CN112146254A - 一种冷水机组制冷性能系数测量方法及冷水机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调技术领域，提供一种冷水机组制冷性能系数测量方法及冷水机组，测量方法包括：根据机组的冷机蒸发器制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat，计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，然后计算制冷剂焓差Δh＝hv‑hl，根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e，计算压缩机制冷剂流量F，根据所述制冷剂焓差Δh＝hv‑hl和压缩机制冷剂流量F，计算出制冷剂提供的冷量Q＝Δh*F，并根据采集的冷机功率W，计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。本发明最初的参数是通过传感器采集，最终通过函数运算得出性能系数，解决了现有技术中计算性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，以及无法安装冷热量计，无法对冷机系能系数进行测量和计算的技术问题。

Description

一种冷水机组制冷性能系数测量方法及冷水机组

技术领域

本发明涉及空调技术领域，更具体地说，是涉及一种冷水机组制冷性能系数测量方法及冷水机组。

背景技术

随着经济不断发展，社会对绿色建筑的需求愈发强烈，对冷水机组的节能要求也越来越高。而目前对冷水机组的能效评估方法通常为第三方检测机构抽测机组运行时的几个状态点，根据测得的数据通过后期计算得出制冷量、功率值，从而得出机组的性能系数COP用以评估其运行能效。通过这种方式得出的性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，因而难以实现冷水机组的节能要求。

其次，现有冷水机组性能系数测量采用测量冷冻水测冷量Q，再测量压缩机电机功耗W，再计算机组性能系数COP＝Q/W。该测量方法需要使用冷热量计对冷冻水的冷量进行测量，在很多项目中，受管路限制无法安装冷热量计，也就无法对冷机系能系数进行测量和计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷水机组制冷性能系数测量方法及冷水机组，以解决现有技术中计算性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，以及无法安装冷热量计，也就无法对冷机系能系数进行测量和计算的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一方面，本发明提供一种冷水机组制冷性能系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、根据机组的冷机蒸发器制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat，利用关联多项式计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，所述关联多项式为：

式中：

H为制冷剂焓值，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为关联系数，当计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl时，关联系数不同，制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl根据制冷剂不同，分别有不同的焓值，这里现有技术有相关表格规范，不再赘述；

需要说明的是，饱和温度是指液体和蒸气处于动态平衡状态，即饱和状态时所具有的温度ts。饱和状态时，液体和蒸气的温度相等。饱和温度一定时，饱和压力也一定；反之，饱和压力一定时，饱和温度也一定。压力升高，会在新的温度下形成新的动态平衡状态。物质的某一饱和温度必对应于某一饱和压力。最佳的饱和温度并非一个固定值，它随外界条件变化而变化。

饱和压力是指，如果在一密闭的容器中未充满液体，则部分液体分子将进入上部空间，称为“蒸发”。随着空间内蒸气分子数目增加，它所产生的蒸气压力也提高，到一定的时候，空间内的蒸气分子数目不再增加，此时，离开液体的分子数与从空间返回液体的分子数达到了动态平衡，也叫达到了“饱和状态”。这时蒸气所产生的压力叫“饱和压力”。饱和温度与饱和压力都是气液平衡中的术语。对同一种物质，饱和压力的高低与温度有关。温度越高，分子具有的能量越大，越容易脱离液体而气化，相应的饱和压力也越高。一定的温度，对应一定的饱和压力，二者不是独立的。因此，在饱和状态下，饱和压力所对应的温度也叫“饱和温度”。通常可从手册中查到各种物质的饱和温度与饱和压力的关系。

焓，热力学中表征物质系统能量的一个重要状态参量，常用符号H表示。对一定质量的物质，焓定义为H＝U+pV，式中U为物质的内能，p为压强，V为体积。单位质量物质的焓称为比焓，表示为h＝u+pv。制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl则分别是制冷剂处于饱和气体或者饱和液体状态下的焓值。

步骤S2、利用式步骤S1的式(1)分别计算的制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，计算制冷剂焓差Δh＝hv-hl；由上述可知，制冷剂焓差反映了制冷剂处于饱和气体、饱和液体状态下的焓值的差值，也即制冷剂热交换的能量差值。

