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一、機(jī)房空調(diào)行業(yè)現(xiàn)狀
受益于我國宏觀政策對于公共基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度加大以及機(jī)房空調(diào)企業(yè)的強(qiáng)勢擴(kuò)張,近三年我國機(jī)房空調(diào)市場走出一個“持續(xù)上揚”的“大陽春”。市 場調(diào)查數(shù)據(jù)顯示:自2009年以來我國機(jī)房空調(diào)市場保持著平均30%左右的高速增長,一直以“高利潤、高門檻、大產(chǎn)業(yè)”著稱,機(jī)房空調(diào)市場作為未來重要的 利潤增長點,成為中外企業(yè)在奪得家用空調(diào)市場之后的新戰(zhàn)略高地。2011年,我國機(jī)房空調(diào)市場的總體銷售額約為540億元,同比2010年增長了 28.6%。2012年上半年,我國機(jī)房空調(diào)市場銷售額繼續(xù)攀升,全國總?cè)萘砍^300億元。據(jù)業(yè)界預(yù)計,未來國內(nèi)機(jī)房空調(diào)市場仍將以年均約20%的速度 增長。
隨著建筑業(yè)、工業(yè)廠礦的發(fā)展及生活質(zhì)量的提高,人們對機(jī)房空調(diào)產(chǎn)品的需求日益加大,需求范圍和需求層次也呈現(xiàn)復(fù)雜化和多樣化的發(fā)展趨勢。同時, 機(jī)房空調(diào)已開始在多聯(lián)機(jī)、輕型商用機(jī)、水源熱泵系統(tǒng)、地燃熱泵系統(tǒng)、精密空調(diào)以及智能網(wǎng)絡(luò)控制等系列產(chǎn)品上的系統(tǒng)布局。同時還實現(xiàn)從傳統(tǒng)建筑市場向地鐵高 鐵、電信基站、化工行業(yè)、精裝修住宅、政府采購、賓館酒店等細(xì)分市場的多元化拓展。目前機(jī)房空調(diào)正面臨著產(chǎn)品革新引發(fā)的新一輪市場競爭,而節(jié)能環(huán)保的低碳 產(chǎn)品將在未來的機(jī)房空調(diào)市場中占據(jù)主流地位。如何從技術(shù)層面實現(xiàn)低碳節(jié)能,是當(dāng)下機(jī)房空調(diào)生產(chǎn)商以及相關(guān)企業(yè)們面臨的一致問題。到目前,國內(nèi)機(jī)房空調(diào)品牌 廠商以及機(jī)房空調(diào)節(jié)能自控企業(yè)以低碳環(huán)保為理念不斷創(chuàng)新。技術(shù)、品牌與節(jié)能概念成為廣大廠商的廣泛共識。
二、機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高。機(jī)房空調(diào)的應(yīng)用越來越廣泛,其耗電量也越來越大,一些大中城市機(jī)房空調(diào)用電量已占城市總用電量的 20%以上,占建筑物耗能的70%以上。目前,機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時設(shè)計,且留有10%-20%左右的設(shè)計余量,而實際上在一年 中,滿負(fù)載下運行最多只有十多天,甚至十多個小時,幾乎絕大部分時間負(fù)載都在低負(fù)荷下運行,而與主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵、空氣處理機(jī)組送風(fēng)機(jī)幾乎長期 在100%負(fù)載下運行,不能自動調(diào)節(jié)負(fù)載,造成了能量的極大浪費造成很多能源浪費。機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)存在巨大的節(jié)能空間。
2012年5、6月份以來,節(jié)能環(huán)保相關(guān)政策密集出臺,政策利好不斷,空調(diào)市場情緒持續(xù)升溫?!?ldquo;十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出,目前我國節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)2萬億元,從業(yè)人數(shù)2800萬人。預(yù)計到2015年,節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到4.5萬億元。
機(jī)房空調(diào)是建筑節(jié)能的最重要環(huán)節(jié),機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能市場將迎來巨大發(fā)展機(jī)遇, 能夠分食節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)這一市場蛋糕毫無疑問成為相關(guān)企業(yè)必爭之地。
