舜通云-暖通空調節能AI方案案例

一、概述  
       隨著我國國民經濟的不斷發展，人民生活水平的不斷提高，暖通空調已進入賓館、飯店、工礦企業、辦公樓等各領域。且我國暖通市場規模龐大，據統計2019年我國水冷系統保有量達到248萬臺，占全球30%的份額；全國暖通機房超過80萬個，空調維保廠家達12000家，累計能耗高達11250億千瓦時。
       面對如此龐大的市場需求，暖通空調的運維管理現狀可謂是杯水車薪：
       95%中央空調機房智能化程度不夠依靠人為巡檢，手動機械開關。極少數有集控系統，但集控系統只適用于大規模客戶，價格昂貴、對使用者專業技能要求高，普及度不高，擺脫不了對人的依賴。
       90%暖通機房交付給機電或安保等非專業人員管理，未能實時專業管控，我國暖通專業人才培養長期缺失，短時間人才培養和梯隊建設難以解決人才短缺問題。另人為管理無法實現24小時實時調控，不能使設備處于高效運行狀態。
 
二、存在的問題

1.浪費嚴重能耗高
      智能化程度低、管理粗放，精細化程度嚴重不足，導致空調系統浪費嚴重。
      暖能系統能耗占建筑能耗的60%-70%，遠超電梯、照明及機房用電。
      其中65%的浪費是由于管理不到位等人為因素導致的。

2.人工管理成本高
      人工巡檢開關工作量大、效率低。
      一個小酒店至少需要配備一人專門管理暖通系統。
      一個商場至少配備3人團隊管理暖通系統，人工成本高。

3.系統安全無保障
      95%的機房未配備報警系統。
      故障發生影響建筑正常運行，存在機電安全風險。
      無故障預警，有故障才維修，錯過維保的最佳時間，損害設備的運行壽命。
 
      面對如此嚴峻的管理漏洞，結合目前國內市場現狀：國家推動“碳中和3060”目標、社會經濟的結構化轉型、促進企業數字化、智能化升級、逐漸加劇的企業競爭環境，促使企業降本增效，提成競爭力。暖通智控運維降本增效需求迫切，暖通精細化管理與運維也成為必然選擇。
  
三、節能工作原理
      常規暖通空調系統是按照最大冷熱負荷進行選型設計。而全年最熱及最冷的天氣只有幾天，因而暖通空調大多數時間是在低于機組額定負荷即部分負荷狀態下運行，造成了電能極大的浪費，隨著科技的發展，變頻器已廣泛應用于各行各業，其價格便宜，技術成熟，特別是對風機、水泵的節能改造目前已在工業領域中廣泛推廣，其平均節電在30%以上。
 
1.變頻節能改造
      冷凍水泵變頻控制：暖通空調的冷卻水泵的功率是根據空調冷凍機組的壓縮機滿負荷工作設計的，當環境溫度及各種外界因素，冷凍機組不需要開啟全部壓縮機組，此時空調的冷凝系統所需要的冷卻量也相應地減小，變頻調速器來調節冷卻水泵的轉速，降低冷卻水的循環速度及流量，使冷卻水的冷負荷被冷凝系統充分利用，從而達到節能目的。
      冷卻水泵變頻控制：暖通空調的冷媒水泵的功率是根據空調滿負荷工作設計的，當賓館、酒店、大廈需要的冷量或熱量沒有達到空調的滿負荷，這時就可以通過變頻器調速器來調節冷媒水泵的轉速，降低冷媒水的循環速度，使冷量和熱量得到充分利用，從而達到節能目的。
      冷卻塔風機變頻控制：風機功率一般都較小，節電不如水泵明顯。但風機采取變頻控制能極大地有助于冷卻水恒溫，這對于機組制冷恒溫極為關鍵；且能使機組溶液循環穩定，獲得最大限度的節省燃料。冷卻塔風扇低轉速運行還能大幅度減少漂水，節省水源、延緩水質劣化、減少水霧對周圍的影響。
      變頻調速的原理：風機和水泵都是傳送流體的裝置，這類負載消耗的能量與流量的立方成正比，根據以下流體定律：
      流量與電機轉速成正比     Q1/Q2 = n1/n2
      功率與電機轉速的立方成正比   P1/P2 = (n1/n2)3
      Q：管道流量；P：電機輸出功率；n：電機轉速
 
      例：一臺50KW冷卻泵電機采用變頻器控制，平均流量要求為設計容量得80%，電費2元/KWH
      根據定律    Q1/Q2 = n1/n2     與     P1/P2 = (n1/n2)3
                      n1/n2  = 80%        P1/P2  ≈ 50%
      節約電費 = 365天 × 24小時 × 50KW × 2元 × 50% = 438000元。
 
2.舜通云物聯網AI平臺
      本套監控系統分為：冷水機組運行監測、冷卻水泵冷卻塔變頻控制、冷凍水泵變頻控制、送風系統控制、數據采集和控制、冷水機組群控等功能模塊。
 
      冷水機組運行監測：主要包括冷凍水進出水溫度、冷卻水進出水溫度、蒸發壓力、冷凝壓力、主機電流、主機符合率等主要參數的監控。具有PC接口的機組，可通過其數據通訊協議直接獲取機組運行各參數并實現遠程控制；沒有PC接口或未知設備數據通訊協議，則通過溫度傳感器、壓力傳感器、電量傳感器等變送元件實現各監測參數的模擬量化，并由數據采集卡或數據采集模塊將其轉換為數字信號，通過數據網絡與工作站計算機實現數據通訊；
 
