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中央空调系统的节能1、概况 空调系统带给了人们一个温度适宜、湿度恰当、空气清净的环境，但空调却又是现代楼宇的能耗大户。根据国内、外资料统计，中央空调系统的全年能耗占整个建筑物全年能耗的4060%。在中央空调系统的耗能设备中冷水机组能耗最大；其次是风柜等末端设备，约占整个空调系统的25%；水泵占整个空调系统能耗的1520%。早期的投资方，较在乎的只是投资成本，但营运后才发现运行费用过高，如此长期营运所付出的代价远比投资节省的费用大得多，所以对中央空调系统实现智能化控制以达到节能的目的很有必要。 我司从事施工多年，积累了丰富的经验和实测数据，开发出一套投资成本少，节能效率达30%以上的智能化节能系统，使工程安装达到同内外先进水平。在控制功能和节约运行成本方面有了更大的突破。为了让您对我们的理念有更深入的了解，下面我们论述一下整个空调系统的节能及智能化控制。国家制冷学会的大量实地调查数据显示，在我国南方，特别是珠三角地区，每年空调制冷开机时间是10个月左右，情况如图表: 机组运行负载情况按季节变化分析如下： 从上图可看出100%70%负载量在7、8、9月份出现；70%40%负载量在5、6、10月份出现；40%以下负载量在3、4、11、12月份出现；可见一年中系统负载率在50%以下的时间占全部运行时间的50%以上。2、水泵的节能 按第一节概况内容中图表统计分析，系统负载率在50%以下的时间占全部运行时间的50%以上，满负荷的机会不多，若采用普通常规的控制系统，中央空调系统的水泵、冷却塔必须全天运行，能源浪费很大。实际运行时有50以上的停泵、停风机的机会。按以下图表分析，变频变速水泵节能潜力很大，下面为空调系统水泵的节能措施。2.1 空调系统水泵的运行分析 空调水系统的特点：一是空调设备绝大部分时间内在远低于额定负荷的情况下运转；二是空调水系统供回水温差远低于空调系统的温差，无法进行有效的质调节；三是工程设计必须考虑富余量，以保证在实际情况发生各种变化时，系统仍可达到要求的参数，但在实际运行时，为了消除这些富余量又要靠阀门去调整，由此造成浪费。 2.2 变频变速调节法 水泵厂家提供的特性曲线，是在一定转速下，通过实验得出的。如果转速改变，水泵的性能随之变化，从而使工况点改变（见图2）。采用变速（降速）调节水泵工况点，不会产生附加的摩擦损失，因此效率较高，可调适应范围较广。 2.3 水泵采用调频变速后的节能分析 水泵采用调频调速方案后，投资可以在以下的方面获得节能而减少电费支出中得到回报。 1) 非最高峰期流量调节（最保守的调节） 例如空调系统中：流量Q= 0.8Q 得出 n/n = 0.8 则：N=(n/n)3N = 0.8*0.8*0.8N = 0.512N 式中：Q、H、N分别表示水泵转速为n时的流量、扬程、轴功率。由以上公式可知通过变频变速的水泵当流量减少到原来的0.8倍时可以节省用电量49.8%。 以某选型方案为例，选用“日立”450RT螺杆式冷水机组二台，45kW冷却水泵3台（其中1台为备用）、37kW冷却水泵3台（其中1台为备用）， 250m3/h冷却塔2台。冷水机组的冷冻水流量的最大和最小值分别为356 m3/h和163 m3/h，系统冷冻水流量的最大和最小值分别为712 m3/h和163 m3/h，可调节冷冻水流量范围为22.9%100%。 该空调系统的2台冷冻水泵、2台冷却水泵在最保守的计算，在冷冻水流量80% 也可节省用电（45kW*2+37kW*2*49.8%=81.67kW，每天按10小时运行来算节省电量81.67*10=816.7 (kWh)度电，0.95元/度的计划内用电电费来算，即每天节省电费775.88元，每月节省电费775.88*30=23,276.52元，每年按8个月运行来计算，节省电费23,276.52元*8 =186,212.16元，从而大大地减少空调运行的成本。 水泵采用调频调速方案后，投资除在以上的方面获得回报之外，还可以在以下的方面获得节能而减少电费支出中得到回报。2) 水泵电机启动 水泵电机软启动，实现电机平滑起动和停止，克服电机启动的大电流冲击和停泵水锤现象，在减少对电网冲击的同时，也减少了电能的无功损耗延长设备寿命。3) 冷冻水管网水量调节 由于冷冻水管网水量是随使用负荷而变化的，冷水机组和水泵的数量、型号投入是随机发生的，所以负荷用水量、冷水机组工作水量、水泵运行水量三者之间往往很难得到匹配，而恒压差闭环调整水泵转速和决定投入水泵的数量，可以很科学地匹配好以上三者之间的平衡，并节省大量的水泵用电。