空调能转换热量，靠的是制冷剂状态的气态和液态的转换，可以说制冷剂就是空调的血液，制冷剂一般都是氟利昂及其衍生物。

物质由液态变成气态是会吸收热量的，同理物质由气态变成液态会放出热量。而在高原由于气压低，不到100℃水就烧开了，而高压锅能提高压强，使水沸点提高。而空调就是利用这两个原理：压缩机把高压液态制冷剂运送到蒸发器(室内机)，制冷剂经膨胀阀后膨胀压强剧降从液态变成气态吸收室内热量。然后低压气态的制冷剂又被送回压缩机压缩成高压气态，再经过冷凝器(室外机)变成由气态变成液态，放出热量。然后高压液态的制冷剂又送到蒸发器，这就构成了一个制冷循环。而这一制冷循环中制冷剂处于饱和气体、饱和液体状态下的焓值的差值，也就是制冷的能量差。

步骤S3、根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e，结合关联系数，计算压缩机制冷剂流量，具体计算公式为：

式中F为压缩机制冷剂流量，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10为关联系数，t_e为蒸发温度，t_c为冷凝温度；

冷凝温度是指冷凝器内制冷剂蒸汽在一定压力下凝结时的饱和温度。冷凝温度不等于冷却介质的温度，两者之间也存在着传热温差。

蒸发温度是指制冷剂在蒸发器内沸腾的温度，它与相应的蒸发压力是对应的。蒸发温度升高.蒸发压力也升高。

而蒸发温度、冷凝温度只是表面的变化，其直接原因还是压缩机制冷剂流量的变化不同引起的，因此蒸发温度、冷凝温度与制冷剂流量存在函数关系。

需要说明的是，计算压缩机制冷剂流量，具体计算公式为：

式中F为压缩机制冷剂流量，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10为关联系数，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10根据制冷剂不同关联系数不同：

步骤S4、根据所述制冷剂焓差Δh＝hv-hl和压缩机制冷剂流量F，计算出制冷剂提供的冷量Q＝Δh*F，并根据采集的冷机功率W，计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。

空调器上有一个重要的指标，就是制冷量，它就是空调器的大小，就像电视机讲的屏幕尺寸大小一样，空调器也是有着大小的区别，除了外观可能有的大小不同以外，实际上唯一重要的大小指标，就是指这个制冷量。

制冷量是指空调进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内去除的热量总和，法定计量单位W(瓦)，反映了空调单位时间能够带来冷量的能力。而制冷剂焓差Δh＝hv-hl反映了冷剂焓热交换时饱和气焓值hv与饱和液焓值hl的差值，也就是热交换时单位流量所提供的冷量。再乘以根据冷凝温度t_c、蒸发温度t_e计算出的压缩机制冷剂流量F，就是总共的制冷量Q。

性能系数＝输出制热量÷制热输入功率，性能系数值越高，说明空调制热越强劲，耗电量越小，反映了空调将电能转换为冷热能的效率。

综上，本发明的冷水机组制冷性能系数测量方法中，不是现有技术采用测量冷冻水测冷量Q，再测量压缩机电机耗功W，再计算机组性能系数COP＝Q/W的方法。而是根据传感器采集的制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat计算制冷剂焓值，再根据制冷剂焓值计算制冷剂焓差，再根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e计算压缩机制冷剂流量F，最后根据制冷剂焓差和制冷剂流量F计算出制冷剂提供的冷量Q，进而计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。可见，最初的参数是通过传感器采集，最终通过函数运算得出，可以计算实时的冷水机组制冷性能系数，且不需要安装冷热量计，解决了现有技术中计算性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，以及无法安装冷热量计，也就无法对冷机系能系数进行测量和计算的技术问题。

在一个实施例中，所述制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e通过通讯接口采集，所述通讯接口接收设置在机组的制冷剂中的温度传感器、压力传感器采集的饱和温度T_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e、饱和压力P_sat。

这里的通讯接口可以是RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、USB接口、网口等等，可以根据不同情况采用不同通讯接口，不同通讯接口的简单介绍如下：

(1)RS232接口，规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道(称为主通道)和第二通道(称为副通道)。利用RS-232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线(接收线、发送线和信号地)能实现简单的全双工通信过程。RS232有以下不足：

1、接口的信号电平值较高，达到十几V，容易损坏接口电路的芯片，而且和TTL电平不兼容，因此和单片机电路接起来的话必须加转换电路。

2、接口使用的信号线与其他设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。

3、传输距离、速率都有限，最多只能通信几十米；只能两点之间进行通信，不能够实现多机联网通信。

(2)针对RS232接口以上不足，出现了RS485等新的接口标准，RS485具备以下的特点：

1、逻辑“1”以两线间的电压差为+(2—6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2—6)V表示。接口信号电平比RS232降低了，不易损坏电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

