honeywell冷机站先进控制-中文20120523

冷机站先进控制系统霍尼韦尔综合科技(中国)有限公司—全新技术降低建筑物能耗目录运行优化vs.改造节能面临的挑战全新的优化解决方案案例介绍总结节能势在必行传统能源不可再生，新型能源尚未成熟光伏，风电，潮汐发电应用范围有限核电的安全问题建筑的能耗（包括建造能耗、办公能耗、制冷和采暖等）约占全社会总能耗的30%中央空调是最主要的“能耗大户”

(40%-60%)然而长期以来，作为能耗大户的中央空调系统：相对于工业领域，自动化水平低管理水平低，人为疏忽和经验错误泛滥能源浪费严重，节能空间大运行优化vs.改造节能

改造节能运行优化√使用目的设计和改造日常运行对日常运行的指导较少或无实时优化各项设定，提高系统效率监测各设备运行状态和性能对运行及维修计划的生成和修改提供决策支持迅速应对意外事件针对工况设计或典型工况动态变化的工况（设备性能、能源价格、天气等）实施成本通常较高（通常涉及新工艺、新设备、设备的大规模改造，可能会影响正常使用等）通常较低（可以利用现有的设备，不改变现有管网、不影响正常使用）实施风险通常较高通常较低（优化过程完全基于系统的真实性能）投资回收期三年或以上一到两年对使用人员的要求经验丰富的专业人员经过短期培训的普通人员冷机站面临的挑战制冷机房制冷机的开启台数?最优的冷冻水流量?最优的冷冻水温设定冷却塔的开启台数?冷却水泵的开启台数?地源热泵系统的效率退化？最优的冷却水温设定?真实的负荷?短期内负荷将如何变化?楼宇的热响应状况不同负荷下最优的冷源选择？何时蓄冷何时放冷以及蓄冷放冷进度？最佳蓄冷量？最优的冷冻水温设定楼宇冷机站能耗约占建筑物总能耗的40%~60%负荷计算是冷机站运行决策的重要基础，但是原有的负荷计算方法被动式时间上滞后于真正的需求变化基于温差、压差、或温差流量的乘积并不是真正的制冷需求，而是冷冻水系统散失的冷量（只要有温差，就会有冷量散失）包含过量供应导致冷机工作在低效的低温区间不包含负荷的变化趋势可能导致冷机等设备的不必要启停负荷需求制冷量Theoversupplyrecordedinanofficebuilding过量供应（蓝线以上部分）是散失而非真实负荷

冷机站面临的挑战－制冷负荷冷机站面临的挑战－控制策略固定的控制逻辑应对始终变化的日常负荷忽视同种设备间的性能差异(由于安装,性能退化,水力不平衡等)忽视同一设备不同工况下的性能差异不考虑负荷趋势(在下一个时刻负荷是增加，还是减少?)没有考虑电价因素,系统的蓄冷蓄热特性（建筑物本身，专用蓄冷设备等）,最优运行模式的选择每天变化的负荷曲线同一冷机不同工况下的性能差异不同冷机间的性能差别变化的能源价格，系统的热响应，…固定的控制策略不变应万变?冷机站面临的挑战－控制逻辑假设冷机站由10台设备组成，每种设备只考虑“开”、“关”、“不可用”三种状态，那么一套完整的群控逻辑将要考虑至少310种状态组合，这在实际的工程中是无法人工处理的失败率高达90%，劳民伤财与系统效率相关的参数冷却水流量冷却水温度(注意它只是中间变量)冷冻水流量冷冻水温度(注意它只是中间变量)冷机的负荷水平水泵的负荷水平…一次泵负荷(%)冷机站平均功耗(kW)冷机站制冷量(kW)系统COP33117.232021.7266131.522692.05100143.872892.01某种工况下，当一次泵负荷为66％时冷机站达到最高效率降低冷却水温通常能提高系统COP超出常规控制逻辑的考虑范围冷机站面临的挑战－运行参数提高冰水温度通常能提高系统COP，但不是强相关保证安全和舒适度前提下，是否存在最佳参数最大化系统效率？不能为冷机站维护提供决策支持冷机站面临的挑战－维护信息冷机站维护费用占运行费用的10%，但是通常缺少设备在不同的工况下的运行效率（单台冷机的COP曲线，系统COP曲线）各种类型的设备性能退化维护工作的后效分析班组绩效考评先进控制系统全新解决方案-冷机站先进控制系统制冷机房制冷机的开启台数?最优的冷冻水流量?冷机的出水温度设定冷却塔的开启台数?冷却水泵的开启台数?地源热泵系统的效率退化？最优的冷却水温设定?真实的负荷?短期内负荷将如何变化?楼宇的热响应状况负荷需求设备性能优化设定不同负荷下最优的冷源选择？何时蓄冷何时放冷以及蓄冷放冷进度？最佳蓄冷量？最优的冷冻水温设定楼宇运行优化容错控制节能审计容错控制+运行节能+节能审计“三位一体”

