本发明提供一种双控式冷却水控制系统，冷水机包括依次连接蒸发器、压缩机、冷凝器，所述蒸发器连接有冷冻水循环管路，所述冷冻水循环管路包括冷冻泵、冷冻水管道，所述冷凝器连接有冷却水循环管路，所述冷却水循环管路包括冷却泵、冷却水管道、冷却塔，所述控制系统包括参数采集模块、计算模块、控制器、变频器，冷水机在满足冷负载的前提下，冷却散热得以实现，保障冷水机自身COP最高前提下，冷却泵和冷却塔综合用电最低，达到机房中散热的分支目标。本发明有被动冷却模式，实现对空气冷源的最大化利用，从而提高冷却系统的COP值，更加节能。
1.一种双控式冷却水控制系统，其应用的冷水机包括依次连接蒸发器、压缩机、冷凝器，所述蒸发器连接有冷冻水循环管路，所述冷冻水循环管路包括冷冻泵、冷冻水管道，所述冷凝器连接有冷却水循环管路，所述冷却水循环管路包括冷却泵、冷却水管道、冷却塔，其特征在于：所述控制系统包括参数采集模块、计算模块、控制器、变频器，所述参数采集模块分别与所述计算模块、所述控制器连接，所述计算模块分别与所述控制器、所述变频器连接，所述控制器分别与所述冷却塔、所述冷却泵连接，所述变频器分别与所述冷却塔、所述冷却泵连接，所述参数采集模块用于采集所述冷水机输出冷量及输入电量、所述蒸发器的冷冻水进出水温度和流量、所述冷凝器的冷却水进出水温度和流量，所述冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度，所述变频器用于调节控制所述冷却泵、冷却塔的运行频率，所述计算模块用于计算得出所述冷却泵、所述冷却塔的最佳运行频率并下发到所述变频器作为冷却泵、冷却塔的运行频率，所述控制器能够根据参数采集模块所采集到的环境湿球温度控制所述冷水机、所述冷却塔的关闭及能够根据计算模块的计算结果控制所述冷水机、所述冷却塔的开启，所述计算模块是通过参数采集模块采集的冷水机输出冷量及冷水机的输入电量、采集的蒸发器的冷冻水进出水温度和流量、采集的冷凝器的冷却水进出水温度和流量，采集的冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度建立数学模型并计算出所述冷却泵的最佳运行频率和所述冷却塔的最佳运行频率，所述数学模型的计算公式如下：
冷却水散热量 Q1=∑冷却水流量*冷却水温差*冷却水比热；
冷却塔散热量 Q2=∑冷却风量*冷却风温差* 空气比热；
冷水机制冷量 Q =∑冷冻水量*冷冻水温差*冷冻水比热；
计算冷却泵和冷却塔电机最佳频率时，以满足条件一：P+Q=Q1，冷却水温差等于预设冷却水温差值和条件二： Q1=Q2,冷却水温度等于冷却水温度设定值；
冷却泵最佳节能运行频率为：f1=（q1/额定流量）*50；
q1为冷却水进出水温差为预设冷却水温差值的条件下，按照冷却水散热量Q1计算得到的冷却水最小流量值；
冷却塔最佳节能运行频率为f2=（Q2/冷却塔额定散热量）*50；
综合COP=冷水机输出冷量/（冷水机耗电+冷却泵耗电+冷却塔耗电+冷冻泵耗电）。
2.如权利要求1所述的一种双控式冷却水控制系统，其特征在于，当参数采集模块采集到的环境湿球温度低于第一预设环境湿球温度以下时，所述冷水机进入被动冷却模式。
3.如权利要求1所述的一种双控式冷却水控制系统，其特征在于，当参数采集模块采集到的环境湿球温度低于第二预设环境湿球温度以下时，所述冷水机进入自然冷却模式。
4.如权利要求2所述的一种双控式冷却水控制系统，其特征在于，所述被动冷却模式是通过控制器关闭冷却塔，促使冷却塔进入被动冷却运行状态，同时所述计算模块根据建立的数学模型的计算出Q+P=Q1时，则重新开启冷却塔。
5.如权利要求3所述的一种双控式冷却水控制系统，其特征在于，所述自然冷却模式是通过控制器关闭冷水机，促使冷冻水管自动切换到冷却水循环管路，冷冻水通过冷却塔进行冷却运行状态，同时所述计算模块根据建立的数学模型的计算出Q+P=Q2时，则重新开启冷水机。
