舜通云-暖通空调节能AI方案案例

作者：舜通智能来源：www.sitcsys.com 发布时间：2021-06-21 热度：0

一、概述

随着我国国民经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，暖通空调已进入宾馆、饭店、工矿企业、办公楼等各领域。且我国暖通市场规模庞大，据统计2019年我国水冷系统保有量达到248万台，占全球30%的份额；全国暖通机房超过80万个，空调维保厂家达12000家，累计能耗高达11250亿千瓦时。
面对如此庞大的市场需求，暖通空调的运维管理现状可谓是杯水车薪：
95%中央空调机房智能化程度不够依靠人为巡检，手动机械开关。极少数有集控系统，但集控系统只适用于大规模客户，价格昂贵、对使用者专业技能要求高，普及度不高，摆脱不了对人的依赖。
90%暖通机房交付给机电或安保等非专业人员管理，未能实时专业管控，我国暖通专业人才培养长期缺失，短时间人才培养和梯队建设难以解决人才短缺问题。另人为管理无法实现24小时实时调控，不能使设备处于高效运行状态。

二、存在的问题

1.浪费严重能耗高
智能化程度低、管理粗放，精细化程度严重不足，导致空调系统浪费严重。
暖能系统能耗占建筑能耗的60%-70%，远超电梯、照明及机房用电。
其中65%的浪费是由于管理不到位等人为因素导致的。

2.人工管理成本高
人工巡检开关工作量大、效率低。
一个小酒店至少需要配备一人专门管理暖通系统。
一个商场至少配备3人团队管理暖通系统，人工成本高。

3.系统安全无保障
95%的机房未配备报警系统。
故障发生影响建筑正常运行，存在机电安全风险。
无故障预警，有故障才维修，错过维保的最佳时间，损害设备的运行寿命。

面对如此严峻的管理漏洞，结合目前国内市场现状：国家推动“碳中和3060”目标、社会经济的结构化转型、促进企业数字化、智能化升级、逐渐加剧的企业竞争环境，促使企业降本增效，提成竞争力。暖通智控运维降本增效需求迫切，暖通精细化管理与运维也成为必然选择。

三、节能工作原理
常规暖通空调系统是按照最大冷热负荷进行选型设计。而全年最热及最冷的天气只有几天，因而暖通空调大多数时间是在低于机组额定负荷即部分负荷状态下运行，造成了电能极大的浪费，随着科技的发展，变频器已广泛应用于各行各业，其价格便宜，技术成熟，特别是对风机、水泵的节能改造目前已在工业领域中广泛推广，其平均节电在30%以上。

1.变频节能改造
冷冻水泵变频控制：暖通空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。
冷却水泵变频控制：暖通空调的冷媒水泵的功率是根据空调满负荷工作设计的，当宾馆、酒店、大厦需要的冷量或热量没有达到空调的满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷媒水的循环速度，使冷量和热量得到充分利用，从而达到节能目的。
  冷却塔风机变频控制：风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制能极大地有助于冷却水恒温，这对于机组制冷恒温极为关键；且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度的节省燃料。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围的影响。
  变频调速的原理：风机和水泵都是传送流体的装置，这类负载消耗的能量与流量的立方成正比，根据以下流体定律：
  流量与电机转速成正比     Q₁/Q₂ = n₁/n₂
  功率与电机转速的立方成正比   P₁/P₂ = (n₁/n₂)³
  Q：管道流量；P：电机输出功率；n：电机转速

  例：一台50KW冷却泵电机采用变频器控制，平均流量要求为设计容量得80%，电费2元/KWH
  根据定律    Q₁/Q₂ = n₁/n₂与     P₁/P₂ = (n₁/n₂)³
                      n₁/n₂= 80% P₁/P₂≈ 50%
  节约电费 = 365天 × 24小时 × 50KW × 2元 × 50% = 438000元。

2.舜通云物联网AI平台
  本套监控系统分为：冷水机组运行监测、冷却水泵冷却塔变频控制、冷冻水泵变频控制、送风系统控制、数据采集和控制、冷水机组群控等功能模块。

  冷水机组运行监测：主要包括冷冻水进出水温度、冷却水进出水温度、蒸发压力、冷凝压力、主机电流、主机符合率等主要参数的监控。具有PC接口的机组，可通过其数据通讯协议直接获取机组运行各参数并实现远程控制；没有PC接口或未知设备数据通讯协议，则通过温度传感器、压力传感器、电量传感器等变送元件实现各监测参数的模拟量化，并由数据采集卡或数据采集模块将其转换为数字信号，通过数据网络与工作站计算机实现数据通讯；

  冷却水泵冷却塔变频控制：根据设计工况（出水/回水温差、压力、流量等）调节冷却水泵工作频率，通常从35Hz到49Hz；维持冷却塔的出水温度在32~37℃之间可以保证空调系统较高的运行效率，同时也能节约冷却塔风机能耗，通常可以采用变频或者通断控制来实现；

