一种冷冻机房的系统
技术领域
本实用新型涉及一种工厂用的冷冻机房，尤其涉及一种冷冻机房的系统。
背景技术
基于常规冷冻机房建设，在项目立项阶段、项目设计阶段、项目实施阶段、项目调试阶段、项目运营维护阶段工作各阶段工作的脱节以及人员素质的差异，导致冷冻机房的运行能效差、能耗费用高，无人对冷冻机房的运行效果承担责任；另一方面由于冷冻机房在设计时均是根据系统最大负荷选型设计，而冷冻机房系统在满负荷时的运行时间几乎10％不到，经常会运行在40％～70％负荷段，此时系统的能效相对于满负荷时能效更低、能耗费用更高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种冷冻机房的系统，来解决能耗高、能效低、运行成本高的问题。
本实用新型的目的采用以下技术方案实现：
一种冷冻机房的系统，包括至少两个冷水主机、冷却塔、至少两个冷冻水泵、至少两个冷却水泵、检测与控制装置；至少两个所述冷冻水泵并联，至少两个所述冷水主机并联，至少两个所述冷却水泵并联，并联后的所述冷冻水泵与并联后的所述冷水主机连接，之后与并联后的所述冷却水泵连接，并联后的冷却水泵连接冷却塔；
所述检测与控制装置用于检测冷却水温度及获得所述冷水主机的负载，并根据冷却水温度与冷水主机负载的匹配关系，获得对应的冷却水降低温度或主机负载的调整值；
所述检测与控制装置还用于获取冷却塔的出水温度，根据所述冷却塔的出水温度与冷却塔的风机数量、频率的预设关系，控制冷却塔的风机数量、频率；
所述检测与控制装置还用于获取供回水温差，并根据供回水温差与所述冷却水泵频率、流量之间的预设关系，控制所述冷却水泵频率、流量；
所述检测与控制装置还用于获取系统末端压差，并根据系统末端压差与冷冻水泵频率、流量之间的预设关系，控制所述冷冻水泵频率、流量。
进一步地，所述检测与控制装置包括冷却水温度传感器和负载监控装置，所述冷却水温度传感器用于检测冷却水温度，所述负载监控装置用于获得所述冷水主机的负载，其中，所述冷却水温度为经所述冷水主机冷却后水温度。
进一步地，所述检测与控制装置还包括出水温度传感器，所述出水温度传感器用于获取冷却塔的出水温度；
所述检测与控制装置还包括供水温度传感器和回水温度传感器，所述供水温度传感器用于获得供水温度，所述回水温度传感器用于获得回水温度，通过所述供水温度和所述回水温度获取所述供回水温差。
进一步地，所述检测与控制装置还包括时间检测器和流量计，所述时间检测器用于检测所述冷冻水泵或冷却水泵的运行时间，所述流量计用于检测所述冷冻水泵或冷却水泵的流量；
所述检测与控制装置还用于当时间检测器检测到所述冷冻水泵或冷却水泵的运行时间达到目标时间值，同时所述冷冻水泵或冷却水泵的流量未达到目标流量值时，增加冷冻水泵或冷却水泵的数量。
进一步地，所述冷冻机房的系统还包括PID控制器，所述PID控制器根据所述供回水温差对运行的冷冻水泵或冷却水泵进行PID控制。
相应地，本实用新型还提供了一种冷冻机房的控制方法，检测冷却水温度及获得冷水主机的负载，并根据冷却水温度与冷水主机负载的匹配关系，获得对应的冷却水降低温度或主机负载的调整值；其中，所述冷水主机至少有两个，且至少两个所述冷水主机并联；
获取冷却塔的出水温度，根据所述冷却塔的出水温度与冷却塔的风机数量、频率的预设关系，控制冷却塔的风机数量、频率；
获取供回水温差，并根据供回水温差与冷却水泵频率、流量之间的预设关系，控制所述冷却水泵频率、流量；其中，所述冷却水泵至少有两个，且至少两个所述冷却水泵并联；
获取系统末端压差，并根据系统末端压差与冷冻水泵频率、流量之间的预设关系，控制所述冷冻水泵频率、流量；其中，所述冷冻水泵至少有两个，且至少两个所述冷冻水泵并联，并联后的所述冷冻水泵与并联后的所述冷水主机连接，之后与并联后的所述冷却水泵连接，并联后的冷却水泵连接冷却塔。
