萝岗中心医院中央空调能源管理系统科学性分析

广州萝岗区中心医院中央空调能源管理系统可行性分析植汉杰二〇〇九年四月十六日1一、项目状况广州市萝岗区中心医院是位于广州市开发区，总建筑面积91500平方米左右，其中空调使用面积5万多平方米，楼高10层，拟建设为萝岗区最完善的综合医疗智能大厦。中央空调系统较为复杂，现状如下：中央空调系统设有2个系统：分别设在大楼的B1层和大楼天面（为整栋楼供冷和供热）。（本方案不包括手术室和ICU系统：100冷吨风冷螺杆式主机2台及对应的水泵）（1）B1层制冷站的现状600冷吨离心式主机2台，215冷吨蒸发式螺杆式主机2台；200冷吨风冷螺杆式主机2台一次冷冻水泵45KW3台、22KW3台、18。5KW3台二次冷冻水泵15KW2台冷却水泵55KW3台；冷却塔11KW风机4台;该中央空调系统末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等设备，设计采用BAS楼宇自动化系统进行控制，二、中央空调能源管理系统的必要性（一）国家政策的要求随着我国经济的快速发展，资源对经济发展的制约作用日益突出。而我国尽管资源总量不少，但人均相对贫乏，且存在高投入、低产出和浪费严重的现象。建筑能耗所占社会商品能源总消费量的比例也持续增加(已从1978年的10%上升到目前的20％以上)，而且随着工业结构调整的完成和经济的继续增长，工业生产能耗的降低将难以补足建筑能耗的飞速增加，建筑能耗增加导致能源短缺的问题将更加突出。2005年7月国务院发布了“关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知”，对加快建设节约型社会进行了重点部署，节约能源、提高资源利用率成为国家关注的重点。2007年国务院总理温家宝在十届全国人大五次会议2上作政府工作报告时提出，要大力抓好节能降耗、保护环境。2008年2月发出《国务院关于加强节能工作的决定》，2008年7月，国务院总理、国务院节能减排工作领导小组组长温家宝主持召开节能减排工作领导小组会议，明确08节能减排12项重点，并号召开展全民行动，2008年8月相继颁布《公共建筑节能条例》和《民用建筑节能条例》，条例明确要求国家机关办公建筑及民用大型建筑应当安装、使用节能设备，广州萝岗区政府应带头落实国家产业政策，把中心医院建设成绿色环保节能的典型项目。（二）形势发展的要求广州萝岗中心医院作为广州萝岗区具有影响的智能型大厦，其设计建设应具有一定的超前性，在方案设计、智能管理、设备使用上应有一定的先进性，应采用一定的技术先进成熟产品来满足现代化医院未来使用和管理的需求。目前广州西塔、火车站等在广州大型项目在这方面尤其重视，并单独作为课题进行研究。因此，我们也应采取相应的措施，把该项目建设成一个技术先进、管理科学、竞争力强的具有一定代表性的项目。（三）未来管理的要求在中央空调系统的设计设计过程中，通常是按建筑物所在地的极端气候条件来计算其最大冷负荷（或最大热负荷），并由此确定空调主机的装机容量及空调水系统的供水流量。一方面每年只有极短时间出现最大冷负荷（或最大热负荷）的情况，中央空调系统在绝大部分时间里，都是在部分负荷（远小于其额定容量）条件下运行；另一方面空调负荷又具有变动性，由于季节交替、气候变幻、昼夜轮回、使用变化及人流量增减等各种因素变化的影响，中央空调系统的负荷具有起伏变化和不恒定的特点，这样中央空调具有很大的节能空间。同时，目前大型公共建筑的单位面积用电量是城市一般住宅建筑用电量的10～20倍，而其中有一半以上电耗用于中央空调，是大厦能源管理和能耗控制的重点。该项目是广州市萝岗区的重大工程，影响广泛，投入使用后服务品质要求相当高；同时人员流动性大；如何优化空调系统设计是建设好大厦一个重要课题，更是能否实现大厦绿色建筑的关键所在。在未来的使用中，在保证服务质量的同时，如何降低运营成本和管理成本，也是我们在建设过程中必须重视的问题。虽然目前大厦在中央空调的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等设备采用了3BAS楼宇自动化系统，但从节能的角度出发，这还远远不够。