Smart2中央空調變流量優(yōu)化系統(tǒng)

一、中央空調系統(tǒng)節(jié)能的必要性及可行性

對于中央空調來說，按照國家標準，系統(tǒng)的 大負載能力是按照氣溫 高，負荷 大的工作環(huán)境來設計的，就系統(tǒng)本身來說，存在著很大的儲備空間，而實際上系統(tǒng)又很少在這些極限條件下工作。根據有關資料統(tǒng)計，中央空調設備 97% 的時間是在 70% 負荷以下波動運行，所以實際負荷總不能達到滿負荷（即通常所說的“大馬拉小車”）；特別是冷氣需求量較少的情況下，主機負荷量低，主機耗能嚴重。目前，冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，但冷凍水泵、冷卻水泵和盤管風機不能隨負荷變化作出相應調節(jié)，存在很大浪費。

為了保證有較好的運行狀態(tài)和較高的運行效率，主機能在一定范圍內根據負載的變化合理的加載和卸載，不讓與之相配套的冷卻水泵、冷凍水泵和冷卻塔風機一直在高負荷狀態(tài)下運行；提高中央空調冷卻水、冷凍水系統(tǒng)運行效率；降低能耗較大且運行時間較長的設備的工作時間，所以，進行中央空調節(jié)能變流量運行是必要的和可行的。

二、“Smart2中央空調變流量優(yōu)化系統(tǒng)”節(jié)能原理

將傳統(tǒng)的中央空調機組定流量控制系統(tǒng)改為變流量控制系統(tǒng)。將空調主機冷凍水定流量控制的方法,改變成滿足空調主機運行根據工況變化的變流量控制系統(tǒng)。所謂變流量就是實時跟蹤末端空調系統(tǒng)負荷的變化情況，根據末端冷熱量需求的變化實時調整冷熱量的供給，實現空調主機供水的變流量控制，達到 佳的節(jié)能效果。

第一、冷凍水系統(tǒng)的節(jié)能

冷凍水系統(tǒng)采用人工智能優(yōu)化技術。當環(huán)境溫度、空調末端負荷發(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送至Smart2系統(tǒng)，系統(tǒng)控制器依據所采集的實時數據及系統(tǒng)的歷史運行數據，實時計算出末端空調負荷所需的制冷量，以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的 佳值，并以此調節(jié)各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉速，改變其流量使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在系統(tǒng)控制器給出的 優(yōu)值，實現空調主機冷媒流量跟隨末端負荷的需求供應，使空調系統(tǒng)在各種負荷情況下，都能既保證末端用戶的舒適性，又 大限度地節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗。

第二、冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能

當環(huán)境溫度、空調末端負荷發(fā)生變化時，中央空調主機的負荷率將隨之變化，主機冷凝器的 佳熱轉換溫度也隨之變化。系統(tǒng)控制器依據所采集的實時數據及系統(tǒng)的歷史運行數據，計算出主機冷凝器的 佳熱轉換溫度（拐點溫度）及冷卻水 佳出、入口溫度，并以此調節(jié)冷卻水泵的輸出頻率及冷卻塔風機的運行臺數，控制冷卻水泵轉速和冷卻塔風機臺數，動態(tài)調節(jié)冷卻水的流量和冷卻塔風機的數量，使冷卻水的進、出口溫度逼近系統(tǒng)控制器給出的 優(yōu)值，從而保證中央空調主機隨時處于 佳轉換效率狀態(tài)下運行，始終保持 佳的能效比（即COP值），從而降低了空調主機的能量消耗，同時因冷卻水泵和冷卻塔風機經常在低于額定負荷下運行，也 大限度地節(jié)約了冷卻水泵和冷卻塔風機的能量消耗。

第三、制冷主機的節(jié)能

（1） 自適應啟/停智能控制器將 大限度地減少設備的能耗，根據冷凍水溫度和過去的冷負荷慣性/反應時間，來自動調節(jié)冷水機－泵－冷卻塔的啟/停時間，來逐個控制冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔和冷水機組。

