神舟北极集成冷冻站2014

神舟北极高效集成冷冻站中央空调冷热源系统精细节能解决方案,北京卫星制造厂,目录,基于关联预测控制系统的节能服务平台,高效集成冷冻站的理念创新,中央空调系统的组成1、冷冻站中央空调系统的核心耗电设备。2、空调水及其管网系统以水为介质在建筑物内部传递冷量或热量，水系统的载体是管网。3、空调末端装置空调末端装置是水系统与室内空气热交换的设备，包括组合式空调机组、风机盘管机组和新风机组等。,机电安装公司,传统冷冻站,主机机组,空调循环水泵,冷却塔,控制系统,定压补水,水处理设备,阀门,系统整体性能,？,目前中央空调系统应用普遍，但均采用传统冷冻站形式。通常是由建设单位根据设计院的初步设计进行冷冻站主体设备的采购，然后由机电安装公司在现场安装的暖通工程。,高效集成冷冻站的理念创新,传统冷冻站存在什么问题？,传统冷冻站一般采用独立、简单的控制方式，各个主耗电设备的控制缺乏关联性，节能效果不明显。,传统冷冻站由于在现场施工，施工作业占地面积较大、不同专业交叉作业时间很长、业主现场协调管理难度很大。,传统冷冻站是一项责任主体分散的工程项目，各方只对自己工程内容负责，缺乏系统工程思想，整体性能无法保证。,高效集成冷冻站的理念创新,主机机组,空调变频循环水泵,变频冷却塔,集成控制系统,水处理设备,相关管道和阀门附件,集成冷冻站是以高效节能的关联预测控制系统为核心，在设计院初步设计的基础上，开展二次深化设计和三维仿真，对设备进行参数优化，通过工厂预制、模块运输、现场拼装而形成的机电一体化系统级产品。,工厂预制现场拼装,集成冷冻站,系统整体性能,！,高效集成冷冻站的理念创新,高效集成冷冻站的理念创新,集成冷冻站的创新与改进,1）从分散责任主体到系统集成商单一责任主体；2）从工程项目到系统产品；3）从项目现场施工到工厂预制生产；4）从独立控制到关联控制、引入全变频控制技术。,工厂预制,模块集成,系统设计,高效集成冷冻站的理念创新,关联控制,产品结构形式一,产品结构形式二,高效集成冷冻站的理念创新,单制冷螺杆式冷水机组离心式冷水机组风冷式冷水机组,冷暖两用热泵机组溴化锂直燃式机组冷水机组与锅炉组合,高效集成冷冻站的理念创新,目前国内冷冻站普遍采用对各设备分开招标，暖通、强弱电专业分别进行安装的形式，造成冷冻站从占地面积、施工质量、设备运行、整体性能等方面都不理想。冷冻站是一个多设备构成，需要联合协调运行体现综合性能的有机整体，实质上是一个系统工程。因此，为了减小冷冻站的占地面积、降低现场施工难度、使冷冻站综合性能达到最优，将航天的系统集成技术引入了冷冻站建设。北美国家对冷冻站建设一直都是由集成商总体负责完成。,冷冻站建设本质是一个系统工程,高效集成冷冻站的技术创新,高效集成冷冻站,面向集成冷冻站的系统集成技术,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,集成冷冻站的二次深化设计,水系统二次深化设计及设备最优选型匹配；集成冷冻站整体结构设计：整体布局、系统集成优化、管道布置及固定、控制系统设备布置、底座设计及模块的划分，最后进行系统的三维仿真；集成冷冻站承载结构力学分析与仿真校核；集成冷冻站控制系统的设计：根据设备的选型、冷冻站空间布局及业主的相应需求，对控制系统的软硬件结构和功能进行深化设计；集成冷冻站系统集成过程的工艺设计。,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,嫦娥一号,基于模型数据库的设备匹配,冷却塔数据,水泵数据,冷机数据,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,集成冷冻站整体结构及布局优化设计,北京地铁郭公庄站设计院设计冷冻站机房图纸,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,集成冷冻站整体结构及布局优化设计,深化设计后冷冻站机房图纸比设计院设计的传统冷冻站节约面积1/2,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,北京地铁郭公庄站集成冷冻站整体结构设计及三维仿真设计,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,管道变形仿真,动载荷应力曲线,综合位移云图,应力分布云图,集成冷冻站的结构仿真校核,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,二维图纸深化设计,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,工厂模块化预制生产,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,模块化吊装运输,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,通过系统设计，实现了设备的最优选型匹配和系统的最佳工作性能。通过模块集成，采用二次深化设计和三维仿真设计，实现了现有结构的最优布局，实现模块化运输并方便后期的维护；通过结构优化设计和工厂预制，节省了占地面积和部分材料费用。通过工厂预制，采用科学的工艺方法和产品技能工人，保证了产品的整体质量；同时避免了工程现场的交叉施工，缩短了建设周期。,系统集成的优势体现,高效集成冷冻站的技术创新-系统集成,中央空调系统的节能空间到底在哪里？中央空调系统应该如何运行才能提高整体效率，避免不必要的能源消耗？如何实现冷冻站系统在节能情况下的智能安全稳定运行？如何按照不同的需要动态控制冷（热）量的分配，保证末端系统水力平衡？