中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)

1、中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)(KT-CCS西安康坦機電技術有限公司 TOC o 1-5 h z 一、中央空調(diào)系統(tǒng)及節(jié)能潛力 1中央空調(diào)系統(tǒng)組成 1中央空調(diào)的分類 1中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理 2中央空調(diào)主機 2冷凍水循環(huán)系統(tǒng) 3中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力 3二、中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)（KT-CCS 4中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)（KT-CCS的組成 4中央空調(diào)主機（冷水機組）調(diào)節(jié)子系統(tǒng) 4中央空調(diào)從動系統(tǒng)的節(jié)能調(diào)節(jié) 6數(shù)據(jù)采集及控制單元 7三、中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)的效能 8KT-CCS系統(tǒng)的應用效果 8節(jié)能效果舉例 8四、商業(yè)模式 9EMC合作方式 9中央空調(diào)節(jié)能實行合同能源管理制的特點 9、中央空調(diào)系統(tǒng)及

2、節(jié)能潛力中央空調(diào)系統(tǒng)組成中央空調(diào)又稱集中式空調(diào)和半集中式空調(diào)，是將冷熱源轉(zhuǎn)化為冷熱風并執(zhí)行相關空氣處理的裝備。主要設備包括中央空調(diào)主機、末端裝備以及相關的配套裝備中央空調(diào)主機圖1-1中央空調(diào)系統(tǒng)分7X1器白(1)中央空調(diào)主機中央空調(diào)主機是產(chǎn)生冷(熱)源的裝備，主要型式有活塞式冷水機組、螺桿式冷水 機組、離心式冷水機組、澳化鋰吸收式冷熱水機組、風冷式冷熱水機組、水源熱泵機組 和工商用單元式空調(diào)機組等。根據(jù)中央空調(diào)主機壓縮機的類型和工作原理的不同，中央 空調(diào)主機又可分為螺桿式、離心式、活塞式、澳化鋰吸收式。(2)中央空調(diào)末端裝備中央空調(diào)末端裝備，主要包括組合式空調(diào)機組、風機盤管、水管、風管、冷卻塔

3、、 閥門等。中央空調(diào)的分類(1)根據(jù)中央空調(diào)所需能源的不同，可分為用熱型中央空調(diào)和電制冷型中央空調(diào)。具體含義如下:1）用熱型 燃油、燃煤、燃氣產(chǎn)生熱能使中央空調(diào)機組正常工作，包含直燃型澳化 鋰吸收式冷熱水機組和蒸汽/溫水型澳化鋰吸收式冷熱水機組。用熱型中央空調(diào)通常運用 于燃油、燃氣、燃煤供應充足、成本較低，且電力較為緊缺或用電成本相對較高的地區(qū)2）用電型 電能使中央空調(diào)機組正常工作，包含螺桿式、活塞式、離心式等其他電 制冷（熱）型的中央空調(diào)機組。（2）根據(jù)中央空調(diào)冷熱負荷輸送介質(zhì)的不同，可分為全空氣式系統(tǒng)、全水系統(tǒng)、空 氣-水系統(tǒng)、冷劑系統(tǒng)四種類型。1）全空氣系統(tǒng) 是指冷熱負荷的輸送均由經(jīng)過處

4、理的空氣來承擔；2）全水系統(tǒng)該系統(tǒng)特性是風機盤管不加新風；3）空氣一水系統(tǒng) 空氣一水系統(tǒng)的特性是其風機盤管加新風；冷劑系統(tǒng)是指制冷的 蒸發(fā)器直接放在室內(nèi)吸收熱濕負荷。中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理中央空調(diào)主機主機部分由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器及冷媒（制冷劑）等組成，其工作原理如圖所小0空調(diào)末端蒸發(fā)器機 主圖1-2水冷式制冷系統(tǒng)原理圖圖1-3風冷式制冷系統(tǒng)原理圖空調(diào)末端低壓氣態(tài)冷媒被壓縮機加壓進入冷凝器并逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中冷媒 會釋放出大量熱能，這部分熱能被冷凝器中的冷卻水吸收并送到室外的冷卻塔上，最終 釋放到大氣中去。隨后冷凝器中的高壓液態(tài)冷媒在流經(jīng)蒸發(fā)器前的節(jié)流降壓裝置時，因 為壓力的突變