（2） 冷水機排序/選擇用戶可以選定超前/滯后冷水機，并重新安排其順序。智能控制器將自動預測冷負荷需求/趨勢，并根據過去的能效、負荷需求、冷水機－泵－冷卻塔的功率和待命冷水機的情況來自動選擇設備的 優(yōu)組合。用戶可以交替地選擇 優(yōu)/同等的冷水機組運行時間。冷凍水和冷卻水閥門將根據冷水機的選定情況來開/關。智能控制器系統(tǒng)能夠控制冷水機的任何配置。用戶可以在某個現場位置啟動冷水機組，也可以選擇自動啟動。任何冷水機得到開機命令卻未能啟動的，應按指定要求發(fā)出報警。控制器得到報警后，啟動下一臺 適合的機組。

（3） 優(yōu)冷水機負荷分配冷水機的能耗是 令人關注的，它由壓縮方式、冷媒、制冷量、壓縮機規(guī)格和換熱器規(guī)格等因素構成。智能控制器將根據能效和 優(yōu)設備組合來自動為每臺冷水機分配負荷。智能控制器在保持冷凍水的供/回水設定值狀態(tài)的同時，也將重新設定每臺冷水機的冷凍水出口溫度，以優(yōu)化機組的負荷分配。

（4） 冷凍水重設冷水機組將根據下列方法之一（用戶可選）來自動重設/調節(jié)冷凍水的出口溫度

對于單臺冷水機或一般供水情況，保持冷凍水的供水溫度恒定（例如7℃）；保持冷凍水的回水溫度恒定（例如12℃）； 冷水機的冷卻水入口溫度應降低到與出口溫度相差3℃的范圍內，以減少揚程，并獲得 大限度的節(jié)能

（5） 低負荷控制

不允許單臺冷水機在低于可選工況點（如30%的負荷）下運行，除非只有單臺冷水機用于承擔冷負荷。當冷負荷低于25%時，智能控制器將選擇冷水機啟?？刂疲员愠浞职l(fā)揮其能效；或根據冷負荷慣性/反應時間和檔案數據來選擇連續(xù)運行。

（6） 斷電后自動啟動

當發(fā)生斷電時，所有設備將停機一段時間，這段時間的長短可以選定。然后，設備將依次啟停，以 大限度地減少功率的峰值需求。

（7） 備用冷水機的自動啟動

當冷水機或輔助設備不能啟動，或因緊急故障而停機時，備用冷水機及其相關輔助設備應自動啟動。

（8） 故障報警

智能控制器靠正反饋和/或緊急故障電路來識別并確認冷水機、泵和冷卻塔風機的故障，同時將顯示報警信息。

（9） 降溫時間的需求限制

冷水機啟動后，在達到滿負荷之前，可以在一段可選的時間范圍內逐步給機組加載，使其功率達到一個可選的極限值。

（10） 冷卻塔控制

冷卻塔風機將按照冷水機的運行來自動啟停。為了實現能效 優(yōu)，冷卻塔風機的啟/?？筛鶕渌畽C功率增量來自動選擇。

（11） 泵排序和控制

泵先于冷水機啟動，并根據冷水機的運行和冷負荷需求來排序。

（12）通過網絡協(xié)議與冷水機組的數據通訊，讀取制冷機組的全部技術參數。

本公司提供的控制方法是：通過網絡協(xié)議與冷水機組進行通信，讀取冷熱水機組的全部參數，執(zhí)行VFP空調節(jié)能管理軟件進行優(yōu)化控制。由于具備了對冷熱水機組全面的監(jiān)控功能和通訊能力，被控機組對于Smart2系統(tǒng)來說已經不再是一個黑匣子，在中央工作站可以全面綜合地了解多臺制冷機組的運行狀態(tài)及參數，只有充分了解機組的詳細參數，才能進行專業(yè)的控制。

第四、末端的節(jié)能

首先，中央空調末端一般是通過比例閥控制器調節(jié)熱交換器進水口閥門開度的方式，是以增加進水的阻力來減少流體(冷凍水)在熱交換器中的流動速度，這樣就以浪費一大部分冷凍水的動能來達到調溫，然而浪費的這一部分動能恰恰是中央空調的冷凍泵所給予，冷凍泵電機是要消耗電能，也就是采用比例閥調溫浪費了一部分的電能。通過Smart2變流量優(yōu)化系統(tǒng)則剛好可以節(jié)省冷凍泵所消耗的能耗。其次，盤管風機是以電機來驅動的，然而電機長期是以滿速運行(即以工頻運行)，這樣風機的機械轉動部分易產生磨損，機械磨損之后增加了風機電機的負載，甚至引起電機故障，減少了電機的使用壽命。

