中央空調智能控制系統(tǒng)解決方案

中心空調智能節(jié)能解決方案珠海微能節(jié)能科技有限公司WW.WAYENER.COM（一）中心空調能耗奢侈大的緣由（1）系統(tǒng)設計時留有余量(大于全年最大負荷的10%-15%)；

（2）中心空調機組運行時輸出冷量與冷負荷需求不能實行動態(tài)最佳匹配；（3）中心空調主機與幫助設備如冷凍水泵、冷卻水泵在運行中消耗功率無法實現(xiàn)最佳匹配；（4）中心空調系統(tǒng)運行不能實現(xiàn)智能化管理和有效調整。

1.冷水機組能耗分析中心空調系統(tǒng)中能耗最大的設備屬冷水機組，冷水機組依據制冷方式分為壓縮式和吸取式。壓縮式又分為：容積型（活塞式、螺桿式、渦旋式）機組和速度型（離心式）機組，其動力能源是消耗電能為主的依據其額定制冷量和制冷效率，一般的額定輸入功率從30kw~1000kw；而吸取式冷水機組（溴化鋰機型）是以消耗熱能（以燃油、燃氣）為主。制冷主機組的目的是生產低溫（7℃）的冷凍水，所以供（出）水溫度的凹凸和制取冷凍水量的多少干脆影響機組的負荷。而末端空氣處理機啟動的多少也會影響冷凍水的回水溫度，回水溫度高，機組負荷大。（二）中心空調能耗分析2.循環(huán)水系統(tǒng)能耗分析冷凍水循環(huán)泵（簡稱：冷凍泵）主要供應冷凍水循環(huán)的動力，其輸入功率一般從7.5kw到220kw，傳統(tǒng)的設計冷凍泵為定流量泵，輸出功率隨輸出冷凍水流量的多少有少量變更,但變更不太大。冷卻水循環(huán)泵（簡稱：冷卻泵）主要供應冷卻水循環(huán)的動力，其輸入輸入功率一般從7.5kw到220kw，傳統(tǒng)的設計冷卻泵為定流量泵，輸出功率恒定不變。冷卻塔風機主要為冷卻水降溫供應風力，其輸入輸入功率一般從1.5kw到37kw，傳統(tǒng)的設計冷卻塔風機為恒速風機，輸出功率恒定不變。3.末端能耗分析空氣處理機（風機盤管、水冷風柜）是進行室內空氣溫度調整的末端設備，其中風機供應了室內空氣循環(huán)所須要的動力，通常接受恒速定風量風機，額定功率從0.5kw到45kw，但數(shù)量較多。新風機、回風機、排風機供應了新風供應、回風和排風的動力，額定功率一般從2kw到55kw。4.其他能耗分析中心空調的設計往往是依據當?shù)氐臍庀筚Y料（最高/低氣溫）和建筑物的特點而設計的，并考慮到最大能量（冷/熱量）需求，還要預留10%至20%的設計余量，所以主機、水泵、風機都有很大的余量。由于季節(jié)的輪轉和晝夜溫差的變更，中心空調全年以最大功率運行的時間很短，一般不足1%，所以大量恒速電機存在很大的節(jié)能空間。沒有安裝中心集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的中心空調，因運用管理問題，往往會造成更大的能源奢侈。用戶的維護意識淡薄也是造成中心空調效率降低的緣由之一。（1）遠程管理限制方案（可選）可在工程部辦公室建立遠程管理限制中心，對中心空調進行隨時智能化的監(jiān)控管理，將大大提高對中心空調設備及運用系統(tǒng)的管理效率，降低相關工作人員的工作負荷。上位機（人機界面）管理及限制方案上位機限制及管理軟件接受珠海微能節(jié)能科技有限公司自主研發(fā)的節(jié)能及限制管理軟件平臺。該軟件主要考慮空調主機最佳能效來調控中心空調系統(tǒng)輔機設備，在保障系統(tǒng)平安和滿足制冷需求的前提下力求節(jié)能降耗。監(jiān)控畫面主要完成：冷凍循環(huán)水泵進出口壓力值和溫度值、冷卻循環(huán)水進出口壓力和溫度設定值、冷卻塔進出水溫度值，設備運行狀態(tài)監(jiān)視、工藝過程參數(shù)（溫度、壓力的測量值）的實時記錄與顯示、報警記錄與歷史數(shù)據記錄、支配任務的制訂、報表生成管理與數(shù)據日志打印等功能。（三）中心空調整能解決方案介紹(2）下位機（現(xiàn)場智控子站）管理及限制方案主要接受來自上位機（工控PC）的各種啟停限制叮囑、工藝參數(shù)設定值、運行方式選擇叮囑等，同時向上位機PC傳送執(zhí)行元件的工作狀態(tài)、現(xiàn)場實際溫濕度、壓力、流量、電流、電壓、頻率、功率測量值等，通過精確高速、穩(wěn)定牢靠的數(shù)據傳輸，實現(xiàn)對限制系統(tǒng)各個部分的實時監(jiān)督與限制功能。在下位機（現(xiàn)場智控子站）軟件中分別對各個部分做了詳盡的限制編程設計(PLC)。其他功能，諸如：手動/自動方式選擇、變頻故障自動更換備用泵或工頻自動投運、支配任務方式選擇識別、故障與報警處理、負荷均衡輪值運行等功能都做細致的設計。見下頁限制方框圖(2)冷凍水系統(tǒng)限制方案限制原理：制冷時，冷凍水供水溫度7℃、回水溫度12℃設定后，由空調主機供應7℃的冷凍水，當檢測出冷凍水回水溫度高于12℃時，表示終端負荷加重，這時應提高冷凍水泵的轉速或開啟其次臺冷凍水泵，直到冷凍水回水溫度到達設定值12℃為止；反之，當檢測冷凍水回水溫度低于12℃時，意味著終端負荷減輕，此時應降低冷凍水泵的轉速或關閉其中一臺水泵，直到冷凍水回水溫度到達12℃為止?？紤]能夠保證冷凍循環(huán)水在管網中的順暢流淌，因此，設定了一個對應的泵的轉速低限（變頻器輸出頻率低限，如可設定在30Hz），在此速度下變頻器的輸出頻率將不再降低；限制策略：在中心空調系統(tǒng)設定空調主機的冷凍水總管的供水溫度、回水溫度和回水總管的壓差后，由現(xiàn)場安裝的傳感器檢測這些測量值；上位機在設置的采樣頻率下讀取溫度傳感器的參數(shù)，并與設定值比較；經模糊運算后，輸出精確的限制信號，調整冷凍水變頻器的輸出頻率或工作臺數(shù)，變更冷凍水供水流量。

