中央空调系统能耗监测与分析

【摘要】中央空调系统已成为节能领域的关注热点，建立其能耗监测与分析平台，对实现能源的合理利用和节能目标具有重要意义。

【关键词】能耗监测;分项统计;能耗分析

随着我国经济的迅速发展，中央空调系统已成为创造舒适高效工作和生活环境所不可缺少的重要基础设施，据统计，其能耗常常占大型公共建筑能耗50%以上。目前，建立能耗监测与分析平台，促进中央空调节能运行管理水平不断提高已成为迫切需要。本文以西安建筑科技大学智能建筑与楼宇自动化实验室中央空调系统为例来介绍以下问题。

1．系统构成

能耗监测与分析系统以上位机、采集及通讯设备、计量单元为基本工具，为中央空调系统的实时数据采集、开关状态监测及上位管理与控制提供了基础平台。该系统采用三层网络结构，如图1所示，管理层由三台工控机组成，实现系统数据存储、系统管理和系统监控,通过PLC以太网单元实现与控制层连接，并且在管理级中使用omron OPCsever完成研华WebAccess和欧姆龙PLC的通信，构成一个实时高效的通信网络系统。控制层与现场层之间采用PLC串行通信单元实现数据通信。数据中心是基于WebAccess数据采集―SQL Sever 2000数据储存的上位机能耗数据库。

图1 能耗监控与分析系统网络结构

图2 系统能耗监控界面

2．能耗监测

能耗监测部分主要是对建筑能耗中空调设施用电进行实时监测，目的是客观准确地把握其能源使用状况，为制定有效的节能措施提供基础资料。本实验室监控的主要对象有冷冻水泵、冷却水泵、制冷机组、冷却塔风机、送风机、加湿器、排风机和VAV BOX，采集的参数主要有电流（I）、电压（U）、有功功率（P）、无功功率（Q），如图2所示。

3．能耗分析

3.1 分项能耗

如上一章中提到的，目前电量变送器仅采集了空调设备的U、I、P、Q的电参量，针对这一情况，利用研华WebAceess软件，实现有功电能（单位：kWh）、无功功率Q、视在功率S及功率因数的存储、实时显示，分别对空调用电分项能耗统计，这是能耗监控与分析系统的重要部分。这里，分项能耗主要指建筑能耗的电量分类中空调用电分项的一级子项、二级子项，单位:kWh。

3.2 能耗展示

能耗展示单元是通过丰富的数据图表来帮助评估各空调设备的能量使用情况。数据图表直观地反映和对比能耗值、趋势和分布情况，主要包括堆栈柱状图、饼图、曲线图等。数据报表主要包括用能情况的时报表、日报表、月报表、年报表等。

3.2.1数据图表

通过对能耗比较、能耗报告、分项能耗报告及能耗趋势图分析比较，帮助管理者了解各设备的能源使用情况，及时发现能耗问题，及时解决，如变频二次泵CHWP-21第一小时耗能2.05kWh，自第二小时起对其实施变压差控制策略后，能取得较明显节能效果。

图3 能耗比较

图4 能耗趋势图

表1统计报表

3.2.2数据报表

帮助统计系统整体能源消耗情况，以便合理分配能源使用结构。包括各分项能耗值的统计报表，如表1所示。经调研，西安地区高校用户用电享受优惠电价政策，属居民生活用电，实行单一制电度电价，每度电0.4983元。

3.3 能耗评价

3.3.1 能耗指标

冷水机组的能耗指标可用能效比来评价:

能效比（EER）=（1）

在部分负荷下，求得EER,按加权系数公式计算出的机组部分负荷性能系数值IPLV，主要反映机组的部分负荷调节功能。

EUI ( energy consumption intensity) 用能强度。EUI是单位面积的能耗指标。EUI 可作为能耗评价的一个指标，但是很难由此数值单一地来判断能耗的使用情况和节能潜力。

COP（coefficient of performance）空调系统性能系数。COP是空调系统的制冷量和空调制冷系统的总输入功率（即冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机等设备输入功率之和）的比值。（下转第２４页）

（上接第７页）3.3.2 节能分析

输送系统（风机、水泵）节能率：

r=（2）

通过 r，分析系统应用节能方案的节能效果。其中，A为中央空调系统在不应用节能控制策略状态下运行时输送系统的耗电量；B中央空调系统在应用节能控制策略状态下运行时输送系统的耗电量。由表1可知：

r===23.2%

单位面积能耗值（Energy Usage Intensity，简称EUI），作为评价系统能源使用效率的能耗指标。未应用节能方案前系统的EUI为266.04kWh•y/m，而应用为204.4kWh•y/m。

显然，系统得以EUI比较明显提高。

4．结束语

目前，国内外已有许多针对建筑能耗的能源监测（管理）系统，但专门针对建筑中能源消耗大户――空调系统设计的一款专业的能耗监测与分析系统尚处于空白。笔者基于西安建筑科技大学智能建筑与楼宇自动化实验室中央空调系统，在空调能耗监测与分析系统方面做了一些探索性工作，后续还有许多工作要做，本文只是旨在提出解决思路，进一步在实际工程中发挥作用，还需采纳各方建议和大量实践验证。

【参考文献】

［１］中华人民共和国建设部.国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则,2008,04:14-15.

［２］张春枝.公共建筑空调系统能耗评价指标的探索[J].制冷与空调,2005,12,5(6).

［３］陈锡辉,张银鸿.Labview 8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2009,08.

［４］李玉街,蔡小兵.郭林.中央空调系统模糊控制节能技术应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2009,01.

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