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空調節能管控系統解決方案

發(fā)布時(shí)間： 2024-07-17　　點(diǎn)擊次數： 686次

背景介紹

隨著(zhù)城市節能改造與綠色建筑的實(shí)施，實(shí)現建筑節能減排已成為當務(wù)之急，空調作為公共建筑能耗的主要設備，其能耗約占建筑能耗的60%，超過(guò)了照明、電梯、辦公設備的總能耗。因此建筑的節能減排的重點(diǎn)在空調系統。

空調長(cháng)期在重負荷運行，在增加空調故障率同時(shí)，壽命也將大大縮短。合理設置空調溫度，科學(xué)管理空調的運行，既能提供比較健康、舒適的室內環(huán)境，滿(mǎn)足正常的工作、生活需要，又能節約能源，保護生態(tài)環(huán)境，是一件利國利民的好事。據測算，在正確使用空調的前提下，制冷空調溫度每提高1℃，可節電8%；熱空調溫度每降低2℃，可節電10%?？梢?jiàn)，制冷溫度調得過(guò)低或者制熱溫度過(guò)高導致的電能浪費是驚人的。對于樓宇管理者而言，無(wú)法實(shí)時(shí)管理、監測、控制所有的空調運行狀態(tài)，造成能源損耗的巨大浪費。

空調系統現狀

空調無(wú)法進(jìn)行統一的用能、使用習慣、空調效率等大數據分析，從而無(wú)法衡量各個(gè)空調的工作情況，一些較復雜的優(yōu)化控制策略無(wú)法實(shí)施。
分散控制，無(wú)法進(jìn)行集中的節能管理(包括室溫管控)，容易出現使用人員離開(kāi)而空調仍照常開(kāi)啟運行的浪費能源。
人們進(jìn)入房間后為了快速制冷或快速制熱，總是將空調的調定值調得很低或很高，但當溫度達到過(guò)低或過(guò)高后又不去把調定值恢復到正常設定值，造成了大量能耗。如果人員節能意識淡薄，過(guò)冷或過(guò)熱時(shí)開(kāi)窗散熱的話(huà)，能耗更會(huì )驚人。
在不需要使用空調的季節及下班、周末、節假日等特殊時(shí)間段，可設置空調為禁止開(kāi)機模式。
個(gè)別人員過(guò)度追求舒適度，在夏天空調運行在制冷16℃，冬天運行在制熱30℃，導致過(guò)高的空調能耗及舒適度的損失。
責任主體量化節能問(wèn)題。無(wú)計量，無(wú)量化指標，責任主體不明確，節能手段欠缺。
因為空調的過(guò)度使用，導致空調壽命降低。

空調節能改造效益分析

1.經(jīng)濟效益

1)時(shí)段管控，通過(guò)設置允許開(kāi)機時(shí)段及禁止開(kāi)機時(shí)段，即可以解決下班忘記關(guān)空調的情況，也可以解決在某些季節（春秋季）、周末特殊時(shí)段，直接不允許開(kāi)機。

2)溫度限制的管控；在人們使用空調時(shí)，常常因為剛進(jìn)入房間為了急用達到所需要的舒適溫度而在制冷時(shí)設置溫度為16℃，制熱時(shí)制熱溫度為最高的30℃，之后因為疏于注意而使空調長(cháng)時(shí)間處于高負荷下運行。而溫度管控的目的就是設置制冷、制熱的一個(gè)溫度限制，比如設置制冷溫度為24℃，制熱溫度為20℃，通過(guò)這種方式實(shí)現節能。

