厦门闽南大酒店中央空调节能改造与投资分析

厦门闽南大酒店中央空调节能改造与投资分析厦门闽南大酒店中央空调节能改造与投资分析 贵州汇通华城楼宇科技有限公司 陈 文 摘要 摘要 本文通过厦门闽南大酒店中央空调系统节能改造案例 就智能模糊控制技术在中央空调 节能改造中的应用 从项目节能分析 技术应用及改造方案等进行技术方面的介绍 并对项目 投资的经济收益和商业模式等进行分析和探讨 为同类型酒店 宾馆等商业建筑节能改造提供 参考和借鉴 关键词 关键词 中央空调节能 建筑节能 模糊控制 商业模式 中央空调是现代化酒店不可缺少的重要设备之一 但中央空调在改善和提高酒店内部环境 质量同时 也带来了巨大的能源消耗 大大增加了酒店的运营成本 据调查统计 中央空调的 能耗占到酒店总能耗的 50 左右 如何既能保障酒店内部的舒适环境 又能降低空调的能源消 耗 一直是不少管理者们迫切盼望解决的一大难题 也成为酒店领域节能的一个重要课题 一一 项目情况与技术背景分析 项目情况与技术背景分析 1 项目概况项目概况 厦门闽南大酒店是一座大型四星级旅游涉外酒店 酒店位于厦门市湖滨南路 楼高 38 层 有各类客房 198 间 酒店大楼内设有四星级酒店 高级写字楼 商场和娱乐场所 是厦门最高 的标志性建筑之一 中央空调全年运行 280 天左右 每天平均运行时间在 14 22 小时左右 中央空调系统年平均总耗电约 220 万 kWh 电费支出 185 万元左右 2006 年使用 BKS 中央空调 节能控制系统对酒店中央空调系统 主机 冷冻水泵 冷冻水泵 冷却塔风机 进行了变流量 节能改造 2 2 项目实施的技术背景项目实施的技术背景 中央空调系统的设计通常按建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大负荷 并由此确定 空调主机的装机容量及空调水系统的供水流量 然而 实际上每年只有极短时间出现最大冷负 荷 或最大热负荷 的情况 绝大多数中央空调系统在大部分时间是在部分 低 负荷状态下 运行 实际空调负荷平均只有设备设计能力的 50 左右 因此出现了 大马拉小车 的现象 不但浪费大量能源 而且还带来设备磨损 缩短寿命等一系列问题 长期以来 当季节交替 气候变幻 昼夜轮回和空调实际使用面积发生变化时 中央空调系统仍在传统的运行模式下 不能实现冷媒流量跟随末端负荷的变化而动态调节 造成了巨大的能源浪费 据不完全统计 截至 2006 年 我国已安装中央空调的建筑物约有 7 万栋 其中高级星级 酒店约有 5000 多家 若能全部采用节能技术 预计每年可节电 35 7 亿千瓦时 节约电费开支 27 亿元 厦门地处我国东南部 年平均温度为 21 2 最高的 8 月 月平均气温 28 3 C 最低的 2 月份 月平均气温 12 5 C 年极端最高温度 38 4 年极端最低温度 2 四季温差较大 在 这种地理环境和气候条件下 开机时间变化等多种因素 导致厦门闽南大酒店的中央空调负荷 波动较大 如果仅依靠人工手段对空调系统进行控制和管理 不能实现空调冷量 或热量 的 供应随负荷的变化而调节 就会浪费大量能源 尽管现在许多空调主机已能够根据负荷变化自 动随之加载或减载 但与冷冻主机相匹配的冷冻泵 冷却泵却不能跟随负荷的变化自动调节负 载 始终在额定功率下运行 仍然造成了输送能量的很大浪费 3 项目实施企业情况项目实施企业情况 BKS 系列产品的提供者 贵州汇通华城楼宇科技有限公司 是上市公司南方汇通旗下专 业从事现代建筑节能控制技术与产品的研发 生产 销售 实施与管理的节能服务企业 是中 国节能协会理事单位和中国节能协会节能服务产业委员会 EMCA 的常务会员单位 凭借着 世界领先的节能控制技术和成熟可靠的产品 该公司现已成为该领域的技术领跑者 是国内中 央空调节能控制领域最大的成套设备制造商和服务商 二 二 项目选用的产品及技术介绍项目选用的产品及技术介绍 1 产品概况产品概况 BKS 系列中央空调节能控制系统是将当今先进的计算机技术 模糊控制技术 系统集成技 术和变频调速技术集合应用于中央空调系统控制的最新科技成果 BKS 系统为用户提供了一个 