關(guān)于制造企業(yè)中央空調(diào)能耗的研究

　　摘要：現(xiàn)階段生產(chǎn)制造型企業(yè)在能耗監(jiān)管方面存在嚴(yán)重不足，時(shí)常因人為操作失誤、管理不當(dāng)、設(shè)計(jì)偏差等因素造成不必要的能源消耗，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。在全球碳排放量日漸增多的大環(huán)境下，“碳中和”“碳達(dá)峰”概念被討論的越來(lái)越頻繁，相應(yīng)的措施也被提出，作為可以有效幫助企業(yè)節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)，針對(duì)企業(yè)重點(diǎn)耗能設(shè)備—中央空調(diào)的能耗監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在實(shí)現(xiàn)理想制冷量的前提下，降低能耗，節(jié)約成本，在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，為環(huán)保做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞：智慧工廠;物聯(lián)網(wǎng);能耗監(jiān)測(cè);中央空調(diào);成本;管理

　　0引言

　　我國(guó)幅員遼闊，生產(chǎn)制造型企業(yè)眾多，曾有“世界工廠”的稱號(hào)。制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年收入2000萬(wàn)以上的工廠有300萬(wàn)座，年收入2000萬(wàn)以下的工廠數(shù)不勝數(shù)。新中國(guó)成立后，尤其是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，建成了門類齊全、獨(dú)立完整的產(chǎn)業(yè)體系，有力推動(dòng)了工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程，顯著增強(qiáng)了綜合國(guó)力。制造企業(yè)對(duì)于能源的需求非常龐大，有了豐富的能源供應(yīng)，企業(yè)才能將產(chǎn)能提升至新的高度。而能源是當(dāng)今國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，能源短缺已成為我國(guó)亟待解決的問(wèn)題[1]。在這種情況下，對(duì)能源進(jìn)行監(jiān)管便十分必要，進(jìn)一步幫助企業(yè)降本增效，才能打造更加完善的智慧工廠。

　　空調(diào)生產(chǎn)論文： 基于物聯(lián)網(wǎng)的中央空調(diào)末端溫控器

　　1深圳工業(yè)制造企業(yè)現(xiàn)狀

　　深圳是中國(guó)特色社會(huì)主義先行示范區(qū)，在工業(yè)與信息化領(lǐng)域起著領(lǐng)頭羊的作用。作為擁有眾多大型制造企業(yè)的一線城市，深圳積極響應(yīng)國(guó)家“碳達(dá)峰”“碳中和”的號(hào)召。2020年，深圳市工業(yè)和信息化局發(fā)布了《2020年重點(diǎn)用能單位能源管理中心建設(shè)工作方案的通知》，年消耗5000噸標(biāo)準(zhǔn)煤及以上的企業(yè)需自建能源管理中心，并且與市能源管理中心公共平臺(tái)互聯(lián)互通。深圳市重點(diǎn)用能企業(yè)達(dá)113家，現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)接的有58家，其余重點(diǎn)耗能企業(yè)待啟動(dòng)。能耗系統(tǒng)的推進(jìn)工作取得了階段性的成果，未來(lái)仍有很大的推動(dòng)空間。

　　2使用能耗管理系統(tǒng)的必要性

　　能耗系統(tǒng)利用信息技術(shù)推動(dòng)節(jié)能降耗，是提升企業(yè)精細(xì)化管理水平的重要舉措，為企業(yè)準(zhǔn)確把握和分析節(jié)能降耗發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)利用能源提供技術(shù)支撐[2]。對(duì)于制造型企業(yè)而言，為直接或間接降低產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的“零排放”，需要執(zhí)行錯(cuò)峰用電，即根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷特性，通過(guò)行政、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等手段將電網(wǎng)用電高峰時(shí)段的部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到用電低谷時(shí)段，從而減少電網(wǎng)的峰谷負(fù)荷差，優(yōu)化資源配置，提高電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于制造型企業(yè)而言，實(shí)行錯(cuò)峰用電會(huì)對(duì)生產(chǎn)形成較大影響。為保障碳排放量達(dá)標(biāo)且不影響企業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)抄表，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控能耗數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，以幫助企業(yè)節(jié)省成本，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