2.管理效益

1)系統運行數據實(shí)時(shí)遠傳、實(shí)時(shí)監控，全面監控空調系統運行情況，對異常開(kāi)啟及故障空調及時(shí)處理。

2)實(shí)行能源數據及能耗指標的統計、分析、管理，實(shí)現能耗曲線(xiàn)。

3)設定自動(dòng)啟停計劃任務(wù)、開(kāi)機模式，實(shí)現定時(shí)自動(dòng)啟停。

3.社會(huì )效益

1)積極響應國家節能減排號召，完成國家節能減排目標，建立節約型社會(huì )。

2)降低建筑單位面積能耗，減少CO2排放量，改善氣候環(huán)境。

3)通過(guò)空調管控，響應國家對公共建筑空調溫度不低于26℃的規定，把國家政策落實(shí)到實(shí)處。

一、分體式空調節能控制方案

以某個(gè)校園分體式空調改造為例：分體式空調數量為 1396 臺，其中掛機空調管家 788 臺、單相柜機空調管家 448 臺、三相柜機空調管家 160 臺。智慧空調節能監控實(shí)現方式：空調運行信息通過(guò)每臺空調的空調管家控制器上傳至云平臺系統服務(wù)器，系統平臺通過(guò)空調管家控制器一鍵開(kāi)關(guān)、定時(shí)控制/課程表控制、溫度范圍限制、強制禁用。

空調管家控制器安裝示意圖：

1.1系統方案架構

1.2系統功能

1）監控數據：空調開(kāi)關(guān)機狀態(tài)、運行模式、設置溫度等各種狀態(tài)的數據；可遠程遙控每臺空調開(kāi)關(guān)機或調節模式、溫度、風(fēng)力；各房間的實(shí)時(shí)溫濕度采集和顯示；空調用電的統計。

2）報警功能：空調缺氟、冷凝器堵塞、室內風(fēng)機故障、室外風(fēng)扇異常、室內濾網(wǎng)臟堵、毛細管或過(guò)濾器堵塞等報警和預警。通過(guò)故障報警和預警，可以從容安排集中維保，避免零散的分次維修造成整體費用上升。

3）數據分析：利用空調管家上報的各類(lèi)數據，可以做到對空調運行信息的實(shí)時(shí)分析與故障報警。通過(guò)大數據和云技術(shù)提供了全面準確的信息和管理手段。根據故障緊急情況，自動(dòng)劃分維修優(yōu)先級，將非緊急故障集中批量生成維修工單，避免零散報修推高維修的人工成本對報修工單的執行過(guò)程提供全流程督辦；對維修效果進(jìn)行確認，避免二次維修；通過(guò)故障早期預警，可以從容安排集中維保，避免零散的分次維修造成整體費用上升，也能最大限度減少緊急維修的概率，從總體上顯著(zhù)降低維保成本。

1.3方案優(yōu)勢

空調管家采用全無(wú)線(xiàn)部署，就地安裝，無(wú)需對空調設備做任何改造，不影響空調保修，不影響空調遙控器的正常使用，實(shí)現精確到每臺的分體式空調的專(zhuān)項計量。系統采用了物聯(lián)網(wǎng)LoRa 無(wú)線(xiàn)通訊，一個(gè)智能網(wǎng)關(guān)可以覆蓋一層樓宇，接入節點(diǎn)可達 60 個(gè)?？照{管家與智能網(wǎng)關(guān)之間采用數據加密的無(wú)線(xiàn)通訊。系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品做到隨時(shí)監控，大數據和云技術(shù)提供全面準確的信息和管理手段。系統采用 B/S 架構，用戶(hù)無(wú)需安裝客戶(hù)端軟件，即可在電腦、手機或平板上登陸管理系統，查看歷史和實(shí)時(shí)的用電、節電數據和故障信息，實(shí)現空調用能和運維的精細化管理。多種控制策略實(shí)現集中遙控，包括分區一鍵開(kāi)關(guān)機、定時(shí)開(kāi)關(guān)機、溫度范圍限制、強制禁用、授權額度控制等。