先进的智能化和个性化的中央空调运行管理技术平台 让用户操作和管理中央空调系统更加便 捷 同时实现中央空调系统高效节能地运行 BKS 系列产品属世界首创 其核心关键技术已向 中国知识产权局申请了 18 项国内专利 2 项国际专利 可实现空调主机节能 10 30 水泵 风机节能 60 80 中央空调系统综合节能达 20 40 2 产品控制原理产品控制原理 中央空调系统是一个多变量的 复杂的 时变的系统 其过程要素之间存在着严重的非线 性 大滞后及强耦合关系 对这样的系统 无论用经典的 PID 控制 还是现代控制理论的各种 算法 都很难实现较好的控制效果 模糊控制是以模糊集合论 模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制 尤其 适合于中央空调这样复杂的 非线性的和时变性系统的控制 基于模糊控制的变频调速可以实 现中央空调水系统真正意义上的变温差 变压差 变流量运行 使控制系统具有高度的跟随性 和应变能力 可根据对被控动态过程特征的识别 自适应地调整运行参数 以获得最佳的控制 效果 BKS 中央空调节能控制系统采用了模糊预测算法对冷冻水系统进行控制 当环境温度 空 调末端负荷发生变化时 各路冷冻水供回水温度 温差 压差和流量亦随之变化 流量计 压 差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至模糊控制器 模糊控制器依据所采集的实时数 据及系统的历史运行数据 实时预测计算出末端空调负荷所需的制冷量 以及各路冷冻水供回 水温度 温差 压差和流量的最佳值 并以此调节各变频器输出频率 控制冷冻水泵的转速 改变其流量使冷冻水系统的供回水温度 温差 压差和流量运行在模糊控制器给出的最优值 系统对冷冻水系统采用了输出能量的动态控制 实现了空调主机冷媒流量跟随末端负荷的 需求供应 使空调系统在各种负荷情况下 都能既保证末端用户的舒适性 又最大限度地节省 了系统的能量消耗 系统对中央空调冷却水及主机系统采用系统模糊优化的控制方法 当环境温度 空调末端 负荷发生变化时 中央空调主机的负荷率将随之变化 系统的最佳转换效率也随之变化 模糊 控制器在动态预测控制冷媒循环的前提下 依据所采集的空调系统实时数据及系统的历史运行 数据 计算出冷却水最佳进 出口温度 并与检测到的实际温度进行比较 动态调节冷却水的 流量和冷却塔风量 见图 1 使系统转换效率逼进不同负荷状态下的最佳值 保证中央空调系 统在各种负荷条件下 均处于最佳工作状态 从而实现中央空调系统能耗最大限度的降低 图 1 BKS 系统控制原理框图 3 产品功能产品功能 3 1 数据的集中监视和设备的自动控制 系统内部实现模糊控制器与各控制柜之间的通信连接 将各水泵的状态 以及中央空调系 统中的主要过程参数在统一的软件监视界面上分别显示出来 与用户接口的监控界面为触摸屏 操作方式的中文软件界面 进行集中监视 3 2 运行策略选择 系统提供了 6 种控制模式 在系统运行过程中 可根据实际情况选择其中的一种来对中央 空调系统进行控制 包括 系统自动 主机人工干预 控制模式 远程手动 软手动 控制模 式 远程手动 标准方式 控制模式 第三方控制模式 就地手动调频控制模式 就地旁路控 制模式 3 3 机组群控功能 根据服务质量的要求及负荷的变化 控制机组投入运行数量 3 4 服务质量控制功能 系统提供全天服务质量的查询和修改功能 用户可根据空调实际负荷状况分级设定服务质 量 实现输出能量控制 3 5 状态监控 系统提供主机系统 冷温水系统 冷却水系统 冷却塔系统和器件系统中的各设备运行参 数的实时监控 3 6 数据分析 系统提供能耗曲线 主机效率曲线 电耗累计值 操作记录和故障记录等数据 以对整个 中央空调系统运行情况作全面分析 3 7 系统预加压功能 空调主机开机后 冷冻 温 水泵在上位机软件规定的时间内先在允许的最高频率运行 使其至少完成一个水循环周期 然后再进入系统自动调节模式 以保证空调管路中无气阻现象 3 8 冷冻水供水低温保护 当空调主机冷冻水供水温度低于设定的下限值时 