进一步地，所述冷却水温度为经所述冷水主机冷却后水温度。
进一步地，获得供水温度，且获得回水温度，通过所述供水温度和所述回水温度获取所述供回水温差。
进一步地，检测所述冷冻水泵或冷却水泵的运行时间，同时检测所述冷冻水泵或冷却水泵的流量；
当时间检测器检测到所述冷冻水泵或冷却水泵的运行时间达到目标时间值，同时所述冷冻水泵或冷却水泵的流量未达到目标流量值时，增加冷冻水泵或冷却水泵的数量。
进一步地，根据所述供回水温差对运行的冷冻水泵或冷却水泵进行PID控制。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型将冷冻水泵、冷却水泵与冷水主机的连接采用并联公管，省去了分水器、集水器，使得冷冻水泵与冷却水泵的功率最低；且可根据控制方法精确控制设备，使得能耗降低。
(2)本实用新型提供了冷水主机的运行策略、冷冻水泵的运行控制策略、冷却水泵的运行控制策略以及冷却塔的运行控制策略，使得各部的使用效能达到最优化，确保了冷水主机、冷泵水泵、冷却水泵以及冷却塔的能耗最低，能够提高整个冷冻机房的能效。
(3)本实用新型通过优化控制逻辑实现冷冻机房设备的自控化控制、管理、延长其使用寿命，保障其运行的安全性，进而降低能耗成本、运行维护成本。
附图说明
图1为本实用新型一种冷冻机房的系统的示意图；
图2为本实用新型一种冷冻机房的系统的架构简易图；
图3为本实用新型一种冷冻机房的系统中的冷水机组的不同冷却水温条件性能曲线图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1～3，一种冷冻机房的系统，包括至少两个冷水主机、冷却塔、至少两个冷冻水泵、至少两个冷却水泵、检测与控制装置。
如图1所示，至少两个冷冻水泵并联，至少两个冷水主机并联，至少两个冷却水泵并联，并联后的冷冻水泵与并联后的冷水主机连接，之后与并联后的冷却水泵连接，并联后的冷却水泵连接冷却塔。优选地，冷水主机能效在国标一级，冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔设备能效满足国标二级及以上。
通过将冷冻水泵、冷却水泵与冷水主机的连接采用并联公管，省去了分水器、集水器，使得冷冻水泵与冷却水泵的功率最低；且可根据控制方法精确控制设备，使得能耗降低。并且阀门、弯头等局部阻力构件采用低阻力设计产品；确保系统管路阻力合理，冷冻水泵及冷却水泵的功率最低。
优选地，整个冷冻机房采用BIM信息化模型指导实施，确保项目实施满足设计要求标准。
检测与控制装置具体包括上位机监控系统、PLC控制柜、冷却水温度传感器、负载监控装置、出水温度传感器、供水温度传感器和回水温度传感器、压力传感器、时间检测器、流量计、智能电表及PID控制器等。
参考图3，冷水主机在不同冷却水温条件下、不同负载下冷水机组的性能曲线，冷却水温度越低、主机的性能越高；冷却水的温度越高、主机的性能越低；另外，在固定冷却水温时，主机在40％～90％负载时则为其高能效区间。
因此，本实用新型通过降低冷却水温度和主机运行负载角度考量来提高主机能效。
具体地，冷却水温度传感器用于检测冷却水温度，负载监控装置用于获得冷水主机的负载。其中，冷却水温度为经冷水主机冷却后水温度。检测与控制装置用于检测冷却水温度及获得冷水主机的负载，并根据冷却水温度与冷水主机负载的匹配关系，获得对应的冷却水降低温度或主机负载的调整值。其中，上述根据冷却水温度与冷水主机负载的匹配关系，获得对应的冷却水降低温度或主机负载的调整值由上位机监控系统完成，并将冷却水降低温度或主机负载的调整值发送至PLC控制柜，PLC控制柜与冷水主机连接，由PLC控制柜控制冷水主机的冷却水降低温度或主机负载。
