CN202119048U

CN202119048U - 一种大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置

Info

Publication number: CN202119048U
Application number: CN2011201940675U
Authority: CN
Inventors: 阳红军; 何春炳; 林光
Original assignee: GUANGZHOU SJEST INTELLIGENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU SJEST INTELLIGENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-06-09

Abstract

本实用新型公开了一种大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置，包括制冷机组制冷量和温度采集元件组、冷水机组设备功率或电耗采集组、室外温湿度采集元件组、电柜和电脑；电柜的电量采集模块依次通过信号采集处理装置与信号转换模块与触摸工控机连接，触摸工控机通过网络接口与电脑连接；信号采集处理装置与制冷机组制冷量和温度采集元件组、室外温湿度采集元件组、制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器和制冷机上运行电流负荷限定寄存器连接；电量采集模块与冷水机组设备功率或电耗采集组连接。本实用新型该装置实时测量和跟踪冷水机组的能效，实时监测冷水机组的制冷量和消耗功率，为管理者提供能效管理标尺、定量管理工具。

Description

一种大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置

技术领域

本实用新型涉及一种实时能效控制装置，特别是涉及工厂或者商住楼宇的大型空调冷水机组的实时能效监测和诊断调节装置。

背景技术

通常中央空调系统冷水机组的电耗占整个中央空调系统的50％以上。对于常年运行的中央空调系统，通常一台达到500冷吨(1冷吨为美制冷量单位，1冷吨＝3.516KW工制冷量)，大型螺杆或离心式冷水机组年运行电费可以达到100万人民币，能耗开支巨大。空调主机的运行能效正常范围如下：

风冷活塞机0.8-1.5KW/RT

水冷活塞机0.6-1.0KW/RT

水冷螺杆机0.4-0.80KW/RT

水冷离心机0.4-0.75KW/RT

变频离心机0.25-0.75KW/RT

500冷吨大型离心式冷水机组的运行电费情况如表1所示。由表1可见，冷水机组较小的能效偏差就导致电费的极大浪费，保持制冷机组的高效率可大幅度节省电费，冷水机组的能效监测是空调节能的首要解决问题。

表1

项目	单位	良好情况	一般情况	较差情况
					设备容量	USTR(TON)	500	500	500
年平均冷量	USTR(TON)	400	400	400
					年平均能效	KW/TON	＜0.6	0.65	＞0.7
年运行小时	H	5000	5000	5000
					年运行电耗	KWH	1200000	1300000	1400000
电费单价	RMB元/KWH	0.9	0.9	0.9
					年运行电费	RMB元	1080000	1170000	1260000
能耗对比	百分比	-7.7％	0.0％	7.1％
					电费节省	RMB元	-90000	0	83571

目前，市场上还没有一个便捷独立的装置能实时监测和跟踪制冷机组的能效，并诊断出目前冷水机组低能效的问题，从而帮助运行操作管理者简单方便持续地保持设备的高效性能。

一些楼宇集成系统虽然对整个冷水机组总的制冷量进行测量跟踪，但那是根据中央空调的负荷需求从而自动调节运行设备，并未对冷水机组及设备进行能效检测分析及诊断。

实用新型内容

本实用新型针对冷水机组设备的能效监测并自动分析诊断各类低能效问题，提供一种大型空调冷水机组实时能效的监测、计量、分析诊断及自动优化设定的装置，有效节省电能。

本实用新型通过采用如下技术方案实现：

大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置，包括制冷机组制冷量和温度采集元件组、冷水机组设备功率或电耗采集组、室外温湿度采集元件组、电柜、制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器、制冷机上运行电流负荷限定寄存器和电脑；

设备制冷量和温度采集元件组由多组传感器组成；每组传感器由四个温度传感器和一个流量传感器组成，四个温度传感器分别安装在制冷机组冷冻和冷却进、出水管检修阀内，流量计安装在制冷机进水管或出水管的检修阀内；

冷水机组设备功率或电耗采集组由电流互感器或电压互感器与带RS485通讯接口的电量表组成；电流互感器或电压监测点装在低压配电柜中每台制冷主机的电源开关之后，电流互感器、电压检测线再与电量表相连接；

室外温湿度元件组由多个一体式温湿度传感器组成，分别安装在大型空调冷水机组的建筑物外；

电柜包括触摸工控机、电量采集模块、信号采集处理装置、信号转换模块和网络接口；电量采集模块依次通过信号采集处理装置与信号转换模块与触摸工控机连接，触摸工控机通过网络接口与电脑连接；信号采集处理装置与制冷机组制冷量和温度采集元件组、室外温湿度采集元件组、制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器和制冷机上运行电流负荷限定寄存器连接；电量采集模块与冷水机组设备功率或电耗采集组连接。