智能建筑是社會信息化與經(jīng)濟(jì)全球化的必然產(chǎn)物,是多學(xué)科、高新技術(shù)的巧妙集成。近年來隨著自控技術(shù)的不斷發(fā)展和硬件成本的持續(xù)下降,計算機(jī)自控 在暖通空調(diào)領(lǐng)域有了更多應(yīng)用。妥善地將自控技術(shù)運用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制管理中,可以有效地改善系統(tǒng)運行品質(zhì),節(jié)省運行能耗,提高管理水平,并減少運行管 理勞動強(qiáng)度,取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
1、節(jié)能原理
1)、循環(huán)泵節(jié)能原理
由于機(jī)房空調(diào)設(shè)計是按照滿足建筑物的最大負(fù)荷設(shè)計,運行時,水循環(huán)系統(tǒng)幾乎長期在大流量、小溫差的狀態(tài)下運行。根據(jù)流體力學(xué)理論,水泵的流量與 水泵的轉(zhuǎn)速成正比,功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比,因此:當(dāng)系統(tǒng)實際所需的供水流量降低時,可以相應(yīng)地降低水泵的轉(zhuǎn)速,而水泵的功耗以三次方的指數(shù)關(guān)系降 低。如下表:
毫無疑問,水泵變頻時,水泵是節(jié)能的,按照為了滿足空調(diào)主機(jī)最低開機(jī)需要的35HZ以上來考核,水泵的最大節(jié)電率可達(dá)到65.7%。
2)、主機(jī)節(jié)能原理
大型機(jī)房空調(diào)主機(jī)一般都有多級壓縮機(jī)設(shè)計,多級壓縮機(jī)都可以獨立運行,其同時開機(jī)數(shù)量是根據(jù)用戶側(cè)能源消耗量來控制。
在機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)實際應(yīng)用中,用戶側(cè)的能源消耗量的大小,是通過空調(diào)水系統(tǒng)的流量和溫差來體現(xiàn),通過檢測水系統(tǒng)供回水流量機(jī)溫差,把采集參數(shù)輸送給空調(diào)主機(jī),主機(jī)預(yù)設(shè)程序會根據(jù)參數(shù)來調(diào)節(jié)壓塑機(jī)的開啟臺數(shù)。
當(dāng)流量不變時,溫差過小,說明能源供給過剩,空調(diào)主機(jī)程序會自動停止部分壓縮機(jī),減少主機(jī)耗電量,從而達(dá)到提高主機(jī)能效比、節(jié)能降耗的目的。
3)、冷卻塔節(jié)能原理
根據(jù)冷卻水出/回水溫度的變化來確定冷卻塔風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇的運行臺數(shù)、運行頻率,在滿足要求的情況下盡量減少設(shè)備的運行臺數(shù),既達(dá)到節(jié)能的目的又減少了設(shè)備的損耗。
冷卻塔效率的定義是:
其中:Tlcw為冷卻塔進(jìn)水溫度(冷機(jī)冷凝器出水溫度);Tecw為冷卻塔出水溫度(冷機(jī)冷凝器回水溫度);Ts為室外濕球溫度。
氣水比的定義是:
其中:ma為經(jīng)過冷卻塔風(fēng)扇的空氣質(zhì)量流量(kg/s);mw為冷卻水量(kg/s)
從上圖曲線可以看出:氣水比在0.8以下,氣水比越大,冷卻塔效率越高,達(dá)到0.8以上效果不是太明顯。我們可以通過此規(guī)律,來改變冷卻塔的運行臺數(shù)和風(fēng)扇電機(jī)的頻率,來實現(xiàn)冷卻塔效率和電能消耗比的最大值,從而達(dá)到延長設(shè)備壽命、降低能耗的目的。
2、機(jī)房空調(diào)節(jié)能措施
1)、空調(diào)建筑的節(jié)能
(1)、合理設(shè)計圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。建筑物內(nèi)的冷熱量可以通過房間的墻壁、門窗等傳遞出處,因此建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能在建筑的節(jié)能中起著很重要的作用。
(2)、提高門窗氣密性。比如,設(shè)計中可采用密閉性良好的門窗。加設(shè)密閉條是提高門窗氣密性的重要手段。
(3)、對于供冷負(fù)荷較大的建筑物,其表面顏色以淺色為好。建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計時要把熱容量大的材料放在外圍護(hù)層的室內(nèi)側(cè),而把熱容量小的保溫材料放在外側(cè)以減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱負(fù)荷。
2)、合理利用環(huán)境因素
室外溫度較低時(尤其在夜間),注意房間的通風(fēng)、白天注意采用遮陽措施、空調(diào)運行時盡量關(guān)閉門窗等都是節(jié)約能耗的有效措施。
3)、應(yīng)用智能節(jié)能自控技術(shù)
