綠色制冷，智享未來，中央空調(diào)能耗能效優(yōu)化新篇章

前言

在現(xiàn)代建筑中，中央空調(diào)為人們營造了舒適的室內(nèi)環(huán)境，但其能耗問題也日益凸顯，成為建筑能耗的重要組成部分。深入了解中央空調(diào)的能耗能效現(xiàn)狀，對于推動節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2021.12《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》

2022.02《關(guān)于2022年公共機(jī)構(gòu)能源資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作安排的通知》

2024.01《重點(diǎn)用能產(chǎn)品設(shè)備能效先進(jìn)水平、節(jié)能水平和準(zhǔn)入水平(2024年版)》

2024.11《關(guān)于印發(fā)推動工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備更新實(shí)施方案的通知》

一. 能耗現(xiàn)狀

1.1 能源管理結(jié)構(gòu)不清：眾多場所的中央空調(diào)系統(tǒng)普遍存在能量計(jì)量點(diǎn)位不完善的問題。在大型商業(yè)綜合體中，樓層繁多、區(qū)域功能復(fù)雜，精確統(tǒng)計(jì)各區(qū)域能耗困難，導(dǎo)致能源管理責(zé)任難以明確，制約了針對性節(jié)能措施的實(shí)施。

1.2 缺乏系統(tǒng)運(yùn)行感知：中央空調(diào)系統(tǒng)電耗居高不下，但部分老舊建筑的中央空調(diào)缺乏有效的監(jiān)控手段，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)及細(xì)分電耗數(shù)據(jù)。管理人員難以深入分析運(yùn)行能效，高耗能問題也難以及時(shí)察覺與解決。

1.3 末端風(fēng)設(shè)備缺乏集中監(jiān)控：在大型酒店、學(xué)校等場所，末端空調(diào)設(shè)備數(shù)量龐大且分布廣泛，缺乏集中管理，使用隨意性大，能源浪費(fèi)現(xiàn)象頻發(fā)。如服務(wù)員可能忘記關(guān)閉退房客房的空調(diào)，教室無人時(shí)空調(diào)仍運(yùn)行。

1.4 依賴人工操作：許多中央空調(diào)系統(tǒng)依賴人工操作，對操作員要求較高，既需豐富經(jīng)驗(yàn)，又要有強(qiáng)烈責(zé)任心。在小型工廠中，操作員常憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)空調(diào)參數(shù)，難以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷精準(zhǔn)調(diào)整，責(zé)任心不足或操作失誤易導(dǎo)致能源浪費(fèi)。

1.5 存在浪費(fèi)現(xiàn)象：中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)容量會根據(jù)建筑熱負(fù)荷計(jì)算并預(yù)留余量。但實(shí)際運(yùn)行中，熱負(fù)荷隨季節(jié)交替和溫差變化波動，冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)和主機(jī)等設(shè)備無法及時(shí)調(diào)整功率，導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下，造成能源浪費(fèi)。

用戶改善的目標(biāo)主要分為三方面：完善的監(jiān)控系統(tǒng)； 提升系統(tǒng)管控水平； 提升整體運(yùn)行能效

三. 解決方案

3.1 首先根據(jù)企業(yè)管理特點(diǎn)架構(gòu)能源三級計(jì)量

3.2 然后根據(jù)企業(yè)管理架構(gòu)建設(shè)三級計(jì)量，接入成品產(chǎn)量/中間產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)核算各級單耗數(shù)據(jù)，即能源利用效率；對于動力設(shè)備，核算制冷系統(tǒng)能效比，水泵效率等等能源轉(zhuǎn)換效率。

3.3 整體架構(gòu)

企業(yè)能源計(jì)量按照直接生產(chǎn)用能、輔助生產(chǎn)用能和附屬生產(chǎn)用能劃分；

• 直接生產(chǎn)用能-生產(chǎn)部負(fù)責(zé)

• 輔助生產(chǎn)用能-設(shè)備部/動力部負(fù)責(zé)