2、RS485通信速度快，数据最高传输速率为10Mbps以上；其内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和查分接收器的组合，抗干扰能力大大增加。

3、传输距离最远可达到1200米左右，但传输速率和传输距离是成反比的，只有在100KB/s以下的传输速率，才能达到最大的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。

4、可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。

(3)CAN总线在工控领域主要使用低速-容错CAN即ISO11898-3标准，在汽车领域常使用500Kbps的高速CAN。CAN系统又分为高速和低速，高速CAN系统采用硬线是动力型，速度：500kbps，控制ECU、ABS等；低速CAN是舒适型，速度：125Kbps，主要控制仪表、防盗等。其应用实例如下：

某医院现有5台16T/H XXXX燃气锅炉，向洗衣房、制剂室、供应室、生活用水、暖气等设施提供5kg/cm2的蒸汽，全年耗用天然气1200万m3，耗用20万吨自来水。医院采用接力式方式供热，对热网进行地域性管理，分四大供热区。其中冬季暖气的用气量很大，据此设计了基于CAN现场总线的分布式锅炉蒸汽热网智能监控系统。现场应用表明：该楼宇自动化系统具有抗干扰能力强，现场组态容易，网络化程度高，人机界面友好等特点。

USB接口、网口是比较常见的通讯接口，这里不再赘述其原理。

上述冷水机组制冷性能系数测量方法主要采用压力传感器、温度传感器实时采集冷水机组的压力、温度参数，根据传感器的接口不同，采用不同通讯接口，将采集的数据传输到控制器上。如果数据采集接点较多，通过中间设备转接采集，比如数据采集卡、集线器、路由器，最终传输给控制器处理，从而分别计算出制冷剂焓差、制冷剂流量，进而计算出制冷剂提供的冷量Q＝Δh*F、冷机的性能系数COP＝Q/W。

在一个实施例中，所述机组的冷机蒸发器制冷剂饱和温度T_sat还可以根据膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP计算，具体为：计算出膨胀阀后压力P_in＝P_TEV-ΔP，利用膨胀阀后压力P_in由饱和温度和饱和压力关联多项式，计算节流后饱和温度T_sat，饱和温度和饱和压力关联多项式为：

T_sat＝l×P_in ⁵+m×P_in ⁴+n×P_in ³+x×P_in ²+y×P_in+z (3)

其中，a、b、c、d、e、f为关联系数。

这种情形是针对无法通过通讯接口直接采集到蒸发器供液饱和温度、饱和压力，通过压力传感器或者压力变送器采集膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP，采集数据传输到控制器计算出膨胀阀后压力P_in＝P_TEV-ΔP，然后利用膨胀阀后压力P_in由饱和温度和饱和压力关联多项式，计算节流后饱和温度T_sat。其中，上述饱和温度和饱和压力关联多项式中a、b、c、d、e、f为关联系数，根据制冷剂不同关联系数不同，如R134a制冷剂对应的关联系数为：

a:1.62844593187421E-03；b:-5.59153132388297E-02；c:0.772232450488314；d:-5.65890258298171；e:27.7768684197473；f:-48.3942211592152。

上述关联系数基于国国家标准与技术研究院热物性部(Thermophysical PropertiesDivisionNationalInstituteofStandardsandTechnology)发布的制冷剂物性数据生成，以下关于关联系数的选取依据相同。

在一个实施例中，所述冷机功率W通过扫描冷水机组的一维码、二维码采集，或者人工输入。冷水机组的冷机功率W与机组的型号对应，通过扫描机组的相关信息，可以通过控制器提取出冷机功率W，也可以人工输入冷机功率W值。

另一方面，本发明还提供一种冷水机组，包括控制器、通讯接口、热泵系统，所述控制器通过通讯接口连接热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机，所述控制器能够执行上述的冷水机组制冷性能系数测量方法。其中，控制器为单片机、ARM处理器等微型CPU。

在一个实施例中，还包括温度传感器、压力传感器，温度传感器用于采集制冷剂饱和温度T_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e；压力传感器采集制冷剂的饱和压力P_sat，以及膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP。

