樓宇集中空調能效測試及診斷系統的構建研究

劉東 張超 施赟 張曉杰 劉書薈 印慧

1同濟大學機械與能源工程學院

2上海市質量監(jiān)督檢驗技術研究院

樓宇集中空調能效測試及診斷系統的構建研究

劉東1張超1施赟1張曉杰2劉書薈2印慧2

1同濟大學機械與能源工程學院

2上海市質量監(jiān)督檢驗技術研究院

提出了民用建筑集中式空調能效測試及診斷系統的架構形式，結合某綜合辦公樓建筑的集中空調能效監(jiān)測及診斷系統構建過程，提出空調系統能效整體性評價的最優(yōu)化方法，指出了需要重點關注的問題，可為類似的集中空調的能效監(jiān)測及診斷系統建設提供有益的參考。

能效測試集中式空調最優(yōu)化方法

0 引言

近年來，民用建筑能耗在中國的社會能耗中所占的比例日益增長，而其中空調系統能耗在公共建筑能耗中所占比例最大，一般可達40%~60%，因此如何降低空調系統能耗是建筑節(jié)能系統工程中關鍵問題[1]。目前大部分集中式空調系統因設計、計量、控制、運行管理等諸多因素的影響，不同程度地存在能效低的問題。同濟大學與上海市質量監(jiān)督技術研究院聯合對公共建筑集中式空調系統能效測試及診斷方法進行了研究，并結合某辦公建筑的集中式空調系統，研發(fā)了一套在線的能效監(jiān)測和診斷系統。這項工作為構建類似的集中式空調系統能效實時監(jiān)測與診斷分析平臺提供了理論依據和技術參考。

1 集中式空調能效測試及診斷系統概況

該能效測試診斷系統是通過采集建筑集中式空調系統的運行能耗參數，對所采集數據進行匯總、計算及分析，最終獲得對此空調系統中的設備及整體系統運行能效的客觀評價結果，并為該空調系統的優(yōu)化運行模式提供指導性建議[2～4]。主要包括數據采集、數據傳輸與能效評價分析系統三部分。

1.1 數據采集系統

數據采集系統主要包括用于現場參數采集的各類傳感器/變送器、數據采集模塊，其中現場各類傳感器/變送器包括采集空氣處理設備、冷熱源設備、輸送系統設備相關參數的傳感器/變送器，將采集到的模擬或數字信號通過數據采集模塊（模擬量、數字量及Modbus采集模塊，以上模塊具備數據存儲與傳輸功能）傳送至數據采集網絡。

建筑物內部數據采集器之間的聯網與數據采集采用以太網+Modbus的方式實現，這種方式使系統具有相當的靈活性。

1.2 數據傳輸系統

數據傳輸系統包括數據采集傳輸服務器、路由器及數據遠程傳輸、存儲相關程序，數據傳輸系統的服務器、路由器接收來自數據采集系統的信號，經有線/無線網絡傳輸至能效評價分析系統。

建筑物到中心站服務器的數據傳輸可以利用建筑物內的互聯網，在中心站設立固定IP地址的服務器，采用標準的TCP/IP協議進行數據傳輸。如果沒有互聯網接入條件，可以臨時設立3G移動接入路由器，采用3G移動網絡完成數據傳輸。如果測試現場沒有上述網絡等測試條件，則將數據存儲于數據采集模塊（模擬量、數字量及WiFi數據采集模塊），測試結束之后將數據導入系統的分析終端，利用分析軟件進行數據分析。數據采集與傳輸系統的構架見圖1。

1.3 能效評價分析系統

能效評價分析系統對所采集的數據進行分類、匯總和計算，并且與空調設備及系統的數學模型進行對比分析，從而對集中式空調系統進行評價、分析與診斷，并且能夠明確提高空調系統能效的主要技術途徑，最終生成各類報表和圖表，并將測試項目數據加入軟件作為原始數據庫一部分，為后續(xù)測試提供參考[5～6]。

系統包含的設備主要是終端監(jiān)控分析設備即數據顯示查詢終端，能夠實現實時數據顯示、歷史數據查詢和調用、報表打印等功能。能效評價分析系統的結構圖見圖2。

1.4 系統總體框架圖

樓宇集中式空調系統能效測量與診斷分析系統總體框架圖見圖3。

2 某建筑集中式空調能效測試診斷系統

在確定了建筑集中式空調系統能效測試及診斷系統構成的基礎上，選取了某高校綜合辦公樓（約40,000m2）作為研究對象實施安裝了此能效測試及診斷系統。

2.1 建筑及空調系統概況

該建筑的主要功能是行政辦公，大廳、會議室采用集中式空調系統，辦公區(qū)域采用風機盤管加新風機組的形式。冷源采用2臺雙工況螺桿式冷水機組，空調系統中考慮了冰蓄冷方式，但由于基本不使用，因此布置測試方案時按照常規(guī)空調系統考慮。熱源則采用兩臺燃氣熱水鍋爐，運行時兩臺全開。

