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    服務與支持
    淺談冷水機組制冷水系統節能自控系統應用
    來源:諾冰制冷   發布時間:2016-6-16
    一、冷水機組制冷水系統行業現狀
    受益于我國宏觀政策對于公共基礎設施的建設力度加大以及中央空調企業的強勢擴張,近三年我國中央空調市場走出一個“持續上揚”的“大陽春”。市場調查數據顯示:自2009年以來我國中央空調市場保持著平均30%左右的高速增長,一直以“高利潤、高門檻、大產業”著稱,中央空調市場作為未來重要的利潤增長點,成為中外企業在奪得家用空調市場之后的新戰略高地。2011年,我國中央空調市場的總體銷售額約為540億元,同比2010年增長了28.6%。2012年上半年,我國中央空調市場銷售額繼續攀升,全國總容量超過300億元。據業界預計,未來國內中央空調市場仍將以年均約20%的速度增長。
    隨著建筑業、工業廠礦的發展及生活質量的提高,人們對中央空調產品的需求日益加大,需求范圍和需求層次也呈現復雜化和多樣化的發展趨勢。同時,中央空調已開始在多聯機、輕型商用機、水源熱泵系統、地燃熱泵系統、精密空調以及智能網絡控制等系列產品上的系統布局。同時還實現從傳統建筑市場向地鐵高鐵、電信基站、化工行業、精裝修住宅、政府采購、賓館酒店等細分市場的多元化拓展。目前冷水機組制冷水系統正面臨著產品革新引發的新一輪市場競爭,而節能環保的低碳產品將在未來的中央空調市場中占據主流地位。如何從技術層面實現低碳節能,是當下中央空調生產商以及相關企業們面臨的一致問題。到目前,國內中央空調品牌廠商以及中央空調節能自控企業以低碳環保為理念不斷創新。技術、品牌與節能概念成為廣大廠商的廣泛共識。
    二、冷水機組制冷水系統節能
    隨著現代工業的發展和人民生活水平的提高。冷水機組制冷水系統的應用越來越廣泛,其耗電量也越來越大,一些大中城市中央空調用電量已占城市總用電量的20%以上,占建筑物耗能的70%以上。目前,中央空調系統設計時必須按天氣最熱、負荷最大時設計,且留有10%-20%左右的設計余量,而實際上在一年中,滿負載下運行最多只有十多天,甚至十多個小時,幾乎絕大部分時間負載都在低負荷下運行,而與主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵、空氣處理機組送風機幾乎長期在100%負載下運行,不能自動調節負載,造成了能量的極大浪費造成很多能源浪費。中央空調系統存在巨大的節能空間。
    2012年5、6月份以來,節能環保相關政策密集出臺,政策利好不斷,空調市場情緒持續升溫。《“十二五”節能環保產業發展規劃》指出,目前我國節能環保產業總產值達2萬億元,從業人數2800萬人。預計到2015年,節能環保產業總產值達到4.5萬億元。
    冷水機組制冷水系統是建筑節能的最重要環節,冷水機組制冷水系統節能市場將迎來巨大發展機遇, 能夠分食節能環保產業這一市場蛋糕毫無疑問成為相關企業必爭之地。
    智能建筑是社會信息化與經濟全球化的必然產物,是多學科、高新技術的巧妙集成。近年來隨著自控技術的不斷發展和硬件成本的持續下降,計算機自控在暖通空調領域有了更多應用。妥善地將自控技術運用于暖通空調系統的控制管理中,可以有效地改善系統運行品質,節省運行能耗,提高管理水平,并減少運行管理勞動強度,取得良好的經濟效益和社會效益。
    1、節能原理
    1)、循環泵節能原理
    由于冷水機組制冷水系統設計是按照滿足建筑物的最大負荷設計,運行時,水循環系統幾乎長期在大流量、小溫差的狀態下運行。根據流體力學理論,水泵的流量與水泵的轉速成正比,功率則與轉速的三次方成正比,因此:當系統實際所需的供水流量降低時,可以相應地降低水泵的轉速,而水泵的功耗以三次方的指數關系降低。如下表:
     