在一个实施例中，还包括显示装置，用于显示计算结果和/或检测数据；还包括存储单元，用于存储计算结果和/或检测数据

在一个实施例中，所述显示装置包括触摸屏。

在一个实施例中，所述控制器为单片机、ARM处理器、PLC任意一种。

在一个实施例中，所述通讯接口包括但不限于RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、USB接口、网口。

上述压力传感器、温度传感器设置在蒸发器、冷凝器、膨胀阀上的具体位置不做具体限定描述，这些传感器一般是与蒸发器、冷凝器、膨胀阀接触连接，采集制冷剂的压力、温度等参数后，通过数据线传输给控制器(为单片机、ARM处理器等微型CPU)，控制器只需根据上述冷水机组制冷性能系数测量方法对应的预置算法，即可最终计算出性能系数。显示装置，用于显示实时采集的温度、压力等检测数据，和流量、冷量、性能系数等计算结果，存储单元为存储器，用于存储上述计算结果、检测数据。

本发明提供的冷水机组制冷性能系数测量方法及冷水机组的有益效果至少在于：

本发明不是现有技术采用测量冷冻水测冷量Q，再测量压缩机电机耗功W，再计算机组性能系数COP＝Q/W的方法。而是根据传感器采集的制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat计算制冷剂焓值，再根据制冷剂焓值计算制冷剂焓差，再根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e计算压缩机制冷剂流量F，最后根据制冷剂焓差和制冷剂流量F计算出制冷剂提供的冷量Q，进而计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。可见，最初的参数是通过传感器采集，最终通过函数运算得出，可以计算实时的冷水机组制冷性能系数，且不需要安装冷热量计，解决了现有技术中计算性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，以及无法安装冷热量计，也就无法对冷机系能系数进行测量和计算的技术问题。

附图说明

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的冷水机组制冷性能系数测量方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的冷水机组的原理框图。

具体实施方式

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供了一种冷水机组制冷性能系数测量方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据机组的冷机蒸发器制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat，利用关联多项式计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，关联多项式为：

式中：

H为制冷剂焓值，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为关联系数，当计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl时，关联系数不同。

如对R134a制冷剂，则饱和气焓值hv的关联系数分别为：a＝485.891397077446，b＝-0.389212302176763，c＝-420.719120740499，d＝8.01935341014245E-03，e＝474.224392702626，f＝-3.25180713876596，g＝-6.12622104323146E-05，h＝27.2341664707717，i＝8.60534926735803，j＝-8.62204705819907E-02。

饱和液焓值hl关联系数分别为：a＝141.916629008589，b＝1.97122562246359，c＝170.886378855162，d＝-3.43817355550419E-03，e＝-4.26587410336271，f＝4.22078524872035，g＝3.07434565857469E-05，h＝5.4935587960138，i＝0.281513719073855，j＝3.61346932218521E-02。

上述关联系数基于国国家标准与技术研究院热物性部(ThermophysicalProperties Division National Institute of Standards and Technology)发布的制冷剂物性数据生成，以下关于关联系数的选取依据相同。

需要说明的是，饱和温度是指液体和蒸气处于动态平衡状态，即饱和状态时所具有的温度ts。饱和状态时，液体和蒸气的温度相等。饱和温度一定时，饱和压力也一定；反之，饱和压力一定时，饱和温度也一定。压力升高，会在新的温度下形成新的动态平衡状态。物质的某一饱和温度必对应于某一饱和压力。最佳的饱和温度并非一个固定值，它随外界条件变化而变化。

饱和压力是指，如果在一密闭的容器中未充满液体，则部分液体分子将进入上部空间，称为“蒸发”。随着空间内蒸气分子数目增加，它所产生的蒸气压力也提高，到一定的时候，空间内的蒸气分子数目不再增加，此时，离开液体的分子数与从空间返回液体的分子数达到了动态平衡，也叫达到了“饱和状态”。这时蒸气所产生的压力叫“饱和压力”。饱和温度与饱和压力都是气液平衡中的术语。对同一种物质，饱和压力的高低与温度有关。温度越高，分子具有的能量越大，越容易脱离液体而气化，相应的饱和压力也越高。一定的温度，对应一定的饱和压力，二者不是独立的。因此，在饱和状态下，饱和压力所对应的温度也叫“饱和温度”。通常可从手册中查到各种物质的饱和温度与饱和压力的关系。

