中央空調智能控制系統(tǒng)解決方案.ppt

中央空調智能節(jié)能解決方案 珠海微能節(jié)能科技有限公司 WW WAYENER COM 一 中央空調能耗浪費大的原因 1 系統(tǒng)設計時留有余量 大于全年最大負荷的10 15 2 中央空調機組運行時輸出冷量與冷負荷需求不能實行動態(tài)最佳匹配 3 中央空調主機與輔助設備如冷凍水泵 冷卻水泵在運行中消耗功率無法實現(xiàn)最佳匹配 4 中央空調系統(tǒng)運行不能實現(xiàn)智能化管理和有效調節(jié) 1 冷水機組能耗分析中央空調系統(tǒng)中能耗最大的設備屬冷水機組 冷水機組按照制冷方式分為壓縮式和吸收式 壓縮式又分為 容積型 活塞式 螺桿式 渦旋式 機組和速度型 離心式 機組 其動力能源是消耗電能為主的按照其額定制冷量和制冷效率 一般的額定輸入功率從30kw 1000kw 而吸收式冷水機組 溴化鋰機型 是以消耗熱能 以燃油 燃氣 為主 制冷主機組的目的是生產低溫 7 的冷凍水 所以供 出 水溫度的高低和制取冷凍水量的多少直接影響機組的負荷 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 回水溫度高 機組負荷大 二 中央空調能耗分析 2 循環(huán)水系統(tǒng)能耗分析冷凍水循環(huán)泵 簡稱 冷凍泵 主要提供冷凍水循環(huán)的動力 其輸入功率一般從7 5kw到220kw 傳統(tǒng)的設計冷凍泵為定流量泵 輸出功率隨輸出冷凍水流量的多少有少量變化 但變化不太大 冷卻水循環(huán)泵 簡稱 冷卻泵 主要提供冷卻水循環(huán)的動力 其輸入輸入功率一般從7 5kw到220kw 傳統(tǒng)的設計冷卻泵為定流量泵 輸出功率恒定不變 冷卻塔風機主要為冷卻水降溫提供風力 其輸入輸入功率一般從1 5kw到37kw 傳統(tǒng)的設計冷卻塔風機為恒速風機 輸出功率恒定不變 3 末端能耗分析空氣處理機 風機盤管 水冷風柜 是進行室內空氣溫度調節(jié)的末端設備 其中風機提供了室內空氣循環(huán)所需要的動力 通常采用恒速定風量風機 額定功率從0 5kw到45kw 但數(shù)量較多 新風機 回風機 排風機提供了新風供應 回風和排風的動力 額定功率一般從2kw到55kw 4 其他能耗分析中央空調的設計往往是按照當?shù)氐臍庀筚Y料 最高 低氣溫 和建筑物的特點而設計的 并考慮到最大能量 冷 熱量 需求 還要預留10 至20 的設計余量 所以主機 水泵 風機都有很大的余量 由于季節(jié)的輪轉和晝夜溫差的變化 中央空調全年以最大功率運行的時間很短 一般不足1 所以大量恒速電機存在很大的節(jié)能空間 沒有安裝中央集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的中央空調 因使用管理問題 往往會造成更大的能源浪費 用戶的維護意識淡薄也是造成中央空調效率降低的原因之一 1 遠程管理控制方案 可選 可在工程部辦公室建立遠程管理控制中心 對中央空調進行隨時智能化的監(jiān)控管理 將大大提高對中央空調設備及使用系統(tǒng)的管理效率 降低相關工作人員的工作負荷 上位機 人機界面 管理及控制方案上位機控制及管理軟件采用珠海微能節(jié)能科技有限公司自主研發(fā)的節(jié)能及控制管理軟件平臺 該軟件主要考慮空調主機最佳能效來調控中央空調系統(tǒng)輔機設備 在保障系統(tǒng)安全和滿足制冷需求的前提下力求節(jié)能降耗 監(jiān)控畫面主要完成 冷凍循環(huán)水泵進出口壓力值和溫度值 冷卻循環(huán)水進出口壓力和溫度設定值 冷卻塔進出水溫度值 設備運行狀態(tài)監(jiān)視 工藝過程參數(shù) 溫度 壓力的測量值 的實時記錄與顯示 報警記錄與歷史數(shù)據(jù)記錄 計劃任務的制訂 報表生成管理與數(shù)據(jù)日志打印等功能 三 中央空調節(jié)能解決方案介紹 2 下位機 現(xiàn)場智控子站 管理及控制方案主要接受來自上位機 工控PC 的各種啟?？