为进一步实现本实用新型目的，所述信号采集处理装置优选为数字控制器。

所述信号采集处理装置优选由信号采集模块和信号输出模块连接组成，信号采集模块分别与制冷机组制冷量和温度采集元件组和室外温湿度采集元件组连接；信号输出模块分别与制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器和制冷机上运行电流负荷限定寄存器连接，信号输出模块还与信号转化模块连接。

所述监测和诊断调节装置还包括局域网、部门PC机、互联网和移动办公PC机；电脑通过局域网与部门PC机连接；电脑还通过互联网与移动办公PC机连接。

相对于现有技术，本实用新型有如下优点和有益效果：

(1)本实用新型能直观准确监测、计量各制冷主机的能效(KW/TON)，判别各制冷主机的能效性能，提供实时能效的优化指引，从而达到节能管理维护的效果；

(2)该装置可根据测量到的室外温湿度自动设置制冷机的冷冻水出水温度、根据预设时间自动限制制冷机运行电流负荷，从而达到节能降耗、延长设备寿命的目的。

(3)该装置能同时适用于现场操作和监测管理两个层面的用户使用，结合现有的通讯及网络功能具有监测平台或自控系统双向拓展性。

(4)本实用新型汇集控制技术、网络信息技术、管理技术、自动安全预警与诊断技术、设备维护技术于一体，有效监测和优化冷水机组的运行能效，减少人为操作失误或系统及设备异常导致的故障和能源浪费。

附图说明：

图1为大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置结构示意图。

图2为图1中的电柜的结构原理示意图。

图3为图1中的电柜的另一种结构原理示意图。

图4为图1大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置拓展示意图。

图5为实施实时能效监测诊断与运行工况的优化调节流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于实施方式表达的范围，凡是根据本实用新型进行技术方案等同的变换，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置包括制冷机组制冷量和温度采集元件组1、冷水机组设备功率或电耗采集组2、室外温湿度采集元件组3、电柜4、制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器5、制冷机上运行电流负荷限定寄存器6和电脑7；冷水机组设备制冷量和温度采集元件组1和冷水机组设备功率和电耗采集组2、室外温湿度采集元件组3分别与电柜4信号连接，电柜4与电脑7信号连接，同时电柜4又与制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器5、制冷机上运行电流负荷限定寄存器6连接。

设备制冷量和温度采集元件组1由多组传感器组成；每台制冷机组设有相同的传感器组；每组传感器由四个温度传感器和一个流量传感器组成，四个温度传感器分别安装在制冷机组冷冻和冷却进、出水管检修阀内，流量计安装在制冷机进水管或出水管的检修阀内；采集每台制冷主机的冷冻进水温度、冷冻出水温度、冷却进水温度、冷却出水温度和冷冻水流量。常规的楼宇自控系统是对通过采集冷冻水总管的流量和进出水温度实现整个冷水机组制冷量进行测量跟踪。本实用新型分别采集每台制冷主机的冷冻进水温度、冷冻出水温度、冷却进水温度、冷却出水温度和冷冻水流量，能够有效判断制冷主机的能效，制冷主机的能耗在冷源系统中比重最大，而制冷主机的能效随着使用时间的长短、保养工作成效等因素波动很大，如果有效判断制冷主机的能效即能通过能效优先原则投入设备运行，能效得到最佳优化。

冷水机组设备功率或电耗采集组由电流互感器或电压互感器与带RS485通讯接口的电量表组成；电流互感器或电压监测点装在低压配电柜中每台制冷主机的电源开关之后，电流互感器、电压检测线再与电量表相连接。

室外温湿度元件组由多个一体式温湿度传感器组成，分别安装在大型空调冷水机组的建筑物外；用来测得室外温湿度，作为设置冷冻水出水温度、进行节能控优化控制的信号源。

冷水机组的制冷量Q计算原理如下：

Q＝C*L*ΔT(KW)；

C-水的比热4.1868KW*S/(KG*℃)；L-冷冻水流量L/S(升/秒)；

ΔT-冷冻水进出水温度差(℃)