　　3能耗重點(diǎn)—中央空調(diào)

　　在生產(chǎn)制造型企業(yè)中，中央空調(diào)是重點(diǎn)耗能設(shè)備，通常占企業(yè)整體能耗的50%以上。相較于其他耗能設(shè)備，中央空調(diào)的能耗管控以及改造成本較小，且不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備的普及和傳感器信息采集的多樣化，物聯(lián)網(wǎng)底層信息采集節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量正呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，如何合理有效的處理和利用這些數(shù)據(jù)，使其成為工業(yè)生產(chǎn)和管理的依據(jù)，是目前迫切需要解決的問(wèn)題[3]。中央空調(diào)主要包括冷凍泵、主機(jī)、冷卻泵和冷卻塔，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)采模塊將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析，提高數(shù)據(jù)的利用效率，是大多數(shù)企業(yè)采用的生產(chǎn)能耗管控策略。計(jì)算機(jī)端基于管控策略完成能耗控制，為企業(yè)節(jié)省能耗成本。

　　3.1中央空調(diào)的問(wèn)題分析中央空調(diào)包括以下7方面問(wèn)題。

　　(1)水溫設(shè)置。主機(jī)的出水溫度設(shè)置不能與室外天氣溫濕度關(guān)聯(lián)，無(wú)法進(jìn)行精細(xì)化調(diào)節(jié)，存在能源浪費(fèi)。(2)溫差控制。主機(jī)運(yùn)行在大流量、小溫差(1～3℃)的不利工況下，效率下降、能耗增加。(3)水泵變頻。10臺(tái)冷凍水泵、冷卻水泵定頻運(yùn)行，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重。(4)人工加、減機(jī)。制冷站依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行加、減機(jī)操作，不及時(shí)且不準(zhǔn)確，存在能源浪費(fèi)。(5)故障報(bào)警�，F(xiàn)場(chǎng)故障報(bào)警，無(wú)法遠(yuǎn)程及時(shí)獲取報(bào)警信息，應(yīng)急反應(yīng)滯后，導(dǎo)致?lián)p失擴(kuò)大。(6)數(shù)據(jù)分析�？照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)離散、不準(zhǔn)確、無(wú)能效數(shù)據(jù)，依靠人工經(jīng)驗(yàn)分析，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且偏差大。(7)運(yùn)維效率。依靠人工巡檢、抄表，無(wú)能耗細(xì)分計(jì)量，無(wú)能源管理系統(tǒng)，有待通過(guò)數(shù)字化工具提升運(yùn)維效率。

　　3.2中央空調(diào)能耗分類

　　中央空調(diào)的能耗主要由末端和冷源產(chǎn)生。末端包括風(fēng)機(jī)盤管、組合式空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)、吊柜風(fēng)機(jī)，所有能耗占比約為30%;冷源包括主機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔，能耗占比約為70%。同時(shí)，以下方面也影響著空調(diào)能耗。(1)設(shè)計(jì)、安裝：末端冷熱不均、水力不平衡、遠(yuǎn)端壓力不足、風(fēng)量不夠、主機(jī)滿載等;(2)單個(gè)設(shè)備的效率：主機(jī)、水泵、冷卻塔更換高效設(shè)備，節(jié)能率達(dá)10%～30%，但投入較大;(3)運(yùn)行控制：提高控制運(yùn)行效率，節(jié)能率達(dá)10%～30%，投入較小;(4)維保：水處理、主機(jī)通炮、冷卻塔清洗及主機(jī)、水泵維修等。從企業(yè)的改造成本以及能耗管控的性價(jià)比角度考慮，在運(yùn)行控制部分進(jìn)行節(jié)能是目前最為理想的方法。

