地源热泵机房合同能源管理中的群控系统及其优化研究

1、地源热泵机房合同能源管理中的群控系统及其优化研究当今世界各国，都要思考一个严重的问题一一能源。目前没有合 适的新能源可以完全替代常规能源，为了减轻能源枯竭的影响，必须 发展节能产业，走可持续发展的道路。合同能源管理符合可持续发展 的发展趋势，既实现了节能减排的日标，同时也创造了经济效益。但 是发展合同能源管理产业，仅靠国家推行以好的政策推动还是不够的, 同时要有优秀的节能技术的支持。机房群控系统能够挖掘空调系统的 节能潜力，为智能建筑的合同能源管理产业提供优秀的技术支持。而 随着地源热泵技术的发展，机房群控系统注入了新的活力，节能潜力 更是进一步扩大。本文首先简介了合同能源管理、地源热泵技术及

2、其发展现状。然后简介了当今世界上常见的机房群控技术，并借鉴基于效率 (COP)的机房群控控制逻辑，设计应用于地源热泵系统的机房群控 控制逻辑，并运用模拟退火算法思想，对机房群控控制逻辑进行优化。最后以太原高科技孵化基地项日为案例，对本文所提出的地源热 泵机房群控逻辑进行了验证。同时对案例进行经济分析，证明地源热 泵机房群控系统应用于合同能源管理项日的经济价值。本文的研究工作和成果对采用地源热泵系统的机房群控系统项 日提出了一种解决方案，对应用采用地源热泵系统的机房群控系统的 合同能源管理项目具有一定的借鉴意义。关键词：机房群控，地源热泵，合同能源管理，节能减排，案例研究目录 TOC o 1-5

3、 h z HYPERLINK l bookmark48 o Current Document h 1绪论11.1研究背景11.1.1合同能源管理概述11.1.2地源热泵系统概述1 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document h 1.2文献综述1 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document h 1.3研究目的及意义2 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document h 1.4研究内容及研究方法3 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document h

4、 2机房群控系统概论4 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document h 1机房群控系统的定义4 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document h 2.2机房群控的现状41存在的问题42.2.2应采取的措施：4 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document h 2.3机房群控的意义5 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document h 2.4机房群控系统能耗分析54. 1空调主机的满负荷超余量设计52空调主机的低效运行54. 3水泵的低效运行62

5、.4.4冷却温度的偏离65机房群控系统的常见控制逻辑72. 5. 1回水温度控制法72. 5. 2流量控制法72. 5. 3压差控制法82.5.4与江森、特灵、开利等高阶接口相结合的群控8 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document h 2. 6传统机房群控系统的缺陷82. 6. 1空调主机系统的缺陷-简单的加减机控制逻辑82.6.2冷冻/冷却水泵系统的缺陷-简单的水泵控制逻辑92.6.3冷却塔系统的缺陷-简单的恒温控制逻辑9 HYPERLINK l bookmark113 o Current Document h 3应用地源热泵机组的机房群控系统控制

6、逻辑研究10 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document h 3.1应用地源热泵机组的机房群控系的统软硬件环境设计10 HYPERLINK l bookmark125 o Current Document h 3.2基于效率的空调主机系统控制逻辑11 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document h 3冷冻/冷却水泵优选控制逻辑123. 1冷冻/冷却水泵变频控制逻辑123. 2冷冻/冷却水泵开关台数控制逻辑12 HYPERLINK l bookmark133 o Current Document h 3.4基于模

7、拟退火算法的整体机房群控控制逻辑13 HYPERLINK l bookmark137 o Current Document h 4应用案例15 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document h 4.1山西太原高新技术企业孵化基地项目概况151. 1项目设计目标151.2设计参数151. 3各建筑物负荷构成表164.1.4主要设备配置及参数17 HYPERLINK l bookmark154 o Current Document h 2机房群控系统设计技术要求181冷源系统194. 2. 2系统的硬件配置要求20 HYPERLINK l bookmark1