（3）冷卻水泵限制方案限制策略：冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的運行限制方式與冷凍循環(huán)水系統(tǒng)運行限制方式基本一樣，均按上位機通信指令執(zhí)行，以基準壓力、流量需求為下限。限制原理：當檢測出冷卻水進/回水溫差高于3℃時，表示主機負荷加重，這時應提高冷卻水泵的轉速或開啟其次臺冷卻水泵，直到冷卻水溫差在3℃之內；反之，當檢測冷卻水溫差在3℃之內時，意味著主機負荷減輕，此時應降低冷卻水泵的轉速或關閉其中一臺水泵，直到冷卻水溫差在3℃之內?？紤]能夠保證冷卻循環(huán)水在管網中的順暢流淌，因此，設定了一個對應的泵的轉速低限（變頻器輸出頻率低限，如可設定在30Hz），在此速度下變頻器的輸出頻率將不再降低；（1）節(jié)電率分析

a.冷水機組在正常運行狀況下，可節(jié)能5～15％左右；

b.冷凍系統(tǒng)在正常運行狀況下，可節(jié)能15～35％左右；

c.冷卻系統(tǒng)在正常運行狀況下，可節(jié)能15～35％左右；

一般整體節(jié)電率為28%

（2）投資效益分析（珠海某案例介紹）

a.中心空調全年運行365天，每天運行按24小時計算,年耗電

1891585度，節(jié)電率25%以上；

b.年節(jié)約電費合計:1891585度×25%×0.8元/度＝37.83萬元

c.設備投資費用:30.2萬元；

d.投資回收期:30.2萬元/37.83萬元＝9.5個月；

（四）節(jié)電率及投資效益分析中心空調智控節(jié)能系統(tǒng)是集工業(yè)計算機限制技術、模糊限制技術、系統(tǒng)集成技術、現(xiàn)場總線限制技術和智能驅動技術為一體的閉環(huán)自動限制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對中心空調冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)及冷卻塔風機系統(tǒng)的變流量智能限制?？茖W地實現(xiàn)了中心空調的供冷量隨末端負荷需求量變更而變更。在保障末端舒適度的前提下，最大限度地削減了空調系統(tǒng)的能源奢侈，達到最佳節(jié)能的目的。中心空調智控節(jié)能系統(tǒng)運用全新的方案解決思路，不僅對中心空調各系統(tǒng)進行全面限制，而且接受了軟件與硬件給合及系統(tǒng)集成技術，將各個限制系統(tǒng)在物理、邏輯和功能上互聯(lián)一體，實現(xiàn)了他們之間的數(shù)據共享、運行監(jiān)控、故障報警及各種節(jié)能仿真計算等功能。（五）中心空調智控節(jié)能系統(tǒng)簡介5.1系統(tǒng)組成結構主要包括冷凍水進出水溫度、冷卻水進出水溫度、蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、主機電流、主機負荷率等主要參數(shù)的監(jiān)控。大多數(shù)的空調主機均具有開放的網絡通信接口，可通過其數(shù)據通訊協(xié)議干脆獲得機組運行各種參數(shù)，并實現(xiàn)遠程限制（如開利19XR型空調主機就可以用PICⅡICVC限制系統(tǒng)與空調網絡CCN接口進行集中群控）；沒有PC接口或未知設備數(shù)據通訊協(xié)議，則通過溫度傳感器、壓力傳感器、電量傳感器等變送元件實現(xiàn)各監(jiān)測參數(shù)的模擬量化，并由數(shù)據采集卡或數(shù)據采集模塊將其轉換為數(shù)字信號，通過數(shù)據網絡與工作站計算機實現(xiàn)數(shù)據通訊。