本发明公开了一种通用的空调系统的水力仿真计算方法、存储装置、处理器。其中空调系统的水力仿真计算方法，包括：获取空调系统的设计参数；根据所述设计参数计算得到用于表征冷冻泵的扬程与流量和频率对应关系的第一水力计算模型、用于表征冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型、用于表征冷冻管路的总压降与流量之间关系的第三水力计算模型；假设空调系统当前的冷冻水流量，根据空调系统的当前运行参数对所述第一至第三水力计算模型进行验证，若未验证通过，则重复上述步骤进行迭代计算，直至验证通过。本发明可以适用于各种不同设计方案的中央空调系统的水力仿真计算，可以得到空调系统各个关键节点的所有水力运行参数。
1.一种空调系统的水力仿真计算方法，其特征在于，包括：
步骤2，根据所述设计参数计算得到用于表征冷冻泵的扬程与流量和频率对应关系的第一水力计算模型、用于表征冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型、用于表征冷冻管路的总压降与流量之间关系的第三水力计算模型；
步骤3，假设空调系统当前的冷冻水流量，根据空调系统的当前运行参数对所述第一至第三水力计算模型进行验证，若未验证通过，则重复步骤1至3进行迭代计算，直至验证通过。
2.如权利要求1所述的水力仿真计算方法，其特征在于，所述设计参数包括：冷冻泵的扬程与流量的关系曲线、冷冻泵的频率与流量的关系曲线、冷机的设计压降、冷冻管设计流量、设计工况下冷冻管路的总压降、冷机的设计压降、冷机的总台数、冷冻泵的设计扬程以及冷冻总管旁通阀两端压差的设计值。
3.如权利要求2所述的水力仿真计算方法，其特征在于，根据所述设计参数计算得到表征冷冻泵的扬程与流量和频率对应关系的第一水力计算模型具体包括：根据所述设计参数中的冷冻泵的扬程与流量的关系曲线，以及冷冻泵的频率与流量的关系曲线，计算得到任意流量以及任意频率与扬程对应关系的所述第一水力计算模型。
4.如权利要求2所述的水力仿真计算方法，其特征在于，根据所述设计参数计算得到表征所述冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型具体包括：获取所述设计参数中的冷机的设计压降和冷冻管设计流量；
根据所述设计压降和冷冻管设计流量计算得到冷机的阻力系数；
通过所述冷机的阻力系数构建表征所述冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型。
5.如权利要求2所述的水力仿真计算方法，其特征在于，根据所述设计参数计算得到表征所述冷冻管路的总压降与流量之间关系的第三水力计算模型具体包括：根据所述设计参数计算得到设计工况下冷冻管路的总压降；
根据所述设计工况下冷冻管路的总压降和冷冻管设计流量计算得到所述冷冻管路的阻力系数，并通过所述冷冻管路的阻力系数构建表征所述冷冻管路的总压降与流量之间关系的第三水力计算模型。
6.如权利要求5所述的水力仿真计算方法，其特征在于，所述根据所述设计参数计算得到设计工况下冷冻管路的总压降具体包括：获取所述设计参数中的冷机的设计压降以及冷机的总台数，计算得到冷机的总压降；
获取所述设计参数中的冷冻泵的设计扬程、冷冻总管旁通阀两端压差的设计值以及所述冷机的总压降，计算得到设计工况下冷冻管路的总压降。
7.如权利要求1所述的水力仿真计算方法，其特征在于，对所述第一至第三水力计算模型进行验证具体包括：根据所述当前的冷冻水流量和/或空调系统的当前运行参数以及第一至第三水力计算模型，计算得到空调系统的当前开机的所有冷冻泵的总扬程、当前开机的所有冷机的总压降、冷冻管路的总压降；
将所述当前开机的所有冷冻泵的总扬程减去当前开机的所有冷机的总压降以及当前的冷冻管路的总压降得到冷冻总管旁通阀两端的压差；
