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中央空调智能节能解决方案 珠海微能节能科技有限公司 WW WAYENER COM 一 中央空调能耗浪费大的原因 1 系统设计时留有余量 大于全年最大负荷的10 15 2 中央空调机组运行时输出冷量与冷负荷需求不能实行动态最佳匹配 3 中央空调主机与辅助设备如冷冻水泵 冷却水泵在运行中消耗功率无法实现最佳匹配 4 中央空调系统运行不能实现智能化管理和有效调节 1 冷水机组能耗分析中央空调系统中能耗最大的设备属冷水机组 冷水机组按照制冷方式分为压缩式和吸收式 压缩式又分为 容积型 活塞式 螺杆式 涡旋式 机组和速度型 离心式 机组 其动力能源是消耗电能为主的按照其额定制冷量和制冷效率 一般的额定输入功率从30kw 1000kw 而吸收式冷水机组 溴化锂机型 是以消耗热能 以燃油 燃气 为主 制冷主机组的目的是生产低温 7 的冷冻水 所以供 出 水温度的高低和制取冷冻水量的多少直接影响机组的负荷 而末端空气处理机启动的多少也会影响冷冻水的回水温度 回水温度高 机组负荷大 二 中央空调能耗分析 2 循环水系统能耗分析冷冻水循环泵 简称 冷冻泵 主要提供冷冻水循环的动力 其输入功率一般从7 5kw到220kw 传统的设计冷冻泵为定流量泵 输出功率随输出冷冻水流量的多少有少量变化 但变化不太大 冷却水循环泵 简称 冷却泵 主要提供冷却水循环的动力 其输入输入功率一般从7 5kw到220kw 传统的设计冷却泵为定流量泵 输出功率恒定不变 冷却塔风机主要为冷却水降温提供风力 其输入输入功率一般从1 5kw到37kw 传统的设计冷却塔风机为恒速风机 输出功率恒定不变 3 末端能耗分析空气处理机 风机盘管 水冷风柜 是进行室内空气温度调节的末端设备 其中风机提供了室内空气循环所需要的动力 通常采用恒速定风量风机 额定功率从0 5kw到45kw 但数量较多 新风机 回风机 排风机提供了新风供应 回风和排风的动力 额定功率一般从2kw到55kw 4 其他能耗分析中央空调的设计往往是按照当地的气象资料 最高 低气温 和建筑物的特点而设计的 并考虑到最大能量 冷 热量 需求 还要预留10 至20 的设计余量 所以主机 水泵 风机都有很大的余量 由于季节的轮转和昼夜温差的变化 中央空调全年以最大功率运行的时间很短 一般不足1 所以大量恒速电机存在很大的节能空间 没有安装中央集中监控管理系统的中央空调 因使用管理问题 往往会造成更大的能源浪费 用户的维护意识淡薄也是造成中央空调效率降低的原因之一 1 远程管理控制方案 可选 可在工程部办公室建立远程管理控制中心 对中央空调进行随时智能化的监控管理 将大大提高对中央空调设备及使用系统的管理效率 降低相关工作人员的工作负荷 上位机 人机界面 管理及控制方案上位机控制及管理软件采用珠海微能节能科技有限公司自主研发的节能及控制管理软件平台 该软件主要考虑空调主机最佳能效来调控中央空调系统辅机设备 在保障系统安全和满足制冷需求的前提下力求节能降耗 监控画面主要完成 冷冻循环水泵进出口压力值和温度值 冷却循环水进出口压力和温度设定值 冷却塔进出水温度值 设备运行状态监视 工艺过程参数 温度 压力的测量值 的实时记录与显示 报警记录与历史数据记录 计划任务的制订 报表生成管理与数据日志打印等功能 三 中央空调节能解决方案介绍 2 下位机 现场智控子站 管理及控制方案主要接受来自上位机 工控PC 的各种启停控制命令 工艺参数设定值 运行方式选择命令等 同时向上位机PC传送执行元件的工作状态 现场实际温湿度 压力 流量 电流 电压 频率 功率测量值等 通过准确高速 稳定可靠的数据传输 实现对控制系统各个部分的实时监督与控制功能 在下位机 现场智控子站 软件中分别对各个部分做了详尽的控制编程设计 PLC 其他功能 诸如 手动 自动方式选择 变频故障自动更换备用泵或工频自动投运 计划任务方式选择识别 故障与报警处理 负荷均衡轮值运行等功能都做细致的设计 见下页控制方框图 2 