[发明专利]一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法

说明书

本发明公开了一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法，具体为：1、将横流冷却塔两侧的填料简化为x‑z二维换热模型；2、将二维换热模型等分成若干个网格，每个网格作为一个热湿交换微元；3、建立热湿交换模型计算每个热湿交换微元输出的水流状态和空气状态；4、根据最后一行热湿交换微元输出水流状态计算冷却塔的出口水温t_wo；5、若t_wo与实测值t_wo’之间差值的绝对值大于第一阈值，则更新热湿交换模型；否则，优化冷却塔的风量；6、采用初始热湿交换模型计算在当前情况下横流冷却塔的出口水温t_w2，若t_wo’与t_w2之差大于等于第二阈值，则认定塔性能衰减；本发明实现了冷却塔最优运行参数的精确计算和性能故障的精确诊断。

技术领域

本发明属于制冷系统技术领域。

背景技术

冷却塔作为中央空调系统冷源侧的重要散热设备，承担着将冷凝热释放到环境空气、制取低温冷却回水的重要任务。冷却塔回水温度是一个重要控制参数，不仅影响冷却塔自身功耗，对冷水机组、冷却水泵的功耗也有着很大影响。若冷却回水温度设定值偏高，会导致冷却塔冷却能力得不到充分利用，且增加冷水机组耗功量，若冷却回水温度设定值偏低，则会增加冷却塔风机功耗和冷却水泵功耗。

从冷却塔运行参数优化的角度，需要确定合适的冷却塔回水温度设定值，以保证冷水机组、冷却塔、冷却水泵组成的冷源侧整体功耗最低。

从冷却塔性能诊断的角度，开式冷却塔运行一段时间后会存在布液不均、喷头堵塞、填料结垢、局部堵塞等性能故障，这些都会导致冷却塔传热传质能力较大幅度下降、出水温度上升，但由于冷却塔传热传质能力、冷却塔出水温度影响因素众多，只有在相同室外温度、湿度、风量、水流量、进水温度时比较换热能力和出水温度才能准确判断冷却塔性能是否衰退。

当前横流冷却塔仿真模型大致分为机理模型和数据驱动模型：机理模型分为两类，一类基于物理规律直接构建横流塔模型，模型各参数均有明确的物理意义，但涉及较多难以获取的结构参数；另一类在逆流塔模型的基础上进行修正，涉及复杂的迭代计算，容易导致模型不收敛，且误差较大；数据驱动模型需要大量的数据样本学习，无法揭示塔内部温度、湿度场分布规律，泛化能力也难以保证。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法。

技术方案：本发明提供了一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法，具体包括如下步骤：

步骤1：根据横流冷却塔热湿交换过程中空气的流动方向和冷却水的流动方向，将横流冷却塔两侧的填料简化为两个x-z二维换热模型，其中x方向为空气流动方向，z为冷却水的流动方向；

步骤2：将每个x-z二维换热模型等分成N*N网格，将每个网格作为一个热湿交换微元；

步骤3：建立热湿交换模型，随机选择一个N*N网格，采用热湿交换模型计算选择的N*N网格中每个热湿交换微元输出的水流状态和空气状态；所述水流状态包括冷却水的水温t_w和冷却水流量m_w；

步骤4：根据N*N网格中最后一行热湿交换微元输出的水流状态计算横流冷却塔的出口水温t_wo；该步骤中的N*N网格为步骤3中选择的N*N网格；

步骤5：运行参数优化：计算t_wo与t_wo’之差的绝对值，t_wo’为横流冷却塔的出口水温的实测值，如果绝对值大于预设的第一阈值，则更新热湿交换模型；否则，以冷却塔、冷却水泵、冷水机组整体功耗最低为目的计算最优横流冷却塔出口水温，并基于最优横流冷却塔出水温度对横流冷却塔的风量进行优化调整；