實(shí)時(shí)優(yōu)化空調運行，在滿(mǎn)足舒適度的前提下，實(shí)現節能效益。提供空調健康度評估，并對故障進(jìn)行早期預警。對部分故障還可利用核心技術(shù)之一的“動(dòng)態(tài)修復技術(shù)"，延長(cháng)故障空調的壓縮機壽命，減小設備折舊費用。根據診斷的故障自動(dòng)生成工單，對維保進(jìn)行全流程督辦，并通過(guò)運行數據對實(shí)際維修效果進(jìn)行確認，避免虛假維修及二次維修，極大提高維保管理效益，有效降低綜合維保成本。提供空調資產(chǎn)管理，建立包括空調型號參數、使用場(chǎng)所、健康度、歷史故障及維保記錄等詳實(shí)的信息，并通過(guò)大數據分析為設備更換和采購提供數據支持和科學(xué)建議。

1.4系統主要硬件組成

1.4.1 AC220V空調智能節能控制器

空調智能節能遠程控制器QTAC220S空調管家是以節能、管理、遠程集中控制為目的的一種新型壁掛式空調遠程控制器，適用于辦公室、宿舍、酒店等壁掛式空調應用場(chǎng)所，配置有萬(wàn)能碼庫，紅外學(xué)習、控制模塊，強制電源控制模塊，遠程通訊模塊，電源管理模塊，自控模塊。QTAC220S采用純平面板設計且搭配了高清VA顯示屏使空調實(shí)時(shí)數據清晰直觀(guān)。QTAC220S配置的萬(wàn)能碼庫，可實(shí)現一鍵自動(dòng)匹配空調紅外遙控指令，適用于市場(chǎng)上99%的分體空調。對于特殊空調QTAC220S還配置有紅外學(xué)習模塊能學(xué)習所有帶遙控器的空調及其他設備的紅外碼值，模擬遙控器發(fā)送控制指令?？刂破骺刂瓶照{不需要改裝或拆裝空調(不影響空調原保修服務(wù))，使空調遠程控制更智能，更簡(jiǎn)單。

QTAC220S適用于學(xué)校、醫院、辦公室、工廠(chǎng)，宿舍等有人環(huán)境下的分體空調節能集控應用。

QTAC220S

1.4.2 AC380V空調智能節能控制器

空調智能節能遠程控制器QTAC380S空調管家是以節能、管理、遠程集中控制為目的一種新型空調遠程控制器。配置有紅外控制模塊，強制電源控制模塊，遠程通訊模塊，電能管理模塊，自控模塊，QTAC380S的紅外控制模塊能學(xué)習所有帶有遙控器的空調及其它設備的紅外碼值。模擬遙控器發(fā)送控制指令，控制器控制空調不需要改裝或拆裝空調。使空調遠程控制更智能，更簡(jiǎn)單。

針對380V大功率分體空調，QTAC380S工業(yè)版380V空調控制器配置有大功率交流接觸器，可以安全有效的控制380V空調電路的斷開(kāi)和閉合。

QTAC380S適用于學(xué)校、醫院、辦公室、工廠(chǎng)等有人環(huán)境下的空調節能集控應用。

QTAC380S

二、中央空調節能控制方案

2.1 前端集中管理控制方案

以集中管理為手段，節能減排為方向，采用中央空調多聯(lián)機控制方案，通過(guò)RS485通訊、以太網(wǎng)方式對某大樓的35臺外機和466臺內機進(jìn)行遠程控制與數據采集，實(shí)時(shí)查看各空調設備運行狀態(tài)，以及遠程實(shí)現遠程開(kāi)關(guān)機、升降溫、制冷制熱等模式轉換功能，解決中央空調集中管控難，人為的能耗浪費等問(wèn)題，進(jìn)一步提升空調智能化管理水平，實(shí)現空調設備的節能管理，為管理方創(chuàng )造效益。

2.1.1 控制原理

智能采集器將所采集的空調數據統一發(fā)送至智能主機，智能主機將數據信息一并上傳至云端，也可以從云端頂層下發(fā)空調控制指令，先經(jīng)過(guò)智能主機，通過(guò)智能主機再下發(fā)至相應的采集器模塊，最終由與空調實(shí)際連接的采集器實(shí)現對空調內機的智能控制。