冷冻水系统控制方案控制原理 制冷时 冷冻水供水温度7 回水温度12 设定后 由空调主机提供7 的冷冻水 当检测出冷冻水回水温度高于12 时 表示终端负荷加重 这时应提高冷冻水泵的转速或开启第二台冷冻水泵 直到冷冻水回水温度到达设定值12 为止 反之 当检测冷冻水回水温度低于12 时 意味着终端负荷减轻 此时应降低冷冻水泵的转速或关闭其中一台水泵 直到冷冻水回水温度到达12 为止 考虑能够保证冷冻循环水在管网中的顺畅流动 因此 设定了一个对应的泵的转速低限 变频器输出频率低限 如可设定在30Hz 在此速度下变频器的输出频率将不再降低 控制策略 在中央空调系统设定空调主机的冷冻水总管的供水温度 回水温度和回水总管的压差后 由现场安装的传感器检测这些测量值 上位机在设置的采样频率下读取温度传感器的参数 并与设定值比较 经模糊运算后 输出准确的控制信号 调节冷冻水变频器的输出频率或工作台数 改变冷冻水供水流量 3 冷却水泵控制方案控制策略 冷却循环水系统的运行控制方式与冷冻循环水系统运行控制方式基本一致 均按上位机通信指令执行 以基准压力 流量需求为下限 控制原理 当检测出冷却水进 回水温差高于3 时 表示主机负荷加重 这时应提高冷却水泵的转速或开启第二台冷却水泵 直到冷却水温差在3 之内 反之 当检测冷却水温差在3 之内时 意味着主机负荷减轻 此时应降低冷却水泵的转速或关闭其中一台水泵 直到冷却水温差在3 之内 考虑能够保证冷却循环水在管网中的顺畅流动 因此 设定了一个对应的泵的转速低限 变频器输出频率低限 如可设定在30Hz 在此速度下变频器的输出频率将不再降低 1 节电率分析a 冷水机组在正常运行情况下 可节能5 15 左右 b 冷冻系统在正常运行情况下 可节能15 35 左右 c 冷却系统在正常运行情况下 可节能15 35 左右 一般整体节电率为28 2 投资效益分析 珠海某案例介绍 a 中央空调全年运行365天 每天运行按24小时计算 年耗电1891585度 节电率25 以上 b 年节约电费合计 1891585度 25 0 8元 度 37 83万元c 设备投资费用 30 2万元 d 投资回收期 30 2万元 37 83万元 9 5个月 四 节电率及投资效益分析 中央空调智控节能系统是集工业计算机控制技术 模糊控制技术 系统集成技术 现场总线控制技术和智能驱动技术为一体的闭环自动控制系统 实现了对中央空调冷冻水系统 冷却水系统及冷却塔风机系统的变流量智能控制 科学地实现了中央空调的供冷量随末端负荷需求量变化而变化 在保障末端舒适度的前提下 最大限度地减少了空调系统的能源浪费 达到最佳节能的目的 中央空调智控节能系统运用全新的方案解决思路 不仅对中央空调各系统进行全面控制 而且采用了软件与硬件给合及系统集成技术 将各个控制系统在物理 逻辑和功能上互联一体 实现了他们之间的数据共享 运行监控 故障报警及各种节能仿真计算等功能 五 中央空调智控节能系统简介 5 1系统组成结构 主要包括冷冻水进出水温度 冷却水进出水温度 蒸发压力 冷凝压力 主机电流 主机负荷率等主要参数的监控 大多数的空调主机均具有开放的网络通信接口 可通过其数据通讯协议直接获取机组运行各种参数 并实现远程控制 如开利19XR型空调主机就可以用PIC ICVC控制系统与空调网络CCN接口进行集中群控 没有PC接口或未知设备数据通讯协议 则通过温度传感器 压力传感器 电量传感器等变送元件实现各监测参数的模拟量化 并由数据采集卡或数据采集模块将其转换为数字信号 通过数据网络与工作站计算机实现数据通讯 1 冷水机组运行监控 1 冷水机组数据控制 中央空调主机是整个空调系统中的用电大户 其耗电比例占整个系统中的60 70 甚至更多 对空调主机的控制和管理成为本节能管理系统的首要任务 具体控制策略是 上位机根据下位机 现场智控子站 送来的相关工况参量 分析计算出系统实时的需冷量 从而决定主机的开机台数并指令下位机执行 假设 当一台主机的制冷量不够时 自动增加投入第二台 相反 当一台主机制冷量已能满足要求时 则自动停止一台主机 当一台主机不够而二台又有多 