中央空调系统节能建设技术探索与应用

1  工程概况

广州珠江城项目中央空调系统设备有6 台离心式式水冷机组，2 台螺杆式水冷机组，15 台冷冻水泵，10台冷却水泵，8 台冷却塔，56 台空调机组，这些设备的运行能耗很大。为响应国家的节能减排政策，业主非常重视节能降耗工作。对中央空调系统节能建设给予高度重视，要求施工单位对系统开展群控与节能改造，系统经过改造，取得了很好的经济效益和社会效益。

2  群控与节能服务内容及实施方案

遵循国家的相关标准对空调系统进行群控与节能诊断，形成综合诊断情况意见，最后确定群控与节能服务内容及实施方案。

实施内容主要包括设备节能和群控管理两大方面：

节能主要包括空调系统设备；群控管理主要是基于监测与控制平台的能耗监测与能源管理服务。

2.1  中央空调系统节能诊断方法

（1）系统是否具备完善的监测、管理手段，其状态是否可以进行即时监控。

（2）系统是否有配套的传感装置，是否可以对其进行变频控制与管理。

（3）系统是否具备自动感应调节，例如，根据不同工况，阀门进行开闭、水泵转速进行增减等。

（4）系统是否采用智能化的手段，通过温度的控制，让末端系统满足不同负荷需求下的送风量要求。

中央空调系统节能诊断应按以下步骤进行：①通过查阅竣工图和现场调查，了解系统的冷热源形式、系统划分形式、设备配置及系统调节控制方法等信息；②查阅运行记录，了解系统运行状况及运行控制策略等信息；③对确定的节能诊断项目进行现场检测；④依据诊断结果和国家的相关规定，确定系统的节能环节和节能潜力，编写节能诊断报告。

2.2  中央空调主机的运行管理

现场管理人员根据经验、外界环境温度及末端反馈情况阶段性的进行人工加减主机的开机数量。

使用分析：（1）空调系统冷媒从主机流出至返回主机需要相当时间，会产生时滞性，根据设备参数来调节主机台数，无法克服系统的时滞性，人工加减主机只会按阶段的最大冷量需求开启主机台数，而将主机的运行能效情况放在第二位考虑，主机不能保证在最高能效比状态下运行。（2）主机处于不同负载率下的能效值是不同的，手动控制主机启停，只能减少主机的运行台数，无法充分利用主机的高效负载区间；在配合水泵变流量输送冷冻水流量和冷量的前提下，保持单台主机高负载运行方式，不如增加主机台数，保证供冷量及主机高效运行，水泵低频运行的方式节能。

对策措施：（1）对主机进行基于COP优化的群控技术与冷凝器最佳温度控制，实时监测末端负荷和外界环境温度，在保证末端冷量供应的同时，充分利用主机系统的高能效区间，既将区域流量平衡控制及水泵变流量控制节能出来的冷量浪费转化为主机供应的减少，同时减少单位冷量生产的能耗，综合降低主机的运行能耗。（2）增设远程能源管理中心，实现对机房冷热源设备进行远程管理和控制，在区域环路、冷冻水系统主机外围协调平衡控制下，对主机进行基于提高整体能效值（COP）的主机群控控制和主机工况优化控制，使主机、水泵都在一个比较高效率的负荷下运行。（3）采用基于COP值优化的主机群控技术与最佳冷凝器温度控制可实现中央空调主机系统5%～10%的节能率。

2.3  冷冻泵、冷却泵启停控制功耗浪费

使用分析：（1）泵的开关是通过手动控制，没有实现自动化运行，操作繁复，响应滞后。（2）冷冻泵供应相同温度的冷冻水，流量大于经济流量时，空调末端的换热器会消耗大于实际所需要的冷量。表象为室内温度相对于设定温度略低，内在则是产生不必要的冷量供应和主机耗功。

对策措施：（1）将冷冻泵、冷却泵引入监控后台，实现运行自动控制，与空调主机一体化运行。（2）在冷冻水总管上增加流量传感器、温度传感器及压力传感器。传感器支持远程读取，在控制系统中使用模糊算法进行变流量控制，保障末端的冷量供需平衡，实现水泵经济性运行，降低水泵自身能耗。（3）采用冷冻水系统最佳输出能量控制技术可实现冷冻水泵、冷却水泵40%～50% 的节能。

2.4  系统管理的自动化、智能化不足

所有设备及管路均为人工启停，凭经验加减主机及对应水泵的运行台数。

工况分析：空调系统由主机、水泵、空调箱末端等众多动力设备组合而成，且供冷分为多个区域，因外界环境、人流量等多个因素是动态变化的，要想实现系统各个设备的运行状态与实际冷量需求匹配从而实现节能，依靠个人经验的人工操作存在很大的局限性和滞后性，需要增加智能集中控制和远程控制系统。

对策措施：（1）增设远程管理中心，实现对机房冷源设备进行远程智能管理和控制，提高管理水平的同时监控整个中央空调系统的能耗。（2）远程管理中心可实现机房内所有关联设备的实时数据采集，在后台实现监测各主机、水泵的实时运行状态、故障报警信号及运行频率。对机组整体COP值进行实时的计算。从而大幅度减少现场管理人员的工作量，无需到现场就可了解空调系统的实时运行状况。（3）管理中心可采用TCP/IP 网络或者无线传输技术，在授权状态下可远程访问管理中心，实现设备的远程管理。

3  节能建设方案

依据业主的节能建设需求，需编制中央空调系统优化群控与节能建设方案，实现一体化节能运行。通过设备群控与节能优化，可实现对整个系统的压力、温度、湿度、差压、空气质量等数据实时采集和处理，并根据相应的优化算法实现主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、热水泵、新风机组送/ 排风机等设备的智能控制，在维持舒适环境的同时实现中央空调系统节能运行。系统群控与节能优化系统结构如图1所示。

         

图1 系统群控与节能优化系统结构图

群控与节能优化系统按功能不同可以分为冷冻水优化控制子系统、冷却水优化控制子系统、热水优化控制子系统、机组群控子系统以及新风机组优化控制子系统。

冷却水、冷冻水、热水、机组群控优化子系统在群控系统控制柜里集中组屏，新风机组优化控制子系统在就地末端空调箱中组屏，所有的优化控制子系统均接收来自负荷预测模糊控制算法的控制指标，实现整体节能。

水冷主机、冷冻水泵、冷却水泵的监控采用先进技术，可实现中央空调水系统的自动化控制，一键启停，实现各设备的智能高效运行。系统网络结构如图2 所示。

         

图2 系统网络结构图

4  结束语

通过接入智慧能源管理系统，可实现中央空调系统的统一管理，极大提升自动化水平，降低人力投入，实现设备的智能化管理，达到控制和节能的双重目标：（1）相关设备均可接入智能控制器，通过监控平台实现一体化智能控制，实现无人值守运行。既可对设备运行进行精准控制，又能提高故障处理的准确率和及时性，大大减少运维人员工作量。（2）整个操作系统完全自动化，降低了运维人员需求数量，从而大幅度降低物业运维成本。（3）中央空调群控与节能优化控制系统可实现空调主机节能5%～10%，空调辅机节能40%～50%。中央空调系统节能建设技术给类似工程提供一定的技术和经济示范，对节能减排实现绿色施工有积极意义。

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