厦门某酒店中央空调节能改造案例

一 、项目情况与技术背景分析
　　1 项目概况
厦门XX大酒店是一座大型四星级旅游涉外酒店，酒店位于厦门市湖滨南路，楼高38层，有各类客房198间，酒店大楼内设有四星级酒店、高级写字楼、商场和娱乐场所，是厦门最高的标志性 建筑 之一。 中央空调 全年运行280天左右，每天平均运行时间在14～22小时左右， 中央空调 系统年平均总耗电约220万kWh，电费支出185万元左右。2006年使用BKS 中央空调 节能 控制 系统对酒店 中央空调 系统(主机、冷冻水泵、冷冻水泵、 冷却塔 风机)进行了变流量 节能 改造。
　　2 项目实施的技术背景
　　 中央空调 系统的设计通常按 建筑 物所在地的极端气候条件来计算其最大负荷，并由此确定空调主机的装机容量及空调水系统的供水流量。然而，实际上每年只有极短时间出现最大冷负荷(或最大热负荷)的情况，绝大多数 中央空调 系统在大部分时间是在部分(低)负荷状态下运行，实际空调负荷平均只有设备设计能力的50%左右，因此出现了“大马拉小车”的现象，不但浪费大量能源，而且还带来设备磨损，缩短寿命等一系列问题。长期以来，当季节交替、气候变幻、昼夜轮回和空调实际使用面积发生变化时， 中央空调 系统仍在传统的运行模式下，不能实现冷媒流量跟随末端负荷的变化而动态调节，造成了巨大的能源浪费。
　　据不完全统计，截至2006年，我国已安装 中央空调 的 建筑 物约有7万栋，其中高级星级酒店约有5000多家，若能全部采用 节能 技术，预计每年可节电35.7亿千瓦时，节约电费开支27亿元。
　　厦门地处我国东南部，年平均温度为21.2 ℃ ，最高的8月，月平均气温28.3°C，最低的2月份，月平均气温12.5°C，年极端最高温度38.4 ℃ ，年极端最低温度2 ℃ ，四季温差较大。在这种地理环境和气候条件下，开机时间变化等多种因素，导致厦门XX大酒店的 中央空调 负荷波动较大，如果仅依靠人工手段对空调系统进行 控制 和管理，不能实现空调冷量(或热量)的供应随负荷的变化而调节，就会浪费大量能源。尽管现在许多空调主机已能够根据负荷变化自动随之加载或减载，但与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能跟随负荷的变化自动调节负载，始终在额定功率下运行，仍然造成了输送能量的很大浪费。
　　3 项目实施企业情况
　　BKS 系列产品的提供者——贵州 XX 科技有限公司，是上市公司 XXXX 旗下专业从事现代 建筑 节能 控制 技术与产品的研发、生产、销售、实施与管理的 节能 服务企业，是中国 节能 协会理事单位和中国 节能 协会 节能 服务产业委员会(EMCA)的常务会员单位。凭借着世界领先的 节能 控制 技术和成熟可靠的产品，该公司现已成为该领域的技术领跑者，是国内 中央空调 节能 控制 领域最大的成套设备制造商和服务商。
　　
二、 项目选用的产品及技术介绍
　　1 产品概况
　　BKS 系列 中央空调 节能 控制 系统是将当今先进的计算机技术、模糊 控制 技术、系统集成技术和变频调速技术集合应用于 中央空调 系统 控制 的最新科技成果。BKS系统为用户提供了一个先进的智能化和个性化的 中央空调 运行管理技术平台，让用户操作和管理 中央空调 系统更加便捷，同时实现 中央空调 系统高效 节能 地运行。BKS系列产品属世界首创，其核心关键技术已向中国知识产权局申请了18项国内专利，2项国际专利，可实现空调主机 节能 10%～30%，水泵、风机 节能 60%～80%( 中央空调 系统综合 节能 达20%～40%)。
　　2 产品 控制 原理
　　 中央空调 系统是一个多变量的、复杂的、时变的系统，其过程要素之间存在着严重的非线性、大滞后及强耦合关系。对这样的系统，无论用经典的PID 控制 ，还是现代 控制 理论的各种算法，都很难实现较好的 控制 效果。
