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佛山顺德万豪酒店空调智能化改造

时间:2019-05-13 13:46:49; 来源:广东美的暖通设备有限公司 作者:黄国强 李元阳 黄漫宁

0  引言

目前,我国酒店餐饮等服务行业已成为高能耗行业的代名词,其中中央空调的能耗在部分酒店已占到50%,尤其在夏季甚至占到总能耗的70%[1]。由于天气、客房使用率及经营活动等的变化,酒店的能耗也在不断变化,这导致酒店实际能耗与设计能耗之间存在着较大的差异[2]。大量研究结果表明,现有的大多数酒店中央空调都存在着不同程度的能源浪费现象,而很大部分原因都是因为控制管理不当造成的,所以,在机房群控这方面存在着较大的节能空间。

1  项目概况

1.1  佛山顺德万豪酒店概况

佛山顺德万豪酒店(图1)位于佛山顺德大良南国东路388号,酒店拥有258间精致豪华客房及套房,1 740 m2的会议及宴会空间,包括1 400 m2的无柱宴会厅及4个多功能会议厅,酒店配备顶尖设施,可充分满足商务和休闲旅客以及各类会议活动的需求。

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图1  佛山顺德万豪酒店

1.2  空调系统概况

本工程总建筑面积为90 115 m2,一共分为两个独立的空调系统:酒店中央空调系统空调面积为24 299 m2;商业、办公中央空调系统空调面积为25 159 m2。酒店和商业各有一套中央空调系统。

(1)酒店空调系统区域包括:地下一层后勤区,首层酒店大堂区,二层餐饮区,三层大堂、会议、餐饮区,四层办公、健身区,十五层至二十九层客房区域。

(2)商业、办公空调系统区域包括:首层办公大堂、零售区,二层零售区,三层餐饮区,五层至十三层办公区。

本次群控智能化改造只针对酒店中央空调系统,机房设备参数如表1所示。

表1  机房设备参数

QQ截图20190513135940.jpg

酒店公共区域和后勤区域采用全空气系统,负一楼至四楼区域共采用了13台组合式空调,其中有6台为变风量空调处理机组。十五层至二十九层客房区域全部采用风机盘管+新风系统。

广东佛山地区属于亚热带季风气候,全年平均温度在24 ℃左右,相对湿度在76%以上,该酒店空调系统除了冬季的部分时间外,基本上全年都会开启,夏季甚至需要一天运行24 h,全年制冷小时数为5 869 h,占全年总时间的67%。

1.3  项目分析

通过前期对酒店空调系统实际运行情况的诊断和分析发现,酒店空调系统存在较多的问题,节能潜力较大。下面列举实际运行中发现的问题。

(1)主机的启停时间和设定温度全部由酒店的工程管理人员手动进行操作,而人工管理很难做到根据酒店实时冷负荷的变化及时地进行冷冻主机运行台数的加减载,同时也无法根据室外天气智能调整主机出水温度设定值,主机优化控制的节能潜力较大。

(2)冷冻水系统采用一次泵变流量系统,其中,客房区域由负一楼冷冻水供至十四层板换机房,经板换与十五层至二十九层客房区域循环的冷冻水换热。虽然冷冻水泵为变频水泵,但是平时只是人为设定一个固定的频率值,并没有根据末端冷负荷的变化实时地调节冷冻水流量,从而造成冷冻水系统经常出现“大流量小温差”的现象。

(3)冷却水水泵采用的是定频水泵,运行台数与主机一一对应,无法根据主机负荷和室外天气变化调节冷却水流量。

(4)冷却塔选择3台横流方形冷却塔并联使用,冷却塔风机采用的是双速风机,一般与主机一一对应使用,没有充分利用并联冷却塔的最大填料面积,所以,冷却塔的使用控制上也存在一定的优化空间。

(5)空调机房全年大部分时间需要24 h运行,所以,需要耗费大量的人工来管理和控制空调,这样不仅控制效果差,同时还需要耗费大量的人力成本。

2  节能改造方案

针对该项目在控制和管理上存在的种种问题,酒店决定对机房进行智能化改造,采用美的M-BMS多智能体自适应节能控制系统,将制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备进行连锁控制,实现系统的整体节能。

2.1  制冷机房控制系统

M-BMS多智能体自适应节能控制系统架构及功能说明如图2所示。 

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图2  M-BMS系统架构及功能说明图(排版时请将图中文字重新录入)