,中央空调冷冻站节能的问题提出,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,（1）室外气象条件变化带来的节能空间,空调系统的节能空间分析,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,（2）空调末端负荷变化产生节能空间,人流量的增减会造成空调末端实际负荷（即末端的需冷/热量）的大幅波动，这种波动是一个随机变化的量，且始终处于动态变化之中。除高峰期以外，大部分时间（特别是过渡季节）都将在小于设计负荷的状况下运行，因此，空调系统普遍存在着较大的节能空间。,空调系统的节能空间分析,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,（3）系统设计师设计的负荷余量,系统设计师在初步设计时，充分考虑系统了最大使用负荷，同时为后期发展需要留有一部分负荷余量。,空调系统的节能空间分析,核心技术：高效节能控制技术,（4）改善制冷机组效率所产生的节能,优化制冷机组的外部运行环境，保证制冷机组在任何环境条件和负荷情况下，均逼近最佳工作状态，即保持在较高效率下运行，从而使制冷机组能耗年平均下降10%30%。,空调系统的节能空间分析,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,（5）离心设备变频所产生的节能空间,流量W与转速n成正比关系：W1/W2=n1/n2压力h与转速n2成正比关系：h1/h2=(n1/n2)2功率N与转速n3成正比关系：N1/N2=(n1/n2)3,通过对设备转速调节，可使其流量、扬程及消耗的功率作出相应变化。,空调系统的节能空间分析,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,第一代,第二代,第三代,基于设备运行的起停控制和面向水泵的简单控制，依赖于运营人员的经验操控,基于简单独立控制的集中群控或模糊控制，能实现智能化，节能效果不明显,基于多变量关联按需主动控制，智能化、高效节能、稳定可靠,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,面对空调系统如此大的节能空间，如何实现高效节能？答案:关键在于冷冻站控制系统。,面向冷冻站的三代控制系统,传统冷冻站的控制方式基于负荷变化人工或自动加减机；冷却水定流量,冷冻水温度重置；单变量，相互独立的PID反馈控制环路。,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,传统控制方法,恒压差控制恒温差控制,应用于冷冻水泵应用于冷冻水泵、冷却水泵控制方式：PID控制、模糊控制等,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,冷冻水循环和冷却水循环控制独立，不能实现系统能耗的综合优化控制。仅关注水泵节电，忽略了系统能耗可能上升。容易发生振荡，运行稳定性差。系统无法提供流量、压差、温度多重保护，安全保护不完整。,传统控制方法的不足,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,明确冷冻站控制技术发展的新方向关联预测控制系统；实现中央空调系统高效节能。,航天器能源管理与智能控制技术；航天器流体回路控制技术；航天器热控制技术；国外同类先进技术的引进、消化、吸收、创新。,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,专利：“一种中央空调冷冻站节能控制系统”201020652699.7,冷冻站关联预测控制系统是通过关联控制方法，对中央空调水系统末端负荷数据的建模仿真计算，预测出下一时段中央空调系统的冷量需求，对冷冻站系统进行主动前馈控制，实现冷冻站系统的整体能耗优化和高效稳定运行。,专利：“一种中央空调冷冻站节能控制系统及控制方法”201010582118.1,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,1.关联预测控制原则控制原则1-“按需主动控制”控制原则2-“关联控制”控制原则3-“最佳效率曲线”2.嵌入此控制策略的标准化产品3.选用变频冷冻机和变频水泵，形成多变量系统,如何提高空调系统的运行效率？,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,根据数据库历史数据及实际项目运行数据，当控制系统感知到系统的负荷需求时，能够实时的按照程序预设的冷冻机、冷冻泵、冷却泵和冷却塔对应的最佳功率关系，主动调节系统内各设备运行在最节能状态。,控制原则1：按需主动控制,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,在主要设备上选择有效的供电分配，达到以最小供电获得最大冷量。,控制原则2,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,各设备单位供电增量所带来冷量贡献一致将获得最佳的系统性能。,控制原则2,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,让冷冻机等主要耗电设备工作在性能最优的最佳效率曲线附近。,控制原则3,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,通过关联预测控制系统，实现集成冷冻站大幅度节能，相比传统冷冻站能够节能20%-50%。,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,在采用变流量方式对集中空调系统进行节能控制时，需要对变流量工况下系统运行的安全性保障采取必要的措施。