[发明专利]一次泵自适应变压差节能控制系统及方法

说明书

本发明提供了一种一次泵自适应变压差节能控制系统及方法，属于中央空调系统自动控制调节领域。在中央控制器的综合控制下，本发明以末端送风温度与末端电动调节水阀开度作为参考变量调整干管压差设定值，在保证末端供冷的能力的前提下，能够降低管网的流体输配阻力，指导冷冻水泵变流量运行，实现节能目的；在此基础上，本发明还提出了系统运行稳态评价指标，在系统完成动态调整后，通过建立并联冷冻水泵能耗优化模型并求解，根据输出结果控制冷冻水泵的启停与频率，实现最低能耗运行。本发明兼顾了舒适性与节能性，能根据末端负荷需求自适应调整压差设定值，具有较好的鲁棒性。

技术领域

本发明属于中央空调系统自动控制调节领域，尤其涉及一次泵自适应变压差节能控制系统及方法。

背景技术

根据《2020中国建筑能耗研究报告》，2018年建筑运行阶段能耗占全国能源总消耗量的比重达21.7％。公共建筑面积仅为建筑总面积的19％，能耗占比高达38.3％，单位面积能耗是城镇居住建筑的2倍以上。在公共建筑能耗中，中央空调系统能耗占比高达30％～60％，其中制冷机房的能耗(冷机+冷冻泵+冷却泵+冷却塔)占比约60％～70％，具备较大的节能潜力。由于中央空调系统是根据最大负荷需求设计的，且存在较大的设计冗余，然而空调系统实际运行中大多数时间处于部分负荷工况，造成冷源设备选型偏大，可调性偏差，设备运行能效偏低，产生大量不必要的能源浪费。

随着制冷主机变流量技术的发展，一次泵变流量系统在中央空调冷冻水系统中的应用逐渐普及，上述问题得到了解决。但是，在常规的变流量系统中，水泵采用压差控制调节，压差控制点设置在供回水干管上或最不利用户支路上，压差设定值恒定。当用户负荷需求变化时，用户支路上的电动调节阀调整开度以改变冷冻水流量，使得空调箱的送风温度维持在设定值。阀位的变化导致管网阻力特性改变，为维持干管压差恒定，水泵调整转速从而调整流量与扬程，达到新的供需平衡。在部分负荷工况下，用户的需求水量下降，干管压差恒定导致富余的压头由末端调节阀通过减小开度的方式消耗掉，造成了不必要的能源浪费。基于此，本发明设计了采用压差设定值响应末端负荷变化而自适应设定的方案，预计将能节约25％以上的水泵能耗。

现有技术1(CN103994554A)公开了一种空调用变压差控制装置、方法及系统，其依据最不利末端的阀门开度来调整压差设定值，但由于末端用户的负荷并非一致性变化，即最不利支路的位置是变化的，因而其所公开的方案难以满足实际应用需求，并且该现有技术也未提出压差设定值更新计算方法。

现有技术2(CN112254320B)公开了一种基于AI的空调变流量水系统自适应变压差控制方法，利用AI技术构建负荷预测模型，利用历史运行数据库获得末端设备的最大供回水温差，确定末端需求水流量，代入的所有末端阀门全开时控制压差值-末端流量的对应数据库，并取最大控制压差值作为设定压差，但是负荷预测技术只适用于特定场景，多数场景下，负荷受到室内人员活动影响波动很大，难以精准预测，并且该方案需要依托强大的算力，应用场景受限。

现有技术3(CN112254237B)公开了一种空调循环水系统变压差控制系统，基于大量的实际运行数据，采用随机森林法进行模型训练，拟合供回水压差实测值与冷冻水流量的特征关系，从而获得压差设定值算法模型，需要依托大量的实际运行数据提高模型的精度，在项目运行的初期难以运用。

由此可见，目前现有的变压差控制方案，不适用于末端负荷非一致变化的情况，也未考虑系统动态调整过程送风温度偏差对用户侧舒适性的不利影响，而基于实际运行数据应用机器学习算法的变压差设定方案，需要基于海量的运行数据和强大的算力，难以推广。

基于上述问题，本发明提出了一种一次泵自适应变压差节能控制系统及方法，考虑了末端送风温度与阀门开度，兼顾了用户的舒适性与系统的节能性，基于PI控制调整压差设定值，并提出水泵群组能耗优化算法，控制水泵的启停与运行频率，具有更优的节能性和适用性。

发明内容