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摘要：本文结合工程实例，介绍了办公楼中央空调节能改造的具体事项，通过分析节能系统管理原理及系统构造，对空调制冷系统进行优化改造，并对改造后的能源消耗进行效益分析，证明了此改造方案达到节能减排、降低能耗的目的，具有一定的实用价值。
关键词：办公楼；中央空调；节能；管理系统；效益
随着经济的不断发展，建筑物大量建造，其配套的中央空调普遍存在能耗较大问题，在世界能源供应紧张的背景下，将影响经济的持续发展。中央空调系统是各大办公楼不可或缺的一部分，其能耗较大，一般占整个建筑总能耗的50～60%，因此为使中央空调系统尽量以较低的能源成本提供最佳的舒适环境，优化建筑物空调节能系统显得极为重要。
1 项目概况
某5A级写字楼于2003年建成并投入使用，总建筑面积为12.6万平方米。采用集中空调系统，空调总面积达9.2万平方米。现阶段写字楼出租率在95%以上。对该大厦进行调研后，我们对大厦的总体能耗情况有了大致了解。在大厦的整体能耗中，中央空调系统占建筑能耗总量的40%、照明用电占25%、办公用电占20%、动力用电占15%左右，大厦的总耗能支出约每年1265万元。大厦主要耗能设备是中央空调系统，它的能耗支出约每年300万左右。
该大厦的中央空调制冷系统配有离心式制冷主机3台，螺杆式制冷主机1台以及90kW低区冷冻水泵5台，37kW高区冷冻水泵3台，55kW冷却水泵3台，45kW冷却水泵1台，11kW冷却塔风机7台。现采用制冷主机随机配备的控制系统进行联控，水泵均采用星三角降压方式启动。
2 节能改造方案
根据上述情况，该大厦通过建筑物节能管理系统，采用强弱电一体化的手段，对大厦中央空调制冷系统进行节能改造。
（1）系统原理
建筑物节能管理系统采用分布式构架、模块化设计，其核心是模糊控制器及其控制软件。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，是近几年发展起来的新型控制技术，尤其适用于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性的系统控制。
系统以设备能效跟踪为核心，以基础能源统计和管理为手段，将制冷系统能耗设备的运行信息、能耗数据、故障信息及环境参数进行跟踪采集、统计分析，进而运用现代模糊控制技术，实现冷冻水系统的模糊预期控制、冷却水系统的自适应模糊优化控制和主机系统的间接（或启停）控制，实现空调冷媒流量跟随负荷的变化而进行动态调节，确保整个空调系统始终保持高效、协调地运行，从而最大限度地降低空调系统能耗。
图1中所示的模糊控制器由模糊化接口、数据库、规则库、推理机、解模糊接口等构成。它的输入变量都选用受控变量，能够比较准确地反映受控过程中输出变量的动态特性。对于中央空调节能控制系统而言，受控变量是由系统的供回水温度、流量及压差等造成的。
当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工作状况时，模糊控制器根据数据采集得到各种运行参数值，如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等。经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，确保主机在任何负荷条件下都有一个优化的运行环境，始终处于最佳运行工况，从而保持效率最高、能耗最低，实现主机节能10%～30%。
（2）系统构成
本系统主要由模糊控制柜、水泵智能控制柜、风机智能控制箱、现场模糊控制箱、各种传感器件以及系统软件组成，如图2所示。
（3）模糊控制器
模糊控制器包括1台模糊控制柜和1台现场模糊控制箱，模糊控制柜内配置智能模糊控制单元1套，工业控制计算机1台，通讯协议转换单元1套，数字量接口单元4套，保护单元1套以及系统软件1套。现场模糊控制箱内配置传感器接口单元2套，铂电阻输入单元2套。
模糊控制柜与现场用通信线缆、水泵智能控制柜、风机智能控制箱、现场模糊控制箱以及原有的空调启/停控制柜连接。
模糊控制器系统通过协议解析，可与以上各控制柜进行通信，通过对空调系统进行全面的参数采集，实现对空调系统运行的集中监测、控制和管理。
（4）冷冻水模糊控制系统
建筑物节能管理系统对空调冷冻水系统采用最佳输出能量控制，在保证空调服务质量的前提下实现水泵的最低能耗。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，冷冻水供回水温度、温差、压差和流量也随之变化，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，模糊控制器依据独创的预期算法和所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时计算出末端空调负荷所需的制冷量以及冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并与检测到的参数值进行比较，根据其偏差值利用现代变频调速技术，调节冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的温差、供回水温度、压差和流量运行确保在模糊控制器给定的最优值。