8、76 o Current Document h 4. 3机房群控系统深化设计214.3.1机房群控系统总点位表设计及系统控制原理图制作214. 3. 2机房群控系统结构及现场群控设备254.3.3机房群控控制箱点表及图纸的设计26 HYPERLINK l bookmark201 o Current Document h 4.4机房群控系统调试394. 4. 1现场点对点调试394. 4. 2 位机调试41 HYPERLINK l bookmark205 o Current Document h 4.5机房群控系统逻辑优化的实现434. 5. 1热泵主机效率控制逻辑的实现444. 5. 2冷冻/

9、冷却水泵优选控制逻辑454.5.3模拟退火算法应用于机房群控系统的实现46 HYPERLINK l bookmark223 o Current Document h 4. 6评价结果48 HYPERLINK l bookmark226 o Current Document h 5结论与展望491结论49 HYPERLINK l bookmark234 o Current Document h 2研究展望49 HYPERLINK l bookmark237 o Current Document h 致谢51 HYPERLINK l bookmark240 o Current Document h

10、 参考文献52 HYPERLINK l bookmark283 o Current Document h 攻读学位期间发表的学术论文日录541绪论1 . 1研究背景1.1.1合同能源管理概述合同能源管理(Energy Management Contract)是一项新型的、面向市场的节能服务， 这种服务方式通过提供能源管理服务的公司来实现。能源管理服务公司与需要节能服务 的企业签订合同，向企业提供技术及设备，企业把使用新技术设备以后产生的经济效益 作为利润支付给能源管理公司，新技术和设备则给企业。通过此种方式达到能源管理公 司与企业双赢目标。6合同能源管理这个概念兴起于1980-1990年的美国

11、。随着其发展，在欧美发达国家 逐渐成长为新型的产业，通过提供合同能源管理服务产生经济效益。合同能源管理在中国的发展，也已经有十几年的历史了。在政府的倡导下，合同能 源管理发展迅速。2000年以后出现了很多以环保节能为业务的新能源公司，其主要业 务就是提供合同能源管理服务。1.1.2地源热泵系统概述地源热泵系统(Round Source Heat Pump )是利用地下水资源冬暖夏凉的特点，通过 水泵和埋在地上地下的水管令水进行地上地下的循环流动，从而把地下所含的冷热量资 源交换到地面作为空调系统的冷热源的一种水泵系统。地源热泵系统具有节约能源，绿 色环保的效果，和普通的空调系统相比，有如下优点

12、：环保：不需使用冷却塔和锅炉即可实现制冷供热，没有废气排放，节能环保；使用寿命长：设备使用寿命通常在20年以上。地源热泵的概念起源于1950年前后的欧洲，当时限于技术成本的原因没有广泛使 用，随着能源枯竭和可持续发展的兴起，地源热泵系统收到世界各国的重视，技术也突 飞猛进。到1980年左右，地源热泵技术已经比较成熟，在美国开始大面积的应用。地源热泵在中国起始于1980年前后，1996年兴起，在北方广泛米用，至今应用范 围基本覆盖了中国所有的省份。日前已知在建的地源热泵项日已经超过550万平方米。 61.2文献综述提起机房群控系统(Room group control system),首先想到的

13、是中央空调系统的 冷热源主机的群控。传统的机房群控系统大多研究的都是中央空调主机系统的群控(也 叫冷冻主机系统的群控)，其实完整的机房群控系统应该包括中央空调主机系统、冷冻/ 冷却水泵系统和冷却塔系统三个子系统。本文所研究的机房群控系统指的是包含三个子 系统的完整的机房群控系统的应用。在传统的机房群控系统中，由于中央空调主机系统占了整个机房群控系统的大部分 能耗，因此设计人员容易忽略冷冻/冷却水泵系统和冷却塔系统的能耗。近年来随着各 主要冷冻主机厂商的努力创新，空调主机的效率大大提高，使冷冻/冷却水泵系统和冷 却塔系统的能耗在整个机房群控系统中占有更大的比例，优化三个子系统之间的控制逻 辑，才

