一种冷却塔风机优化控制系统及方法

摘要

本发明涉及一种冷却塔风机优化控制系统及方法，该系统包括多个冷却塔、中央控制器、冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器、室外温湿度传感器和冷却水过渡合流罐，冷却水进水温度传感器设于制冷机组冷凝器的进水口处，冷却水出水温度传感器设于制冷机组冷凝器的出水口处，冷却水过渡合流罐设于多个冷却塔的出水口和制冷机组冷凝器的进水口之间，每个冷却塔的进口处设有流量控制阀，每个冷却塔内设有节能控制器、塔内冷却水温度传感器和冷却风机，中央控制器分别连接冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器、室外温湿度传感器、节能控制器和流量控制阀。与现有技术相比，本发明具有自动节能控制、节能效果显著、制作成本低等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及节能技术领域，尤其是涉及一种冷却塔风机优化控制系统及方法。

背景技术

随着世界能源资源的紧张和全球气候变暖带来的环境压力的加大，节约能源，保护环境已经成为世界各国不可忽视的重大问题。中央空调系统的能耗占据了建筑物能耗的一半以上，其中风机等设备的能耗占据很大一部分。

冷却塔是水冷式中央空调系统必不可少的部件。冷却塔的出水温度对中央空调制冷机的运行效率具有较大影响，在出水温度不低于制冷机安全运行的最低温度的前提下，冷却培出水温度越低，制冷机的能效比越高，反之，冷却培出水温度越高，制冷机的能效比越低。

以往风机的调节方法是通过设定冷却水进出口温差值，控制器通过PID调节改变风机运行台数来稳定冷却水进水温度值。由于冷却水进水温度值的设定是通过运行人员的经验进行设定，而且设定好后很少变换设定值，造成风机不该运行的时候也在运行，浪费不必要的能源。

中国专利CN204007303U公开了一种冷却塔冷却水的温度控制系统，该系统包括温度传感器、温控器、变频器、水泵、冷却塔及冷凝器，所述的温度传感器设置在水泵与冷凝器之间的进水管上，所述的温控器通过外接电路分别接通至温度传感器和变频器上，所述的变频器通过电路与冷却塔中的风机相接通。该专利中冷却塔出水温度即使能变化，也不能根据室外空气状态而改变，不能接近冷却塔在一定的室外空气状态能达到的最低出水温度值。结果是导致冷却塔未能利用全年变化的室外空气状态的有利条件，使制冷机的实际运行能效比低，造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冷却塔风机优化控制系统及方法，具有自动节能控制、节能效果显著、制作成本低等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种冷却塔风机优化控制系统，包括多个冷却塔，所述多个冷却塔的进水口均连接制冷机组冷凝器的出水口，多个冷却塔的出水口均连接制冷机组冷凝器的进水口，该系统还包括中央控制器、冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器、室外温湿度传感器和冷却水过渡合流罐，所述冷却水进水温度传感器设于制冷机组冷凝器的进水口处，所述冷却水出水温度传感器设于制冷机组冷凝器的出水口处，所述冷却水过渡合流罐设于多个冷却塔的出水口和制冷机组冷凝器的进水口之间，每个冷却塔的进口处设有流量控制阀，每个冷却塔内设有节能控制器以及分别连接节能控制器的塔内冷却水温度传感器和冷却风机，所述中央控制器分别连接冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器、室外温湿度传感器、节能控制器和流量控制阀。

所述多个冷却塔采用多个功率不同的冷却塔。

每个冷却塔还包括冷却塔壳体、静电过滤器、制冷器、多个导流风道和有害气体检测传感器，所述冷却塔壳体由上至下依次划分为进风区、集水区和出风区，所述集水区和出风区之间设有散热隔板，所述静电过滤器、制冷器和冷却风机由上至下依次设置在进风区，所述多个导流风道竖直设于散热隔板上，每个导流风道的顶端与进风区相通，底端与出风区相通，所述塔内冷却水温度传感器设于集水区，所述有害气体检测传感器设于进风区，所述节能控制器分别连接静电过滤器、制冷器和有害气体检测传感器，冷却塔的进水口和出水口设于集水区上。