冷机站先进控制系统-产品组成CPOBuilderCPOEventManagerTotalPlantBuilderCPOCommunicator系统架构ChillerPlantCommunicatorRealTimeDataRealTimeDataDatabaseandSupportingPlatform

OptimizationSysRealTimeDataEquipmentSpecification&ConnectionMap

ConfigurationToolBuildingAutomationSysRealTimeDataAutomaticallyGenerateAutomaticallyGenerateAutomaticallyGenerate系统特点容错控制+运行节能+节能审计“三位一体”

传统控制先进控制负荷计算压差法、温差法、或温差流量法（不能准确反映真实的负荷需求）根据大楼温度分布估计的实际负荷＋负荷趋势(根据天气、季节、时段等因素预测并校正)控制逻辑人工设计（取决于设计人员的业务水平和工作态度，不可能考虑各种可能的情况，维护困难）根据冷机站的设计和设备状态自动生成，大大提高了控制系统的灵活性、可靠性、和可维护性优化策略静态的经验型策略，适用程度有限（受限于系统设计、设备性能的退化、设计的变更、以及各种故障）自适应模型（不依赖人工经验和预设逻辑，与现场实际保持一致）＋动态优化引擎（真正求解复杂的优化问题）。能够同时兼顾各种考量，并根据系统状态的变化动态修改优化范围水系统为主水系统＋冷机，并可扩展到用户端（例如新风冷却）设备性能不检测自动检测并作为优化问题的输入蓄冷能力及电价的波动不考虑（缺乏动态规划引擎）作为优化问题的一部分考虑能效审计不考虑提供机组和全系统的能效数据并可保存长达10年的运行历史记录维护建议不提供自动检测机组效率的下降节能效果受限于系统运行管理水平超过15%依据多种因素预测真实负荷

技术特点(I)－主动负荷计算(ActiveLoadCalculation)长期(24小时)负荷预测短期(半小时)负荷预测用户的使用偏好历史数据负荷预测+技术特点(II)

–3维优化(3DRun-timeOptimization)在设备、子系统、和时间轴3个维度上同时进行优化，最大化节能空间时间子系统设备冷却水子系统、冷冻水子系统、冷机子系统…冷机、水泵、冷却塔风机、…电价变化、天气变化、蓄冷蓄热、“销峰填谷”…采用动态模拟和动态规划的优化引擎基于动态仿真模型、万里挑一的优化策略冷机站动态仿真模型运行结果评估与改进运行计划与运行参数(冷机、冷却塔、水泵的启停时间、工作点设置等)运行结果（能耗、效率、温度变化等）最优计划与参数1...2…N评估→改进→再评估→再改进→…→最优结果3个小时预先考虑各种时变因素以及冷机站的动态响应过程动态规划示意图技术特点(III)

–免逻辑设计(LogicFreeControl)步骤原有系统Dynamatic1安装必要的传感器和执行机构安装必要的传感器和执行机构（可能需要功率计）2收集设备信息，以及冷机站的设计信息3设计控制逻辑不需要4采用组态软件设计操作员使用的界面（例如系统总图）不需要5安装节能系统不需要6安装能耗审计系统不需要7完成在实现容错控制的同时，大幅节约工程时间和成本系统原理图动态技术服务动态系统实时更新设备性能动态蓄冷/蓄热模型动态规划系统架构图末端信息楼宇自动化系统数据校验水泵冷机实时数据(上传),优化指令与参数(下传)冷却塔锅炉等冷机先进控制系统实时数据(上传),优化指令与参数(下传)用户界面数据接口数据库模型库优化引擎故障诊断方便快捷的节能改造方案(针对含自动化系统的用户)方便快捷的节能改造方案(针对无自动化系统的用户)…含先进控制模块的控制柜传感器和执行机构远程工作站（可选）案例分析一：张江园区（2009－2010）写字楼6个子系统18台风冷热泵机组,23台定速泵采用运行优化系统可提高系统效率8％，并降低20%(年平均，含制冷和制热)的能耗提高了室温稳定程度案例分析一：日能耗比较休息日案例分析一：更经济的预制冷案例分析二：航天大厦（2010）宾馆+写字楼面积40,000m23台水冷螺杆冷机4台变频一次泵4台工频冷却泵6台冷却塔年节能比例超过18%被上海市旅游局嘉奖案例分析三：南京地铁河定桥站（2011）站台和站厅，车控室3台水冷螺杆冷机3台工频一次泵3台工频冷却泵4台冷却塔初步节能比例超过40%案例分析四(I)：苏州维信电子B厂区（2011）PCB制造、组装，对温湿度有严格要求冷机站部分年能耗500万元人民币

3台水冷离心冷机，1台免费制冷板换2台工频一次泵，2台变频一次泵2台工频冷却泵，2台变频冷却泵6台冷却塔初步节能比例超过17%开始优化运行案例分析四(II)：苏州维信电子B厂区（2011）改造前后的运行状态对比

