楊東

（鄭州春泉節(jié)能股份有限公司 河南 鄭州450052）

中央空調(diào)系統(tǒng)能效管理專(zhuān)利技術(shù)應(yīng)用研究

楊東

（鄭州春泉節(jié)能股份有限公司 河南 鄭州450052）

中央空調(diào)系統(tǒng)已普遍應(yīng)用。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)南方80%以上的新建公共建筑均安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)。冬冷夏熱區(qū)域，如黃河流域、長(zhǎng)江以北地區(qū)的50%以上新建的民用住宅小區(qū)亦安裝有中央空調(diào)。隨之而來(lái)的高能耗，已成為政府和社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。本文以中央空調(diào)能效管理的專(zhuān)利技術(shù)應(yīng)用為主，研究分析建筑能耗管理的，以提高能源利用效率，從而達(dá)到節(jié)能減排和治理霧霾的目的。

能效管理；專(zhuān)利技術(shù)；應(yīng)用研究

1 背景介紹

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大型商用中央空調(diào)應(yīng)用越來(lái)越普遍。20世紀(jì)90年代以前只能在星級(jí)酒店、高檔商務(wù)樓和國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑等少數(shù)場(chǎng)所見(jiàn)到的中央空調(diào)，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于普通百姓家中。目前，商業(yè)住宅小區(qū)、一般公共建筑均安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)。中央空調(diào)的舒適性是其它空調(diào)系統(tǒng)不可比的。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)南方80%以上的新建公共建筑均安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)。冬冷夏熱區(qū)域，如黃河流域、長(zhǎng)江以北地區(qū)的50%以上新建的民用住宅小區(qū)亦安裝有中央空調(diào)。

圖1

在中央空調(diào)大面積使用的同時(shí)也推升了建筑能耗。據(jù)《中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告》（2012清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心著）數(shù)據(jù)顯示，建筑能耗已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中三大（工業(yè)、建筑和交通）高能耗之一。2010年建筑總能耗（不含生物質(zhì)能耗）為6.77億占全國(guó)總能耗的20.9%。而建筑能耗中空調(diào)能耗占50%～60%。如圖1所示，在建筑能耗統(tǒng)計(jì)信息中，主要以照明、電梯等電設(shè)備、生活及公共用水、中央空調(diào)系統(tǒng)等為主要耗能設(shè)備。其中中央空調(diào)系統(tǒng)作為房屋建筑內(nèi)的“耗能大戶”，已占建筑總能耗的50%以上。因此，如何提升中央空調(diào)的用能效率，降低其能耗，成為政府和社會(huì)紛紛關(guān)注的焦點(diǎn)。

中央空調(diào)的高能耗所帶來(lái)的環(huán)境資源壓力越來(lái)越大，建筑節(jié)能減排和治理霧霾形勢(shì)嚴(yán)峻。

2 能效管理專(zhuān)利技術(shù)探討

中央空調(diào)的能耗問(wèn)題也引起了科研院所、高校和企業(yè)的高度關(guān)注，如何進(jìn)行節(jié)能降耗，提高能耗的應(yīng)用效率，科技工作者做了大量的研究，并研制出相應(yīng)的技術(shù)產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)出一些專(zhuān)利技術(shù)。從國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站上分析，已公布中央空調(diào)能效管理專(zhuān)利技術(shù)分為四大類(lèi)。

一是中央空調(diào)節(jié)能管理控制類(lèi)。如主機(jī)系統(tǒng)的管理控制、未端系統(tǒng)的管理控制、通風(fēng)系統(tǒng)的管理控制，以及室內(nèi)溫度控制等。主要專(zhuān)利有：“中央空調(diào)節(jié)能智能控制系統(tǒng)及控制方法200510017349.7”，2009年授權(quán)；“智能型風(fēng)機(jī)盤(pán)管200410060269.5”，2007年授權(quán)；“一種多點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制的節(jié)能溫控裝置201020615709.X”，2011年授權(quán)；“一種遠(yuǎn)程節(jié)能管理的空調(diào)控制器201220310386.2”，2013年授權(quán)；“基于WiFi的空調(diào)溫控管理系統(tǒng)201420540105.1”，2015年授權(quán)。

