大型中央空调系统节能改造典型案例分析

/姚岚张东平 王红梅 张光亚 程曦 吴周 林士明 刘少华

摘要：本文结合某大型光电科技公司的管理需要及生产、设备现状，经过周密的调研和论证，对中央空调系统从背景、用能现状、技术方案、经济效益、运作模式和风险控制等方面进行了系统的研究和分析，采用目前具有独家专利的智能模糊控制技术，改变传统中央空调各耗能设备独立控制及能耗管理的方式，对该公司中央空调系统进行节能改造。经改造实施，实际数据表明节能率达到19%，取得了较好的经济效益和社会效益。本案例对相关大型企业具有较好的参考和借鉴作用。

关键词中央空调系统智能模糊控制变频技术节能改造

中图分类号：TU24？文献标识码：A？？文章编号：1672-3791（2015）09（b）-0000-00

1引言

随着经济的发展，能源日益短缺、能源价格不断上涨是大势所趋。能源费用逐步成为影响企业效益的主要因素之一。市场的快速发展和激烈竞争，迫使企业主动采取有效措施，优化产品性能，降低产品成本，提升产品的市场竞争能力。该光电科技公司中央空调系统为主要耗能系统，主要用能设备为：低温冷水机组、中温冷水机组、冷冻水系统一、二次泵、冷却水泵、冷却塔风机等，年用电量逾5000万千瓦时。同时，中央空调系统运行过程中会由于冷冻泵、冷却泵无法自动调节负载，长期满载运行，不仅导致运行成本大幅上升，而且造成了能源的浪费，影响系统的正常使用寿命。对中央空调系统，采用智能模糊控制[1]和变频技术[2]，实施有效的节能控制技术及能源管理平台对中央空调系统实施节能改造[3][4]，达到节能降耗的目的，对整个工厂的成本控制有积极的作用。

2能耗分析

该公司中央空调系统主要用能设备包含：低温冷水机组、中温冷水机组、中温热回收冷水机组、低温冷冻水二次泵、中温冷冻水二次泵、热水循环水泵、热回收水泵、空压机冷却水泵（CDA循环泵）、低温冷冻水一次泵、中温冷冻水一次泵、中温热回收机组冷冻水一次泵、低温冷却水泵、中温冷却水泵、中温热回收机组冷却水泵、冷却塔等。以上用能设备能耗存在以下问题：

2.1系统大延迟问题

（1） 中央空调水力路由较长，水系统循环周期较长；（2） 水系统热容量大、惰性大、温度响应较慢（空调系统特性）；（3） 传感器检测---反馈---控制指令发出---执行存在周期性滞后；（4） 导致中央空调供回水温差与设计工况相比偏小，换热不充分；（5） 导致冷水轻微温度波动。

2.2冷冻水运载问题

（1） 一、二次泵流量，压力匹配问题；（2） 一次泵定流量运行（以不变应万变）；（3） 二次泵变流量，压力控制（动态改变）；（4） 设计院设计系统，留有设计余量；（5） 末端部分负荷运行状态下，一次泵不需要全频运行。

2.3冷却水运载问题

（1） 冷却塔与冷水机组优化运行问题；（2） 冷却塔散热受环境温湿度影响较大，传感器检测存在误差，且当地历史气候条件数据库未作为控制参考依据；（3） 冷却泵定频率运行；（4） 冷却水出水温度区间影响冷机自身效率特性；（5） 冷凝器最佳中点温度寻优缺失；（6） 冷却水泵功率较塔风机功率大，如何做好泵组流量、冷机流量、塔流量匹配是关键。

例证：低温冷机冷凝器流量981m？/h，低温冷却水泵1100m？/h，冷却塔800m？/h，冷机处于部分负荷，冷却水泵设计阶段即留有余量，故冷却水泵没必要长时间工频运行，浪费能耗，可以寻求控制的流量最佳匹配点。