14、能进一步挖掘整个机房群控系统的节能潜力。三个子系统在过去几十年来在整个 机房群控系统中所占能耗比较见图1。9图1机房群控系统中能耗比重对比Fig.l Room group control system energy consumption proportion contrast随着地源热泵技术的发展应用，冷冻/冷却水泵系统和冷却塔系统的能耗在整个机 房群控系统中所占比重更大，优化整体的机房群控系统的控制逻辑显得更加重要。应用 地源热泵机组的机房群控系统中，不需要冷却塔或锅炉，也使机房群控系统更加容易实 现。近年来一体化机房的概念及产品推出，势必会把机房群控的应用提高到一个新的高 度。一体化机房

15、把空调主机、冷冻冷却水泵及冷却塔组装在一个固定空间的房间内，此 房间可拆卸移动，但设备在房间内的的位置都是规划好并固定的。厂商在设备安装前对 产品进行机房群控逻辑调试，进行能耗模拟，一体化机房可以有效的提高设备的运行质 量，保证节能的效果。1.3研究目的及意义本文以应用地源热泵机组的合同能源管理项目为案例，研究机房群控的控制策略, 主要有以下目的：（1）研究机房群控系统的三个子系统-中央空调主机系统、冷冻/冷却水泵系统和 冷却塔系统之间的整体控制逻辑，使人们对冷冻/冷却水泵系统和冷却塔系统的节能控 制引起重视，对研究机房群控系统的整体节能带来一定的启发。（2）探讨应用地源热泵机组的机房群控逻辑

16、如何实现，使地源热泵这种新技术和 传统机房群控系统融合在一起，能更好的推广应用。（3）探讨机房群控系统应用于合同能源管理项目的运作方式，收集机房群控系统 案例的数据，供以后新项目指导使用。以上研究的意义归根结底是为了挖掘智能化建筑中空调系统的节能潜力，这样才能 使合同能源管理有更好的节能技术，使节能公司和客户都能够获得经济效益，最终达到 双赢的最终目标。1.4研究内容及研究方法理论研究。主要阐述论文研究的目的与方法，分析地源热泵系统应用于机房 群控系统与常规机房群控系统的差别,以此为出发点研究如何使机房群控系统设计适合 地源热泵系统，使论文具有一定的应用价值。控制逻辑研究。通过借鉴世界上各种成

17、熟的机房群控系统的控制逻辑，构建 基于江森Metasys系统的机房群控系统控制逻辑。案例研究。以太原高科技孵化中心机房群控系统项目为案例，用项目现场实 施过程中采集的的数据，对本文所提出的机房群控系统的控制逻辑进行验证，分析其实 用价值。围绕上述本课题的研究目的，本课题的主要研究方法为：项目参观等调研方法。在有关机房群控的研究过程中，我们参观了大冲科技 公司的温州中心医院项目，从而获得项目上的第一手资料，保证论文研究的准确性和时 效性。实证研究。我公司有部分项目已经在用合同能源管理的方式实行，在考察这 些项日的基础上，总结其经验和教训，来保证本论文研究的实用性。2机房群控系统概论1机房群控系统

18、的定义机房群控系统(Room group control system)指的是空调系统主机及其相关的冷 冻/冷却水泵、冷却塔等设备的分散控制，集中管理。通常机房群控系统通过楼宇自控 系统的DDC (现场控制器)来收集空调系统主机、冷冻/冷却水泵、冷却塔的设备参数， 在楼宇自控系统的上位机上编写机房群控控制逻辑，优化空调系统主机、冷冻/冷却水 泵及冷却塔三个子系统之间的运行状况。机房群控系统通常包含三个子系统：空调主机系统、冷冻/冷却水泵系统、冷却塔 系统。三个子系统各自有独立的控制逻辑，系统运行时会出现一个子系统运行在低耗能 状态时，其他子系统耗能较高的情况。机房群控控制策略正是要寻找各子系统

19、运行的平 衡点，使三个子系统能运行在一个合适的工况，使整体机房群控系统工作状态打到最优。把机房群控中的空调主机设备用地源热泵机组代替，这样的机房群控系统就成为了 地源热泵机房群控系统。2. 2机房群控的现状我国近几年来新建的星级酒店、高级写字楼、商场等建筑都设计了中央空调系统。 这些中央空调系统都有机房群控系统，但大多机房群控系统都只有对空调主机系统的群 控控制逻辑，极少数机房群控系统会对三个子系统整体进行优化控制的。空调系统的能 耗能占到系统总消耗的50-70 %，如果空调系统也能够采取整体机房群控系统的优化 控制，将能挖掘出更大的节能潜力。72. 2. 1存在的问题现在大部分智能建筑都有中

