商业建筑中央空调节能技术实现及投资经济分析7866.docx

商业建筑中央空空调节能技术术实现及投资资经济分析The eneergy-ssavingg recoonstruuctionn & invesstmentt anallysis陈 文 袁立新Chen WWen , Yuan Li Xin 摘要：本文介绍绍了智能模糊糊控制技术在在商业建筑节节能改造中的的实现与应用用，从节能分析析、技术原理理、改造方案案等方面进行行了探讨，通通过案例对项项目的经济收收益和EMCC商业模式进进行分析，为为同类型酒店店、写字楼、大大型商场等商商业建筑的节节能改造提供供参考和借鉴鉴。关键词： 中央央空调节能 建筑节能 模糊糊控制 商商业模式Abstracct: By thhe appplicattion oof Inttelliggence Fuzzyy Conttrol TTechnoology of coommerccial bbuildiing, tthe arrticlee aimss to iintrodducingg the ttechnoology from varioous asspectss, inccludinng: ennergy-savinng anaalysisstechhnologgy appplicattionrreconsstructtion sschemee. Meaanwhille, annalyziing annd disscussiing thhe inccomingg and commeerciall modee(EMC) ,forr provvidingg refeerencee to tthe hooteleedificceempporiumm of tthe saame kiind.Key worrds: tthe ennergy-savinng of the ccentraal airr condditionning; the ennergy-savinng of consttruct, Fuzzzy Conntrol, commmerciial moode一、前言中央空调是现代代化建筑不可可缺少的重要要设备之一，但但中央空调在在改善和提高高建筑内部环环境质量同时时，也带来了了巨大的能源源消耗，大大大增加了建筑筑的运营成本本。据调查统统计，在现代楼宇建筑筑中，中央空空调的能耗约约占整个建筑物总能耗耗的50%左左右，而酒店和综合合大楼等商业业建筑可能要要高达60以上，如何既既能满足空调调服务质量，又又能降低空调调的能耗，一一直是管理者者们迫切盼望望解决的一大大难题，也成成为商业建筑筑领域节能的的一个重要课课题。二、节能潜力与与技术背景分分析1 节能潜力力随着经济的迅速速发展，我国国商业建筑（酒酒店、写字楼楼、大型商场场及综合性大大楼等）的面面积日趋增大大，商业建筑面积积已占到全国房屋建建筑面积的25.4%，目前已建建成的高级宾宾馆和大型写字楼有2000多多幢，大型商商场800多多家。据不完全统统计，我国已已安装中央空空调的建筑物物约有7万栋栋左右，若能能全部采用节节能技术，预预计每年可节节电500亿亿千瓦时，节约电费费开支3788亿元。由此此可见，商业业建筑具有巨巨大的节能潜潜力。2 技术背景景分析中央空调系统的的设计通常按按建筑物所在在地的极端气气候条件来计计算其最大负负荷，并以其其最大冷（热热）负荷的1.221.5倍确定定空调主机的的装机容量及及空调水系统统的供水流量量。然而，实际际上每年只有极极短时间出现现最大冷负荷荷（或最大热热负荷）的情情况，绝大多数中央央空调系统在在大部分时间间是在部分（低低）负荷状态下运运行，实际空空调负荷平均均只有设备设设计能力的550%左右，因因此出现了“大马拉小车车”的现象，不但浪费大大量能源，而且还还带来设备磨磨损，缩短寿寿命等一系列列问题。另一方面，商业业建筑中央空空调负荷具有有较大变动性性，长期以来来，由于季节交替替、气候变幻幻、昼夜轮回回、人流量增增减（宾馆入入住率的变化化）及使用场场所等各种因因素变化的影影响，在传统的定流流量控制方式式，仅依靠人工工手段对空调系系统进行控制制和管理，空调调系统的运行行不能实现冷冷媒流量跟随随末端负荷的的变化而动态态调节，势必必造成了巨大大的能源浪费费。