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开利先进控制系统在上海国金中心的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-08-22  来源:《电气&智能建筑》  作者:开利中国 控制系统部 开利上海研发中心 石巧慧 旷玉辉
摘 要 传统控制系统无法深入到设备内部,基于暖通设备、机电系统的内部特性进行优化控制,因此在节能、低碳方面总是力不从心;传统的控制系统在设备控制、能源管理、优化控制上面往往是相互割裂的,因此在绿色、智能方面总是捉襟见肘。开利的先进控制系统有很多业界领先的独特特性,克服了传统控制系统的种种弊端,在上海国金中心的应用彰显了该系统在节能、低碳、运营管理等方面的独特优势。文章介绍了上海国金中心能源中心(冷站)系统节能改造前存在的问题,节能改造措施,数据显示通过应用开利先进控制系统,上海国金中心能源中心(冷站)系统能效提升了35.7%,所述案例对业主其它商业建筑及我国其它既有公共建筑的节能减排都有一定的借鉴意义。
 
关键词 开利 先进控制系统 WebCTRL 节能 减排 优化 改造措施 系统能效 COP
 
  1 前言
 
  市场调控、行业变化、技术更新对控制系统在节能、低碳、绿色、智能等方面都提出了很多新的挑战,传统的、单一的控制系统已经无法适应这一新形势的变化及要求。
 
  开利的控制业务一直专注于做控制系统的专业研发,推出了很多行业第一,并引领行业发展的先进技术和节能理念;开利的WebCTRL先进控制系统集设备控制、能源管理、系统优化三位一体,在节能、低碳、绿色、智能等方面有许多独特特性可以应对行业挑战,并推动市场向一个更宽广的领域发展。
 
  本文通过对开利先进控制系统在上海国金中心应用的详细分析,阐述了开利先进控制系统许多业界首创的独特特性及上海国金中心项目优化节能改造的目标体系、改造措施、最终系统能效提升的效果。
 
  2 上海国金中心项目介绍
 
  上海国金中心位于浦东陆家嘴繁盛商业中心,位置非常优越,并由多位世界顶级建筑师设计,总体建筑设计由负责香港国际金融中心的殿堂级大师Caesar Pelli主理,而商场部分则由香港apm的国际顶级名师Benoy Architects负责。专案包括一座面积逾110万平方尺的大型国际购物商场,拥有双子塔外型的甲级写字楼商厦及两间达世界殿堂级的酒店。
 
  建筑总供冷量超过20,000冷吨,建筑空调总面积400,000平方米。该中心位于浦东小陆家嘴核心商贸中心,由甲级办公楼双子塔、豪华商场、超五星级酒店及豪华服务式公寓酒店组成,是新鸿基地产的综合性地块。国金中心能源中心(冷站)采用了6台2850冷吨的大型离心冷机和3台1000冷吨的常规离心冷机,其它设备组成如下所述。
 
  上海国金中心空调冷站水系统为一次泵定频二次泵变频的水系统,系统分成A、B两组回路,A组包括5台冷机,B组包括4台冷机(见下表)。其中,冷却泵、冷冻泵及冷却塔均为并联运行。由于该系统不仅为办公楼、商场供冷,同时也为酒店及数据机房供应冷量,因此该空调冷站系统全年365天,24小时运行,系统年耗能量非常大,存在巨大的节能空间。
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  3 开利WebCTRL先进控制系统介绍
 
  开利公司是全球领先的高科技暖通空调及冷冻解决方案供应商,通过技术创新和环境领先致力于提升人们周围的环境。开利WebCTRL先进控制系统来源于开利对设备性能、环境舒适和控制的深入透彻的理解,运用先进技术,使建筑机电设备“智能”协调工作。开利为用户量身定制的系统能够切实满足用户在节能、低碳、绿色、智能等方面的综合需求。
 
  长期以来,开利扎根于能源管理领域,专注于能源管理和环境控制的基因一直延续到今日,许多业界首创的能源管理策略已内嵌在WebCTRL不同系列的产品中;开利WebCTRL先进控制系统设备控制、能源管理、系统优化三位一体,其自适应、自学习的系统特性、先进的控制逻辑、高级节能控制策略均为美国绿色委员会节能与环保设计(LEED)认证项目所认可;这种先进的控制系统已被成功地应用在新加坡、中国和美国的一些实际案例上,成功使整体的能源中心(冷站)系统能效达到0.308kW/RT,甚至于达到0.299kW/RT.
 