3.516KW＝1TON(USTR美制冷量单位)；

冷水机组的能效E计算公式如下：

E＝P/Q(KW/TON)；

P-总输入功率KW；Q-制冷量TON(USTR)；

如果采用的是功率计采集，冷水机房的能耗统计KWH电量模块的功率和累计电量信号，这样能尽量保证耗电量计量的准确性。

电柜4是采集信号处理中心。如图2所示，电柜4包括触摸工控机41、电量采集模块42(SMT18N4，北京斯达森电气有限公司)、信号采集模块43(KL-M4118，昆仑工控)和信号输出模块44(KL-M4228，昆仑工控)、信号转换模块45(JR485，昆仑工控)和网络接口46。如图3所示信号采集模块43和信号输出模块44可以用数字控制器47(POL635，西门子)代替；电量采集模块42、信号采集模块43和信号输出模块44自带的RS485物理接口，各个RS485物理接口经过RS485总线连接到信号转换模块45，信号转换模块45连接到触摸工控机41上的RS232物理接口。信号采集模块43与制冷机组制冷量和温度采集元件组1和室外温湿度采集元件组3连接；信号输出模块44分别与制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器5和制冷机上运行电流负荷限定寄存器6连接；电量采集模块42与冷水机组设备功率或电耗采集组2连接；信号转换模块45把所有采集到的模拟信号转换成数字信号给触摸工控机41使用，触摸工控机41内设MCGS嵌入版组态软件，由组态软件实现人机界面实现整个冷水机组的能效测量和跟踪显示，从而为空调冷水机房管理者提供实时能效数据，历史数据，与此同时也能实现系统耗电统计，关键参数实时显示和历史查询。同时，通过触摸工控机41可控制信号输出模块44，实现通过触摸屏可对制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器进行冷冻水出水温度手动或自动设置；对制冷机上运行电流负荷限定寄存器6进行运行电流负荷手动或自动设置，实现节能降耗、延长设备寿命的目的。

电脑7可采用普通带网卡的PC机，安装专业的能效管理软件，软件功能要求与工控机的组态软件进行数据库接口，同时支持以太网功能。触摸工控机41为带触摸功能的工控机，主要功能是现场显示监测数据，并提供实时能效值异常报警提示，方便现场操作人员操作，通过组态软件兼容通用自控系统；电脑7则是能效装置系统的数据处理服务器，通过专业的能效管理软件储存和分析数据、实现优化指引和管理报表功能，支持以太网功能。

如图4所示，大型空调冷水机组实时能效监测诊断和优化调节装置的拓展功能系统还包括局域网8、部门PC机9、互联网10和移动办公PC机11。电脑7通过局域网8与部门PC机9连接；电脑7还通过互联网10与移动办公PC机11连接。电柜4还可与其他控制系统通过扩展的工控通讯连接。

本装置实时能效监测诊断装置实施具体应用流程如图5所示：

冷水机组设备制冷量和温度采集元件组1、冷水机组设备功率或电耗采集组2和室外温湿度采集原件组3的采集信号，通过信号转换模块45(JR485)将模拟量信号转化为数字信号，由内设MCGS嵌入版版组态软件和组态软件的触摸工控机41通过人机界面实现整个冷水机组的制冷量、耗电量及能效测量和实时数据显示，如果发生能效数据超过预先设置值则报警提示，并且可手动或者自动对制冷机冷冻水出水温度和运行电流负荷进行设置，从而达到实时监测，实时优化的节能降耗目的。电脑7安装开发定制的能效管理软件，工控机的组态软件将实时及短期贮存数据传输到能效管理软件，通过能效管理软件长期储存和分析数据，进行远程监测、分析诊断、优化指引、自动报表和维护管理等功能，并支持以太网功能。

现场的冷水机房操作人员可以通过现场电柜4上的带触摸功能工控机人机界面直接查看冷水机组的能效参数，如制冷量、电功率和能效值等；当能效参数超过预警设定值时，人机界面即出现报警提示，操作人员可以现场经验即时处理能效问题，同时电脑7对运行能效数据进行远程监测和记录、系统或设备的深度优化诊断、并提供各种图文管理报表，指导现场操作人员执行能效优化调节或维护策略，从而保持冷水机组及设备能效持续优化。

Claims

1.大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置，其特征在于：包括制冷机组制冷量和温度采集元件组、冷水机组设备功率或电耗采集组、室外温湿度采集元件组、电柜、制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器、制冷机上运行电流负荷限定寄存器和电脑；

2.根据权利要求1所述的大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置，其特征在于：所述信号采集处理装置为数字控制器。

3.根据权利要求1所述的大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置，其特征在于：所述信号采集处理装置由信号采集模块和信号输出模块连接组成，信号采集模块分别与制冷机组制冷量和温度采集元件组和室外温湿度采集元件组连接；信号输出模块分别与制冷机上冷冻水出水温度设定寄存器和制冷机上运行电流负荷限定寄存器连接，信号输出模块还与信号转化模块连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的大型空调冷水机组实时能效监测和诊断调节装置，其特征在于：所述监测和诊断调节装置还包括局域网、部门PC机、互联网和移动办公PC机；电脑通过局域网与部门PC机连接；电脑还通过互联网与移动办公PC机连接。