一次冷冻水泵立即进入低温保护运行模 式 快速提高冷冻水供水温度 直至温度值不低于设定的下限值为止 以保障空调主机蒸发器 不致因温度过低而结冰冻管 3 9 冷冻水低流量保护 当空调主机冷冻水供水流量低于设定的下限值时 一次冷冻水泵立即进入低流量保护运行 模式 快速增大冷冻水流量 直至流量值不低于设定的下限值为止 以保障空调主机蒸发器的 安全 3 10 冷冻 温 水供回水低压差保护 当冷冻 温 水供回水压差小于设定的下限值时 系统应自动采取增大冷冻 温 水供回 水压差的措施 直至压差值不低于设定的下限值为止 以保障用户空调末端的空调效果 3 11 冷冻 温 水供回水高压差保护 当冷冻 温 水供回水压差大于设定的上限值时 系统应自动采用减小冷冻 温 水供回 水压差的措施 直至压差值不高于设定的上限值为止 以保障管路系统的安全 3 12 冷却水出水高温保护 当空调主机冷却水的出水温度高于其设定的上限值时 系统应自动采取措施 降低冷却水 的出水温度 直到冷却水出水温度不高于设定的上限值为止 以保障主机安全运行 3 13 电气保护 系统执行机构变频器具有以下保护功能 电源缺相保护 过电压保护 过电流保护 欠电 压保护 输出短路保护 接地故障保护 3 14 工变频切换 当控制系统故障后 为了保证空调系统的正常使用 智能控制柜中设置有一套电气互锁的 工变频转换装置 当需作能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时 可方 便快捷地切换为原工频状态运行 3 15 电量累计 智能控制柜中设置有电能表 可时实计量控制对象的用电量 三 项目改造方案三 项目改造方案 1 系统情况系统情况 闽南大酒店空调使用面积 48000M2 空调总制冷量 1800 冷吨 共设有 4 台空调机组 单位 面积设计制冷量 250W m2 中央空调系统原设计考虑为定流量运行 无自动控制系统和 BA 系 统 2 原系统配置原系统配置 闽南大酒店中央空调系统的配置如下 离心式空调主机 单机制冷量 450USRt 电机功率 313kW 4 台 一次冷冻水泵 流量 265m3 h 扬程 64m 功率 75kW 4 台 冷却水泵 流量 288m3 h 扬程 62 5m 功率 75kW 4 台 冷却塔风机 单台功率 15kW 4 台 3 技术控制方案技术控制方案 3 1 系统配置系统配置 依据闽南大酒店中央空调系统的具体配置 并按用户的双电源供电的要求 中央空调节能 控制系统的设备作了相应的配置 一台型号为 BKS2003 型模糊控制柜 一台编号为 MKX 型号为 MKX 2003 4B 型现场模糊控制箱 一台编号为 LWK 1 型号为 FBQ2003T 75 型冷冻水泵智能控制柜 一台编号为 LWK 2 型号为 FBQ2003T 75 型冷冻水泵智能控制柜 一台编号为 LQK 1 型号为 FBQ2003T 75 型冷却水泵智能控制柜 一台编号为 LQK 2 型号为 FBQ2003T 75 型冷却水泵智能控制柜 一台编号为 FJX 1 型号为 FJX 4 型冷却塔风机智能控制箱 装设流量计 水温传感器件 水流压差传感器等 对中央空调运行参数进行采集 详见 附图一 闽南大酒店中央空调节能控制系统原理图 3 2 闽南大酒店中央空调节能控制系统主要由以下子系统构成 闽南大酒店中央空调节能控制系统主要由以下子系统构成 冷冻水模糊控制系统冷冻水模糊控制系统 一次冷冻水泵变流量模糊控制系统配置了编号为 LWK1 1 LWK1 2 型号为 FBQ2003T 75 型 2 套冷冻水泵智能控制柜分别切换控制 CP1 1 CP1 2 CP1 3 CP1 4 四台 75KW 冷冻水泵 于冷冻水供 回水总管 支管上分别安装水温传感器 于冷冻水供 回水总管间配置有水流压差传感器 于冷冻水供水总管上配置有流量计 冷却水模糊控制系统冷却水模糊控制系统 冷却水变流量模糊控制系统配置了编号为 LQK 1 LQK 2 型号为 FBQ2003T 75 型 2 套冷 却水泵智能控制柜分别控制 CTP 1 CTP 2 CTP 3 CTP 4 四台 75KW 冷却水泵 于冷却水进 