Smart2中央空調(diào)變流量?jī)?yōu)化系統(tǒng)

一、中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的必要性及可行性

對(duì)于中央空調(diào)來說，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的 大負(fù)載能力是按照氣溫 高，負(fù)荷 大的工作環(huán)境來設(shè)計(jì)的，就系統(tǒng)本身來說，存在著很大的儲(chǔ)備空間，而實(shí)際上系統(tǒng)又很少在這些極限條件下工作。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)設(shè)備 97% 的時(shí)間是在 70% 負(fù)荷以下波動(dòng)運(yùn)行，所以實(shí)際負(fù)荷總不能達(dá)到滿負(fù)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(jī)負(fù)荷量低，主機(jī)耗能嚴(yán)重。目前，冷凍主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，但冷凍水泵、冷卻水泵和盤管風(fēng)機(jī)不能隨負(fù)荷變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大浪費(fèi)。

為了保證有較好的運(yùn)行狀態(tài)和較高的運(yùn)行效率，主機(jī)能在一定范圍內(nèi)根據(jù)負(fù)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(fēng)機(jī)一直在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行；提高中央空調(diào)冷卻水、冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行效率；降低能耗較大且運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的設(shè)備的工作時(shí)間，所以，進(jìn)行中央空調(diào)節(jié)能變流量運(yùn)行是必要的和可行的。

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

將傳統(tǒng)的中央空調(diào)機(jī)組定流量控制系統(tǒng)改為變流量控制系統(tǒng)。將空調(diào)主機(jī)冷凍水定流量控制的方法,改變成滿足空調(diào)主機(jī)運(yùn)行根據(jù)工況變化的變流量控制系統(tǒng)。所謂變流量就是實(shí)時(shí)跟蹤末端空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化情況，根據(jù)末端冷熱量需求的變化實(shí)時(shí)調(diào)整冷熱量的供給，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)供水的變流量控制，達(dá)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(shù)。當(dāng)環(huán)境溫度、空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，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(jì)、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測(cè)到的這些參數(shù)送至Smart2系統(tǒng)，系統(tǒng)控制器依據(jù)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算出末端空調(diào)負(fù)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(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(yùn)行在系統(tǒng)控制器給出的 優(yōu)值，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷的需求供應(yīng)，使空調(diào)系統(tǒng)在各種負(fù)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(dāng)環(huán)境溫度、空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，中央空調(diào)主機(jī)的負(fù)荷率將隨之變化，主機(jī)冷凝器的 佳熱轉(zhuǎn)換溫度也隨之變化。系統(tǒng)控制器依據(jù)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出主機(jī)冷凝器的 佳熱轉(zhuǎn)換溫度（拐點(diǎn)溫度）及冷卻水 佳出、入口溫度，并以此調(diào)節(jié)冷卻水泵的輸出頻率及冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，控制冷卻水泵轉(zhuǎn)速和冷卻塔風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和冷卻塔風(fēng)機(jī)的數(shù)量，使冷卻水的進(jìn)、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(diào)主機(jī)隨時(shí)處于 佳轉(zhuǎn)換效率狀態(tài)下運(yùn)行，始終保持 佳的能效比（即COP值），從而降低了空調(diào)主機(jī)的能量消耗，同時(shí)因冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)經(jīng)常在低于額定負(fù)荷下運(yùn)行，也 大限度地節(jié)約了冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的能量消耗。

第三、制冷主機(jī)的節(jié)能

（1） 自適應(yīng)啟/停智能控制器將 大限度地減少設(shè)備的能耗，根據(jù)冷凍水溫度和過去的冷負(fù)荷慣性/反應(yīng)時(shí)間，來自動(dòng)調(diào)節(jié)冷水機(jī)－泵－冷卻塔的啟/停時(shí)間，來逐個(gè)控制冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔和冷水機(jī)組。

（2） 冷水機(jī)排序/選擇用戶可以選定超前/滯后冷水機(jī)，并重新安排其順序。智能控制器將自動(dòng)預(yù)測(cè)冷負(fù)荷需求/趨勢(shì)，并根據(jù)過去的能效、負(fù)荷需求、冷水機(jī)－泵－冷卻塔的功率和待命冷水機(jī)的情況來自動(dòng)選擇設(shè)備的 優(yōu)組合。用戶可以交替地選擇 優(yōu)/同等的冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。冷凍水和冷卻水閥門將根據(jù)冷水機(jī)的選定情況來開/關(guān)。智能控制器系統(tǒng)能夠控制冷水機(jī)的任何配置。用戶可以在某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)位置啟動(dòng)冷水機(jī)組，也可以選擇自動(dòng)啟動(dòng)。任何冷水機(jī)得到開機(jī)命令卻未能啟動(dòng)的，應(yīng)按指定要求發(fā)出報(bào)警?？刂破鞯玫綀?bào)警后，啟動(dòng)下一臺(tái) 適合的機(jī)組。

