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佛山順德萬豪酒店空調智能化改造

時間:2019-05-13 13:46:49; 來源:廣東美的暖通設備有限公司 作者:黃國強 李元陽 黃漫甯

0  引言

目前,我國酒店餐飲等服務行業已成為高能耗行業的代名詞,其中中央空調的能耗在部分酒店已占到50%,尤其在夏季甚至占到總能耗的70%[1]。由于天氣、客房使用率及經營活動等的變化,酒店的能耗也在不斷變化,這導緻酒店實際能耗與設計能耗之間存在着較大的差異[2]。大量研究結果表明,現有的大多數酒店中央空調都存在着不同程度的能源浪費現象,而很大部分原因都是因為控制管理不當造成的,所以,在機房群控這方面存在着較大的節能空間。

1  項目概況

1.1  佛山順德萬豪酒店概況

佛山順德萬豪酒店(圖1)位于佛山順德大良南國東路388号,酒店擁有258間精緻豪華客房及套房,1 740 m2的會議及宴會空間,包括1 400 m2的無柱宴會廳及4個多功能會議廳,酒店配備頂尖設施,可充分滿足商務和休閑旅客以及各類會議活動的需求。

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圖1  佛山順德萬豪酒店

1.2  空調系統概況

本工程總建築面積為90 115 m2,一共分為兩個獨立的空調系統:酒店中央空調系統空調面積為24 299 m2;商業、辦公中央空調系統空調面積為25 159 m2。酒店和商業各有一套中央空調系統。

(1)酒店空調系統區域包括:地下一層後勤區,首層酒店大堂區,二層餐飲區,三層大堂、會議、餐飲區,四層辦公、健身區,十五層至二十九層客房區域。

(2)商業、辦公空調系統區域包括:首層辦公大堂、零售區,二層零售區,三層餐飲區,五層至十三層辦公區。

本次群控智能化改造隻針對酒店中央空調系統,機房設備參數如表1所示。

表1  機房設備參數

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酒店公共區域和後勤區域采用全空氣系統,負一樓至四樓區域共采用了13台組合式空調,其中有6台為變風量空調處理機組。十五層至二十九層客房區域全部采用風機盤管+新風系統。

廣東佛山地區屬于亞熱帶季風氣候,全年平均溫度在24 ℃左右,相對濕度在76%以上,該酒店空調系統除了冬季的部分時間外,基本上全年都會開啟,夏季甚至需要一天運行24 h,全年制冷小時數為5 869 h,占全年總時間的67%。

1.3  項目分析

通過前期對酒店空調系統實際運行情況的診斷和分析發現,酒店空調系統存在較多的問題,節能潛力較大。下面列舉實際運行中發現的問題。

(1)主機的啟停時間和設定溫度全部由酒店的工程管理人員手動進行操作,而人工管理很難做到根據酒店實時冷負荷的變化及時地進行冷凍主機運行台數的加減載,同時也無法根據室外天氣智能調整主機出水溫度設定值,主機優化控制的節能潛力較大。

(2)冷凍水系統采用一次泵變流量系統,其中,客房區域由負一樓冷凍水供至十四層闆換機房,經闆換與十五層至二十九層客房區域循環的冷凍水換熱。雖然冷凍水泵為變頻水泵,但是平時隻是人為設定一個固定的頻率值,并沒有根據末端冷負荷的變化實時地調節冷凍水流量,從而造成冷凍水系統經常出現“大流量小溫差”的現象。

(3)冷卻水水泵采用的是定頻水泵,運行台數與主機一一對應,無法根據主機負荷和室外天氣變化調節冷卻水流量。

(4)冷卻塔選擇3台橫流方形冷卻塔并聯使用,冷卻塔風機采用的是雙速風機,一般與主機一一對應使用,沒有充分利用并聯冷卻塔的最大填料面積,所以,冷卻塔的使用控制上也存在一定的優化空間。

(5)空調機房全年大部分時間需要24 h運行,所以,需要耗費大量的人工來管理和控制空調,這樣不僅控制效果差,同時還需要耗費大量的人力成本。

2  節能改造方案

針對該項目在控制和管理上存在的種種問題,酒店決定對機房進行智能化改造,采用美的M-BMS多智能體自适應節能控制系統,将制冷主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等設備進行連鎖控制,實現系統的整體節能。

2.1  制冷機房控制系統

M-BMS多智能體自适應節能控制系統架構及功能說明如圖2所示。 

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圖2  M-BMS系統架構及功能說明圖(排版時請将圖中文字重新錄入)