,变流量工况下的安全保护,具体措施为：蒸发器、冷凝器水流量的安全性保护、冷冻水出口低温、冷却水高温的安全性保护和冷冻水供回水低、高压差的安全性保护。,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,根据末端压差传感器测量的末端水系统压力值能够对冷冻水系统流量进行精细控制，尽量减少因为冷冻水旁通造成的系统效率下降，按照不同的需要动态控制冷量的分配，保证末端系统水力平衡同时实现系统节能。,精细化的冷冻水控制方式,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,关联预测控制系统控制原理图,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,关联预测控制点位示意图,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,不同控制技术性能比较,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,关联控制系统系列划分,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,关联预测控制系统构架一,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,关联预测控制系统构架二,核心技术：高效节能控制技术,关联预测控制系统构架三,完成一键启停，远程/本地控制切换。监测全变频高效节能集成冷热站主要参数，实时显示全变频高效节能集成冷热站运行效率及各设备相对效率。,监测全变频高效节能集成冷热站系统及各个设备的主要运行状态,关联预测控制系统软件,高效集成冷冻站核心技术-关联控制,冷冻机操作,水泵操作,冷却塔操作,各设备操作简单、易懂。,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,登陆界面,预设三级登陆密码，安全性好。方便的通讯参数设置，可满足多种通讯协议要求。,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,动态趋势显示,直观显示各设备动态运行参数曲线。冷冻站详细运行记录可方便地导出到移动存储介质上。,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,记录查询,对冷冻站内故障进行报警提示。报警同时给出故障可能的原因及解决办法。,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,多变量关联控制，提高系统整体效率，冷冻站年均效率提高20%-50%;嵌入设备效率特性曲线，提高设备单体运行效率;智能前馈系统保证系统真正实现全自动稳定可靠运行；设备低速运转而非频繁起停，减低设备磨损、噪音和振动，延长寿命;软件图形监控界面信息丰富、易于操作。构架灵活，适用于节能改造项目。,综述：关联预测控制系统的优势体现,高效集成冷冻站的技术创新-关联控制,集成冷冻站特点优势,通过关联控制，实现主要耗电设备协同关联高效运行，综合节能率达到20%-50%,通过系统集成，节省1/3以上占地面积和10%以上材料耗费，并能适应特定的安装空间要求,通过工厂预制，避免工程现场的交叉施工，降低业主的管理难度，缩短现场建设周期,通过智能化控制，实现无人值守自动运行且操控简单，可大幅降低系统运行费用和维护难度,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,集成冷冻站的应用领域,化工、电子等行业的工艺制冷需求：如制药、钢铁、造纸、电路板生产、电子芯片制造行业等,大中型商用项目的舒适性空调制冷需求：如宾馆、酒店、商贸超市、写字楼、高档楼盘等,大中型数据机房及控制间的设备制冷需求：如银行数据灾备中心机房，大型的数据计算中心、工业控制间等,特殊工业厂房与设施的特殊制冷需求：如航天领域生产厂房及装配厂房的工艺制冷需求、舰艇及船舶的制冷需求、核工业厂房的制冷需求等,大中型公建项目的舒适性空调制冷需求：如展览馆、博物馆、音乐厅、剧场、机场、车站、地铁、医院、学校、政府办公楼等,公建项目,商用项目,工艺制冷,设备制冷,特殊制冷,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,中国第一套全变频预制式集成冷冻站；占地面积仅72平米，节省面积35平米；现场施工周期10天；高效节能，平均COP达到5.14；实现无人值守全自动运行。,武汉辛亥革命博物馆,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,冷冻站整体预览,系统监控界面,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,武汉市节能监察中心检测结果为：综合性能指标5.14kw/kw,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,一期建筑面积53万平米；制冷量12000RT；中国目前最大的预制式集成冷冻站；机房占地面积1400平米；实现冷热源集成；冷源系统COP可达4.05；综合节能率达到21.3%；实现无人值守全自动运行。