BKS节能设计方案090430向Word格式.docx
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4.6动态冷热量平衡系统11
4.7系统控制接口-BA接口12
4.8机组群控12
5BKS2008系统设计方案13
5.1BKS2008系统构成13
6中央空调常见控制系统与BKS2008系统的差异14
6.1楼控系统与BKS2008系统的差异14
6.2传统的变频控制系统与BKS2008系统的差异16
7BKS2008系统的管理功能16
8BKS2008系统的综合优势20
前言
能源是国家建设和人民生活中必不可少的源动力，而能源利用率是一个国家科技水平的象征，开发新能源、节约能源和提高能源的利用率是当前保证经济发展的首要任务。
中央空调以消耗能源为动力，为人们提供舒适的工作环境和生活环境，但也带来了巨大的能源消耗，大大增加了建筑物的运营成本。
据调查，目前不少中央空调的能耗几乎占了建筑物能耗的50%以上，所以中央空调的节能改造，对节约能源十分重要。
中央空调系统是一个时变性的动态系统，其运行工况受季节变化、天气变化、环境条件、人流量增减等诸多因素的综合影响，是随时变化的，且始终处于波动之中。
据资料统计，大部份建筑物年最大负荷的出现时间只有几十小时，而绝大部分时间中央空调系统都是在部分负荷条件下运行。
如果中央空调的运行方式不能根据负荷的变化而调节，始终在额定容量（即满负荷状态）下运行，势必造成巨大的能源浪费，给企业造成巨额电费支出，增加运营成本，降低竞争力。
同时，也给国家能源供应造成极大的压力，加剧了能源供需的矛盾。
然而，长期以来，由于缺乏先进的技术手段和装备，目前的中央空调系统一直沿用传统的人工管理方式和简易开关控制设备，不能实现空调冷媒流量跟随末端负荷的变化而动态调节，在部分负荷运行时造成能源浪费很大，使我国建筑用能效率低下，单位建筑面积能耗比同等气候条件的发达国家高出2～3倍。
汇通华城楼宇科技有限公司在多年中央空调节能控制领域探索、研究、试验和实践的基础上，运用系统工程的方法，将现代计算机技术、模糊控制技术、系统集成技术与变频调速技术相结合，成功研制出了具有智能模糊控制功能的先进的BKS系列中央空调节能控制系统，可依据环境与负荷的变化，实现空调系统运行参数的优化和冷媒流量根据负荷需要动态调节，保障空调系统冷源设备在任何负荷条件下，都能保持高效率（COP）运行，从而最大限度地降低空调系统能耗，可实现系统综合节能20%～40%，为我国中央空调系统的节能控制提供了一种先进的技术装备，对降低中央空调能耗具有重要的作用。
1.企业概况
1.1.企业介绍
汇通华城提供的BKS系列中央空调能源管理系统已在全国600多个项目里面为用户实现了20％以上的综合节能，降低了中央空调能耗，降低了企业运营成本，为客户创造了巨大的节能收益。
根据对贵项目能源利用上的预测评估和实际的设计情况，我们选用汇通华城BKS2008系列中央空调能源管理系统。
汇通华城楼宇科技有限公司是专业从事现代建筑节能控制技术与产品的研发，节能设备制造以及用户能源诊断，节能方案设计，工程实施和运行保障等综合性节能服务企业，是贵州省高新技术企业和软件企业，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）的首批常务会员单位。