将所述冷冻总管旁通阀两端的压差与该冷冻水流量对应的预设值进行比较；若得到的差值小于等于设定阈值，则验证通过；否则，验证失败。
8.如权利要求7所述的水力仿真计算方法，其特征在于，得到空调系统的当前开机的所有冷冻泵的总扬程具体包括：获取空调系统的运行参数中当前的冷冻泵的频率以及开机的冷冻泵的台数；
将所述当前的冷冻泵的频率以及所述假设的冷冻水流量输入至所述第一水力计算模型中计算得到单台冷冻泵的扬程；
通过当前开机的冷冻泵的台数计算得到当前开机的所有冷冻泵的总扬程。
9.如权利要求7所述的水力仿真计算方法，其特征在于，得到空调系统的当前开机的所有冷机的总压降具体包括：获取空调系统的运行参数中当前开机的冷机的台数；
将所述假设的冷冻水流量输入至第二水力计算模型中计算得到单台冷机的压降；
根据所述当前开机的冷机的台数计算得到当前开机的所有冷机的总压降。
10.如权利要求7所述的水力仿真计算方法，其特征在于，得到空调系统的冷冻管路的总压降具体包括：将所述假设的冷冻水流量输入至第三水力计算模型中计算得到当前的冷冻管路的总压降。
11.一种存储装置，用于存储计算机程序，所述计算机程序用来执行如权利要求1至10任意一项所述的水力仿真计算方法。
12.一种处理器，用来运行计算机程序，所述计算机程序运行时执行如权利要求1至10任意一项所述的水力仿真计算方法。
通用的空调系统的水力仿真计算方法、存储装置、处理器
技术领域
[0001] 本发明涉及空调系统仿真技术，特别是涉及一种通用的空调系统的水力仿真计算方法。
背景技术
[0002] 随着我国能源问题日益突出，节能减排受到政府的高度重视。中央空调在设计过程中的仿真技术是中央空调节能控制技术中的关键技术，冷站水管路系统是中央空调系统重要的组成部分，建立中央空调系统冷站水管路的仿真算法是中央空调系统仿真技术中的重点。
[0003] 中央空调系统动态仿真技术中的水力计算方法不同于传统的中央空调设计计算中的水力计算方法，传统的中央空调系统设计方案中涉及的水力计算方法是按照最不利环路各个不同管段的长度、管直径和粗糙度等具体的设计参数，分别计算出每个管段在设计流量下的压降，再按照设计裕度系数确定水泵(即冷冻泵)的设计扬程，再根据水泵(即冷冻泵)厂家样本数据进行水泵(即冷冻泵)选型。这种水力计算方法不能解决中央空调动态仿真技术中的水力计算问题。
[0004] 因此，需要提供一种可以应用在中央空调动态仿真技术中通用的水力计算方法，使这种水力计算方法面向所有不同的中央空调系统，包括管路长度、管径、管路上的各种阀门和管件等都不一样的水系统，如何解决这个问题是目前业界亟待解决的技术问题。
发明内容
[0005] 本发明为了解决上述现有技术中可应用在中央空调动态仿真技术中的通用的水力计算方法的技术问题，提出一种通用的空调系统的水力仿真计算方法、存储装置、处理器。
[0006] 本发明提出的空调系统的水力仿真计算方法，包括：
[0007] 步骤1，获取空调系统的设计参数；
[0008] 步骤2，根据所述设计参数计算得到用于表征冷冻泵的扬程与流量和频率对应关系的第一水力计算模型、用于表征冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型、用于表征冷冻管路的总压降与流量之间关系的第三水力计算模型；
[0009] 步骤3，假设空调系统当前的冷冻水流量，根据空调系统的当前运行参数对所述第一至第三水力计算模型进行验证，若未验证通过，则重复步骤1至3进行迭代计算，直至验证通过。
[0010] 进一步，所述设计参数包括：冷冻泵的扬程与流量的关系曲线、冷冻泵的频率与流量的关系曲线、冷机的设计压降、冷冻管设计流量、设计工况下冷冻管路的总压降、冷机的设计压降、冷机的总台数、冷冻泵的设计扬程以及冷冻总管旁通阀两端压差的设计值。