所述每个导流风道上设有翅片。

所述冷却水过渡合流罐包括一体式结构的罐体，所述罐体的上部呈圆柱形，罐体的下部呈圆锥形，罐体的顶部设有连接冷却塔出水口的第一接口，罐体的底部设有连接制冷机组冷凝器出水口的第二接口。

所述中央控制器采用PXC36型控制器。

所述室外温湿度传感器采用HTY1000型温湿度传感器。

所述冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器和塔内冷却水温度传感器均采用PT1000型电阻温度传感器。

一种利用上述系统的冷却塔风机优化控制方法包括以下步骤：

S1：初始设置冷却水进水温度设定值和供回水温差设定值；

S2：实时采集冷却水出水温度实际值、冷却水进水温度实际值和室外湿球温度值，根据冷却水出水温度实际值与冷却水进水温度实际值的差值得到供回水温差实际值；

S3：判断供回水温差设定值与供回水温差实际值的差值是否小于等于设定阈值，若是执行步骤S4，若否执行步骤S5；

S4：根据室外湿球温度值设定冷却水进水温度设定值；

S5：根据冷却水进水温度设定值与冷却水进水温度实际值的差值，PID自动调节冷却塔中冷却风机的开启台数。

所述步骤S4中，冷却水进水温度设定值满足公式：冷却水进水温度设定值＝室外湿球温度值+a，其中，a为常数，a>0。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于增加了室外温湿度传感器，自动设定冷却水进水温度，又检测机组冷却水供回水温差值来判断机组此时的负荷，根据负荷决定冷却水进水温度的设定值。克服原先只能凭经验来设定冷却水进水温度，在机组负荷不是很大的时候设定的冷却水温度如果偏低，会使冷却塔风机台数最大限度的开启，形成不必要的电能浪费的缺陷。

2、冷却水进水温度设定恰当，使得制冷机组的效率明显提高、节省机组用电量。当供回水温差设定值与供回水温差实际值的差值不大时，说明冷冻机的负荷在合理范围内，因为负荷在合理范围内所以可以根据湿球温度来尽可能低得设定冷却水进水温度值，随后进入冷却塔开机台数自动控制程序，最终目的是提高离心式制冷机组的能效比以及合理使用冷却塔风机台数，否则根据湿球温度设定没有意义。

3、增加了冷却水过渡合流罐，特别适用于设置在多个功率不同的冷却塔与制冷机组冷凝器之间，能够先将多个冷却塔的冷却水均匀混合后再引入制冷机组冷凝器中，以保证冷却水进水温度测量精准，避免因冷却水边引入边混合而出现进入冷凝器的冷却水温度无法稳定的问题。同时中央控制器连接流量控制阀，可根据冷却功率调节进入冷却塔的冷却水流量，实现最佳的冷却负载分配。

4、冷却塔利用导流风道设置，构成由上至下的散热导流通道，保证集水区内均匀散热，且节能控制器配合塔内冷却水温度传感器和室外温湿度传感器，实现静电过滤器、制冷器、冷却风机运行状态的自动节能控制，相比现有技术一直采用单纯的工频运行冷却风机，节能效果显著，达到很好的自动节能控制效果。

5、冷却塔中导流风道上设置翅片，增加散热导流通道与集水区内部的散热面积，促进集水区内部快速散热。

6、系统结构简单，各部件均可以由市场上买到，例如：中央控制器采用PXC36型控制器，室外温湿度传感器采用HTY1000型温湿度传感器，冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器和塔内冷却水温度传感器均采用PT1000型电阻温度传感器，维护成本低，即使出现故障，维修简单方便，且便宜。

