趙 宇

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司深圳市分公司，廣東 深圳 518042）

0 引 言

我國幅員遼闊，生產(chǎn)制造型企業(yè)眾多，曾有“世界工廠”的稱號。制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國年收入2 000萬以上的工廠有300萬座，年收入2 000萬以下的工廠數(shù)不勝數(shù)。

新中國成立后，尤其是改革開放以來，我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，建成了門類齊全、獨立完整的產(chǎn)業(yè)體系，有力推動了工業(yè)化和現(xiàn)代化進程，顯著增強了綜合國力。

制造企業(yè)對于能源的需求非常龐大，有了豐富的能源供應，企業(yè)才能將產(chǎn)能提升至新的高度。而能源是當今國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎，作為世界上最大的發(fā)展中國家，能源短缺已成為我國亟待解決的問題[1]。在這種情況下，對能源進行監(jiān)管便十分必要，進一步幫助企業(yè)降本增效，才能打造更加完善的智慧工廠。

1 深圳工業(yè)制造企業(yè)現(xiàn)狀

深圳是中國特色社會主義先行示范區(qū)，在工業(yè)與信息化領域起著領頭羊的作用。

作為擁有眾多大型制造企業(yè)的一線城市，深圳積極響應國家“碳達峰”“碳中和”的號召。2020年，深圳市工業(yè)和信息化局發(fā)布了《2020年重點用能單位能源管理中心建設工作方案的通知》，年消耗5 000噸標準煤及以上的企業(yè)需自建能源管理中心，并且與市能源管理中心公共平臺互聯(lián)互通。深圳市重點用能企業(yè)達113家，現(xiàn)階段實現(xiàn)對接的有58家，其余重點耗能企業(yè)待啟動。能耗系統(tǒng)的推進工作取得了階段性的成果，未來仍有很大的推動空間。

2 使用能耗管理系統(tǒng)的必要性

能耗系統(tǒng)利用信息技術推動節(jié)能降耗，是提升企業(yè)精細化管理水平的重要舉措，為企業(yè)準確把握和分析節(jié)能降耗發(fā)展趨勢，科學利用能源提供技術支撐[2]。

對于制造型企業(yè)而言，為直接或間接降低產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，實現(xiàn)二氧化碳的“零排放”，需要執(zhí)行錯峰用電，即根據(jù)電網(wǎng)負荷特性，通過行政、技術、經(jīng)濟等手段將電網(wǎng)用電高峰時段的部分負荷轉(zhuǎn)移到用電低谷時段，從而減少電網(wǎng)的峰谷負荷差，優(yōu)化資源配置，提高電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟性。對于制造型企業(yè)而言，實行錯峰用電會對生產(chǎn)形成較大影響。為保障碳排放量達標且不影響企業(yè)生產(chǎn)目標的實現(xiàn)，通過物聯(lián)網(wǎng)、遠程控制等技術，實現(xiàn)機械自動抄表，由計算機實時監(jiān)控能耗數(shù)據(jù)并進行相應調(diào)節(jié)，以幫助企業(yè)節(jié)省成本，減少碳排放，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

3 能耗重點—中央空調(diào)

在生產(chǎn)制造型企業(yè)中，中央空調(diào)是重點耗能設備，通常占企業(yè)整體能耗的50%以上。相較于其他耗能設備，中央空調(diào)的能耗管控以及改造成本較小，且不會對生產(chǎn)造成影響。

隨著物聯(lián)網(wǎng)基礎設備的普及和傳感器信息采集的多樣化，物聯(lián)網(wǎng)底層信息采集節(jié)點所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量正呈指數(shù)級增長，如何合理有效的處理和利用這些數(shù)據(jù)，使其成為工業(yè)生產(chǎn)和管理的依據(jù)，是目前迫切需要解決的問題[3]。

中央空調(diào)結(jié)構(gòu)如圖1所示。中央空調(diào)主要包括冷凍泵、主機、冷卻泵和冷卻塔，通過現(xiàn)場數(shù)采模塊將采集的數(shù)據(jù)進行算法分析，提高數(shù)據(jù)的利用效率，是大多數(shù)企業(yè)采用的生產(chǎn)能耗管控策略。計算機端基于管控策略完成能耗控制，為企業(yè)節(jié)省能耗成本。

圖1 中央空調(diào)結(jié)構(gòu)

3.1 中央空調(diào)的問題分析

中央空調(diào)包括以下7方面問題。

（1）水溫設置。主機的出水溫度設置不能與室外天氣溫濕度關聯(lián)，無法進行精細化調(diào)節(jié)，存在能源浪費。

（2）溫差控制。主機運行在大流量、小溫差（1～3 ℃）的不利工況下，效率下降、能耗增加。

（3）水泵變頻。10臺冷凍水泵、冷卻水泵定頻運行，能耗浪費嚴重。

（4）人工加、減機。制冷站依靠人工經(jīng)驗進行加、減機操作，不及時且不準確，存在能源浪費。

（5）故障報警?，F(xiàn)場故障報警，無法遠程及時獲取報警信息，應急反應滯后，導致?lián)p失擴大。

（6）數(shù)據(jù)分析?？照{(diào)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)離散、不準確、無能效數(shù)據(jù)，依靠人工經(jīng)驗分析，費時費力且偏差大。