1）冷水機組運行監(jiān)控1）冷水機組數(shù)據限制中心空調主機是整個空調系統(tǒng)中的用電大戶，其耗電比例占整個系統(tǒng)中的60~70%甚至更多，對空調主機的限制和管理成為本節(jié)能管理系統(tǒng)的首要任務。具體限制策略是：上位機依據下位機（現(xiàn)場智控子站）送來的相關工況參量，分析計算出系統(tǒng)實時的需冷量，從而確定主機的開機臺數(shù)并指令下位機執(zhí)行。假設，當一臺主機的制冷量不夠時，自動增加投入其次臺；相反，當一臺主機制冷量已能滿足要求時，則自動停止一臺主機；當一臺主機不夠而二臺又有多，或是一臺主機都有多時，則一臺主機以變頻運行調整制冷量。這樣便能有效解決主機系統(tǒng)因大馬拉小車狀況而造成的具大能源奢侈。2）冷水機組節(jié)能限制冷凍/冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的運行主要依據上位機計算結果確定流量的增減。水泵運行的頻率及數(shù)量均由上位機計算妥當，并以通信方式指令下位機執(zhí)行。當上位機指令須要削減流量時，系統(tǒng)會按其指令減小變頻器的輸出頻率或削減水泵運行數(shù)量，但泵的速度削減時，考慮能夠保證冷凍循環(huán)水在管網中的順暢流淌，因此，設定了一個對應的泵的轉速低限（變頻器輸出頻率低限），在此速度下變頻器的輸出頻率將不再降低；相反，當上位機批令須要增加相關流量時，系統(tǒng)依據指令來增加水泵的運行頻率及增加水泵的運行數(shù)量。能量=比熱容r×流量Q×溫差ΔT3）水系統(tǒng)管理與限制限制系統(tǒng)的全部監(jiān)控參數(shù)，都是由數(shù)據采集模塊或數(shù)據采集卡來完成的，通過RS-485通信網絡實現(xiàn)計算機工作站向空調系統(tǒng)各個部分進行同步限制；數(shù)據計算及限制功能由HY-AIM計算機中心限制站完成。4）數(shù)據采集和限制中心限制站（上位機）是整個節(jié)能管理系統(tǒng)的核心部分。限制及管理軟件接受本公司自主研發(fā)的節(jié)能及限制管理軟件平臺。該軟件主要考慮空調主機最佳能效來調控中心空調系統(tǒng)主機及輔機設備，在保障系統(tǒng)平安和滿足制冷需求的前提下力求節(jié)能降耗。監(jiān)控畫面主要完成：冷凍循環(huán)水泵進出口壓力值和溫度值、冷卻循環(huán)水進出口壓力和溫度設定值、冷卻塔進出水溫度值，設備運行狀態(tài)監(jiān)視、工藝過程參數(shù)（溫度、壓力的測量值）的實時記錄與顯示、報警記錄與歷史數(shù)據記錄、支配任務的制訂、報表生成管理與數(shù)據日志打印、數(shù)據及能耗分析等功能。5）中心限制站風系統(tǒng)主要是有風柜、空氣處理機組、風機盤管等設備構成，依據空調區(qū)域負荷變更時間序列，遠程限制風柜各個風機的啟停實現(xiàn)有級調整送風量，也可變頻調整空氣處理機組實現(xiàn)送風量的無級調整，依據室內CO2濃度限制系統(tǒng)新風量。比例調整閥及電動閥接受智控子站輸出的DC4～20mA標準模擬量信號完成對應的開度變更，達到連續(xù)調整管道開度，就能有效調整各區(qū)域的冷量平衡又能達到節(jié)約電能的目的。6）送風與閥門系統(tǒng)的管理和限制全部的數(shù)據采集信號由串口通訊（R232、R485、R422等）網路接入計算機工作站，工作站獨立完成空調系統(tǒng)數(shù)據采集、后臺數(shù)據分析與數(shù)學模型尋優(yōu)、遠程限制等工作7）通信網絡系統(tǒng)8）操作員與工程師工作站智能限制系統(tǒng)和中心空調系統(tǒng)的操作全部可以在辦公桌面來實現(xiàn)，同時實時的數(shù)據可以進行分析和統(tǒng)計5.2系統(tǒng)功能