焓，热力学中表征物质系统能量的一个重要状态参量，常用符号H表示。对一定质量的物质，焓定义为H＝U+pV，式中U为物质的内能，p为压强，V为体积。单位质量物质的焓称为比焓，表示为h＝u+pv。制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl则分别是制冷剂处于饱和气体或者饱和液体状态下的焓值。

步骤S2、利用式步骤S1的式(1)分别计算的制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，计算制冷剂焓差Δh＝hv-hl；由上述可知，制冷剂焓差反映了制冷剂处于饱和气体、饱和液体状态下的焓值的差值，也即制冷剂热交换的能量差值。

空调能转换热量，靠的是制冷剂状态的气态和液态的转换，可以说制冷剂就是空调的血液，制冷剂一般都是氟利昂及其衍生物。

物质由液态变成气态是会吸收热量的，同理物质由气态变成液态会放出热量。而在高原由于气压低，不到100℃水就烧开了，而高压锅能提高压强，使水沸点提高。而空调就是利用这两个原理：压缩机把高压液态制冷剂运送到蒸发器(室内机)，制冷剂经膨胀阀后膨胀压强剧降从液态变成气态吸收室内热量。然后低压气态的制冷剂又被送回压缩机压缩成高压气态，再经过冷凝器(室外机)变成由气态变成液态，放出热量。然后高压液态的制冷剂又送到蒸发器，这就构成了一个制冷循环。而这一制冷循环中制冷剂处于饱和气体、饱和液体状态下的焓值的差值，也就是制冷的能量差。

步骤S3、根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e，结合关联系数，计算压缩机制冷剂流量，具体计算公式为：

式中F为压缩机制冷剂流量，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10为关联系数，t_e为蒸发温度，t_c为冷凝温度；

冷凝温度是指冷凝器内制冷剂蒸汽在一定压力下凝结时的饱和温度。冷凝温度不等于冷却介质的温度，两者之间也存在着传热温差。

蒸发温度是指制冷剂在蒸发器内沸腾的温度，它与相应的蒸发压力是对应的。蒸发温度升高.蒸发压力也升高。

而蒸发温度、冷凝温度只是表面的变化，其直接原因还是压缩机制冷剂流量的变化不同引起的，因此蒸发温度、冷凝温度与制冷剂流量存在函数关系。

需要说明的是，计算压缩机制冷剂流量，具体计算公式为：

式中F为压缩机制冷剂流量，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10为关联系数，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10根据制冷剂不同关联系数不同，如某型号压缩机关联系数为：C1＝9878.3，C2＝356.2737，C3＝-41.6874，C4＝5.60881，C5＝-0.72688，C6＝1.33187，C7＝0.056274，C8＝-0.21394，C9＝0.007295，C10＝-0.018549：

步骤S4、根据制冷剂焓差Δh＝hv-hl和压缩机制冷剂流量F，计算出制冷剂提供的冷量Q＝Δh*F，并根据采集的冷机功率W，计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。其中，冷机功率W通过扫描冷水机组的一维码、二维码采集，或者人工输入。冷水机组的冷机功率W与机组的型号对应，通过扫描机组的相关信息，可以通过控制器提取出冷机功率W，也可以人工输入冷机功率W值。

空调器上有一个重要的指标，就是制冷量，它就是空调器的大小，就像电视机讲的屏幕尺寸大小一样，空调器也是有着大小的区别，除了外观可能有的大小不同以外，实际上唯一重要的大小指标，就是指这个制冷量。

制冷量是指空调进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内去除的热量总和，法定计量单位W(瓦)，反映了空调单位时间能够带来冷量的能力。而制冷剂焓差Δh＝hv-hl反映了冷剂焓热交换时饱和气焓值hv与饱和液焓值hl的差值，也就是热交换时单位流量所提供的冷量。再乘以根据冷凝温度t_c、蒸发温度t_e计算出的压缩机制冷剂流量F，就是总共的制冷量Q。