3、风柜的节能 根据资料统计，上面已经提过风柜等末端设备，耗电量约占整个空调系统的25%。3.1风柜可选用多风机型号，并在每台风机出口安装止回阀。3.2安装数字式智能控制器，根据回风温度自动三档地控制三台风机开/停，智能控制器根据冷负荷变化决定风柜的风机开启台数；低负荷时开1台风机，中负荷时开2台风机，高负荷时3台风机；从而节省风机运行的电能。 3.3 如空调系统末端风柜总装机容量为250.8 kW，空调系统末端风柜功率占总装机容量：250.8 kW / 1024.8 kW *100%24.48 %。由上述机组运行负荷情况按日时段变化曲线图和机组运行负荷情况按季节变化曲线图可知，一年中该系统负载率在50%以下的时间占全部运行时间的50%以上。如果对风柜进行节能控制可以节能30%50%之间。按保守计算每年节省电能：250.8 kW*30%*10(小时)*240(天) = 180,576 kWh ；按0.95元/(kWh)的商业计划内用电电费来算；每年节省电费180,576 kWh *0.95元/(kWh) = 171,547.2元，从而可大大地减少空调末端运行的成本。 4、冷却塔的节能通常冷却塔是按控制制冷机组最高负荷选型的，由于制冷机组处于高负荷时间不多，且受气候条件影响，冷却塔出水温度变化较大，这不但使冷却塔风机耗电量持续不变，而且也影响制冷机组的正常运行。 4.1风机开/停控制法 冷却塔平时不运行，当相应的冷水机组启动后，冷却回水温度高于设定值，冷却塔开启。通过温度传感器检测冷却水回水温度的信号进行控制冷却塔的风机以达到充分利用能源和节能的效果。节能率达20%30%。5、管网水系统空调水系统是采用集分的方式设置，为配合水泵调频调速的需要，空调水系统按以下要点设计。5.1冷冻水总管安装冷量计量表，冷量计量表同时提供系统总负荷冷量、系统冷冻水总流量、系统冷冻水进出水温度等参数。有关参数可提供冷水机组投入数量的依据，可提供日常运行能量节约的依据，可提供分区计费的依据。5.2冷水机组冷冻水、冷却水进口（或出口）安装流量数字锁定平衡阀，以保证各种工况下冷水机组的额定水流量。5.3冷水机组冷冻水、冷却水进口（或出口）安装电动蝶阀，以保证冷水机组投入系统时，同步开启水路。5.4冷冻水泵、冷却水泵出口安装消声止回阀，以保证随时开停任意一台泵。5.5冷却塔进水口、出水口安装电动蝶阀，以保证冷却塔投入系统时，同步开启水路。6、电气系统空调水系统循环水泵的调频调速，要达到最终的节能目的。需要有完善的电气控制手段，才能够实现，以下为电气控制设计要点。6.1冷水机组冷凝器进、出水管安装差压传感变送器，差压传感器提供冷凝器的工作运行水量，以便在动态水流量工作时设定上、下限流量保护值。6.2冷水机组蒸发器进、出水管安装差压传感变送器，差压传感器提供蒸发器的工作运行水量，以便在变流量工作时设定上、下限流量保护值。6.3冷水机组制冷机安装冷量传感变送器，冷量传感变送器提供机组开启台数的信号。冷量传感变送器同时提供临界冷冻水流量（小于一台冷水机组的最小流量）开启压差旁通阀的信号。6.4冷水机组冷冻水、冷却进出水管安装温度传感变送器。6.5冷水机组冷冻水、冷却进出水管安装压差传感变送器。6.6冷冻水系统、冷却水系统分别安装一台变频器，变频器根据总出、回水管的测量压差与设定压差比较，变频调速及按需要投入或撤出水泵台数（投入过程实行软启动、变频运行、工频运行）的综合手段，闭环控制恒定总出、回水管的压差。6.7冷却塔（风机）控制系统安装一套可编程控制器，在冷却循环回水管安装温度传感变送器，根据回水温度，控制冷却塔风机（数量）的投入或撤出。6.8在空调主供电回路安装电参数网络仪表，以便提供单位冷吨的用电量，用以做分区计费和经济核算分析。6.9在以上设备安装附加计算机通讯接口实现DDC控制，以便在PC机上进行遥控、遥测和数据交换及打印数据等。7、自动控制系统7.1中央工作站 7.1.1设备装置有奔工控主机1台，256兆内存，80G硬盘，CDR光驱，21寸高清晰度彩色监视器，EPSON喷墨打印机。 7.1.2软件使用SUNYEAR CONTROL实时多任务汉化软件，操作使用流行的视窗化进行。操作人员无须熟悉电脑, 只须按菜单的提示操纵鼠标便行。 7.1.3正常情况下采集数据、执行命令、记录信息、故障报警均全自动进行，无须人工干预。 7.1.4操作人员可随时更改设置改变系统的工况。 