解決方案：

中央空調末端不是通過調節(jié)熱交換器進水口閥門開度來調溫而是通過電子方式來調溫，這樣節(jié)省了一大部分的電能，而且風機電機不是以滿速運行，盤管風機電機是根據室內的負荷變化有效調節(jié)風機電機的轉速，來調節(jié)風量達到調溫目的，這樣既節(jié)省了電能，又大大地減少風機的機械轉動部分磨損，增加了電機的使用壽命，同時還消除了各個熱交換器進水口閥門之間的影響。風機電機采用交流變頻調速技術后，實現了零電流、零電壓的軟啟動，消除了電機啟動時對電網的沖擊，而且還大大地降低電機運行時的噪音。

三、“Smart2變流量優(yōu)化系統(tǒng)”的構成

將中央空調系統(tǒng)變流量控制節(jié)能設備分成下列4部分組成，各自具各自的功能。

1） 智能優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)：主要有工業(yè)控制計算機、通信接口組成；主要用于整個中央空調系統(tǒng)的參數設置、優(yōu)化、協(xié)調和遠程監(jiān)控。

2） 智能控制器：主要有PLC，頻率監(jiān)控器；主要用于多泵的按邏輯有序切換控制。

3） 變頻控制器：主要用于電機的啟動和速度控制。

4） 多點的溫度、壓力檢測：用于空調機組的性能參數及運行工況的實時監(jiān)測，是空調機組變流量控制不可缺少的要素。

由工控計算機、智能優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)、變頻器及傳感器等組成，變流量節(jié)能控制裝置的關鍵元器件，全部采用國際著名廠商的高可靠性產品，硬件和軟件設置了多級電氣互鎖，確保了系統(tǒng)安全可靠地運行，工作壽命達 10萬小時。

四、“變流量節(jié)能優(yōu)化控制”系統(tǒng)的功能

第一、系統(tǒng)功能：

1）參數設置
　 ·設置冷凍（溫）水總管供回水壓差、溫度；
　 ·設置冷卻水總管進出水溫度；
　 ·狀態(tài)監(jiān)測功能
　 ·監(jiān)測空調主機開 / 停及故障狀態(tài)；
　 ·監(jiān)測冷凍（溫）水總管供回水壓差、溫度、流量；
　 ·監(jiān)測冷卻水總管供回水溫度；
　 ·監(jiān)測各泵組、冷卻塔風機運行和故障狀態(tài)；
　 ·監(jiān)測變頻器運行頻率，運行和故障狀態(tài)。
·啟動自動/手動運行狀態(tài)
2） 控制功能
　 ·啟動自動/手動運行狀態(tài)
·空調主機啟 / 停及聯(lián)動控制；
　 ·冷凍（溫）水總管供回水壓差、溫度差控制；
　 ·冷卻水總管進出水壓力和溫度差控制；
·冷卻塔風機溫度自適應環(huán)境條件自動控制；
　 ·上位機多系統(tǒng)集成及參數優(yōu)化控制。
3） 管理功能
·操作員管理及操作記錄；
系統(tǒng)管理員可方便地為各操作員分配操作權限，系統(tǒng)自動記錄各操作員所進行的操作行為及相關內容。
4） 故障復位
·空調主機故障復位；
·冷溫水系統(tǒng)故障復位；
·冷卻水系統(tǒng)故障復位；
·冷卻塔風機故障復位。
5）運行模式
·管理員模式：機房操作員可以對各種設備隨需要而開啟，還可以對一些設定參數的默認值作出修改。

·單機聯(lián)動模式：可以實現對單臺主機系統(tǒng)的聯(lián)動控制。

·智能模式：可以實現無人值守機房，系統(tǒng)可根據自身的設定自動運行。

6）本、遠控功能。

遠程控制是通過監(jiān)控系統(tǒng)進行控制，可以分為管理員模式，單機聯(lián)動模式，智能模式。本地控制是通過就地控制柜進行控制，可以分為: 手動調頻控制，工頻旁路控制。