5、而氣化，形成氣液混合物進入蒸發(fā)器。冷媒在蒸發(fā)器中不斷氣化，同時會 吸收冷凍水中的熱量使其達到較低溫度。最后，蒸發(fā)器中氣化后的冷媒又變成了低壓氣 體，重新進入了壓縮機，如此循環(huán)往復。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)從主機蒸發(fā)器流出的低溫冷凍水，由冷凍泵加壓送入冷凍水管道（出水），進入室 內(nèi)進行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，最后回到主機蒸發(fā)器（回水）。室內(nèi)風機用于將空 氣吹過冷凍水管道，降低空氣溫度，加速室內(nèi)熱交換。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)該部分由冷卻泵、冷卻水管道、冷卻水塔及冷凝器等組成。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進行室 內(nèi)熱交換的同時，必將帶走室內(nèi)大量的 0該熱能通過主機內(nèi)的冷媒傳遞給冷卻水, 使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升溫后的冷卻水壓

6、入冷卻水塔（出水），使之與大氣進行 熱交換，降低溫度后再送回主機冷凝器（回水）。中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力中央空調(diào)對使用單位來說是耗電較大的設備，在有些商廈中，空調(diào)耗電占到總用電 量的60流右，因此中央空調(diào)的節(jié)能具有較大的經(jīng)濟效益。（1）中央空調(diào)系統(tǒng)在設計時，一般是按當?shù)刈顭崽鞖鈺r所需的最大制冷量來選擇機 型的，并且留10%20%設計余量。然而，實際上絕大部分時間空調(diào)不會運行在滿負荷 狀態(tài)下，因此存在較大的富余，中央空調(diào)系統(tǒng)的部分節(jié)能潛力就來自于此。（2）由于冷熱負荷隨氣溫變化而變化，所以中央空調(diào)系統(tǒng)的冷凍主機應該根據(jù)負載 變化隨時加載或減載，而冷凍水泵和冷卻水泵也應隨負載變化作出相應調(diào)節(jié)，否則就會

7、 造成很大的浪費。在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量是根據(jù)建筑物最大設 計熱負荷選定的，且留有一定的設計余量。為了適應負荷變化，通常采用節(jié)流或回流的 方式來調(diào)節(jié)流量，因而產(chǎn)生大量的節(jié)流或回流損失，且對水泵電機而言，由于仍在工頻 下全速運行，因此造成了能量的浪費。（3）中央空調(diào)機組和眾多的風機盤管，隨時都在調(diào)節(jié)過程中，冷凍水使用量也處在 不斷變化的過程中。如果沒有自控措施，系統(tǒng)壓力會很不穩(wěn)定，甚至使系統(tǒng)不能正常工 作。一般傳統(tǒng)做法是在冷凍水的分水缸和集水缸之間加裝一套壓力旁通控制裝置，水泵 系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來完成。這樣做，雖然也能解決壓力平衡問題，但很不經(jīng)濟，不可避免地

8、存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大 量浪費電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達不到合理效果的情況（4）由于水泵采用的是 Y啟動方式，電機的啟動電流均為其額定電流的57倍，一臺90kW電動機的起動電流可達到500A以上，在如此大的電流的沖擊下，接觸器、 電動機的使用壽命會大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水錘現(xiàn)象，容易對機 械零部件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。綜合以上原因，為了節(jié)約能源和費用，需對中央空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造，以便達到 節(jié)能和延長使用壽命的目的。二、中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)（KT-CCS中央空調(diào)系統(tǒng)是具有系統(tǒng)強慣性、大滯后等

