投资效益分析
广东省人民医院楼宇自控投资效益分析
根据我们以往的经验，任何一个成功的自控系统，都有赖于设计人员对被控对象的工艺特点有深刻的理解，并在此基础上建立数字模型，对系统的工艺参数进行补偿，才能取得预想的结果。
根据建设部1993年制订的国家标准《大楼建设热工与空调调节节能设计标准及其〈条文说明〉》、《大楼各种用途空调房间室内设计计算参数》，我们结合省人民医院门诊大楼的实际情况作如下分析：
一、改变制冷机控制模式，对制冷机实行恒值控制，根据制冷压
缩机的特性曲线，压缩机在额定功率运行时，机械效率是最高的。
因此，压缩机按额定功率运行就是最节能、最经济的运行方式。
原来的制冷机是直接与负荷联接的。
受负荷波动影响，压缩机运行功率也在变化，影响制冷机效率。
为改变这种情况，我们把制冷机和负荷分开，让制冷机按额定功率运行，使它保持最高的制冷效率。
冷凝器的特性方程为：
Qo=
Qo ：制冷量
Tx ：冷凝器温度
Tw ：冷却进水温度
Gw ：冷却水流量
Cw ：冷却水比热
Km ：冷凝器传热面积
Kn ：冷凝器传热系数
K ：单位轴功率制冷量
＝冷凝器导热系数
蒸发器的特性方程：
Qo=(TzTw)(1e
蒸发器温度
冷冻水进水温度
(其余同上式)
一看这两个特性方程式，马上知道在制冷量不变的情况下，水流量与进出水温差为反
比例关系．水流量太少，压缩机的制冷量带不出来，自然影响制冷效率。
但是流量是否越
大越好呢？再仔细分析就知道了。
因为无论冷冻水、冷却水都是封闭循环系统。
水流量过
度的结果是使（Tx –Tw ）和(Tz–Tw) 降低, 从而使制冷量降低。
同时它还告诉我们，
肯定有一个水流的最佳值。
这个最佳值可以使冷冻水带走的冷量等于压缩机制造的冷量，
使冷却水带走的热量等于压缩机产生的热量。
着为我们寻找水流量的整体值提供了数学根据。
我们把 P=Ｎ×η作为整定值（P ：制冷功率Ｎ：电机功率η：制冷效率）。
测量
流经蒸发器的水流量和进出水温度，用软件计算Qo=Gw×Cw(Tx–Tw) 。
当二者有偏差时，改变冷冻水流量，直到偏差为零后，保持冷冻水的流量不变。
对冷却水的流量也用这种办
法调节。
从冷凝器、蒸发器的特性曲线还可以看出：回水温度和蒸发器温度的差值是与流量成
反比的。
也就是说，当温差（tl –tw ）大一倍
时，水流量可以少５０％。
（当然流量也不能太少。
否则制冷机会进入喘流状态。
我
们还要在软件上对流量的下限作出限制，以保护制冷机。
）我们利用这个特点可以节省水
泵功率。
当温差小时，干脆让制冷机休息，直到温差上升到一定程度（例如６～７度），
才让制冷机重新工作。
由于制冷机冷水泵的水头压力远远小于负荷冷水泵的水头压力，它所需功率仅为负荷
冷水泵的十分之一左右，约为１０～１５KW 。
空调水流量的整定值远比制冷机水流量的整定值复杂，我们把制冷机工作在恒功率状态、用热工平衡式就可以求出水流量的最佳值，空调系统的冷负荷是波动变化的，水的整
定值必须随着负荷的变化而变化，它是一个与室内外温度、供用水温度及各个空调冷水调
节阀开度相关的函数（水管的阻力变化主要是调节阀开度的动态变化、如果各水环路之间
有压力平衡阀，将使水管阻力变化的测量和计算变得简单和准确），建立这样一个函数有
赖于BAS 系统采集大量数据，并对这些数据进行数理分析，这样建立起来的函数整定值虽然不是最佳的，但至少是合理的、理想的。
二、风系统节能。
《标准》强调在保证舒适的情况下努力减少新风自然界的二氧化碳浓度为０. ２８％，每人每小时产生的二氧化碳约０. ０１７３立方米，通过检测二氧化碳浓度，以此为根据
调整新风量，二氧化碳浓度的变化实质上是客流量的变化。
保证了二氧化碳的浓度也就是
保证了
顾客的舒适度同时又可最大限度地减少新风，大楼的新风设计是根据卫生部的要求，
每小时换新风六次。
根据美国和日本的统计、监测二氧化碳浓度调节新风可减少新风量４０％～７０％，即使是最热的月份，新风量也可减少３０％以上。
三、节能经济效益估算
如果自动控制系统是建立在数学分析基础上，那么它的效益往往是可以定量计算的，
为了使计算的结果更易于被人接受，我们在选择计算基数时，将尽可能各地留有余地。
