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智慧節能冰水機組系統

S-IC節能技術原理

我司自主研發的智慧節能冰水機系統集成解決方案(簡稱:S-IC,英文Super smart industrial chiller solution),主要由超高效智慧能源站、智慧節能輸配系統和智慧節能優化控制系統(ACEC)構成,是一種HVAC系統節能技術。

S-IC技術在滿足舒適性與工藝需求條件下,通過系統集成優化,顯著提高System COP,從根本上降低系統內各個設備的運行能耗,達到綜合節能的目的。

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1 智慧中央空調系統解決方案S-IC

S-IC系統主要包含以下分項節能技術,我們將根據項目實際運行工況定制針對性的節能優化運行策略:

2.1.1 輸配系統管網水力平衡智能控制技術

當冷量使用側終端負荷發生變化時,由于流動的連續性與交互性,用戶之間相互影響,將會出現動態水力失調和熱力失調的現象。應用具有自主知識產權的智慧閥門產品,將實時采集到的溫度、流量、壓力和壓差信息,通過內嵌的管網智能平衡算法,與各支路設定的最佳運行流量進行比較,計算出各智慧閥門在當前工況下的開度。通過改變各支路管網阻尼實現按需分配和智能平衡,防止出現動態水力失調和熱力失調。

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6 滿足終端用戶需求時不同平衡方案

2.1.2 冷凍水系統泵閥一體化智慧節能技術

當冷量使用側終端負荷發生變化時,各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化,集成了各種傳感器的智慧感知系統將檢測到的這些參數送至冷凍水泵控制柜。冷凍水泵控制柜內嵌的專利技術——泵閥一體化智能控制策略,根據所采集的實時數據,與智能主控柜計算出的冷凍水的優化運行工況點進行比較,計算出各路冷凍水的優化運行工況點,。首先根據相應的變頻策略改變冷凍水泵的轉速,并配以管網閥門開度的變化,提升水泵的運行效率。通過改變冷凍水系統的流量和壓差,使冷凍水系統運行在優化工況點。

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7 水泵運行曲線圖

 

如圖4所示,沒有采用泵閥一體化智能節能技術前,此時的管路阻力曲線與水泵變頻后PQ曲線的交點A就是當前水泵的運行工況點,但此時水泵的運行效率依然偏低;通過智慧閥門的開度調節,改變后的管路阻力曲線,與PQ曲線重新交于點B,使得水泵的運行效率得到顯著提高。

2.1.3 集成氣候補償的冷卻效率極大化技術

當冷量使用側終端負荷發生變化時,冷卻水供回水溫度、溫差和流量亦隨之變化,流量計和溫度傳感器將檢測到的這些參數送至冷卻水泵智能控制柜和冷卻塔智能控制柜。冷卻水泵智能控制柜和冷卻塔智能控制柜依據所采集的實時數據,與智能主控柜計算出的冷卻水的優化運行工況點進行比較,動態調節冷卻水流量和冷卻塔風量,通過協同改變結合氣候補償算法,確保冷卻效率極大化,冷卻泵與冷卻風機的電耗極小化。

2.1.4 冷熱源高效匹配集成智造技術

冷量使用側末端負荷發生變化時,各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化,流量計、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數送至主機控制柜,主機控制柜依據所采集的實時數據實時計算出末端空調負荷所需的制冷量、以及主機之間冷量分配的最優值,并以此調節各臺主機的冷凍水流量分配,改變不同主機的負荷率,使主機在當前負荷下,所消耗的功率最小。

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8 冷水機組負荷匹配

2.1.5  基于人工智能的綜合電單耗最優技術

基于人工智能的主控技術通過智能主控柜實現,智能控制柜內嵌BP神經網絡建立的多參數冰水機系統能效模型,并通過對冷卻水流量、冷卻水供回水溫度、冷凍水流量、冷凍水供回水溫度以及電量等數據的分析,經由內嵌的自適應學習算法,不斷完善模型。結合GA遺傳算法求解出在不同負荷下,空調系統能效最優的參數。由于BP神經網絡算法具有自學習功能,隨著運行時間的增加,能效模型預測精度也將隨之增大。同時結合自主研發的能效檢測分析與運行優化控制(EAOC)技術,在冰水機運行過程中能效進一步優化提升。

2.2 S-IC節能改造評估

2.2.1 冰水系統目前的運行工況

冰水系統全年運行,在高負荷時段開啟2臺離心式冷水機組,1臺螺桿式冷水機組;在低負荷時段開啟1臺螺桿式冷水機組或采用節能板換提供冷量。實際運行能耗如下表所示。

序號

月份

總用電量KWh

1

20158

453246

2

20159

230232

3

201510

171774

4

201511

124038

5

201512

84666

6

20161

151659

7

20162

132606

8

20163

379344

9

20164

320894

10

20165

332070

11

20166

444210

12

20167

624126

 

2.2.2 節能分析

根據對武漢頂津食品有限公司冰水機系統的調研結果, S-IC對現場采集的冰水系統設備運行信息進行綜合處理分析,進而對冰水系統內設備自適應協同控制。

1)利用“輸配系統管網水力平衡技術”改善管網水力失調程度,降低管網的運行阻力;

2)根據“冷凍水系統泵閥一體化技術”在管網水力平衡的基礎上,通過冷凍水泵和智慧閥門的聯鎖控制,促使冷凍水泵能耗的極小化,確保水泵在原基礎上節能40%以上;

3)在實際運行中,根據“冷熱源高效匹配集成智造技術”分配不同冷水機組間的負荷比例,提高冷水機組群自身的效率;

4)根據“集成氣候補償的冷卻效率極大化技術”計算當前負荷和室外溫濕度狀態下,最佳的冷凝溫度,促使冷卻水系統(冷水機組、冷卻水泵和冷卻塔)的總能耗最低,即確保(冷卻水泵+冷卻塔)在原基礎上節能40%以上,同時由于提高冷熱源生產側冷水機組的冷輸出效率極大化,可提高冷水機組的運行能效達5%以上。

通過在冰水系統機房內配置標準化的節能控制產品,結合“基于人工智能的綜合電單耗最優技術”將取得的節能效果:冰水系統節能率:23%。具體見節能計算表。


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