采用節能智能化系統,利用現代的計算機技術、控制技術和網絡技術,便可實現對機房所有空調設備的集中管理和自動監測,确保機房内所有空調設備的安全運行,長期保持設備的低成本運行。設備出現異常時,系統能夠準确、及時地提供聲、光及圖文報警信息,提高了維護、維修的時效。

本系統對機房内空調系統的設備實行實時、全天候地自動監測和控制,并同時收集、記錄、保存及分析管理系統運行的重要信息和數據,優化系統控制方案,在提高能源效率,滿足室内環境需求的同時,還能節約能源,節省人力,延長設備使用壽命,最大限度地降低設備壽命周期的費用。

系統節能控制模塊,在現場用通訊線纜與冷凍水泵控制櫃、冷卻水泵控制櫃、冷卻風機控制櫃、配套設備控制櫃連接。通過系統監控數據對空調系統負荷、冷卻系統負荷情況進行智能評估,并根據空調水供回水溫度、冷卻水供回水溫度及系統壓力等參數控制冷凍水泵和冷卻水泵、冷卻塔風機及相應閥門的節能運行。

中央空調節能控制中心通過對系統負荷的準确預測,實現對中央空調設備、空調水泵、冷卻水泵、冷卻風機一體化的同步控制,從而實現中央空調系統中空調主機、空調水泵、冷卻水泵、冷卻風機等主要能耗設備的智能、節能運行。

為了便于系統的日常管理和維護,中央空調節能控制中心提供了人性化的遠程監控平台。遠程監控平台通過标準的通訊協議及現場控制單元和設備進行通訊,實現對空調系統運行的集中監測、控制和管理。主要功能有:

水泵節能控制單元通過變頻器柔性啟動水泵,水泵啟動後,按控制器輸出的控制參數值,調節各水泵變頻器的輸出頻率,控制水泵的轉速,使系統在保證末端空調用戶舒适度的同時,實現系統最大限度的節能。

水系統的供水溫度将根據建築負荷實時變化,從而使空調主機在高能效狀态運行的同時,空調水泵、冷卻水泵處于低能耗狀态,确保系統性能系數最高(即系統整體能耗最低)。 

中央空調節能控制中心依據所采集的實時數據及系統的曆史運行數據,計算出空調主機的冷凝負荷、最佳冷卻水溫度和夾點溫差,并與檢測到的實際參數作比較,根據其偏差值控制冷卻風機的啟停和變速運行,改變冷卻塔的散熱量,從而使冷卻水系統的回水溫度趨于最優值。

冷卻水系統的回水溫度将根據當地氣象條件以及主機冷凝負荷實時變化,從而使空調主機在高能效狀态運行的同時,冷卻風機處于低能耗狀态,确保系統性能系數最高(即空調水泵和主機整體能耗最低)。

若空調主機冷卻水進口水溫低于優化值,風機則自行停止或自動減少運行台數。直到水溫升至動态最優值後再自行啟動,啟動後,控制系統将根據冷卻水溫度最優值自動調節風機的運行台數。

2.2  系統方案架構

空調群控系統由設備層、驅動層、控制層組成(圖3)。其中,設備層主要為主機、泵、風機等設備,為空調系統内的基本設備;驅動層為泵與風機的動力驅動櫃;控制層主要實現系統運行數據的采集與分析,并采用優異的控制策略對泵、風機、主機進行合理控制,最終簡化系統運行管理,提高系統運行可靠性,減少系統能耗。另外,控制層還預留與上位機通訊接口,可實現系統的遠程監測與控制。

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圖3  M-BMS多智能體自适應節能控制系統群控界面圖

中央空調水系統設置一套美的M-BMS多智能體自适應節能控制系統:采集系統及環境運行數據,智能分析系統需求負荷,控制主機開啟台數及出水溫度,并根據建築負荷、主機及末端最小流量需求、散熱負荷等參數智能調節冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻風機的運行,通過各設備間的匹配、耦合運行實現中央空調系統整體運行能耗最低。