公司凭借着世界领先的节能控制技术和成熟可靠的产品，目前现已成为该领域的技术领跑者，也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，同时是：
中国节能协会理事单位
中国节能协会服务产业委员会（EMCA）的首批常务委员单位
中国节能服务产业2006年十佳企业
中国首批（103）家创新型企业试点单位
中国最大的节能服务公司（EMCO）之一
中国中央空调节能控制领域优秀的成套设备供应商
公司在世界上率先将现代模糊控制技术引入中央空调控制，开创了中央空调控制技术发展的一个重要方向——智能模糊控制，实现了中央空调总体节能20%～40%，并先后获得了23项国家发明专利和3项国际发明专利，在国内外都处于领先水平。
BKS系列产品不仅具有强大的自动控制功能，实现了中央空调系统的高效节能，而且具有完善的管理功能，如便捷的状态监控、机组群控、实时的维护预测、服务质量控制、系统参数设置、能耗记录分析、事件记录等，为用户提供了一个运用计算机管理中央空调系统的先进工具，可以促进中央空调控制与管理的现代化。
在推广BKS系列节能产品的同时，贵州汇通华城为客户提供集节能评估、节能方案设计、节能产品制造、节能工程实施以及后续相关的一条龙服务。
迄今为止,汇通华城楼宇科技BKS系列产品已经在全国六百多个大型项目中得到成功实施应用,实现年节约电能3亿度，每年为客户创造节能价值超过2.1亿元，取得了良好经济效益和社会效益，为建设节约型社会做出了贡献。
1.2.部分项目清单
汇通华城楼宇科技有限公司已建立起一个全国性的营销网络和售后服务体系，产品在全国20多个省市的600多个项目得到成功应用。
BKS系列产品目前在办公楼、商场、酒店宾馆等各类场所应用的主要项目有:
◆全国政协办公大楼（主机为离心式电制冷主机，总制冷量1650冷吨，2006年6月BKS产品投运，实现中央空调系统综合节能率30.72%,每年节约电耗57万度）。
◆上海新锦江大酒店（主机为离心式电制冷主机，2003年8月BKS产品投运，实现中央空调系统综合节能率23.27%，每年节约电耗96万度）
◆解放军白求恩国际和平医院（主机为离心式电制冷主机，总制冷量1599冷吨,2006年6月BKS产品投运，实现中央空调系统综合节能率33%，每年节约电耗35.4万度）。
◆陕西省人民医院（主机为开利直燃式，总制冷量1492冷吨,2005年8月BKS产品投运，实现中央空调系统综合节能率43.7%，每年主机节气13.1万立方，辅机节约电耗61.8万度）。
◆广东省人民医院（主机为离心式电制冷主机，总制冷量7934冷吨，2006年10月BKS产品投运，实现中央空调系统综合节能率22.44%,每年节约电耗105.68万度）。
◆中国福利会国际和平妇幼保健院（主机为螺杆式电制冷主机，总制冷量800冷吨，2006年7月BKS产品投运，实现中央空调系统综合节能率22.25%,每年节约电耗35万度）。
……
应用范围覆盖了商业楼宇、办公楼、酒店、医院、工厂等各类中央空调系统应用场所。
2.中央空调系统概况
2.1.项目信息说明
本工程为江苏省中医院南扩工程.由医疗综合楼和配套服务楼组成.建筑地下二层,地上医疗综合楼二十层,配套服务楼六层.建筑高度78.4米,建筑面积106335m2.地下一层为设备用房,地下车库,地下二层为人防和地下车库。
医疗综合楼一~三层为检验,药品等用房,四层为手术和ICU用房。
六~二十层为病房.配套服务楼二层为网络计算机,电话总机房；
三~六层为病案,办公等用房.