或是一台主机都有多时 则一台主机以变频运行调节制冷量 这样便能有效解决主机系统因大马拉小车情况而造成的具大能源浪费 2 冷水机组节能控制 冷冻 冷却循环水系统的运行主要依据上位机计算结果决定流量的增减 水泵运行的频率及数量均由上位机计算妥当 并以通信方式指令下位机执行 当上位机指令需要减少流量时 系统会按其指令减小变频器的输出频率或减少水泵运行数量 但泵的速度减少时 考虑能够保证冷冻循环水在管网中的顺畅流动 因此 设定了一个对应的泵的转速低限 变频器输出频率低限 在此速度下变频器的输出频率将不再降低 相反 当上位机批令需要增加相关流量时 系统根据指令来增加水泵的运行频率及增加水泵的运行数量 能量 比热容r 流量Q 温差 T 3 水系统管理与控制 控制系统的所有监控参数 都是由数据采集模块或数据采集卡来完成的 通过RS 485通信网络实现计算机工作站向空调系统各个部分进行同步控制 数据计算及控制功能由HY AIM计算机中央控制站完成 4 数据采集和控制 中央控制站 上位机 是整个节能管理系统的核心部分 控制及管理软件采用本公司自主研发的节能及控制管理软件平台 该软件主要考虑空调主机最佳能效来调控中央空调系统主机及辅机设备 在保障系统安全和满足制冷需求的前提下力求节能降耗 监控画面主要完成 冷冻循环水泵进出口压力值和温度值 冷却循环水进出口压力和温度设定值 冷却塔进出水温度值 设备运行状态监视 工艺过程参数 温度 压力的测量值 的实时记录与显示 报警记录与历史数据记录 计划任务的制订 报表生成管理与数据日志打印 数据及能耗分析等功能 5 中央控制站 风系统主要是有风柜 空气处理机组 风机盘管等设备构成 依据空调区域负荷变化时间序列 远程控制风柜各个风机的启停实现有级调节送风量 也可变频调节空气处理机组实现送风量的无级调节 根据室内CO2浓度控制系统新风量 比例调节阀及电动阀接受智控子站输出的DC4 20mA标准模拟量信号完成对应的开度变化 达到连续调节管道开度 就能有效调节各区域的冷量平衡又能达到节约电能的目的 6 送风与阀门系统的管理和控制 所有的数据采集信号由串口通讯 R232 R485 R422等 网路接入计算机工作站 工作站独立完成空调系统数据采集 后台数据分析与数学模型寻优 远程控制等工作 7 通信网络系统 8 操作员与工程师工作站 智能控制系统和中央空调系统的操作全部可以在办公桌面来实现 同时实时的数据可以进行分析和统计 5 2系统功能 普通级可对系统各种运行状态或运行参数进行监视 无须进行身份认证 操作员级具有普级的所有权级 经过操作员身份认证后 可获得对系统各种设备的控制权限 管理员 或工程师 级具有操作员级的所有权限 经过管理员 或工程级 身份认证后 可对操作员进行增删 1 操作界面 在CRT上能够动态地显示制冷中心主要设备的运行状态及工艺参数 A 设备状态冷水机组的运行 停止 故障状态 单位时间能耗 累计能耗 单位时间制冷 热 量 累计制冷 热 量 累计运行时间 累计故障次数等 水泵 风机 的运行 停止 故障状态 运行功率 单位时间能耗 累计能耗 累计运行时间 累计故障次数等 阀门的开 关状态 累计动作次数 累计故障次数等 B 热工参数参与系统进行控制及调节的各个温度 湿度 压力 差 流量 热量等的检测 显示或累计 2 运行状态监控 控制系统对所控设备或执行机构至少有3种控制模式 分别为 系统自动控制按照预先设定的设备关联方案 时间表 节能优化方案 由控制程序自动实现设备或执行机构进行启动 停止或调节操作 就地人工干预控制在各个设备或执行机构的电气控制成套设备上 由操作人员在现场直接进行启动 停止或调节操作 B 设备 执行机构 关联 自动关联按照设备运行的时间或设备故障情况 由程序自动组合设备 执行机构 之间的关联关系 人工关联由操作员要据实际需用制订关联计划 来指这设备 执行机构 之间的关联关系 3 系统控制模式 控制系统应拉供必要的接口 便于操作员设置和修正控制参量 如 冷却水泵电机远程手动控制设置 调节阀开度设置 主机冷冻水出口温度低温报警点 主机冷却