在中央空调低区循环系统中，模糊控制系统设置标准水泵智能控制柜5套，每套配置90kW变频器1台，分别控制5台90kW低区冷冻水泵；智能模糊控制单元、智能数字单元各1套。高区循环系统中，模糊控制系统设置标准水泵智能控制柜3套，每套配置37kW变频器1台，分别控制3台37kW高区水泵；智能模糊控制单元、智能数字单元各1套。每台变频器、水泵智能控制柜、控制单元及各管路上的传感器通过传输线路与模糊控制柜连接。
原电机控制柜内的主电路不变，断开原控制柜进线断路器与启动主电路的导线连接，加导线改接至对应水泵智能控制柜的进线端，水泵智能控制柜的出线再返回原电机控制柜，与启动主电路连接，原控制电路的进线仍接至进线断路器的出线端，当需做能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时，可方便快捷地切换为原工频状态运行。
模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，计算出负荷需用制冷量及最佳温度、温差、压差和流量值，并与检测到的实际参数作比较。根据其偏差值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、压差和流量趋于模糊控制器给定的最优值。
当原电机控制柜启动完毕后，启动完毕信号送至模糊控制器，由模糊控制器向对应的变频器发出指令，变频启动冷冻水泵。冷冻水泵启动后，按模糊控制器输出的控制参数值，调节各冷却水泵变频器的输出频率，控制冷却水泵的转速，使系统在保证末端空调用户舒适需求的同时，可实现最大限度的节能。机组运行时，如果冷冻水出口温度、流量或供回水压差出现异常，系统送出报警信号并采取相应的保护措施，保证空调主机的安全正常运行。
（5）冷却水模糊控制系统
建筑物节能管理系统对中央空调冷却水及冷却风系统采用最佳效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器的最佳热转换温度也随之变化。模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据计算出主机冷凝器的最佳热转换温度及冷却水最佳进、出口温度，并与检测到的实际温度进行比较。根据其偏差值，利用现代变频调速技术，动态调节冷却水的流量，使冷却水的进、出口温度接近模糊控制器给定的最优值，从而保证中央空调主机随时处于最佳效率状态下运行。
冷却系统中根据水泵数量，模糊控制系统设置标准水泵智能控制柜3套，每套控制柜内配置55kW变频器1台，分别控制3台55kW冷却水泵；设置标准水泵智能控制柜1套，配置45kW变频器1台，控制1
关键词：办公楼；中央空调；节能；管理系统；效益
随着经济的不断发展，建筑物大量建造，其配套的中央空调普遍存在能耗较大问题，在世界能源供应紧张的背景下，将影响经济的持续发展。中央空调系统是各大办公楼不可或缺的一部分，其能耗较大，一般占整个建筑总能耗的50～60%，因此为使中央空调系统尽量以较低的能源成本提供最佳的舒适环境，优化建筑物空调节能系统显得极为重要。
1 项目概况
某5A级写字楼于2003年建成并投入使用，总建筑面积为12.6万平方米。采用集中空调系统，空调总面积达9.2万平方米。现阶段写字楼出租率在95%以上。对该大厦进行调研后，我们对大厦的总体能耗情况有了大致了解。在大厦的整体能耗中，中央空调系统占建筑能耗总量的40%、照明用电占25%、办公用电占20%、动力用电占15%左右，大厦的总耗能支出约每年1265万元。大厦主要耗能设备是中央空调系统，它的能耗支出约每年300万左右。
该大厦的中央空调制冷系统配有离心式制冷主机3台，螺杆式制冷主机1台以及90kW低区冷冻水泵5台，37kW高区冷冻水泵3台，55kW冷却水泵3台，45kW冷却水泵1台，11kW冷却塔风机7台。现采用制冷主机随机配备的控制系统进行联控，水泵均采用星三角降压方式启动。
2 节能改造方案
根据上述情况，该大厦通过建筑物节能管理系统，采用强弱电一体化的手段，对大厦中央空调制冷系统进行节能改造。
（1）系统原理
建筑物节能管理系统采用分布式构架、模块化设计，其核心是模糊控制器及其控制软件。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，是近几年发展起来的新型控制技术，尤其适用于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性的系统控制。
系统以设备能效跟踪为核心，以基础能源统计和管理为手段，将制冷系统能耗设备的运行信息、能耗数据、故障信息及环境参数进行跟踪采集、统计分析，进而运用现代模糊控制技术，实现冷冻水系统的模糊预期控制、冷却水系统的自适应模糊优化控制和主机系统的间接（或启停）控制，实现空调冷媒流量跟随负荷的变化而进行动态调节，确保整个空调系统始终保持高效、协调地运行，从而最大限度地降低空调系统能耗。