通過(guò)局域網(wǎng)服務(wù)器或電腦便可實(shí)現對多聯(lián)機空調系統的智能控制，可以根據所監測室內溫度、空調運行狀態(tài)等信息，對所監測房間的空調進(jìn)行遠程智能節能化控制管理，合理地控制室內空調溫度，提供良好的室內空氣品質(zhì)，從而使傳統空調更加節能、智能、舒適。

基于分布式架構，管理員可以通過(guò)瀏覽器登錄該控制系統，可根據用戶(hù)的需求，對任意一臺機組或多臺機組的室內機實(shí)現開(kāi)啟，溫度，模式等設置。

2.1.2 系統方案架構圖

智能采集器采集的空調運行數據和電表采集的能耗電量通過(guò)智能主機傳輸到系統管理平臺，平臺下發(fā)的控制命令通過(guò)智能主機下發(fā)給智能采集器控制空調狀態(tài)，承擔著(zhù)數據匯聚、保存及控制指令下發(fā)的作用。

2.1.3系統功能

（1）實(shí)時(shí)監控

通過(guò)軟件平臺實(shí)現各個(gè)空調的遠程狀態(tài)實(shí)時(shí)監控，可遠程查看空調的狀態(tài)、運行風(fēng)速、模式、定時(shí)情況、設定溫度和當前溫度。

（2）本地控制及遠程控制

該系統可通過(guò)平臺對各個(gè)空調進(jìn)行遠程控制，實(shí)現風(fēng)速、溫度、模式、定時(shí)等遠程設置。下班時(shí)，管理人員可以通過(guò)該功能關(guān)閉辦公人員忘記關(guān)閉的空調，實(shí)現管理節能的目的。上班時(shí)，管理人員可以遠程查看每個(gè)辦公室是否按照規定把空調調節在適當的溫度，如果不符合國家有關(guān)規定，可以遠程對其進(jìn)行調節，進(jìn)而達到節能的目的。

（3）溫度管理

1)開(kāi)機運行節能溫度

定時(shí)/手動(dòng)開(kāi)機時(shí)，默認預設的溫度值，支持遠程設置節能溫度值；

2)限定運行溫度調節范圍

制冷/熱模式下的溫度僅在預設溫度范圍內調控，可遠程修改溫度調節范圍值；若出現用戶(hù)違規操作也將自動(dòng)糾正溫度；

（4）時(shí)間管理

定時(shí)自動(dòng)關(guān)機，每天可設置多個(gè)關(guān)機時(shí)間點(diǎn)；

遠程開(kāi)關(guān)機；

特殊情況下，支持后臺遠程控制空調開(kāi)關(guān)機狀態(tài)；

日程管理，查看歷史開(kāi)關(guān)機記錄；

（5）權限設定

可分組對特定群組進(jìn)行權限設定；

對空調面板/線(xiàn)控器進(jìn)行鎖定，即禁用線(xiàn)控器；

設定空調來(lái)電后自動(dòng)開(kāi)啟或手動(dòng)開(kāi)啟兩種模式；

2.1.4 系統主要硬件組成

2.1.4.1 智能通訊網(wǎng)關(guān)機

QT290G是一款標準LoRaWAN™協(xié)議的室內網(wǎng)關(guān)?？蛇B接標準的LoRaWAN終端并進(jìn)行雙向通信，通過(guò)標準的以太網(wǎng)接口連接網(wǎng)關(guān)到公司的NS（網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器），可擴展支持4G/LTE實(shí)現數據上傳，本地支持 IP/WiFi-AP Web 配置網(wǎng)關(guān)的工作頻點(diǎn)和指向的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器等相關(guān)參數。

基于工業(yè)級硬件平臺設計，全金屬外殼，支持 PoE/DC12V 供電，具備覆蓋距離遠、功耗低、運維簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。允許接入各類(lèi) LoRa 應用節點(diǎn)。