    毫無疑問,水泵變頻時,水泵是節能的,按照為了滿足空調主機最低開機需要的35HZ以上來考核,水泵的最大節電率可達到65.7%。
    2)、主機節能原理
    大型冷水機組制冷水系統主機一般都有多級壓縮機設計,多級壓縮機都可以獨立運行,其同時開機數量是根據用戶側能源消耗量來控制。
    在冷水機組制冷水系統實際應用中,用戶側的能源消耗量的大小,是通冷水機組制冷水系統的流量和溫差來體現,通過檢測水系統供回水流量機溫差,把采集參數輸送給冷水機組制冷水系統主機,主機預設程序會根據參數來調節壓塑機的開啟臺數。
    當流量不變時,溫差過小,說明能源供給過剩,空調主機程序會自動停止部分壓縮機,減少主機耗電量,從而達到提高主機能效比、節能降耗的目的。
    3)、冷卻塔節能原理
    根據冷卻水出/回水溫度的變化來確定冷卻塔風機、風扇的運行臺數、運行頻率,在滿足要求的情況下盡量減少設備的運行臺數,既達到節能的目的又減少了設備的損耗。
    冷卻塔效率的定義是:
    其中:Tlcw為冷卻塔進水溫度(冷機冷凝器出水溫度);Tecw為冷卻塔出水溫度(冷機冷凝器回水溫度);Ts為室外濕球溫度。
    氣水比的定義是:
    其中:ma為經過冷卻塔風扇的空氣質量流量(kg/s);mw為冷卻水量(kg/s)
    從上圖曲線可以看出:氣水比在0.8以下,氣水比越大,冷卻塔效率越高,達到0.8以上效果不是太明顯。我們可以通過此規律,來改變冷卻塔的運行臺數和風扇電機的頻率,來實現冷卻塔效率和電能消耗比的最大值,從而達到延長設備壽命、降低能耗的目的。
    2、冷水機組制冷水系統節能措施
    1)、空調建筑的節能
    (1)、合理設計圍護結構的構造。建筑物內的冷熱量可以通過房間的墻壁、門窗等傳遞出處,因此建筑物圍護結構保溫性能在建筑的節能中起著很重要的作用。
    (2)、提高門窗氣密性。比如,設計中可采用密閉性良好的門窗。加設密閉條是提高門窗氣密性的重要手段。
    (3)、對于供冷負荷較大的建筑物,其表面顏色以淺色為好。建筑物的外圍護結構設計時要把熱容量大的材料放在外圍護層的室內側,而把熱容量小的保溫材料放在外側以減少圍護結構的蓄熱負荷。
    2)、合理利用環境因素
    室外溫度較低時(尤其在夜間),注意房間的通風、白天注意采用遮陽措施、空調運行時盡量關閉門窗等都是節約能耗的有效措施。
    3)、應用智能節能自控技術
    應用智能節能自控技術對中央空調系統進行節能控制,是目前較為有效的電子控制手段。特別是智能集成控制系統模塊的出現,降低了技術應用門檻,一般應根據建筑耗能的實際情況,采用不同的智能集成系統控制解決方案達到節能目的。它能夠依據空調的實際運行情況,而自動的對冷水機組制冷水系統的運行參數進行自適應的最優調節,達到降低能耗的目的。
    同時,隨著智能建筑的發展,建立與之配套的空調智能自控系統也是不可缺少的,它對空調系統的運行起著關鍵作用。空調自控系統雖然增加了投資,但可以在保持良好的室內環境的基礎上節省運行費用。一個設計合理和運行管理良好的自控系統既可以大幅度地節省運行費用,使業主在較短的時間內收回投資,也可以提高自動化服務質量,降低對外部環境的影響。
    三、冷水機組制冷水系統節能自控技術應用
    冷水機組制冷水系統節能自控系統是利用系統集成的方法,將智能型計算機技術、通訊技術、信息技術與建筑技術有機結合,通過對設備的自動監控、對信息資源的高效管理、對使用者提供充足的信息服務,給建筑物提供安全、高效、舒適、節能、便利和靈活的優質環境。