9、特點，其過程要素之間存在著嚴重的非 線性、大滯后及強耦合關系。對這樣的系統(tǒng)，無論用經(jīng)典的PID控制，還是現(xiàn)代控制理論的各種算法，都很難實現(xiàn)較好的控制效果。中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)（KT-CCS ,是針對各類中央空調(diào)系統(tǒng)而研發(fā)的綜合節(jié) 能治理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以計算機、PLC變頻器、傳感器等硬件為核心，集成了閉環(huán)控制技 術、PID運算、模糊技術和人機整合技術，以中央空調(diào)系統(tǒng)主機變負荷運行為基點，對冷 凍水循環(huán)、冷卻水循環(huán)、冷卻塔及新風處理等系統(tǒng)進行全面的優(yōu)化調(diào)節(jié)，使中央空調(diào)系 統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)，從而節(jié)省大量電能。中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)（KT-CCS的組成中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)（KT-CCS由中央空

10、調(diào)主機調(diào)節(jié)、冷凍水調(diào)節(jié)、冷卻水 調(diào)節(jié)、新風調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集等子系統(tǒng)組成。通過對中央空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù)的監(jiān)測，結(jié)合 室溫和末端溫度的變化，控制中央空調(diào)系統(tǒng)變負荷運行，達到保證制冷（熱）質(zhì)量、降 低電能消耗的目的。KT-CC繇統(tǒng)組成示意圖見圖2-1。中央空調(diào)主機（冷水機組）調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中央空調(diào)主機壓縮機按照其額定制冷量和制冷效率，一般的額定輸入功率從100kW到1000kW冷水機組的目白是產(chǎn)生低溫（7C）的冷凍水，所以供（出）水溫度的高低直 接影響到機組的負荷。而末端空氣處理機啟動的多少也會影響冷凍水的回水溫度。對于壓縮機單機容量和臺數(shù)已確定的中央空調(diào)機組，按照便于能量調(diào)節(jié)和適應制冷（熱）對象的工況變化

11、等因素進行制冷（熱）功率輸出調(diào)節(jié)，是中央空調(diào)主機節(jié)能的關混崇式冷票隊圖2-1 KT-CCS系統(tǒng)的組成KT-CCS勺空調(diào)主機調(diào)節(jié)，由下列方法實現(xiàn)：（1）在制冷（熱）機組的冷量調(diào)節(jié)中，引入變頻變?nèi)萘空{(diào)節(jié)技術。（2）采用先進的制冷劑流量控制技術，精確控制蒸發(fā)溫度。（3）對于主機自身沒有冷量調(diào)節(jié)功能的制冷（熱）機組，采取多臺壓縮機分級制冷 （熱）和變頻變?nèi)萘空{(diào)節(jié)技術。（4）對于大型制冷（熱）機組一般都具有冷量調(diào)節(jié)裝置，制冷（熱）機組的制冷（熱） 量可隨冷負荷的要求而變化。制冷機組的的冷量調(diào)節(jié)，除吸收式以外，均是在不改變制 冷（熱）工況的前提下，通過改變壓縮機的輸氣量，進而改變供液量以調(diào)節(jié)蒸發(fā)器產(chǎn)冷 量

