專利分析：中央空調(diào)冷凍機組群控方法

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一、主要應用領域

本發(fā)明（專利號：CN 103375878 B）屬于建筑智能化系統(tǒng)技術領域，具體涉及中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制方法。其核心應用場景為大型樓宇（如商業(yè)大廈、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院等）的中央空調(diào)冷凍機組群控系統(tǒng)，旨在通過智能化算法實現(xiàn)冷源的合理調(diào)配與運行優(yōu)化，屬于樓宇自動控制（BAS） 和建筑節(jié)能的關鍵技術范疇。

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二、解決的技術問題

傳統(tǒng)中央空調(diào)冷凍機組的控制方法存在顯著缺陷，導致能源浪費與設備損耗：

1. 回水溫度控制法的局限性：僅依賴回水溫度判斷機組啟停，但在供回水溫差較小時誤差極大，無法準確反映實際負荷需求，易造成機組頻繁啟停或冗余運行。

2. 流量控制法的假設失效：該方法基于“負荷與流量成正比”“供回水溫差恒定”等理想假設，但實際工況中這些條件均不成立（尤其部分負荷時），導致控制策略脫離實際，節(jié)能效果差。

3. 負荷響應滯后與能效低下：現(xiàn)有方法無法實時精準計算建筑冷負荷，導致機組運行臺數(shù)與實際需求不匹配，造成電能浪費（冷機與水泵冗余運行）或供冷不足。

4. 設備壽命縮短：不合理的啟停策略（如頻繁切換機組）加劇設備機械磨損，影響壓縮機等核心部件壽命。

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三、關鍵技術方案

本發(fā)明提出一種基于熱量控制原理的群控算法，通過實時計算實際冷負荷動態(tài)調(diào)整機組運行狀態(tài)。其核心流程如下：

1. 系統(tǒng)穩(wěn)定化預處理（步驟A）

   為避免初始階段溫度波動干擾，系統(tǒng)首先判斷首臺冷水機（優(yōu)選耗電最小機型）持續(xù)運行時間是否超過60分鐘（第一閾值），確保出水溫度穩(wěn)定后再進入負荷計算階段。此步驟消除 transient 狀態(tài)誤差。

2. 數(shù)據(jù)采集與負荷計算（步驟B-C）

• 實時測量冷凍水供回水溫差（ΔT） 與流量（F）。

  
  

• 依據(jù)熱力學公式計算瞬時負荷：

  Q = k × F × ΔT

  （其中 k為水的比熱容常數(shù) 4.186 kJ/kg·℃，Q單位為 kW）。

  
  

• 同時計算近期平均負荷（Q?） 與當前瞬時負荷（Q?），以雙指標規(guī)避偶然波動誤判。

  
  

3. 智能決策與機組調(diào)控（步驟D）

• 將 Q?和 Q?與系統(tǒng)設計總負荷的百分比進行比較（例如：34%、65%、68%等閾值）。

  
  

• 加載條件：當雙負荷持續(xù)超過預設閾值（如34%），且穩(wěn)定一段時間（如15分鐘），則啟動下一臺機組。

  
  

• 卸載條件：當負荷持續(xù)低于閾值，則關閉冗余機組。

  
  

• 引入延時維持機制（步驟E）：任何啟停操作后，系統(tǒng)維持當前狀態(tài)30分鐘（第二時間段），防止頻繁切換機組。

  
  

4. 多機組協(xié)同策略

• 針對混合機組（如溴化鋰吸收機+螺桿機），優(yōu)先啟用能效高的機型（如直燃機），僅在負荷極高時（如>68%）啟用高耗電設備（如螺桿機），最大化整體能效。

  
  

• 通過通信接口（如Modbus、BACnet）實時采集機組運行參數(shù)（電流、壓力、負荷率等），優(yōu)化群控決策。

  
  

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四、達到的有益效果

1. 顯著降低能源消耗

   通過負荷精準匹配，避免機組與水泵的無效運行，實測可減少冷源系統(tǒng)電耗 20%-40%，尤其在高部分負荷工況下節(jié)能效果更突出。

2. 延長設備使用壽命

   合理的啟停邏輯與延時保護機制（如30分鐘維持期）減少壓縮機啟停次數(shù)，降低機械磨損，延長機組壽命 30% 以上。

3. 提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與舒適度

   實時負荷跟蹤確保供冷量與需求動態(tài)匹配，避免樓宇環(huán)境過冷或過熱，提升室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)（IEQ）。

4. 實現(xiàn)精細化運維管理

   集成機組運行數(shù)據(jù)監(jiān)測（電流、壓力、溫度等），為預防性維護與能效審計提供數(shù)據(jù)支撐，推動運維從“經(jīng)驗驅(qū)動”轉(zhuǎn)向“數(shù)據(jù)驅(qū)動”。

5. 兼容性與推廣價值

   算法可適配多種冷機類型（離心機、螺桿機、溴化鋰機等），并通過標準接口與樓宇自控系統(tǒng)（BAS）集成，具備廣泛的工程應用前景。

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五、總結(jié)

本發(fā)明通過熱量控制算法取代傳統(tǒng)的溫度或流量控制法，解決了中央空調(diào)系統(tǒng)負荷響應不準、能效低下的核心痛點。其技術優(yōu)勢體現(xiàn)在：

• 物理模型嚴謹：基于熱力學公式實時計算真實負荷，突破經(jīng)驗假設局限。

• 控制策略魯棒：雙負荷指標（平均+瞬時）與延時機制確保決策穩(wěn)定性。

• 能效與經(jīng)濟性兼得：在保障供冷需求的前提下，最大化節(jié)能并延長設備壽命。

  該專利為建筑節(jié)能提供了一種高效、可靠的底層控制方案，對實現(xiàn)“雙碳”目標下的樓宇能源優(yōu)化具有重要實踐價值。

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