性能系数＝输出制热量÷制热输入功率，性能系数值越高，说明空调制热越强劲，耗电量越小，反映了空调将电能转换为冷热能的效率。

本实施例提供的冷水机组制冷性能系数测量方法的工作原理如下：

本实施例的冷水机组制冷性能系数测量方法中，不是现有技术采用测量冷冻水测冷量Q，再测量压缩机电机耗功W，再计算机组性能系数COP＝Q/W的方法。而是根据传感器采集的制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat计算制冷剂焓值，再根据制冷剂焓值计算制冷剂焓差，再根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e计算压缩机制冷剂流量F，最后根据制冷剂焓差和制冷剂流量F计算出制冷剂提供的冷量Q，进而计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。可见，最初的参数是通过传感器采集，最终通过函数运算得出，可以计算实时的冷水机组制冷性能系数，且不需要安装冷热量计，解决了现有技术中计算性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，以及无法安装冷热量计，也就无法对冷机系能系数进行测量和计算的技术问题。

本实施例中，制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e通过通讯接口采集，通讯接口接收设置在机组的制冷剂中的温度传感器、压力传感器采集的饱和温度T_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e、饱和压力P_sat。这里的通讯接口可以是RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、USB接口、网口等等，可以根据不同情况采用不同通讯接口，不同通讯接口的简单介绍如下：

(1)RS232接口，规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道(称为主通道)和第二通道(称为副通道)。利用RS-232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线(接收线、发送线和信号地)能实现简单的全双工通信过程。RS232有以下不足：

1、接口的信号电平值较高，达到十几V，容易损坏接口电路的芯片，而且和TTL电平不兼容，因此和单片机电路接起来的话必须加转换电路。

2、接口使用的信号线与其他设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。

3、传输距离、速率都有限，最多只能通信几十米；只能两点之间进行通信，不能够实现多机联网通信。

(2)针对RS232接口以上不足，出现了RS485等新的接口标准，RS485具备以下的特点：

1、逻辑“1”以两线间的电压差为+(2—6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2—6)V表示。接口信号电平比RS232降低了，不易损坏电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

2、RS485通信速度快，数据最高传输速率为10Mbps以上；其内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和查分接收器的组合，抗干扰能力大大增加。

3、传输距离最远可达到1200米左右，但传输速率和传输距离是成反比的，只有在100KB/s以下的传输速率，才能达到最大的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。

4、可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。

(3)CAN总线在工控领域主要使用低速-容错CAN即ISO11898-3标准，在汽车领域常使用500Kbps的高速CAN。CAN系统又分为高速和低速，高速CAN系统采用硬线是动力型，速度：500kbps，控制ECU、ABS等；低速CAN是舒适型，速度：125Kbps，主要控制仪表、防盗等。其应用实例如下：

某医院现有5台16T/H XXXX燃气锅炉，向洗衣房、制剂室、供应室、生活用水、暖气等设施提供5kg/cm2的蒸汽，全年耗用天然气1200万m3，耗用20万吨自来水。医院采用接力式方式供热，对热网进行地域性管理，分四大供热区。其中冬季暖气的用气量很大，据此设计了基于CAN现场总线的分布式锅炉蒸汽热网智能监控系统。现场应用表明：该楼宇自动化系统具有抗干扰能力强，现场组态容易，网络化程度高，人机界面友好等特点。

USB接口、网口是比较常见的通讯接口，这里不再赘述其原理。

上述冷水机组制冷性能系数测量方法主要采用压力传感器、温度传感器和通讯接口实时采集冷水机组的压力、温度参数，根据传感器的接口不同，采用不同通讯接口，将采集的数据传输到控制器上。如果数据采集接点较多，通过中间设备转接采集，比如数据采集卡、集线器、路由器，最终传输给控制器处理，从而分别计算出制冷剂焓差、制冷剂流量，进而计算出制冷剂提供的冷量Q＝Δh*F、冷机的性能系数COP＝Q/W。

实施例2

请参阅图1，本实施例提供了一种冷水机组制冷性能系数测量方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据机组的冷机蒸发器制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat，利用关联多项式计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，关联多项式为：

式中：

H为制冷剂焓值，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为关联系数，当计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl时，关联系数不同，实施例1给出了一组关联系数参数，这里不再赘述；

步骤S2、利用式步骤S1的式(1)分别计算的制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，计算制冷剂焓差Δh＝hv-hl；由上述可知，制冷剂焓差反映了制冷剂处于饱和气体、饱和液体状态下的焓值的差值，也即制冷剂热交换的能量差值。

步骤S3、根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e，结合关联系数，计算压缩机制冷剂流量，具体计算公式为：

式中F为压缩机制冷剂流量，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10为关联系数，t_e为蒸发温度，t_c为冷凝温度；