12、。如表2-1所小。上述冷量調(diào)節(jié)過程中，隨著環(huán)境溫度和末端室溫的變化，壓縮機仍存在精細調(diào)節(jié)的表2-1 制冷（熱）機組冷量調(diào)節(jié)制冷（熱）機組型式調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)范圍（為活塞式氣缸卸載能量調(diào)節(jié)30, 66, 100螺桿式卸載滑閥調(diào)節(jié)10100離心式入口導流葉片開啟度調(diào)節(jié)30100吸收式蒸汽量閥門開度調(diào)節(jié)無極空間。表2-1中，活塞式、離心式壓縮機的制冷（熱）調(diào)節(jié)，都是以節(jié)流方式進行的, 并未改變壓縮機功率。通過變頻變?nèi)萘空{(diào)節(jié)，可快速、準確地調(diào)整壓縮機頻率，使壓縮 機時刻處于最佳運行狀態(tài)，以節(jié)省因頻繁起動時，為保證正常的制冷（熱）循環(huán)、建立 冷凝、蒸發(fā)壓力差所消耗的功率。2.3中央空調(diào)從動系統(tǒng)的節(jié)能調(diào)節(jié)中央

13、空調(diào)從動系統(tǒng)由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及冷卻塔風機系統(tǒng)等部分組 成，如圖2-2所示。0I一 9冷卻水塔一二房間冷卻水進水塞里塞和 盤 管 曾：風：二 機；至人妄陋（a）冷卻水系統(tǒng)（b）冷凍水系統(tǒng)圖2-2 循環(huán)水系統(tǒng)功率配置一般為：（1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng) 循環(huán)動力來自冷凍泵，其功率一般在 11kMJ 132kW（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 循環(huán)動力來自冷卻泵，其功率一般在 11kMJ 132kW（3）冷卻塔系統(tǒng) 為冷水降溫提供風力，風機功率一般在 3kMJ 15kW當制冷（熱）機的負荷發(fā)生變化時，冷凍水、冷卻水的需求量和冷卻塔的冷卻風量 也將發(fā)生相應的變化，必須做出相應的調(diào)節(jié)。由于水循環(huán)系統(tǒng)動力來自

14、于交流電機拖動的泵類機械，按照傳統(tǒng)設計，這些泵類機械均運行在定流量狀態(tài)，不能根據(jù)負荷的變化來調(diào)速運行，因此浪費大量電力。本系統(tǒng) 采用變頻調(diào)速技術來控制中央空調(diào)從動系統(tǒng)，通過改變泵類設備的轉(zhuǎn)速（即改變流量）， 跟蹤需求，更好地解決壓差平衡，大大地節(jié)約電能損耗。2.4數(shù)據(jù)采集及控制單元數(shù)據(jù)采集及控制單元，可根據(jù)動態(tài)過程特征識別，基于模糊控制理論自適應地調(diào)整 運行參數(shù)，實現(xiàn)中央空調(diào)水系統(tǒng)真正意義上的變溫差、變壓差、變流量運行，使控制系 統(tǒng)具有高度的跟隨性和應變能力，以獲得最佳的控制效果。冷凍水冷卻水末端室內(nèi)溫度蒸汽壓力 冷凝壓力 電量出口水溫 入口水溫 流量出口水溫 入口水溫 流量圖2-3 KT-C

15、CS控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及控制單元功能示意圖（1）對冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)采集及控制單元采用了模糊預測算法，當環(huán)境溫度、空調(diào)末端負荷發(fā)生變化時,各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計、壓差傳感器和溫度傳 感器將檢測到的這些參數(shù)送至控制及數(shù)據(jù)處理單元，依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷 史運行數(shù)據(jù)，實時預測計算出末端空調(diào)負荷所需的制冷（熱）量，以及各路冷凍水供回 水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的 轉(zhuǎn)速，改變其流量，使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在最優(yōu)值。KT-CC繇統(tǒng)對冷凍水系統(tǒng)采用了輸出能量的動態(tài)控制，實現(xiàn)了空調(diào)主機冷媒

