北京某大厦中央空调节能改造方案(上)

文｜ 北京城建设计研究总院有限责任公司 

【摘 要】北京某大厦运营单位响应国家节能政策，通过合同能源管理方式对中央空调制冷系统进行改造。大厦通过建筑物节能管理系统，采用强弱电一体化的手段、PLC控制理论和变频调速方式，对制冷系统的主机和水泵的控制方案进行优化，达到显著的节能效果，并取得不错的社会和经济效益。

【关键词】制冷系统 节能改造 合同能源管理 PLC控制

依据《国家“十二五”规划纲要》确定的节能减排目标。在节能方面，规定到2015 年..万元国内生产总值能耗下降到0.869 吨标准煤（按2005 年价格计算），比2010 年的1.034 吨标准煤下降16%，比2005 年的1.276 吨标准煤下降32%。

2010 年国办发〔2010〕25 号文《关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见》指出：合同能源管理是发达国家普遍推行的、运用市场手段促进节能的服务机制。2009 年，..节能服务公司完成总产值580 多亿元，形成1350 万吨标准煤的年节能能力，对推动节能改造、减少能源消耗、增加社会就业发挥了作用。加快推行合同能源管理，发展节能服务产业，是利用市场机制促进节能减排、减缓温室气体排放的有力措施，是培育战略性新兴产业、形成新的经济增长点的迫切要求，是建设资源节约型和环境友好型社会的客观需要。

2010 年发改委制定的《关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见》，文件中提出实施合同能源管理项目的节能服务公司将获得减免税收、资金支持、会计制度、金融服务等四个方面的政策支持。

1 项目概况

北京某5 A 级写字楼于2003 年建成并投入使用，总建筑面积为12.6 万平方米。采用集中空调系统，空调总面积达9.2 万平方米。现阶段写字楼出租率在95% 以上。对该大厦进行调研后，我们对大厦的总体能耗情况有了大致了解。在大厦的整体能耗中，中央空调系统占能耗总量的40%、照明用电占25%、办公用电占20%、动力用电占15% 左右，大厦的总耗能支出大概是每年1265 万元。大厦主要耗能设备是中央空调系统，它的能耗支出大概是每年300 万左右。

该大厦的中央空调制冷系统配有离心式制冷主机3 台，螺杆式制冷主机1 台以及90kW 低区冷冻水泵5 台，37kW 高区冷冻水泵3 台，55kW 冷却水泵3 台，45kW 冷却水泵1 台，11kW 冷却塔风机7 台。现采用制冷主机随机配备的控制系统进行联控，水泵均采用星三角降压方式启动。

2 节能改造方案

在上述政策的支持下，该大厦通过建筑物节能管理系统，采用强弱电一体化的手段，对大厦中央空调制冷系统进行节能改造。

2.1 系统原理

建筑物节能管理系统采用分布式构架、模块化设计，其核心是PLC控制器及其控制软件。PLC控制是以PLC集合论、PLC语言变量及PLC逻辑推理为基础的计算机智能控制，是近几年发展起来的新型控制技术，尤其适用于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性的系统控制。

系统以设备能效跟踪为核心，以基础能源统计和管理为手段，将制冷系统能耗设备的运行信息、能耗数据、故障信息及环境参数进行跟踪采集、统计分析，进而运用现代PLC控制技术，实现冷冻水系统的PLC预期控制、冷却水系统的自适应PLC优化控制和主机系统的间接（或启停）控制，实现空调冷媒流量跟随负荷的变化而进行动态调节，..整个空调系统始终保持高 效、协调地运行，从而降低空调系统能耗。

图1 中所示的PLC控制器由PLC化接口、数据库、规则库、推理机、解PLC接口等构成。它的输入变量都选用受控变量，能够比较准确地反映受控过程中输出变量的动态特性。对于中央空调节能控制系统而言，受控变量是由系统的供回水温度、流量及压差等造成的。

当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离工作状况时，PLC控制器根据数据采集得到各种运行参数值，如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等。经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，..主机在任何负荷条件下都有一个优化的运行环境，始终处于良好运行工况，从而保持效率高、能耗低，实现主机节能10%～30%。

2.2 系统构成

本系统主要由PLC控制柜、水泵智能控制柜、风机智能控制箱、现场PLC控制箱、各种传感器件以及系统软件组成，如图2 所示。

2.3 PLC控制器

PLC控制器包括1 台PLC控制柜和1 台现场PLC控制箱，PLC控制柜内配置智能PLC控制单元1 套，工业控制计算机1 台，通讯协议转换单元1 套，数字量接口单元4 套，保护单元1 套以及系统软件1 套。现场PLC控制箱内配置传感器接口单元2 套，铂电阻输入单元2 套。

PLC控制柜与现场用通信线缆、水泵智能控制柜、风机智能控制箱、现场PLC控制箱以及原有的空调启/ 停控制柜连接。

PLC控制器系统通过协议解析，可与以上各控制柜进行通信，通过对空调系统进行参数采集，实现对空调系统运行的集中监测、控制和管理。