刂泼?工藝參數(shù)設定值 運行方式選擇命令等 同時向上位機PC傳送執(zhí)行元件的工作狀態(tài) 現(xiàn)場實際溫濕度 壓力 流量 電流 電壓 頻率 功率測量值等 通過準確高速 穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸 實現(xiàn)對控制系統(tǒng)各個部分的實時監(jiān)督與控制功能 在下位機 現(xiàn)場智控子站 軟件中分別對各個部分做了詳盡的控制編程設計 PLC 其他功能 諸如 手動 自動方式選擇 變頻故障自動更換備用泵或工頻自動投運 計劃任務方式選擇識別 故障與報警處理 負荷均衡輪值運行等功能都做細致的設計 見下頁控制方框圖 2 冷凍水系統(tǒng)控制方案控制原理 制冷時 冷凍水供水溫度7 回水溫度12 設定后 由空調主機提供7 的冷凍水 當檢測出冷凍水回水溫度高于12 時 表示終端負荷加重 這時應提高冷凍水泵的轉速或開啟第二臺冷凍水泵 直到冷凍水回水溫度到達設定值12 為止 反之 當檢測冷凍水回水溫度低于12 時 意味著終端負荷減輕 此時應降低冷凍水泵的轉速或關閉其中一臺水泵 直到冷凍水回水溫度到達12 為止 考慮能夠保證冷凍循環(huán)水在管網中的順暢流動 因此 設定了一個對應的泵的轉速低限 變頻器輸出頻率低限 如可設定在30Hz 在此速度下變頻器的輸出頻率將不再降低 控制策略 在中央空調系統(tǒng)設定空調主機的冷凍水總管的供水溫度 回水溫度和回水總管的壓差后 由現(xiàn)場安裝的傳感器檢測這些測量值 上位機在設置的采樣頻率下讀取溫度傳感器的參數(shù) 并與設定值比較 經模糊運算后 輸出準確的控制信號 調節(jié)冷凍水變頻器的輸出頻率或工作臺數(shù) 改變冷凍水供水流量 3 冷卻水泵控制方案控制策略 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的運行控制方式與冷凍循環(huán)水系統(tǒng)運行控制方式基本一致 均按上位機通信指令執(zhí)行 以基準壓力 流量需求為下限 控制原理 當檢測出冷卻水進 回水溫差高于3 時 表示主機負荷加重 這時應提高冷卻水泵的轉速或開啟第二臺冷卻水泵 直到冷卻水溫差在3 之內 反之 當檢測冷卻水溫差在3 之內時 意味著主機負荷減輕 此時應降低冷卻水泵的轉速或關閉其中一臺水泵 直到冷卻水溫差在3 之內 考慮能夠保證冷卻循環(huán)水在管網中的順暢流動 因此 設定了一個對應的泵的轉速低限 變頻器輸出頻率低限 如可設定在30Hz 在此速度下變頻器的輸出頻率將不再降低 1 節(jié)電率分析a 冷水機組在正常運行情況下 可節(jié)能5 15 左右 b 冷凍系統(tǒng)在正常運行情況下 可節(jié)能15 35 左右 c 冷卻系統(tǒng)在正常運行情況下 可節(jié)能15 35 左右 一般整體節(jié)電率為28 2 投資效益分析 珠海某案例介紹 a 中央空調全年運行365天 每天運行按24小時計算 年耗電1891585度 節(jié)電率25 以上 b 年節(jié)約電費合計 1891585度 25 0 8元 度 37 83萬元c 設備投資費用 30 2萬元 d 投資回收期 30 2萬元 37 83萬元 9 5個月 四 節(jié)電率及投資效益分析 中央空調智控節(jié)能系統(tǒng)是集工業(yè)計算機控制技術 模糊控制技術 系統(tǒng)集成技術 現(xiàn)場總線控制技術和智能驅動技術為一體的閉環(huán)自動控制系統(tǒng) 實現(xiàn)了對中央空調冷凍水系統(tǒng) 冷卻水系統(tǒng)及冷卻塔風機系統(tǒng)的變流量智能控制 科學地實現(xiàn)了中央空調的供冷量隨末端負荷需求量變化而變化 在保障末端舒適度的前提下 