需要说明的是，计算压缩机制冷剂流量，具体计算公式为：

式中F为压缩机制冷剂流量，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10为关联系数，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10根据制冷剂不同关联系数不同，实施例1给出了一组关联系数参数，这里不再赘述：

步骤S4、根据制冷剂焓差Δh＝hv-hl和压缩机制冷剂流量F，计算出制冷剂提供的冷量Q＝Δh*F，并根据采集的冷机功率W，计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。其中，冷机功率W通过扫描冷水机组的一维码、二维码采集，或者人工输入。冷水机组的冷机功率W与机组的型号对应，通过扫描机组的相关信息，可以通过控制器提取出冷机功率W，也可以人工输入冷机功率W值。

本实施例中，机组的冷机蒸发器制冷剂饱和温度T_sat根据膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP计算(膨胀阀前压力有安装于膨胀阀前的压力传感器测得，膨胀阀压降由膨胀阀前后的差压传感器测得)，具体为：计算出膨胀阀后压力P_in＝P_TEV-ΔP，利用膨胀阀后压力P_in由饱和温度和饱和压力关联多项式，计算节流后饱和温度T_sat，饱和温度和饱和压力关联多项式为：

T_sat＝l×P_in ⁵+m×P_in ⁴+n×P_in ³+x×P_in ²+y×P_in+z (3)

其中，a、b、c、d、e、f为关联系数。

本实施例适用于能够提前取得饱和压力P_sat的冷水机组，但无法通过通讯接口直接采集到蒸发器供液饱和温度，通过压力传感器或者压力变送器采集膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP，采集数据传输到控制器计算出膨胀阀后压力P_in＝P_TEV-ΔP，然后利用膨胀阀后压力P_in由饱和温度和饱和压力关联多项式，计算节流后饱和温度T_sat。其中，上述饱和温度和饱和压力关联多项式中a、b、c、d、e、f为关联系数，根据制冷剂不同关联系数不同，如R134a制冷剂对应的关联系数为：

a:1.62844593187421E-03；b:-5.59153132388297E-02；c:0.772232450488314；d:-5.65890258298171；e:27.7768684197473；f:-48.3942211592152。

另外，制冷剂的冷凝温度t_c、蒸发温度t_e通过温度传感器采集。

本实施例提供的冷水机组制冷性能系数测量方法的工作原理如下：

本实施例的冷水机组制冷性能系数测量方法中，不是现有技术采用测量冷冻水测冷量Q，再测量压缩机电机耗功W，再计算机组性能系数COP＝Q/W的方法。而是根据传感器采集的制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat计算制冷剂焓值，再根据制冷剂焓值计算制冷剂焓差，再根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e计算压缩机制冷剂流量F，最后根据制冷剂焓差和制冷剂流量F计算出制冷剂提供的冷量Q，进而计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。可见，最初的参数是通过传感器采集，最终通过函数运算得出，可以计算实时的冷水机组制冷性能系数，且不需要安装冷热量计，解决了现有技术中计算性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，以及无法安装冷热量计，也就无法对冷机系能系数进行测量和计算的技术问题。

同时，给出了针对无法通过通讯接口直接采集到蒸发器供液饱和温度、饱和压力，通过压力传感器或者压力变送器采集膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP，采集数据传输到控制器计算出膨胀阀后压力P_in＝P_TEV-ΔP，然后利用膨胀阀后压力P_in由饱和温度和饱和压力关联多项式，最终计算节流后饱和温度T_sat的方法。

实施例3

如图2所示，本发明还提供一种冷水机组，包括控制器、通讯接口、热泵系统，控制器通过通讯接口连接热泵系统，其中，热泵系统包括蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机，控制器能够执行上述的冷水机组制冷性能系数测量方法。其中，控制器为单片机、ARM处理器、PLC等任意一种微型CPU。通讯接口为RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、USB接口、网口等接口。

其中，还包括温度传感器、压力传感器，温度传感器用于采集制冷剂饱和温度T_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e；压力传感器采集制冷剂的饱和压力P_sat，以及膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP。