2.1.4.2 空調面板溫控器

基于LoRaWAN的智能液晶數字恒溫控制器，適用于風(fēng)機盤(pán)管、電動(dòng)閥、電動(dòng)風(fēng)閥、電動(dòng)風(fēng)口、地暖、壁掛爐、熱水器及供熱設備的溫度控制。采用大屏幕液晶顯示，自動(dòng)調節冷暖氣的進(jìn)氣量和開(kāi)啟或關(guān)閉管道電動(dòng)閥，達到保持室內恒溫的目的?？照{面板可以直連內機，不需要外部供電，也不需要加任何轉接設備，可以替換原廠(chǎng)線(xiàn)控器，也可以與原廠(chǎng)線(xiàn)控器并用，控制會(huì )互相同步狀態(tài)。

2.2 空調機組節能控制

（1）空調系統調控

中央空調系統主要由冷熱源主機系統（又稱(chēng)“制冷劑循環(huán)系統"）、冷凍水循環(huán)系統、冷卻水循環(huán)系統以及多個(gè)空氣調節系統（又稱(chēng)“末端空調箱系統"）組成。

主要控制組件包含五部分：

①制冷主機 ②冷凍水泵 ③冷卻水泵 ④冷卻塔 ⑤末端空調箱

空調主機接入。每臺冷水機組對應一個(gè)具備標準化需求響應通信功能的通信控制板，每個(gè)通信控制板統一安裝在冷水機組操作面板箱內。根據冷水機組操作面板箱內的空間，合理安裝通信控制板，根據箱體和通信板的各自的大小和固定方式進(jìn)行靈活安裝。如果原有操作面板箱內沒(méi)有剩余空間，則需要定制通信控制板安裝柜，用于通信控制板的安裝。

冷凍水系統監測調控。在冷凍水出、回水管道分別安裝溫度傳感器，實(shí)現冷凍水出回水溫差采集。在冷凍水系統安裝邊緣控制器柜，采集傳感器上送的水溫等數據，冷凍水泵和冷水主機的運行狀態(tài)參數，通過(guò)控制柜內置的本地策略對主機和冷凍水泵進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現冷凍水泵追蹤冷凍水出回水溫差自動(dòng)變頻運行。調控方式：根據冷凍水系統的供回水溫差，匹配系統需冷量，調節冷凍水泵頻率；匹配冷水機組最佳運行效率曲線(xiàn)，調節冷水機組運行數量。

冷卻水系統監測調控。在冷卻水出、回水管道安裝溫度傳感器，實(shí)現冷卻水出回水溫差采集；選取合適地點(diǎn)，安裝室外溫濕度傳感器，實(shí)現室外溫濕度采集；在冷卻水系統安裝邊緣控制器柜，采集冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機的運行狀態(tài)信息，通過(guò)邏輯控制程序對冷卻塔風(fēng)機進(jìn)行精細控制，實(shí)現冷卻水泵的啟停和冷卻塔冷卻風(fēng)機的智能分組控制。調控方式：根據冷卻水系統供水溫度、回水溫度和室外溫濕度等參數變化，匹配系統所需冷量，調節冷卻塔風(fēng)機的運行數量，從而降低冷卻系統的能耗。

末端空調箱系統監測調控。末端空調箱回風(fēng)管加裝溫度傳感器實(shí)現對所在區域環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)采集并計算末端需冷量。安裝末端空調箱的邊緣控制器柜，通過(guò)邏輯控制程序調控末端空調箱電磁閥開(kāi)啟度，實(shí)現末端冷量的匹配調節，降低能耗。調控方式：結合末端空調箱對應區域風(fēng)口溫度，識別末端冷需量，通過(guò)控制電磁閥開(kāi)度來(lái)調節不同區域冷量，實(shí)現區域冷量化匹配，從而減少不必要的冷量浪費。