尽管现在许多空空调主机已能能够根据负荷荷变化自动随随之加载或减减载，但与冷冷冻主机相匹匹配的冷冻泵泵、冷却泵却却不能跟随负负荷的变化自自动调节负载载，始终在额额定功率下运运行，仍然造造成了输送能能量的很大浪浪费。三、节能技术概概况与控制原原理1 技术概况况近年来，随着自自动化控制技技术的发展，计算机技术和变频技术日趋完善，智能模糊控制技术已被成功引入和应用在中央空调控制领域。与传统的恒温差、恒压差PID调节控制方式不同，中央空调智能模糊控制系统将计算机技术、模糊控制技术、系统集成技术和变频调速技术集合应用于中央空调的系统控制,为用户提供了一个先进的智能化和个性化的中央空调运行管理技术平台，实现了中央空调冷媒流量系统运行的智能模糊控制，在保证空调服务质量的前提下实现了中央空调系统的高效节能运行，可使空调主机节能10%30%，水泵、风机节能60%80%（中央空调系统综合节能达20%40%）。2 系统控制制原理模糊控制是以模模糊集合论、模模糊语言变量量及模糊逻辑辑推理为基础础的计算机智智能控制，尤尤其适合于中中央空调这样样复杂的、非非线性的和时时变性系统的的控制。基于于模糊控制的的变频调速可可以实现中央央空调水系统统真正意义上上的变温差、变变压差、变流流量运行，使使控制系统具具有高度的跟跟随性和应变变能力，可根根据对被控动动态过程特征征的识别，自自适应地调整整运行参数，以以获得最佳的的控制效果。中央空调智能模模糊控制系统采用用了模糊预测测算法对冷冻冻水系统进行行控制，当环境温度度、空调末端端负荷发生变变化时，各路路冷冻水供回回水温度、温温差、压差和和流量亦随之之变化，流量量计、压差传传感器和温度度传感器将检检测到的这些些参数送至模模糊控制器，模模糊控制器依依据所采集的的实时数据及及系统的历史史运行数据，实实时预测计算算出末端空调调负荷所需的的制冷量，以以及各路冷冻冻水供回水温温度、温差、压压差和流量的的最佳值，并并以此调节各各变频器输出出频率，控制制冷冻水泵的的转速，改变变其流量使冷冷冻水系统的的供回水温度度、温差、压压差和流量运运行在模糊控控制器给出的的最优值。系统对冷冻水系系统采用了输输出能量的动动态控制，使使空调主机冷冷媒流量跟随随末端负荷的的需求供应，使使空调系统在在各种负荷情情况下，都能能既保证末端端用户的舒适适性，又最大大限度地节省省了系统的能能量消耗。系统对中央空调调冷却水及主主机系统采用用系统模糊优优化的控制方方法，当环境温度度、空调末端端负荷发生变变化时，中央央空调主机的的负荷率将随随之变化，系系统的最佳转转换效率也随随之变化。模模糊控制器在在动态预测控控制冷媒循环环的前提下，依依据所采集的的空调系统实实时数据及系系统的历史运运行数据，计计算出冷却水水最佳进、出出口温度，并并与检测到的的实际温度进进行比较，动动态调节冷却却水的流量和和冷却塔风量量（见图1），使系统转换效率逼进不同负荷状态下的最佳值，保证中央空调系统在各种负荷条件下，均处于最佳工作状态，从而实现中央空调系统能耗最大限度的降低。图1：系统控制制原理框图3 系统功能与与控制手段3.1 数据据的集中监视视和设备的自自动控制 系统内内部实现模糊糊控制器与各各控制柜之间间的通信连接接，将各水泵泵的状态、以以及中央空调调系统中的主主要过程参数数在统一的软软件监视界面面上分别显示示出来（与用用户接口的监监控界面为触触摸屏操作方方式的中文软软件界面），进进行集中监视视。3.2 运行行策略选择系统提供了6种种控制模式，在在系统运行过过程中，可根根据实际情况况选择其中的的一种来对中中央空调系统统进行控制。包括：系统自动（主机人工干预）控制模式、远程手动（软手动）控制模式、远程手动（标准方式）控制模式、第三方控制模式、就地手动调频控制模式、就地旁路控制模式。3.3 机组组群控功能 根据服服务质量的要要求及负荷的的变化，控制制机组投入运运行数量。3.4 服务务质量控制功功能系统提供全天服服务质量的查查询和修改功功能，用户可可根据空调实实际负荷状况况分级设定服服务质量，实实现输出能量量控制。