7)計時計費功能：系統(tǒng)提供主機、冷凍水泵、冷卻水泵等設備的能耗記錄及實時再現。

8)曲線數據分析：系統(tǒng)提供冷凍水進出水溫度、水泵頻率，系統(tǒng)能效曲線等以便對整個空調系統(tǒng)運行情況作全面分析。

9）故障報警記錄：各個設備發(fā)生故障的時間、內容，分析和查找故障提供幫助。

10)事件記錄：對操作的事件內容記錄。

第二、為了使系統(tǒng)中主要設備運行安全可靠，具有以下保護功能：

A 冷凍水供水低溫保護

當空調主機冷凍水供水溫度低于設定的下限值時，一級泵系統(tǒng)的冷凍水泵或二級泵系統(tǒng)的一次冷凍水泵應立即進入低溫保護運行模式，快速提高冷凍水供水溫度，直至溫度值不低于設定的下限值為止，以保障空調主機蒸發(fā)器不致因溫度過低而結冰凍管

B冷凍水低流量保護：

當空調主機冷凍水供水流量低于設定的下限值時，一級泵系統(tǒng)的冷凍水泵或二級泵系統(tǒng)的一次冷凍水泵應立即進入低流量保護運行模式，快速增大冷凍水流量，直至流量值不低于設定的下限值為止，以保障空調主機蒸發(fā)器的安全

C冷凍（溫）水供回水低壓差保護：

當冷凍（溫）水供回水壓差小于設定的下限值時，系統(tǒng)應自動采取增大冷凍（溫）水供回水壓差的措施，直至壓差值不低于設定的下限值為止，以保障用戶空調末端的空調效果。

D冷凍（溫）水供回水高壓差保護：

當冷凍（溫）水供回水壓差大于設定的上限值時，系統(tǒng)應自動采用減小冷凍（溫）水供回水壓差的措施，直至壓差值不高于設定的上限值為止，以保障管路系統(tǒng)的安全。

E 冷卻水出水高溫保護：

當空調主機冷卻水的出水溫度高于其設定的上限值時，系統(tǒng)應自動采取措施，降低冷卻水的出水溫度，直到冷卻水出水溫度不高于設定的上限值為止，以保障主機安全運行。

F電源缺相保護：

當輸入電源缺相時，系統(tǒng)設備提供電氣自動保護。

G過電壓保護：

在被控電動機減速過程中，當再生能量過大，超過了制動電阻的消耗量，使直流環(huán)路電壓超過規(guī)定值時，系統(tǒng)設備提供電氣自動保護。

H過電流保護：

當電流過大，超過容許的范圍時，系統(tǒng)設備提供電氣自動保護。

I欠電壓保護：

當電源電壓異常，低于規(guī)定值時，系統(tǒng)設備提供電氣自動保護。

J輸出短路保護：

當輸出端相間短路時，系統(tǒng)設備提供電氣自動保護。

K接地故障保護：

當輸出端單相接地時，系統(tǒng)設備提供電氣自動保護。

五、節(jié)能效果

空調水系統(tǒng)和風系統(tǒng)節(jié)能
　　“變流量節(jié)能優(yōu)化控制”系統(tǒng)通過對空調負荷的動態(tài)跟蹤，實時調節(jié)空調冷凍水系統(tǒng)流量、實時調節(jié)冷卻水系統(tǒng)流量、冷卻塔風機的風量（臺數），使其跟隨負荷的變化而同步變化， 大限度地節(jié)省了電能的消耗，對空調水系統(tǒng)和風系統(tǒng)節(jié)電高達 50%--70%。通過變流量控制器，對空調主機各工質參數實時采集和智能模糊運算，并進行實時動態(tài)調整，使空調主機始終保持在 佳工況下運行，從而實現主機節(jié)能 10%--30% 。末端系統(tǒng)調節(jié)閥的能耗部分通過變流量優(yōu)化系統(tǒng)而節(jié)能，通過對風機電機的交流變頻調速技術后，實現了風機40%以上的節(jié)能。

可以根椐用戶的實際情況定制，價格面議。