冷机站先进控制系统
—全新技术降低建筑物能耗
霍尼韦尔综合科技(中国)有限公司
目录 • 运行优化 vs.改造节能 • 面临的挑战
• 全新的优化解决方案
• 案例介绍 • 总结
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运行优化 vs.改造节能
改造节能 使用目的 对日常运行的指导 设计和改造 较少或无 日常运行 实时优化各项设定，提高系统效率 监测各设备运行状态和性能 对运行及维修计划的生成和修改提供决策 支持 迅速应对意外事件 动态变化的工况（设备性能、能源价格、天 气等） 通常较低（可以利用现有的设备，不改变现 有管网、不影响正常使用） 通常较低（优化过程完全基于系统的真实性 能） 一到两年 经过短期培训的普通人员 运行优化√
冷机先进控制系统
模型库 用户界面
数据库
故障诊断
优化引擎
数据接口
实时数据 (上传), 优化指令与参 数 (下传)
数据校验
实时数据 (上传), 优化指令与参 数 (下传) 楼宇自动化系统
末端信息
冷机
水泵
冷却塔
锅炉等
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方便快捷的节能改造方案(针对含自动化系统的用户)
一次泵负荷 (%) 冷机站平均 功耗 (kW) 117.23 131.52 143.87 冷机站制 冷量(kW) 系统 COP
33 66 100
降低冷却水温通常能提高系统COP 提高冰水温度通常能提高系统COP
202 269 289
1.72 2.05 2.01
某种工况下，当一次泵负荷为66％时冷机站达到最 高效率
• 建筑面积-220,000 m2
• 主要用途：办公和商场
• 450 家租户 18,000 工作人员
• 采用运行优化系统仅制冷机部分
负荷水平
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5382.4688 5419.7621 5572.9113 7571.4271 7808.9471 8017.4846 8200.1115 9378.8775 10421.7682 10631.5851 10985.3024
长期 (24 小时)负荷 预测
短期 (半小时) 负荷 预测
用户的使用偏好
依据多种因素预测真实负荷
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全新的优化解决方案-动态规划
最小化
设备u 1
设备u在当前时刻能耗
N
将来
最小化
时间t 当前 设备u 1

设备u在t时刻能耗
不变应万变?
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冷机站面临的挑战－运行参数
• 保证安全和舒适度要求下，是否存在最佳参数最大化系统效率 - 冷却水流量 - 冷却水温度(只是中间变量) - 冷冻水流量 - 冷冻水温度(只是中间变量) - 冷机的负荷水平 - 水泵的负荷水平
—邬贺铨院士(中国工程院副院长)
2020年，我国的建筑能耗将达到29430亿度电，比三峡电站34年的发电量总和还要多。
—龙惟定教授 (同济大学建筑节能中心副主任)
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冷机站面临的挑战
冷却塔的开启 台数? 真实的负荷? 短期内负荷将 如何变化?
负荷计算
压差法、温差法、或温差流量法 （不能准确反映真实的负荷需求 ）
人工设计（取决于设计人员的业 务水平和工作态度，不可能考虑 各种可能的情况，维护困难） 静态的经验型策略，适用程度有 限（受限于系统设计、设备性能 的退化、设计的变更、以及各种 故障） 水系统为主 不检测 不考虑（缺乏动态规划引擎） 不考虑 不提供 受限于系统运行管理水平
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案例分析（III）-日能耗比较
休息日
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案例分析（III）-更经济的预制冷
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案例分析（IV）-宾馆+写字楼
• • • • • • •
控制逻辑
优化策略
优化范围 设备性能 蓄冷能力及电价的波 动 能效审计 维护建议 节能效果
基于现场设备模型与动态规划
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全新的优化解决方案-先进控制的优化策略
运行计划与运行参数 (冷机、冷却塔、水 泵的启停时间、工作 点设置等)
最优的冷却水 温设定?
楼宇
楼宇的热响应 状况 最优的冷冻水 流量? 最优的冷冻水 温设定
冷却水泵的开 启台数?