  开利WebCTRL先进控制系统业界领先的在节能、低碳、绿色、智能方面的独特特性包括:
  (1)主动负荷预测运算,从源头避免过度制冷;
  (2)美国专业机构认可的“最佳启动”、“分时再设”、“需求抑制”等多种节能算法及策略;
  (3)基于历史数据的自适应、自学习节能控制算法,非基于提前设定的控制逻辑;
  (4)环境指数评价模型,在保证舒适度的前提下实现最佳节能控制;
  (5)控制器内置环境指数评价模型、节能控制策略,可以按控制器分区、分时控制;
  (6)系统设备控制、能源管理、系统优化平台无缝融合,三位一体;
  (7)无软件授权License限制,可以多人、多地点,多任务同时操作;
  (8)全系列通过BTL高级认证,从底层到顶层全部兼容第三方产品;
  (9)支持多操作系统(Linux、Window)、多数据库(SQL Server/MySQL/Oracle)、多种浏览器(IE、火狐、苹果、谷歌);
  (10)DDC采用32位双CPU设计,通讯与运算分开,避免死机和大量计算时响应太慢;
  (11)控制器运行于ARC156或MS/TP网络,控制器的底层通讯速度可达156bps;
  (12)首创热敏地图模式,直观方便地实现对设备、系统的智能管理;
  (13)首创图块化编程工具,可以实时在线修改、下载程序,无须重启控制器、机电设备;
  (14)定时定期发送能源报告,与“水晶报表”无缝连接,可定制各种不同风格的报告;
  (15)完全开放API接口,支持基于IPHONE、Andriod、黑莓的移动应用软件开发;
  (16)产品化、标准化、模块化的节能控制策略,无须现场编程,稳定、可靠、安全、高效。
 
  4 冷站系统节能优化目标体系
 
  上海国金中心能源中心(冷站)优化节能分三个阶段实施(见图1)。
82-1
 
  第一阶段:冷站初步优化
  目标:在确保空调系统及所有设备能够正常、稳定运行的前提下,针对目前系统运行状况,对冷机及外围耗电设备(水泵、冷却塔等)的运行控制进行节能优化,提高冷站系统能效,减少冷站设备运行费用。在此阶段所有冷站节能优化的控制逻辑将基于独立的控制平台,与现有操控平台并行,且不直接控制具体设备,仅通过显示界面实时显示在不同工况下冷站系统最优的运行控制建议,并由操作人员加以实施,完成对实际系统的控制。
 
  第二阶段:冷站进一步优化
  目标:在第一阶段的基础上,确保冷站节能优化控制逻辑的可靠性和节能效果,逐步从半自动控制模式转为全自动控制模式,进一步提高冷站系统运行效率,减少设备运行费用,提升冷站运行的自动化程度及物业管理水平。
 
  第三阶段:冷站系统自适应优化
  目标:在第二阶段的基础上,根据系统实际运行数据,开发一套基于负荷预测及自诊断逻辑的冷站自适应控制策略,通过一个自动化的寻优计算,得出系统在不同工况条件下的最佳运行范围,并通过自控平台使得冷站系统始终处于最佳运行范围,从而进一步提高系统能效,最大限度地节省运行成本。
  目标体系汇总如图2所示。
82-2
 
  5 优化节能前能源中心(冷站)状况分析
 
  对此前的历史数据进行详细的分析,抽取数据整理出典型工作日冷站系统运行分析报告。根据夏季某一典型日(2011年8月1日)运行数据分析,统计得到能源中心(冷站)主要耗能设备(制冷主机、水泵及冷却塔)日总耗电分布如下(见图3)。
82-3
 
  如图3所示,冷机能耗占整个冷站能耗的50%,冷却塔次之,约为20%,冷冻泵及冷却泵电耗分别为17%和14%.冷站日总耗电量约为185,328度(kWh),折合电费约为12.7万元人民币。
 
  由于该工程规模巨大,空调水系统复杂,大厦入住客户对空调水温有严格的要求,众多机电设备运行能耗巨大等原因,该冷站在以下一些方面还存在某些问题。
 
  (1)故障设备手工标示牌
    为中央空调配套的一些机电设备还不可靠,现场值班室中悬挂的故障设备标记(黄色标记表示该设备故障,如图4所示)。
  (2)冷站水力平衡不佳
  (3)冷水机组频繁加减机
  (4)冷却塔能耗较高,散热性能不佳,影响系统能效
  (5)冷冻二次泵根据末端水压差来调节转速,压差值设定有很大优化空间
  (6)无完善的能耗计量设备,无法分析、评估各设备及系统的效率
83-4
 
  6 优化节能改造措施
 
  针对项目特点、前期状况及实测数据建立的能效基准、目标体系,我们制定的上海国金中心能源中心(冷站)优化节能改造措施如图5所示。
83-5
 
  6.1 冷却塔节能优化运行
 
  冷却塔的科学运行将极大的影响冷水机组的制冷效率。开利先进的冷却塔台数优化控制技术根据室外气候条件、系统运行状态,自适应的决定冷却塔的运行台数,从而优化整个中央空调系统的运行效率,降低系统的运行能耗。同时可最大限度的避免冷机因高扬程而喘振(见图6)。
83-6
 
  该技术通过实时监测室外温湿度,并根据冷机及系统运行状况实时分析、判断冷却塔的最优使用台数。开利独创的冷却塔台数优化控制技术突破了传统的冷机与冷却塔一一对应的运行方式,通过降低冷却水水温,从而减少冷机的运行能耗。同时也考虑了冷却塔增加的能耗与冷机降低的能耗之间的平衡。
 
 
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