最大限度地減少了空調系統(tǒng)的能源浪費 達到最佳節(jié)能的目的 中央空調智控節(jié)能系統(tǒng)運用全新的方案解決思路 不僅對中央空調各系統(tǒng)進行全面控制 而且采用了軟件與硬件給合及系統(tǒng)集成技術 將各個控制系統(tǒng)在物理 邏輯和功能上互聯(lián)一體 實現(xiàn)了他們之間的數(shù)據(jù)共享 運行監(jiān)控 故障報警及各種節(jié)能仿真計算等功能 五 中央空調智控節(jié)能系統(tǒng)簡介 5 1系統(tǒng)組成結構 主要包括冷凍水進出水溫度 冷卻水進出水溫度 蒸發(fā)壓力 冷凝壓力 主機電流 主機負荷率等主要參數(shù)的監(jiān)控 大多數(shù)的空調主機均具有開放的網絡通信接口 可通過其數(shù)據(jù)通訊協(xié)議直接獲取機組運行各種參數(shù) 并實現(xiàn)遠程控制 如開利19XR型空調主機就可以用PIC ICVC控制系統(tǒng)與空調網絡CCN接口進行集中群控 沒有PC接口或未知設備數(shù)據(jù)通訊協(xié)議 則通過溫度傳感器 壓力傳感器 電量傳感器等變送元件實現(xiàn)各監(jiān)測參數(shù)的模擬量化 并由數(shù)據(jù)采集卡或數(shù)據(jù)采集模塊將其轉換為數(shù)字信號 通過數(shù)據(jù)網絡與工作站計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊 1 冷水機組運行監(jiān)控 1 冷水機組數(shù)據(jù)控制 中央空調主機是整個空調系統(tǒng)中的用電大戶 其耗電比例占整個系統(tǒng)中的60 70 甚至更多 對空調主機的控制和管理成為本節(jié)能管理系統(tǒng)的首要任務 具體控制策略是 上位機根據(jù)下位機 現(xiàn)場智控子站 送來的相關工況參量 分析計算出系統(tǒng)實時的需冷量 從而決定主機的開機臺數(shù)并指令下位機執(zhí)行 假設 當一臺主機的制冷量不夠時 自動增加投入第二臺 相反 當一臺主機制冷量已能滿足要求時 則自動停止一臺主機 當一臺主機不夠而二臺又有多 或是一臺主機都有多時 則一臺主機以變頻運行調節(jié)制冷量 這樣便能有效解決主機系統(tǒng)因大馬拉小車情況而造成的具大能源浪費 2 冷水機組節(jié)能控制 冷凍 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的運行主要依據(jù)上位機計算結果決定流量的增減 水泵運行的頻率及數(shù)量均由上位機計算妥當 并以通信方式指令下位機執(zhí)行 當上位機指令需要減少流量時 系統(tǒng)會按其指令減小變頻器的輸出頻率或減少水泵運行數(shù)量 但泵的速度減少時 考慮能夠保證冷凍循環(huán)水在管網中的順暢流動 因此 設定了一個對應的泵的轉速低限 變頻器輸出頻率低限 在此速度下變頻器的輸出頻率將不再降低 相反 當上位機批令需要增加相關流量時 系統(tǒng)根據(jù)指令來增加水泵的運行頻率及增加水泵的運行數(shù)量 能量 比熱容r 流量Q 溫差 T 3 水系統(tǒng)管理與控制 控制系統(tǒng)的所有監(jiān)控參數(shù) 都是由數(shù)據(jù)采集模塊或數(shù)據(jù)采集卡來完成的 通過RS 485通信網絡實現(xiàn)計算機工作站向空調系統(tǒng)各個部分進行同步控制 數(shù)據(jù)計算及控制功能由HY AIM計算機中央控制站完成 4 數(shù)據(jù)采集和控制 中央控制站 上位機 是整個節(jié)能管理系統(tǒng)的核心部分 控制及管理軟件采用本公司自主研發(fā)的節(jié)能及控制管理軟件平臺 該軟件主要考慮空調主機最佳能效來調控中央空調系統(tǒng)主機及輔機設備 在保障系統(tǒng)安全和滿足制冷需求的前提下力求節(jié)能降耗 