• 附屬生產(chǎn)用能-后勤部門/各內(nèi)勤部門負(fù)責(zé)

3.4. 制冷原理

中央空調(diào)系統(tǒng)一般主要由制冷壓縮機(jī)、冷凍循環(huán)水設(shè)備、冷卻循環(huán)水設(shè)備、末端風(fēng)機(jī)設(shè)備、冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)備等組成。主要通過五大循環(huán)，即水泵、風(fēng)機(jī)等動力設(shè)備形成一個(gè)能量的搬運(yùn)系統(tǒng)，把目標(biāo)區(qū)域的能量搬運(yùn)至室外。

3.5 節(jié)能空間

在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，制冷壓縮機(jī)、冷凍循環(huán)水設(shè)備、冷卻循環(huán)水設(shè)備、末端風(fēng)機(jī)設(shè)備、冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)備的電機(jī)容量是根據(jù)建筑物的最大設(shè)計(jì)熱負(fù)荷選定的，都留有一定設(shè)計(jì)余量。由于四季氣候變化及晝夜溫差變化，造成目標(biāo)區(qū)域的熱負(fù)荷總是不斷變化。但冷凍冷卻水泵、冷塔風(fēng)機(jī)、主機(jī)運(yùn)行等卻不能根據(jù)熱負(fù)荷變化調(diào)整輸出電功率，造成系統(tǒng)低效運(yùn)行。

四. 中央空調(diào)系統(tǒng)整體解決方案

• 中央空調(diào)系統(tǒng) ： 包含冷熱源與末端送風(fēng)設(shè)備整體能效監(jiān)控

• 多聯(lián)機(jī)設(shè)備： 遠(yuǎn)程監(jiān)控，電費(fèi)合理分解

• 分體空調(diào)設(shè)備： 遠(yuǎn)程監(jiān)控，避免浪費(fèi)

4.1 中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

• 通過AI能效監(jiān)控箱與樓層監(jiān)控箱整體監(jiān)控冷熱源水系統(tǒng)與末端風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況

• 末端與冷熱源聯(lián)動優(yōu)化整體能效水平。

• 通過對天氣、建筑以及集中式空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，將有助于超前實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行的干預(yù)，指導(dǎo)用戶合理開關(guān)機(jī)，并對冷機(jī)進(jìn)行群控及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4.2 中央空調(diào)系統(tǒng)能效

中央空調(diào)系統(tǒng)能效頁面：

能效點(diǎn)位要求：

4.3 風(fēng)機(jī)盤管組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

• 安裝可遠(yuǎn)控的空調(diào)面板，同時(shí)控制風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)機(jī)與兩通閥開閉以及風(fēng)機(jī)高中低三擋風(fēng)速。

• 通過Anet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程節(jié)能控制及計(jì)費(fèi)

4.4 多聯(lián)機(jī)與分體空調(diào)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4.4.1分體空調(diào)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

使用空調(diào)控制器替換分體空調(diào)電源86盒，以紅外發(fā)射的方式控制分體空調(diào)啟停、溫度設(shè)定。

通過Anet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程節(jié)能控制多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)啟停及計(jì)費(fèi)；

4.4.2 多聯(lián)機(jī)空調(diào)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

空調(diào)專用網(wǎng)關(guān)對接多聯(lián)機(jī)室外機(jī)，安裝電表計(jì)量電耗。

通過Anet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程節(jié)能控制多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)啟停及計(jì)費(fèi)；

4.5 中央空調(diào)末端設(shè)備用能計(jì)費(fèi)

• 時(shí)間型計(jì)費(fèi)方式

監(jiān)測風(fēng)機(jī)盤管閥門的啟停狀態(tài)，緊計(jì)每個(gè)風(fēng)機(jī)盤管及每戶的使用時(shí)間當(dāng)量，計(jì)算出每個(gè)用戶的能量消耗