改造前改造后冷冻水温设定长年低温运行（夏季6~7度，冬季9~10度）按需低温运行（夏季9~14度，冬季12~15度）冷机选择低效冷机（制冷效率较其它冷机差40%）常年作为主力冷机在负荷容许的情况下避免使用性能差的冷机冷机健康状态不关心实时显示冷机运行时间每年调整不超过10次自动按需调整，总时间缩短1/3冷冻水冷冻水常年保持大流量，冷冻水供回水温度长期低于3度按需调节，平均约减少1/2的冷冻水流量冷却水常年保持大流量按需调节，平均约减少1/3的冷冻水流量冷却塔在低负荷时段，长时间保持低效的风机和阀门组合在低负荷时段保持风机和阀门的高效组合，降低电耗1/3阀门即使不用的水流管路也不关断及时关断不使用的管路末端温湿度相对湿度常年超标相对湿度严格控制运行人员工作强度高所有运行状态一目了然，所有运行数据自动记录案例分析四(III)：苏州维信电子B厂区（2011）改造前的运行管理手段+/?※!...改造后的运行与管理方式改造前车间湿度变化（8/31~9/1）改造后车间湿度变化（9/5~9/6）12月份的能耗测试比较表

测试编号测试日期运行方式大气温度日平均（℃）大气湿度日平均（%）室内温度日平均（℃）室内湿度日平均（%）能耗日累计(kWh)12011/12/13手动方式6.46520.246.210083.822011/12/14先控方式7.759.820.740.17292.9变化幅度1.3-5.20.5-6.1-2790.9变化比例20.31-8.002.48-13.20-27.68早期案例Atrium医院位于荷兰Heerlen地区1230张病床供热、冷、蒸汽和电力热负荷 13246 MWh冷负荷 3789 MWh蒸汽负荷 3007 MWh电力负荷 11826 MWh运行近7年来节约的能源成本超过700k欧元（约700万人民币）2003年启动运行至今能耗在线预测实时优化调度通过霍尼韦尔EBI系统进行闭环控制系统特点在降低项目风险的同时，降低能耗成本15%以上主动负荷计算—从源头避免过度制冷在设备、子系统、和时间轴3个维度上同时优化—最大化降低能耗成本完全取消人工控制逻辑—提高自动化系统的灵活性和可靠性容错控制+运行节能+节能审计“三位一体”—降低项目风险，提高经济效益总结霍尼韦尔的冷机站先进控制系统采用了模型预测方法计算冷/热负荷，它比温差法、压差法、或温差流量法更能反映实际的负荷需求自动在线分析设备的实际性能和大楼的冷/热响应特性同时考虑近百个影响冷机站效率的变量，包括流量、温度、环境湿度、分时电价等自动地利用空调水系统和大楼的蓄冷、蓄热能力每隔五分钟根据最新情况以最安全和最节能的方式调整冷机站各部分的运行，包括设备的启停、水温的设定、阀门的开合等不采用任何预设逻辑和经验规则，灵活自动地为每一个用户量身定制最优化控制策略比常规自动控制系统能够节省超过15％的电费能够更稳定地保持室内温度和用户的舒适度量出为入三维优化化繁为简是革命性的先进控制而不单是优化霍尼韦尔的技术优势霍尼韦尔的模拟仿真技术UniSim是世界三大仿真技术平台之一也是唯一能够在同一套模型上实现动态和静态仿真的平台广泛应用于流程工业的设计、优化、操作员培训、以及控制方案的研究与测试帮助上海SECCO（中国最大的单体乙烯生产线）创造了乙烯开车最快世界记录霍尼韦尔的先进控制技术是世界最大的先进控制技术厂商提供从模型预测控制到生产执行系统（MES），再到最优化全厂计划与调度的全系列解决方案与技术覆盖8种不同的工业领域3000+成功应用案例帮助上海SECCO在中国首先实现了乙烯装置在线优化，也是世界范围内屈指可数的成功案例霍尼韦尔的楼宇自动化技术100年温控器生产的历史5+种楼宇自动化平台提供包括消防、安防、HVAC等的全系列产品与冷机厂商提供的群控系统比较

冷机厂商提供的群控系统霍尼韦尔的先进控制系统设备安全按照冷机及辅机制造商提供的安全运行规范严格按照冷机及辅机制造商提供的安全运行规范末端温湿度不关心直接作为控制目标的一部分，冷机与末端协同保障末端温湿度功能范围控制为主三位一体：自适应容错控制、节能15+%、和客观的能量审计负荷计算根据供回水温度或压差决定制冷/热量根据室内温湿度获得实际的制冷/热需求，避免"过供应"控制质量受限于编程人员的知识水平、经验、和工作态度无需人工编程，杜绝人为影响异常状态处理有限的常见故障（常规群控的失败率高达80%）自动考虑所有可能的异常情况，大幅提高控制系统可用率，保护用户投资配置信息不公开，维护与修改困难完全公开，维护与修改容易冷机性能依据设计性能为主实际性能为主辅机性能依据设计性能为主实际性能为主冷机性能检测不提供作为第三方进行客观评估节能