（１）原制冷主机直接和负荷连接，负荷变化时须改变制冷机功率，从机械特性曲线
上可以清楚看出，制冷机离开额定功率运行时，效率要降低，由于有BAS 制冷机和负荷分开，始终在最高效率下运行，二者效率的相差１０％，此项可节电600×10%=60万KWH （设主机总耗电600万KWH ）折合电价1.3×60=78万）
（２）冷冻水、冷却水采用调频控制产生的效益，原水源系统是不可调的，冷冻泵两
端并联了旁通管、空调器用不完的冷水，通过旁通管回流到冷冻泵的入水端、冷冻泵始终
在固定的最大功率下工作。
根据《标准》的分析、冷冻泵的功率是根据最大负荷设计的，
但是在一般情况下、负荷仅为最大负荷70%，通过调频调速可以把这部分浪费的功率节省
下来，冷冻泵功率110KW ，冷却泵功率90KW ，二者合计200KW 一年可节约用电
200×8760×30%=52.56万KW
折合电价：１. ３×５２. ５６＝６８. ３万元
（３）节约新风的效益：据美、日统计、监测二氧化碳可节约新风４０％～７０％，
我们取下限４０％，因门诊工作时间与住院病房工作时间不同。
（４）我们的系统增加了储冷水池的成本，但同时也可以降低装机容量３０％，降低
配电容量１８％，降低扩容费用１８％。
假设这三项降低的费用足够造储冷水池，大家相
互抵消。
如果上述前提可以被人接受，下面我们将根据BAS 系统新增加的功能计算节能效益。
１、由于有了储能水池，可以使发电机组有机会在晚上发电，空调系统一年可节省电
费２６３万元。
２、原系统已有比例积分阀和温度传感器，所以不应该把这些费用列入BAS 系统成本。
相反，我们的BAS 系统具有软件PID 功能，可以取消硬件PID 调节器。
时代广场共有空
调器91个，即需硬件调节器91个，每个调节器约7000元。
此项可节约硬件投资63万。
3、原制冷主机直接和负荷连接。
负荷变化时须改变制冷机功率。
从机械特性曲线上
可以清楚看到，制冷机离开额定功率运行时，效率要降低。
我们由于有储能水池，制冷机
和负荷分开，始终在最高效率下运行。
二者效率约相差4%。
此项可节电671×4%=26.8万KWH 折合电价 1.3元×26.8=34.9万元。
4、冷冻水、冷却水采用调频控制产生的效益：原水源系统是不可调的。
冷冻泵两端
并联了旁通管。
空调器用不完的冷水，通过旁通管回流到冷冻泵的入水端。
冷冻泵始终在
固定的最大功率下工作。
根
据《标准》的分析，冷冻泵的功率是根据最大负荷设计的，但是在一般情况下，负荷仅为最大负荷的70%。
通过调频调速可以把这部分浪费的功率节省下来。
冷冻泵功率
110KW ，冷却泵功率90KW ，二者合计200KW ，一年可节约用电200×8948×30%=53.68万KWZ
折合电价1.3×53.68=69.8万元
5、节约新风的效益：据美、日统计，监测二氧化碳可节约新风４０％～７０％。
我们取下限４０％。
此时时代广场的新风还可以满足每天１８万客流量的需求。
因写字楼工作时间和商场不同，以下分别计算他们的新风量。
开空调时，设室内气温２４℃，室外气温２９℃。
写字楼每小时新风量
每天１０小时
全年（一周五天）
商场每小时新风量
每天１３小时
全年
合计
节约的新风量
体积／质量转换
降低５℃所需能量
折合电能
折合电价
６、换热器的效益：《标准》强调用排风对新风预冷。
根据换热器的效率，夏天可使新风降低３℃。
全年按新风降低１℃计算。
全年实际使用新风
体积／质量转换
降低１℃所需能量
折合电量
折合电价
以上合计
从以上六项看，效益最好的是减少新风，其次是储冷水池。
这些都是BAS 产生的效益。
BAS 还有一些未计算效益的功能，如照明节能、风机电机调频调速。
有些因设计工作未完成。
例如第四部分提到的冷冻水调整。
冷冻水的整定值函数现在没办法求。
这个工作做好
以后，不但水泵节能还可以提高５～８％，更重要的是提高水输送系数，及提高冷能源从
制冷机到空调器的转换效率。
至于在过度季节，用除湿代替空调，这方面的工艺研究我们
还未做完。
这些都说明，BAS 系统还有可以继续挖掘的潜力。
但无论怎样，BAS 方面的投资，是可以在一到两年之内，通过节能的效益得到回收的。