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      開利先進控制系統在上海國金中心的應用

      放大字體  縮小字體 發布日期:2015-08-22  來源:《電氣&智能建筑》  作者:開利中國 控制系統部 開利上海研發中心 石巧慧 曠玉輝
      摘 要 傳統控制系統無法深入到設備內部,基于暖通設備、機電系統的內部特性進行優化控制,因此在節能、低碳方面總是力不從心;傳統的控制系統在設備控制、能源管理、優化控制上面往往是相互割裂的,因此在綠色、智能方面總是捉襟見肘。開利的先進控制系統有很多業界領先的獨特特性,克服了傳統控制系統的種種弊端,在上海國金中心的應用彰顯了該系統在節能、低碳、運營管理等方面的獨特優勢。文章介紹了上海國金中心能源中心(冷站)系統節能改造前存在的問題,節能改造措施,數據顯示通過應用開利先進控制系統,上海國金中心能源中心(冷站)系統能效提升了35.7%,所述案例對業主其它商業建筑及我國其它既有公共建筑的節能減排都有一定的借鑒意義。
       
      關鍵詞 開利 先進控制系統 WebCTRL 節能 減排 優化 改造措施 系統能效 COP
       
        1 前言
       
        市場調控、行業變化、技術更新對控制系統在節能、低碳、綠色、智能等方面都提出了很多新的挑戰,傳統的、單一的控制系統已經無法適應這一新形勢的變化及要求。
       
        開利的控制業務一直專注于做控制系統的專業研發,推出了很多行業第一,并引領行業發展的先進技術和節能理念;開利的WebCTRL先進控制系統集設備控制、能源管理、系統優化三位一體,在節能、低碳、綠色、智能等方面有許多獨特特性可以應對行業挑戰,并推動市場向一個更寬廣的領域發展。
       
        本文通過對開利先進控制系統在上海國金中心應用的詳細分析,闡述了開利先進控制系統許多業界首創的獨特特性及上海國金中心項目優化節能改造的目標體系、改造措施、最終系統能效提升的效果。
       
        2 上海國金中心項目介紹
       
        上海國金中心位于浦東陸家嘴繁盛商業中心,位置非常優越,并由多位世界頂級建筑師設計,總體建筑設計由負責香港國際金融中心的殿堂級大師Caesar Pelli主理,而商場部分則由香港apm的國際頂級名師Benoy Architects負責。專案包括一座面積逾110萬平方尺的大型國際購物商場,擁有雙子塔外型的甲級寫字樓商廈及兩間達世界殿堂級的酒店。
       
        建筑總供冷量超過20,000冷噸,建筑空調總面積400,000平方米。該中心位于浦東小陸家嘴核心商貿中心,由甲級辦公樓雙子塔、豪華商場、超五星級酒店及豪華服務式公寓酒店組成,是新鴻基地產的綜合性地塊。國金中心能源中心(冷站)采用了6臺2850冷噸的大型離心冷機和3臺1000冷噸的常規離心冷機,其它設備組成如下所述。
       
        上海國金中心空調冷站水系統為一次泵定頻二次泵變頻的水系統,系統分成A、B兩組回路,A組包括5臺冷機,B組包括4臺冷機(見下表)。其中,冷卻泵、冷凍泵及冷卻塔均為并聯運行。由于該系統不僅為辦公樓、商場供冷,同時也為酒店及數據機房供應冷量,因此該空調冷站系統全年365天,24小時運行,系統年耗能量非常大,存在巨大的節能空間。
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        3 開利WebCTRL先進控制系統介紹
       
        開利公司是全球領先的高科技暖通空調及冷凍解決方案供應商,通過技術創新和環境領先致力于提升人們周圍的環境。開利WebCTRL先進控制系統來源于開利對設備性能、環境舒適和控制的深入透徹的理解,運用先進技術,使建筑機電設備“智能”協調工作。開利為用戶量身定制的系統能夠切實滿足用戶在節能、低碳、綠色、智能等方面的綜合需求。
       
        長期以來,開利扎根于能源管理領域,專注于能源管理和環境控制的基因一直延續到今日,許多業界首創的能源管理策略已內嵌在WebCTRL不同系列的產品中;開利WebCTRL先進控制系統設備控制、能源管理、系統優化三位一體,其自適應、自學習的系統特性、先進的控制邏輯、高級節能控制策略均為美國綠色委員會節能與環保設計(LEED)認證項目所認可;這種先進的控制系統已被成功地應用在新加坡、中國和美國的一些實際案例上,成功使整體的能源中心(冷站)系統能效達到0.308kW/RT,甚至于達到0.299kW/RT.
       