20、央空调系统，这些中央空调系统的机房群控系统节能效 果不理想，根据曾经参与的项目调查，发现问题主要有3个：对冷冻/冷却水泵和冷却塔的节能不够重视。传统机房群控冷冻/冷却水泵、冷 却塔的耗能仅占中央空调系统能耗的30%左右，导致一些用户认为这一部分损耗比较 少，可以忽略。物业或者工程部的机房群控系统操作员缺乏专业知识。许多操作人员没有专 业的暖通空调知识，一旦机房群控控制逻辑出现问题时无法解决，造成机房群控系统无 法正常运行，增加耗能。用户认为机房群控系统不可靠，即使项目设计安装了机房群控系统，用户也 只是用来监测系统运行状态，不敢完全使机房群控系统自动运行。2. 2. 2应采取的措施:针对上面提

21、出的问题，应当重视冷冻/冷却水泵和冷却塔系统的节能问题，进一步 挖掘空调主机系统的节能潜力，。客户放也应该对机房群控系统操作人员进行专业培训，使操作人员能够合理正确的 操作机房群控系统，保证系统的稳定运行。在机房群控系统设计阶段，寻找稳定的机房群控系统，现场传感器安装调试要做到 精确可靠，提高机房群控系统的实际使用价值。2. 3机房群控的意义机房群控系统最重要的意义就在于节能。通过机房群控系统，现场的设备能够根据 系统负荷的大小，开启相应数量的设备，调节变频器的转速，减少设备的能耗，也节省 了运行的费用。应用机房群控系统还能够通过记录设备运行时间，自动轮换启停当前设备与备用设 备，有助于延长机

22、组寿命。4机房群控系统能耗分析研究机房群控系统的节能，首先要了解整个系统的能源消耗状况。2. 4. 1空调主机的满负荷超余量设计空调主机在设计选型时，设计师为了使设备的负荷能够满足最不利工况的条件，通 常会增加15%-20%的设计余量。结果导致空调主机运行时达不到设计负荷，无法发挥 机组效率。如表1所示。表1空调主机年运行时间和负荷关系表负荷率(%)7510050 7525 5025运行时长百分率(%)105030102.4.2空调主机的低效运行空调主机在运行时根据负荷的不同，效率也相差很远，表2为某品牌空调主机的性 能参数表。表2某品牌离心机组性能参数表负荷率制冷量耗电量cop1006504

23、295.33905853555.7980520296641续表2603902136.44503251826.28402601585.78301951345.12201301094.21085933.21根据表2数据可以看出。空调主机的高效区间集中在60%-80%区间，使空调主机 在运行过程中保持在高效区间运行，是机房群控系统的减少能耗的关键。3水泵的低效运行水泵运行也有运行效率问题。备品牌水泵的性能迥异。例如某品牌水泵性能曲线图, 如图2所示。8图2水泵性能曲线图Fig.2 Pump Performance Curve根据图2,此品牌的水泵的性能曲线表明，其运行效率最

24、高点不在满负荷状态，而 是在水泵的部分负荷区。所以当运行效率不高时，会增加能耗。2.4.4冷却温度的偏离EnergyPLus软件模拟的空调主机性能曲线可以较方便说明冷却水温度和空调主机 制冷量的关系：(2-1)(2 2)Qo = q + b(T ) + c(T1)2+6/(T2) + e(T2y + 了 (Tg)1=。+叫+也）2+牧2）+皿）2+“网）ww以上公式引自式中：Q.0制冷主机的最大制冷量Ti冷冻水出水温度T2冷却水出水温度w制冷主机功耗a、b、c、d、e、f拟合系数从以上公式可以看出，空调主机能耗和冷冻水、冷却水温度都有关系，空调主机在 一定的负荷及一定的室外温湿度情况下，冷却水

