（CS14 上海河洛实业有限公司）

1.概述

随着国家经济建设飞速发展，人民生活水平的不断提高，各类能源消耗的需求量也不断增加给能源供给带来巨大压力；纵观整个能源消耗的情况比较而言，大、中型建筑等则是耗能的大户；为此国家要求建筑节能降耗的呼声也越来越高，相关政策法规应运而生；据统计建筑的能源消耗主要其中在空调、照明、热水供应以及其他动力设备；根据权威能耗调查报告显示，在我国建筑围护结构的冷热损耗和通风空调系统设备能耗占50％以上，照明和动力系统能耗占30％以上。

由上可知，建筑能耗中主要能耗为空调和照明，而这恰恰又是体现舒适度的两项。如果只追求舒适度而不加以任何的节能手段及措施，初步估算每年每平方米能耗费用最少在百元以上；如何达到既满足使用及舒适度的需求，又能科学、合理地节能降耗已经是我们全社会所思考的问题。本文以中央空调能耗为出发点，提出一种能源系统架构和解决方案，主要通过不同技术来自动搜集、准确统计数据和远程控制，为节能降耗提供科学的管理手段。

2.系统解决方案的架构

上海河洛实业有限公司开发的中央空调节能控制与计量管理系统，主要针对不同区域及不同建筑群所设计的一种空调用能管理系统架构。对于单个区域可能涉及小区住宅、大型商场、办公大楼、医院、酒店、娱乐场所等公共建筑物，多个不同区域组成的庞大建筑群，这就需要一整套能源管理系统，根据各类建筑应用业务的实际特征，提供建筑能耗的智能监控和节能管理的技术措施。

系统微观上从单一区域对中央空调进行能耗管理，通过系统的集成整合，达到并建立多区域能耗数据的统一管理中心。每一个区域可以包括多个楼群，并对每栋楼的各楼层进行能源数据的采集和管理。系统主要包括：冷热源节能控制设备、数字计量仪、数据采集器、通信模块以及后台软件监控和管理系统等，如图1所示。

通过冷热源节能控制设备和数字计量仪，可以获取需求的相关数据，并可以相应的去操控或是预设期望值。冷热源节能控制设备内置可编程序控制器（PLC），可以提前预设符合建筑实际节能标准的初始值。实际工作中根据回水温度决定冷水机组的开启数量，并可以通过空调箱调节新风、回风的比例来达到节能的目的。数字计量仪通过内部微处理器与风机控制电路电连接，控制并记录风机运行时间；与电动阀控制电路电连接，控制空调的开和关。设备间通过数据采集以及RS485通信协议，传送到区域的管理软件服务器，本区域服务器可以提供数据的存储功能、实时数据查询，历史记录查询账单打印以及远程设备的控制等，为了更好地集成和管理各区域能源情况，可以建立总能源管理中心服务器，其拥有所有区域服务器所具有的功能，并能统一管理各区域服务器。

3.系统主要功能模块

系统的各模块主要是依据不同用户群体的需求来划分，对于中央空调的节能和计量管理系统，主要针对计量管理模块、冷热源节能控制模块和软件管理模块这三个技术创新点，以下对这几个模块逐一阐述。

1）计量管理模块

该模块主要由微处理器、两个配对温度传感器Pt1000、流量计、电动阀控制电路、结算控制器等组成，如图2所示。

计量设备通过配对温度传感器准确测出供回水温差，同时接收流量计的信号，获得该时间段的流量，计费仪按照国家标准提供的公式准确计算该时间段内的热量流量，并进行累计。计费仪具有各种参数显示功能。计量仪通过RS485总线连网，可以实时传送各种参数，实现计算机网络化管理。

能量计算公式为

图1 能耗管理的架构

Q=∫μ∆T∆Vdt

式中，Q为释放或吸收的热量（kW·h）；μ为热系数，载热液体的密度、温差和压力的函数（查表处理）（kW·h/m³·℃）；ΔT为热交换回路中载热液体的入口和出口温差（℃）；ΔV为单位时间内的液体流量（m³）。

中央空调冷冻水经过进水管进入空调器后，再从回水管出来，通过进水温度传感器、回水温度传感器和流量仪，分别计量该时刻3个实测参数：进水温度t₁、回水温度t₂和流量ΔV，通过能量计量仪自动积分计算，就可直接读出累计消耗的制冷量、制热量、剩余费用、流量等相关数据。系统可以实现分区计量、分时计量动态监测、切断管理、异常预警、远程控制和自定义报表等功能。