二是計(jì)量監(jiān)測(cè)類(lèi)。主要用于中央空調(diào)的分戶、分室計(jì)量監(jiān)測(cè)（收費(fèi)）和能源中心設(shè)備監(jiān)測(cè)、未端風(fēng)機(jī)盤(pán)管的監(jiān)測(cè),以及公共建筑能耗監(jiān)測(cè)。主要專(zhuān)利有：“中央空調(diào)計(jì)量收費(fèi)的當(dāng)量能量計(jì)費(fèi)方法200510017906.5”，2007年授權(quán)；“多端口多檔速風(fēng)機(jī)盤(pán)管狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置200820221553.X”，2009年授權(quán)；“一種集中供熱或制冷計(jì)量溫控裝置201120331256.2”，2012年授權(quán)；“一種用于中央空調(diào)和集中供暖的當(dāng)量表201120331218.7”，2012年授權(quán)；“無(wú)線式中央空調(diào)當(dāng)量表201120350633.7”，2012年授權(quán)。

三是通訊、傳輸類(lèi)。主要用于監(jiān)測(cè)、抄表時(shí)的網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和及時(shí)性。主要專(zhuān)利有：“半雙工通訊收發(fā)控制方法及裝置200710141425.4”，2011年授權(quán)；“中央空調(diào)計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及管理器201120350636.0”；“RS485總線轉(zhuǎn)換接口電路結(jié)構(gòu)201521123129.8”，2016年授權(quán)。

四是檢測(cè)類(lèi)。主要用于對(duì)多檔速電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行檢測(cè)，故障處理。主要專(zhuān)利有：“基于電壓互感技術(shù)的多檔速電機(jī)檔位識(shí)別方法及裝置ZL200810231195.5”，2011年授權(quán)；“一種電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)故障判斷方法及其檢測(cè)裝置201010556440.7”，2013年授權(quán)；“一種基于電壓互感技術(shù)的簡(jiǎn)易電機(jī)檔位識(shí)別裝置201220440593.X”，2013年授權(quán)；“具有電機(jī)故障檢測(cè)功能的空調(diào)溫控裝置201320675862.5”，2014年授權(quán)?！熬哂械綦姍z測(cè)功能的WiFi無(wú)線溫控器的硬件結(jié)構(gòu)201420540225.1”，2015年授權(quán)；“多檔速電機(jī)檔位控制線掉線檢測(cè)裝置的硬件結(jié)構(gòu)201420543694.9”，2015年授權(quán)；“多檔速電機(jī)檔位接錯(cuò)檢測(cè)裝置的硬件結(jié)構(gòu)201420540176.1”，2015年授權(quán)。

上述專(zhuān)利技術(shù)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的能效管理應(yīng)用起到非常重要的作用。比如，“中央空調(diào)節(jié)能智能控制系統(tǒng)及控制方法200510017349.7”、“中央空調(diào)計(jì)量收費(fèi)的當(dāng)量能量計(jì)費(fèi)方法200510017906.5”、“半雙工通訊收發(fā)控制方法及裝置200710141425.4”、“基于電壓互感技術(shù)的多檔速電機(jī)檔位識(shí)別方法及裝置ZL200810231195.5”，“一種電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)故障判斷方法及其檢測(cè)裝置201010556440.7”等均為核心專(zhuān)利。