2.2中央空调系统设备配置
江苏省中医院中央空调采用了3台离心式电制冷主机为医院提供冷源，集中供热方式提供热源，以保障医院正常运营所需要的环境温湿度舒适性要求。
系统冷却水为开式系统、冷冻水为闭式系统，空调系统总体为二管制。
项目名称
系
统
概
况
中央空调主机
制冷量900冷吨
功率
530KW
台数
3
冷冻水泵
机型一
75KW
4（3用1备）
冷冻水泵与主机并联连接
冷却水泵
冷却水泵并联连接
热水泵
30KW
4
热水泵与板换串联连接
冷却塔
7.5KW*4
2.3中央空调系统能耗分析
中央空调是能耗很高的系统，在日常使用中中央空调的能耗通常占到整个医院的运行费用的50%以上，而其中机房侧所占比例最大，下表我们对本系统中央空调水系统能耗进行简单分析：
空调水系统能耗统计（单位：
KW）
主机制冷量
主机功率
冷冻水泵功率
空调热水泵功率
冷却水泵功率
冷却塔风机功率
总计
3172
530
75
30
2220
机型二
机型三
小计
11136
1590
225
90
从上面的中央空调系统参数表中可以看出，在系统设备全部投入使用的情况下，每小时最大能耗为2220KWH，医院投入正常使用后，每年耗电量约180万KWH。
因此需要在实现整个空调系统的综合智能化控制的基础上，对本系统实现空调的运行及管理节能，大幅度降低空调系统的能耗。
同时节能必须以整个中央空调系统为一个整体，在满足末端需求的前提下，一方面调节水泵的频率节能，另一方面兼顾水泵流量的变化朝着提高主机能效的方向发展，使主机节能，最终经过模糊控制，使整个系统的综合能效最高。
2.4中央空调系统的智能化控制要求
由于本项目定位较高，对中央空调机房集中管理与节能控制系统技术性要求也较高，这些控制包括：
●机房内各空调设备的启停、联动控制；
●主机及水泵群控；
●根据空调负荷的随时变化，自动调节与之匹配的空调系统的运行状态，实现系统的综合节能；
●阀门的开启及调节的自动和手动控制。
3．设计目标
3.1控制目标
采用专业的中央空调能源管理系统，综合各项控制要求，实现整个中央空调水系统的智能化管理，包括系统联动，系统群控，并随时根据负荷变化自动、及时并有预见性地调节系统的运行工况，实现中央空调系统的运行收益及管理收益。
3.2节能效果
根据对空调系统负荷变化的预测判断，控制系统能动态跟随负荷的变化动态调整水泵的转速，并动态调节系统的运行参数，对空调水系统进行全面优化，从而达到空调系统年平均节能率20%～40%的节能效果（其中空调主机节能率约为10%～20%，辅机节能率约为50%～60%）。
3.3系统技术指标
系统满足以下技术参数要求：
◇工作环境温度0℃～40℃
◇相对湿度≤90%（20℃）,无凝露
◇安装使用地点的海拔高度≤1000m
◇输入电源频率50Hz
◇输出频率（控制柜）0Hz～50Hz
◇输入电源电压三相AC380V±
38V
◇输出电压（控制柜）三相AC0V～380V
◇控制柜防护等级IP20
◇操作方式自动、手动
◇外形尺寸（控制柜）1800（2200）×
600（800）×
600
4BKS2008系统控制原理
4.1节能控制目标和范围
中央空调水系统由冷冻水泵、冷却水泵、制冷主机、冷却塔等环节构成，其能耗较大。
常见传统的节能方式就是通过对水泵进行简单的变频实现水泵的节能。
而在整个系统中，水泵的能耗通常只占到总能耗的1/3～1/4，因此仅实现水泵的变频节能，其节能量有限；
尤其值得注意的是，由于中央空调水系统是一个相互关联、相互影响的整体，如果单独考虑水泵的变频会产生由于流量的变化造成主机侧外围温度场的变化，从而可能出现主机运行工作点的漂移而导致主机能耗增加的结果，这也是我们通常所说的“水泵节能，主机耗能”的情况。
因此仅进行水泵侧的节能，其节能量是局部有限的，且会对系统的总体能耗带来不利影响。
