風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)節(jié)能改造方案研究

邱慶齡

（武漢商業(yè)服務(wù)學(xué)院，湖北 武漢 430056）

前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，綜合型建筑能源消耗相對(duì)集中在暖通空調(diào)及照明、動(dòng)力兩大部分，這兩項(xiàng)所占建筑總能耗的比例以暖通空調(diào)能耗所占比例最大達(dá)60%以上，照明、動(dòng)力能耗達(dá)30%以上[1]。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，隨手關(guān)水、不開(kāi)無(wú)人燈、防止（水、電、氣）跑漏、限制空調(diào)制冷（熱）上下限溫度、養(yǎng)成良好的使用中央空調(diào)的習(xí)慣等節(jié)能習(xí)慣已成為公認(rèn)的有效的節(jié)能手段；在大力推廣節(jié)能減排的時(shí)期，要達(dá)到最快、最明顯的節(jié)能效果，不單單是使用安裝節(jié)能燈具、運(yùn)用空調(diào)變頻技術(shù)等手段，還需要人們從主觀上增強(qiáng)節(jié)能的意識(shí)，更重要的就是需要有一套自動(dòng)化的計(jì)量管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)施能源節(jié)能管理，量化能耗數(shù)據(jù)、掌握能耗動(dòng)態(tài)信息、找出節(jié)能降耗著手點(diǎn)、對(duì)比節(jié)能效果差異、建立一套完整的節(jié)能管理機(jī)制；在實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化的控制技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)能耗計(jì)量數(shù)據(jù)完善考評(píng)、收費(fèi)機(jī)制，增強(qiáng)主動(dòng)節(jié)能的意識(shí)，達(dá)到管理節(jié)能的目的，完成節(jié)能減排的目標(biāo)。

本文就武漢某辦公樓宇風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)節(jié)能改造為例，說(shuō)明從能耗末端節(jié)能做起，引入現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，是十分可行的節(jié)能措施。

一、空調(diào)未端風(fēng)機(jī)盤(pán)管的節(jié)能分析

空調(diào)未端設(shè)備之一的風(fēng)機(jī)盤(pán)管通常是采用室內(nèi)溫度控制器或與電動(dòng)閥聯(lián)合進(jìn)行就地控制，目的也是為了使室內(nèi)溫度恒定和節(jié)約能耗，但此種就地控制方式也不盡人意，原因就是就地控制的方式往往由于每個(gè)空調(diào)區(qū)域的使用人員對(duì)空調(diào)控制原理的不了解或節(jié)能意識(shí)淡薄使控制器達(dá)不到預(yù)期的節(jié)能目的。

風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制器大部分對(duì)水管上的閥門(mén)是根據(jù)溫度的設(shè)定值進(jìn)行啟閉控制，風(fēng)機(jī)的高中低三檔風(fēng)速是人為設(shè)定的，而不是隨溫度差的變化自動(dòng)調(diào)速，造成了風(fēng)機(jī)本身電量的損耗。另外，人們進(jìn)入房間后為了快速制冷或快速制熱，總是將控制器的調(diào)定值調(diào)得很低或很高，但當(dāng)溫度達(dá)到過(guò)低或過(guò)高后又不去把調(diào)定值恢復(fù)到正常設(shè)定值，造成了大量額外能耗。如果人員節(jié)能意識(shí)淡薄，過(guò)冷或過(guò)熱時(shí)開(kāi)窗散熱的話(huà)，能耗會(huì)更驚人?？茖W(xué)計(jì)算表明，在制冷工況時(shí)，空調(diào)的設(shè)定值每調(diào)高1℃時(shí)能耗會(huì)下降8%，提高2℃，就可以削減空調(diào)峰值電力負(fù)荷10-15%；在制熱工況時(shí)，空調(diào)的設(shè)定值每調(diào)低1℃時(shí)能耗會(huì)下降12%[2]。可見(jiàn)，對(duì)空調(diào)未端系統(tǒng)的控制管理對(duì)節(jié)能的意義十分重大。

