110 某卷烟厂空调控制系统节能改造后的节能量测试分析要点.docx
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110某卷烟厂空调控制系统节能改造后的节能量测试分析要点
某卷烟厂空调控制系统节能改造后的节能量测试分析
中国建筑科学研究院杨强★
，魏立峰
摘要：
本文主要分析了某卷烟厂空调系统采用两种控制方式—手动控制和自动控制模式下的实际空调效果及能耗的对比测试，给出了对空调控制系统进行节能改造后的节能量。
测试结果表明：
通过增加水泵、冷却塔的变频控制策略及制冷机、水泵、冷却塔的加减机控制策略，空调系统能更好地满足设计要求，能耗明显降低。
节能量的多少跟手动控制的水平有很大关系，制冷站的平均节电率为16.0%，水泵、冷却塔的平均节电率为32.6%，制冷机的平均节电率为8.7%。
从节能投资收益分析，每年平均节省电费148.4万元，基本一年就能收回投资改造费用。
关键词：
节能改造；空调系统；自动控制；手动控制；节能量
0、引言合同能源管理的投资收益来自“节能量”，因此ESCO/EMCO、设备销售商、项目开发商、设施业主以及金融机构均需依靠其所实施或投资的能源效用技术或方法创造的“节约量”取得投资收益。
如何确定节能量，对于合同能源管理的实施显得非常的重要[1]。
本文对某卷烟厂节能改造后的空调控制系统，制定了节能量的对比测试方案，分别测试了手动和自动两种控制方式的用电量，并最终确定了节能量。
1、工程概况
1.1空调系统概况
该卷烟厂的生产车间包括二氧化碳车间、卷包车间、装箱车间、储丝制丝车间、高架库车间、成型车间等，各车间均采用全空气
空调系统，共27台空调箱，所需的冷源由
动力中心制冷站集中供给，采用3台离心式
冷水机组并联运行，冷却水系统采用3台冷却水泵并联、4台冷却塔并联运行，冷冻水采用一次泵系统，3台冷冻水泵并联运行。
制冷站示意图如图1所示，制冷站主要设备及技术参数见表1。
1.2改造前后空调系统的控制方式改造前，制冷机、冷却泵、冷冻泵和冷却塔的开启台数均由运行人员根据室外温度、★
杨强
100013北京市北三环东路30号中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院，Email:
feiyang5461@冷冻水温度和冷却水温度进行手动设置，水
泵及冷却塔风机均为定频运行，制冷机可根据出水温度变化自动控制其负荷率；改造后，制冷站采用自动控制策略，根据分集水器压差、冷却水温度、冷冻水温度等。
冷却泵、冷冻泵、冷却塔风机采用了加减机及变频控制策略，制冷机采用加减机控制策略。
末端空调箱未作任何改造，其水路和风路均
自带电动调节阀可进行自动控制。
图1制冷站系统原理图表1制冷站主要设备及技术参数表设备名称数量主要技术参数备注离心式
冷水机组3制冷量：
2462kW；流
量：
424m3/h轴功
率：
454kW
/立式离心泵3Q=468m/hN=110KWH=54mH2O
冷冻水
立式离心泵3Q=468m/hN=110kwH=54mHO
冷却水
冷却塔风机322KW/冷却塔风机111KW/2、测试内容2.1测试项目
测试项目包括：
（1室外环境温湿度；
（2生产负荷耗电量；
（3空调使用效果（重点区域温湿度；（4空调系统用电量（包括制冷机、水泵、冷却塔、空调箱的用电量。
2.2测试仪器
本项目测试所用仪器如表2所示：
表2仪器仪表及型号
仪器名称范围
准确度
温湿度计-20～60℃±0.3℃0～90%RH±2%RH温湿度自记仪
-25～55℃±0.3℃
功率计0～600V
±0.2%0～400A玻璃水银温
度计
0～50℃
0.1℃
注：
以上仪表均在计量检定有效期内。
2.3测试要求
（1）选取天气条件（包括空气温度、湿度、风速等相当的几天进行测试；
（2）测试期间，卷烟厂生产负荷尽量保持相近。
3、测试过程
2009年9月23日9:
30～2009年9月27日9:
30进行了连续4天的测试，分别采用手动（粗糙、自动、手动（细致和自动控制运行，其中第一天手动控制较为粗糙，第三天手动控制较为细致，详见表3所示。
表3测试过程中的控制方式
日期-时间控制方式控制方式描述9-239:
30～9-249:
30手动（粗糙）不太考虑负荷变化情况，开启全部冷机及冷却塔。
9-249:
30～9-259:
30自动根据控制策略自动控制。
9-259:
30～9-269:
30手动（细致）根据负荷的变化情况，开启冷机及冷却塔。
9-269:
30～9-279:
30
自动
根据控制策略自动控制。
4、测试结果
4.1环境条件与生产负荷的测试结果
4.1.1环境温湿度测试结果
图2室外环境温湿度随时间的变化
表4室外环境温湿度的测试记录
日期
温度（℃
相对湿度（%RH平均值
最大值最小值平均值最大值最小值第一天28.230.825.964.571.454.8第二天28.030.625.464.872.254.2第三天28.330.726.060.468.149.3第四天
28.2
31.2
25.3
56.6
65.8
45.6
由图2和表4可以看出：
在对比测试的前两天，温湿度基本一致，第二天比第一天温度低0.2℃，相对湿度高0.3%，测试的后两天，室外温度基本一致，相对湿度偏差较大，第四天比第三天温度低0.1℃，相对湿度低3.8%，但总体上基本满足手动和自动控制两种控制模式的环境相近要求。
4.1.2生产设备用电测试
表5生产车间生产设备用电的测试记录
日期
生产设备用电（kWh
二氧
化碳
车间
卷包车间成型车间制丝
车间
