空调系统节能与网络集中空调

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1、空调系统节能与网络集中空调空调系统节能与网络集中空调空调系统节能与网络集中空调摘 要：本文通过对空调制冷系统存在问题及节能潜力的分析，提出了基于 IT 技术的网络中央空调理论，详细介绍了网络中央空调的技术构架，对网络控制与 BACnet 等空调自控进行了比较。针对节能问题，本文介绍了一些网络中央空调的节能技术，初步分析了其节能效益。本文最后通过具体实例分析，进一步阐述网络中央空调在实际工程中的应用。关键词：系统节能、COP.sys、网络中央空调、Internet、BACnet 一、 引言我国国民经济的持续快速发展带动了能源消费的高速增长，目前我国能源供给已呈现出紧张局面。由于国家大力倡导节能降

2、耗，节能已成为我国国策，国家“十一五规划”提出要节能 20，建设部提出建筑节能要达到 60。降低空调系统运行能耗是建筑节能的重要内容，本文针对此现状，对空调系统存在问题和节能潜力进行了分析，并较详细地介绍了网络中央空调这一新技术。二、 空调系统存在问题及节能潜力分析根据资料显示，北京市的宾馆、饭店、商厦、写字楼等大型公共建筑仅占民用建筑的 5.4，但全年用电量却接近全北京市居民生活用电量的 40，单位面积年均耗电量是普通住宅的 10-15 倍。据2004 年有关专家调查结果显示，通过加强运行管理、对设备进行改造以及改善过渡季节设备运行方式等措施，可普遍节电 10到 20左右。此外，空调系统在设

3、计上一般保险系数过大，设备之间不匹配，普遍存在“大马拉小车”现象，节能潜力约 10到 20。综合各项节能措施，大型公共建筑的节能潜力应在 30以上。而中央空调系统能耗约占建筑总能耗的 40601，是建筑耗能大户，具有巨大的节能潜力。目前空调制冷系统采用智能化控制的不足 1/5，由于系统的开放性、兼容性和使用效果较差，普遍存在“重建设轻管理，重设备轻系统节能，空调系统与楼宇智能系统无法兼容，能耗高管理难”的现象。针对空调系统管理差、能耗大、控制成本高这一难题，博瑞公司利用先进的 Internet 技术，成功研发出了网络中央空调系统，该技术得到了国家科技部、建设部和中国制冷学会等相关部门和业内专家

4、学者的认可和支持。网络中央空调具有优越的性价比，它不仅造价低，还可以通过网络中央空调的能量管理系统最大限度的减少能量消耗，降低运行管理成本,提升了国内空调系统的运行管理水平。三、 网络中央空调技术构架经过科学分析论证,本文提出了网络中央空调创新概念，其技术构架由三个层面组成。= 1 * GB3 网络设备层：采用通用网络控制器(nDDC)，将Internet 中广泛应用的 TCP/IP 技术和微处理器集成在通用直接数字控制器中，使传统 DDC 发生了质的飞跃-即通用网络 DDC(nDDC)。nDDC 具有智能采集控制执行能力和网络连接能力，从而便捷地实现了设备与中央控制柜的联网，使空调制冷设备升

5、级为网络型设备。= 2 * GB3 网络控管层：以用户局域网络为基础，建立局域网络空调控制管理系统（BCNS） 。网络控管系统（BCNS）是网络中央空调的核心控制和管理层，它负责对各个设备信息采集、数据存储分析和指挥管理控制，对网络化设备层发来的数据进行分类存储、分析判断、处理诊断，并通能量管理系统过对空调系统进行系统节能化控制，按最优运行策略实现对空调系统的远程控制，达到智能化运行，专家管理系统对可能出现的故障进行预警，为空调系统的运行维护和优化调整积累基础数据，使空调系统的运行维护更加科学化、专业化，确保系统在安全、可靠、经济的状态下运行。= 3 * GB3 在线管理层：网络中央空调在线管