3.5 状态态监控系统提供主机系系统、冷温水水系统、冷却却水系统、冷冷却塔系统和和器件系统中中的各设备运运行参数的实实时监控。3.6 数据据分析系统提供能耗曲曲线、主机效效率曲线、电电耗累计值、操操作记录和故故障记录等数数据，以对整整个中央空调调系统运行情情况作全面分分析。3.7 系统统预加压功能能空调主机开机后后，冷冻（温温）水泵在上上位机软件规规定的时间内内先在允许的的最高频率运运行，使其至至少完成一个个水循环周期期，然后再进进入系统自动动调节模式，以以保证空调管管路中无气阻阻现象。3.8 冷冻冻水供水低温温保护当空调主机冷冻冻水供水温度度低于设定的的下限值时，一一级泵系统的的冷冻水泵或或二级泵系统统的一次冷冻冻水泵应立即即进入低温保保护运行模式式，快速提高高冷冻水供水水温度，直至至温度值不低低于设定的下下限值为止，以以保障空调主主机蒸发器不不致因温度过过低而结冰冻冻管。3.9 冷冻冻水低流量保保护当空调主机冷冻冻水供水流量量低于设定的的下限值时，一一级泵系统的的冷冻水泵或或二级泵系统统的一次冷冻冻水泵应立即即进入低流量量保护运行模模式，快速增增大冷冻水流流量，直至流流量值不低于于设定的下限限值为止，以以保障空调主主机蒸发器的的安全。3.10 冷冷冻（温）水水供回水低压压差保护当冷冻（温）水水供回水压差差小于设定的的下限值时，系系统应自动采采取增大冷冻冻（温）水供供回水压差的的措施，直至至压差值不低低于设定的下下限值为止，以以保障用户空空调末端的空空调效果。3.11 冷冷冻（温）水水供回水高压压差保护当冷冻（温）水水供回水压差差大于设定的的上限值时，系系统应自动采采用减小冷冻冻（温）水供供回水压差的的措施，直至至压差值不高高于设定的上上限值为止，以以保障管路系系统的安全。3.12 冷冷却水出水高高温保护当空调主机冷却却水的出水温温度高于其设设定的上限值值时，系统应应自动采取措措施，降低冷冷却水的出水水温度，直到到冷却水出水水温度不高于于设定的上限限值为止，以以保障主机安安全运行。3.13 电电气保护系统执行机构变变频器具有以以下保护功能能：电源缺相相保护、过电压保护护、过电流保护护、欠电压保护护、输出短路保保护、接地故障保保护3.14 工工变频切换当控制系统故障障后，为了保保证空调系统统的正常使用用，智能控制制柜中设置有有一套电气互互锁的工变频频转换装置。当当需作能耗比比较测试或变变频器因严重重故障短时间间内不能恢复复或置换时，可可方便快捷地地切换为原工工频状态运行行。3.15 电电量累计智能控制柜中设设置有电能表表，可时实计计量控制对象象的用电量。四、节能改造的的具体方案1 系统情况况某综合性大厦，地地处厦门，楼高38层层，空调使用面面积约480000M2，大厦内设有四四星级酒店、写写字楼、商场场和娱乐场所所等设施，空空调设计总制制冷量18000冷吨，配配置离心式空调机机组4台，冷冻水泵4台，电机功率率75kW；冷却水泵4台，电机功率率75kW；冷却塔4台，风机电机功率率15kW。中央空调系系统原设计为为定流量运行行，无自动控控制系统和BBA系统。大厦中央空调全全年运行2880天左右，每每天平均运行时间在1422小时左右右，中央空调调系统年平均总总耗电约220万kWhh，电费支出出185万元元左右。20006年使用用智能模糊控控制技术对该大厦中央空调调系统（主机机、冷冻水泵泵、冷冻水泵泵、冷却塔风机机）进行了变变流量节能改改造。2 系统配置置及构成2.1 系统统选型依据大厦中央空空调系统的具具体配置，并并按用户的双双电源供电的的要求，中央央空调智能模模糊控制系统统的设备作了了相应的配置置。一台型号为BKKS20033型模糊控制制柜；一台编号为MKKX ，型号号为MKX 2003-4B 型现场模糊控制箱；一台编号为LWWK-1，型号为为FBQ20003T-775型冷冻水泵智智能控制柜；一台编号为LWWK-2，型号为FBBQ20033T-75型型冷冻水泵智智能控制柜；一台编号为LQQK-1，型号为FBBQ20033T-75型型冷却水泵智智能控制柜；一台编号为LQQK-2，型号为FBBQ20033T-75型型冷却水泵智智能控制柜；一台编号为FJJX-1，型号为FJJX-4型冷冷却塔风机智智能控制箱。