出总管上分别安装水温传感器 冷却塔风机模糊控制系统冷却塔风机模糊控制系统 冷却塔风机变流量模糊控制系统配置了编号为 FJX 1 型号为 FJX 4 型 1 套冷却塔风机智能 控制箱分别控制 CT 1 CT 3 CT 4 CT 2 CT 5 四台冷却塔风机 3 3 工程施工工程施工 闽南大酒店中央空调系统改造合同于 2006 年 5 月签订 由贵州汇通华城楼宇科技有限公 司提供设备 并进行安装 调试 2006 年 7 月完成工程交验 产品开始投运 四 应用效果四 应用效果 1 安全可靠性和节能效果安全可靠性和节能效果 闽南大酒店中央空调系统通过安装 BKS 系统 实施节能改造后 实际运行结果表明 系统运行安全 稳定 可靠 功能指标到达设备技术要求 系统直观 自动化程度较高 能及时 准确地自动跟踪末端空调负荷运行 系统实现了空调泵组的软启动 软停止 运行平滑稳定 较大地改善了设备的启停性 能和运行磨损 系统具有强大的管理功能和安全保护功能 确保整个空调系统优化 安全的运行 实现了中央空调系统最大限度的节能 系统 主机 冷冻水泵 冷冻水泵 冷却塔风 机 综合节电率达 24 89 2 节能效果及社会效益节能效果及社会效益 节能改造前 该项目年耗电 220 万 kWh 电费 185 万元 实施节能改造后 每年节约电量 54 万 kWh 每年减少电费支出 45 万元人民币 按照双方 共同测试的系统综合节能率 24 89 综合电价 0 848 元 kWh 计算 按照现行标准折算 即每年可节约 216 吨标准煤 每年可减排 CO2 排放 900 106 486 吨 SO2 排放 11 106 5 94 吨 N2O3排放 3 106 1 62 吨 由此可见 本项目的实施不仅节约了大量的能源 还大大减少了煤炭燃烧所产生的废气排 放和温室气体排放 对环境保护起到了巨大的作用 五 商业模式与投资收益分析五 商业模式与投资收益分析 1 EMC 合作方式合作方式 作为一种基于市场的 全新的节能投资机制和节能消费方式 合同能源管理 亦称为 能源合同管理 在 1996 年被引入我国 合同能源管理 EMC 是目前国际上最先进 的能源管理模式和节能资本投资机制 是国家发改委 世界银行 全球环境基金会合作的中国节 能促进项目 由专业投资机构为中国的节能专业公司担保 提供国内银行贷款 在实施节能项 目投资的客户与专门的盈利性节能 能源管理 公司之间签定能源服务合同 采用先进的节能 技术及全新的服务机制来为客户实施能源管理和服务 并与客户共同分享项目实施节能后产生 的经济效益 节能服务企业同时为客户提供节能项目设计 设备选购 安装调试 设备管理维 护 管理培训等一系列增值服务 本项目合作方式是贵州汇通华城楼宇科技有限公司前期免费将产品安装在闽南大酒店的中 央空调系统中 产品安装 调试完毕后 进入产品投资回报期 项目投资合作期为 4 年 在投 资合作期间 中央空调系统所取得的实际节能收益由汇通华城与酒店按比例分享 投资风险由 汇通华城承担 即 无论前 4 年产生多少节能收益 4 年投资合作期结束后 闽南大酒店都将 拥有设备产权及全部节能收益 2 项目投资收益分析项目投资收益分析 2 1 投资回收期分析投资回收期分析 根据本项目的实际节能数据进行投资回收期分析 结果如下 单位 万元 年限期初第 1 年第 2 年第 3 年第 4 年 投资收益 100 55 103580 图 2 投资收益时间表 投资收益 150 100 50 0 50 100 投资收益 100 55 103580 期初第1年第2年第3年第4年 从分析结果 见图 2 可以看出 闽南大酒店中央空调节能项目可在 2 3 年以内收回所有 投资 并可获得较好的节能收益 2 2 投资收益分析投资收益分析 按年节能 45 万元 年折现率 10 期初投资按当时一次购买该产品的市场价 100 万元 根据净现值折现方法计算 45454545 NPV 1 0 10 1 0 10 2 1 0 10 3 1 0 10 4 143 4 年的投资收益现值为 143 100 43 万元 投资收益 43 100 43 从计算结果可以看出 按 4 年计算的投资收益率高达 43