表1——中央空調系統改造措施匯總表

子系統	改造前	改造措施
制冷劑循環(huán)子系統	根據出回水溫差自動(dòng)優(yōu)化運行，與其他子系統缺乏聯(lián)動(dòng)。	納入節能系統，實(shí)現與其他子系統聯(lián)調優(yōu)化控制。
冷凍水循環(huán)子系統	不能根據冷凍出回水溫度進(jìn)行變頻運行。	1.納入節能系統，實(shí)現與其他子系統聯(lián)調優(yōu)化控制；
		2.完成冷凍水循環(huán)管網(wǎng)出回水溫度采集改造；
		3.完成冷凍水泵運行狀態(tài)監測改造；
		4.完成冷凍水泵實(shí)時(shí)變頻運行改造。
冷卻水循環(huán)子系統	不能根據冷卻水出回水溫差進(jìn)行冷卻塔風(fēng)機運行數量控制。	1.納入節能系統，實(shí)現與其他子系統聯(lián)調優(yōu)化控制；
		2.完成冷卻水循環(huán)管網(wǎng)出回水溫度采集改造；
		3.完成室外溫濕度采集改造；
		4.完成冷卻塔風(fēng)機運行狀態(tài)監測改造；
		5.完成冷卻塔風(fēng)機數量?jì)?yōu)化控制改造。
末端空調箱子系統	不能匹配末端空調箱對應區域的溫度進(jìn)行精準調控。	1.納入節能系統，實(shí)現與其他子系統聯(lián)調優(yōu)化控制；
		2.完成末端空調箱對應區域溫度采集改造；
		3.完成末端空調箱運行狀態(tài)監測改造；
		4.完成末端空調箱冷量控制改造；
		5.識別末端需冷量，調節主機制冷量出力，實(shí)現整體系統動(dòng)態(tài)尋優(yōu)運行。

（2）電量信息分項測量

中央空調側需要增設一定數量的計量器具，獲取相關(guān)用電系統和用電設備的電量和負荷信息。所需數據主要包括：用戶(hù)的總用電量及負荷、中央空調系統總電量及負荷、中央空調系統設備分電量及負荷。為了確保能夠實(shí)現對用戶(hù)總電量、中央空調系統總電量、照明系統總電量、中央空調系統設備分電量計量的采集要求，用電信息的采集按照三級計量方式進(jìn)行。

一級計量。一級計量主要是為獲取用戶(hù)總用電信息，包括：用戶(hù)總用電量和用戶(hù)總用電負荷，如用戶(hù)樓控系統已覆蓋其所有變壓器，一級計量的數據可直接通過(guò)系統對接方式獲取。

二級計量。二級計量主要獲取用戶(hù)中央空調系統總用電信息。中央空調系統總電量、總負荷主要通過(guò)空調主機、冷凍水泵、冷卻水泵冷卻塔和末端設備的用電信息之和得到。如用戶(hù)樓控系統已覆蓋中央空調系統的所有設備，可直接通過(guò)系統對接方式獲取相關(guān)數據。如沒(méi)有覆蓋，則完善設備分項計量并求和。

三級計量。三級計量主要獲取用戶(hù)中央空調系統下的設備級用電信息，計量實(shí)施內容如下表。

表2——中央空調系統設備級分項計量匯總表

計量范圍	約束條件	計量一般要求
主機	所有（常用和備用都裝）	每臺主機（冷水機組、風(fēng)冷熱泵機組等）都安裝1塊獨立計量智能電表
循環(huán)水泵	有總出線(xiàn)時(shí)	每條總出線(xiàn)安裝1塊計量表計
	無(wú)總出線(xiàn)時(shí)	有多個(gè)冷源站的用戶(hù)，循環(huán)水泵不計量
	無(wú)總出線(xiàn)時(shí)	只有1個(gè)冷原站用戶(hù)，每臺水泵安裝1塊智能電表進(jìn)行計量。
冷卻塔	所有	同一配電室內并且冷卻塔為單獨供電，在冷卻塔總出線(xiàn)處安裝，每1條出線(xiàn)安裝1塊智能電表
末端設備	風(fēng)機盤(pán)管	不安裝智能電表
	供電分散、復雜	如果末端設備分布于多個(gè)變配電室內，不需安裝智能電表
	同一個(gè)配電室且獨立供電	每個(gè)末端設備的低壓配電柜上安裝1塊智能電表