  冷冻水泵变频控制：空调区域功能多样性决定了冷冻水流量的相应变化规律，根据空调系统的负荷率、空调系统各用户负荷率变化特征以及末端设备的传热除湿性能采用变频器对冷冻水进行变频控制，一般有基于定压差控制、定温差和变温差控制技术等控制来实现节能控制；

  送风系统控制：风系统主要是有风柜、空气处理机组、风机盘管等设备构成，依据空调区域负荷变化时间序列，远程控制风柜各个风机的启停实现有级调节送风量，也可变频调节空气处理机组实现送风量的无级调节，根据室内CO2浓度控制系统新风量；

  数据采集和控制：控制系统的所有监控参数，都是由数据采集模块或数据采集卡来实现，通过中间继电器或固态继电器实现计算机工作站弱电控制向空调系统强电控制的承接；

  冷水机组群控：根据空调系统的负荷率，以及该空调系统用户符合率变化特征，只能控制冷水机组的台数和冷冻水出水温度都，冷水机组在低负荷运行时可以充分利用蒸发器和冷凝器的换热能力，减小换热温差，提高冷水机组的运行效率。冷冻水出水温度升高，可提高冷水机组的运行效率，冷冻水平均温度每升高1℃，冷水机组的运行效率提高3% 。

四、舜通云物联网解决方案

物联网解决方案拓扑图

暖通主接线图

空调节能监控系统-远程控制
可远程控制空调，具有展示当前空调运行状态及远程开关、调节温度、风速、切换运行模式等功能

水系统-水表控制
可远程控制水表，具有展示各水表的剩余用水量，水表分合闸状态以及远程控制水表开关等功能，支持欠费断水，充值自动送水功能。

照明控制系统-电表控制
可远程控制电表，具有展示各房间的剩余用电量，房间电表分合闸状态以及远程控制电表开关等功能，支持欠费断电，充值自动送电功能。

运维界面

能源看板
主要统计系统内用水、用电的运行情况，包含用水、用电占比；近30天用水用电趋势图；建筑总用电、总用水排名；照明插座及空调用电占比等

区域看板
展示系统内各楼栋的用水、用电情况；包含本日、本周、本月、总用电、用水量，最近七天总用量、平均用量、最大值、最小值等数据

五、实用案例

案例一：
  某大型公共建筑实时采集该单位700个空调的开关，模式，温度，风速四个点位数据，并做到远程控制及定时控制功能，并根据该单位作息时间设置工作日9：00~18：00定时开关，以防止忘关空调造成不必要的电费损耗，据统计，
  按照每台空调1KW的功率进行计算，1KW*24h*700台每天的用电量1.68万千瓦·时，使用此系统后每天按9：00~18：00九个小时计算，1KW*9h*700台=0.63万千瓦·时，每天节约1.05万千瓦·时用电量，按商业用电1.2元/千瓦·时计算，平均每年为公司节约成本：1.05万千瓦·时元/千瓦·时*1.2*365天，为459.9万；假设该单位全年有十分之一的时间下班忘关空调，那么实际节约电费成本45.99万元/年；

案例二：
  某园区应用该系统实时监控水、电、暖通空调等能耗节点，采集瞬时水、累积水、电能参数及用电量及1400台空调的开关，模式，温度，风速等点位，并做到照明系统、空调系统的远程分合闸。
  据统计，该单位照明系统开关共计2000余，根据每个LED等20W的功率计算，0.02KW*24*2000=960千瓦时，使用此系统后每天按9：00~18：00九个小时计算0.02KW*9*2000=360千瓦时，每天节约600千瓦时，按商业用电1.2元/千瓦·时计算，平均每年为公司节约成本：600千瓦·时元/千瓦·时*1.2*365天，为26.28万；按照每台空调1KW的功率进行计算，1KW*24h*1400台每天的用电量3.36万千瓦·时，使用此系统后每天按9：00~18：00九个小时计算，1KW*9h*1400台=1.26万千瓦·时，每天节约2.1万千瓦·时用电量，按商业用电1.2元/千瓦·时计算，平均每年为公司节约成本：2.1万千瓦·时元/千瓦·时*1.2*365天，为919.8万；假设该单位全年有十分之一的时间下班忘关空调，那么实际节约电费成本91.98万元/年；

  该单位在为使用本系统之前，该公司的用电运维监控主要靠人工进行抄表，总人员投入为16人，按每人每年的人力成本10万/年计，总成本约为160万/年。2017年底应用该成果后，在中心站、配电房、箱式变内各配一个能源在线测控站，实现了配电室少人及无人值守，一次性投入费用为30万元，到2020年底为止，三年分摊成本约为10万/年；由于采用无人值守型监测，可以实现远程抄表，只需3人进行轮班值守，每年投入的电能监控人员费用为10万元/年*3=30万元/年，每年节支160万元/年-30万元/年=130万元/年，减去应用该成果每年的分摊成本10万元/年，实际每年节约人工成本130万元/年-10万元/年=120万元/年。
  综合计算实际每年节约经济成本26.28万+91.98万元+120万元 = 238.26万元。

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