25、温度的变化会直接影响到空调主机的功 耗。综上所述，机房群控系统运行能耗浪费现象主要体现在空调主机控制、冷冻/冷却 水泵的控制和冷却水温度控制这三个方面，这三个方面恰好涵盖了整个机房群控系统的 所有设备空调主机、冷冻/冷却水泵、冷却塔。各个子系统均有其独立的控制逻辑， 这决定了机房群控系统不能仅仅靠各子系统的简单的局部控制逻辑，达到整体系统的节 能的效果。2.5机房群控系统的常见控制逻辑机房群控系统分为三个子系统-空调主机系统、冷冻/冷却水泵系统和冷却塔系统。 三个子系统之间虽然有联系，但控制上是相对独立的。国内和国外对机房群控系统都有 很多研究，但主要是研究空调主机系统的控制逻辑，较少研究三个

26、子系统之间的整体控 制逻辑。空调主机系统的控制逻辑比较复杂，常见的控制逻辑有以下几种。1回水温度控制法回水温度控制法的原理:监测空调系统中冷冻水总管的回水温度，比较需求温度设 定值和回水温度的实际值，判断需要开启的空调主机的台数。根据以往项目经验，我认为回水温度控制法有以下优缺点：温度传感器设备简单，使用方便，成本低；温度传感器通常使用电阻作为传感元件，测量精度有限；当温差较小时候，对调节影响较大。2流量控制法流量控制法控制的原理：监测空调系统中冷冻水总管的出水流量，比较空调主机的 额定流量与冷冻水总管出水流量的值，判断需要开启的空调主机的台数。根据以往项目经验，我认为流量控制法有以下优缺点：

27、流量传感器的测量精度受安装技术和现场安装条件影响，不够精确；流量可直接反应空调主机的负载情况，可保持空调主机运行在高效区间；流量只有在供回水温度恒定的情况下，才能反应现场设备的冷热负荷，但实际 运行中供回水温度经常根据需求调节，使流量无法正确反应负荷的变化，从而不适合作 为控制参数；流量传感器价格昂贵，常用的电磁型插入式流量计，即使国产的价位也在 7000-8000 人民币。3压差控制法压差控制法的原理:监测空调系统供回水总管上的压力传感器，计算其压差值，比 较需求压差的设定值和供回水总管上的压差传感器计算出的压差值，当供水侧压力大于 回水侧，说明空调主机负荷大于现场需求负载，应减减少空调主机

28、，反之则应增加冷冻 主机。根据以往项目经验，我认为压差控制法有以下优缺点：压力传感器测量范围较大，通常是1000KPA以上，取值区间较大，且安装工 艺复杂，通常需要接驳铜管和截止阀，容易产生误差；压差传感器测量住的压差值无法量化的反应现场的负荷变化，仅能判断负荷是 否足够，无法判断冷冻机是否需要开关；根据压差传感器的监测，可以控制集水器和分水器之间旁通管上的电动调节阀， 回收利用负载侧冷量，起到节能作用。2.5.4与江森、特灵、开利等高阶接口相结合的群控世界上有影响的冷冻空调制造商都有自我研发的一套控制系统，此控制系统可以通 过第三方的高阶接口接入到机房群控系统中，在机房群控系统中可以直接监控

29、空调主机 的运行状态，配合现场的传感器来判断需要开启的空调主机的台数。根据以往项目经验，我认为空调主机高级接口有以下优缺点：利用iWj阶接口可降低机房群控系统的初投资，有效地减少系统延迟，提iWj机房 群控系统的效率。空调制造商的控制系统可能会和机房群控系统的平台有兼容性问题，导致数据 传输延迟，影响调节效果；考虑后期维保的影响，空调制造商不愿意开放其控制系统的数据接口，使机房 群控系统无法集成高阶接口。6传统机房群控系统的缺陷传统的机房群控系统最大的弊端在于没有整合三个子系统之间的整体控制策略。各 子系统独立运行，会出现一个子系统能耗降低，另一个子系统能耗升高的矛盾状况。对于各子系统，也有一