        開利WebCTRL先進控制系統業界領先的在節能、低碳、綠色、智能方面的獨特特性包括:
       ?。?)主動負荷預測運算,從源頭避免過度制冷;
       ?。?)美國專業機構認可的“最佳啟動”、“分時再設”、“需求抑制”等多種節能算法及策略;
       ?。?)基于歷史數據的自適應、自學習節能控制算法,非基于提前設定的控制邏輯;
       ?。?)環境指數評價模型,在保證舒適度的前提下實現最佳節能控制;
       ?。?)控制器內置環境指數評價模型、節能控制策略,可以按控制器分區、分時控制;
       ?。?)系統設備控制、能源管理、系統優化平臺無縫融合,三位一體;
       ?。?)無軟件授權License限制,可以多人、多地點,多任務同時操作;
       ?。?)全系列通過BTL高級認證,從底層到頂層全部兼容第三方產品;
       ?。?)支持多操作系統(Linux、Window)、多數據庫(SQL Server/MySQL/Oracle)、多種瀏覽器(IE、火狐、蘋果、谷歌);
       ?。?0)DDC采用32位雙CPU設計,通訊與運算分開,避免死機和大量計算時響應太慢;
       ?。?1)控制器運行于ARC156或MS/TP網絡,控制器的底層通訊速度可達156bps;
       ?。?2)首創熱敏地圖模式,直觀方便地實現對設備、系統的智能管理;
       ?。?3)首創圖塊化編程工具,可以實時在線修改、下載程序,無須重啟控制器、機電設備;
       ?。?4)定時定期發送能源報告,與“水晶報表”無縫連接,可定制各種不同風格的報告;
       ?。?5)完全開放API接口,支持基于IPHONE、Andriod、黑莓的移動應用軟件開發;
       ?。?6)產品化、標準化、模塊化的節能控制策略,無須現場編程,穩定、可靠、安全、高效。
       
        4 冷站系統節能優化目標體系
       
        上海國金中心能源中心(冷站)優化節能分三個階段實施(見圖1)。
      82-1
       
        第一階段:冷站初步優化
        目標:在確??照{系統及所有設備能夠正常、穩定運行的前提下,針對目前系統運行狀況,對冷機及外圍耗電設備(水泵、冷卻塔等)的運行控制進行節能優化,提高冷站系統能效,減少冷站設備運行費用。在此階段所有冷站節能優化的控制邏輯將基于獨立的控制平臺,與現有操控平臺并行,且不直接控制具體設備,僅通過顯示界面實時顯示在不同工況下冷站系統最優的運行控制建議,并由操作人員加以實施,完成對實際系統的控制。
       
        第二階段:冷站進一步優化
        目標:在第一階段的基礎上,確保冷站節能優化控制邏輯的可靠性和節能效果,逐步從半自動控制模式轉為全自動控制模式,進一步提高冷站系統運行效率,減少設備運行費用,提升冷站運行的自動化程度及物業管理水平。
       
        第三階段:冷站系統自適應優化
        目標:在第二階段的基礎上,根據系統實際運行數據,開發一套基于負荷預測及自診斷邏輯的冷站自適應控制策略,通過一個自動化的尋優計算,得出系統在不同工況條件下的最佳運行范圍,并通過自控平臺使得冷站系統始終處于最佳運行范圍,從而進一步提高系統能效,最大限度地節省運行成本。
        目標體系匯總如圖2所示。
      82-2
       
        5 優化節能前能源中心(冷站)狀況分析
       
        對此前的歷史數據進行詳細的分析,抽取數據整理出典型工作日冷站系統運行分析報告。根據夏季某一典型日(2011年8月1日)運行數據分析,統計得到能源中心(冷站)主要耗能設備(制冷主機、水泵及冷卻塔)日總耗電分布如下(見圖3)。
      82-3
       
        如圖3所示,冷機能耗占整個冷站能耗的50%,冷卻塔次之,約為20%,冷凍泵及冷卻泵電耗分別為17%和14%.冷站日總耗電量約為185,328度(kWh),折合電費約為12.7萬元人民幣。
       
        由于該工程規模巨大,空調水系統復雜,大廈入住客戶對空調水溫有嚴格的要求,眾多機電設備運行能耗巨大等原因,該冷站在以下一些方面還存在某些問題。
       
       ?。?)故障設備手工標示牌
          為中央空調配套的一些機電設備還不可靠,現場值班室中懸掛的故障設備標記(黃色標記表示該設備故障,如圖4所示)。
       ?。?)冷站水力平衡不佳
       ?。?)冷水機組頻繁加減機
       ?。?)冷卻塔能耗較高,散熱性能不佳,影響系統能效
       ?。?)冷凍二次泵根據末端水壓差來調節轉速,壓差值設定有很大優化空間
       ?。?)無完善的能耗計量設備,無法分析、評估各設備及系統的效率
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        6 優化節能改造措施
       
        針對項目特點、前期狀況及實測數據建立的能效基準、目標體系,我們制定的上海國金中心能源中心(冷站)優化節能改造措施如圖5所示。
      83-5
       
        6.1 冷卻塔節能優化運行
       
        冷卻塔的科學運行將極大的影響冷水機組的制冷效率。開利先進的冷卻塔臺數優化控制技術根據室外氣候條件、系統運行狀態,自適應的決定冷卻塔的運行臺數,從而優化整個中央空調系統的運行效率,降低系統的運行能耗。同時可最大限度的避免冷機因高揚程而喘振(見圖6)。
      83-6
       
        該技術通過實時監測室外溫濕度,并根據冷機及系統運行狀況實時分析、判斷冷卻塔的最優使用臺數。開利獨創的冷卻塔臺數優化控制技術突破了傳統的冷機與冷卻塔一一對應的運行方式,通過降低冷卻水水溫,從而減少冷機的運行能耗。同時也考慮了冷卻塔增加的能耗與冷機降低的能耗之間的平衡。
       
       
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