采用节能智能化系统,利用现代的计算机技术、控制技术和网络技术,便可实现对机房所有空调设备的集中管理和自动监测,确保机房内所有空调设备的安全运行,长期保持设备的低成本运行。设备出现异常时,系统能够准确、及时地提供声、光及图文报警信息,提高了维护、维修的时效。

本系统对机房内空调系统的设备实行实时、全天候地自动监测和控制,并同时收集、记录、保存及分析管理系统运行的重要信息和数据,优化系统控制方案,在提高能源效率,满足室内环境需求的同时,还能节约能源,节省人力,延长设备使用寿命,最大限度地降低设备寿命周期的费用。

系统节能控制模块,在现场用通讯线缆与冷冻水泵控制柜、冷却水泵控制柜、冷却风机控制柜、配套设备控制柜连接。通过系统监控数据对空调系统负荷、冷却系统负荷情况进行智能评估,并根据空调水供回水温度、冷却水供回水温度及系统压力等参数控制冷冻水泵和冷却水泵、冷却塔风机及相应阀门的节能运行。

中央空调节能控制中心通过对系统负荷的准确预测,实现对中央空调设备、空调水泵、冷却水泵、冷却风机一体化的同步控制,从而实现中央空调系统中空调主机、空调水泵、冷却水泵、冷却风机等主要能耗设备的智能、节能运行。

为了便于系统的日常管理和维护,中央空调节能控制中心提供了人性化的远程监控平台。远程监控平台通过标准的通讯协议及现场控制单元和设备进行通讯,实现对空调系统运行的集中监测、控制和管理。主要功能有:

水泵节能控制单元通过变频器柔性启动水泵,水泵启动后,按控制器输出的控制参数值,调节各水泵变频器的输出频率,控制水泵的转速,使系统在保证末端空调用户舒适度的同时,实现系统最大限度的节能。

水系统的供水温度将根据建筑负荷实时变化,从而使空调主机在高能效状态运行的同时,空调水泵、冷却水泵处于低能耗状态,确保系统性能系数最高(即系统整体能耗最低)。 

中央空调节能控制中心依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据,计算出空调主机的冷凝负荷、最佳冷却水温度和夹点温差,并与检测到的实际参数作比较,根据其偏差值控制冷却风机的启停和变速运行,改变冷却塔的散热量,从而使冷却水系统的回水温度趋于最优值。

冷却水系统的回水温度将根据当地气象条件以及主机冷凝负荷实时变化,从而使空调主机在高能效状态运行的同时,冷却风机处于低能耗状态,确保系统性能系数最高(即空调水泵和主机整体能耗最低)。

若空调主机冷却水进口水温低于优化值,风机则自行停止或自动减少运行台数。直到水温升至动态最优值后再自行启动,启动后,控制系统将根据冷却水温度最优值自动调节风机的运行台数。

2.2  系统方案架构

空调群控系统由设备层、驱动层、控制层组成(图3)。其中,设备层主要为主机、泵、风机等设备,为空调系统内的基本设备;驱动层为泵与风机的动力驱动柜;控制层主要实现系统运行数据的采集与分析,并采用优异的控制策略对泵、风机、主机进行合理控制,最终简化系统运行管理,提高系统运行可靠性,减少系统能耗。另外,控制层还预留与上位机通讯接口,可实现系统的远程监测与控制。

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图3  M-BMS多智能体自适应节能控制系统群控界面图

中央空调水系统设置一套美的M-BMS多智能体自适应节能控制系统:采集系统及环境运行数据,智能分析系统需求负荷,控制主机开启台数及出水温度,并根据建筑负荷、主机及末端最小流量需求、散热负荷等参数智能调节冷冻水泵、冷却水泵、冷却风机的运行,通过各设备间的匹配、耦合运行实现中央空调系统整体运行能耗最低。