HLGT-E10系列中央空调计费仪是河洛公司自主研发的产品，用于中央空调供回水管路系统中的热能计量（制冷量或制热量）。产品是针对四管制中央空调水系统设计生产的，也可用于双管制中央空调系统。由于是组合式热能表系统，它可以配各种大小口径，不同品种的流量计，用于各种场合的中央空调热能计量。该产品自投产以来已广泛用于系统总管、楼总管、区域管路的热能计量系统，也长期用于居民IC卡付费空调系统。计算机网络化管理，长期巡检，采集实时数据，实现各种收费、管理模式。(www.daowen.com)

2）冷热源节能控制模块

该模块主要由PLC、温度传感器、电动阀控制电路、压差变送器、液晶显示屏（LCD）等组成，如图3所示。

图2 计费管理模块

图3 节能控制模块

冷热源节能控制模块有一组PLC，执行“夏季”和“冬季”两种不同的工作模式。通过温度传感器测出供回水温度，或是根据预设的初始值，进行相应的逻辑判断，对冷热源系统的冷冻水泵和冷却水泵进行变频，或是根据温度差值情况增减机组的数量。当回水温度低于10℃时开1台机组；高于10℃时开2台机组。为防止在临界位置时机组频繁开启，设有一定的“不灵敏区”。冷水机组工作的同时冷却塔也工作，由冷却塔的出水温度决定冷却水泵和冷却塔风机的开机数量。空调箱的温度调节也可送回到PLC进行智能处理，达到节能目的。

开启和关闭冷、热源机组时，必须按照一定的顺序起停各设备，系统采用“一键操作”的方法，即按动“开启”或“关闭”键后，自动完成整个过程。冷冻水泵二用一备，备用泵可循环轮换。在分、集水器间装有“压差变送器”，根据“实测压差”和“设定压差”，对旁通电动阀（调节型）的开度作PID控制，使供、回水之间的压差保持恒定。

冷、热源节能控制模块上有一个触摸式LCD人机界面。操作人员可从上完成监控——各机组的运行状况和参数；操作——开启和关闭；修改参数——各款设定参数和季节模式；当有故障发生时，人机界面可显示故障所在，以便及时处理。

河洛公司自主研发的智能节能柜等产品，可以对中央空调进行冷却塔的节能控制、循环泵的节能控制、空调箱的节能控制和风机盘管的节能控制等多重控制，最大程度上实现多方位的节能需求。

3）软件管理模块

该模块主要由实时通信模块、无人值守巡检模块、远程控制模块、参数设置模块、数据报表查询模块、第三方接口等组成，如图4所示。

图4 软件管理模块

为实现集中监控和管理，该模块提供了远程控制功能，在监控中心的PC里安装一个系统监控软件。管理人员从屏幕上可实时监测中央空调系统中各设备的状况，远程控制设备的启停，必要时，可修改设备的运行参数。完成此类操作，就如同站在每个控制柜前从LCD屏上操作一样。当某个设备出现故障，PC可在第一时间发现，以便及时处理。在数据处理方面，系统提供了第三方数据获取接口。

系统具备ACCESS与SQLSERVER双重数据存储功能，能存储10年的计量数据，以备用户查询，并可直接报表输出打印；数据存入硬盘，并可备份，保证在停电的情况下也不会丢失数据。

如需掌控系统的运行情况，管理软件可定期采集各控制器的数据并存入历史数据库。必要时对历史数据进行比较整理，获取历史数据周期同比（日同比、周同比、月同比）、历史数据环比（日环比、周环比、月环比）等分析数据。然后以柱状图、饼状图、曲线图等形式表示出来。当系统发生故障时，历史数据又能分析故障原因、帮助查找故障点。

4.结束语

本文通过对建筑能源现状和耗能情况的分析，针对主要的耗能源——中央空调提出一种冷热源节能控制和计量管理的系统架构，以技术解决实际问题为出发点，分析了一整套的系统解决方案，并介绍了本公司自主研发的节能和计量产品，在实际的工程应用中取得了很好的效果。不管从技术自身发展还是社会用能管理需求的日益增长，本解决方案都具有很好的市场应用前景。

（作者：上海河洛实业有限公司 技术部经理 薛鹏）