冷水主機控制:對冷水主機進行modbus_RTU通訊加幹接點控制,能夠實現主機重要參數的監測、預警及供水溫度、負荷優化分配的遠程智能控制。

冷凍水泵的變頻節能控制:在水泵智能變頻節能控制櫃基礎上,根據建築負荷的變化,實現水泵的節能運行。

冷卻水泵節能控制:在水泵智能變頻節能控制櫃基礎上,根據系統散熱需求(冷卻水進出水溫度),實現冷卻水系統變流量節能控制。

冷卻塔智能控制:在冷卻塔智能控制櫃基礎上,根據系統的散熱負荷進行冷卻塔節能控制。

其他水系統附屬設備根據相應邏輯,配合系統進行連鎖控制。

為空調水系統機房設置一套上位機工作站監控平台:實現整個中央空調系統的遠程監測與控制,方便用戶管理。

增加系統所需傳感器:增加系統所需要的相應壓力、溫度、流量、室外溫濕度傳感器等,用于系統參數的監控,便于系統運行數據的采集分析。

控制系統通用性較強,網絡兼容性好,擁有良好的可擴展性。

3  改造後節能評價

改造完畢後,為了驗證M-BMS多智能體自适應節能控制系統的節能效果,業主特意請來了第三方檢測機構——中國建築科學研究院有限公司建築能源與環境檢測中心,對本次群控系統的節能效果進行測試評估,第三方檢測機構通過相似日測試法,測試得出在相同運行時間(08:00—22:00)段内,M-BMS多智能體自适應節能控制系統開啟工況相對于關閉工況冷源系統節能率為31%。下面對具體的測試方法和詳細結果進行介紹。

3.1  測試依據

(1)GB/T 28750—2012《節能量測量和驗證技術通則》;(2)GB/T 31349—2014《節能量測量和驗證技術要求 中央空調系統》;(3)JGJ/T 177—2009《公共建築節能檢測标準》。

3.2  測試方法

采取《節能量測量和驗證技術要求 中央空調系統》中直接比較法,基于相似日的實際工況,結合室外氣象條件、酒店運行情況,對該項目M-BMS多智能體自适應節能控制系統節能效果進行評估。

相似日比較法是典型的中央空調系統節能量測量和驗證直接比較方法。相似日比較法是在項目報告期内選取兩個或多個測試日作為相似日,其中,一天或多天關閉節能措施并以此狀态下的系統能耗作為對應時間長度内的改造前中央空調系統能耗,另一天或多天開啟節能措施并以此狀态下的系統能耗作為對應時間長度内的改造後中央空調系統能耗,通過比較節能措施開啟、關閉時的中央空調系統能效進行節能量的測量和驗證。

3.3  節能率的計算

相似日比較法節能率按下式計算:

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式中  ——節能措施關閉狀态下測試日的累計能耗,kW·h;

——節能措施開啟狀态下測試日的累計能耗,kW·h;

ηS——節能率。

3.4  檢驗工況 

根據室外氣象參數及入住率狀況,選擇9月26日和9月27日作為相似日,9月26日為M-BMS多智能體自适應節能控制系統開啟冷源系統自動運行工況,9月27日為M-BMS多智能體自适應節能控制系統關閉冷源系統手動運行工況。相似日主要影響因素對比如表2所示,冷源系統運行工況對比如表3所示。

表2  相似日主要影響因素對比

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表3  冷源系統運行工況對比

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備注:測試期間,2#主機運行,對應冷凍水泵和冷卻水泵各開啟一台

3.5  檢驗結果

根據相似日M-BMS多智能體自适應節能控制系統開啟和關閉工況下冷源系統能耗測試結果分析,M-BMS多智能體自适應節能控制系統開啟工況相對于關閉工況節能率為31%,具體分析結果如表4和圖4所示。

表4  M-BMS多智能體自适應節能控制系統開啟和關閉工況冷源系統運行能耗對比

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備注:(1)測試時間為2018年9月26、9月27日每天08:00—22:00;(2)9月26日為1#冷凍泵、1#冷卻泵、2#冷水機組和1#冷卻塔運行;(3)9月27日為1#冷凍泵、1#冷卻泵、2#冷水機組、1#和2#冷卻塔運行;(4)節能率=(M-BMS系統關閉能耗-M-BMS系統開啟能耗)/ M-BMS系統關閉能耗×100%

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圖4  兩種工況設備能耗對比

4  結語

M-BMS多智能體自适應節能控制系統根據末端負荷對冷源系統進行整體智能優化控制,在保證室内使用效果的前提下,實現了冷源系統高效運行,降低了系統運行能耗,經第三方檢測機構檢驗,M-BMS多智能體自适應節能控制系統綜合節能率高達31%。

本次改造項目為分步改造,目前隻完成了第一步的冷凍機房的智能化改造,後期會将整棟酒店的空調末端和其他耗能設備都接入到M-BMS多智能體自适應節能控制系統,進一步實現酒店綠色運行,提高酒店的能源利用效率。

[參考文獻]

[1] 郁松濤,馬宏權,王偉,等.“EPC”在上海國際飯店節能改造應用分析[J].供熱制冷,2011(7):46,48.

[2] 潘毅.賓館飯店節能的途徑[J].浙江節能,2004(1):48-49.

收稿日期:2019-05-05

作者簡介:黃國強(1984—),男,廣東人,工程師,研究方向:能源動力工程。



關鍵字:酒店能耗;智能化;M-BMS
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