楼宇集中空调能效测试及诊断系统的构建研究

刘东 张超 施赟 张晓杰 刘书荟 印慧

1同济大学机械与能源工程学院

2上海市质量监督检验技术研究院

楼宇集中空调能效测试及诊断系统的构建研究

刘东1张超1施赟1张晓杰2刘书荟2印慧2

1同济大学机械与能源工程学院

2上海市质量监督检验技术研究院

提出了民用建筑集中式空调能效测试及诊断系统的架构形式，结合某综合办公楼建筑的集中空调能效监测及诊断系统构建过程，提出空调系统能效整体性评价的最优化方法，指出了需要重点关注的问题，可为类似的集中空调的能效监测及诊断系统建设提供有益的参考。

能效测试集中式空调最优化方法

0 引言

近年来，民用建筑能耗在中国的社会能耗中所占的比例日益增长，而其中空调系统能耗在公共建筑能耗中所占比例最大，一般可达40%~60%，因此如何降低空调系统能耗是建筑节能系统工程中关键问题[1]。目前大部分集中式空调系统因设计、计量、控制、运行管理等诸多因素的影响，不同程度地存在能效低的问题。同济大学与上海市质量监督技术研究院联合对公共建筑集中式空调系统能效测试及诊断方法进行了研究，并结合某办公建筑的集中式空调系统，研发了一套在线的能效监测和诊断系统。这项工作为构建类似的集中式空调系统能效实时监测与诊断分析平台提供了理论依据和技术参考。

1 集中式空调能效测试及诊断系统概况

该能效测试诊断系统是通过采集建筑集中式空调系统的运行能耗参数，对所采集数据进行汇总、计算及分析，最终获得对此空调系统中的设备及整体系统运行能效的客观评价结果，并为该空调系统的优化运行模式提供指导性建议[2～4]。主要包括数据采集、数据传输与能效评价分析系统三部分。

1.1 数据采集系统

数据采集系统主要包括用于现场参数采集的各类传感器/变送器、数据采集模块，其中现场各类传感器/变送器包括采集空气处理设备、冷热源设备、输送系统设备相关参数的传感器/变送器，将采集到的模拟或数字信号通过数据采集模块（模拟量、数字量及Modbus采集模块，以上模块具备数据存储与传输功能）传送至数据采集网络。

建筑物内部数据采集器之间的联网与数据采集采用以太网+Modbus的方式实现，这种方式使系统具有相当的灵活性。

1.2 数据传输系统

数据传输系统包括数据采集传输服务器、路由器及数据远程传输、存储相关程序，数据传输系统的服务器、路由器接收来自数据采集系统的信号，经有线/无线网络传输至能效评价分析系统。

建筑物到中心站服务器的数据传输可以利用建筑物内的互联网，在中心站设立固定IP地址的服务器，采用标准的TCP/IP协议进行数据传输。如果没有互联网接入条件，可以临时设立3G移动接入路由器，采用3G移动网络完成数据传输。如果测试现场没有上述网络等测试条件，则将数据存储于数据采集模块（模拟量、数字量及WiFi数据采集模块），测试结束之后将数据导入系统的分析终端，利用分析软件进行数据分析。数据采集与传输系统的构架见图1。

1.3 能效评价分析系统

能效评价分析系统对所采集的数据进行分类、汇总和计算，并且与空调设备及系统的数学模型进行对比分析，从而对集中式空调系统进行评价、分析与诊断，并且能够明确提高空调系统能效的主要技术途径，最终生成各类报表和图表，并将测试项目数据加入软件作为原始数据库一部分，为后续测试提供参考[5～6]。

系统包含的设备主要是终端监控分析设备即数据显示查询终端，能够实现实时数据显示、历史数据查询和调用、报表打印等功能。能效评价分析系统的结构图见图2。

1.4 系统总体框架图

楼宇集中式空调系统能效测量与诊断分析系统总体框架图见图3。

2 某建筑集中式空调能效测试诊断系统

在确定了建筑集中式空调系统能效测试及诊断系统构成的基础上，选取了某高校综合办公楼（约40,000m2）作为研究对象实施安装了此能效测试及诊断系统。

2.1 建筑及空调系统概况

该建筑的主要功能是行政办公，大厅、会议室采用集中式空调系统，办公区域采用风机盘管加新风机组的形式。冷源采用2台双工况螺杆式冷水机组，空调系统中考虑了冰蓄冷方式，但由于基本不使用，因此布置测试方案时按照常规空调系统考虑。热源则采用两台燃气热水锅炉，运行时两台全开。