監(jiān)控畫面主要完成 冷凍循環(huán)水泵進出口壓力值和溫度值 冷卻循環(huán)水進出口壓力和溫度設定值 冷卻塔進出水溫度值 設備運行狀態(tài)監(jiān)視 工藝過程參數(shù) 溫度 壓力的測量值 的實時記錄與顯示 報警記錄與歷史數(shù)據(jù)記錄 計劃任務的制訂 報表生成管理與數(shù)據(jù)日志打印 數(shù)據(jù)及能耗分析等功能 5 中央控制站 風系統(tǒng)主要是有風柜 空氣處理機組 風機盤管等設備構成 依據(jù)空調區(qū)域負荷變化時間序列 遠程控制風柜各個風機的啟停實現(xiàn)有級調節(jié)送風量 也可變頻調節(jié)空氣處理機組實現(xiàn)送風量的無級調節(jié) 根據(jù)室內CO2濃度控制系統(tǒng)新風量 比例調節(jié)閥及電動閥接受智控子站輸出的DC4 20mA標準模擬量信號完成對應的開度變化 達到連續(xù)調節(jié)管道開度 就能有效調節(jié)各區(qū)域的冷量平衡又能達到節(jié)約電能的目的 6 送風與閥門系統(tǒng)的管理和控制 所有的數(shù)據(jù)采集信號由串口通訊 R232 R485 R422等 網路接入計算機工作站 工作站獨立完成空調系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集 后臺數(shù)據(jù)分析與數(shù)學模型尋優(yōu) 遠程控制等工作 7 通信網絡系統(tǒng) 8 操作員與工程師工作站 智能控制系統(tǒng)和中央空調系統(tǒng)的操作全部可以在辦公桌面來實現(xiàn) 同時實時的數(shù)據(jù)可以進行分析和統(tǒng)計 5 2系統(tǒng)功能 普通級可對系統(tǒng)各種運行狀態(tài)或運行參數(shù)進行監(jiān)視 無須進行身份認證 操作員級具有普級的所有權級 經過操作員身份認證后 可獲得對系統(tǒng)各種設備的控制權限 管理員 或工程師 級具有操作員級的所有權限 經過管理員 或工程級 身份認證后 可對操作員進行增刪 1 操作界面 在CRT上能夠動態(tài)地顯示制冷中心主要設備的運行狀態(tài)及工藝參數(shù) A 設備狀態(tài)冷水機組的運行 停止 故障狀態(tài) 單位時間能耗 累計能耗 單位時間制冷 熱 量 累計制冷 熱 量 累計運行時間 累計故障次數(shù)等 水泵 風機 的運行 停止 故障狀態(tài) 運行功率 單位時間能耗 累計能耗 累計運行時間 累計故障次數(shù)等 閥門的開 關狀態(tài) 累計動作次數(shù) 累計故障次數(shù)等 B 熱工參數(shù)參與系統(tǒng)進行控制及調節(jié)的各個溫度 濕度 壓力 差 流量 熱量等的檢測 顯示或累計 2 運行狀態(tài)監(jiān)控 控制系統(tǒng)對所控設備或執(zhí)行機構至少有3種控制模式 分別為 系統(tǒng)自動控制按照預先設定的設備關聯(lián)方案 時間表 節(jié)能優(yōu)化方案 由控制程序自動實現(xiàn)設備或執(zhí)行機構進行啟動 停止或調節(jié)操作 就地人工干預控制在各個設備或執(zhí)行機構的電氣控制成套設備上 由操作人員在現(xiàn)場直接進行啟動 停止或調節(jié)操作 B 設備 執(zhí)行機構 關聯(lián) 自動關聯(lián)按照設備運行的時間或設備故障情況 由程序自動組合設備 執(zhí)行機構 之間的關聯(lián)關系 人工關聯(lián)由操作員要據(jù)實際需用制訂關聯(lián)計劃 來指這設備 執(zhí)行機構 之間的關聯(lián)關系 3 系統(tǒng)控制模式 控制系統(tǒng)應拉供必要的接口 便于操作員設置和修正控制參量 如 冷卻水泵電機遠程手動控制設置 調節(jié)閥開度設置 主機冷凍水出口溫度低溫報警點 主機冷卻