此外，在冷却水温度固定时，根据冷水主机锁定冷冻水出水温度6℃，根据机组自身能力适应变化；当流量计检测到单台冷水主机的电流达到95％时，无法稳定出水温度，则需启动另外机组，加机延时5min；确保2台及其以上冷水主机运行时，尽可能的使开启的主机运行在高效区。
冷却水温度与冷却塔的散热能力密切相关，其中冷却塔的出水温度为湿球温度逼近度(湿球温度+逼近度2～4℃)。因此，可尽可能的充分利用冷却塔的填料面积，确保冷却水流量在15％～120％的变流量工况下，可以使填料全膜化，冷却塔的散热性能无波动、低衰减。
具体地，出水温度传感器用于获取冷却塔的出水温度；检测与控制装置还用于获取冷却塔的出水温度，根据冷却塔的出水温度与冷却塔的风机数量、频率的预设关系，控制冷却塔的风机数量、频率；其中，由上位机监控系统根据冷却塔的出水温度与冷却塔的风机数量、频率的预设关系获得冷却塔的风机数量、频率，并将其发送至PLC控制柜，PLC控制柜与冷却塔连接，由PLC控制柜控制冷却塔的风机数量、频率。
在其他实施例中，冷却塔的出水温度可以通过获得湿球温度来获得冷却塔的出水温度，即湿球温度+逼近度2～4℃为冷却塔的出水温度。
冷却水泵的控制策略，以满足主机最低允许流量为前提，优选地，供水温度传感器用于获得供水温度，回水温度传感器用于获得回水温度，通过供水温度和回水温度获取供回水温差。检测与控制装置还用于获取供回水温差，并根据供回水温差与冷却水泵频率、流量之间的预设关系，控制冷却水泵频率、流量。其中，由上位机监控系统根据供回水温差与冷却水泵频率、流量之间的预设关系，获得冷却水泵频率、流量，并将其发送至PLC控制柜，PLC控制柜与冷却水泵连接，由PLC控制柜控制冷却水泵频率、流量。
具体地，以冷却/冷冻水供回水温差5℃为目标值，温差高于5℃、增加水泵频率、增加水泵流量；温差小于5℃、降低水泵频率、减少水泵流量。
冷冻水泵流量大、管路长，系统的惰性大，因此采用系统末端最不利压差设定值为目标值，当系统末端压差负荷变化时，常规下，末端温度控制系统会自动调节末端的电动调节阀，进而引起末端压差的变化，因此，本实用新型根据系统末端压差控制冷冻水泵频率、流量。其中系统末端压差由压力传感器获得。
具体地，压力传感器用于获得系统末端压差，检测与控制装置还用于获取系统末端压差，并根据系统末端压差与冷冻水泵频率、流量之间的预设关系，控制冷冻水泵频率、流量。其中，由上位机监控系统根据系统末端压差与冷冻水泵频率、流量之间的预设关系，获得冷冻水泵频率、流量，并将其发送至PLC控制柜，PLC控制柜与冷冻水泵连接，由PLC控制柜控制冷冻水泵频率、流量。
具体地，系统末端压差增大到压差目标值时，增加水泵频率、增加水泵流量；系统末端压差减小到压差目标值时，降低水泵频率、减少水泵流量。
时间检测器用于检测冷冻水泵或冷却水泵的运行时间，流量计用于检测冷冻水泵或冷却水泵的流量；检测与控制装置还用于当时间检测器检测到冷冻水泵或冷却水泵的运行时间达到目标时间值，同时冷冻水泵或冷却水泵的流量未达到目标流量值时，增加冷冻水泵或冷却水泵的数量。其中，由上位机监控系统判断时间检测器检测到冷冻水泵或冷却水泵的运行时间是否达到目标时间值以及冷冻水泵或冷却水泵的流量是否达到目标流量值，并在时间检测器检测到冷冻水泵或冷却水泵的运行时间达到目标时间值，同时冷冻水泵或冷却水泵的流量未达到目标流量值时，生成增加冷冻水泵或冷却水泵的数量的信号，并将其发送至PLC控制柜，由PLC控制柜控制增加冷冻水泵或冷却水泵的数量。