“中央空調(diào)節(jié)能智能控制系統(tǒng)及控制方法200510017349.7”提出了一個(gè)全新的中央空調(diào)節(jié)能自控理念“負(fù)荷隨動(dòng)、同步調(diào)節(jié)”，使空調(diào)系統(tǒng)的主機(jī)和未端運(yùn)行情況時(shí)實(shí)聯(lián)動(dòng)。當(dāng)未端的需求量（冷量或熱量）及時(shí)傳給空調(diào)主機(jī)，讓主機(jī)按需求生產(chǎn)、供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)“用多少、供多少”的主動(dòng)使用模式。突破了傳統(tǒng)空調(diào)運(yùn)行中的“供多少、用多少”的被動(dòng)使用局模式。實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和未系統(tǒng)的能量供、需平衡，達(dá)到能源應(yīng)用效率最大化的目的。

“中央空調(diào)計(jì)量收費(fèi)的當(dāng)量能量計(jì)費(fèi)方法200510017906.5”，在中央空調(diào)計(jì)量收費(fèi)領(lǐng)域內(nèi)提出一個(gè)全新的計(jì)費(fèi)概念，把當(dāng)量能量這一原理引入中央空調(diào)計(jì)費(fèi)中，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)供水溫度達(dá)到一定效果時(shí)的“有效果”計(jì)量，在中央空調(diào)計(jì)費(fèi)領(lǐng)域是具有歷意義的創(chuàng)新?；诖藢?zhuān)利技術(shù)研制的“當(dāng)量空調(diào)表”填補(bǔ)了國(guó)際中央空調(diào)計(jì)量方面的空白，對(duì)行業(yè)技術(shù)有著突破性的貢獻(xiàn)。

“半雙工通訊收發(fā)控制方法及裝置200710141425.4”解決了目前80%以上現(xiàn)場(chǎng)總線（如RS485）應(yīng)用所出現(xiàn)的通訊節(jié)點(diǎn)障阻問(wèn)題，可以順利的實(shí)現(xiàn)通訊節(jié)點(diǎn)的跳轉(zhuǎn)，防止通訊癱瘓，確保系統(tǒng)通訊暢通、穩(wěn)定、可靠，具有較高的新穎性。

“基于電壓互感技術(shù)的多檔速電機(jī)檔位識(shí)別方法及裝置ZL200810231195.5”專(zhuān)利技術(shù)突被了對(duì)多檔速電機(jī)檔位的識(shí)別難題。對(duì)多檔速電機(jī)檔位識(shí)別檢測(cè)，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是在每個(gè)檔位上接一根線，比如對(duì)三速檔位的電機(jī)檢測(cè)需要需要三根線才能完成。而本專(zhuān)利采用電壓互感原理，只需要一根線就能實(shí)現(xiàn)對(duì)三速檔的檢測(cè)。這樣就可以減少三分之二的線材和安裝成本，大大提高了工作效率和維護(hù)效率，節(jié)約了檢測(cè)成本。

“一種電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)故障判斷方法及其檢測(cè)裝置201010556440.7”是根據(jù)電機(jī)在不同的運(yùn)行狀態(tài)在其線圈繞組或某一線圈組上的電壓不同，檢測(cè)其電壓值。然后，根據(jù)其電壓值來(lái)確定其運(yùn)行狀態(tài)，判斷電壓故障。本專(zhuān)利技術(shù)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)故障檢測(cè)迅速準(zhǔn)確，電路運(yùn)行穩(wěn)定可靠。突破了傳統(tǒng)用電流檢測(cè)識(shí)別電機(jī)運(yùn)行故障方法的煩瑣和不準(zhǔn)確性，具有較強(qiáng)的創(chuàng)造性。