16、流量跟隨末端負荷的需求供應，使空調(diào)系統(tǒng)在各種負荷情況下， 都能既保證末端用戶的舒適性, 又最大限度地節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗(2)對冷卻水循環(huán)系統(tǒng)及冷卻塔風量的控制KT-CC繇統(tǒng)對中央空調(diào)冷卻水及冷卻塔風量的調(diào)節(jié)采用模糊優(yōu)化的控制方法，當環(huán) 境溫度、空調(diào)末端負荷發(fā)生變化時，中央空調(diào)主機的負荷率將隨之變化，系統(tǒng)的最佳轉(zhuǎn) 換效率也隨之變化?？刂茊卧趧討B(tài)預測控制冷媒循環(huán)的前提下，依據(jù)所采集的空調(diào)系 統(tǒng)實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，計算出冷卻水最佳進、出口溫度，并與檢測到的實 際溫度進行比較，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和冷卻塔風量，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率逼進不同負荷 狀態(tài)下的最佳值，保證中央空調(diào)系統(tǒng)在各種負荷條件下，

17、均處于最佳工作狀態(tài)，從而實 現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)能耗最大限度的降低。三、中央空調(diào)運行節(jié)能控制系統(tǒng)的效能KT-CCS系統(tǒng)的應用效果(1)運行安全、穩(wěn)定、可靠，功能指標到達設備技術要求；(2)直觀顯示運行參數(shù)、自動化程度較高，能及時、準確地自動跟蹤末端空調(diào)負荷 運行；(3)實現(xiàn)了空調(diào)泵組的軟啟動、軟停止、運行平滑穩(wěn)定，較大地改善了設備的啟停 性能和運行磨損；(4)系統(tǒng)具有強大的管理功能和安全保護功能，確保整個空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化、安全 的運行；(5)實現(xiàn)了中央空調(diào)系統(tǒng)最大限度的節(jié)能，系統(tǒng)(主機、冷凍水泵、冷凍水泵、冷 卻塔風機)綜合節(jié)電率達25%Z上。節(jié)能效果舉例某大酒店空調(diào)使用面積48000M2空調(diào)總制冷量1

18、800冷噸，共設有4臺空調(diào)機組, 單位面積設計制冷量 250W/m2中央空調(diào)系統(tǒng)原設計為定流量運行，無自動控制系統(tǒng)和 BA系統(tǒng)。(1)原中央空調(diào)系統(tǒng)設備配置表3-1某大酒店中央空調(diào)系統(tǒng)的配置設備名稱參數(shù)電機功率(kW )數(shù)量(臺)離心式空調(diào)主機單機制冷量：450USRt3134一次冷凍水泵流里：265m/ h 揚程：64m754冷卻水泵油：288m3/ h 揚程：62.5m754冷卻塔風機154節(jié)能改造前，該項目年耗電220萬kWh電費185萬元。(2)節(jié)能效益實施節(jié)能改造后，每年節(jié)約電量54萬kWh每年減少電費支出45萬元人民幣(系統(tǒng) 綜合節(jié)能率25%綜合電價按0.848元/kWh計算)。按

19、照行業(yè)標準折算，即每年可節(jié)約 216噸標準煤，每年可減排：CO 排放：540000*900/106= 486 噸；SQ 排放：540000*11/106 = 5.94 噸；NO 排放：540000*3/106 = 1.62 噸；由此可見，節(jié)能改造的實施不僅節(jié)約了大量的能源，還減少了煤炭燃燒所產(chǎn)生的廢 氣排放和溫室氣體排放，對環(huán)境保護起到了巨大的作用。四、商業(yè)模式EMC合作方式合同能源管理(ENERGY MANAGEMENT CONI)RAC稱EMC是70年代在西方發(fā)達 國家開始發(fā)展起來一種基于市場運作的全新的節(jié)能新機制。我國于上世紀九十年代起， EMC馬到政府和企業(yè)的積極支持和響應。2010年我國政府為促進節(jié)能服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展對合 同能源管理進一步加大了支持力度，將合同能源管理納入中央財政支持范圍，相繼出臺 了五部全國適用的財政資金管理政策。合同能源管理是由節(jié)能服務公司通過與用能客戶簽訂節(jié)能服務合同，為客戶提供包 括：能源審