附图说明

图1为本发明系统冷却水循环结构示意图；

图2为本发明中冷却塔结构示意图；

图3为本发明系统内部电路连接示意图；

图4为本发明方法流程图。

图中：1、冷却塔，2、制冷机组冷凝器，3、中央控制器，4、冷却水进水温度传感器，5、冷却水出水温度传感器，6、室外温湿度传感器，7、冷却水过渡合流罐，8、流量控制阀，9、水泵，101、冷却风机，102、静电过滤器，103、制冷器，104、导流风道，105、塔内冷却水温度传感器，106、有害气体检测传感器，107、节能控制器，108、进风区，109、集水区，110、出风区，111、散热隔板，112、风机高度调节组件，113、水位传感器，114、冷却塔进水口，115、冷却塔出水口，116、进风口，117、出风口，701、罐体，702、第一接口，703、第二接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2和图3所示，一种冷却塔1风机优化控制系统，包括多个冷却塔1，多个冷却塔1的进水口均连接制冷机组冷凝器2的出水口，多个冷却塔1的出水口均连接制冷机组冷凝器2的进水口，该系统还包括中央控制器3、冷却水进水温度传感器4、冷却水出水温度传感器5、室外温湿度传感器6和冷却水过渡合流罐7，冷却水进水温度传感器4设于制冷机组冷凝器2的进水口处，冷却水出水温度传感器5设于制冷机组冷凝器2的出水口处，冷却水过渡合流罐7设于多个冷却塔1的出水口和制冷机组冷凝器2的进水口之间，每个冷却塔1的进口处设有流量控制阀8，每个冷却塔1内设有节能控制器107以及分别连接节能控制器107的塔内冷却水温度传感器105和冷却风机101，中央控制器3分别连接冷却水进水温度传感器4、冷却水出水温度传感器5、室外温湿度传感器6、流量控制阀8、节能控制器107。

其中，多个冷却塔1采用多个功率不同的冷却塔1，节能控制器107可采用PLC控制器。中央控制器3根据冷却塔1的功率，通过流量控制阀8控制相应流量的冷却水进入冷却塔1内，功率大的冷却塔1可冷却更多流量的冷却水，使得冷却塔1利用率最大。冷却水进水温度传感器4实时采集冷却水进水温度实际值，冷却水出水温度传感器5实时采集冷却水出水温度实际值，增加高精度的室外温湿度传感器6，根据湿球温度自动设定机组冷却水进水温度设定值，根据设定的进水温度值与实际进水温度的差值，PID自动控制冷却塔1风机的运行，来稳定自动设定好的冷却水进水温度值。

如图2和图3所示，每个冷却塔1还包括冷却塔壳体、静电过滤器102、制冷器103、有害气体检测传感器106和多个导流风道104，冷却塔壳体由上至下依次划分为进风区108、集水区109和出风区110，集水区109和出风区110之间设有散热隔板111，进风区108的顶端进风口116处设有空气过滤网，集水区109上设有冷水塔进水口114和冷却塔出水口115，出风区110上设有多个出风口117，静电过滤器102、制冷器103和冷却风机101由上至下依次设置在进风区108，多个导流风道104竖直设于散热隔板111上，每个导流风道104的顶端与进风区108相通，底端与出风区110相通，塔内冷却水温度传感器105设于集水区109，有害气体检测传感器106设于进风区108，节能控制器107分别连接静电过滤器102、制冷器103、有害气体检测传感器106、冷却风机101、塔内冷却水温度传感器105和中央控制器3。

多个导流风道104均匀设置在散热隔板111上，形成由上至下的散热导流通道，保证集水区109内水体均匀散热，且循环流通式散热方式相比顶部的局部散热方式，具有更加的散热效果，节能效益好。导流风道104根据冷却塔壳体的大小设计具体个数，例如：20、30个，每个导流风道104上设有翅片，以促进集水区109内部水体与导流风道104之间的热交换。

冷却塔1还包括风机高度调节组件112和水位传感器113，冷却风机101通过风机高度调节组件112架设在进风区108，水位传感器113设于集水区109，风机高度调节组件112和水位传感器113均分别连接节能控制器107，其中，风机高度调节组件112可采用电机驱动伸缩杆的形式。