3 能效管理專(zhuān)利技術(shù)應(yīng)用

《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50189-2015》要求，集中供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。供暖空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置室溫調(diào)控裝置。中央空調(diào)能效管理專(zhuān)利技術(shù)可應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中進(jìn)行能效管理、能源監(jiān)測(cè)、計(jì)量、節(jié)能控制、能源分析、評(píng)估、設(shè)備安全監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)和運(yùn)維服務(wù)中。它通過(guò)在線監(jiān)測(cè)集中空調(diào)主機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔（或深井泵）等動(dòng)力設(shè)備能效及安全相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)能效，為用戶提供有效直觀的節(jié)能數(shù)據(jù)依據(jù)，幫助用戶更科學(xué)、更合理的使用設(shè)備，降低能耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。同時(shí)利用系統(tǒng)設(shè)置的預(yù)警值和報(bào)警值，對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的異常情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷，并通過(guò)短信將報(bào)警信息及時(shí)發(fā)送到用戶手機(jī)，提高維護(hù)效率。

圖2

表一：2號(hào)樓空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

以鄭州市北環(huán)附近一商務(wù)樓的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析。該商務(wù)樓制冷、采暖全部采用大型中央空調(diào)系統(tǒng)。2014安裝中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)，由總站和各分站兩個(gè)部分構(gòu)成，見(jiàn)圖2。

總站負(fù)責(zé)管理各個(gè)分站，總站由一系列計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等硬件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等軟件系統(tǒng)組成，將所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、顯示并送入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析和加工。遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)對(duì)各個(gè)分站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為用戶提供管理依據(jù)。（使用單位在任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的電腦上通過(guò)授權(quán)帳號(hào)和密鑰，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自己管理的所有項(xiàng)目，沒(méi)有平臺(tái)建設(shè)投資和后期管理之憂，提升管理效率，減少了總站的建設(shè)費(fèi)用。）

分站安裝在中央空調(diào)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)RS485總線和監(jiān)測(cè)儀表相連，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)（溫度、壓力、電量、水量、冷熱量等），并將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP通訊實(shí)時(shí)上傳給總站。

該商務(wù)樓總建筑面積約15.4萬(wàn)m2，是集商業(yè)、辦公為一體的綜合性建筑，商業(yè)面積為6萬(wàn)m2，一號(hào)寫(xiě)字樓建筑面積為3.9萬(wàn)m2，二號(hào)樓建筑面積4.3萬(wàn)m2，地上建筑為25層，地下3層。其中二號(hào)樓機(jī)房安裝了中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)，中央空調(diào)系統(tǒng)機(jī)房在負(fù)三層。2號(hào)樓空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表一、表二。

圖3

根據(jù)中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行記錄的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，抽取2015年第三季度的運(yùn)行記錄，期間每天冷水機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間為08：00----22：00，按照冷凍水系統(tǒng)與冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行的不同溫差所占比重的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

表二：2號(hào)樓空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

圖4

表三：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

由圖可知，從不同冷凍水運(yùn)行溫差所占時(shí)間的比重分析，該空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，冷凍水溫差在5℃以下的

運(yùn)行時(shí)間占運(yùn)行時(shí)間的93%，其中冷凍水溫差在3—4℃所占的時(shí)間比重最大，達(dá)到41%，而冷凍水溫差在5℃以上的運(yùn)行時(shí)間只占總時(shí)間的7%，冷凍水溫差在6--7℃的運(yùn)行時(shí)間僅占總時(shí)間的1%，與冷凍水側(cè)設(shè)計(jì)6/13℃的7℃溫差相差很遠(yuǎn)。而冷卻水溫差在3℃以下所占時(shí)間比重達(dá)44%，3℃以上只占總運(yùn)行時(shí)間的56%。

綜合以上分析，原中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水溫差在5℃以下運(yùn)行時(shí)間達(dá)到總運(yùn)行時(shí)間的93%，該空調(diào)水系統(tǒng)存在明顯的“大流量小溫差”現(xiàn)象。因此，將該建筑空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能檢測(cè)作為檢測(cè)重點(diǎn)，以做進(jìn)一步的節(jié)能分析。

該二號(hào)樓水系統(tǒng)共配備冷卻（凍）6臺(tái)水泵，通過(guò)中央空調(diào)能效管理系統(tǒng)對(duì)2#、3#水泵數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)(未啟動(dòng)節(jié)能自控程序)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表三。

