风机盘管系统节能改造方案研究

邱庆龄

（武汉商业服务学院，湖北 武汉 430056）

前言

据统计，综合型建筑能源消耗相对集中在暖通空调及照明、动力两大部分，这两项所占建筑总能耗的比例以暖通空调能耗所占比例最大达60%以上，照明、动力能耗达30%以上[1]。

实践经验告诉我们，随手关水、不开无人灯、防止（水、电、气）跑漏、限制空调制冷（热）上下限温度、养成良好的使用中央空调的习惯等节能习惯已成为公认的有效的节能手段；在大力推广节能减排的时期，要达到最快、最明显的节能效果，不单单是使用安装节能灯具、运用空调变频技术等手段，还需要人们从主观上增强节能的意识，更重要的就是需要有一套自动化的计量管理系统来实施能源节能管理，量化能耗数据、掌握能耗动态信息、找出节能降耗着手点、对比节能效果差异、建立一套完整的节能管理机制；在实现了现代化的控制技术基础上，通过能耗计量数据完善考评、收费机制，增强主动节能的意识，达到管理节能的目的，完成节能减排的目标。

本文就武汉某办公楼宇风机盘管系统节能改造为例，说明从能耗末端节能做起，引入现代网络管理技术，是十分可行的节能措施。

一、空调未端风机盘管的节能分析

空调未端设备之一的风机盘管通常是采用室内温度控制器或与电动阀联合进行就地控制，目的也是为了使室内温度恒定和节约能耗，但此种就地控制方式也不尽人意，原因就是就地控制的方式往往由于每个空调区域的使用人员对空调控制原理的不了解或节能意识淡薄使控制器达不到预期的节能目的。

风机盘管控制器大部分对水管上的阀门是根据温度的设定值进行启闭控制，风机的高中低三档风速是人为设定的，而不是随温度差的变化自动调速，造成了风机本身电量的损耗。另外，人们进入房间后为了快速制冷或快速制热，总是将控制器的调定值调得很低或很高，但当温度达到过低或过高后又不去把调定值恢复到正常设定值，造成了大量额外能耗。如果人员节能意识淡薄，过冷或过热时开窗散热的话，能耗会更惊人。科学计算表明，在制冷工况时，空调的设定值每调高1℃时能耗会下降8%，提高2℃，就可以削减空调峰值电力负荷10-15%；在制热工况时，空调的设定值每调低1℃时能耗会下降12%[2]。可见，对空调未端系统的控制管理对节能的意义十分重大。

二、空调未端风机盘管节能方案介绍

该节能系统方案设备由能耗计量仪表（能量计量器、计时温控器）、数据传送设备（如信号隔离放大器、路由器等）、通讯线路（如通讯总线、网线）、管理电脑、管理软件等组成。可以对空调的末端风机盘管进行计时计量、温度远程控制、远程开关控制（如需要的话）、对区域作能耗计量，同时监控电脑管理软件可以实现空调能耗监控。见图一。

此系统利用计算机技术和现场能耗计量设备组成一个综合的能源管理网络，将耗能设备进行分类或独立计量，对计量数据自动采集，用户对耗能设备可自行定义计量范围、监测区域。对各计量点、区域实现能源在线动态监测、自动控制、能源汇总分析、能耗指标综合考评、故障自动报警、历史数据查询、能耗报表自动生成。能够为能源合理调配提供根据，为能源自动化管理提供手段，为系统地节能降耗考评提供科学的依据。

图一 节能方案网络结构图

（一）节能方案主要设备介绍

1、末端节能温控器（实施末端温控精确控制）

（1）节能温度限制 可以设定制冷最低温度（如夏天26度）和制热最高温度（如冬天20度），从而最大限度地节省能源。温度的上下限对使用方无权设置，管理部门可远程设置。

（2）计时计量 根据风机的高、中、低档工作时间的累计，与系统总能耗比较，实现计时计量能耗，从而轻松实现能耗计量考核管理。

（3）带远程通讯接口 带RS485远程通讯接口，可以实现远程监测、控制、管理。可以在监控中心远程打开或关闭各单元的空调。

（4）安装方便 由于接线相同，可直接取代现有的普通的机械式或电子式温控器，安装极为方便，对新老用户均适用。

（5）全数字显示、温度自动控制、室内温度显示，设备少、投资少、故障少、维修少。

2、数据采集器（实施测控数据精确采集）

数据采集采用串行通讯方式，多级隔离，极强的抗共模干扰能力和信号传输能力。其中通讯信号全部光电隔离，提高干扰抑制能力，加强信号驱动能力，抗强电冲击。部件全部采用CMOS电路，适应温度范围宽，抗干扰能力强。设置电源监测及掉电保护电路，防止掉电引起数据丢失。有效的通讯校验机制，保证数据通信安全。同时具有完善的软件支持功能。

3、区域能量计量器（实施区域能量精确计量）

区域能量计量器由一个流量计、一对温度传感器、和一个结算控制器组成。流量计安装在系统的供水管上，并将温度传感器分别装在供、回水管路上。对于制冷系统和制热系统，均可使用计量能耗。见图二所示。