　　3.3中央空調(diào)節(jié)能原理

　　空調(diào)制冷量：Q=1.162×M×△T(1)式中：M代表冷凍水流(m3/h);△T代表冷凍水進(jìn)出的溫差(℃)。相同制冷量Q=冷凍水流量M上升量×冷凍水溫差△T下降量=冷凍水流量M下降量×冷凍水溫差△T上升量，即(現(xiàn)有運(yùn)行模式)大流量×小溫差=(改造后運(yùn)行模式)小流量×大溫差，兩種運(yùn)行模式下制冷量相同，不影響末端供冷。兩種運(yùn)行模式下的能效差別：溫差△T每增加1℃，主機(jī)效率提升3%;冷凍水流量(M)∝水泵轉(zhuǎn)速(V)∝水泵頻率(H)，水泵功率(P)∝水泵頻率(H3)，即水泵功率與水泵頻率立方成正比。水泵頻率H下降10%，水泵功率下降27.1%;水泵頻率H下降20%，水泵功率下降48.8%;水泵頻率H下降30%，水泵功率下降65.7%。結(jié)論：改造后，小流量、大溫差運(yùn)行不僅能夠保障供冷量，且能效更高!

　　4降低中央空調(diào)能耗的討論

　　4.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)加裝無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)傳輸模塊，與壓力傳感器、水溫傳感器、溫濕度傳感器、物聯(lián)控制器、邊緣服務(wù)器等相連，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)快速采集與實(shí)時(shí)分析處理。將用戶使用數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、空調(diào)故障數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)等上傳并存儲(chǔ)至云端服務(wù)器，云端服務(wù)器基于大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)平臺(tái)和計(jì)算平臺(tái)對(duì)手機(jī)具體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理[4]。能源監(jiān)管后臺(tái)也是企業(yè)進(jìn)行能耗管控的重要部分。能源源點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代通信、數(shù)據(jù)庫(kù)等，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的水、電、天然氣等能源(資源)消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)設(shè)備能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量、分析、診斷的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[5]。

　　4.2中央空調(diào)節(jié)能操作開(kāi)關(guān)機(jī)：準(zhǔn)確按照需求開(kāi)關(guān)機(jī)，杜絕浪費(fèi)，可節(jié)能5%～10%;加減機(jī)：根據(jù)負(fù)荷變化精準(zhǔn)加減，節(jié)能5%～10%;水溫設(shè)置：根據(jù)氣溫變化，自動(dòng)設(shè)置水溫，提升主機(jī)能效，節(jié)能3%～9%;溫差控制：控制進(jìn)回水溫差達(dá)到或接近標(biāo)準(zhǔn)5℃溫差，主機(jī)能效提升3%～9%;水泵、風(fēng)機(jī)變頻：依據(jù)水溫自動(dòng)變頻調(diào)節(jié)，節(jié)能10%～15%。

　　4.3預(yù)期目標(biāo)

　　通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程巡檢，節(jié)省了人力資源，降低了巡檢成本[6-8]。系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定最優(yōu)的開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間，并按時(shí)間進(jìn)行開(kāi)關(guān)機(jī)操作，確保中央空調(diào)運(yùn)行開(kāi)關(guān)時(shí)間最優(yōu)。各種運(yùn)行工況下的綜合能效優(yōu)化需根據(jù)室外溫度變化、末端冷量需求變化調(diào)節(jié)冷水機(jī)冷凍水出水溫度，降低冷水機(jī)能耗，確保運(yùn)行效率最優(yōu)[9-11]。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)中央空調(diào)的冷凍泵、冷卻塔、冷卻泵、主機(jī)等能耗單元進(jìn)行監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，大幅降低企業(yè)用能與用人成本，為企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展持續(xù)提供動(dòng)力，為環(huán)保做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

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　　作者：趙宇

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