这是因为：（1）BAS楼宇自动化系统进行控制可实现对空调末端设备（新风机、回风机、变风量风机、风机盘管）的控制，并实现节能10～20％左右，但该部分设备能耗仅占整个中央空调系统能耗的10%左右。其耗能的重点部分（主机和水系统）还有很大的节能潜力。（2）BAS系统监测控制对象是建筑物内的机电设备，是一个对设备进行集中监测、管理的工具，其优点是监测点多、控制的设备全面、管理功能强大。但在对中央空调系统的监控中，BAS系统通常是对各种运行信号进行监测和对空调主机、冷冻（温）水泵、冷却水泵等大功率设备的启、停状态进行控制，而不是根据建筑物空调实际需要的负荷来对系统运行过程进行控制。因此，在BAS控制的空调系统中，仍然存在着较大的节能空间。综上所述，在该医院中央空调系统设计和建设中采用先进的节能技术和智能控制系统，是很必要的。为此，我们对中央空调节能系统进行了充分的市场调查和详实科学的论证，下面以贵州汇通华城楼宇科技有限公司研究开发的ＢKS系列产品代表介绍中央空调能源管理系统的特点和节能效益。三、BKS中央空调能源管理系统之可行性（一）BKS中央空调能源管理系统介绍针对中央空调系统定流量控制方式不能跟随负荷变化而调节系统运行参数和能量供应，造成系统效率降低、能源浪费大、机械磨损严重等问题，提出了一套完整的科学的解决方案，并以当今先进的模糊控制技术、系统集成技术和变频调速技术相结合，研制开发出了中央空调系统的最新节能产品——BKS系列中央空调节能控制系统和中央空调管理专家系统。1、BKS节能控制的基本思想BKS系列中央空调节能控制系统是目前最先进的节能控制产品，它与当今普遍使用的定流量中央空调控制模式相比，具有以下技术特点：（1）实现空调系统负荷的跟随性BKS系列中央空调节能控制系统突破了传统中央空调冷媒系统的运行方式，4通过对中央空调能源运行系统的动态监测和闭环控制，将空调主机的定流量运行改为变流量运行，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷需求而同步变化，在空调系统的任何负荷条件下，都能既确保中央空调系统的舒适性，又实现最大的节能。（2）保障空调主机始终保持高的热转换效率众所周知，随着中央空调系统负荷的变化，必将导致整个空调系统运行参数偏离空调主机的最佳设计参数，导致主机热转换效率降低，这一直是传统中央空调运行方式无法解决的一大难题。BKS系列中央空调节能控制系统的一个基本思想就是按照中央空调主机所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行，根据系统的运行工况及制冷工质参数的变化，通过模糊控制器动态调整空调系统运行参数，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持具有高的热转换效率，有效地解决了传统中央空调系统在低负荷状态下热转换效率下降的难题，提高了系统的能源利用率。（3）实现中央空调全系统综合性能优化和协调运行中央空调系统是一个较复杂的系统工程，要实现中央空调系统的最佳运行和节能，从局部去解决问题（如采用通用变频器PID控制）是不可能办到的，必须针对空调系统的各个环节（包括主机、冷冻水系统、冷却水系统、冷却风系统等）统一考虑，全面控制，使整个系统协调运行，才能实现最佳综合节能。为此，BKS系列产品设计中从系统工程学的理念出发，不仅对中央空调各部分进行全面控制，而且通过系统集成技术将各个控制子系统在物理上、逻辑上和功能上互连在一起，实现它们之间的信息综合、资源共享，在一个计算机平台上进行集中控制和统一管理，实现中央空调全系统的协调运行和综合性能优化。2、BKS控制原理BKS系列中央空调节能控制系统的核心是模糊控制器及其控制软件。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，是近年来发展起来的新型控制技术，尤其适合于中央空调这样复杂的、非线性的5和时变性系统的控制。图1示出了BKS中央空调节能控制原理框图。图1系统原理框图图1中所示的模糊控制器由模糊化接口、数据库、规则库、推理机、解模糊接口等构成。它的输入变量都选用受控变量，它们能够比较准确的反映受控过程中输出变量的动态特性。