,武汉新城国际博览中心,高效集成冷冻站应用案例,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,武汉国际博览中心高效集成冷冻站,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,武汉国际博览中心高效集成冷冻站,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,武汉市节能监察中心检测结果为：综合性能指标4.05kw/kw，节能率为可达21.3%。,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,北京地铁9号线郭公庄站,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,北京地铁集成冷冻站科研示范站；占地面积200平方，节省230平方；现场拼装时间15天；系统综合COP可达4.7kw/kw；实现无人值守全自动运行。,冷冻站整体预览,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,冷冻站组成：4台离心式冷水机组1台地源热泵3台热水锅炉6台冷冻水泵6台冷却水泵3台锅炉热水泵2台卫生热水泵4台冷却塔1套节能控制系统,武汉市民之家2012年9月投入使用，集政务服务、规划展示等于一体，是武汉的城市客厅、办事大厅、展示大厅，66个单位设立318个受理窗口，实行一楼式办公，一窗式收费，一站式服务。建筑面积超过12万平方米，冷负荷10750KW，热负荷8250KW。,武汉市民之家,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,武汉市民之家,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,习近平总书记在考察“武汉市民之家”后说，为老百姓服务的场所、便民利民的场所搞得好一点，我看着心里舒服。如果是“官衙”搞得堂皇富丽，我看着不舒服。,烟台513所,深圳卫星大厦,武汉琴台音乐厅,合肥乐凯拉幅生产线厂房,长江动力集团综合办公楼,武汉地铁4号线线网中心,高效集成冷冻站简介实例应用,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,2010年北京市科委重大科技成果在京落地转化项目,2007年国务院机关事务管理局指定推广的试点产品,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,2012节能中国十大应用新技术奖,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,2012中关村国家自主示范区新技术新产品,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,集成冷冻站产品获得了主流设计院及行业协会的高度认可,高效集成冷冻站实例应用和社会影响,建设信息化服务中心关联预测控制系统的责任是系统现场控制和远程终端服务。以关联预测控制系统为基础，在北京建设信息化服务中心，提供冷冻站的技术咨询、选型服务，节能分析、状态监测等运行维护信息化服务。在全国主要省会地区建立运维体系服务站，服务范围涵盖全国重点地区。,基于关联预测控制系统的节能服务平台,基于关联预测控制系统的节能服务平台,“基于关联预测控制系统的节能服务平台”项目的实施，将冷冻站由建设型转向服务主导型转化，积极推进航天技术为国民经济服务，开辟空调暖通行业新型咨询服务模式，提高冷冻站的综合能效管理水平。,基于关联预测控制系统的节能服务平台,数据中心机房高效制冷系统,随着中国高密度的数据中心更多地涌现出来，节能降耗或改造增容的挑战对机房功率密度及安装密度提出新的要求。众多的IDC机房及数据中心单个机架或机架局部单位面积发热量的急剧上升，从而导致了机房局部“发热”的高热密度现象的产生。,机房一般电力消耗构成比例,制冷设备50%,IT设备40%,PUE值=数据中心总电力消耗/IT设备的电力消耗传统机房PUE值普遍在2-3之间绿色机房要求PUE值1.5以下,数据中心机房高效制冷系统,传统机房空调制冷方式,在传统机房空调制冷方案下，每个地板风口出风量最大为500600m3/h，以11的温度差计，单台机柜的最大散热量一般只有34kW。,当单个机柜发热量达到4kW以上，该如何解决散热问题？,数据中心机房高效制冷系统,传统精密空调冷却系统在现今的高热密度机柜系统中存在什么问题？,考虑机柜散热，服务器的摆放宽松，极大的浪费了机柜及机房空间的使用率，设备和机柜扩容受到空间的影响。,传统空调无法解决高密度、高负载服务器主机的散热问题，难于解决系统存在的环境热区、机柜热死区问题。,制冷效率低，造成大量能源浪费，通过改变机柜、机房、通道结构等改变高能耗的办法往往带来很大的成本。,数据中心机房高效制冷系统,通过水冷背板内置热交换器，由冷却水制冷，冷却后的冷空气重新送入机房。这种制冷形式加快了制冷循环，加强了机房内单机柜内的制冷效果。,数据中心机房高效制冷系统冷却方式,数据中心机房高效制冷系统,水冷背板打开状态,水冷背板,服务器,20KW水冷背板对服务器热风100%解热。,数据中心机房高效制冷系统,0kW,15kW,10kW,20kW,25kW,30kW,35kW,5kW,普通空调制冷,冷热通道制冷,冷通道封闭制冷,天花板制冷,机柜制冷,排气通道制冷,水冷背板制冷,CPU直接制冷,单位机柜制冷量,不同方案能效对比,制冷效率%,数据中心机房高效制冷系统,传统精密空调系统,数据中心机房高效制冷系统,水冷背板系统解决了传统精密空调系统存在的环境热区、机柜热死区问题。,数据中心机房高效制冷系统,传统精密空调系统方案,高效制冷系统方案,数据中心机房高效制冷系统与传统空调相比一般条件下能节省45%50%机房空间，同时提高250%服务器设备负载，并可快速方便的增加机柜和水冷