　　模糊 控制 是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能 控制 ，尤其适合于 中央空调 这样复杂的、非线性的和时变性系统的 控制 。基于模糊 控制 的变频调速可以实现 中央空调 水系统真正意义上的变温差、变压差、变流量运行，使 控制 系统具有高度的跟随性和应变能力，可根据对被控动态过程特征的识别，自适应地调整运行参数，以获得最佳的 控制 效果。
　　BKS 中央空调 节能 控制 系统采用了模糊预测算法对冷冻水系统进行 控制 。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量亦随之变化，流量计、压差 传感器 和温度 传感器 将检测到的这些参数送至模糊 控制 器，模糊 控制 器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时预测计算出末端空调负荷所需的制冷量，以及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各 变频器 输出频率， 控制 冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在模糊 控制 器给出的最优值。
　　系统对冷冻水系统采用了输出能量的动态 控制 ，实现了空调主机冷媒流量跟随末端负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证末端用户的舒适性，又最大限度地节省了系统的能量消耗。
系统对 中央空调 冷却水及主机系统采用系统模糊优化的 控制 方法，当环境温度、空调末端负荷发生变化时， 中央空调 主机的负荷率将随之变化，系统的最佳转换效率也随之变化。模糊 控制 器在动态预测 控制 冷媒循环的前提下，依据所采集的空调系统实时数据及系统的历史运行数据，计算出冷却水最佳进、出口温度，并与检测到的实际温度进行比较，动态调节冷却水的流量和 冷却塔 风量(见图1)，使系统转换效率逼进不同负荷状态下的最佳值，保证 中央空调 系统在各种负荷条件下，均处于最佳工作状态，从而实现 中央空调 系统能耗最大限度的降低。

　　
3 产品功能
　　3.1 数据的集中监视和设备的自动 控制
　　系统内部实现模糊 控制 器与各 控制 柜之间的通信连接，将各水泵的状态、以及 中央空调 系统中的主要过程参数在统一的软件监视界面上分别显示出来(与用户接口的 监控 界面为触摸屏操作方式的中文软件界面)，进行集中监视。
　　 3.2 运行策略选择
　　系统提供了6种 控制 模式，在系统运行过程中，可根据实际情况选择其中的一种来对 中央空调 系统进行 控制 。包括：系统自动(主机人工干预) 控制 模式、远程手动(软手动) 控制 模式、远程手动(标准方式) 控制 模式、第三方 控制 模式、就地手动调频 控制 模式、就地旁路 控制 模式。
　　3.3 机组群控功能
根据服务质量的要求及负荷的变化， 控制 机组投入运行数量。
　　3.4 服务质量 控制 功能
　　系统提供全天服务质量的查询和修改功能，用户可根据空调实际负荷状况分级设定服务质量，实现输出能量 控制 。
　　3.5 状态 监控
　　系统提供主机系统、冷温水系统、冷却水系统、 冷却塔 系统和器件系统中的各设备运行参数的实时 监控 。
　　3.6 数据分析
　　系统提供能耗曲线、主机效率曲线、电耗累计值、操作记录和故障记录等数据，以对整个 中央空调 系统运行情况作全面分析。
　　3.7 系统预加压功能
　　空调主机开机后，冷冻(温)水泵在上位机软件规定的时间内先在允许的最高频率运行，使其至少完成一个水循环周期，然后再进入系统自动调节模式，以保证空调管路中无气阻现象。
　　3.8 冷冻水供水低温保护
　　当空调主机冷冻水供水温度低于设定的下限值时，一次冷冻水泵立即进入低温保护运行模式，快速提高冷冻水供水温度，直至温度值不低于设定的下限值为止，以保障空调主机蒸发器不致因温度过低而结冰冻管。
　　3.9 冷冻水低流量保护