[0011] 进一步，根据所述设计参数计算得到表征冷冻泵的扬程与流量和频率对应关系的第一水力计算模型具体包括：根据所述设计参数中的冷冻泵的扬程与流量的关系曲线，以及冷冻泵的频率与流量的关系曲线，计算得到任意流量以及任意频率与扬程对应关系的所述第一水力计算模型。
[0012] 进一步，根据所述设计参数计算得到表征所述冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型具体包括：
[0013] 获取所述设计参数中的冷机的设计压降和冷冻管设计流量；
[0014] 根据所述设计压降和冷冻管设计流量计算得到冷机的阻力系数；
[0015] 通过所述冷机的阻力系数构建表征所述冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型。
[0016] 进一步，根据所述设计参数计算得到表征所述冷冻管路的总压降与流量之间关系的第三水力计算模型具体包括：
[0017] 根据所述设计参数计算得到设计工况下冷冻管路的总压降；
[0018] 根据所述设计工况下冷冻管路的总压降和冷冻管设计流量计算得到所述冷冻管路的阻力系数，并通过所述冷冻管路的阻力系数构建表征所述冷冻管路的总压降与流量之间关系的第三水力计算模型。
[0019] 进一步，所述根据所述设计参数计算得到设计工况下冷冻管路的总压降具体包括：
[0020] 获取所述设计参数中的冷机的设计压降以及冷机的总台数，计算得到冷机的总压降；
[0021] 获取所述设计参数中的冷冻泵的设计扬程、冷冻总管旁通阀两端压差的设计值以及所述冷机的总压降，计算得到设计工况下冷冻管路的总压降。
[0022] 进一步，所述对所述第一至第三水力计算模型进行验证具体包括：
[0023] 根据所述当前的冷冻水流量和/或空调系统的当前运行参数以及第一至第三水力计算模型，计算得到空调系统的当前开机的所有冷冻泵的总扬程、当前开机的所有冷机的总压降、冷冻管路的总压降；
[0024] 将所述当前开机的所有冷冻泵的总扬程减去当前开机的所有冷机的总压降以及当前的冷冻管路的总压降得到冷冻总管旁通阀两端的压差；
[0025] 将所述冷冻总管旁通阀两端的压差与该冷冻水流量对应的预设值进行比较；若得到的差值小于等于设定阈值，则验证通过；否则，验证失败。
[0026] 进一步，得到空调系统的当前开机的所有冷冻泵的总扬程具体包括：
[0027] 获取空调系统的运行参数中当前的冷冻泵的频率以及开机的冷冻泵的台数；
[0028] 将所述当前的冷冻泵的频率以及所述假设的冷冻水流量输入至所述第一水力计算模型中计算得到单台冷冻泵的扬程；
[0029] 通过当前开机的冷冻泵的台数计算得到当前开机的所有冷冻泵的总扬程。
[0030] 进一步，得到空调系统的当前开机的所有冷机的总压降具体包括：
[0031] 获取空调系统的运行参数中当前开机的冷机的台数；
[0032] 将所述假设的冷冻水流量输入至第二水力计算模型中计算得到单台冷机的压降；
[0033] 根据所述当前开机的冷机的台数计算得到当前开机的所有冷机的总压降。
[0034] 进一步，得到空调系统的冷冻管路的总压降具体包括：将所述假设的冷冻水流量输入至第三水力计算模型中计算得到当前的冷冻管路的总压降。
[0035] 本发明提出的存储装置，用于存储计算机程序，所述计算机程序用来执行上述技术方案所述的水力仿真计算方法。
[0036] 本发明提出的处理器，用来运行计算机程序，所述计算机程序运行时执行上述技术方案所述的水力仿真计算方法。
[0037] 本发明通过将空调系统的水力计算模型划分为三大部分，再利用设计参数，分别构建各个部分的计算模型，并最后通过比较冷冻总管旁通阀两端的压差与预设值的差值来进行验证，反复进行迭代运算，从而得到通用的空调系统的水力计算模型，本发明的水力计算模型可以算出空调系统在任意流量下，空调系统管路各个关键节点上的全部水力运行参数。