應(yīng)用智能節(jié)能自控技術(shù)對機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制,是目前較為有效的電子控制手段。特別是智能集成控制系統(tǒng)模塊的出現(xiàn),降低了技術(shù)應(yīng)用門檻,一 般應(yīng)根據(jù)建筑耗能的實際情況,采用不同的智能集成系統(tǒng)控制解決方案達(dá)到節(jié)能目的。它能夠依據(jù)空調(diào)的實際運行情況,而自動的對空調(diào)的運行參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)的最 優(yōu)調(diào)節(jié),達(dá)到降低能耗的目的。
同時,隨著智能建筑的發(fā)展,建立與之配套的空調(diào)智能自控系統(tǒng)也是不可缺少的,它對空調(diào)系統(tǒng)的運行起著關(guān)鍵作用??照{(diào)自控系統(tǒng)雖然增加了投資,但 可以在保持良好的室內(nèi)環(huán)境的基礎(chǔ)上節(jié)省運行費用。一個設(shè)計合理和運行管理良好的自控系統(tǒng)既可以大幅度地節(jié)省運行費用,使業(yè)主在較短的時間內(nèi)收回投資,也可 以提高自動化服務(wù)質(zhì)量,降低對外部環(huán)境的影響。
三、機(jī)房空調(diào)節(jié)能自控技術(shù)應(yīng)用
機(jī)房空調(diào)節(jié)能自控系統(tǒng)是利用系統(tǒng)集成的方法,將智能型計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)與建筑技術(shù)有機(jī)結(jié)合,通過對設(shè)備的自動監(jiān)控、對信息資源的高效管理、對使用者提供充足的信息服務(wù),給建筑物提供安全、高效、舒適、節(jié)能、便利和靈活的優(yōu)質(zhì)環(huán)境。
通過節(jié)能自控技術(shù)的用用,實現(xiàn)對能源中心機(jī)電設(shè)備、空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組以及末端風(fēng)機(jī)盤管的調(diào)節(jié)和控制,在滿足用戶使用要求前提下,最大限度的減少機(jī)電設(shè)備的耗電量,從而達(dá)到機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的目的,同時最大限度的減少建筑物的使用能耗。
1、能源中心設(shè)備的全面調(diào)節(jié)與控制
目前,主機(jī)系統(tǒng)帶有以微處理器為核心的單元控制器,該單元控制提供有關(guān)蒸發(fā)器及冷凝器的進(jìn)出口溫度、水流開關(guān)壓縮機(jī)的進(jìn)出氣壓力及溫度等。
(1)、機(jī)組采用群控方案,完成對熱泵自動連鎖控制,完成對目標(biāo)的監(jiān)視、查詢和報警。在機(jī)組正常運行時,系統(tǒng)積累運行時間,機(jī)組發(fā)生故障時,可及時在主控制器顯示、報警。
(2)、系統(tǒng)通過采集空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)供回水溫度、壓力、流量值,計算全樓的總負(fù)荷及空調(diào)水循環(huán)量,根據(jù)空調(diào)水總供應(yīng)量、回水壓差,自動調(diào)節(jié)冷凍水旁通閥以保證管內(nèi)壓力的穩(wěn)定。
(3)、根據(jù)工作時間的安排,改變系統(tǒng)的設(shè)定數(shù)值。如在白天辦公時間段設(shè)定值與夜間無人時間段不同。
(4)、可根據(jù)命令啟停壓縮機(jī),根據(jù)冷凍機(jī)房出口設(shè)定值調(diào)整壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉閥等,并可設(shè)定冷凍水出口溫度等。安裝水溫傳感器,流量傳感器等以監(jiān)視這些主機(jī)的工作狀態(tài)。
2、空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組的全面調(diào)節(jié)與控制
在機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中,為了提高室內(nèi)舒適度及空氣新鮮度、潔凈度等,需補(bǔ)充適量新風(fēng),并且新風(fēng)量在空調(diào)冷熱負(fù)荷中所占比重很大。
在新風(fēng)空調(diào)機(jī)組的風(fēng)道及典型區(qū)域的送風(fēng)道上安裝溫濕度傳感器,通過調(diào)節(jié)機(jī)組盤管水流量和加濕法進(jìn)行流量控制,使溫度符合要求,每臺新風(fēng)、空調(diào)機(jī)組的表冷器盤管上和加濕蒸汽管上的電動調(diào)節(jié)閥及執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受附近配置的控制器控制,實現(xiàn)一對一集散式控制;