装设流量计、水水温传感器件件、水流压差差传感器等，对对中央空调运运行参数进行行采集。详见：图3某大大厦中央空调调智能模糊控制制系统原理图图(附后)2.2 系统配配置2.2.1冷冻冻水模糊控制制系统一次冷冻水泵变变流量模糊控控制系统配置置了编号为LLWK1-11、LWK11-2，型号号为FBQ22003T-75型2套冷冻水泵智能能控制柜分别别切换控制CP1-1、CP11-2、CPP1-3、CPP1-4四台75KW冷冻冻水泵。于冷冻水供、回回水总管、支支管上分别安安装水温传感感器。于冷冻水供、回回水总管间配配置有水流压压差传感器。于冷冻水供水总总管上配置有有流量计。2.2.2冷却却水模糊控制制系统冷却水变流量模模糊控制系统统配置了编号号为LQK-1、LQKK-2，型号号为FBQ22003T-75型2套冷却水泵智能能控制柜分别别控制CTPP-1、CTTP-2、CCTP-3、CCTP-4四四台75KW冷却却水泵。于冷却水进、出出总管上分别别安装水温传传感器。2.2.2冷却却塔风机模糊糊控制系统冷却塔风机变流流量模糊控制制系统配置了了编号为FJJX-1型号号为FJX-4型1套冷却塔风风机智能控制箱分别控制CCT-1、CCT-3、CCT-4、CCT-2、CCT-5四台冷却塔风风机。五、应用效果1 安全可可靠性和节能能效果该大厦中央空调调系统通过安安装智能模糊糊控制系统实施施节能改造后后，实际运行行结果表明：l 系统运行安全、稳稳定、可靠，功功能指标到达达设备技术要要求；l 系统直观，自动动化程度较高高，能及时、准准确地自动跟跟踪末端空调调负荷运行；l 系统实现了空调调泵组的软启启动、软停止止、运行平滑滑稳定，较大大地改善了设设备的启停性性能和运行磨磨损；l 系统具有强大的的管理功能和和安全保护功功能，确保整整个空调系统统优化、安全全的运行；l 实现了中央空调调系统最大限限度的节能，系系统（主机、冷冷冻水泵、冷冷冻水泵、冷冷却塔风机）综合节电率达24.89%。2 节能效效果及社会效效益节能改造前，该该项目年耗电电220万kWh，电费1885万元。实施节能改造后后，每年节约约电量54万万kWh，每年减少电电费支出455万元人民币币（按系统综合合节能率244.89%，综综合电价0.848元/kWh计算）。按照现行标准折折算，即每年可节节约216吨吨标准煤，每年可减排排：CO2 排放放：5400000*900/1106= 486吨；SO2 排放放：5400000*11/1006 = 5.94吨；N2O3排放：5400000*3/106 = 1.622吨；由此可见，本项项目的实施不不仅节约了大大量的能源，还还大大减少了了煤炭燃烧所所产生的废气气排放和温室室气体排放，对环境保护起到了巨大的作用。六、商业模式与与投资收益分分析1 EMCC合作方式作为一种基于市市场的、全新新的节能投资资机制和节能能消费方式“合同能源管理理”（亦称为“能源合同管管理”）在19996年被引入入我国。“合同能源管管理（EMCC）”是目前国际上上最先进的能能源管理模式式和节能资本本投资机制，是是国家发改委委/世界银行行/全球环境境基金会合作作的中国节能能促进项目，由由专业投资机机构为中国的的节能专业公公司担保，提提供国内银行行贷款，在实施节能能项目投资的的客户与专门的的盈利性节能能（能源管理理）公司之间签签定能源服务务合同，采用先进的的节能技术及及全新的服务务机制来为客客户实施能源管理和服务务，并与客户户共同分享项目实实施节能后产产生的经济效效益。节能服服务商同时为客户户提供节能项项目设计、设设备选购、安安装调试、设设备管理维护护、管理培训训等一系列增值值服务。本项目合作方式式是节能服务务商前期免费将将产品安装在在该大厦的中央央空调系统中中，产品安装装、调试完毕毕后，进入产产品投资回报报期，项目投投资合作期为4年，在投资资合作期间，中中央空调系统统所取得的实实际节能收益益由节能服务务商与大厦按比例分分享，投资风险由由节能服务商承担，即：无论前4年年产生多少节节能收益，44年投资合作作期结束后，该大厦都将拥有设备备产权及全部节节能收益。