（3） 優(yōu)冷水機(jī)負(fù)荷分配冷水機(jī)的能耗是 令人關(guān)注的，它由壓縮方式、冷媒、制冷量、壓縮機(jī)規(guī)格和換熱器規(guī)格等因素構(gòu)成。智能控制器將根據(jù)能效和 優(yōu)設(shè)備組合來自動(dòng)為每臺(tái)冷水機(jī)分配負(fù)荷。智能控制器在保持冷凍水的供/回水設(shè)定值狀態(tài)的同時(shí)，也將重新設(shè)定每臺(tái)冷水機(jī)的冷凍水出口溫度，以優(yōu)化機(jī)組的負(fù)荷分配。

（4） 冷凍水重設(shè)冷水機(jī)組將根據(jù)下列方法之一（用戶可選）來自動(dòng)重設(shè)/調(diào)節(jié)冷凍水的出口溫度

對(duì)于單臺(tái)冷水機(jī)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(jī)的冷卻水入口溫度應(yīng)降低到與出口溫度相差3℃的范圍內(nèi)，以減少揚(yáng)程，并獲得 大限度的節(jié)能

（5） 低負(fù)荷控制

不允許單臺(tái)冷水機(jī)在低于可選工況點(diǎn)（如30%的負(fù)荷）下運(yùn)行，除非只有單臺(tái)冷水機(jī)用于承擔(dān)冷負(fù)荷。當(dāng)冷負(fù)荷低于25%時(shí)，智能控制器將選擇冷水機(jī)啟?？刂?，以便充分發(fā)揮其能效；或根據(jù)冷負(fù)荷慣性/反應(yīng)時(shí)間和檔案數(shù)據(jù)來選擇連續(xù)運(yùn)行。

（6） 斷電后自動(dòng)啟動(dòng)

當(dāng)發(fā)生斷電時(shí)，所有設(shè)備將停機(jī)一段時(shí)間，這段時(shí)間的長(zhǎng)短可以選定。然后，設(shè)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(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)

當(dāng)冷水機(jī)或輔助設(shè)備不能啟動(dòng)，或因緊急故障而停機(jī)時(shí)，備用冷水機(jī)及其相關(guān)輔助設(shè)備應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)。

（8） 故障報(bào)警

智能控制器靠正反饋和/或緊急故障電路來識(shí)別并確認(rèn)冷水機(jī)、泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的故障，同時(shí)將顯示報(bào)警信息。

（9） 降溫時(shí)間的需求限制

冷水機(jī)啟動(dòng)后，在達(dá)到滿負(fù)荷之前，可以在一段可選的時(shí)間范圍內(nèi)逐步給機(jī)組加載，使其功率達(dá)到一個(gè)可選的極限值。

（10） 冷卻塔控制

冷卻塔風(fēng)機(jī)將按照冷水機(jī)的運(yùn)行來自動(dòng)啟停。為了實(shí)現(xiàn)能效 優(yōu)，冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟/停可根據(jù)冷水機(jī)功率增量來自動(dòng)選擇。

（11） 泵排序和控制

泵先于冷水機(jī)啟動(dòng)，并根據(jù)冷水機(jī)的運(yùn)行和冷負(fù)荷需求來排序。

（12）通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與冷水機(jī)組的數(shù)據(jù)通訊，讀取制冷機(jī)組的全部技術(shù)參數(shù)。

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

第四、末端的節(jié)能

首先，中央空調(diào)末端一般是通過比例閥控制器調(diào)節(jié)熱交換器進(jìn)水口閥門開度的方式，是以增加進(jìn)水的阻力來減少流體(冷凍水)在熱交換器中的流動(dòng)速度，這樣就以浪費(fèi)一大部分冷凍水的動(dòng)能來達(dá)到調(diào)溫，然而浪費(fèi)的這一部分動(dòng)能恰恰是中央空調(diào)的冷凍泵所給予，冷凍泵電機(jī)是要消耗電能，也就是采用比例閥調(diào)溫浪費(fèi)了一部分的電能。通過Smart2變流量?jī)?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(fēng)機(jī)是以電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的，然而電機(jī)長(zhǎng)期是以滿速運(yùn)行(即以工頻運(yùn)行)，這樣風(fēng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分易產(chǎn)生磨損，機(jī)械磨損之后增加了風(fēng)機(jī)電機(jī)的負(fù)載，甚至引起電機(jī)故障，減少了電機(jī)的使用壽命。