控制节能的最终目标是机房所有设备的总能效最高，即末端每输出一冷吨冷量整个中央空调系统所用的的功耗最小，而不只是片面的看某一个设备环节的节能。
在本控制系统中，BKS2008经过模糊优化使整个系统在满足末端负荷的情况下，系统综合COP时刻处于最高值。
4.2先进的模糊控制技术
中央空调系统的运行效率，涉及到载冷剂（冷冻水）、制冷剂、冷却剂（冷却水）三种冷媒的循环运行，涉及到空调末端装置、制冷机组蒸发器、制冷机组冷凝器以及冷却塔装置等四个热交换过程，涉及到系统的负荷及实际工况，运行情况复杂，制约因素很多，使中央空调系统具有显著的复杂性特征。
此外，中央空调系统的复杂性还表现在它的时滞性、时变性、非线性和大惰性；
表现在系统结构的多样性，负荷和环境因素的不确定性；
表现在它的多参量以及参量间的互相关联和影响等。
对这样复杂的系统，其动态特性不易掌握，系统越大其滞后性及惰性就越强。
通常的中央空调系统中，冷冻水循环周期长达十几分钟至几十分钟，而系统的温度，压力，流量等传感器通常安装在冷冻机房内，当末端的空调负荷发生变化时，机房侧探头所测得的系统信号往往是若干时间以前的负荷变化；
同时水系统的惰性大，反应慢，在这种情况下，如用传统的楼宇控制系统的控制方式（通常为PID控制方式）所采用的跟随式控制，其控制及调节误差很大。
从控制系统的运算方式来说，传统的PID控制方式是基于单参量，线性变化时的一种逻辑运算，对于中央空调这种多参量，非线性变化的复杂系统而言，其控制效果较差，系统波动性强。
汇通华城“BKS2008中央空调能源管理系统”的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。
它是以人（专家）的丰富实践经验和思维过程构建的模糊规则为依据进行推理与判断，模拟人类技术专家做决策的过程来解决那些需要人（专家）决定的复杂问题。
它无需对被控对象建立精确的数学模型，只需作模糊描述即可实现控制。
这样的控制更符合中央空调的复杂性、动态性和模糊性，使控制简便，又能达到所要求的控制精度。
模糊控制的基本思想是利用计算机来实现人的控制要求，利用模糊规则推理对系统进行类似人脑的知识处理，实现对复杂系统的优化控制。
在控制过程中，根据对被控动态过程特征的识别，自适应地调整运行参数，实现系统各受控参量的优化控制，对系统运行参数进行优化和动态调节，实现全系统协调运行，以达到系统整体综合性能最优的目的。
4.3冷冻水系统——最佳输出能量控制
BKS系统对空调冷冻水系统采用模糊预测算法实现最佳输出能量控制。
当气候条件或空调末端负荷发生变化时，空调冷冻水系统供回水温度、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经验数据，根据模糊预测算法模型、系统特性及循环周期，通过推理、预测出未来时刻空调负荷所需的制冷量和系统的运行参数，包括冷冻水供回水温度、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，使系统输出能量与末端负荷需求相匹配。
由于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制，实现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。
在本项目中，针对冷冻水泵采用预期流量的控制算法，在保证末端舒适性的同时消耗最少的能耗。
4.4冷却水系统——系统效率最佳控制
当气候条件或空调末端负荷发生变化时，空调主机负荷率将随之变化，主机的效率也随之变化。
由于主机效率与冷却水温度有关，在一定范围内冷却水温度降低，有利于提高主机效率、降低主机能耗。
但冷却水温度降低，将导致冷却水泵和冷却塔的能耗升高。