附图说明
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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获得其他的附图。
[0039] 图1为本发明的硬件简图。
[0040] 图2为本发明的仿真流程图。
具体实施方式
[0041] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0042] 下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
[0043] 图1给出了本发明的中央空调系统冷站冷冻侧水管路的布置简图，冷站的主要部件包括n台并联的冷机，n台并联的冷冻泵(即水泵)，以及连接冷站、冷冻泵与集水器和分水器的冷冻管路，冷冻总管旁通阀(图中未示出)设置在集水器和分水器之间的冷冻管路上，其中冷机的数量和冷冻泵的数量可相同也可不同。
[0044] 本发明所提出的通用的中央空调系统的水力计算方法需要得知详细的中央空调系统的设计方案，这包括了各种空调设备的设计参数和全工况性能曲线，即包括冷机、水泵、冷却塔、冷却塔风机、电动阀门、水管网、板换等空调设备的全工况下性能曲线等，例如：冷冻泵的扬程与流量的关系曲线、冷冻泵的频率与流量的关系曲线、冷机的设计压降、冷冻管设计流量、设计工况下冷冻管路的总压降、冷机的设计压降、冷机的总台数、冷冻泵的设计扬程以及冷冻总管旁通阀两端压差的设计值等。
[0045] 本发明根据获取到的空调系统的设计参数将计算得到用于表征冷冻泵的扬程与流量和频率对应关系的第一水力计算模型、用于表征所述冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型、用于表征所述冷冻管路的总压降与流量之间关系的第三水力计算模型。然后假设空调系统当前的冷冻水流量，根据空调系统的当前运行参数对所述第一至第三水力计算模型进行验证和迭代计算直到验证通过。
[0046] 下面详细介绍本发明的三个计算模型的主要理论支撑。
[0047] 流体流动截面尺寸和形状不发生变化时，空调设备和管路的压降与流量之间的关系可按下式进行计算：
[0048] ΔP1＝SQ12 理论(1)
[0049] 式中，ΔP1为空调设备(冷机、冷冻泵)和冷冻管路的压降(Pa)；S为空调设备和冷冻管路的阻力系数(kg/m7)；Q1为空调设备和冷冻管路的流量(m3/s)。
[0050] 水系统管网各部件阻力与冷冻泵的扬程的关系(布置简图见图1)：
[0051] H＝ΔP1+ΔP2+ΔP3 理论(2)
[0052] 式中，H为冷冻泵的实际扬程(m)；ΔP1、ΔP2为空调设备和冷冻管路的压降(Pa)；ΔP3为末端阻力即分水器、集水器之间的压差(Pa)。
[0053] 冷机流量与冷冻管路(即水管路)的流量的关系：
[0054] Q1＝Q2*n 理论(3)
[0055] 式中，Q1为水管路流量(m3/s)；Q2为单个冷机的流量(m3/s)；n为冷机台数。
[0056] 图2示出的是本发明的仿真计算方法的详细流程图，根据空调系统设计方案中的各个设计工况下的系统、设备的设计参数开始冷站的水力仿真计算。当开始水力仿真计算时，从冷站的设计方提取空调系统的设计参数，例如，总管设计流量(冷冻管道的设计流量)、冷冻泵的扬程与流量的关系曲线、冷冻泵的频率与流量的关系曲线、冷机的设计压降、冷冻管设计流量、设计工况下冷冻管路的总压降、冷机的设计压降、冷机的总台数、冷冻泵的设计扬程以及冷冻总管旁通阀两端压差的设计值等等。
[0057] 本发明根据设计参数中的冷冻泵的扬程与流量的关系曲线，以及冷冻泵的频率与流量的关系曲线，可以通过采样法等方法取得大量的采样值，来构建和计算得到任意流量以及任意频率与扬程对应关系的第一水力计算模型。