解決方案：

中央空調(diào)末端不是通過調(diào)節(jié)熱交換器進(jìn)水口閥門開度來調(diào)溫而是通過電子方式來調(diào)溫，這樣節(jié)省了一大部分的電能，而且風(fēng)機(jī)電機(jī)不是以滿速運(yùn)行，盤管風(fēng)機(jī)電機(jī)是根據(jù)室內(nèi)的負(fù)荷變化有效調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來調(diào)節(jié)風(fēng)量達(dá)到調(diào)溫目的，這樣既節(jié)省了電能，又大大地減少風(fēng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分磨損，增加了電機(jī)的使用壽命，同時(shí)還消除了各個(gè)熱交換器進(jìn)水口閥門之間的影響。風(fēng)機(jī)電機(jī)采用交流變頻調(diào)速技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了零電流、零電壓的軟啟動(dòng)，消除了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，而且還大大地降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音。

三、“Smart2變流量?jī)?yōu)化系統(tǒng)”的構(gòu)成

將中央空調(diào)系統(tǒng)變流量控制節(jié)能設(shè)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(jì)算機(jī)、通信接口組成；主要用于整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、優(yōu)化、協(xié)調(diào)和遠(yuǎn)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(jī)的啟動(dòng)和速度控制。

4） 多點(diǎn)的溫度、壓力檢測(cè)：用于空調(diào)機(jī)組的性能參數(shù)及運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是空調(diào)機(jī)組變流量控制不可缺少的要素。

由工控計(jì)算機(jī)、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(guān)鍵元器件，全部采用國(guó)際著名廠商的高可靠性產(chǎn)品，硬件和軟件設(shè)置了多級(jí)電氣互鎖，確保了系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，工作壽命達(dá) 10萬小時(shí)。

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(shù)設(shè)置
　 ·設(shè)置冷凍（溫）水總管供回水壓差、溫度；
　 ·設(shè)置冷卻水總管進(jìn)出水溫度；
　 ·狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能
　 ·監(jiān)測(cè)空調(diào)主機(jī)開 / 停及故障狀態(tài)；
　 ·監(jiān)測(cè)冷凍（溫）水總管供回水壓差、溫度、流量；
　 ·監(jiān)測(cè)冷卻水總管供回水溫度；
　 ·監(jiān)測(cè)各泵組、冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行和故障狀態(tài)；
　 ·監(jiān)測(cè)變頻器運(yùn)行頻率，運(yùn)行和故障狀態(tài)。
·啟動(dòng)自動(dòng)/手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)
2） 控制功能
　 ·啟動(dòng)自動(dòng)/手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)
·空調(diào)主機(jī)啟 / 停及聯(lián)動(dòng)控制；
　 ·冷凍（溫）水總管供回水壓差、溫度差控制；
　 ·冷卻水總管進(jìn)出水壓力和溫度差控制；
·冷卻塔風(fēng)機(jī)溫度自適應(yīng)環(huán)境條件自動(dòng)控制；
　 ·上位機(jī)多系統(tǒng)集成及參數(shù)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(quán)限，系統(tǒng)自動(dòng)記錄各操作員所進(jìn)行的操作行為及相關(guān)內(nèi)容。
4） 故障復(fù)位
·空調(diào)主機(jī)故障復(fù)位；
·冷溫水系統(tǒng)故障復(fù)位；
·冷卻水系統(tǒng)故障復(fù)位；
·冷卻塔風(fēng)機(jī)故障復(fù)位。
5）運(yùn)行模式
·管理員模式：機(jī)房操作員可以對(duì)各種設(shè)備隨需要而開啟，還可以對(duì)一些設(shè)定參數(shù)的默認(rèn)值作出修改。

·單機(jī)聯(lián)動(dòng)模式：可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)主機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制。

·智能模式：可以實(shí)現(xiàn)無人值守機(jī)房，系統(tǒng)可根據(jù)自身的設(shè)定自動(dòng)運(yùn)行。

6）本、遠(yuǎn)控功能。

遠(yuǎn)程控制是通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以分為管理員模式，單機(jī)聯(lián)動(dòng)模式，智能模式。本地控制是通過就地控制柜進(jìn)行控制，可以分為: 手動(dòng)調(diào)頻控制，工頻旁路控制。