6.如权利要求1所述的一种双控式冷却水控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括旁通管路，所述旁通管路连接在冷凝器的进出口之间，所述参数采集模块还可以用于采集压缩比、采集冷却水循环管路中的冷却水温度与采集冷冻水循环管路中的冷冻水温度的温差值使所述控制器能够根据所采集到的压缩比或者温差值控制所述旁通管路的启闭或者控制所述冷却塔的启闭。
7.如权利要求6所述的一种双控式冷却水控制系统，其特征在于，当参数采集模块采集到的压缩比小于等于预设标的压比值时或者所采集到的温差值小于预设标的温差值时，则通过所述控制器开启旁通管路并同时关闭冷却塔，当参数采集模块采集到的压缩比大于预设标的压比值时或者所采集到的温差值大于等于预设标的温差值时，则通过所述控制器控制旁通管路关闭并同时开启冷却塔。
8.如权利要求7所述的一种双控式冷却水控制系统，其特征在于，所述旁通管路包括旁通管以及旁通电动阀，所述旁通管连接在所述冷凝器进出口之间，所述旁通电动阀设置在所述旁通管中。
一种双控式冷却水控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及空调技术领域，更具体而言是指一种双控式冷却水控制系统。
背景技术
[0002] 现有中央空调水冷式冷却系统，主要是根据冷却水出水和回水温差，调节冷却泵频率或冷却塔的开启台数，以达到系统高效冷却的目的。即冷却泵把经过冷水机冷凝器升温的冷却水，输送到冷却塔散热后，再回到冷凝器吸热升温后，再次回到冷却塔散热降温，如此循环往复实现系统冷却的目的。
[0003] 然而调节冷却泵频率，降低冷却水流量，节省冷却泵电耗，会造成中央空调冷水机压缩机组散热效果不好，COP降低，能耗增加，冷却泵节约的电能，不足以对冲冷水机压缩机组的电耗增加。
[0004] 而调节冷却塔开启台数，减少冷却塔散热面积和风扇电机电耗，同样会造成中央空调冷水机压缩机组散热效果不好，COP降低，能耗增加，散热风扇电机节约的电量，不足以对冲冷水机压缩机组的电耗增加。
发明内容
[0005] 本发明的主要目的在于提供一种双控式冷却水控制系统，其能实现冷水机冷却散热得以最佳满足，保障冷水机自身COP最高前提下，冷却泵和冷却塔合计能耗最低。
[0006] 本发明的又一目的在于提供一种双控式冷却水控制系统，其实现智能调高冷却水温度，保证磁悬浮压缩机冷媒冷却系统正常工作，实现智能自动加载启动，有效保护压缩机不受损害和保障顺利开机生产不受影响。
[0007] 本发明采用的技术方案为：一种双控式冷却水控制系统，其应用的冷水机包括依次连接蒸发器、压缩机、冷凝器，所述蒸发器连接有冷冻水循环管路，所述冷冻水循环管路包括冷冻泵、冷冻水管道，所述冷凝器连接有冷却水循环管路，所述冷却水循环管路包括冷却泵、冷却水管道、冷却塔，所述控制系统包括参数采集模块、计算模块、控制器、变频器，所述参数采集模块用于采集冷水机输出冷量及冷水机的输入电量、采集的蒸发器的冷冻水进出水温度和流量、采集冷凝器的冷却水进出水温度和流量，采集冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度，所述变频器用于调节控制所述冷却泵、冷却塔的运行频率，所述计算模块用于计算得出所述冷却泵、所述冷却塔的最佳运行频率并下发到所述变频器作为冷却泵、冷却塔的运行频率，所述控制器分别与所述参数采集模块、所述计算模块电连接并用于控制所述冷水机、所述冷却塔的启闭。