冷水主机控制:对冷水主机进行modbus_RTU通讯加干接点控制,能够实现主机重要参数的监测、预警及供水温度、负荷优化分配的远程智能控制。

冷冻水泵的变频节能控制:在水泵智能变频节能控制柜基础上,根据建筑负荷的变化,实现水泵的节能运行。

冷却水泵节能控制:在水泵智能变频节能控制柜基础上,根据系统散热需求(冷却水进出水温度),实现冷却水系统变流量节能控制。

冷却塔智能控制:在冷却塔智能控制柜基础上,根据系统的散热负荷进行冷却塔节能控制。

其他水系统附属设备根据相应逻辑,配合系统进行连锁控制。

为空调水系统机房设置一套上位机工作站监控平台:实现整个中央空调系统的远程监测与控制,方便用户管理。

增加系统所需传感器:增加系统所需要的相应压力、温度、流量、室外温湿度传感器等,用于系统参数的监控,便于系统运行数据的采集分析。

控制系统通用性较强,网络兼容性好,拥有良好的可扩展性。

3  改造后节能评价

改造完毕后,为了验证M-BMS多智能体自适应节能控制系统的节能效果,业主特意请来了第三方检测机构——中国建筑科学研究院有限公司建筑能源与环境检测中心,对本次群控系统的节能效果进行测试评估,第三方检测机构通过相似日测试法,测试得出在相同运行时间(08:00—22:00)段内,M-BMS多智能体自适应节能控制系统开启工况相对于关闭工况冷源系统节能率为31%。下面对具体的测试方法和详细结果进行介绍。

3.1  测试依据

(1)GB/T 28750—2012《节能量测量和验证技术通则》;(2)GB/T 31349—2014《节能量测量和验证技术要求 中央空调系统》;(3)JGJ/T 177—2009《公共建筑节能检测标准》。

3.2  测试方法

采取《节能量测量和验证技术要求 中央空调系统》中直接比较法,基于相似日的实际工况,结合室外气象条件、酒店运行情况,对该项目M-BMS多智能体自适应节能控制系统节能效果进行评估。

相似日比较法是典型的中央空调系统节能量测量和验证直接比较方法。相似日比较法是在项目报告期内选取两个或多个测试日作为相似日,其中,一天或多天关闭节能措施并以此状态下的系统能耗作为对应时间长度内的改造前中央空调系统能耗,另一天或多天开启节能措施并以此状态下的系统能耗作为对应时间长度内的改造后中央空调系统能耗,通过比较节能措施开启、关闭时的中央空调系统能效进行节能量的测量和验证。

3.3  节能率的计算

相似日比较法节能率按下式计算:

QQ截图20190513140407.jpg

式中  ——节能措施关闭状态下测试日的累计能耗,kW·h;

——节能措施开启状态下测试日的累计能耗,kW·h;

ηS——节能率。

3.4  检验工况 

根据室外气象参数及入住率状况,选择9月26日和9月27日作为相似日,9月26日为M-BMS多智能体自适应节能控制系统开启冷源系统自动运行工况,9月27日为M-BMS多智能体自适应节能控制系统关闭冷源系统手动运行工况。相似日主要影响因素对比如表2所示,冷源系统运行工况对比如表3所示。

表2  相似日主要影响因素对比

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表3  冷源系统运行工况对比

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备注:测试期间,2#主机运行,对应冷冻水泵和冷却水泵各开启一台

3.5  检验结果

根据相似日M-BMS多智能体自适应节能控制系统开启和关闭工况下冷源系统能耗测试结果分析,M-BMS多智能体自适应节能控制系统开启工况相对于关闭工况节能率为31%,具体分析结果如表4和图4所示。

表4  M-BMS多智能体自适应节能控制系统开启和关闭工况冷源系统运行能耗对比

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备注:(1)测试时间为2018年9月26、9月27日每天08:00—22:00;(2)9月26日为1#冷冻泵、1#冷却泵、2#冷水机组和1#冷却塔运行;(3)9月27日为1#冷冻泵、1#冷却泵、2#冷水机组、1#和2#冷却塔运行;(4)节能率=(M-BMS系统关闭能耗-M-BMS系统开启能耗)/ M-BMS系统关闭能耗×100%

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图4  两种工况设备能耗对比

4  结语

M-BMS多智能体自适应节能控制系统根据末端负荷对冷源系统进行整体智能优化控制,在保证室内使用效果的前提下,实现了冷源系统高效运行,降低了系统运行能耗,经第三方检测机构检验,M-BMS多智能体自适应节能控制系统综合节能率高达31%。

本次改造项目为分步改造,目前只完成了第一步的冷冻机房的智能化改造,后期会将整栋酒店的空调末端和其他耗能设备都接入到M-BMS多智能体自适应节能控制系统,进一步实现酒店绿色运行,提高酒店的能源利用效率。

[参考文献]

[1] 郁松涛,马宏权,王伟,等.“EPC”在上海国际饭店节能改造应用分析[J].供热制冷,2011(7):46,48.

[2] 潘毅.宾馆饭店节能的途径[J].浙江节能,2004(1):48-49.

收稿日期:2019-05-05

作者简介:黄国强(1984—),男,广东人,工程师,研究方向:能源动力工程。



关键字:酒店能耗;智能化;M-BMS
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