    通過節能自控技術的用用,實現對能源中心機電設備、空調(新風)機組以及末端風機盤管的調節和控制,在滿足用戶使用要求前提下,最大限度的減少機電設備的耗電量,從而達到中央空調系統節能的目的,同時最大限度的減少建筑物的使用能耗。
    1、能源中心設備的全面調節與控制
    目前,主機系統帶有以微處理器為核心的單元控制器,該單元控制提供有關蒸發器及冷凝器的進出口溫度、水流開關壓縮機的進出氣壓力及溫度等。
    (1)、機組采用群控方案,完成對熱泵自動連鎖控制,完成對目標的監視、查詢和報警。在機組正常運行時,系統積累運行時間,機組發生故障時,可及時在主控制器顯示、報警。
    (2)、系統通過采集空調循環水系統供回水溫度、壓力、流量值,計算全樓的總負荷及空調水循環量,根據空調水總供應量、回水壓差,自動調節冷凍水旁通閥以保證管內壓力的穩定。
    (3)、根據工作時間的安排,改變系統的設定數值。如在白天辦公時間段設定值與夜間無人時間段不同。
    (4)、可根據命令啟停壓縮機,根據冷凍機房出口設定值調整壓縮機入口導葉閥等,并可設定冷凍水出口溫度等。安裝水溫傳感器,流量傳感器等以監視這些主機的工作狀態。
    2、空調(新風)機組的全面調節與控制
    在中央空調系統中,為了提高室內舒適度及空氣新鮮度、潔凈度等,需補充適量新風,并且新風量在空調冷熱負荷中所占比重很大。
    在新風空調機組的風道及典型區域的送風道上安裝溫濕度傳感器,通過調節機組盤管水流量和加濕法進行流量控制,使溫度符合要求,每臺新風、空調機組的表冷器盤管上和加濕蒸汽管上的電動調節閥及執行機構接受附近配置的控制器控制,實現一對一集散式控制;
    系統根據室內溫濕度值,計算溫濕度負荷,自動決定風機轉速的檔位,進行風量控制,滿足室內外舒適的要求。機組工作時,根據室內外溫濕度及設定的溫濕度,決定新風閥的開度,聯動控制排風閥、旁通閥的開啟,實現節能運行,機組停止工作時,新風閥、排風閥保持關閉狀態,回風閥保持全開狀態。
    通過對節能自控技術的應用,能源中心機電設備控制,在滿足用戶使用要求前提下,最大限度的減少機電設備的耗電量。
    3、風機盤管的監測與控制
    在中央空調系統中,冷暖設備除新風機組和空調機組外,還大量使用風機盤管。它的作用類似于空調機組。
    目前,市場上有兩種控制器,一種是盤管控制器為DDC控制,并具備與主機通訊功能。這種控制器可通過中心控制,并可調節冷水及冷機,但價格較貴,使用不多。另一種是不具備通訊功能的盤管控制器,可按照水系統的連接情況,將風機盤管分為若干組。每組的支路入口處安裝流量計、供回水壓差變送器及供回水溫度傳感器。本樓采用后一種控制。
    四、冷水機組制冷水系統節能自控系統應用特點
    冷水機組制冷水系統節能設備有限公司自主研發生產的NBS系列冷水機組制冷水系統節能自控管理系統,其由中央空調末端能耗監控系統和能源中心集中監控系統兩部分組成,利用現場計量、采集、分析、控制、反饋等自動化采集裝置,通過網絡技術實現對建筑內中央空調系統進行數據匯總、統計分析。通過優化計算對相關能耗設備進行集中自動控制,從而實現能耗統計、能源審計和建筑節能的目的。
    1、末端能耗監控系統
    為中央空調末端風機盤管研發設計的CFP-J201型能耗監控器,可把末端風機盤管組成一個整體的、可控的有機整體,對其進行科學的管理,實現末端設備耗能的減少,同時提供節能數據采集、統計、分析和審計的依據。其主要特點為:
    1)、溫度控制節能
    根據國家相關政策,公共建筑內房間溫度設定,冬天不能超過20℃,夏天不低于26℃。根據測算,建筑物內房間溫度夏天每降低1℃,空調系統增加耗能20%~40%,相反設定溫度每提高1℃,系統將節能20%~40%。本產品具有溫度控制功能,根據節能和環境需要設定不同的溫度。
    2)、時間控制節能