因此，只有将主机能耗、冷却水泵能耗、冷却塔风机能耗三者统一考虑，在各种负荷条件下找到一个能保持系统效率（系统COP）最高所对应的冷却水温度，即找到一个系统效率最佳点，才能使整个系统能效比最高。
冷却水温度与室外环境温度、室外环境湿度、冷却水泵特性、冷却塔排热能力、主机排热负荷等诸多因素有关，但由于气候条件和排热负荷的时变性，以及冷却塔、冷却水泵和主机冷凝器等特性的变化，因此，传统的控制方式或简易的变频器控制方式都不可能达到系统运行效率优化的控制目标。
BKS系统对空调冷却水系统采用自适应模糊优化算法实现系统效率最佳控制。
当气候条件或空调末端负荷发生变化时，模糊控制器在动态预测系统负荷的前提下，依据所采集的实时数据及系统的经验数据，根据气候条件、系统特性和自适应模糊优化算法模型，通过推理、计算出所需的冷却水温度最佳值，并以此调节冷却水泵和冷却塔风机变频器的输出频率，控制冷却水泵和冷却塔风机转速，动态调节冷却水的流量和冷却塔风机的风量，使冷却水温度趋近于模糊控制器给出的最优值，从而保证整个空调系统始终处于最佳效率状态下运行，系统整体能耗最低。
4.5冷却风系统——最佳运行组合控制
风机智能控制柜经传输导线直接与冷却塔风机连接，当电机起动完毕后，起动完毕信号送至模糊控制器，由模糊控制器向对应变频器发出指令，冷却塔风机按模糊控制器输出的控制参数值，调节风机变频器的输出频率，控制风机的转速,使冷却水的进口温度逼近模糊控制器给定的最优值，使冷却水入口温度保证空调主机处于最佳运行工况。
4.6动态冷热量平衡系统
大多数的中央空调系统管网建成后，在实际运行中，普遍存在冷热量失调问题（即中央空调提供的冷热量在满足某区域所需冷热量同时，另一区域的供冷热量超过了实际的需要），其主要原因如下：
●管径的尺寸由于管材标准的限制往往与计算尺寸存在差别；
●由于施工条件的限制，管路的实际情况与设计情况也会有很大的不同；
●管网建成后增加新的负荷面积，使原有的冷热量平衡遭到破坏。
管网的冷热量失调，会造成空调系统热力失衡，冷热不均。
为了保障局部失衡区域达到制冷标准，就必需保持较大的冷冻水流量，导致系统能耗增加且节能空间受到限制。
BKS2008系统提供了基于能量平衡的动态调节功能，能够实现各支路的能量平衡和制冷或制热效果平衡，同时也为降低冷冻水运载能耗挖掘了更大的空间。
另外，基于此能量平衡系统，BKS2008还可以提供不同功能或不同时间段、不同区域服务的功能，通过预设置服务质量，自动调节此区域的能量供给，可以更好的达到舒适性要求，避免了因满足特殊区域服务质量要求而导致的整体能耗的大幅上升。
4.7系统控制接口-BA接口
根据需要，系统提供干接点信号传输水泵状态信号、故障信号等参量备楼宇监控系统使用；
另外，系统还开放OPC接口，可提供水泵状态信号、故障信号、供回水温度、流量以及供回水压差等参量。
BKS系统提供开放的OPC接口和硬件接口，具有良好的兼容性和开放性，能够与任何支持OPC协议的楼控实现集成，达到信息交流与资源共享。
4.8机组群控
中央空调制冷主机的效率特性通常随着负荷的变化而变化，并在某一负荷率下具有最佳效率。
由于主机的效率与负荷率有关，因此，在多台机组并联运行时，需要根据当前负荷的实际情况，选择一种最佳的主机运行台数组合，以达到系统的最高效率。
BKS2008系统根据所采集的流量与冷冻水供回水温差计算出当前负荷，并以历史记录的主机负荷效率特性或者经验主机负荷效率特性，通过模糊推理规则来确定需要投入运行的主机台数及具体机组，确保系统具有最高的运行效率。
5BKS2008系统设计方案
5.1BKS2008系统构成
经过对本项目能源利用的科学预测,并且考虑到中央空调系统的设计情况，我们采用一套BKS2008-2B型中央空调能源管理系统进行集中管理和节能控制。
系统控制对象：