　　当空调主机冷冻水供水流量低于设定的下限值时，一次冷冻水泵立即进入低流量保护运行模式，快速增大冷冻水流量，直至流量值不低于设定的下限值为止，以保障空调主机蒸发器的安全。
　　3.10 冷冻(温)水供回水低压差保护
　　当冷冻(温)水供回水压差小于设定的下限值时，系统应自动采取增大冷冻(温)水供回水压差的措施，直至压差值不低于设定的下限值为止，以保障用户空调末端的空调效果。
　　3.11 冷冻(温)水供回水高压差保护
　　当冷冻(温)水供回水压差大于设定的上限值时，系统应自动采用减小冷冻(温)水供回水压差的措施，直至压差值不高于设定的上限值为止，以保障管路系统的安全。
　　3.12 冷却水出水高温保护
　　当空调主机冷却水的出水温度高于其设定的上限值时，系统应自动采取措施，降低冷却水的出水温度，直到冷却水出水温度不高于设定的上限值为止，以保障主机安全运行。
　　3.13 电气 保护
　　系统执行机构 变频器 具有以下保护功能：电源缺相保护、过电压保护、过电流保护、欠电压保护、输出短路保护、接地故障保护
3.14 工变频切换
　　当 控制 系统故障后，为了保证空调系统的正常使用，智能 控制 柜中设置有一套 电气 互锁的工变频转换装置。当需作能耗比较测试或 变频器 因严重故障短时间内不能恢复或置换时，可方便快捷地切换为原工频状态运行。
　　3.15 电量累计
　　智能 控制 柜中设置有电能表，可时实计量 控制 对象的用电量。
　　三、项目改造方案
　　1 系统情况
　　XX大酒店空调使用面积48000M2，空调总制冷量1800冷吨，共设有4台空调机组，单位面积设计制冷量250W/m2， 中央空调 系统原设计考虑为定流量运行，无自动 控制 系统和BA系统。
　　2 原系统配置
　　XX大酒店 中央空调 系统的配置如下：
　　离心式空调主机 单机制冷量：450USRt 电机功率：313kW 4台
　　一次冷冻水泵 流量：265m3/ h 扬程：64m 功率：75kW 4台
　　冷却水泵 流量：288m3/ h 扬程：62.5m 功率：75kW 4台
　　 冷却塔 风机 单台功率：15kW 4台
　　3 技术 控制 方案
　　3.1 系统配置
　　依据XX大酒店 中央空调 系统的具体配置，并按用户的双电源供电的要求， 中央空调 节能 控制 系统的设备作了相应的配置。
　　一台型号为BKS2003型模糊 控制 柜;
一台编号为MKX ，型号为MKX 2003-4B 型现场模糊 控制 箱;
　　一台编号为LWK-1，型号为FBQ2003T-75型冷冻水泵智能 控制 柜;
　　一台编号为LWK-2，型号为FBQ2003T-75型冷冻水泵智能 控制 柜;
　　一台编号为LQK-1，型号为FBQ2003T-75型冷却水泵智能 控制 柜;
　　一台编号为LQK-2，型号为FBQ2003T-75型冷却水泵智能 控制 柜;
　　一台编号为FJX-1，型号为FJX-4型 冷却塔 风机智能 控制 箱。
　　装设流量计、水温 传感器 件、水流压差 传感器 等，对 中央空调 运行参数进行采集。
　　详见：附图一、XX大酒店 中央空调 节能 控制 系统原理图
　　3.2 XX大酒店 中央空调 节能 控制 系统主要由以下子系统构成;
　　l 冷冻水模糊 控制 系统
　　一次冷冻水泵变流量模糊 控制 系统配置了编号为LWK1-1、LWK1-2，型号为FBQ2003T-75型2套冷冻水泵智能 控制 柜分别切换 控制 CP1-1、CP1-2、CP1-3、CP1-4四台75KW冷冻水泵。
　　于冷冻水供、回水总管、支管上分别安装水温 传感器 。
　　于冷冻水供、回水总管间配置有水流压差 传感器 。
　　于冷冻水供水总管上配置有流量计。
　　l 冷却水模糊 控制 系统
　　冷却水变流量模糊 控制 系统配置了编号为LQK-1、LQK-2，型号为FBQ2003T-75型2套冷却水泵智能 控制 柜分别 控制 CTP-1、CTP-2、CTP-3、CTP-4四台75KW冷却水泵。