二、空調(diào)未端風(fēng)機(jī)盤(pán)管節(jié)能方案介紹

該節(jié)能系統(tǒng)方案設(shè)備由能耗計(jì)量?jī)x表（能量計(jì)量器、計(jì)時(shí)溫控器）、數(shù)據(jù)傳送設(shè)備（如信號(hào)隔離放大器、路由器等）、通訊線(xiàn)路（如通訊總線(xiàn)、網(wǎng)線(xiàn)）、管理電腦、管理軟件等組成?？梢詫?duì)空調(diào)的末端風(fēng)機(jī)盤(pán)管進(jìn)行計(jì)時(shí)計(jì)量、溫度遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制（如需要的話(huà)）、對(duì)區(qū)域作能耗計(jì)量，同時(shí)監(jiān)控電腦管理軟件可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)能耗監(jiān)控。見(jiàn)圖一。

此系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)能耗計(jì)量設(shè)備組成一個(gè)綜合的能源管理網(wǎng)絡(luò)，將耗能設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)或獨(dú)立計(jì)量，對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，用戶(hù)對(duì)耗能設(shè)備可自行定義計(jì)量范圍、監(jiān)測(cè)區(qū)域。對(duì)各計(jì)量點(diǎn)、區(qū)域?qū)崿F(xiàn)能源在線(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、能源匯總分析、能耗指標(biāo)綜合考評(píng)、故障自動(dòng)報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、能耗報(bào)表自動(dòng)生成。能夠?yàn)槟茉春侠碚{(diào)配提供根據(jù)，為能源自動(dòng)化管理提供手段，為系統(tǒng)地節(jié)能降耗考評(píng)提供科學(xué)的依據(jù)。

圖一 節(jié)能方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

（一）節(jié)能方案主要設(shè)備介紹

1、末端節(jié)能溫控器（實(shí)施末端溫控精確控制）

（1）節(jié)能溫度限制 可以設(shè)定制冷最低溫度（如夏天26度）和制熱最高溫度（如冬天20度），從而最大限度地節(jié)省能源。溫度的上下限對(duì)使用方無(wú)權(quán)設(shè)置，管理部門(mén)可遠(yuǎn)程設(shè)置。

（2）計(jì)時(shí)計(jì)量 根據(jù)風(fēng)機(jī)的高、中、低檔工作時(shí)間的累計(jì)，與系統(tǒng)總能耗比較，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)計(jì)量能耗，從而輕松實(shí)現(xiàn)能耗計(jì)量考核管理。

（3）帶遠(yuǎn)程通訊接口 帶RS485遠(yuǎn)程通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制、管理?？梢栽诒O(jiān)控中心遠(yuǎn)程打開(kāi)或關(guān)閉各單元的空調(diào)。

（4）安裝方便 由于接線(xiàn)相同，可直接取代現(xiàn)有的普通的機(jī)械式或電子式溫控器，安裝極為方便，對(duì)新老用戶(hù)均適用。

（5）全數(shù)字顯示、溫度自動(dòng)控制、室內(nèi)溫度顯示，設(shè)備少、投資少、故障少、維修少。

2、數(shù)據(jù)采集器（實(shí)施測(cè)控?cái)?shù)據(jù)精確采集）

數(shù)據(jù)采集采用串行通訊方式，多級(jí)隔離，極強(qiáng)的抗共模干擾能力和信號(hào)傳輸能力。其中通訊信號(hào)全部光電隔離，提高干擾抑制能力，加強(qiáng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力，抗強(qiáng)電沖擊。部件全部采用CMOS電路，適應(yīng)溫度范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)。設(shè)置電源監(jiān)測(cè)及掉電保護(hù)電路，防止掉電引起數(shù)據(jù)丟失。有效的通訊校驗(yàn)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)通信安全。同時(shí)具有完善的軟件支持功能。

3、區(qū)域能量計(jì)量器（實(shí)施區(qū)域能量精確計(jì)量）

區(qū)域能量計(jì)量器由一個(gè)流量計(jì)、一對(duì)溫度傳感器、和一個(gè)結(jié)算控制器組成。流量計(jì)安裝在系統(tǒng)的供水管上，并將溫度傳感器分別裝在供、回水管路上。對(duì)于制冷系統(tǒng)和制熱系統(tǒng)，均可使用計(jì)量能耗。見(jiàn)圖二所示。

