劉東 張超 施赟 張曉杰 劉書薈 印慧

1同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

2上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

樓宇集中空調(diào)能效測試及診斷系統(tǒng)的構(gòu)建研究

劉東1張超1施赟1張曉杰2劉書薈2印慧2

1同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

2上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

提出了民用建筑集中式空調(diào)能效測試及診斷系統(tǒng)的架構(gòu)形式，結(jié)合某綜合辦公樓建筑的集中空調(diào)能效監(jiān)測及診斷系統(tǒng)構(gòu)建過程，提出空調(diào)系統(tǒng)能效整體性評(píng)價(jià)的最優(yōu)化方法，指出了需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，可為類似的集中空調(diào)的能效監(jiān)測及診斷系統(tǒng)建設(shè)提供有益的參考。

能效測試集中式空調(diào)最優(yōu)化方法

0 引言

近年來，民用建筑能耗在中國的社會(huì)能耗中所占的比例日益增長，而其中空調(diào)系統(tǒng)能耗在公共建筑能耗中所占比例最大，一般可達(dá)40%~60%，因此如何降低空調(diào)系統(tǒng)能耗是建筑節(jié)能系統(tǒng)工程中關(guān)鍵問題[1]。目前大部分集中式空調(diào)系統(tǒng)因設(shè)計(jì)、計(jì)量、控制、運(yùn)行管理等諸多因素的影響，不同程度地存在能效低的問題。同濟(jì)大學(xué)與上海市質(zhì)量監(jiān)督技術(shù)研究院聯(lián)合對(duì)公共建筑集中式空調(diào)系統(tǒng)能效測試及診斷方法進(jìn)行了研究，并結(jié)合某辦公建筑的集中式空調(diào)系統(tǒng)，研發(fā)了一套在線的能效監(jiān)測和診斷系統(tǒng)。這項(xiàng)工作為構(gòu)建類似的集中式空調(diào)系統(tǒng)能效實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷分析平臺(tái)提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 集中式空調(diào)能效測試及診斷系統(tǒng)概況

該能效測試診斷系統(tǒng)是通過采集建筑集中式空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗參數(shù)，對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、計(jì)算及分析，最終獲得對(duì)此空調(diào)系統(tǒng)中的設(shè)備及整體系統(tǒng)運(yùn)行能效的客觀評(píng)價(jià)結(jié)果，并為該空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行模式提供指導(dǎo)性建議[2～4]。主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸與能效評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)三部分。

1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括用于現(xiàn)場參數(shù)采集的各類傳感器/變送器、數(shù)據(jù)采集模塊，其中現(xiàn)場各類傳感器/變送器包括采集空氣處理設(shè)備、冷熱源設(shè)備、輸送系統(tǒng)設(shè)備相關(guān)參數(shù)的傳感器/變送器，將采集到的模擬或數(shù)字信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集模塊（模擬量、數(shù)字量及Modbus采集模塊，以上模塊具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸功能）傳送至數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。

建筑物內(nèi)部數(shù)據(jù)采集器之間的聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集采用以太網(wǎng)+Modbus的方式實(shí)現(xiàn)，這種方式使系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)撵`活性。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器、路由器及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、存儲(chǔ)相關(guān)程序，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的服務(wù)器、路由器接收來自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)，經(jīng)有線/無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至能效評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)。

建筑物到中心站服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸可以利用建筑物內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)，在中心站設(shè)立固定IP地址的服務(wù)器，采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果沒有互聯(lián)網(wǎng)接入條件，可以臨時(shí)設(shè)立3G移動(dòng)接入路由器，采用3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸。如果測試現(xiàn)場沒有上述網(wǎng)絡(luò)等測試條件，則將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)采集模塊（模擬量、數(shù)字量及WiFi數(shù)據(jù)采集模塊），測試結(jié)束之后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)的分析終端，利用分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的構(gòu)架見圖1。

1.3 能效評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)

能效評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總和計(jì)算，并且與空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比分析，從而對(duì)集中式空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析與診斷，并且能夠明確提高空調(diào)系統(tǒng)能效的主要技術(shù)途徑，最終生成各類報(bào)表和圖表，并將測試項(xiàng)目數(shù)據(jù)加入軟件作為原始數(shù)據(jù)庫一部分，為后續(xù)測試提供參考[5～6]。

系統(tǒng)包含的設(shè)備主要是終端監(jiān)控分析設(shè)備即數(shù)據(jù)顯示查詢終端，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢和調(diào)用、報(bào)表打印等功能。能效評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖2。

1.4 系統(tǒng)總體框架圖

樓宇集中式空調(diào)系統(tǒng)能效測量與診斷分析系統(tǒng)總體框架圖見圖3。

2 某建筑集中式空調(diào)能效測試診斷系統(tǒng)

在確定了建筑集中式空調(diào)系統(tǒng)能效測試及診斷系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，選取了某高校綜合辦公樓（約40,000m2）作為研究對(duì)象實(shí)施安裝了此能效測試及診斷系統(tǒng)。