7.2模块式单元控制器（UNITARY CONTROLLER 简称UC） 对于所有冷/热调节系统、恒温/恒湿、或其他监控设备，UC除了可作为独立操作的监控器，还能与网络连接组成一个庞大的控制网来对所有机电设备进行直接数字控制。由于UC能提供精确的控制，这样不仅保证了空调环境的舒适程度，同时亦改善了能源管理，从而降低了整个系统的能源损耗， 增加成本效益。由于每个UC都是独立工作的，故不需依赖其他系统的支持，而在网络上，任何一个UC发生故障都不影响整个系统的可靠性和操作的连贯性。7.3控制系统7.3.1控制系统采用智能化联网管理，系统可通过计算机详细检查有关设备运行数据，并把重要参数(实时的室外气温、湿度、冷冻水出、回水温、冷却水出、回水温度、每台主机、冷冻、冷却水的出/回水压差)，制冷主机、水泵、水塔风机的运行电流显示，记录保存或打印。若主机带有通讯接口，更可把制冷主机内部运行的参数记录下来，供分析、报警、记录 及进一步优化运行参数。有了详细的运行记录，对整个系统的运行、保养、维修都带来极大的方便， 而且可根据需要随时更改运行程序。 7.3.2控制系统则是直接检查主机的冷冻，冷却进出水的压差(或流量)，与高层建筑管道静压无关，并用数字方式在电脑上显示。只有在符合厂家要求的压力范围方允许主机运行(压力太大也同样造成能耗及设备损坏)。值班人员可很方便地通过电脑的显示确定系统是否正常，从而使整个系统更可靠地工作。再者如冷却塔、膨胀水箱低水位(非运行中也可以)均提前报警，避免了小问题而酿成的事故停机。 7.3.3操纵 控制系统设有“手动控制”及“自动控制”与常规控制一样，每台设备可独立运行及退出。当系统置于“自动控制”模式，未受过专业训练的操作人员只须按一个系统运行键，整个系统就会按预先设定的程序自动运行。 控制系统会根据末端用户的多少(实际冷冻水运行量)，精密测量冷冻主送、回水管压差，压差变送器输入智能变频器（同时进行路PID运算和四路开关量输出），变频器控制一台水泵调速运行，同时增减控制四台水泵的投入和撒出，如此综合手段闭环地来控制送、回水管压差。 控制系统会根据冷水机组运行台数开启相应的冷却塔水路电动阀，风机的增减投入和撒出是根据冷却水温来决定的，既避免了冷却水温过低或过高对主机不利，也延长了风机、电机寿命及节省电能。 控制系统控制压差旁通阀，避免了普通系统既增开水泵又全开旁通阀大量分流的状况（由于采用智能化控制原设计的旁通阀口径也可大为减少）。 7.4自动保护和监控 7.4.1整个空调控制系统的各种电量参数：三相相电压、三相线线电压、三相电流、零线电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率等电量参数；并可设置电压过高、欠压、缺相、过流、超功率等保护。 7.4.2 冷水机组的各种运行电量参数及保护（同上）； 7.4.3冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、主机的运行及故障状态； 7.4.4主机冷却出/回水温度及压差、主机冷冻出/回水温度及压差； 7.4.5计算机对层间每台新风机和风柜的运行控制、参数设置及状态监控（三遥监控）； 7.4.6冷水机组主开关远程遥控分/合闸； 7.4.7整个系统设有全自动节能模式及手动模式，所有开关可通过计算机进行合/分闸控制； 7.4.8由于进行全面监控所以能提供全面的分析报表及早期发现故障避免意外停机。8、电量（空调）、冷量综合计费系统该综合计费系统，可实现电量、冷量、水量的综合计费，也可进行分别计费。 目前电量、水量的计量已有成熟的手段，本方案只是进一步实现中央集中抄表。冷量的计量国内还没有成熟的手段。目前一般冷气收费是由物业管理费用中按平方米面积分摊，由于每个用户的实际使用情况不尽相同，因此其收费存在严重不合理。据国际公论据统计结果表明，大型楼宇的冷气耗能约占建筑物耗能的65%。而冷气耗能中至少有50%被白白浪费。其主要原因在于没有安装精确统计每个用户的实际耗用冷量的计量仪表，从而导致用户没有形成自觉节约用冷的习惯。其结果是造成物业管理费用日益增高的主要原因。本综合计费系统是为有效解决以上矛盾而设计。 本计费系统是通过中央计算机和带通讯接口的用户电量和冷量表，可实现对每个用户用冷量的实时统计和数字分析得出每个用户实时或累积耗电量、冷量、水量，从而计算出其应缴的费用。综合计费系统具有以下的特点： 8.1自动抄表、数据准确，防止盗用。 8.2数据可在用户处直观获得，也可在中央计算机获得。 8.3自动计算中央制冷系统及每户用冷气量