冷却水过渡合流罐7包括一体式结构的罐体701，罐体701的上部呈圆柱形，罐体701的下部呈圆锥形，罐体701的顶部设有连接冷却塔1的出水口的第一接口702，罐体701的底部设有连接制冷机组冷凝器2出水口的第二接口703，水泵9设置在第二接口703的出水口后方。冷却水过渡合流罐7的设置能够先将多个冷却塔1的冷却水均匀混合后再引入制冷机组冷凝器2中，以保证冷却水进水温度测量精准，避免因冷却水边引入边混合而出现进入冷凝器的冷却水温度无法稳定的问题。

室外温湿度传感器6采用HTY1000型温湿度传感器。冷却水进水温度传感器4、冷却水出水温度传感器5和塔内冷却水温度传感器105均采用PT1000型电阻温度传感器。中央控制器3采用PXC36型控制器，实现集成控制，并过无线网络连接远程控制中心，远程控制中心可远程对所有冷却塔1的运行情况进行监控。

冷却塔1工作原理：

1、温控过程：冷却塔1内部自调节，节能控制器107根据塔内冷却水温度传感器105控制冷却风机101和制冷器103的工作状态，冷却塔1外部远程调节，节能控制器107根据中央控制器3的命令控制冷却风机101的工作状态，从而实时调节合适的冷却塔1工作状态。

2、进气过滤控制过程：有害气体检测传感器106检测进风口116处的空气质量，节能控制器107调节静电过滤器102的工作状态，若空气中存在灰尘、有害气体过多，则经过空气过滤网的初步过滤后，由静电过滤器102进一步进行空气净化，以避免质量差的空气对集水区109内水体造成二次污染。

3、冷却风机101调整控制过程：根据水位传感器113采集的水位信息，由节能控制器107控制风机高度调节组件112适应性伸缩，以保证冷却风机101靠近集水区109内水面，提供足够大的风力。

如图4所示，一种利用上述系统的冷却塔1风机优化控制方法，包括以下步骤：

S1：初始设置冷却水进水温度设定值和供回水温差设定值；

S2：实时采集冷却水出水温度实际值、冷却水进水温度实际值和室外湿球温度值，根据冷却水出水温度实际值与冷却水进水温度实际值的差值得到供回水温差实际值；

S3：判断供回水温差设定值与供回水温差实际值的差值是否小于等于设定阈值，本实施例中设定阈值取1度，若是执行步骤S4，若否执行步骤S5；

S4：根据室外湿球温度值设定冷却水进水温度设定值；

S5：根据冷却水进水温度设定值与冷却水进水温度实际值的差值，PID自动调节冷却塔1中冷却风机101的开启台数。

步骤S4中，冷却水进水温度设定值满足公式：冷却水进水温度设定值＝室外湿球温度值+a，其中，a为常数，a>0，本实施例中a取值为2度。例如：当室外湿球温度值在25度时，那么系统自动设定冷却水进水温度设定值为27度，按照湿球温度加2度原则自动设定冷却水进水温度设定值。

工作时，刚开机时冷却水供回水管路上的水温几乎相等，故此时冷却水进水温度设定值设定为32度，当机组运行一段时间后，冷却水供回水温差慢慢升高，当达到小于等于温差设定值1度时，根据室外湿球温度值自动设定冷却水进水温度设定值，然后中央控制器3开始通过PID程序，向节能控制器107发出自动调节开启冷却塔1风机的台数的命令。

供回水温差设定值与供回水温差实际值的差值小于等于设定阈值时，说明冷冻机的负荷在合理范围内(一般冷却水温差设定为5度)，因为负荷在合理范围内所以可以根据湿球温度来尽可能低得设定冷却水进水温度值，随后进入冷却塔1开机台数自动控制程序，最终目的是提高离心式制冷机组的能效比以及合理使用冷却塔1风机台数，否则根据湿球温度设定没有意义。(注：机组的用电量远远大于冷却塔1的用电量)

所以本发明方法由于增加了室外温湿度传感器6，自动设定冷却水进水温度，又检测机组冷却水供回水温差值来判断机组此时的负荷，根据负荷决定冷却水进水温度的设定值，使得制冷机组的效率明显提高、节省机组用电量。