用戶(hù)所消耗的能量是一段時(shí)間內(nèi)供水的流量和供回水的溫差的乘積對(duì)時(shí)間的積分，用流量計(jì)測(cè)量逐時(shí)的流量并用溫度傳感器測(cè)量逐時(shí)的供回水溫差，將這些數(shù)據(jù)輸入結(jié)算控制器計(jì)算就能得出用戶(hù)所用的能量。

圖二 節(jié)能方案系統(tǒng)組成圖

總能耗的流量計(jì)量可選用計(jì)量精度高、對(duì)流體無(wú)任何阻力，且無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件的管道式電磁流量計(jì)（免維護(hù)）、超聲波流量計(jì)或價(jià)格相對(duì)低廉的、可拆卸式干式熱水表。溫度計(jì)量用帶套管（便于更換）的配對(duì)PT1000溫度傳感器，計(jì)量精度能達(dá)到0.2%。

（二）節(jié)能方案軟件介紹

1、節(jié)能方案系統(tǒng)管理軟件介紹

管理軟件由以下模塊組成：實(shí)時(shí)通訊模塊，無(wú)人值守巡檢模塊，遠(yuǎn)程控制模塊，參數(shù)設(shè)置模塊，數(shù)據(jù)報(bào)表查詢(xún)模塊，第三方接口。

實(shí)時(shí)通訊模塊主要完成對(duì)能量計(jì)量器24h抄表器（數(shù)據(jù)采集器）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，通訊數(shù)據(jù)可選擇是否保存。

無(wú)人值守巡檢模塊主要根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的巡檢間隔時(shí)間及相關(guān)參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。見(jiàn)圖三所示。

遠(yuǎn)程控制模塊主要完成是對(duì)能量計(jì)量器及24h抄表器的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置。

參數(shù)設(shè)置模塊主要完成為滿(mǎn)足相應(yīng)的軟件運(yùn)行要求進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。

數(shù)據(jù)報(bào)表查詢(xún)模塊主要完成對(duì)巡檢歷史記錄、報(bào)警歷史記錄和操作日志歷史記錄的查詢(xún)以及賬單打印等功能。并能統(tǒng)計(jì)每個(gè)房間空調(diào)使用情況，實(shí)現(xiàn)計(jì)量功能和計(jì)量分析功能。

圖三 末端遠(yuǎn)程管理界面

2、節(jié)能方案系統(tǒng)通訊方式

數(shù)據(jù)通訊方式：底層（數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集層）采用廉價(jià)可靠的總線(xiàn)制串行通訊方式；管理層采用局域網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）便于大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表處理、各有關(guān)部門(mén)的共享管理，以及上級(jí)部門(mén)的監(jiān)督管理。通訊總線(xiàn)通過(guò)RS232/485轉(zhuǎn)換器直接輸入電腦。

三、風(fēng)機(jī)盤(pán)管節(jié)能改造耗能分析

（一）節(jié)能改造后的使用條件

1、室內(nèi)溫度一般設(shè)定

根據(jù)國(guó)務(wù)院出臺(tái)的相關(guān)規(guī)定，除對(duì)溫度有特定要求并經(jīng)批準(zhǔn)的用戶(hù)之外，夏季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得低于26℃，冬季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得高于20℃，而且，空調(diào)運(yùn)行期間禁止開(kāi)窗。如果天氣變化異常，則適時(shí)調(diào)整房間內(nèi)設(shè)定溫度，溫差以5℃左右為宜，不宜與外界懸殊太大。室內(nèi)溫度最好設(shè)定在26℃至28℃，人體感覺(jué)最為舒適。

由于使用新式節(jié)能溫控器，每個(gè)末端設(shè)備用戶(hù)無(wú)權(quán)設(shè)定溫度，交由網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程托管，系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù)采集頻率為5分鐘，如檢測(cè)到負(fù)荷變化波動(dòng)達(dá)到下限值，則自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)檔位，室內(nèi)溫度控制精度顯著提高。