对于BKS系列中央空调节能控制系统而言，受控变量是系统的供回水温度、流量及压差等。模糊控制的核心是用自然语言来描述被控制系统，利用模糊规则推理对系统的粗略知识进行类似人脑的知识处理，实现对复杂系统的优化控制。在控制过程中，以语言描述人类知识，并把它表示成模糊规则或关系，通过推理、利用知识库，把某些知识与过程状态结合起来，构成一套自寻优的模糊控制策略。当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工况时，模糊控制器根据数据采集得到各种运行参数值，如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等，经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，确保主机在任何负荷条件下，都有一个优化的运行环境，始终处于最佳运行工况，从而保持效率（COP）最高、能耗最低，实现主机节能20%～40%。3、BKS系列产品的特点6BKS系列产品的智能模糊控制与传统控制方式和通用变频器PID控制方式相比，具有以下特点：（1）技术先进，具有智能控制功能BKS系列产品充分利用了当代最新科技成果，采用具有智能控制功能、能进行类似人脑的知识处理和推理的先进的模糊控制技术，使系统具有自学习、自寻优和自适应的优化控制功能，可以根据中央空调运行环境及负荷的变化择优选择最佳的运行参量和控制方案。（2）动态负荷跟随，实现高效节能BKS系列产品突破了传统中央空调冷媒系统的运行方式，实现空调系统负荷的跟随性，实现空调系统运行参数的动态调整，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持高的热转换效率，既确保中央空调系统的舒适性，又实现最大的节能。（3）开放性和兼容性BKS2008具有强大的网络通讯功能，提供了符合ＯＰC协议的软件接口和干节点方式的硬件接口，具有良好的开放性、兼容性和集成性，可以与任何支持OPC协议的控制系统通过软件进行集成，或通过硬件连接方式进行接口，从而实现集成控制与信息共享，以满足用户建筑物的自动化管理需求。（4）多参量控制，运行安全可靠◆有效克服控制过程的振荡BKS系列产品采用多参量智能模糊控制，在系统出现外来扰动（如负荷变化）时，能自适应地调整空调系统运行参数及过渡过程参数，使系统能很快趋于新的优化的运行状态，不会引起振荡，系统运行稳定可靠。◆有效防止主机喘振BKS系列产品基于系统工程学理念并应用系统集成技术，实现了整个空调系统工作状态的全面监测及同步控制，确保空调主机蒸发器工况和冷凝器工况相7匹配，有效防止了喘振现象的发生。◆全面的保护功能BKS系列产品设置了以下保护功能：◇电气保护（过电压保护、过电流保护、过载保护等）。◇冷冻水低温和低流量保护，有效防止空调主机蒸发器冻管。◆有效的抗干扰措施BKS系列产品的软、硬件设计，均充分考虑了产品的电磁兼容性，采取了一系列抗电磁干扰措施，以保障系统可靠地工作。系统设置了操作权限管理功能，可有效防止非授权人员的无意或蓄意访问系统，确保系统数据的采集、传递、储存、使用的安全性。◆高可靠的元器件BKS系列产品的关键元器件，全部采用世界一流的名牌产品，如美国AB、法国Schneider、德国SIEMENS、日本OMRON等，大大提高了系统的可靠性。（5）人性化设计，使用操作简便BKS系列产品遵循“以人为本”的人性化设计理念，系统的软、硬件设计都从用户操作使用的方便出发，提供了触摸屏式全汉化的中文软件界面，以及非常直观的图形和图表,以满足不同管理人员和操作人员的使用习惯，使操作人员易于理解、易于学习，让不熟悉计算机的人员也能快速掌握和操作整个系统，很快胜任运行管理工作。4、BKS系列功能BKS中央空调管理专家系统具有强大的管理功能，为实现中央空调系统的计算机管理提供了一个先进实用的工具。其具体功能如下：（1）系统管理功能传统的中央空调系统管理是依靠人工管理，离不开操作人员到现场去进行监视和操作。BKS为您提供了一个先进的智能化的中央空调运行管理的技术平台。如果把您丰富的运行管理经验和运行要求输入BKS的计算机，它就会忠实地自动执行您的旨意，让您使用和