系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)溫濕度值,計算溫濕度負(fù)荷,自動決定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的檔位,進(jìn)行風(fēng)量控制,滿足室內(nèi)外舒適的要求。機(jī)組工作時,根據(jù)室內(nèi)外溫濕度及設(shè)定的 溫濕度,決定新風(fēng)閥的開度,聯(lián)動控制排風(fēng)閥、旁通閥的開啟,實現(xiàn)節(jié)能運行,機(jī)組停止工作時,新風(fēng)閥、排風(fēng)閥保持關(guān)閉狀態(tài),回風(fēng)閥保持全開狀態(tài)。
通過對節(jié)能自控技術(shù)的應(yīng)用,能源中心機(jī)電設(shè)備控制,在滿足用戶使用要求前提下,最大限度的減少機(jī)電設(shè)備的耗電量。
3、風(fēng)機(jī)盤管的監(jiān)測與控制
在機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中,冷暖設(shè)備除新風(fēng)機(jī)組和空調(diào)機(jī)組外,還大量使用風(fēng)機(jī)盤管。它的作用類似于空調(diào)機(jī)組。
目前,市場上有兩種控制器,一種是盤管控制器為DDC控制,并具備與主機(jī)通訊功能。這種控制器可通過中心控制,并可調(diào)節(jié)冷水及冷機(jī),但價格較 貴,使用不多。另一種是不具備通訊功能的盤管控制器,可按照水系統(tǒng)的連接情況,將風(fēng)機(jī)盤管分為若干組。每組的支路入口處安裝流量計、供回水壓差變送器及供 回水溫度傳感器。本樓采用后一種控制。
四、鄭州春泉機(jī)房空調(diào)節(jié)能自控系統(tǒng)應(yīng)用特點
鄭州春泉暖通節(jié)能設(shè)備有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的CZK機(jī)房空調(diào)節(jié)能自控管理系統(tǒng),其由機(jī)房空調(diào)末端能耗監(jiān)控系統(tǒng)和能源中心集中監(jiān)控系統(tǒng)兩部分組 成,利用現(xiàn)場計量、采集、分析、控制、反饋等自動化采集裝置,通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)對建筑內(nèi)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計分析。通過優(yōu)化計算對相關(guān)能耗設(shè)備 進(jìn)行集中自動控制,從而實現(xiàn)能耗統(tǒng)計、能源審計和建筑節(jié)能的目的。
1、末端能耗監(jiān)控系統(tǒng)
為機(jī)房空調(diào)末端風(fēng)機(jī)盤管研發(fā)設(shè)計的CFP-J201型能耗監(jiān)控器,可把末端風(fēng)機(jī)盤管組成一個整體的、可控的有機(jī)整體,對其進(jìn)行科學(xué)的管理,實現(xiàn)末端設(shè)備耗能的減少,同時提供節(jié)能數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、分析和審計的依據(jù)。其主要特點為:
1)、溫度控制節(jié)能
根據(jù)國家相關(guān)政策,公共建筑內(nèi)房間溫度設(shè)定,冬天不能超過20℃,夏天不低于26℃。根據(jù)測算,建筑物內(nèi)房間溫度夏天每降低1℃,空調(diào)系統(tǒng)增加 耗能20%~40%,相反設(shè)定溫度每提高1℃,系統(tǒng)將節(jié)能20%~40%。本產(chǎn)品具有溫度控制功能,根據(jù)節(jié)能和環(huán)境需要設(shè)定不同的溫度。
2)、時間控制節(jié)能
本系統(tǒng)具有定時開關(guān)機(jī)和分時段實用功能。定時開關(guān)機(jī)可設(shè)在上班前下班后的最近的一個時間點,這樣即可防止提前開機(jī)的浪費,又可杜絕下班后忘關(guān)空調(diào)長時間開機(jī)的浪費。據(jù)統(tǒng)計這種空調(diào)使用浪費現(xiàn)象可節(jié)約30%以上。
3)、區(qū)域監(jiān)控節(jié)能
可根據(jù)不同區(qū)域使用情況,進(jìn)行末端風(fēng)機(jī)盤管的分區(qū)管理,通過對公共區(qū)域(如走廊、前廳、衛(wèi)生間、會議室、公共教室等)的指定運行,達(dá)到按需使用的目的。
4)、管理模式節(jié)能
本產(chǎn)品提供多種管理方式,能夠?qū)δ┒嗽O(shè)備進(jìn)行集中管理、遠(yuǎn)程管理、細(xì)化管理,通過一臺電腦管理系統(tǒng)內(nèi)所有末端設(shè)備,克服了粗放式管理所造成的應(yīng)用浪費,方便運行管理。同時,通過技術(shù)手段促進(jìn)行為節(jié)能,提高節(jié)約意識。
2、能源中心系統(tǒng)