2 项目投资资收益分析2.1 投资回回收期分析根据本项目的实实际节能数据据进行投资回回收期分析，结结果如下：单位：万元年限期初第1年第2年第3年第4年投资收益-100-55-103580 55 图2：投资收益益时间表从分析结果（见见图2）可以看出，该该大厦中央空空调节能项目目可在2.33年以内收回回所有投资，并并可获得较好好的节能收益益。2.2 投资收收益分析按年节能45万万元，年折现现率10，期期初投资按当当时一次购买买该产品的市市场价1000万元，根据据净现值折现现方法计算：NPV=45+45+45+451431+0.10(1+0.100)2(1+0.100)3(1+0.100)44年的投资收益益现值为：14310043（万元）投资收益= 443÷100= 43%从计算结果可以以看出，按44年计算的投投资收益率高高达43，该该系统运行按按1015年计算算，可获得更更大的经济收收益，属于收收益较高的投投资项目。七、结语随着国内的高档档酒店、宾馆馆、大型商场等商业建筑的大量兴建，中中央空调能耗已成为商业建建筑设计和运运营过程中亟亟待解决的重重要课题。新新型商业模式式和先进节能技技术的成功引引入和推广，为为各行业客户户带来巨大的的节能经济收收益和社会效效益，同时也必将将推动我国节节能投资机制制的深入变革革，为节能产产品在建筑节能领域域的推广和应用提供良好的的发展前景。参考文献：1、中央空调调何耀东 何青主编，中中国冶金工业业出版社，2001年年2、20044年中国星级级饭店统计公公报，国家旅游游局，2005年3、BKS22003中央央空调管理专专家系统技术术规范，贵贵州汇通华城城楼宇科技有有限公司，22005年Referennces:1、“The centrral aiir-connditiooning”，editted byy He YYaodonng, HHe Qinng，Chiinese Metalllurgiical IIndusttry Prress，220012、“Starr-hoteel Staatistiic Commmuniqque in CChina of 20004”,Chinnese NNationnal Toourismm Admiinistrrationn，200553、“The Technnical Code of BKKS20033 Expeert Syystem of Ceentrall Air-condiitioniing Maanagemment” , Guuizhouu Huitton Huuachenng Buiildingg Scieence && Techhnologgy Co. Ltd ，20055作者：1、陈 文 男（11977）汉族 籍籍贯：贵州 大学学历历 工作单位：贵州州汇通华城楼楼宇科技有限限公司 研究方向：节能能技术、暖通通空调、节能能投资 联系电话：05592-511968777 1333060200195 邮邮箱：cn334831163.coom 联联系地址：厦门市市思明区莲前前西路16号号阳光百合AA1504室室 邮编编：3610004 22、袁立新 男 （11966）大学学历历 工作单位：贵州州汇通华城楼楼宇科技有限限公司 研究方向：节能能技术、自动动化控制、节节能投资联系电话：0221-5233992700 1333860900315 邮邮箱：hbtt-sh1163.coom 联联系地址：上上海长寿路11188号 悦达国际大大厦 B栋116F 邮编：2000042附：图一 、某某大厦中央空空调智能模糊糊控制系统原原理图.（.）成立于22004年，专专注于企业管管理培训。提供60万企业业管理资料下下载，详情查查看：./maap.htmm提供5万集管理理视频课程下下载，详情查查看：./zzz/提供2万GB高高清管理视频频课程硬盘拷拷贝，详情查查看：./shhop/2万GB高清管管理视频课程程目录下载：./120000GB.rrar高清课程可提供供免费体验，如如有需要请于于我们联系。咨询电话：0220-.值班手机：.网站网址：.