其中，还包括显示装置，用于显示计算结果和/或检测数据；还包括存储单元，用于存储计算结果和/或检测数据

其中，显示装置包括触摸屏。

本实施例提供的冷水机组的工作原理如下：

上述压力传感器、温度传感器设置在蒸发器、冷凝器、膨胀阀上的具体位置不做具体限定描述，这些传感器一般是与蒸发器、冷凝器、膨胀阀接触连接，采集制冷剂的压力、温度等参数后，通过数据线传输给控制器(为单片机、ARM处理器、PLC等微型CPU)，控制器只需根据上述冷水机组制冷性能系数测量方法对应的预置算法，即可最终计算出性能系数。显示装置，用于显示实时采集的温度、压力等检测数据，和流量、冷量、性能系数等计算结果，存储单元为存储器，用于存储上述计算结果、检测数据。

本实施例提供的冷水机组的有益效果至少在于：

本实施例提供的冷水机组最初的参数是通过压力传感器(或者压力变送器)、温度传感器(或者温度变送器)实时采集，最终通过控制器内置算法程序运算得出，可以计算实时的冷水机组制冷性能系数，且不需要安装冷热量计，解决了现有技术中计算性能系数COP只能用于事后统计分析，不能对机组的能效做出实时监测和预测，以及无法安装冷热量计，也就无法对冷机系能系数进行测量和计算的技术问题。另外，显示装置可显示计算结果、检测数据，可视化好，便于监测。

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。

Claims (10)

1.一种冷水机组制冷性能系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、根据机组的冷机蒸发器制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat，利用关联多项式计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，所述关联多项式为：

式中：

H为制冷剂焓值，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为关联系数，当计算制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl时，关联系数不同；

步骤S2、利用式步骤S1的式(1)分别计算的制冷剂饱和气焓值hv与饱和液焓值hl，计算制冷剂焓差Δh＝hv-hl；

步骤S3、根据采集上来的制冷剂冷凝温度t_c、蒸发温度t_e，结合关联系数，计算压缩机制冷剂流量，具体计算公式为：

式中F为压缩机制冷剂流量，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10为关联系数，t_e为蒸发温度，t_c为冷凝温度；

步骤S4、根据所述制冷剂焓差Δh＝hv-hl和压缩机制冷剂流量F，计算出制冷剂提供的冷量Q＝Δh*F，并根据采集的冷机功率W，计算出冷机的性能系数COP＝Q/W。

2.如权利要求1所述的一种冷水机组制冷性能系数测量方法，其特征在于，所述制冷剂饱和温度T_sat、饱和压力P_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e通过通讯接口采集，所述通讯接口接收设置在机组的制冷剂中的温度传感器、压力传感器采集的饱和温度T_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e、饱和压力P_sat。

3.如权利要求1所述的一种冷水机组制冷性能系数测量方法，其特征在于，所述机组的冷机蒸发器制冷剂饱和温度T_sat根据膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP计算得到：计算出膨胀阀后压力P_in＝P_TEV-ΔP，利用膨胀阀后压力P_in由饱和温度和饱和压力关联多项式，计算节流后饱和温度T_sat，饱和温度和饱和压力关联多项式为：

T_sat＝l×P_in ⁵+m×P_in ⁴+n×P_in ³+x×P_in ²+y×P_in+z (3)

其中，l、m、n、x、y、z为关联系数。

4.如权利要求1所述的一种冷水机组制冷性能系数测量方法，其特征在于所述冷机功率W通过扫描冷水机组的一维码、二维码采集，或者人工输入。

5.一种冷水机组，包括控制器、通讯接口、热泵系统，所述控制器通过通讯接口连接热泵系统，其中，所述热泵系统包括蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机，其特征在于，所述控制器能够执行权利要求1-3之一所述的冷水机组制冷性能系数测量方法。

6.如权利要求5所述的冷水机组，其特征在于，还包括温度传感器、压力传感器，温度传感器用于采集制冷剂饱和温度T_sat、冷凝温度t_c、蒸发温度t_e；压力传感器采集制冷剂的饱和压力P_sat，以及膨胀阀前压力P_TEV、膨胀阀压降ΔP。

7.如权利要求5或6所述的冷水机组，其特征在于，还包括显示装置，用于显示计算结果和/或检测数据；还包括存储单元，用于存储计算结果和/或检测数据。

8.如权利要求7所述的冷水机组，其特征在于，所述显示装置包括触摸屏。

9.如权利要求5所述的冷水机组，其特征在于，所述控制器为单片机、ARM处理器、PLC任意一种。

10.如权利要求5所述的冷水机组，其特征在于，所述通讯接口包括但不限于RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、USB接口、网口。

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