[0058] 本发明根据设计参数中的冷机的设计压降和冷冻管设计流量，由上述的理论支持可知，可以根据设计压降和冷冻管设计流量计算得到冷机的阻力系数，冷机的阻力系数不管在设计工况下还是在仿真过程中都是相同的。通过计算得到的该阻力系数可以构建表征冷机的压降与流量之间关系的第二水力计算模型。
[0059] 通过设计工况下系统、设备的设计参数来计算冷站冻管路的阻力系数，冷冻管路的阻力系数S在设计工况下、仿真流量下均相同，因此，利用设计工况下的设计参数计算得到冷冻管路的阻力系数，从而得到仿真时冷冻管路的压降与流量的关系(即第三计算模型)。计算设计工况下所有并联冷机的总压降，该总压降可以通过第二水力计算模型来计算得到单台冷机的压降再将所有冷机压降相加得到，还可以获取的设计参数中所有并联冷机的设计压降相加就可以得到并联冷机的总压降。接着通过获取到设计工况下的冷冻总管压差设计值，计算得到冷冻管路的总压降＝冷冻泵的设计扬程-并联冷机的总压降-冷冻总管压差设计值，接着可以计算得到冷冻管路的阻力系数＝冷站冷冻管路总压降/冷冻管设计流量。因此，可以得到计算冷冻管路总压降的第三计算模型，冷冻管路总压降＝冷冻水流量2*冷冻管路的阻力系数。
[0060] 接着对上述三个计算模型进行验证。
[0061] 将假设的冷冻水流量和/或空调系统的当前运行参数作为计算模型的输入，通过第一至第三水力计算模型，计算得到空调系统的当前开机的所有冷冻泵的总扬程、当前开机的所有冷机的总压降、冷冻管路的总压降。
[0062] 通过获取空调系统的运行参数中当前的冷冻泵的频率以及开机的冷冻泵的台数(由冷站群控控制器给出)，将当前的冷冻泵的频率以及假设的冷冻水流量输入至第一水力计算模型中计算得到单台冷冻泵的扬程，通过当前开机的冷冻泵的台数计算得到当前开机的所有冷冻泵的总扬程。
[0063] 通过获取空调系统的运行参数中当前开机的冷机的台数(由冷站群控控制器给出)，将假设的冷冻水流量输入至第二水力计算模型中计算得到单台冷机的压降，根据当前开机的冷机的台数计算得到当前开机的所有冷机的总压降。
[0064] 通过将假设的冷冻水流量输入至第三水力计算模型中计算得到当前的冷冻管路的总压降。
[0065] 然后，将当前开机的所有冷冻泵的总扬程减去当前开机的所有冷机的总压降以及当前的冷冻管路的总压降得到冷冻总管旁通阀两端的压差，再将冷冻总管旁通阀两端的压差与该冷冻水流量对应的预设值进行比较，若得到的差值小于等于设定阈值，则验证通过；否则，验证失败，需要对三个水力模型进行迭代修正，直至验证通过。设定阈值可以通过人为设定其取值的大小，来控制仿真计算的精度。
[0066] 本发明在已经得知空调系统的设计方案的前提下，即需要详细的中央空调系统设计方案和各种设计参数，包括设计流量下的水泵设计工况下的扬程和水泵全工况性能曲线(包括不同流量和频率下的扬程曲线、功率曲线效率曲线)、冷机在设计流量下蒸发器和冷凝器水侧压降和不同流量下的压降曲线、设计流量下的动态调节阀门开度和压降以及阀门调节特性曲线。本发明根据这些已知条件，通过本发明的通用的水力计算算法，可以算出中央空调系统在不同流量下，中央空调系统管路各个关键节点上的全部水力运行参数，包括冷冻总管旁通阀两端压差、在某一流量和频率下的水泵实际扬程、在某一实际流量下的冷机蒸发器和冷凝器水侧压降等所有空调设备在动态仿真过程中每个实际工况点的水力运行参数等，从而解决了中央空调动态仿真技术中的水力计算难题。
[0067] 本发明除了仿真计算方法，还保护存储装置和处理器，存储装置用来存储计算机程序，处理器用来运行计算机程序，计算机程序运行时用来执行本发明的水力仿真计算方法。
[0068] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