制冷机的开启 台数? 最优的冷冻水 温设定
不同负荷下最 优的冷源选择？
何时蓄冷何时 放冷以及蓄冷 放冷进度？
最佳蓄冷量？
制冷机房
地源热泵系统的 效率退化？
冷机站能耗约占建筑物总能耗的40%~60%
制冷机的开启 台数? 冷机的出水温 度设定
设备性能
不同负荷下最 优的冷源选择？
何时蓄冷何时 放冷以及蓄冷 放冷进度？
优化设定
先进控 制系统
地源热泵系统的 效率退化？
最佳蓄冷量？
制冷机房
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全新的优化解决方案-系统特点
传统控制 先进控制
超出传统控制系统的考虑范围
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冷机站面临的挑战－维护信息
• 作为能耗大户，冷机站通常缺少 - 设备在不同的工况下的运行效率（单台冷机的COP曲线，系统COP曲线） - 各种类型的设备性能退化 - 维护工作的后效分析 - 班组绩效考评
- 约占全社会总能耗的30Fra bibliotek - 与工业和交通运输并列
其它
20%
空调
40%
空调 照明 办公设备 其它
- 中央空调是最主要的“能耗大户”
办公设备
20%
• 然而长期以来，作为能耗大户的中央空调系统：
照明
20%
- 运行管理水平低 - 人为疏忽和经验错误泛滥 - 能源浪费严重
建筑物运行能耗的构成
我国建筑能耗目前已经超过一次能源消费总量的四分之一，达到27％左右，是世界同纬度国家的3倍。
冷机站电功率比较图
210 27.34 190 24.07 25.00 30.00
平均电功率 (kW)
170 150 130 110 90 70 六月 七月 九月 9.30 17.76
未优化 节能比例(%)
15.00
10.00
5.00
0.00 十月
月份
节能比例 (%)
优化
20.00
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压差法、或温差流量法更能反映实际的负荷需求
量出为入
- 自动分析设备的实际性能和大楼的冷/热响应特性 - 同时考虑近百个影响冷机站效率的变量，包括流量
?
不能为冷机站维护提供决策支持
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全新的优化解决方案
冷却塔的开启 台数? 真实的负荷? 短期内负荷将 如何变化?
最优的冷却水 温设定?
楼宇
楼宇的热响应 状况 最优的冷冻水 流量? 最优的冷冻水 温设定
冷却水泵的开 启台数?
负荷需求
根据大楼温度分布估计的实际负荷＋负荷 趋势(根据天气、季节、时段等因素预测 并校正)
根据冷机站的设计和设备状态自动生成， 大大提高了控制系统的灵活性、可靠性、 和可维护性 自适应模型（不依赖人工经验和预设逻辑 ，与现场实际保持一致）＋动态优化引擎 （真正求解复杂的优化问题）。 能够同时兼顾各种考量，并根据系统状态 的变化动态修改 水系统＋冷机，并可扩展到用户端（例如 新风冷却） 自动检测并作为优化问题的输入 作为优化问题的一部分考虑 提供机组和全系统的能效数据并可保存长 达10年的运行历史记录 自动检测机组效率的下降 超过15%
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方便快捷的节能改造方案 (针对无自动化系统的用户)
远程工作站（可选）
含先进控制模块的 控制柜
传感器和执行 机构
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案例分析(I)
• Atrium医院
- 位于荷兰Heerlen地区 - 1230张病床 - 供热、冷、蒸汽和电力 - 热负荷 13246 MWh - 冷负荷 3789 MWh - 蒸汽负荷 3007 MWh - 电力负荷 11826 MWh
Saving(%)
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案例分析(III)
• • • • • • 建筑面积-7,000 m2 300 工作人员 主要用途：办公 4 台风冷热泵机组,2台定速泵 年制冷、热费用70万元 采用运行优化系统可提高系统效率8 ％，并降低20%(月平均) 的能耗(单 日最高可达50%) • 提高了室温稳定程度
N 1...
冷机站动态仿真模型
运行结果评估与改进
最优计划与参数 个 小 时 2
2…
运行结果（能耗、效率、温度变化等）
评估→改进→再评估→再改进→…→最优结果
基于动态仿真模型、万里挑一的优化策略