    本系統具有定時開關機和分時段實用功能。定時開關機可設在上班前下班后的最近的一個時間點,這樣即可防止提前開機的浪費,又可杜絕下班后忘關空調長時間開機的浪費。據統計這種空調使用浪費現象可節約30%以上。
    3)、區域監控節能
    可根據不同區域使用情況,進行末端風機盤管的分區管理,通過對公共區域(如走廊、前廳、衛生間、會議室、公共教室等)的指定運行,達到按需使用的目的。
    4)、管理模式節能
    本產品提供多種管理方式,能夠對末端設備進行集中管理、遠程管理、細化管理,通過一臺電腦管理系統內所有末端設備,克服了粗放式管理所造成的應用浪費,方便運行管理。同時,通過技術手段促進行為節能,提高節約意識。
    2、能源中心系統
    中央空調功率占建筑總能耗的70%以上,對中央空調系統進行集中監控,實現中央空調運行自動化,根據用戶的中央空調需求量實時調整中央空調主機的能量供應,是建筑節能的所在。
    由于中央空調設計時通常按極端環境條件設計和受設備選型影響,存在較大設計冗余,又由于氣候環境條件和使用時間、室內人數、電器使用情況、系統效率等多種因素的變化,造成末端負荷的實際需求變化幅度很大。
    而傳統中央空調系統的負荷控制以中央空調的供回水溫度為依據的余量自控方式,運行采用壓差旁通管方式恒流量運行,無法跟蹤末端負荷變化,產生大流量小溫差現象,主機效率(COP值)下降,輔機系統仍大負荷運轉,浪費大量能量。
    我們公司研發生產的能源中心節能自控系統針對傳統冷水機組制冷水系統運行中存在大量耗能問題而研制開發的高科技產品,利用冷水機組制冷水系統計費系統的實時數據和中央空調能量中心設備的運行特性,采用負荷隨動跟蹤方式,依據中央空調計量裝置實時采集的中央空調末端需求負荷的變化,運用計算機和變頻技術,根據末端負荷的變化,采集多種變化參數,經過負荷隨動優化計算,運用多種變化參數自動對冷凍水泵,冷卻水泵,冷卻塔風機等設備進行實時優化控制,使得主機和系統跟隨末端負荷變化而變化,確保中央空調系統滿足舒適的前提下,中央空調主機運行能效實現最大化,大幅度的降低系統能源消耗。其主要特點為:
    1)、負荷隨動,同步調節
    能源中心供給的能量和末端消耗的能量不對等,中心共多少,末端就用多少,供能平衡往往很難達到。因為平衡調節是靠值班人員觀察中心回水溫度來決定是否增加或減少設備開停數量,但是這種平衡調節過程十分漫長,往往需要1~2個小時,當系統好不容易達到相對平衡時,已經快要下班關機了。能源浪費了,舒適的工作環境也沒有達到。
    我們公司通過專有的負荷隨動、同步調節技術,通過管理平臺即時采集到的末端風機盤管開啟數量、耗能情況,進行統計和分析,數據同步提供給能源中心節能自控系統,用于對機房設備的開啟數量、輸送比例及能源生產量調節的依據。因為本系統共用一個管理平臺,數據采集、設備調節幾乎沒有時間差,系統平衡調節時間短,基本可視為同步調節。這樣,工作區域溫差變化不大,辦公環境非常舒適,能源中心設備開啟合理,避免能源浪費。
    2)、延長設備使用壽命
    系統自動統計單臺設備的開機時間,達到設定值后自動切換到同類備用設備,使能源中心設備運行時間保持平衡,避免單臺設備的過度開機造成的設備故障或損壞,致使維修成本增加,供能的中斷,甚至減少系統的使用壽命。
    通過合理開機設定,減少設備開機次數,避免頻繁開機造成對設備的沖擊損害。
    3)、提前預知設備故障
    通過系統設定對需要定期保養的設備的運行時間,提醒工作人員定期對設備進行保養,做到防范于未然。否則等到發現設備故障時,已經需要對設備進行大修甚至報廢。
     
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