大型中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造典型案例分析

/姚嵐張東平 王紅梅 張光亞 程曦 吳周 林士明 劉少華

摘要：本文結(jié)合某大型光電科技公司的管理需要及生產(chǎn)、設(shè)備現(xiàn)狀，經(jīng)過周密的調(diào)研和論證，對中央空調(diào)系統(tǒng)從背景、用能現(xiàn)狀、技術(shù)方案、經(jīng)濟效益、運作模式和風(fēng)險控制等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和分析，采用目前具有獨家專利的智能模糊控制技術(shù)，改變傳統(tǒng)中央空調(diào)各耗能設(shè)備獨立控制及能耗管理的方式，對該公司中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。經(jīng)改造實施，實際數(shù)據(jù)表明節(jié)能率達(dá)到19%，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。本案例對相關(guān)大型企業(yè)具有較好的參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞中央空調(diào)系統(tǒng)智能模糊控制變頻技術(shù)節(jié)能改造

中圖分類號：TU24？文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A？？文章編號：1672-3791（2015）09（b）-0000-00

1引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源日益短缺、能源價格不斷上漲是大勢所趨。能源費用逐步成為影響企業(yè)效益的主要因素之一。市場的快速發(fā)展和激烈競爭，迫使企業(yè)主動采取有效措施，優(yōu)化產(chǎn)品性能，降低產(chǎn)品成本，提升產(chǎn)品的市場競爭能力。該光電科技公司中央空調(diào)系統(tǒng)為主要耗能系統(tǒng)，主要用能設(shè)備為：低溫冷水機組、中溫冷水機組、冷凍水系統(tǒng)一、二次泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機等，年用電量逾5000萬千瓦時。同時，中央空調(diào)系統(tǒng)運行過程中會由于冷凍泵、冷卻泵無法自動調(diào)節(jié)負(fù)載，長期滿載運行，不僅導(dǎo)致運行成本大幅上升，而且造成了能源的浪費，影響系統(tǒng)的正常使用壽命。對中央空調(diào)系統(tǒng)，采用智能模糊控制[1]和變頻技術(shù)[2]，實施有效的節(jié)能控制技術(shù)及能源管理平臺對中央空調(diào)系統(tǒng)實施節(jié)能改造[3][4]，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，對整個工廠的成本控制有積極的作用。

2能耗分析

該公司中央空調(diào)系統(tǒng)主要用能設(shè)備包含：低溫冷水機組、中溫冷水機組、中溫?zé)峄厥绽渌畽C組、低溫冷凍水二次泵、中溫冷凍水二次泵、熱水循環(huán)水泵、熱回收水泵、空壓機冷卻水泵（CDA循環(huán)泵）、低溫冷凍水一次泵、中溫冷凍水一次泵、中溫?zé)峄厥諜C組冷凍水一次泵、低溫冷卻水泵、中溫冷卻水泵、中溫?zé)峄厥諜C組冷卻水泵、冷卻塔等。以上用能設(shè)備能耗存在以下問題：

2.1系統(tǒng)大延遲問題

（1） 中央空調(diào)水力路由較長，水系統(tǒng)循環(huán)周期較長；（2） 水系統(tǒng)熱容量大、惰性大、溫度響應(yīng)較慢（空調(diào)系統(tǒng)特性）；（3） 傳感器檢測---反饋---控制指令發(fā)出---執(zhí)行存在周期性滯后；（4） 導(dǎo)致中央空調(diào)供回水溫差與設(shè)計工況相比偏小，換熱不充分；（5） 導(dǎo)致冷水輕微溫度波動。

2.2冷凍水運載問題

（1） 一、二次泵流量，壓力匹配問題；（2） 一次泵定流量運行（以不變應(yīng)萬變）；（3） 二次泵變流量，壓力控制（動態(tài)改變）；（4） 設(shè)計院設(shè)計系統(tǒng)，留有設(shè)計余量；（5） 末端部分負(fù)荷運行狀態(tài)下，一次泵不需要全頻運行。

2.3冷卻水運載問題

（1） 冷卻塔與冷水機組優(yōu)化運行問題；（2） 冷卻塔散熱受環(huán)境溫濕度影響較大，傳感器檢測存在誤差，且當(dāng)?shù)貧v史氣候條件數(shù)據(jù)庫未作為控制參考依據(jù)；（3） 冷卻泵定頻率運行；（4） 冷卻水出水溫度區(qū)間影響冷機自身效率特性；（5） 冷凝器最佳中點溫度尋優(yōu)缺失；（6） 冷卻水泵功率較塔風(fēng)機功率大，如何做好泵組流量、冷機流量、塔流量匹配是關(guān)鍵。

例證：低溫冷機冷凝器流量981m？/h，低溫冷卻水泵1100m？/h，冷卻塔800m？/h，冷機處于部分負(fù)荷，冷卻水泵設(shè)計階段即留有余量，故冷卻水泵沒必要長時間工頻運行，浪費能耗，可以尋求控制的流量最佳匹配點。