7)計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)功能：系統(tǒng)提供主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵等設(shè)備的能耗記錄及實(shí)時(shí)再現(xiàn)。

8)曲線數(shù)據(jù)分析：系統(tǒng)提供冷凍水進(jìn)出水溫度、水泵頻率，系統(tǒng)能效曲線等以便對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況作全面分析。

9）故障報(bào)警記錄：各個(gè)設(shè)備發(fā)生故障的時(shí)間、內(nèi)容，分析和查找故障提供幫助。

10)事件記錄：對(duì)操作的事件內(nèi)容記錄。

第二、為了使系統(tǒng)中主要設(shè)備運(yùn)行安全可靠，具有以下保護(hù)功能：

A 冷凍水供水低溫保護(hù)

當(dāng)空調(diào)主機(jī)冷凍水供水溫度低于設(shè)定的下限值時(shí)，一級(jí)泵系統(tǒng)的冷凍水泵或二級(jí)泵系統(tǒng)的一次冷凍水泵應(yīng)立即進(jìn)入低溫保護(hù)運(yùn)行模式，快速提高冷凍水供水溫度，直至溫度值不低于設(shè)定的下限值為止，以保障空調(diào)主機(jī)蒸發(fā)器不致因溫度過低而結(jié)冰凍管

B冷凍水低流量保護(hù)：

當(dāng)空調(diào)主機(jī)冷凍水供水流量低于設(shè)定的下限值時(shí)，一級(jí)泵系統(tǒng)的冷凍水泵或二級(jí)泵系統(tǒng)的一次冷凍水泵應(yīng)立即進(jìn)入低流量保護(hù)運(yùn)行模式，快速增大冷凍水流量，直至流量值不低于設(shè)定的下限值為止，以保障空調(diào)主機(jī)蒸發(fā)器的安全

C冷凍（溫）水供回水低壓差保護(hù)：

當(dāng)冷凍（溫）水供回水壓差小于設(shè)定的下限值時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)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(shè)定的下限值為止，以保障用戶空調(diào)末端的空調(diào)效果。

D冷凍（溫）水供回水高壓差保護(hù)：

當(dāng)冷凍（溫）水供回水壓差大于設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)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(shè)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(hù)：

當(dāng)空調(diào)主機(jī)冷卻水的出水溫度高于其設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)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(shè)定的上限值為止，以保障主機(jī)安全運(yùn)行。

F電源缺相保護(hù)：

當(dāng)輸入電源缺相時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備提供電氣自動(dòng)保護(hù)。

G過電壓保護(hù)：

在被控電動(dòng)機(jī)減速過程中，當(dāng)再生能量過大，超過了制動(dòng)電阻的消耗量，使直流環(huán)路電壓超過規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備提供電氣自動(dòng)保護(hù)。

H過電流保護(hù)：

當(dāng)電流過大，超過容許的范圍時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備提供電氣自動(dòng)保護(hù)。

I欠電壓保護(hù)：

當(dāng)電源電壓異常，低于規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備提供電氣自動(dòng)保護(hù)。

J輸出短路保護(hù)：

當(dāng)輸出端相間短路時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備提供電氣自動(dòng)保護(hù)。

K接地故障保護(hù)：

當(dāng)輸出端單相接地時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備提供電氣自動(dòng)保護(hù)。

五、節(jié)能效果

空調(diào)水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能
　　“變流量節(jié)能優(yōu)化控制”系統(tǒng)通過對(duì)空調(diào)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)流量、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)冷卻水系統(tǒng)流量、冷卻塔風(fēng)機(jī)的風(fēng)量（臺(tái)數(shù)），使其跟隨負(fù)荷的變化而同步變化， 大限度地節(jié)省了電能的消耗，對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)節(jié)電高達(dá) 50%--70%。通過變流量控制器，對(duì)空調(diào)主機(jī)各工質(zhì)參數(shù)實(shí)時(shí)采集和智能模糊運(yùn)算，并進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，使空調(diào)主機(jī)始終保持在 佳工況下運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)節(jié)能 10%--30% 。末端系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的能耗部分通過變流量?jī)?yōu)化系統(tǒng)而節(jié)能，通過對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)的交流變頻調(diào)速技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)40%以上的節(jié)能。

可以根椐用戶的實(shí)際情況定制，價(jià)格面議。