[0008] 所述计算模块是通过参数采集模块采集的冷水机输出冷量及冷水机的输入电量、采集的蒸发器的冷冻水进出水温度和流量、采集的冷凝器的冷却水进出水温度和流量，采集的冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度建立数学模型并计算出所述冷却泵的最佳运行频率和所述冷却塔的最佳运行频率。
[0009] 所述数学模型的计算公式如下：
[0010] 冷却水散热量 Q1=∑冷却水流量*冷却水温差*冷却水比热；
[0011] 冷却塔散热量 Q2=∑冷却风量*冷却风温差* 空气比热；
[0012] 冷水机制冷量 Q =∑冷冻水量*冷冻水温差*冷冻水比热；
[0013] 冷水机电量P=∑输入功率*时间；
[0014] 冷却水温度设定值T=环境湿球温度+3℃
[0015] 计算冷却泵和冷却塔电机最佳频率时，以满足条件一：P+Q=Q1，冷却水温差等于预设冷却水温差值和条件二： Q1=Q2,冷却水温度等于冷却水温度设定值；
[0016] 冷却泵最佳节能运行频率为：f1=（q1/额定流量）*50；
[0017] q1为冷却水进出水温差为预设冷却水温差值的条件下，按照冷却水散热量Q1计算得到的冷却水最小流量值；
[0018] 冷却塔最佳节能运行频率为f2=（Q2/冷却塔额定散热量）*50。
[0019] 综合COP=冷水机输出冷量/（冷水机耗电+冷却泵耗电+冷却塔耗电+冷冻泵耗电）。
[0020] 当参数采集模块采集到的环境湿球温度低于第一预设环境湿球温度以下时，所述冷水机进入被动冷却模式。
[0021] 当参数采集模块采集到的环境湿球温度低于第二预设环境湿球温度以下时，所述冷水机进入自然冷却模式。
[0022] 所述被动冷却模式是通过控制器关闭冷却塔，促使冷却塔进入被动冷却运行状态，同时所述计算模块根据建立的数学模型的计算出Q+P=Q1时，则重新开启冷却塔。
[0023] 所述自然冷却模式是通过控制器关闭冷水机，促使冷冻水管自动切换到冷却水循环管路，冷冻水通过冷却塔进行冷却运行状态，同时所述计算模块根据建立的数学模型的计算出Q+P=Q2时，则重新开启冷水机。
[0024] 所述控制系统还包括旁通管路，所述旁通管路连接在冷凝器的进出口之间，所述参数采集模块还可以用于采集压缩比、采集冷却水循环管路中的冷却水温度与采集冷冻水循环管路中的冷冻水温度的温差值使所述控制器能够根据所采集到的压缩比或者温差值控制所述旁通管路的启闭或者控制所述冷却塔的启闭。
[0025] 当参数采集模块采集到的压缩比小于等于预设标的压比值时或者所采集到的温差值小于预设标的温差值时，则通过所述控制器开启旁通管路并同时关闭冷却塔，当参数采集模块采集到的压缩比大于预设标的压比值时或者所采集到的温差值大于等于预设标的温差值时，则通过所述控制器控制旁通管路关闭并同时开启冷却塔。
[0026] 所述旁通管路包括旁通管以及旁通电动阀，所述旁通管连接在所述冷凝器进出口之间，所述旁通电动阀设置在所述旁通管中。
[0027] 本发明的有益效果为
[0028] 1.使冷水机在满足冷负载的前提下，冷却散热得以高效实现，保障冷水机自身COP最高前提下，冷却泵和冷却塔综合用电最低，达到高效机房中高效散热的分支目标。
[0029] 2本发明有被动冷却模式，实现对空气冷源的最大化利用。从而提高冷却系统的COP值。更加节能高效。
[0030] 3.本发明有自然冷却模式，由于建筑内或生产工艺需要冷源时，本发明直接将冷水机制冷切换为冷却塔降温制冷，实现自然冷却，最大限度利用空气中的冷源为建筑及生产工艺提供更加低成本的冷源。
[0031] 4在冬季和过渡性季节环境温度较低时，利用冷却水旁通自动调高压比和冷却水温，保护磁悬浮压缩机顺利开机制冷的控制。
附图说明
[0032] 通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。
[0033] 图1为本发明的原理示意图；
[0034] 图2为本发明控制原理方框图；实施方式