图1中所示的模糊控制器由模糊化接口、数据库、规则库、推理机、解模糊接口等构成。它的输入变量都选用受控变量，能够比较准确地反映受控过程中输出变量的动态特性。对于中央空调节能控制系统而言，受控变量是由系统的供回水温度、流量及压差等造成的。
当中央空调系统负荷变化造成空调主机及其水系统偏离最佳工作状况时，模糊控制器根据数据采集得到各种运行参数值，如系统供回水温度、供回水压差、流量及环境温度等。经推理运算后输出优化的控制参数值，对系统运行参数进行动态调整，确保主机在任何负荷条件下都有一个优化的运行环境，始终处于最佳运行工况，从而保持效率最高、能耗最低，实现主机节能10%～30%。
（2）系统构成
本系统主要由模糊控制柜、水泵智能控制柜、风机智能控制箱、现场模糊控制箱、各种传感器件以及系统软件组成，如图2所示。
（3）模糊控制器
模糊控制器包括1台模糊控制柜和1台现场模糊控制箱，模糊控制柜内配置智能模糊控制单元1套，工业控制计算机1台，通讯协议转换单元1套，数字量接口单元4套，保护单元1套以及系统软件1套。现场模糊控制箱内配置传感器接口单元2套，铂电阻输入单元2套。
模糊控制柜与现场用通信线缆、水泵智能控制柜、风机智能控制箱、现场模糊控制箱以及原有的空调启/停控制柜连接。
模糊控制器系统通过协议解析，可与以上各控制柜进行通信，通过对空调系统进行全面的参数采集，实现对空调系统运行的集中监测、控制和管理。
（4）冷冻水模糊控制系统
建筑物节能管理系统对空调冷冻水系统采用最佳输出能量控制，在保证空调服务质量的前提下实现水泵的最低能耗。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，冷冻水供回水温度、温差、压差和流量也随之变化，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，模糊控制器依据独创的预期算法和所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时计算出末端空调负荷所需的制冷量以及冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并与检测到的参数值进行比较，根据其偏差值利用现代变频调速技术，调节冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的温差、供回水温度、压差和流量运行确保在模糊控制器给定的最优值。
在中央空调低区循环系统中，模糊控制系统设置标准水泵智能控制柜5套，每套配置90kW变频器1台，分别控制5台90kW低区冷冻水泵；智能模糊控制单元、智能数字单元各1套。高区循环系统中，模糊控制系统设置标准水泵智能控制柜3套，每套配置37kW变频器1台，分别控制3台37kW高区水泵；智能模糊控制单元、智能数字单元各1套。每台变频器、水泵智能控制柜、控制单元及各管路上的传感器通过传输线路与模糊控制柜连接。
原电机控制柜内的主电路不变，断开原控制柜进线断路器与启动主电路的导线连接，加导线改接至对应水泵智能控制柜的进线端，水泵智能控制柜的出线再返回原电机控制柜，与启动主电路连接，原控制电路的进线仍接至进线断路器的出线端，当需做能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时，可方便快捷地切换为原工频状态运行。
模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，计算出负荷需用制冷量及最佳温度、温差、压差和流量值，并与检测到的实际参数作比较。根据其偏差值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、压差和流量趋于模糊控制器给定的最优值。
当原电机控制柜启动完毕后，启动完毕信号送至模糊控制器，由模糊控制器向对应的变频器发出指令，变频启动冷冻水泵。冷冻水泵启动后，按模糊控制器输出的控制参数值，调节各冷却水泵变频器的输出频率，控制冷却水泵的转速，使系统在保证末端空调用户舒适需求的同时，可实现最大限度的节能。机组运行时，如果冷冻水出口温度、流量或供回水压差出现异常，系统送出报警信号并采取相应的保护措施，保证空调主机的安全正常运行。
（5）冷却水模糊控制系统
建筑物节能管理系统对中央空调冷却水及冷却风系统采用最佳效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器的最佳热转换温度也随之变化。模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据计算出主机冷凝器的最佳热转换温度及冷却水最佳进、出口温度，并与检测到的实际温度进行比较。根据其偏差值，利用现代变频调速技术，动态调节冷却水的流量，使冷却水的进、出口温度接近模糊控制器给定的最优值，从而保证中央空调主机随时处于最佳效率状态下运行。
冷却系统中根据水泵数量，模糊控制系统设置标准水泵智能控制柜3套，每套控制柜内配置55kW变频器1台，分别控制3台55kW冷却水泵；设置标准水泵智能控制柜1套，配置45kW变频器1台，控制1