2.1 建筑及空調(diào)系統(tǒng)概況

該建筑的主要功能是行政辦公，大廳、會(huì)議室采用集中式空調(diào)系統(tǒng)，辦公區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)機(jī)組的形式。冷源采用2臺(tái)雙工況螺桿式冷水機(jī)組，空調(diào)系統(tǒng)中考慮了冰蓄冷方式，但由于基本不使用，因此布置測試方案時(shí)按照常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)考慮。熱源則采用兩臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t，運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)全開。

2.2 能效測試方案

為了獲空調(diào)設(shè)備及空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行能耗，需在空調(diào)系統(tǒng)中布置水溫傳感器、超聲波流量計(jì)、空氣溫濕度傳感器、水壓傳感器、風(fēng)量傳感器等，利用數(shù)據(jù)采集模塊通過建筑中的以太網(wǎng)將實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)椒?wù)器中進(jìn)行儲(chǔ)存、運(yùn)行、分析、打印輸出等，完成空調(diào)系統(tǒng)能效測試及診斷分析的過程。

基于全面、準(zhǔn)確、安全的原則，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，盡可能詳細(xì)地布置傳感器采集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，利于運(yùn)行能效的診斷分析，部分房間傳感器的布置方案見圖4、圖5和圖6。

2.3 測試系統(tǒng)儀器選擇及安裝

考慮測試系統(tǒng)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性，同類的測試參數(shù)選擇同一種測試儀器。要求該系統(tǒng)為實(shí)時(shí)監(jiān)測的測試系統(tǒng)，所有的儀器必須具備遠(yuǎn)傳功能。在確定傳感器類型時(shí)，主要考慮以下三點(diǎn)：

1）精度：滿足以上所提及的各類精度要求的情況下，盡可能選擇高精度的型號(hào)。

2）量程：按照在各設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)參數(shù)的范圍來選擇（一般最大值不應(yīng)大于滿量程的2/3，最小值不應(yīng)小于滿量程的1/3）。

3）輸出信號(hào)：傳感器的輸出信號(hào)分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，一般多為模擬信號(hào)即電流、電壓。電壓信號(hào)適合距離較短，干擾較少的地方，電流信號(hào)更適合遠(yuǎn)傳，衰減小所以本系統(tǒng)中，盡量選擇電流為輸出信號(hào)。

本系統(tǒng)選擇的傳感器詳細(xì)參數(shù)見表1。

3 總結(jié)

1）集中式空調(diào)的在線能效測試及診斷系統(tǒng)可以從空調(diào)系統(tǒng)的整體性方面來考慮問題，是實(shí)現(xiàn)空調(diào)和建筑節(jié)能的有效技術(shù)途徑。

2）本文所研究的由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及能效診斷分析等三部分組成的集中式空調(diào)能效測試及診斷分析系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)踐證明在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面是可行的。

3）通過對(duì)某綜合辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)能效測試診斷系統(tǒng)的方案實(shí)施，探索總結(jié)了傳感器的選擇原則、選擇參數(shù)，傳感器的現(xiàn)場布置及安裝等方面的經(jīng)驗(yàn)，可以為類似空調(diào)系統(tǒng)的能效測試診斷系統(tǒng)的方案確定和實(shí)施提供有益的參考。

[1]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2010[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010

[2]沈啟,陳永康.空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行與改造案例研究(4):冷卻塔[J].暖通空調(diào),2010,40(8):45-50

[3]李德英,劉珊,郝斌.公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷方法探討[J].供熱制冷,2010,(4):64-66

[4]胡欣,龍惟定,馬九賢.CEC—一種有效的空調(diào)系統(tǒng)能耗評(píng)價(jià)方法[J].暖通空調(diào),1999,29(3):16-18

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組戶用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組(GB/T18430.2 -2001)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001

[6]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.冷水機(jī)組能效限定值及能效等級(jí)(GB 19577-2004)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004

On-line M on ito ring and Diagnos is fo r Cen tra l A ir-c ond ition ing Sys tem

LIU Dong1,ZHANGChao1,SHIYun1,ZHANG Xiao-jie2,LIU Shu-hui2,YIN Hui2
1SchoolofMechanicaland Energy Engineering,TongjiUniversity
2Shanghai InstituteofQuality Inspection and TechnicalResearch

The framework of the civil centralair conditioning energy efficiency testand diagnosis system wasbuiltup. The overallevaluation of air conditioning system energy efficiency optim izationmethod combiningw ith the construction of air conditioning energy efficiencymonitoring and diagnosis system for an office building was put forward.The key issue should be focused on was pointed out.This paper can provide a useful reference for a sim ilar central air conditioning energy efficiencymonitoring and diagnosissystem.

energy efficiency test,centralair conditioning system,optim izationmethod

1003-0344（2014）03-052-3

2013-5-6

劉東（1970～），男，副教授；上海四平路1239號(hào)濟(jì)陽樓408室（200092）；021-65981390；E-mail:liudong@#edu.cn基金項(xiàng)目：國家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011QK116）