电制冷主机4台，切换控制冷却水泵4台冷冻水泵4台，空调热水泵4台，冷却塔3组。
采用BKS2008系统后，将配电、系统节能、智能化控制集成于一体，实现中央空调机房的整体配套与综合管理，从而真正实现机房的智能化管理；
采用BKS2008系统后，用户还可以实现每年20％以上的中央空调的综合节能。
6中央空调常见控制系统与BKS2008系统的差异
常见的中央空调控制系统有楼控系统、水泵变频控制系统等。
但是这些系统与BKS系统的差异性很大，现做简单的介绍。
6.1楼控系统与BKS2008系统的差异
6.1.1楼控系统与BKS2008系统控制对象的差异性
楼宇设备自动控制系统是对大楼内机电设备的监控和管理，控制对象主要包括：
冷热源系统、空调系统、新风系统、给排水系统、照明系统、电梯系统、变配电系统等。
该系统是对这些系统进行控制和管理，达到各个设备的高效、合理运行及节能的目的，从而提高工作效率，降低管理成本。
而BKS2008系统是汇通华城楼宇科技有限公司研制开发的专门用于中央空调机房——冷热源系统控制与节能的专家系统。
其控制对象主要为冷热源系统，包括中央空调主机、冷冻（温）水泵、冷却水泵、冷却塔风机、热交换器、补水泵等设备。
其主要目的是实现中央空调机房内冷热源设备的配电、智能化控制和运行节能管理，使得运行费用降低20～40％。
6.1.2楼控系统与BKS2008系统的技术差异
楼控系统较BKS2008系统来说，具有控制范围广，结构简单，价格适中等优点。
但是比起BKS2008系统，其劣势也显而易见。
⏹工程与产品
BA系统从本质上讲是一些功能未定型的工程设备，其设计功能的实现主要依靠现场编程、调试来完成，要求编程、调试的工作人员对所控制的对象的运行特点和技术规范都要有深刻的了解，然而，深刻理解暖通专业的系统编程人员十分稀缺，造成实际项目的控制效果差异较大，系统可用性无法保证，可靠性低。
而且现场进行软件二次编程难以实现标准化和规范化，系统之间的一致性差，无论对于工程商还是用户，随着使用时间的增加，后期维护成本会很高。
而BKS系统是一个成套的、功能定型的数字化智能配电产品，每套产品可实现的控制功能是一致的。
⏹控制功能
BA系统监测控制对象是建筑物内的所有机电设备，是一个对设备进行集中监测、管理的工具，其优点是监测点多、控制的设备全面、管理功能强大。
但在对中央空调系统的监控中，BA系统通常是对各种运行信号进行监测和对空调主机、冷冻（温）水泵、冷却水泵等大功率设备的启、停状态进行控制，而不是根据建筑物空调实际需要的负荷来对系统运行过程进行控制。
因此，在BA控制的空调系统中，仍然存在着较大的节能空间。
BKS系统可根据检测到的流量、压力、温度、能耗等信号，通过汇通华城公司独创的智能模糊优化算法（已获国家发明专利），实现对空调负荷的实时跟踪，控制输送到末端的冷量，与当时的空调负荷相匹配，确保系统能源转换效率始终处于比较高的水平。
BKS系统还具有一些独创的先进控制技术，如机组群控、泵组优选、模糊预期算法等，通过这些技术实现空调负荷输出的精确控制，在系统耗能最少的情况下，满足末端负荷的需求，实现供需平衡，达到最佳节能。
⏹成套性、可靠性
BKS系统生产过程中，在汇通华城公司研发的仿真平台上，依据对应的中央空调系统的实际情况进行仿真运行，完全达到设计要求后，再经过一定时间的老化运行后出厂,无需现场编程及功能验证，保证了设备的安全可靠。
控制系统软件实现了产品化和标准化，有利于设备的维护保养。
BA系统大部分调试工作是在现场进行，系统的功能验证主要依靠现场人员逐一进行，很难实现完整的功能及安全验证，后期的修改和维护是难免的，且完成调试周期相对较长。
⏹兼容性
BKS系统是一套智能化的控制和配电设备，从智能控制的
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