6、理系统(BCMS)是博瑞网络中央空调系统的在线支持与服务系统，它可以通过Internet 在任何地域实时掌控用户空调系统运行状况、各机组负荷曲线、各关键地点的温度变化曲线等相关运行技术参数，了解空调系统的健康状况、协助用户解决系统不能处理的技术问题，处理空调系统的疑难故障，在需要时还可以人为地干预控制空调系统的运行。空调管理人员还可以随时了解当前消耗的电量、累计能耗、热转换效率等各种经济指标，为企业管理提供细致的基础数据。网络中央空调的软硬件组成如图 1 所示，主要包括：(1) BORRY 中央空调管理系统服务器 (2) LC2000NT 通用网络控制器(nDDC)（适用于网络型冷水机组、空调

7、机组、新风机组、机房辅助设备的网络化控制）(3)INTERNET 网络(4)BORRY BCNS 局域网络空调控管系统(包括能量管理系统和专家管理系统) (5) WWW.ChinaB 网络中央空调在线管理系统(BCMS)。 图 1 网络中央空调软硬件组成四、网络中央空调与其他类似技术的比较和分析楼宇自动化系统 BAS 出现于 20 世纪 70 年代末期。由于市场原因，各个厂家开发独立的通信协议，造成不同厂家控制设备之间的通信非常困难，最终用户的系统性能和投资效益受到损失。社会需求推动着技术向前发展，开发和使用开放的、统一的通信协议是社会和技术发展的必然趋势。目前我国 BAS 中使用两种主要通讯

8、协议：LonWork 和 BACnet 。这两种协议在通讯数据结构、数据传输方式、控制方式、成本、兼容性等方面与 Internet 网络还存在较大的区别。基于 BACnet 和LonWork 的空调系统网络化控制与 INTERNET 网络中央空调对比如下：自控协议 BACnetLonWorkTCP/IP提出者ASHRAE美国 Echelon 公司 InternetBORRY制定时间 二十世纪九十年代 二十世纪八十年代1999 年发展趋势 平稳下滑 缓慢增长快速增长技术特点监控设备之间的通讯数据结构 开放式分布式控制网络 监控网络设备间的数据传输在 InternetTCP/IP 平台上开放性、标

9、准化高、容易实现各种控制通讯介质 专线和桥架专线和桥架通用网线扩展性较难较难很容易数据容量 有限有限无限复杂程度 中 高 低施工难度 难 难 易厂商美国 Honeywell、Johnson、Siemens；技术实力雄厚，各厂家协议不同，产品兼容性差，造价昂贵 ，局限较大 微软，INTEL，思科等国际著名公司提供技术平台，BORRY 为运用服务商性价比价格较贵，性能局限，兼容较差价格低廉，兼容性强, 性能卓越网络中央空调打破了以往 BA 技术由少数国际大公司垄断，互换性差、造价昂贵及操作管理十分复杂的局面；更重要的是它可以实现“OACABA”三网合一，真正实现了数字楼宇；同时先进的网络中 央空调

10、在线管理系统(BCMS)，可以为广大的中央空调客户提供在线的专家级管理服务。五、 网络中央空调能量管理系统在空调系统节能中的应用网络中央空调是以系统节能为目的，它不是仅考虑单机的 COP 值，而是引入系统的 COP.sys 值，以系统高效节能为控制目标，将传统的单机能量控制提升到机群的能量控管，通过网络控制可便利地采用变水量、变水温、变风量、新风控制及蓄能等综合节能技术，实现系统节能。本文在此就网络中央空调的节能技术进行简要介绍。5.1 冷水机群及冷站的能调节能5.1.1 机群运行状态及系统效率 COP.sys冷水机组是空调系统的主要用能设备，其能耗夏季一般占到系统能耗的 60%左右，是节能研