從 2#、3#冷凍水泵運(yùn)行工況下的流量分析，2#、3#泵流量分別超出機(jī)組的蒸發(fā)器額定流量（168L/S=604.8m3/h）47.6%和48.9%。一般對(duì)于離心機(jī)組而言，蒸發(fā)器的最大允許流量為額定流量的120%-130%，冷凍水流量達(dá)到額定流量148%，超過(guò)蒸發(fā)器的最大允許值，造成蒸發(fā)器內(nèi)水流偏大，影響機(jī)組的使用壽命。

從水泵耗功率的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上看，冷凍水泵運(yùn)行工況下，2#、3#泵的電機(jī)負(fù)載率分別為99.5%和100.6%，3#冷凍泵運(yùn)行工況下電機(jī)處于過(guò)載狀態(tài)，長(zhǎng)期處于超載狀態(tài)容易影響電機(jī)使用壽命甚至燒壞電機(jī)。

啟動(dòng)節(jié)能控制程序后對(duì)2#、3#泵所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表四。

通過(guò)表三和表四的2#泵、3#泵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不難看出，啟動(dòng)節(jié)能控制程序后2#泵的水流量減少19.93%，功耗減少20%；3#泵的水流量減少20%，功耗減少20%；在進(jìn)行節(jié)能自控調(diào)節(jié)之后水流量下降，電力功耗也有較大的幅度的下降，但是其水泵進(jìn)/出口的壓力并沒(méi)改變。這說(shuō)明在水泵進(jìn)/出口壓力平衡的情況下，同樣能夠達(dá)到節(jié)能舒適的目的。

表四：?jiǎn)?dòng)節(jié)能控制程序后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4 綜述

中央空調(diào)系統(tǒng)能效管理專(zhuān)利技術(shù)在該項(xiàng)目二號(hào)樓應(yīng)用能夠提供實(shí)際能效數(shù)據(jù)、高效管理，掌握各類(lèi)負(fù)荷的實(shí)際用量，從而將原有的經(jīng)驗(yàn)式宏觀管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)式數(shù)字管理模式。通過(guò)該系統(tǒng)，管理人員可以作到“能效分析、安全預(yù)警、系統(tǒng)診斷、能耗統(tǒng)計(jì)、合理用能”，大大提升管理水平。

結(jié)論，中央空調(diào)能效管理專(zhuān)利技術(shù)可以使中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約能源20%，有效地推進(jìn)建筑節(jié)能減排，有利于大氣霧霾的治理。

［1］清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告［M］.2012:4-5.

［2］GB50189-2015.公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.2015:34-35.

［3］劉金松，王湘涵.對(duì)霧霾大氣污染的調(diào)查與綜合防治［J］.工程技術(shù)（文摘版），2016（04）:45-46.

Application of Patent Technology in Energy Efficiency Management of Central Air Conditioning System

Yang Dong
(Zhengzhou Chunquan energy Limited by Share Ltd,Zhengzhou,Henan,450052)

The central air conditioning system has been widely used.According to the data,more than 80%of the new public buildings in South China are equipped with central air-conditioning system.Winter cold summer hot areas,such as the the Yellow River River Basin,the northern part of the Yangtze River more than 50%,the new residential residential area is also equipped with central air conditioning.The ensuing high energy consumption has become the focus of attention of the government and the community.This paper focuses on the application of patented technology in energy efficiency management of central air conditioning,studies and analyzes the management of building energy consumption so as to improve the efficiency of energy utilization,so as to achieve the goal of energy saving,emission reduction and haze control.

Energy efficiency management Patent technology Application research

TP273+.1

A

1003-5168（2017）04-0055-05

2016-12-30

楊東，(1972-)，男,高級(jí)工程師，碩士研究生，研究方向：建筑暖通空調(diào)節(jié)能。