（7）運維效率。依靠人工巡檢、抄表，無能耗細分計量，無能源管理系統(tǒng)，有待通過數(shù)字化工具提升運維效率。

3.2 中央空調(diào)能耗分類

中央空調(diào)的能耗主要由末端和冷源產(chǎn)生。末端包括風機盤管、組合式空調(diào)機組、新風機、吊柜風機，所有能耗占比約為30%；冷源包括主機、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔，能耗占比約為70%。

同時，以下方面也影響著空調(diào)能耗。

（1）設計、安裝：末端冷熱不均、水力不平衡、遠端壓力不足、風量不夠、主機滿載等；

（2）單個設備的效率：主機、水泵、冷卻塔更換高效設備，節(jié)能率達10%～30%，但投入較大；

（3）運行控制：提高控制運行效率，節(jié)能率達10%～30%，投入較??；

（4）維保：水處理、主機通炮、冷卻塔清洗及主機、水泵維修等。

從企業(yè)的改造成本以及能耗管控的性價比角度考慮，在運行控制部分進行節(jié)能是目前最為理想的方法。

3.3 中央空調(diào)節(jié)能原理

空調(diào)制冷量：

式中：M代表冷凍水流（m3/h）；△T代表冷凍水進出的溫差（℃）。

相同制冷量Q=冷凍水流量M上升量×冷凍水溫差△T下降量=冷凍水流量M下降量×冷凍水溫差△T上升量，即（現(xiàn)有運行模式）大流量×小溫差=（改造后運行模式）小流量×大溫差，兩種運行模式下制冷量相同，不影響末端供冷。

兩種運行模式下的能效差別：溫差△T每增加1 ℃，主機效率提升3%；冷凍水流量（M）∝水泵轉(zhuǎn)速（V）∝水泵頻率（H），水泵功率（P）∝水泵頻率（H3），即水泵功率與水泵頻率立方成正比。水泵頻率H下降10%，水泵功率下降27.1%；水泵頻率H下降20%，水泵功率下降48.8%；水泵頻率H下降30%，水泵功率下降65.7%。

結(jié)論：改造后，小流量、大溫差運行不僅能夠保障供冷量，且能效更高！

4 降低中央空調(diào)能耗的討論

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術

現(xiàn)場通過加裝無線物聯(lián)網(wǎng)傳輸模塊，與壓力傳感器、水溫傳感器、溫濕度傳感器、物聯(lián)控制器、邊緣服務器等相連，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)快速采集與實時分析處理。物聯(lián)網(wǎng)模塊內(nèi)部連接如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)模塊內(nèi)部連接

將用戶使用數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、空調(diào)故障數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)等上傳并存儲至云端服務器，云端服務器基于大數(shù)據(jù)的存儲平臺和計算平臺對手機具體數(shù)據(jù)進行分析處理[4]。

能源監(jiān)管后臺也是企業(yè)進行能耗管控的重要部分。能源源點動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術，結(jié)合現(xiàn)代通信、數(shù)據(jù)庫等，對企業(yè)生產(chǎn)過程中的水、電、天然氣等能源（資源）消耗數(shù)據(jù)進行采集，對設備能耗進行動態(tài)測量、分析、診斷的監(jiān)測系統(tǒng)[5]。能源監(jiān)管后臺界面如圖3所示。

圖3 能源監(jiān)管后臺

4.2 中央空調(diào)節(jié)能操作

開關機：準確按照需求開關機，杜絕浪費，可節(jié)能5%～10%；加減機：根據(jù)負荷變化精準加減，節(jié)能5%～10%；水溫設置：根據(jù)氣溫變化，自動設置水溫，提升主機能效，節(jié)能3%～9%；溫差控制：控制進回水溫差達到或接近標準5 ℃溫差，主機能效提升3%～9%；水泵、風機變頻：依據(jù)水溫自動變頻調(diào)節(jié)，節(jié)能10%～15%。

4.3 預期目標

通過傳感器實現(xiàn)對機械設備的遠程巡檢，節(jié)省了人力資源，降低了巡檢成本[6-8]。現(xiàn)場邊緣服務器如圖4所示。系統(tǒng)根據(jù)標準設定最優(yōu)的開關機時間，并按時間進行開關機操作，確保中央空調(diào)運行開關時間最優(yōu)。各種運行工況下的綜合能效優(yōu)化需根據(jù)室外溫度變化、末端冷量需求變化調(diào)節(jié)冷水機冷凍水出水溫度，降低冷水機能耗，確保運行效率最優(yōu)[9-11]。

圖4 現(xiàn)場邊緣服務器

5 結(jié) 語

通過對中央空調(diào)的冷凍泵、冷卻塔、冷卻泵、主機等能耗單元進行監(jiān)控管理，實現(xiàn)節(jié)能減排，大幅降低企業(yè)用能與用人成本，為企業(yè)的長久發(fā)展持續(xù)提供動力，為環(huán)保做出應有貢獻。