PID控制器根据供回水温差对运行的冷冻水泵或冷却水泵进行PID控制。PID控制为测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。具体地，当单台运行水泵的频率维持在满工况运行达一定的预设时间后，例如10min时，系统认为已运行水泵无法满足末端对流量的需求，此时，程序发出增加1台水泵的指令，频率从零开始逐渐增大(10s内升至最小频率以上)，随着增加水泵的频率升高，已运行水泵的频率逐渐减少，当达到相同值时，所运行水泵的频率同时变化，系统根据供回水温差对运行水泵的频率进行统一的PID控制。
本实用新型将冷冻水泵、冷却水泵与冷水主机的连接采用并联公管，省去了分水器、集水器，使得冷冻水泵与冷却水泵的功率最低；且可根据控制方法精确控制设备，使得能耗降低；本实用新型提供了冷水主机的运行策略、冷冻水泵的运行控制策略、冷却水泵的运行控制策略以及冷却塔的运行控制策略，使得各部的使用效能达到最优化，确保了冷水主机、冷泵水泵、冷却水泵以及冷却塔的能耗最低，能够提高整个冷冻机房的能效；本实用新型通过优化控制逻辑实现冷冻机房设备的自控化控制、管理、延长其使用寿命，保障其运行的安全性，进而降低能耗成本、运行维护成本。
相应地，本实用新型还提供了一种冷冻机房的控制方法。
具体包括冷水主机的控制策略、冷却塔的控制策略、冷却水泵的控制策略及冷冻水泵的控制策略。
其中，执行整个控制方法的系统，包括至少两个冷水主机、冷却塔、至少两个冷冻水泵、至少两个冷却水泵、检测与控制装置。其中，至少两个冷冻水泵并联，至少两个冷水主机并联，至少两个冷却水泵并联，并联后的冷冻水泵与并联后的冷水主机连接，之后与并联后的冷却水泵连接，并联后的冷却水泵连接冷却塔。优选地，冷水主机能效在国标一级，冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔设备能效满足国标二级及以上。通过将冷冻水泵、冷却水泵与冷水主机的连接采用并联公管，省去了分水器、集水器，使得冷冻水泵与冷却水泵的功率最低；且可根据控制方法精确控制设备，使得能耗降低。并且阀门、弯头等局部阻力构件采用低阻力设计产品；确保系统管路阻力合理，冷冻水泵及冷却水泵的功率最低。
优选地，整个冷冻机房采用BIM信息化模型指导实施，确保项目实施满足设计要求标准。
检测与控制装置具体包括上位机监控系统、PLC控制柜、冷却水温度传感器、负载监控装置、出水温度传感器、供水温度传感器和回水温度传感器、压力传感器、时间检测器、流量计、智能电表及PID控制器等。
其中，冷水主机的控制包括：检测冷却水温度及获得冷水主机的负载，其中，冷却水温度为经冷水主机冷却后水温度。并根据冷却水温度与冷水主机负载的匹配关系，获得对应的冷却水降低温度或主机负载的调整值。其中，冷水主机至少有两个，且至少两个冷水主机并联；其中，上述根据冷却水温度与冷水主机负载的匹配关系，获得对应的冷却水降低温度或主机负载的调整值由上位机监控系统完成，并将冷却水降低温度或主机负载的调整值发送至PLC控制柜，PLC控制柜与冷水主机连接，由PLC控制柜控制冷水主机的冷却水降低温度或主机负载。
此外，在冷却水温度固定时，根据冷水主机锁定冷冻水出水温度6℃，根据机组自身能力适应变化；当流量计检测到单台冷水主机的电流达到95％时，无法稳定出水温度，则需启动另外机组，加机延时5min；确保2台及其以上冷水主机运行时，尽可能的使开启的主机运行在高效区。
冷却水温度与冷却塔的散热能力密切相关，其中冷却塔的出水温度为湿球温度逼近度(湿球温度+逼近度2～4℃)。因此，可尽可能的充分利用冷却塔的填料面积，确保冷却水流量在15％～120％的变流量工况下，可以使填料全膜化，冷却塔的散热性能无波动、低衰减。
因此，冷却塔的控制策略包括：获取冷却塔的出水温度，根据冷却塔的出水温度与冷却塔的风机数量、频率的预设关系，控制冷却塔的风机数量、频率；其中，由上位机监控系统根据冷却塔的出水温度与冷却塔的风机数量、频率的预设关系获得冷却塔的风机数量、频率，并将其发送至PLC控制柜，PLC控制柜与冷却塔连接，由PLC控制柜控制冷却塔的风机数量、频率。
