Smart2中央空調變流量優化系統

一、中央空調系統節能的必要性及可行性

對于中央空調來說，按照國家標準，系統的 大負載能力是按照氣溫 高，負荷 大的工作環境來設計的，就系統本身來說，存在著很大的儲備空間，而實際上系統又很少在這些極限條件下工作。根據有關資料統計，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，存在很大浪費。

為了保證有較好的運行狀態和較高的運行效率，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下運行；提高中央空調冷卻水、冷凍水系統運行效率；降低能耗較大且運行時間較長的設備的工作時間，所以，進行中央空調節能變流量運行是必要的和可行的。

二、“Smart2中央空調變流量優化系統”節能原理

將傳統的中央空調機組定流量控制系統改為變流量控制系統。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。所謂變流量就是實時跟蹤末端空調系統負荷的變化情況，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 佳的節能效果。

第一、冷凍水系統的節能

冷凍水系統采用人工智能優化技術。當環境溫度、空調末端負荷發生變化時，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，系統控制器依據所采集的實時數據及系統的歷史運行數據，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的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在系統控制器給出的 優值，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 大限度地節省了系統的能量消耗。

第二、冷卻水系統的節能

當環境溫度、空調末端負荷發生變化時，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。系統控制器依據所采集的實時數據及系統的歷史運行數據，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，動態調節冷卻水的流量和冷卻塔風機的數量，使冷卻水的進、出口溫度逼近系統控制器給出的 優值，從而保證中央空調主機隨時處于 佳轉換效率狀態下運行，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 優組合。用戶可以交替地選擇 優/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，應按指定要求發出報警。控制器得到報警后，啟動下一臺 適合的機組。

（3） 優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、壓縮機規格和換熱器規格等因素構成。智能控制器將根據能效和 優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/回水設定值狀態的同時，也將重新設定每臺冷水機的冷凍水出口溫度，以優化機組的負荷分配。

（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停控制，以便充分發揮其能效；或根據冷負荷慣性/反應時間和檔案數據來選擇連續運行。

（6） 斷電后自動啟動

當發生斷電時，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，冷卻塔風機的啟/停可根據冷水機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：通過網絡協議與冷水機組進行通信，讀取冷熱水機組的全部參數，執行VFP空調節能管理軟件進行優化控制。由于具備了對冷熱水機組全面的監控功能和通訊能力，被控機組對于Smart2系統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及參數，只有充分了解機組的詳細參數，才能進行專業的控制。

第四、末端的節能

首先，中央空調末端一般是通過比例閥控制器調節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變流量優化系統則剛好可以節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風機電機的轉速，來調節風量達到調溫目的，這樣既節省了電能，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變流量優化系統”的構成

將中央空調系統變流量控制節能設備分成下列4部分組成，各自具各自的功能。

1） 智能優化監控系統：主要有工業控制計算機、通信接口組成；主要用于整個中央空調系統的參數設置、優化、協調和遠程監控。

2） 智能控制器：主要有PLC，頻率監控器；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、智能優化監控系統、變頻器及傳感器等組成，變流量節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，確保了系統安全可靠地運行，工作壽命達 10萬小時。

四、“變流量節能優化控制”系統的功能

第一、系統功能：

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；
　 ·狀態監測功能
　 ·監測空調主機開 / 停及故障狀態；
　 ·監測冷凍（溫）水總管供回水壓差、溫度、流量；
　 ·監測冷卻水總管供回水溫度；
　 ·監測各泵組、冷卻塔風機運行和故障狀態；
　 ·監測變頻器運行頻率，運行和故障狀態。
·啟動自動/手動運行狀態
2） 控制功能
　 ·啟動自動/手動運行狀態
·空調主機啟 / 停及聯動控制；
　 ·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境條件自動控制；
　 ·上位機多系統集成及參數優化控制。
3） 管理功能
·操作員管理及操作記錄；
系統管理員可方便地為各操作員分配操作權限，系統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；
·冷溫水系統故障復位；
·冷卻水系統故障復位；
·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。

·單機聯動模式：可以實現對單臺主機系統的聯動控制。

·智能模式：可以實現無人值守機房，系統可根據自身的設定自動運行。

6）本、遠控功能。

遠程控制是通過監控系統進行控制，可以分為管理員模式，單機聯動模式，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：系統提供冷凍水進出水溫度、水泵頻率，系統能效曲線等以便對整個空調系統運行情況作全面分析。

9）故障報警記錄：各個設備發生故障的時間、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，一級泵系統的冷凍水泵或二級泵系統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，一級泵系統的冷凍水泵或二級泵系統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，使直流環路電壓超過規定值時，系統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，低于規定值時，系統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，系統設備提供電氣自動保護。

五、節能效果

空調水系統和風系統節能
　　“變流量節能優化控制”系統通過對空調負荷的動態跟蹤，實時調節空調冷凍水系統流量、實時調節冷卻水系統流量、冷卻塔風機的風量（臺數），使其跟隨負荷的變化而同步變化， 大限度地節省了電能的消耗，對空調水系統和風系統節電高達 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，從而實現主機節能 10%--30% 。末端系統調節閥的能耗部分通過變流量優化系統而節能，通過對風機電機的交流變頻調速技術后，實現了風機40%以上的節能。

可以根椐用戶的實際情況定制，價格面議。