張曉杰 劉書薈 劉東 印慧

1上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院

2同濟大學機械與能源工程學院

0 引言

對于一幢需要設置夏季供冷、冬季供熱的集中空調(diào)系統(tǒng)的公共建筑，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗一般會占到該建筑總能耗的60%[1]，而中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)是樓宇自控系統(tǒng)的重要組成部分，約占60%以上的監(jiān)控點，是實現(xiàn)大型公共建筑節(jié)能的重點[2]。如何及時掌握集中空調(diào)系統(tǒng)實際運行能效，提高其運行效率，是降低公共建筑能耗的關鍵。目前，集中空調(diào)監(jiān)測控制系統(tǒng)大多作為樓宇設備自控系統(tǒng)（BA系統(tǒng)）或建筑能源管理系統(tǒng)（BEMS）的一部分，功能主要包含保障系統(tǒng)安全運行、調(diào)節(jié)主機運行、實時顯示系統(tǒng)關鍵參數(shù)以及計量總電耗，尚未實現(xiàn)集中空調(diào)系統(tǒng)運行能效的分析功能。本研究基于國家標準GB/T17981-2007《空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)濟運行》[3]及相關設備經(jīng)濟運行標準，提出并建立了對集中空調(diào)運行能效進行實時監(jiān)測與分析的系統(tǒng)，為合理分析空調(diào)系統(tǒng)運行能效水平、優(yōu)化系統(tǒng)運行模式、制定節(jié)能改造方案提供科學的數(shù)據(jù)支撐。

1 我國集中空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對集中空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)研究主要包括三個方面：1）對集中空調(diào)系統(tǒng)或系統(tǒng)中的某些組成設備運行情況的智能控制系統(tǒng)；2）對集中空調(diào)系統(tǒng)運行情況的監(jiān)測及診斷；3）對集中空調(diào)遠程的能耗監(jiān)測系統(tǒng)。集中空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)所采集的系統(tǒng)運行參數(shù)一般以實現(xiàn)設備的控制調(diào)節(jié)為目標，相應采集設備的部分運行參數(shù)。總體來看，目前的監(jiān)控系統(tǒng)仍大多局限于系統(tǒng)運行的檢測和故障診斷或以系統(tǒng)設計參數(shù)為控制目標的控制系統(tǒng)。而在集中空調(diào)能耗方面的監(jiān)測仍局限在計算集中空調(diào)各用戶端實時所需能耗并作為集中空調(diào)系統(tǒng)能量供應量的調(diào)控依據(jù)，實現(xiàn)以制冷主機最佳能效比曲線為目標的調(diào)節(jié)，或僅僅監(jiān)測系統(tǒng)消耗的總電量，對于系統(tǒng)能效水平的監(jiān)測分析研究甚少。

評價集中空調(diào)系統(tǒng)是否具有節(jié)能潛力，能否進一步優(yōu)化以減少能耗，是當前監(jiān)控系統(tǒng)無法做到的。這也是當前控制系統(tǒng)存在的一個比較突出的問題：目前絕大部分的樓宇并沒有形成一個運行數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集與分析的完整流程，系統(tǒng)中保存的大量基礎數(shù)據(jù)沒有充分發(fā)揮對工程的指導作用，更沒有發(fā)揮其對行業(yè)的參考作用[4]。因系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)未被有效利用，導致無法分析系統(tǒng)運行能效情況，無法為系統(tǒng)節(jié)能運行提供指導。

國家標準GB/T17981-2007《空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)濟運行》[3]出臺之后，對于系統(tǒng)能效水平的研究仍處于起步階段，對于集中空調(diào)系統(tǒng)能效水平的判斷大多數(shù)情況下依賴于設計初期的軟件模擬或?qū)嶋H運行單一工況的能效檢測，對于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能評價也不盡相同[5]。為更好地研究集中空調(diào)系統(tǒng)的實際運行能效水平，建設能夠?qū)崟r采集系統(tǒng)運行能效相關的所有參數(shù)并實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的監(jiān)控分析系統(tǒng)是深入研究集中空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重要基礎。

2 硬件系統(tǒng)

基于GB/T17981-2007《空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)濟運行》[3]及相關設備經(jīng)濟運行標準，集中空調(diào)能效監(jiān)控與分析系統(tǒng)通過對系統(tǒng)中各組成設備與系統(tǒng)經(jīng)濟運行相關的所有參數(shù)的實時采集、傳輸及存儲，依據(jù)標準給出的計算模型實現(xiàn)對各設備及系統(tǒng)能效的實時計算，通過與標準數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的比較，給出各設備和系統(tǒng)能效水平。其硬件基本架構(gòu)分為三個層次：1）現(xiàn)場設備運行參數(shù)檢測；2）網(wǎng)絡通訊；3）數(shù)據(jù)分析與系統(tǒng)管理。