11、究的主要对象。对于多台机组的冷冻站，网络中央空调可以根据实际空调负荷，通过控制系统调节机群运行状态及开启台数，使机组在效率较高的负荷工作区域内运行，始终高效节能，该措施一般可实现系统节能15左右。网络中央空调不仅要求冷水机组的 COP 值高，而且要求系统的COP.sys 也高，控制方法依据如下：网络中央空调通过实时监测负荷侧冷冻水的供、回水温度及冷冻水总流量，按下式即可计算出空调实际冷负荷，由此可得出空调系统要求机组提供的制冷量，从而决定开停冷水机组的台数、负荷调节及机组运行状态。EMBED Equation.3 式中 Q 空调冷负荷，KWC 冷冻水的比热， EMBED Equation.3

12、W 冷冻水流量，kg/sth 冷冻水回水温度，tg 冷冻水供水温度，对于整个冷冻站，如果以 EMBED Equation.3 、 EMBED Equation.3 表示各台机组的制冷量，以 EMBED Equation.3 、 EMBED Equation.3 表示每台机组的功耗（以轴功率表示） ，以 EMBED Equation.3 、 EMBED Equation.3 表示其它运转设备（水泵、冷却塔、风机等）的功耗（以轴功率表示） ， EMBED Equation.3 、 EMBED Equation.3 表示空调系统末端各设备的功耗，可以实时计算出以下数据：机群总制冷量： EMBED E

13、quation.3 机群总功耗： EMBED Equation.3 所有冷站设备总功耗： EMBED Equation.3 空调系统所有设备总功耗： EMBED Equation.3 冷水机群 EMBED Equation.3 值： EMBED Equation.3 冷站系统 EMBED Equation.3 值： EMBED Equation.3 空调系统 EMBED Equation.3 值： EMBED Equation.3 网络中央空调能量管理系统，以 COP.sys 为控制目标，可以实时监测及动态控制调节能量，可以定性定量的控制系统 COP.sys 以达到空调系统的高效节能。5.1.

14、2 冷冻水变水温、变水量调节在制冷系统中，冷凝温度不变时，蒸发温度越低，制冷机的效率越低。在房间负荷减小时，网络中央空调通过适当提高空调供冷水的温度，目前空调冷冻水供回水温度一般设定为 7/12，如冷冻水供水温度提高 1，可提高冷机的效率 13。如系统采用水泵变频技术，为保持冷机侧限定的流量，变水温与变水量综合进行调节，可以更好达到节能调节的目的。5.1.3 程序逻辑控制网络中央空调系统中，主机设备与其它设备根据逻辑关系运行，各设备能同时参与到整个系统中，受到网络中央空调程序逻辑控制，从而获得最佳的节能运行。通过程序逻辑控制，网络中央空调可以依据楼宇功能预定的运行时间实现设备的最佳启停，可以根

15、据负荷变化实现冷水机组及其它设备的节能逻辑运行。网络中央空调程序逻辑控制既能满足人们对空调环境的要求，又符合节能的原则，同时可有效避免由于人为操作不当对设备造成的不良影响。5.1.4 数据采集、能耗计量与管理网络中央空调通过实时监测、计量，为用户提供详细的运行记录。用户可以实时掌控空调系统的运行状况，耗电量，累计能耗等，可以为空调系统的运行、维护和优化调整积累基础数据，进一步提高空调系统的科学化管理。5.2 能量输送系统自控节能空调能量输送系统主要指空调冷冻水、冷却水、热水等输送设备及输送管道等，网络中央空调通过以下途径最大限度节省能耗：控制加大冷热水供回水温差和送风温差，以减少水流量、送风量

16、和输送动力消耗；对水泵、风机采用变频技术，通过变风量、变水量自动控制节省水泵、风机能耗。目前，变频技术已经广泛应用于水泵、风机的运行。5.2.1 水泵的节能在暖通空调工程中，当需要改变水量时，传统做法是通过使用水阀对系统的水量进行调整，这种调 节方法是以增加水泵运行能耗为代价的。网络中央空调系统采用变转速水泵代替水阀进行调节，通过调节水泵的开启台数及单台转速，实现对系统的水量调节,同时达到节能运行。变频调速技术的基础原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f(1-s)/p , (式中 n、f、s、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数)，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。根据水泵的相