機(jī)房空調(diào)功率占建筑總能耗的70%以上,對機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控,實現(xiàn)機(jī)房空調(diào)運行自動化,根據(jù)用戶的機(jī)房空調(diào)需求量實時調(diào)整機(jī)房空調(diào)主機(jī)的能量供應(yīng),是建筑節(jié)能的所在。
由于機(jī)房空調(diào)設(shè)計時通常按極端環(huán)境條件設(shè)計和受設(shè)備選型影響,存在較大設(shè)計冗余,又由于氣候環(huán)境條件和使用時間、室內(nèi)人數(shù)、電器使用情況、系統(tǒng)效率等多種因素的變化,造成末端負(fù)荷的實際需求變化幅度很大。
而傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷控制以機(jī)房空調(diào)的供回水溫度為依據(jù)的余量自控方式,運行采用壓差旁通管方式恒流量運行,無法跟蹤末端負(fù)荷變化,產(chǎn)生大流量小溫差現(xiàn)象,主機(jī)效率(COP值)下降,輔機(jī)系統(tǒng)仍大負(fù)荷運轉(zhuǎn),浪費大量能量。
我們公司研發(fā)生產(chǎn)的能源中心節(jié)能自控系統(tǒng)針對傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)運行中存在大量耗能問題而研制開發(fā)的高科技產(chǎn)品,利用機(jī)房空調(diào)計費系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù) 和機(jī)房空調(diào)能量中心設(shè)備的運行特性,采用負(fù)荷隨動跟蹤方式,依據(jù)機(jī)房空調(diào)計量裝置實時采集的機(jī)房空調(diào)末端需求負(fù)荷的變化,運用計算機(jī)和變頻技術(shù),根據(jù)末端 負(fù)荷的變化,采集多種變化參數(shù),經(jīng)過負(fù)荷隨動優(yōu)化計算,運用多種變化參數(shù)自動對冷凍水泵,冷卻水泵,冷卻塔風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行實時優(yōu)化控制,使得主機(jī)和系統(tǒng)跟 隨末端負(fù)荷變化而變化,確保機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)滿足舒適的前提下,機(jī)房空調(diào)主機(jī)運行能效實現(xiàn)最大化,大幅度的降低系統(tǒng)能源消耗。其主要特點為:
1)、負(fù)荷隨動,同步調(diào)節(jié)
能源中心供給的能量和末端消耗的能量不對等,中心共多少,末端就用多少,供能平衡往往很難達(dá)到。因為平衡調(diào)節(jié)是靠值班人員觀察中心回水溫度來決 定是否增加或減少設(shè)備開停數(shù)量,但是這種平衡調(diào)節(jié)過程十分漫長,往往需要1~2個小時,當(dāng)系統(tǒng)好不容易達(dá)到相對平衡時,已經(jīng)快要下班關(guān)機(jī)了。能源浪費了, 舒適的工作環(huán)境也沒有達(dá)到。
我們公司通過專有的負(fù)荷隨動、同步調(diào)節(jié)技術(shù),通過管理平臺即時采集到的末端風(fēng)機(jī)盤管開啟數(shù)量、耗能情況,進(jìn)行統(tǒng)計和分析,數(shù)據(jù)同步提供給能源中 心節(jié)能自控系統(tǒng),用于對機(jī)房設(shè)備的開啟數(shù)量、輸送比例及能源生產(chǎn)量調(diào)節(jié)的依據(jù)。因為本系統(tǒng)共用一個管理平臺,數(shù)據(jù)采集、設(shè)備調(diào)節(jié)幾乎沒有時間差,系統(tǒng)平衡 調(diào)節(jié)時間短,基本可視為同步調(diào)節(jié)。這樣,工作區(qū)域溫差變化不大,辦公環(huán)境非常舒適,能源中心設(shè)備開啟合理,避免能源浪費。
2)、延長設(shè)備使用壽命
系統(tǒng)自動統(tǒng)計單臺設(shè)備的開機(jī)時間,達(dá)到設(shè)定值后自動切換到同類備用設(shè)備,使能源中心設(shè)備運行時間保持平衡,避免單臺設(shè)備的過度開機(jī)造成的設(shè)備故障或損壞,致使維修成本增加,供能的中斷,甚至減少系統(tǒng)的使用壽命。
通過合理開機(jī)設(shè)定,減少設(shè)備開機(jī)次數(shù),避免頻繁開機(jī)造成對設(shè)備的沖擊損害。
3)、提前預(yù)知設(shè)備故障
通過系統(tǒng)設(shè)定對需要定期保養(yǎng)的設(shè)備的運行時間,提醒工作人員定期對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng),做到防范于未然。否則等到發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時,已經(jīng)需要對設(shè)備進(jìn)行大修甚至報廢。