[0035] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。
[0036] 需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0037] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0038] 参考图1‑2，本发明实施例提供一种双控式冷却水控制系统，冷水机包括依次连接蒸发器12、压缩机13、冷凝器14，所述蒸发器12连接有冷冻水循环管路11，所述冷冻水循环管路11包括冷冻泵111、冷冻水管道112，所述冷凝器连接有冷却水循环管路15，所述冷却水循环管路15包括冷却泵151、冷却水管道152、冷却塔153，所述控制系统包括参数采集模块21、计算模块22、控制器23、变频器24，所述参数采集模块21分别与所述计算模块22、所述控制器24连接，所述计算模块22分别与所述控制器23、所述变频器24连接，所述控制器23分别与所述冷却塔153、所述冷却泵151连接，所述变频器分别与所述冷却塔153、所述冷却泵151连接，所述参数采集模块21用于实时采集所述冷水机输出冷量及输入电量、所述蒸发器12的冷冻水进出水温度和流量、所述冷凝器的冷却水进出水温度和流量、所述冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度，所述变频器24用于调节控制所述冷却泵、冷却塔的运行频率，所述计算模块用于计算得出所述冷却泵、所述冷却塔的最佳运行频率并下发到所述变频器作为冷却泵、冷却塔的运行频率，所述控制器能够根据参数采集模块21所采集到的环境湿球温度控制所述冷水机、所述冷却塔的关闭及能够根据计算模块的计算结果控制所述冷水机、所述冷却塔的开启。
[0039] 所述计算模块对所述变频器下发冷却泵、冷却塔的调节运行频率，频率更新调节范围设定在2分钟到10分钟。
[0040] 具体地，所述计算模块22是通过参数采集模块21采集的冷水机输出冷量及冷水机的输入电量、采集的蒸发器12的冷冻水进出水温度和流量、采集的冷凝器14的冷却水进出水温度和流量，采集的冷却塔的散热出口空气温度和环境湿球温度建立数学模型并计算出所述冷却泵的最佳运行频率和所述冷却塔的最佳运行频率。
[0041] 所述数学模型的计算公式如下：
[0042] 冷却水散热量 Q1=∑冷却水流量*冷却水温差*冷却水比热；
[0043] 冷却塔散热量 Q2=∑冷却风量*冷却风温差* 空气比热；
[0044] 冷水机制冷量 Q =∑冷冻水量*冷冻水温差*冷冻水比热；
[0045] 水比热= 4.2*10^3j/kg.℃
[0046] 冷却风温差=实时采集的冷却塔散热口温度‑环境湿球温度，空气比热= 1.0*10^3j/kg.℃
[0047] 冷水机电量P=∑输入功率*时间；
[0048] 冷却水温度设定值T=环境湿球温度+3℃
[0049] 计算冷却泵和冷却塔电机最佳频率时，以满足条件一：P+Q=Q1，冷却水温差等于预设冷却水温差值和条件二： Q1=Q2,冷却水温度等于冷却水温度设定值；
[0050] 冷却泵最佳节能运行频率为：f1=（q1/额定流量）*50；
[0051] q1为冷却水进出水温差为预设冷却水温差值的条件下，按照冷却水散热量Q1计算得到的冷却水最小流量值；
[0052] 冷却塔最佳节能运行频率为f2=（Q2/冷却塔额定散热量）*50。
[0053] 综合COP=冷水机输出冷量/（冷水机耗电+冷却泵耗电+冷却塔耗电+冷冻泵耗电），冷水机输出同等冷量情况下，冷却泵耗电+冷却塔耗电之和越小，综合COP越高，寻找两者组合最小值即为最佳运行频率。
[0054] 上述预设冷却水温差值为5℃。