• 能量型計(jì)費(fèi)方式

未端加裝能量計(jì)量，通過用能量占比的方式分?jǐn)傉麄€(gè)系統(tǒng)能耗。

• 按比例分?jǐn)?/strong>

系統(tǒng)支持按人數(shù)、面積、能耗比例等多種方式進(jìn)行費(fèi)用分?jǐn)偂?/p>

五. 系統(tǒng)核心算法與功能

5.1 中央空調(diào)AI調(diào)優(yōu)輸入?yún)?shù)

5.2 典型能源站供能系統(tǒng)的算法層級

• 中央空調(diào)系統(tǒng)制冷調(diào)優(yōu)

• 換熱站供熱調(diào)優(yōu)

• 太陽能制熱預(yù)測及空氣源熱泵系統(tǒng)調(diào)優(yōu)

• 冷/熱源與末端溫控風(fēng)控調(diào)優(yōu)

5.3 AI調(diào)優(yōu)原理

通過建立高精度的能效模型，在保證安全的前提下，采用全局主動優(yōu)化算法確定該負(fù)荷條件下各子系統(tǒng)的運(yùn)行策略。

5.4 關(guān)聯(lián)性分析

a. 熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)分析法。這一方法首先利用熵權(quán)法客觀地確定各指標(biāo)權(quán)重，然后運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析探究各指標(biāo)與決策目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度，最終根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小對方案進(jìn)行排序，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)的有效評價(jià)和決策，再有針對性地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

b. 群智能算法是受到自然現(xiàn)象的啟發(fā)，鯨魚優(yōu)化算法模擬了座頭鯨時(shí)采用的一種特殊技巧。算法的核心在于模擬鯨魚捕食的三個(gè)階段：包圍獵物、泡泡網(wǎng)攻擊以及搜尋獵物。在算法實(shí)現(xiàn)中，每個(gè)鯨魚個(gè)體代表一個(gè)可能的解，而優(yōu)解則相當(dāng)于被追捕的小魚。算法通過迭代過程不斷更新這些“鯨魚”的位置，以期逐漸逼近問題的較優(yōu)解。

5.5 中央空調(diào)能效監(jiān)測

包括系統(tǒng)COP, 系統(tǒng)單耗, 主機(jī)COP, 制冷量, 系統(tǒng)今日電耗 ,組態(tài)監(jiān)控 .

a. 中央空調(diào)能效監(jiān)測詳情

瞬時(shí)數(shù)據(jù)和累積數(shù)據(jù)的計(jì)算分析  ;  48小時(shí)能效數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ确治?

b. 中央空調(diào)能效對標(biāo)

可自行設(shè)定能效對標(biāo)數(shù)據(jù) ; 可按國家標(biāo)準(zhǔn)、銘牌數(shù)據(jù)等進(jìn)行對比 ; 瞬時(shí)數(shù)據(jù)與累積數(shù)據(jù)同時(shí)對比.

c. 空調(diào)面板監(jiān)控

可遠(yuǎn)程監(jiān)控空調(diào) ; 感知空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)、溫度、模式、風(fēng)速、風(fēng)向等。

遠(yuǎn)程設(shè)置：開關(guān)、溫度、模式（制冷、制熱、送風(fēng)、除濕）、風(fēng)速（高速、中速、低速）、風(fēng)向（擺動、前后左右導(dǎo)風(fēng)板位置）。

群組控制：同區(qū)域空調(diào)可以同時(shí)控制、多用戶同時(shí)異地監(jiān)控管理。

d. 能耗監(jiān)測

• 監(jiān)測末端空調(diào)總用電量、單臺空調(diào)用電量等。

• 按建筑、房間拓?fù)浔O(jiān)測房間空調(diào)日、月、年用電量。

• 按不同時(shí)段，對比查看多個(gè)房間用電量。

5.5 功能價(jià)值

提高時(shí)效 : 遠(yuǎn)程操控設(shè)備，自動存儲設(shè)備運(yùn)行及能耗數(shù)據(jù)