合计第一天29054427336001217062948第二天173044117353011891
61268
第三天20424496835401399764547第四天24614643033001467366863
从表5可以看出：
第二天比第一天生产设备用电合计减少了2.7%；第四天比第三天生产设备用电合计增加了3.6%，测试前两天和测试后两天生产设备用电变化均不大，生产负荷情况基本相近。
表6重点区域温度的测试记录
日期重点区域温度（℃
卷包车间高架库车间成型车间装箱车间储丝制丝车间二氧化碳
车间平均值
第一天25.221.825.324.427.826.025.1第二天25.425.426.125.627.826.026.1第三天25.125.826.525.727.826.026.2第四天25.425.927.325.827.826.026.4设计值25±225±226±225±227±226±2/从表6和图3可以看出：
除第一天手动控制高架库车间的温度远低于设计要求外，而其他测试时间段，重点区域的温度基本均能满足设计要求。
4.2.2重点区域相对湿度测试结果表7重点区域相对湿度的测试记录
日期重点区域相对湿度（%RH
卷包车间高架库车间成型车间装箱车间储丝制丝车间二氧化碳
车间平均
值
第一天61.668.358.268.065.365.064.4第二天61.763.659.268.465.464.963.9第三天61.762.757.466.865.565.063.2第四天62.062.957.067.465.465.463.3设计值60±54.3空调系统能耗测试结果
4.3.1制冷站能耗测试结果
从表8、表9和图5可以看出，第二天自动控制相对第一天手动控制制冷站节约用
电5510kWh，节电率20.8%，其中制冷机的节电量2610kWh，节电率14.2%，水泵和冷却塔的节电量为2900kWh，节电率35.7%；第四天自动控制相对第三天手动控制制冷站节约用电2620kWh，节电率11.3%，其中
制冷机的节电量520kWh，节电率3.2%，水泵和冷却塔的节电量为2100kWh，节电率29.4%。
综合4天的测试结果，自动控制相对于手动控制，制冷站平均每天节约用电量4065kWh，平均节电率16.0%，制冷机平均每天节电量1565kWh，平均节电率8.7%，
水泵和冷却塔平均每天节电量2100kWh，平均节电率32.6%，水泵和冷却塔的节电率要
高于制冷机，节电的原因是水泵和冷却塔还
采用了变频控制。
对比自动控制的两天用电量，两者基本
相近，第四天仅比第二天用电量减少1.6%，这主要由于室外相对湿度和生产负荷的变化导致的；而对比手动控制两天的用电量，两者偏差很大，第三天比第一天用电量减少12.2%，其中制冷机用电量减少12.2%，水
泵和冷却塔用电量减少12.2%，这主要由于手动控制第一天大部分时间均开启三台制
冷机，负荷率较低，能效比较低，手动控制第三天大部分时间均开启两台制冷机，负荷率较高，能效比较高的缘故，且由于水泵和冷却塔和制冷机基本是对应开启，其用电量变化率基本相同。
另外，从表8可以看出，手动控制的第一天和第三天，制冷机的用电量均为水泵和冷却塔用电量的2.26倍，自动控制的第二天和第四天，制冷机的用电量分别为水泵和冷却塔用电量的3.01倍、3.09倍。
这说明采用自动控制和手动控制，制冷机用电量和冷水输配系统用电量的比率基本保持不变。
表8制冷站相关设备用电测试记录
日期
用电量（kWh
制冷机水泵、冷却塔合计制冷站合计第一天18320812026440第二天15710522020930第三天16080713023210第四天
15560
5030
20590
表9制冷站自控节电效果
自控节能效果
制冷机水泵冷却塔制冷站合计前两天
节电量（kwh261029005510节电率（%
14.235.720.8后两天
节电量（kwh52021002620节电率（%
3.2
29.4
11.3
图5制冷站相关设备的用电量
4.3.2空调箱能耗测试结果
表10空调箱的用电测试记录日期空调箱用电量
第一天12700第二天12660第三天13680第四天
13450
图6空调箱的用电量
从表10和图6可以看出：
前两天空调箱
的用电量接近，后两天的空调箱用电量接近。
后两天的用电量与前两天的用电量大，主要原因是生产负荷的增加。
由于本项目改造的重点是制冷站的节能改造，空调箱未作改造，故自动控制相对于手动控制，空调箱基本体现不出来节电。
5、改造后的节能效益分析
按照工业用电1元/kWh计算，自动控制相对于粗糙的手动控制，节省的电费为5510元/天，一年可节省201.1万元；自动控制相对于细致的手动控制，节省的电费2620元/天，一年节省95.6万元。
如果按照平均值来计算，自动控制相对于手动控制，平均节省的电费4065元/天，一年节省148.4万元，相对于控制系统节能改造的费用来说，改造效益非常可观，一年基本能够收回投资费用。
6、结论及展望6.1结论
在室外环境温湿度相似、车间生产负荷变化不大的情况下，手动控制模式与自动控制模式进行对比测试结果表明：
（1采用自动控制时，重点区域温湿度的保证效果要优于手动控制；
（2手动控制空调使用效果和能耗水平受人为因素影响较大，操作人员控制水平的高低直接影响空调的使用效果及能耗水平。
（3采用自动控制后，制冷站的平均节电率为16.0%，水泵、冷却塔的变频控制策略能够显著降低其能耗，节电率平均为32.6%。
（4制冷机启停控
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