
[0089]
实施例2
[0090]
如图2所示，本发明实施例提供了一种换热频率调节系统，该调节系统用于实现实施例1中任意一项的换热频率调节方法。
[0091]
该调节系统包括：采样数据获取模块1、温差值计算模块2、能耗增量计算模块3、目标温度确定模块4和频率调节控制模块5。
[0092]
采样数据获取模块1，用于获取采样数据；采样数据包括：空气湿球温度、冷却水泵能耗量、冷却塔能耗量以及换热器的温度数据；温度数据包括换热器的进口的温度、第一出口的温度和第二出口的温度。
[0093]
温差值计算模块2，用于根据第一出口的温度和进口的温度，计算得到第一温差值；根据进口的温度和空气湿球温度，计算得到第二温差值；根据第二出口的温度和第二出口的设定温度，计算得到第三温差值。
[0094]
能耗增量计算模块3，用于当第三温差值处于设定范围时，根据第一温差值、第二温差值、第三温差值、冷却水泵能耗量和冷却塔能耗量计算冷却水泵的能耗增量和冷却塔的能耗增量。
[0095]
能耗增量计算模块3，具体为：
[0096][0097][0098]
δt1＝t
2-t3[0099]
δt2＝t
3-t4
[0100]
δt3＝t
0-t1；
[0101]
其中，δp1为冷却水泵能耗增量，p1为冷却水泵能耗量，δp2为冷却塔能耗增量，p2为冷却塔能耗量，δt1为第一温差值，δt2为第二温差值，δt3为第三温差值，t0为第二出口的设定的温度，t1为第二出口的温度，t2为第一出口的温度，t3为进口的温度，t4为空气湿球温度。
[0102]
目标温度确定模块4，用于根据冷却水泵的能耗增量、冷却塔的能耗增量、第一出口的温度、进口的温度和第三温差值，确定第一出口的目标温度和进口的目标温度。
[0103]
具体地，目标温度确定模块4包括：第一目标值确定子模块和第二目标值确定子模块。
[0104]
第一目标值确定子模块，用于若所述冷却水泵能耗增量小于等于所述冷却塔能耗增量，则将所述第一出口的温度与所述第三温差值相加，得到所述第一出口的目标温度；将所述进口的温度作为所述进口的目标温度；
[0105]
第二目标值确定子模块，用于若所述冷却水泵的能耗增量大于所述冷却塔的能耗增量，则将所述第一出口的温度作为所述第一出口的目标温度，并将所述进口的温度与所述第三温差值相加，得到所述进口的目标温度。
[0106]
频率调节控制模块5，用于采用pid算法，分别根据第一出口的目标温度，控制冷却水泵进行冷却水泵频率调节；根据进口的目标温度，控制冷却塔进行冷却塔频率调节。
[0107]
具体地，该调节系统还包括：第一判断模块、第二判断模块、初步调节模块和频率调节初步控制模块。
[0108]
第一判断模块，用于判断调节换热系统的运转时长是否大于设定稳态周期。
[0109]
初步调节模块，用于若调节换热系统的运转时长大于设定稳态周期，则获取换热器在当前时刻的进口的温度和在当前时刻的第一出口的温度，并执行“频率调节初步控制模块”。
[0110]
第二判断模块，用于当频率调节初步控制模块的调节时长大于设定调节周期，则执行“采样数据获取模块”。
[0111]
频率调节初步控制模块，用于采用pid算法，根据当前时刻的第一出口的温度控制冷却水泵进行冷却水泵频率调节，根据当前时刻的进口的温度控制冷却塔进行冷却塔频率调节。
[0112]
在实际应用中，该发明的具体实施流程如下：
[0113]
1.换热器对象：从该对象获取第二出口温度的t1、第一出口的温度t2以及进口的温
度t3。
[0114]
2.外界环境对象：从该对象获取空气湿球温度t4。
[0115]
3.冷却塔对象：从该对象获取冷却塔的运行频率、冷却塔能耗量；该对象接收频率设定指令，实现冷却塔运行频率的控制。
[0116]
4.冷却塔增量式pid对象：该对象是通过使用进口的温度t3、进口的目标温度t
3目标
以及冷却塔当前运行频率等参数进行计算，从而得出冷却塔的频率设定值。