3節(jié)能技術(shù)方案選擇

綜合目前市場上的各類節(jié)能方案，挑選幾類進(jìn)行以下對比：

（1） 蓄冷技術(shù)（利用峰谷電價差）；（2） 板式換熱器技術(shù)（在空調(diào)二次側(cè)加板式換熱器，減小二次泵所需揚程及功率）；（3） 采用行之有效的能源管理手段及有效的節(jié)能群控技術(shù)對現(xiàn)有中央空調(diào)運行方式實施節(jié)能改造。

方案比較：

蓄冷技術(shù)的發(fā)展是隨著國家電力的趨勢應(yīng)生的一種模式，這種模式的最直接的結(jié)果是節(jié)錢不節(jié)能（主機在制冰或制更低溫水的功耗遠(yuǎn)大于正常供冷工況），且蓄冷技術(shù)需要對主機制冷形態(tài)進(jìn)行改變，同時需要增加蓄冷槽（池），且需要對現(xiàn)有管路進(jìn)行割管作業(yè)，這與該公司目前的狀態(tài)不相符（全年365天每天24小時開機器，故不存在停機作業(yè)的時間）。

增加板式換熱器技術(shù)目的為了利用一次冷源和二次冷源換熱，可以減小二次冷源輸送泵的壓力需求，但是此項技術(shù)也需要割管作業(yè)，與該公司現(xiàn)實性需求也不符。

所以綜上所述，采用行之有效的能源管理手段及有效的節(jié)能群控技術(shù)對現(xiàn)有中央空調(diào)運行方式實施節(jié)能改造具有很明顯的優(yōu)勢所在。本案例最終采用的技術(shù)是目前具有獨家專利的智能模糊控制技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)中央空調(diào)各耗能設(shè)備獨立控制及能耗管理的方式，更好的將中央空調(diào)系統(tǒng)能耗最低作為控制目標(biāo)。此項技術(shù)不需要改變原有中央空調(diào)系統(tǒng)水力路由，及管道敷設(shè)；所有的傳感器安裝作業(yè)也無需管道放水，所有的控制柜體安裝也無需原有柜體斷電，保證從項目的施工、調(diào)試等階段中央空調(diào)系統(tǒng)不停機，不影響工廠正常的生產(chǎn)作業(yè)。

在中央控制室設(shè)置CMS900中央空調(diào)系統(tǒng)能源管理平臺；動力中心分別設(shè)置兩套獨立的BKS中央空調(diào)智能模糊控制系統(tǒng)。BKS中央空調(diào)智能模糊控制系統(tǒng)在現(xiàn)場針對中、低溫空調(diào)系統(tǒng)實施節(jié)能控制，執(zhí)行所有的控制技術(shù)及策略，CMS900系統(tǒng)對全局進(jìn)行尋優(yōu)控制，從整體上把握中低溫系統(tǒng)的能耗問題。同時CMS900能源管理系統(tǒng)還提供標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，可以和目前公司現(xiàn)有的羅克韋爾系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接，確保羅克韋爾系統(tǒng)也可以對節(jié)能控制系統(tǒng)實施監(jiān)控。

4效益分析

首先，節(jié)能改造后，由于中央空調(diào)的系統(tǒng)能效上升每年為企業(yè)節(jié)約大量運營成本，具備良好的投資回報率。

其次，由于設(shè)備的性能提高，帶來以下間接效益：確保中央空調(diào)系統(tǒng)安全可靠的運行；確保公司生產(chǎn)工藝性需求；在保障適宜環(huán)境的同時，可實現(xiàn)全系統(tǒng)的節(jié)能達(dá)到10%～20%的效率；建立中央空調(diào)系統(tǒng)的運行、監(jiān)測、管理平臺；強電、弱電、節(jié)能一體化集成，減小實施風(fēng)險，提高投資效益；實現(xiàn)大空間、長距離、設(shè)備聯(lián)動的高效運行目標(biāo)；可實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)各個子單元的能耗計量；可對中央空調(diào)系統(tǒng)完成全局系統(tǒng)COP優(yōu)化解決方案；可切實有效解決中央空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)存問題。

5總結(jié)

本案例遴選推薦的節(jié)能技術(shù)、設(shè)備、改造方案，先進(jìn)、適用、可靠，節(jié)能效果顯著。本案例具有節(jié)能改造期短、見效快、效果好、回報高、效益顯著等特點，無可預(yù)見明顯風(fēng)險，經(jīng)濟效益和社會效益非常突出。該光電科技公司中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造后，實際數(shù)據(jù)表明節(jié)能率達(dá)到19%，實現(xiàn)年節(jié)約電量約647萬千萬時，折合標(biāo)煤2587噸，在節(jié)能的同時減少二氧化碳排放6400余噸，有效控制了溫室氣體排放。在為企業(yè)節(jié)省成本的同時，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的。今后對大型企業(yè)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造，是節(jié)能環(huán)保的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

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