北京中国石油大厦变压差变水温中央空调水系统优化控制怎么做？

原创 Datatell 2019-04-25 16:54

本项目应用的中央空调水系统变压差、变供水温度的控制策略在国内建筑中应用的还非常少，但是对于精细化控制、连续调适、深度节能具有广泛的指导意义和应用价值。

中国石油大厦，位于北京东直门地区，建筑面积约20万平方米，地上22层，地下4层，共四栋大楼。

中石油大厦是国内智能建筑的代表，几乎获得了建筑领域所有重要奖项和认证：

建筑能效测评等级三星级运行标识
LEED金级认证
北京市优秀工程设计一等奖
全国优秀工程勘察设计行业奖建筑工程一等奖
中国建筑学会建筑创作大奖
中国建设工程鲁班奖
住房和城乡建设部科技示范工程
住房和城乡建设部智能建筑（科技、节能、环保）创新工程
“健康建筑”国内首批认证

多年以来，Datatell团队持续服务于中石油大厦，从系统集成到智能优化控制，从能源管理到故障检测诊断，已经实现大厦整体节能15%以上，诊断问题900余项。中石油运维团队每日例会以Datatell数据为讨论和任务部署依据。

在控制策略优化方面，已经实现了VAV系统从总风量法到变静压的优化升级并全楼推广。目前，正在针对中央空调水系统实施优化控制。

2019年4月18日，在北京中国石油大厦举行了“中国石油大厦中央空调水系统变压差控制冬季测试评审总结”。来自中国石油天然气集团、中国建筑科学研究院、北京建筑设计研究院、北京水木天工科技有限公司（Datatell）的领导和专家们出席了评审总结会。

该示范项目由Datatell团队全程主导，并与中石油大厦运维团队共同完成。我团队项目负责人刘然博士在会上汇报了项目背景、技术方案、工程实施、数据分析、项目效果等内容，得到了专家的认可，项目冬季阶段通过验收。本项目应用的水系统变压差、变供水温度的控制策略在国内建筑中应用的还非常少，但是对于精细化控制、连续调适、深度节能具有广泛的指导意义和应用价值。

那么，该示范工程主要做了哪些事情？它的具体原理和实现的效果是什么？本文与大家分享一下。

和绝大多数建筑一样，中国石油大厦中央空调水系统目前采用变流量固定最不利末端压差设定点的控制方法。这个设定点一般是根据设计值选取，而设计值是考虑了较大负荷而确定的，在多数的运行时间内，大楼处于部分负荷状态，并不需要较高的压差设定，这就造成了水泵能源浪费。针对空调冷冻水系统的压差控制存在较大的节能潜力。本项目要实现优化调节中央空调水系统的最不利末端压差设定，使其根据末端负荷实时调节。项目分两个阶段进行，一是供暖季热水系统的优化控制，二是供冷季冷冻水系统的优化控制。本次评审会完成的是第一阶段的验收。

中石油大厦中央空调水系统结构复杂，形式多样。从末端水阀控制形式来说主要分为两类：连续调节型和通断型。连续调节水阀主要用于AHU热水和冷水盘管，具有0-100%连续调节状态；通断型水阀主要用于风机盘管、VAV再热末端以及部分改造加装的末端风盘，只有开关状态。对于供热系统来说，两种水阀混合于同一个二次水循环中，由一组二级泵控制，这就给优化控制策略的实施带来了极大的难度。

Datatell团队应用自主核心技术为中石油大厦制定并实施了控制变压差变水温的控制策略。其基本原理是根据连续型水阀的开度、通断型水阀的启停状态、末端水阀的开启率等因素实时计算最优压差设定点，并定期调整水泵转速；同时，根据室外温度、与压差匹配关系、回水温度等因素计算最优供水温度设定，并定期调整市政热水板换开度。

经过近一个月的编程、调试和测试，控制策略于2019年1月10日正式在大厦运行并在接下来的三个月供暖季发挥着重要作用。实现的运行效果主要有以下几个方面：

1. 实现水系统 “大温差、小流量” 运转，深度节能

从典型日的变化规律可以看出，压差设定随供热负荷变化进行自动调整，夜间最高升至63KP（测试期间最冷日到达90KP），下午随供热需求减少压差可降至最低40KP（对应水泵频率下限）。在未做策略优化之前，大厦压差设定保持固定值70KP。

在变压差的同时，匹配最佳供水温度，典型日实现供回水温差达6.5-9ºC。让水系统保持 ”大温差、小流量“ 的运行工况，最大限度节省水泵能耗。以70KP为比较基准进行保守估算（实际设计压差设定为125KP），整个供暖季实现水泵节能21.19%，供热量较去年降低10.89%。

2. 提高室内舒适度

当然，控制策略的优化首要目标并不是节能，而是要满足需求，保证优质的舒适度。优化设定的供水温度较常用设定升高2-3ºC，这样就增加了在末端与空气的换热效率，促使典型过冷房间平均室内温度上升0.2-0.9ºC，提高了住户的舒适度。

3. 降低用户投诉

舒适度的提升也降低了投诉率，投诉对比数据显示，2019年1月10日优化控制策略正式投入使用后，用户各种类型投诉都大幅度降低，从温度、风速、噪音等各方面都有效提升了住户的满意度，整体投诉率降低30%。

4. 实现全自动控制，降低人工投入

中石油大厦以往运维过程主要由人工设定压差和水温，需要根据经验估计并且24小时值守。实现优化控制后，压差和水温设定全部自动完成，并且设定值选取更加科学，大量降低了运维人员时间和精力的投入。

5. 解决具有自身特点的问题

Datatell团队注重运维服务，而服务最重要的体现就是根据客户的自身特点有针对性的解决问题，制定量身定制的解决方案。本项目主要体现在两个方面：

一是系统的复杂性，连续调节水阀和通断型水阀混合于一个水循环中，没有案例可以参照，Datatell基于工艺特点制定了针对复杂系统的一整套控制策略。当然，对于单一型水阀来说，这套方案完全可以拆分应用。

二是回水温度限制，市政要求一次供热回水温度不高于45ºC，Datatell也相应调整了控制策略，增加了对供水温度的限制以保证回水温度严格控制在45ºC以下。

供热季已结束，接下来的供冷季Datatell将迎来更大的挑战：基于冰蓄冷系统的冷冻水系统优化控制，团队将全力以赴完成下一个示范工程。关注Datatell公众号，期待更多精彩！

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