2.2 能效測試方案

為了獲空調設備及空調系統的實時運行能耗，需在空調系統中布置水溫傳感器、超聲波流量計、空氣溫濕度傳感器、水壓傳感器、風量傳感器等，利用數據采集模塊通過建筑中的以太網將實時運行數據自動傳輸到服務器中進行儲存、運行、分析、打印輸出等，完成空調系統能效測試及診斷分析的過程。

基于全面、準確、安全的原則，在經濟條件允許的情況下，盡可能詳細地布置傳感器采集系統運行參數，利于運行能效的診斷分析，部分房間傳感器的布置方案見圖4、圖5和圖6。

2.3 測試系統儀器選擇及安裝

考慮測試系統的技術性和經濟性，同類的測試參數選擇同一種測試儀器。要求該系統為實時監(jiān)測的測試系統，所有的儀器必須具備遠傳功能。在確定傳感器類型時，主要考慮以下三點：

1）精度：滿足以上所提及的各類精度要求的情況下，盡可能選擇高精度的型號。

2）量程：按照在各設備實際運行時參數的范圍來選擇（一般最大值不應大于滿量程的2/3，最小值不應小于滿量程的1/3）。

3）輸出信號：傳感器的輸出信號分為數字信號和模擬信號，一般多為模擬信號即電流、電壓。電壓信號適合距離較短，干擾較少的地方，電流信號更適合遠傳，衰減小所以本系統中，盡量選擇電流為輸出信號。

本系統選擇的傳感器詳細參數見表1。

3 總結

1）集中式空調的在線能效測試及診斷系統可以從空調系統的整體性方面來考慮問題，是實現空調和建筑節(jié)能的有效技術途徑。

2）本文所研究的由數據采集、數據傳輸及能效診斷分析等三部分組成的集中式空調能效測試及診斷分析系統，經過實踐證明在技術和經濟方面是可行的。

3）通過對某綜合辦公樓的空調系統能效測試診斷系統的方案實施，探索總結了傳感器的選擇原則、選擇參數，傳感器的現場布置及安裝等方面的經驗，可以為類似空調系統的能效測試診斷系統的方案確定和實施提供有益的參考。

[1]清華大學建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2010[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010

[2]沈啟,陳永康.空調系統節(jié)能優(yōu)化運行與改造案例研究(4):冷卻塔[J].暖通空調,2010,40(8):45-50

[3]李德英,劉珊,郝斌.公共建筑空調系統節(jié)能診斷方法探討[J].供熱制冷,2010,(4):64-66

[4]胡欣,龍惟定,馬九賢.CEC—一種有效的空調系統能耗評價方法[J].暖通空調,1999,29(3):16-18

[5]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組戶用和類似用途的冷水(熱泵)機組(GB/T18430.2 -2001)[S].北京:中國標準出版社,2001

[6]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.冷水機組能效限定值及能效等級(GB 19577-2004)[S].北京:中國標準出版社, 2004

On-line M on ito ring and Diagnos is fo r Cen tra l A ir-c ond ition ing Sys tem

LIU Dong1,ZHANGChao1,SHIYun1,ZHANG Xiao-jie2,LIU Shu-hui2,YIN Hui2
1SchoolofMechanicaland Energy Engineering,TongjiUniversity
2Shanghai InstituteofQuality Inspection and TechnicalResearch

The framework of the civil centralair conditioning energy efficiency testand diagnosis system wasbuiltup. The overallevaluation of air conditioning system energy efficiency optim izationmethod combiningw ith the construction of air conditioning energy efficiencymonitoring and diagnosis system for an office building was put forward.The key issue should be focused on was pointed out.This paper can provide a useful reference for a sim ilar central air conditioning energy efficiencymonitoring and diagnosissystem.

energy efficiency test,centralair conditioning system,optim izationmethod

1003-0344（2014）03-052-3

2013-5-6

劉東（1970～），男，副教授；上海四平路1239號濟陽樓408室（200092）；021-65981390；E-mail:liudong@tongji.edu.cn基金項目：國家質檢總局科技計劃項目（2011QK116）