節(jié)約能源 : 系統(tǒng)節(jié)能，一般可節(jié)省10%-20%

減少工作量 : 減少人工工時(shí)至少50%

發(fā)現(xiàn)問題 : 能效對標(biāo)、能耗異常等情況可以幫助管理人員發(fā)現(xiàn)問題

六. 硬件產(chǎn)品支撐

6.1 網(wǎng)絡(luò)通訊層-智能網(wǎng)關(guān)

6.2 APM/AEM/AMC/DTSD/ADW電能計(jì)量及分析

雙碳背景下，企業(yè)用能的電能替代將是長期趨勢，因此企業(yè)內(nèi)部將新增大量用電設(shè)備，提高這些設(shè)備的能效水平將降低總的電能消耗，助力雙碳目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)。

需要多種類型的電能計(jì)量儀表，支持嵌入式、導(dǎo)軌式安裝，RS485、Lora、4G等數(shù)據(jù)上傳模式，可實(shí)現(xiàn)免布線、免停電施工。

電能計(jì)量表計(jì)安裝在主要配電節(jié)點(diǎn)、重點(diǎn)用能設(shè)備等處，綜合能源管理平臺實(shí)時(shí)采集用電數(shù)據(jù)，對用電數(shù)據(jù)進(jìn)行逐時(shí)、逐日、逐月分析，并結(jié)合國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)企業(yè)整體碳排放，為碳中和提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。企業(yè)用能總量數(shù)據(jù)和強(qiáng)度數(shù)據(jù)可上傳至政府監(jiān)管平臺，滿足政府碳排放監(jiān)管要求。

6.3 智能微型斷路器ASCB

ASCB1系列智能微型斷路器由智能微型斷路器與智能網(wǎng)關(guān)兩部分組成，可用于對用電線路的關(guān)鍵電氣因素，如電壓、電流、功率、溫度、漏電、能耗等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，具有遠(yuǎn)程操控、預(yù)警保護(hù)、短路保護(hù)、電能計(jì)量統(tǒng)計(jì)、故障定位等功能，應(yīng)用于戶內(nèi)建筑物及類似場所的工業(yè)、商業(yè)、民用建筑及基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域低壓終端配電網(wǎng)絡(luò)。

6.4 Acrel-7000F/A AI能效監(jiān)控箱

可接入變頻器、主機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，可執(zhí)行運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)

6.5 BM100系列信號隔離器

采用電磁隔離和光電隔離兩種方式，將模擬信號和數(shù)字信號進(jìn)行隔離輸出。保障信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力。通過可靠的電路設(shè)計(jì)保證不同類型信號轉(zhuǎn)換的精度和信號通道之間的獨(dú)立性，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

七. 某汽車檢氫能基地案例分享

7.1 項(xiàng)目背景：上海某汽車檢氫能與燃料電池檢測基地，占地面積約50畝，建有氫能整車試驗(yàn)樓、氫能零部件試驗(yàn)樓和輔助試驗(yàn)樓，包括輕重型車轉(zhuǎn)轂環(huán)境實(shí)驗(yàn)室、燃料電池汽車四驅(qū)動力總成實(shí)驗(yàn)室、燃料電池發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)室等各類實(shí)驗(yàn)室15個(gè)，總建筑面積約5萬平方米。

7.2 客戶需求：

• 通用設(shè)備能效分析： 中央空調(diào)工藝?yán)鋬鏊到y(tǒng)、風(fēng)冷熱泵冷熱水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分析能源轉(zhuǎn)換效率。

• 多種能源管理結(jié)構(gòu)：需要按配電結(jié)構(gòu)、一次能源.二次能源、樓棟系統(tǒng)等建立多重計(jì)量和管理架構(gòu)

• 能效優(yōu)化： 應(yīng)用能效優(yōu)化機(jī)理分析大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù),優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)或工藝參數(shù)。

• 能耗數(shù)據(jù)抄錄：配電室電表、水表、氫氣計(jì)量器具均已使用PLC采集，須專業(yè)能源管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