用户所消耗的能量是一段时间内供水的流量和供回水的温差的乘积对时间的积分，用流量计测量逐时的流量并用温度传感器测量逐时的供回水温差，将这些数据输入结算控制器计算就能得出用户所用的能量。

图二 节能方案系统组成图

总能耗的流量计量可选用计量精度高、对流体无任何阻力，且无机械转动部件的管道式电磁流量计（免维护）、超声波流量计或价格相对低廉的、可拆卸式干式热水表。温度计量用带套管（便于更换）的配对PT1000温度传感器，计量精度能达到0.2%。

（二）节能方案软件介绍

1、节能方案系统管理软件介绍

管理软件由以下模块组成：实时通讯模块，无人值守巡检模块，远程控制模块，参数设置模块，数据报表查询模块，第三方接口。

实时通讯模块主要完成对能量计量器24h抄表器（数据采集器）的实时数据采集，通讯数据可选择是否保存。

无人值守巡检模块主要根据系统设定的巡检间隔时间及相关参数自动进行计量数据采集并进行数据保存。见图三所示。

远程控制模块主要完成是对能量计量器及24h抄表器的各项运行参数进行远程设置。

参数设置模块主要完成为满足相应的软件运行要求进行相应的参数设置。

数据报表查询模块主要完成对巡检历史记录、报警历史记录和操作日志历史记录的查询以及账单打印等功能。并能统计每个房间空调使用情况，实现计量功能和计量分析功能。

图三 末端远程管理界面

2、节能方案系统通讯方式

数据通讯方式：底层（数据实时采集层）采用廉价可靠的总线制串行通讯方式；管理层采用局域网（TCP/IP协议）便于大量数据统计、报表处理、各有关部门的共享管理，以及上级部门的监督管理。通讯总线通过RS232/485转换器直接输入电脑。

三、风机盘管节能改造耗能分析

（一）节能改造后的使用条件

1、室内温度一般设定

根据国务院出台的相关规定，除对温度有特定要求并经批准的用户之外，夏季室内空调温度设置不得低于26℃，冬季室内空调温度设置不得高于20℃，而且，空调运行期间禁止开窗。如果天气变化异常，则适时调整房间内设定温度，温差以5℃左右为宜，不宜与外界悬殊太大。室内温度最好设定在26℃至28℃，人体感觉最为舒适。

由于使用新式节能温控器，每个末端设备用户无权设定温度，交由网络远程托管，系统设定数据采集频率为5分钟，如检测到负荷变化波动达到下限值，则自动调节风机档位，室内温度控制精度显著提高。

2、朝向不同室内温度设定不同

根据办公大楼不同方位温差较大的特点，冬季在阳光充足的情况下，南侧办公室空调开启设定温度调低1～2度，北侧办公室空调开启设定温度调高1～2度。夏季东侧办公室空调开启设定温度调高1～2度，西侧办公室空调开启设定温度调低1～2度。

3、门窗开启的判定

在系统采集数据过程中，如检测到负荷变化波动达到峰值，则在主控端会给出系统提示，当此波动值与当月平均负荷值相差太大时，可以判定该房间门窗开启，主控端会进行下一步控制（减小或停止供冷、供暖）。

4、能源分时供应

由于办公场所相对规律性较强，因而可以确定每天的空调供冷时间段，在非空调时间段减少或停止供给，如中午提高末端设定温度，以及采取提前半小时停止主机运行等措施。

（二）节能改造后的能耗对比

该办公楼宇夏季螺杆水冷机组供冷，冬季燃气锅炉供暖，夏季供冷主机制冷量为720KW，冬季采暖主机制热量为610KW，大楼按320台风机盘管计算（其中新风机、空调机组已折算为风机盘管数），节能改造前后系统主机部分没有进行改动，因而改造后的能耗对比实际上是末端系统改造后的能耗比，此次改造费用总计23万元。

图四、图五中改造后的数据均采自节能管理系统，改造前的数据为折算值，308房间正南方向，卧式暗装风盘风量1500m3/h，可以看出，精确控制后该末端设备能耗下降较多，如果使每台风机盘管每天平均节省能源费达1～1.5元人民币，则大楼按320台风机盘管计算每天节省320～480元人民币，全年节省能源费115200元～172800元，人民币费用两年内可完全收回。如果能源管理系统增加日常水、电、气的全方位管理，则综合节能效果更为可观。

四、结束语

暖通空调系统在建筑能耗中占据重要的比重，由于办公建筑的工作性质特点，经常需要局部供冷或间歇供冷，结合办公系统空调设计的通常处理办法，采用风机盘管加新风系统能够比较好地适应这种负荷特性，同时这一系统也是最为常见的空调系统方式，具有很强的代表性。但是由此引发一个重要问题就是运行管理困难，能耗浪费较大。在大力推广节能减排的时期，利用计算机技术和现场能耗计量设备组成的自动化计量管理系统来实施能源节能管理，是实现大幅度节能、产生显著的环境和社会效益、推动经济发展的又一举措。

[1]中国建筑业协台建筑节能专业委员会建筑节能技术[M]北京：中国计划出版社，1996.

[2]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2009[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.3.