3节能技术方案选择

综合目前市场上的各类节能方案，挑选几类进行以下对比：

（1） 蓄冷技术（利用峰谷电价差）；（2） 板式换热器技术（在空调二次侧加板式换热器，减小二次泵所需扬程及功率）；（3） 采用行之有效的能源管理手段及有效的节能群控技术对现有中央空调运行方式实施节能改造。

方案比较：

蓄冷技术的发展是随着国家电力的趋势应生的一种模式，这种模式的最直接的结果是节钱不节能（主机在制冰或制更低温水的功耗远大于正常供冷工况），且蓄冷技术需要对主机制冷形态进行改变，同时需要增加蓄冷槽（池），且需要对现有管路进行割管作业，这与该公司目前的状态不相符（全年365天每天24小时开机器，故不存在停机作业的时间）。

增加板式换热器技术目的为了利用一次冷源和二次冷源换热，可以减小二次冷源输送泵的压力需求，但是此项技术也需要割管作业，与该公司现实性需求也不符。

所以综上所述，采用行之有效的能源管理手段及有效的节能群控技术对现有中央空调运行方式实施节能改造具有很明显的优势所在。本案例最终采用的技术是目前具有独家专利的智能模糊控制技术，它改变了传统中央空调各耗能设备独立控制及能耗管理的方式，更好的将中央空调系统能耗最低作为控制目标。此项技术不需要改变原有中央空调系统水力路由，及管道敷设；所有的传感器安装作业也无需管道放水，所有的控制柜体安装也无需原有柜体断电，保证从项目的施工、调试等阶段中央空调系统不停机，不影响工厂正常的生产作业。

在中央控制室设置CMS900中央空调系统能源管理平台；动力中心分别设置两套独立的BKS中央空调智能模糊控制系统。BKS中央空调智能模糊控制系统在现场针对中、低温空调系统实施节能控制，执行所有的控制技术及策略，CMS900系统对全局进行寻优控制，从整体上把握中低温系统的能耗问题。同时CMS900能源管理系统还提供标准的通讯协议，可以和目前公司现有的罗克韦尔系统实现无缝对接，确保罗克韦尔系统也可以对节能控制系统实施监控。

4效益分析

首先，节能改造后，由于中央空调的系统能效上升每年为企业节约大量运营成本，具备良好的投资回报率。

其次，由于设备的性能提高，带来以下间接效益：确保中央空调系统安全可靠的运行；确保公司生产工艺性需求；在保障适宜环境的同时，可实现全系统的节能达到10%～20%的效率；建立中央空调系统的运行、监测、管理平台；强电、弱电、节能一体化集成，减小实施风险，提高投资效益；实现大空间、长距离、设备联动的高效运行目标；可实现中央空调系统各个子单元的能耗计量；可对中央空调系统完成全局系统COP优化解决方案；可切实有效解决中央空调系统现存问题。

5总结

本案例遴选推荐的节能技术、设备、改造方案，先进、适用、可靠，节能效果显著。本案例具有节能改造期短、见效快、效果好、回报高、效益显著等特点，无可预见明显风险，经济效益和社会效益非常突出。该光电科技公司中央空调系统节能改造后，实际数据表明节能率达到19%，实现年节约电量约647万千万时，折合标煤2587吨，在节能的同时减少二氧化碳排放6400余吨，有效控制了温室气体排放。在为企业节省成本的同时，达到了节能环保的目的。今后对大型企业中央空调系统的节能改造，是节能环保的有效途径。

参考文献

[1]. 陶昆，张利琼. 智能模糊控制技术在空调系统中的应用，自动化应用，2013， （11）：39-41.

[2]. 胡雪梅，任艳艳. 中央空调的变频控制设计及节能分析，电机与控制应用，2011， 38（7）：44-47.

[3]. 李玉轩，智能建筑中央空调系统节能控制的研究，科学与财富2015， （7）：186-186.

[4]. 陈建东，中央空调系统水泵变频节能技术的应用分析，制冷技术，2013（4）：321-322.