7.3 項(xiàng)目方案：本次項(xiàng)目服務(wù)主體為能源管理方，統(tǒng)一由能源運(yùn)維單位負(fù)責(zé)檢驗(yàn)中心的一次能源設(shè)備設(shè)施和能源轉(zhuǎn)換的二次能源設(shè)備設(shè)施，主要目的是降低能源使用成本。

主要范圍分為三個(gè)部分：

1、電、水、氫氣的能耗采集，這部分統(tǒng)一由Anet采集上傳。

2、能源動力系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)、系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制統(tǒng)一由PLC監(jiān)控，PLC轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至Anet網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)上傳數(shù)據(jù)至平臺。

3、中央空調(diào)及壓縮空氣AI優(yōu)化建議：基于冷負(fù)荷預(yù)測提出對主機(jī)出水溫度及冷凍水泵調(diào)控溫差的建議；提出空壓機(jī)啟動設(shè)備建議。

系統(tǒng)部署在企業(yè)私有云上，能源管理公司負(fù)責(zé)管理檢驗(yàn)中心的能源消耗、通用設(shè)備的能源轉(zhuǎn)換效率及設(shè)備維保。

7.4 大屏功能展示：日月年電耗、氣耗；碳排放量；系統(tǒng)單耗：工藝?yán)鋬鏊畣魏?、空調(diào)冷熱水單耗、壓縮空氣單耗、循環(huán)冷卻水單耗。

7.5 中央空調(diào)能效詳情頁：展示各個(gè)能效指標(biāo)

7.6 中央空調(diào)能效首頁：展示主機(jī)COP、系統(tǒng)COP、冷凍輸配系數(shù)等重要能效指標(biāo)

7.7 中央空調(diào)能效對標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)值可參考國家標(biāo)準(zhǔn)也可自行輸入較優(yōu)水平數(shù)值

7.8 AI調(diào)優(yōu)建議參數(shù)及AI效果分析

7.9 空壓機(jī)系統(tǒng)能效首頁

展示系統(tǒng)與空壓機(jī)設(shè)備的比功率、氣電比等重要能效指標(biāo)

7.10 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能效首頁

展示系統(tǒng)噸水電耗、泵組效率等重要能效指標(biāo)

7.11 多個(gè)能源計(jì)量拓?fù)?/strong>

按照一次能源、二次能源、配電拓?fù)洹⒔ㄖ植?、?shí)驗(yàn)室分布，系統(tǒng)分布建立多個(gè)管理拓?fù)?，便于運(yùn)維人員找出問題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗

7.12 項(xiàng)目價(jià)值/意義

A. 精細(xì)化管理

建立多種拓?fù)?，從設(shè)備、系統(tǒng)、建筑、能源流向等各角度建立拓?fù)?，既便于能源管理落?shí)到人，又便于查找浪費(fèi)、解決問題。

B.人工智能提高效率

通過相關(guān)性分析算法，便于能源管理人員找出與能耗、能效相關(guān)的其他變量，找出降低能耗的主控方向負(fù)荷預(yù)測算法，便于能源管理人員及時(shí)根據(jù)負(fù)荷趨勢調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提前關(guān)注變化時(shí)刻，做好預(yù)防。

C. 節(jié)能降耗

人工智能提出設(shè)備調(diào)控參數(shù)建議優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行能效，降低能耗。

八. 總 結(jié)

中央空調(diào)能耗問題突出，能效提升迫在眉睫。通過完善能源管理結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)控、優(yōu)化運(yùn)行管理等措施，有望降低中央空調(diào)能耗，提高能效水平，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)。對于大型商業(yè)建筑、寫字樓、醫(yī)院等場所，每年可節(jié)省大量的運(yùn)營成本；可以有效降低其能源消耗，從而減少對煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源的依賴，有助于緩解能源緊張的局面。對于應(yīng)對全球氣候變化、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)具有積極意義。