一般級可對系統(tǒng)各種運行狀態(tài)或運行參數(shù)進行監(jiān)視，無須進行身份認證。

操作員級具有普級的全部權級，經過操作員身份認證后，可獲得對系統(tǒng)各種設備的限制權限。

管理員（或工程師）級具有操作員級的全部權限，經過管理員（或工程級）身份認證后，可對操作員進行增刪。（1）操作界面在CRT上能夠動態(tài)地顯示制冷中心主要設備的運行狀態(tài)及工藝參數(shù)。A、設備狀態(tài)冷水機組的運行/停止/故障狀態(tài)，單位時間能耗，累計能耗，單位時間制冷（熱）量，累計制冷（熱）量，累計運行時間，累計故障次數(shù)等。水泵（風機）的運行/停止/故障狀態(tài)，運行功率，單位時間能耗，累計能耗，累計運行時間，累計故障次數(shù)等。閥門的開/關狀態(tài)，累計動作次數(shù)，累計故障次數(shù)等。B、熱工參數(shù)參與系統(tǒng)進行限制及調整的各個溫度、濕度、壓力（差）、流量、熱量等的檢測、顯示或累計。（2)運行狀態(tài)監(jiān)控（限制系統(tǒng)對所控設備或執(zhí)行機構至少有3種限制模式,分別為：