[0117]
5.冷却水泵对象：从该对象获取冷却水泵的运行频率、冷却水泵能耗增量；该对象接收频率设定指令，实现冷却水泵运行频率的控制。
[0118]
6.冷却水泵增量式pid对象：该对象使用第一出口的温度t2、第一出口的目标温度t
2目标
以及冷却水泵当前运行频率等参数进行计算，从而得出冷却水泵的频率设定值。
[0119]
具体的实施步骤如下：
[0120]
步骤1：人工预先设定参数有：第二出口的设定温度t0(根据使用侧即第二出口的工艺需求设定)，稳态周期t
稳态
，调节周期t
调节
。
[0121]
步骤2：开始系统稳态计时t，当计时t≥t
稳态
，则进入步骤3，否则继续计时。
[0122]
步骤3：计算出冷却水温差即第一温差δt1，逼近温差即第二温差δt2，第一出口的目标温度t
2目标
，进口的目标温度t
3目标
，然后进入步骤4。
[0123]
δt1＝t
2-t3；
[0124]
δt2＝t
3-t4；
[0125]
t
2目标
＝t2；
[0126]
t
3目标
＝t3；
[0127]
步骤4：将t
2目标
发送给冷却水泵增量式pid对象，t
3目标
发送给冷却塔增量式pid对象，然后进入步骤5。
[0128]
步骤5：开始调节计时t，当计时t≥t
调节
，则进入步骤6，否则继续计时。
[0129]
步骤6：计算出δt1、δt2，进入步骤7。
[0130]
步骤7：计算出第三温差值δt3。
[0131]
若δt3≤-0.5或者δt3≥0.5则进入步骤8，否则进入步骤5。
[0132]
δt3＝t
0-t1。
[0133]
步骤8：冷却水泵的能耗增量和冷却塔的能耗增量，然后进入步骤9。
[0134][0135][0136]
其中，δp1为冷却水泵能耗增量，p1为冷却水泵能耗量，δp2为冷却塔能耗增量，p2为冷却塔能耗量。
[0137]
步骤9：若δp1≤δp2，则计算第一出口的目标温度t
2目标
和进口的目标温度t
3目标
，然后返回步骤4，否则进入步骤10。
[0138]
t
2目标
＝t2 δt3；
[0139]
t
3目标
＝t3。
[0140]
步骤10：计算第一出口的目标温度t
2目标
和进口的目标温度t
3目标
，最后返回步骤4。
[0141]
t
2目标
＝t2；
[0142]
t
3目标
＝t3 δt3。
[0143]
本发明解决的问题：
[0144]
1.采样第二出口的温度，并以此建立相应的目标值即目标温度，从而保证可正确跟踪第二出口的冷量需求的变化。
[0145]
2.采样第一出口的温度、进口的温度以及空气湿球温度，从而计算出冷却水温差即第一温差值和“逼近温差”即第二温差值(进口的温度减去空气湿球温度)，为后续计算提供数据。
[0146]
3.采样冷却水泵、冷却塔能耗数据，即采样能耗量，为后续计算提供数据。
[0147]
4.当第二出口冷量需求增加时，根据当前运行情况，计算出单独提升冷却水泵频率和单独提升冷却塔频率相应的能耗增加量，然后根据能耗增加量小的情况计算出第一出口和进口的目标温度，从而对冷却水泵和冷却塔进行频率调节。
[0148]
5.当第二出口冷量需求减小时，根据当前运行情况，计算出单独降低冷却水泵频率和单独降低冷却塔频率相应的能耗减少量，然后根据能耗减少量大的情况计算出第一出口和进口的目标温度，从而对冷却水泵和冷却塔进行频率调节。
[0149]
本发明的优点如下：
[0150]
1.自动化调节过程，降低了工作人员的参与度以及对个人经验的依赖程度。
[0151]
2.根据第二出口的冷量需求进行自动调节，保障了冷量供给。
[0152]
3.对设备进行优化组合控制，降低了设备运行能耗。
[0153]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0154]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。