　　于冷却水进、出总管上分别安装水温 传感器 。
　　l 冷却塔 风机模糊 控制 系统
　　 冷却塔 风机变流量模糊 控制 系统配置了编号为FJX-1型号为FJX-4型1套 冷却塔 风机智能 控制 箱分别 控制 CT-1、CT-3、CT-4、CT-2、CT-5四台 冷却塔 风机。
3 .3 工程 施工
　　XX大酒店 中央空调 系统改造合同于2006年5月签订，由贵州XX科技有限公司提供设备，并进行安装、调试，2006年7月完成 工程 交验，产品开始投运。
四、应用效果
1 安全可靠性和 节能 效果
　　XX大酒店 中央空调 系统通过安装BKS系统，实施 节能 改造后，实际运行结果表明：
　　l 系统运行安全、稳定、可靠，功能指标到达设备技术要求;
　　l 系统直观、 自动化 程度较高，能及时、准确地自动跟踪末端空调负荷运行;
　　l 系统实现了空调泵组的软启动、软停止、运行平滑稳定，较大地改善了设备的启停性能和运行磨损;
　　l 系统具有强大的管理功能和安全保护功能，确保整个空调系统优化、安全的运行;
　　l 实现了 中央空调 系统最大限度的 节能 ，系统(主机、冷冻水泵、冷冻水泵、 冷却塔 风机)综合节电率达24.89%。
　　2 节能 效果及社会效益
　　 节能 改造前，该项目年耗电220万kWh，电费185万元。
　　实施 节能 改造后，每年节约电量54万kWh，每年减少电费支出45万元人民币(按照双方共同测试的系统综合 节能 率24.89%，综合电价0.848元/kWh计算)。
　　按照现行标准折算，即每年可节约216吨标准煤，每年可减排：
　　CO2 排放：540000*900/106= 486吨;
　　SO2 排放：540000*11/106 = 5.94吨;
N2O3排放：540000*3/106 = 1.62吨;
　　由此可见，本项目的实施不仅节约了大量的能源，还大大减少了煤炭燃烧所产生的废气排放和温室气体排放，对环境保护起到了巨大的作用。
五、商业模式与投资收益分析
　　1 EMC合作方式
　　作为一种基于市场的、全新的 节能 投资机制和 节能 消费方式——“合同能源管理”(亦称为“能源合同管理”)在1996年被引入我国。“合同能源管理(EMC)”是目前国际上最先进的能源管理模式和 节能 资本投资机制，是国家发改委/世界银行/全球环境基金会合作的中国 节能 促进项目，由专业投资机构为中国的 节能 专业公司担保，提供国内银行贷款，在实施 节能 项目投资的客户与专门的盈利性 节能 (能源管理)公司之间签定能源服务合同，采用先进的 节能 技术及全新的服务机制来为客户实施能源管理和服务，并与客户共同分享项目实施 节能 后产生的经济效益。 节能 服务企业同时为客户提供 节能 项目设计、设备选购、安装调试、设备管理维护、管理培训等一系列增值服务。
本项目合作方式是贵州XX科技有限公司前期免费将产品安装在XX大酒店的 中央空调 系统中，产品安装、调试完毕后，进入产品投资回报期，项目投资合作期为4年，在投资合作期间， 中央空调 系统所取得的实际 节能 收益由 XXXX 与酒店按比例分享，投资风险由 XXXX 承担，即：无论前4年产生多少 节能 收益，4年投资合作期结束后，XX大酒店都将拥有设备产权及全部 节能 收益。
　　2 项目投资收益分析
　　2.1 投资回收期分析
　　根据本项目的实际 节能 数据进行投资回收期分析，结果如下：


图2：投资收益时间表
　　从分析结果(见图2)可以看出，XX大酒店 中央空调 节能 项目可在2.3年以内收回所有投资，并可获得较好的 节能 收益。
　　2.2 投资收益分析
　　按年 节能 45万元，年折现率10%，期初投资按当时一次购买该产品的市场价100万元，根据净现值折现方法计算：

　　 4年的投资收益现值为：143-100=43(万元)
　　投资收益= 43÷100= 43%
　　从计算结果可以看出，按4年计算的投资收益率高达43%，该系统运行按10～15年计算，可获得更大的经济收益，属于收益较高的投资项目。