2、朝向不同室內(nèi)溫度設(shè)定不同

根據(jù)辦公大樓不同方位溫差較大的特點(diǎn)，冬季在陽(yáng)光充足的情況下，南側(cè)辦公室空調(diào)開(kāi)啟設(shè)定溫度調(diào)低1～2度，北側(cè)辦公室空調(diào)開(kāi)啟設(shè)定溫度調(diào)高1～2度。夏季東側(cè)辦公室空調(diào)開(kāi)啟設(shè)定溫度調(diào)高1～2度，西側(cè)辦公室空調(diào)開(kāi)啟設(shè)定溫度調(diào)低1～2度。

3、門(mén)窗開(kāi)啟的判定

在系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)過(guò)程中，如檢測(cè)到負(fù)荷變化波動(dòng)達(dá)到峰值，則在主控端會(huì)給出系統(tǒng)提示，當(dāng)此波動(dòng)值與當(dāng)月平均負(fù)荷值相差太大時(shí)，可以判定該房間門(mén)窗開(kāi)啟，主控端會(huì)進(jìn)行下一步控制（減小或停止供冷、供暖）。

4、能源分時(shí)供應(yīng)

由于辦公場(chǎng)所相對(duì)規(guī)律性較強(qiáng)，因而可以確定每天的空調(diào)供冷時(shí)間段，在非空調(diào)時(shí)間段減少或停止供給，如中午提高末端設(shè)定溫度，以及采取提前半小時(shí)停止主機(jī)運(yùn)行等措施。

（二）節(jié)能改造后的能耗對(duì)比

該辦公樓宇夏季螺桿水冷機(jī)組供冷，冬季燃?xì)忮仩t供暖，夏季供冷主機(jī)制冷量為720KW，冬季采暖主機(jī)制熱量為610KW，大樓按320臺(tái)風(fēng)機(jī)盤(pán)管計(jì)算（其中新風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組已折算為風(fēng)機(jī)盤(pán)管數(shù)），節(jié)能改造前后系統(tǒng)主機(jī)部分沒(méi)有進(jìn)行改動(dòng)，因而改造后的能耗對(duì)比實(shí)際上是末端系統(tǒng)改造后的能耗比，此次改造費(fèi)用總計(jì)23萬(wàn)元。

圖四、圖五中改造后的數(shù)據(jù)均采自節(jié)能管理系統(tǒng)，改造前的數(shù)據(jù)為折算值，308房間正南方向，臥式暗裝風(fēng)盤(pán)風(fēng)量1500m3/h，可以看出，精確控制后該末端設(shè)備能耗下降較多，如果使每臺(tái)風(fēng)機(jī)盤(pán)管每天平均節(jié)省能源費(fèi)達(dá)1～1.5元人民幣，則大樓按320臺(tái)風(fēng)機(jī)盤(pán)管計(jì)算每天節(jié)省320～480元人民幣，全年節(jié)省能源費(fèi)115200元～172800元，人民幣費(fèi)用兩年內(nèi)可完全收回。如果能源管理系統(tǒng)增加日常水、電、氣的全方位管理，則綜合節(jié)能效果更為可觀。

四、結(jié)束語(yǔ)

暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑能耗中占據(jù)重要的比重，由于辦公建筑的工作性質(zhì)特點(diǎn)，經(jīng)常需要局部供冷或間歇供冷，結(jié)合辦公系統(tǒng)空調(diào)設(shè)計(jì)的通常處理辦法，采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)能夠比較好地適應(yīng)這種負(fù)荷特性，同時(shí)這一系統(tǒng)也是最為常見(jiàn)的空調(diào)系統(tǒng)方式，具有很強(qiáng)的代表性。但是由此引發(fā)一個(gè)重要問(wèn)題就是運(yùn)行管理困難，能耗浪費(fèi)較大。在大力推廣節(jié)能減排的時(shí)期，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)能耗計(jì)量設(shè)備組成的自動(dòng)化計(jì)量管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)施能源節(jié)能管理，是實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能、產(chǎn)生顯著的環(huán)境和社會(huì)效益、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一舉措。

[1]中國(guó)建筑業(yè)協(xié)臺(tái)建筑節(jié)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)建筑節(jié)能技術(shù)[M]北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1996.

[2]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2009[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.3.