現(xiàn)場設備運行參數(shù)檢測層為各類傳感器/變送器以及數(shù)據(jù)采集卡，網(wǎng)絡通訊層為數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)采集傳輸服務器及路由器；數(shù)據(jù)分析與系統(tǒng)管理層為終端監(jiān)控分析設備，能夠?qū)崿F(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示和分析、歷史數(shù)據(jù)查詢和調(diào)用、報表打印等功能。為實現(xiàn)集中空調(diào)系統(tǒng)運行能效的分析功能，監(jiān)測對象包括：1）大氣環(huán)境溫、濕度；2）典型使用區(qū)域室內(nèi)環(huán)境；3）冷熱源設備；4）輸送系統(tǒng)設備；5）末端（空氣處理）設備。以夏季制冷工況為例，具體監(jiān)測參數(shù)見表1。

圖1 硬件基本構(gòu)架

表1 采集的參數(shù)

表1中監(jiān)測參數(shù)涵蓋了系統(tǒng)中能效相關的全部參數(shù)，與常規(guī)的監(jiān)控系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)擴展、深化了監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能，實現(xiàn)了連續(xù)測試數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析、數(shù)據(jù)查詢和調(diào)用功能。

3 軟件系統(tǒng)

軟件的基本功能是對數(shù)據(jù)進行處理和計算，以對空調(diào)系統(tǒng)的性能進行對比和評價，生成各類曲線、圖表和報表。分析功能包括設備能效分析和系統(tǒng)能效分析兩大部分，所建立的模型分為三個層次：1）空調(diào)系統(tǒng)組成設備模型；2）空調(diào)子系統(tǒng)模型；3）空調(diào)系統(tǒng)模型。

為了分析各組成設備運行工況的能效水平，在對當前集中空調(diào)系統(tǒng)基本配置和設備生產(chǎn)商調(diào)研的基礎上，通過搜集典型的產(chǎn)品樣本，按照系統(tǒng)診斷分析模型的需要，建立了包含多種品牌各類設備的用于能效評價的能效相關參數(shù)數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)依據(jù)現(xiàn)行的性能評價、經(jīng)濟運行等國家標準對各設備運行能效進行評價，評價體系如圖2所示。

圖2 集中空調(diào)系統(tǒng)組成設備評價體系

對子系統(tǒng)及系統(tǒng)的評價體系見圖3。

圖3 集中空調(diào)系統(tǒng)及子系統(tǒng)評價體系

依據(jù)上述設計，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對設備、子系統(tǒng)以及系統(tǒng)的全面評價，為管理者和運行操作人員提供更為直觀的系統(tǒng)運行能效水平管理平臺。

4 示范應用

該系統(tǒng)已于2012年7月在某一建筑面積為4萬m2的辦公建筑中得以應用，并作為該樓宇BA系統(tǒng)的擴展內(nèi)容，為用戶實時提供系統(tǒng)能效監(jiān)測與分析數(shù)據(jù)，見圖4～5所示。

圖4 冷水機組運行效率對比曲線圖

圖5 冷水機組冷凍水供水溫度對比曲線圖

5 結(jié)語

本研究實現(xiàn)了集中空調(diào)系統(tǒng)實時能效監(jiān)測與分析，并得到了典型應用，填補了現(xiàn)有BA系統(tǒng)（BEMS系統(tǒng)）對集中空調(diào)系統(tǒng)能效監(jiān)測與分析的空白，為集中空調(diào)系統(tǒng)能效分析與評價研究、節(jié)能設計、節(jié)能技術(shù)改造提供了科學的數(shù)據(jù)支撐。

[1]薛志峰,江億.商業(yè)建筑的空調(diào)系統(tǒng)能耗指標分析[J].暖通空調(diào),2005,35(1):37-41

[2]李召潑,張小松,吳智深.大型公共建筑中央空調(diào)的節(jié)能與監(jiān)控[J].建筑節(jié)能,2010,38(3):62-65

[3]中國人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)濟運行(GB/T 17981-2007)[S].北京:中國標準出版社,2008

[4]潘云鋼.我國暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].暖通空調(diào),2012,42(11):1-8

[5]劉書薈.大型公共建筑集中空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能評價[J].上海節(jié)能,2012,(7):25-27