系統(tǒng)自動限制依據預先設定的設備關聯(lián)方案、時辰表、節(jié)能優(yōu)化方案，由限制程序自動實現(xiàn)設備或執(zhí)行機構進行啟動、停止或調整操作。

就地人工干預限制在各個設備或執(zhí)行機構的電氣限制成套設備上，由操作人員在現(xiàn)場干脆進行啟動、停止或調整操作。B、設備（執(zhí)行機構）關聯(lián)

自動關聯(lián)依據設備運行的時間或設備故障狀況，由程序自動組合設備（執(zhí)行機構）之間的關聯(lián)關系。

人工關聯(lián)由操作員要據實際需用制訂關聯(lián)支配，來指這設備（執(zhí)行機構）之間的關聯(lián)關系。；（3)系統(tǒng)限制模式限制系統(tǒng)應拉供必要的接口，便于操作員設置和修正限制參量。如：

冷卻水泵電機遠程手動限制設置；

調整閥開度設置

主機冷凍水出口溫度低溫報警點；

主機冷卻水出口溫度高溫報警點；

主機冷凍水流量低報警點；

段管路壓力高報警點；（4）限制參量的查閱及設置應包含以下內容：

空調主機的能耗歷史數(shù)據；

空調主機的制冷（熱）量歷史數(shù)據；

各個水泵（風機）的能耗歷史數(shù)據；

各個供水管路的水量歷史數(shù)據；

報警歷史記錄；

操作行為歷史記錄。（5）實時數(shù)據，事務記錄主機控制柜1個+水系統(tǒng)控制柜2個+現(xiàn)場液晶屏參數(shù)設置單一變頻器+PID控制器單一變頻器設備主要構成主機和水系統(tǒng)整體節(jié)能，不到十個月收回投資只有水系統(tǒng)節(jié)能，效益太低主機耗能增加，無法評估投資回收效益17.5萬RMB7.5萬RMB3.8萬RMB投入成本可與IBMS系統(tǒng)連接實現(xiàn)資源共享無無開放性泵組軟起動,無沖擊電流；泵組長期低速運轉,噪聲小,機械磨損小泵組對負荷的跟隨性好,溫度波動最小泵組軟起動,無沖擊電流；泵組長期低速運轉,噪聲小,機械磨損小泵組對負荷的跟隨性不夠,系統(tǒng)穩(wěn)定性差泵組起停沖擊電流大泵組高速運轉,噪聲大,機械磨損大?？照{系統(tǒng)無穩(wěn)定運行措施,穩(wěn)定性差運行效果大范圍負荷跟隨小范圍跟蹤主機負荷增加負荷適應性多參數(shù)模糊控制單參數(shù)PID控制手動開關柜控制方式動態(tài)頻率，變流量；自動泄載固定頻率，定量流量固定頻率，定量流量控制原理主機和水系統(tǒng)冷凍和冷卻水系統(tǒng)電機冷凍和冷卻水系統(tǒng)電機控制對象全系統(tǒng)能耗最低解決水系統(tǒng)輸送能耗Y-△啟動解決電流沖擊控制思路水系統(tǒng)15%-30%主機5%-15%水系統(tǒng)5%-10%無節(jié)電效果動態(tài)模糊智能化控制系統(tǒng)帶PID的變頻閉環(huán)系統(tǒng)通用變頻系統(tǒng)控制方式比較項目六、幾種節(jié)能方式的優(yōu)劣比較序號建設單位項目名稱空調類型業(yè)務范圍建設方類