[0055] 进一步，当参数采集模块21采集到的环境湿球温度低于第一预设环境湿球温度以下时，所述冷水机进入被动冷却模式。
[0056] 进一步，当参数采集模块21采集到的环境湿球温度低于第二预设环境湿球温度以下时，所述冷水机进入自然冷却模式。
[0057] 上述被动冷却模式是通过控制器23关闭冷却塔，促使冷却塔153进入被动冷却（冷却水依靠空气冷源对流自然冷却）运行状态，同时所述计算模块根据建立的数学模型的计算出Q+P=Q1时，则重新开启冷却塔。
[0058] 上述自然冷却模式是通过控制器23关闭冷水机，促使冷冻水管自动切换到冷却水循环管路，冷冻水通过冷却塔进行冷却（冷冻水依靠空气冷源散热冷却）运行状态，同时所述计算模块根据建立的数学模型的计算出Q+P=Q2时，则重新开启冷水机。
[0059] 值的注意的是，上述第一预设环境湿球温度为20℃，上述第二预设环境湿球温度为15℃。
[0060] 所述控制系统还包括旁通管路25，所述旁通管路25连接在冷凝器的进出口之间，所述参数采集模块21还可以用于采集压缩比、采集冷却水循环管路中的冷却水温度与采集冷冻水循环管路中的冷冻水温度的温差值使所述控制器能够根据所采集到的压缩比或者温差值控制所述旁通管路的启闭或者控制所述冷却塔的启闭。
[0061] 当参数采集模块采集到的压缩比小于等于预设标的压比值时或者所采集到的温差值小于预设标的温差值时，则通过所述控制器开启旁通管路并同时关闭冷却塔，当参数采集模块采集到的压缩比大于预设标的压比值时或者所采集到的温差值大于等于预设标的温差值时，则通过所述控制器控制旁通管路关闭并同时开启冷却塔。
[0062] 所述旁通管路25包括旁通管251以及旁通电动阀252，所述旁通管252连接在所述冷凝器14进出口之间，所述旁通电动阀设置在所述旁通管251中。
[0063] 在本实施例子当中，该控制器22是通过控制旁通电动阀212的启闭来实现旁通管路21的启闭，该控制器22是通过启闭冷却塔中的风扇来实现对冷却塔的启闭。控制器开启旁通电动阀并关闭冷却塔时，此时由于冷却水得不到散热，而冷凝器的压力逐渐加大，压比继续升高，当压比达到2.0时，控制器关闭旁通管路并开启冷气塔，此时冷却水流经冷却塔散热，冷水机输出冷量继续提高到正常运行状态。
[0064] 所述预设标的压比值在1.3‑1.5之间，所述预设标的温差值为在8‑12℃。
[0065] 优选地，在本实施例子当中预设标的压比值优选为1.5、上述预设标的温差值优选为10℃。
[0066] 值的一提的是，在上述自然冷却模式中，冷却塔通过板式换热系统与冷冻水循环管路进行换热，以避免冷冻水管网直接联通冷却水管网，受冷却水污染产生泥垢，长期使用影响空调末端堵管。
[0067] 本发明要实现的是，1.冷水机在满足冷负载的前提下，冷却散热得以高效实现，保障冷水机自身COP最高前提下，冷却泵和冷却塔综合用电最低，达到高效机房中高效散热的分支目标。
[0068] 2本发明有被动冷却模式，实现对空气冷源的最大化利用，从而提高冷却系统的COP值，更加节能高效。
[0069] 3.本发明有自然冷却模式，由于建筑内或生产工艺需要冷源时，本发明直接将冷水机制冷切换为冷却塔降温制冷，实现自然冷却，最大限度利用空气中的冷源为建筑及生产工艺提供更加低成本的冷源。
[0070] 4.在冬季和过渡性季节环境温度较低时，利用冷却水旁通自动调高压比和冷却水温，保护磁悬浮压缩机顺利开机制冷的控制。
[0071] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0072] 在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0073] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