2.2 能效测试方案

为了获空调设备及空调系统的实时运行能耗，需在空调系统中布置水温传感器、超声波流量计、空气温湿度传感器、水压传感器、风量传感器等，利用数据采集模块通过建筑中的以太网将实时运行数据自动传输到服务器中进行储存、运行、分析、打印输出等，完成空调系统能效测试及诊断分析的过程。

基于全面、准确、安全的原则，在经济条件允许的情况下，尽可能详细地布置传感器采集系统运行参数，利于运行能效的诊断分析，部分房间传感器的布置方案见图4、图5和图6。

2.3 测试系统仪器选择及安装

考虑测试系统的技术性和经济性，同类的测试参数选择同一种测试仪器。要求该系统为实时监测的测试系统，所有的仪器必须具备远传功能。在确定传感器类型时，主要考虑以下三点：

1）精度：满足以上所提及的各类精度要求的情况下，尽可能选择高精度的型号。

2）量程：按照在各设备实际运行时参数的范围来选择（一般最大值不应大于满量程的2/3，最小值不应小于满量程的1/3）。

3）输出信号：传感器的输出信号分为数字信号和模拟信号，一般多为模拟信号即电流、电压。电压信号适合距离较短，干扰较少的地方，电流信号更适合远传，衰减小所以本系统中，尽量选择电流为输出信号。

本系统选择的传感器详细参数见表1。

3 总结

1）集中式空调的在线能效测试及诊断系统可以从空调系统的整体性方面来考虑问题，是实现空调和建筑节能的有效技术途径。

2）本文所研究的由数据采集、数据传输及能效诊断分析等三部分组成的集中式空调能效测试及诊断分析系统，经过实践证明在技术和经济方面是可行的。

3）通过对某综合办公楼的空调系统能效测试诊断系统的方案实施，探索总结了传感器的选择原则、选择参数，传感器的现场布置及安装等方面的经验，可以为类似空调系统的能效测试诊断系统的方案确定和实施提供有益的参考。

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2010[M].北京:中国建筑工业出版社,2010

[2]沈启,陈永康.空调系统节能优化运行与改造案例研究(4):冷却塔[J].暖通空调,2010,40(8):45-50

[3]李德英,刘珊,郝斌.公共建筑空调系统节能诊断方法探讨[J].供热制冷,2010,(4):64-66

[4]胡欣,龙惟定,马九贤.CEC—一种有效的空调系统能耗评价方法[J].暖通空调,1999,29(3):16-18

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组户用和类似用途的冷水(热泵)机组(GB/T18430.2 -2001)[S].北京:中国标准出版社,2001

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.冷水机组能效限定值及能效等级(GB 19577-2004)[S].北京:中国标准出版社, 2004

On-line M on ito ring and Diagnos is fo r Cen tra l A ir-c ond ition ing Sys tem

LIU Dong1,ZHANGChao1,SHIYun1,ZHANG Xiao-jie2,LIU Shu-hui2,YIN Hui2
1SchoolofMechanicaland Energy Engineering,TongjiUniversity
2Shanghai InstituteofQuality Inspection and TechnicalResearch

The framework of the civil centralair conditioning energy efficiency testand diagnosis system wasbuiltup. The overallevaluation of air conditioning system energy efficiency optim izationmethod combiningw ith the construction of air conditioning energy efficiencymonitoring and diagnosis system for an office building was put forward.The key issue should be focused on was pointed out.This paper can provide a useful reference for a sim ilar central air conditioning energy efficiencymonitoring and diagnosissystem.

energy efficiency test,centralair conditioning system,optim izationmethod

1003-0344（2014）03-052-3

2013-5-6

刘东（1970～），男，副教授；上海四平路1239号济阳楼408室（200092）；021-65981390；E-mail:liudong@tongji.edu.cn基金项目：国家质检总局科技计划项目（2011QK116）