在其他实施例中，冷却塔的出水温度可以通过获得湿球温度来获得冷却塔的出水温度，即湿球温度+逼近度2～4℃为冷却塔的出水温度。
冷却水泵的控制策略，以满足主机最低允许流量为前提，优选地，供水温度传感器用于获得供水温度，回水温度传感器用于获得回水温度，通过供水温度和回水温度获取供回水温差。
具体包括：获得供水温度，且获得回水温度，通过供水温度和回水温度获取供回水温差。并根据供回水温差与冷却水泵频率、流量之间的预设关系，控制冷却水泵频率、流量；其中，冷却水泵至少有两个，且至少两个冷却水泵并联；其中，由上位机监控系统根据供回水温差与冷却水泵频率、流量之间的预设关系，获得冷却水泵频率、流量，并将其发送至PLC控制柜，PLC控制柜与冷却水泵连接，由PLC控制柜控制冷却水泵频率、流量。
具体地，以冷却/冷冻水供回水温差5℃为目标值，温差高于5℃、增加水泵频率、增加水泵流量；温差小于5℃、降低水泵频率、减少水泵流量。
冷冻水泵流量大、管路长，系统的惰性大，因此采用系统末端最不利压差设定值为目标值，当系统末端压差负荷变化时，常规下，末端温度控制系统会自动调节末端的电动调节阀，进而引起末端压差的变化，因此，本实用新型根据系统末端压差控制冷冻水泵频率、流量。其中系统末端压差由压力传感器获得。
具体地，冷冻水泵的控制策略包括：获取系统末端压差，并根据系统末端压差与冷冻水泵频率、流量之间的预设关系，控制冷冻水泵频率、流量；其中，冷冻水泵至少有两个，且至少两个冷冻水泵并联，并联后的冷冻水泵与并联后的冷水主机连接，之后与并联后的冷却水泵连接，并联后的冷却水泵连接冷却塔。其中，由上位机监控系统根据系统末端压差与冷冻水泵频率、流量之间的预设关系，获得冷冻水泵频率、流量，并将其发送至PLC控制柜，PLC控制柜与冷冻水泵连接，由PLC控制柜控制冷冻水泵频率、流量。
具体地，系统末端压差增大到压差目标值时，增加水泵频率、增加水泵流量；系统末端压差减小到压差目标值时，降低水泵频率、减少水泵流量。
此外，该方法还包括：检测冷冻水泵或冷却水泵的运行时间，同时检测冷冻水泵或冷却水泵的流量；判断冷冻水泵或冷却水泵的运行时间是否达到目标时间值，同时检测冷冻水泵或冷却水泵的流量达到目标时间值；当时间检测器检测到冷冻水泵或冷却水泵的运行时间达到目标时间值，同时冷冻水泵或冷却水泵的流量未达到目标流量值时，增加冷冻水泵或冷却水泵的数量。
该方法还包括：根据供回水温差对运行的冷冻水泵或冷却水泵进行PID控制。PID控制为测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。具体地，当单台运行水泵的频率维持在满工况运行达一定的预设时间后，例如10min时，系统认为已运行水泵无法满足末端对流量的需求，此时，程序发出增加1台水泵的指令，频率从零开始逐渐增大(10s内升至最小频率以上)，随着增加水泵的频率升高，已运行水泵的频率逐渐减少，当达到相同值时，所运行水泵的频率同时变化，系统根据供回水温差对运行水泵的频率进行统一的PID控制。
本实用新型将冷冻水泵、冷却水泵与冷水主机的连接采用并联共管，省去了分水器、集水器，使得冷冻水泵与冷却水泵的功率最低；且可根据控制方法精确控制设备，使得能耗降低；本实用新型提供了冷水主机的运行策略、冷冻水泵的运行控制策略、冷却水泵的运行控制策略以及冷却塔的运行控制策略，使得各部的使用效能达到最优化，确保了冷水主机、冷泵水泵、冷却水泵以及冷却塔的能耗最低，能够提高整个冷冻机房的能效；本实用新型通过优化控制逻辑实现冷冻机房设备的自控化控制、管理、延长其使用寿命，保障其运行的安全性，进而降低能耗成本、运行维护成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