      冷卻水泵冷卻塔變頻控制：根據設計工況（出水/回水溫差、壓力、流量等）調節冷卻水泵工作頻率，通常從35Hz到49Hz；維持冷卻塔的出水溫度在32~37℃之間可以保證空調系統較高的運行效率，同時也能節約冷卻塔風機能耗，通常可以采用變頻或者通斷控制來實現；
 
      冷凍水泵變頻控制：空調區域功能多樣性決定了冷凍水流量的相應變化規律，根據空調系統的負荷率、空調系統各用戶負荷率變化特征以及末端設備的傳熱除濕性能采用變頻器對冷凍水進行變頻控制，一般有基于定壓差控制、定溫差和變溫差控制技術等控制來實現節能控制；
 
      送風系統控制：風系統主要是有風柜、空氣處理機組、風機盤管等設備構成，依據空調區域負荷變化時間序列，遠程控制風柜各個風機的啟停實現有級調節送風量，也可變頻調節空氣處理機組實現送風量的無級調節，根據室內CO2濃度控制系統新風量；
 
      數據采集和控制：控制系統的所有監控參數，都是由數據采集模塊或數據采集卡來實現，通過中間繼電器或固態繼電器實現計算機工作站弱電控制向空調系統強電控制的承接；
 
      冷水機組群控：根據空調系統的負荷率，以及該空調系統用戶符合率變化特征，只能控制冷水機組的臺數和冷凍水出水溫度都，冷水機組在低負荷運行時可以充分利用蒸發器和冷凝器的換熱能力，減小換熱溫差，提高冷水機組的運行效率。冷凍水出水溫度升高，可提高冷水機組的運行效率，冷凍水平均溫度每升高1℃，冷水機組的運行效率提高3% 。
 
四、舜通云物聯網解決方案

物聯網解決方案拓撲圖
 
暖通主接線圖
 



 
空調節能監控系統-遠程控制
      可遠程控制空調，具有展示當前空調運行狀態及遠程開關、調節溫度、風速、切換運行模式等功能
 
 
 
 
水系統-水表控制
      可遠程控制水表，具有展示各水表的剩余用水量，水表分合閘狀態以及遠程控制水表開關等功能，支持欠費斷水，充值自動送水功能。
 
 
照明控制系統-電表控制
      可遠程控制電表，具有展示各房間的剩余用電量，房間電表分合閘狀態以及遠程控制電表開關等功能，支持欠費斷電，充值自動送電功能。


運維界面
  

能源看板
      主要統計系統內用水、用電的運行情況，包含用水、用電占比；近30天用水用電趨勢圖；建筑總用電、總用水排名；照明插座及空調用電占比等
 
 
區域看板
      展示系統內各樓棟的用水、用電情況；包含本日、本周、本月、總用電、用水量，最近七天總用量、平均用量、最大值、最小值等數據
 
 
五、實用案例

案例一：
      某大型公共建筑實時采集該單位700個空調的開關，模式，溫度，風速四個點位數據，并做到遠程控制及定時控制功能，并根據該單位作息時間設置工作日9：00~18：00定時開關，以防止忘關空調造成不必要的電費損耗，據統計，
      按照每臺空調1KW的功率進行計算，1KW*24h*700臺每天的用電量1.68萬千瓦·時，使用此系統后每天按9：00~18：00九個小時計算，1KW*9h*700臺=0.63萬千瓦·時，每天節約1.05萬千瓦·時用電量，按商業用電1.2元/千瓦·時計算，平均每年為公司節約成本：1.05萬千瓦·時元/千瓦·時*1.2*365天，為459.9萬；假設該單位全年有十分之一的時間下班忘關空調，那么實際節約電費成本45.99萬元/年；
 
案例二：
      某園區應用該系統實時監控水、電、暖通空調等能耗節點，采集瞬時水、累積水、電能參數及用電量及1400臺空調的開關，模式，溫度，風速等點位，并做到照明系統、空調系統的遠程分合閘。
      據統計，該單位照明系統開關共計2000余，根據每個LED等20W的功率計算，0.02KW*24*2000=960千瓦時，使用此系統后每天按9：00~18：00九個小時計算0.02KW*9*2000=360千瓦時，每天節約600千瓦時，按商業用電1.2元/千瓦·時計算，平均每年為公司節約成本：600千瓦·時元/千瓦·時*1.2*365天，為26.28萬；按照每臺空調1KW的功率進行計算，1KW*24h*1400臺每天的用電量3.36萬千瓦·時，使用此系統后每天按9：00~18：00九個小時計算，1KW*9h*1400臺=1.26萬千瓦·時，每天節約2.1萬千瓦·時用電量，按商業用電1.2元/千瓦·時計算，平均每年為公司節約成本：2.1萬千瓦·時元/千瓦·時*1.2*365天，為919.8萬；假設該單位全年有十分之一的時間下班忘關空調，那么實際節約電費成本91.98萬元/年；
 
      該單位在為使用本系統之前，該公司的用電運維監控主要靠人工進行抄表，總人員投入為16人，按每人每年的人力成本10萬/年計，總成本約為160萬/年。2017年底應用該成果后，在中心站、配電房、箱式變內各配一個能源在線測控站，實現了配電室少人及無人值守，一次性投入費用為30萬元，到2020年底為止，三年分攤成本約為10萬/年； 由于采用無人值守型監測，可以實現遠程抄表，只需3人進行輪班值守，每年投入的電能監控人員費用為10萬元/年*3=30萬元/年，每年節支160萬元/年-30萬元/年=130萬元/年，減去應用該成果每年的分攤成本10萬元/年，實際每年節約人工成本130萬元/年-10萬元/年=120萬元/年。
      綜合計算  實際每年節約經濟成本26.28萬+91.98萬元+120萬元 = 238.26萬元。