暖通空调领域的智能化应用

随着互联网的高速发展及智能设备的普及，使人们对暖通空调提出更高的要求。暖通空调继节能减排，新风除湿等方面的持续突破，与智能设备的有机结合被广泛关注和深入探讨。暖通空调系统中智能化的应用体现在哪些方面？通过智能系统及设备的应用，能够在节省能耗及降低设备维修率方面起着怎样的显著作用？未来暖通空调智能化应用的发展方向如何？本期诚邀业内专家、学者及企业高层为我们解读——暖通空调领域的智能化应用。

邓祺
天津市建筑设计院
工程师
随着建筑能源的信息化和智能化，以及国家对节能资源的大力支持，智能化管理应用在建筑设计中起到了越来越重要的作用。空调系统的智能化控制通过管理平台实现监测冷站设备的运行工况、群控系统的自动投入、以及数据信息共享。中央空调智能化的设备管理，主要是采集设备和系统的运行数据，通过控制器对采集的数据进行分析处理，以达到设备的自动投入和变频调速等动作，同时兼顾设备的故障报警和保养维护计划。中央空调系统是一个关联性的系统，智能化的系统相对复杂，但是层次分明，系统由中控管理服务器、核心网络交换机、现场控制器、传感器、阀门及执行机构等组成。采用两层网络架构：管理层网络的主要设备包括数据服务器、工作站。采用开放的标准化现场总线 MODBUS TCP/IP，将控制器、数据采集器、以及扩展模块等现场设备连接在一起。高达10/100MB 的通讯速率保证通讯的高效与稳定。全部的汇总信息由中控计算机管理平台来统一管理和协调，以实现对系统进行参数检测、参数与设备状态显示、自动调节与控制、工况自动转换、设备联锁与自动保护、能量计量以及中央监控与管理、数据库记录和备份、运行工况3D模拟等功能。
中央空调的智能化对冷站的综合能效起到了优化提升的作用，合理的控制策略对系统能耗、设备运行工况、泵组优选至关重要。智能化的应用大大提高了系统的安全性和可靠性，同时提供与第三方管理系统接口，实现系统的远程控制与信息共享。
对于冷水机组的智能化体现是将冷水机组的本地信息，通过数据网关、通讯规约采集供回水温度、压力、压差、流量、负荷率、COP 值、输出冷量等冷机工况参数。优化冷机运行能效，以实现系统最优运行。在系统输出能量满足末端负荷需求的同时,最大限度地降低中央空调的系统能耗。
对于冷冻水系统智能化应用体现在控制系统对冷冻水系统的水泵和变频器运行故障状态的监测、台数和转速的控制、设备运行时间均衡自动轮换。采用基于末端主动性调节技术进行节能控制，根据空调末端阀门通断或开度指令状态的变化建立数学模型,通过控制器调节冷冻水泵各控制柜的变频器输出频率,改变冷冻水泵的转速或启停相应冷冻水泵,改变冷冻水流量,在最大限度地降低中央空调系统能耗的同时降低设备损耗和现场噪声。
冷却水系统智能化将制冷主机COP、换热效率、室外湿球温度、冷却水泵以及冷却塔风机作为一个整体。通过智能控制算法模型进行计算,在满足空调末端冷量需求的前提下，找到制冷主机最佳效率点,并以此调节冷却水泵和冷却塔风机的转速或运行台数，动态调节冷却水的流量,从而保证整个空调系统始终处于整体能耗最低值。全部受控空调主机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机的综合能源消耗下降25%以上。
智能系统的应用使得设备维修率显著降低，对于冷水机组来讲，系统的内在参数能直接反映系统性能。蒸发、冷凝温度视作为故障特征，不过不同的故障能使内在参数产生相同的变化，所以可以利用换热量、效率等间接特征参量，再通过实验及理论分析确定故障对应的间接和直接特征参数的变化范围。通过智能化系统分析汇总建立故障数据库，通过采集来的数据与之对照，从而判断系统状况。可以做到提前预判故障，降低设备维修成本。对于水泵、风机而言，智能化的系统可以通过在线监测功耗、电流、电压、水泵绕组温度等参数，从而通过这些特征参数判断过载、堵转、欠压、短路等故障，从而采取措施，预判故障。