30、些常见的问题。2. 6. 1空调主机系统的缺陷-简单的加减机控制逻辑传统的空调主机系统所使用的控制逻辑通常都是简单的加减机操作。如在2.5节中 介绍的几种控制方法，大部分的控制方法都只是简单的判断空调主机系统是否需要增加 或减少，没有考虑空调主机的运行效率高低。即使较成熟的流量/热量控制法和压差/流 量控制法，虽然通过温度/流量传感器对空调主机的能耗进行了监控计算，但由于现场 传感器的精度和实时性问题，对空调主机的调节会有误差和滞后性。2. 6. 2冷冻/冷却水泵系统的缺陷-简单的水泵控制逻辑简单的水泵的控制方式，存在的缺陷体现在两方面：设备的使用没有计划，过度的使用导致设备寿命缩短，增加维护

31、费用。例如有的 项目为了节约成本，会采用一台水泵变频，其它水泵工频运行的模式，如此会导致变频 水泵长期运转，设备寿命缩短，其它水泵闲置浪费的状况发生。为了节约成本，在很多项目中的冷却水泵不配置变频器，而是根据冷冻主机的 开启数量对应开启固定数量，在冷冻主机运行在低能耗的状况下时，冷却水泵无法根据 系统负荷进行节能控制。2. 6. 3冷却塔系统的缺陷-简单的恒温控制逻辑在传统的冷却塔系统的控制中，采用的是设定一个恒定的冷却水回水温度，调节冷 却塔风扇的运行数量。由于空调主机系统根据现场的负载状况而进行运行的调节，恒定 温度的的冷却水回水会降低空调主机的效率，使空调主机系统能耗提高。如何提高机房群

32、控系统各子系统的局部效率，优化个子系统之间的控制逻辑，提高 机房群控系统的整体效率,挖掘更大的节能潜力，是未来机房群控系统研究的主要问题。3应用地源热泵机组的机房群控系统控制逻辑研究传统机房群控系统所使用的空调主机大多是冷水机组，有的项目也有使用风冷热泵 机组，但使用地源热泵机组的机房群控项目并不多。本文以应用地源热泵机组的机房群控系统作为研究对象，在传统的机房群控系统的 基础上，针对传统的机房群控系统的弊端，对应用地源热泵机组的机房群控系统的控制 逻辑进行优化设计。1应用地源热泵机组的机房群控系的统软硬件环境设计2.6节提出的机房群控系统的弊端，都是针对传统机房群控系统而言的。对于应用 地源

33、热泵机组的机房群控系统，在现场硬件设备的配置上会有所改变，在硬件上有以下 明显改变：空调主机采用地源热泵机组，如此可相比传统空调主机节能30%-40%；由于采用地源热泵机组，系统中没有冷却塔，不用考虑冷却塔系统的控制；地源热泵机组均设计提供高阶接口，使机房群控系统能够实时监测主机的运行 状态；在所有的冷冻/冷却水泵上配置变频器，使冷冻/冷却水泵可以实现变频控制， 同时具备优化泵组运行的条件；选用江森品牌的高精度现场传感器，严格按照产品规格说明书进行安装，尽量 减小现场传感器的误差。基于对合同能源管理模式应用的考虑，在各台地源热泵主机、冷冻/冷却水泵上装 设智能电表，以此来监控机房群控系统中各设

34、备的能耗状况。按此设计，前期硬件投入成本较传统机房群控系统有所提高，但可以提高机房群控 系统的节能效果，在后期节能收益保证的前提下，前期投入还是值得的。机房群控系统的控制逻辑的实现，还需要有优秀的智能控制系统来作为软件支持。 本文所进行的机房群控控制逻辑研究以北京江森自控公司的楼宇自控系统平台 Metasys ADS作为软件平台。此款软件具有逻辑编程功能，可以实现复杂的机房群控逻 辑编写。软件界面如图3所示。图3江森自控Metasys系统界面Fig.3 Johnson Controls Metasys System Interface在以上硬件和软件的支持下，针对2.6节提出的几点传统机房群控

35、系统的弊端，采 用以下三种控制逻辑来优化各子系统的控制逻辑。3.2基于效率的空调主机系统控制逻辑根据2.6.1节中提出的空调主机系统的弊端，本文所研究项目专门设计了地源热泵 机组的高级接口。地源热泵主机通过高阶接口与Metasys系统交换数据，可实时监测空 调主机的功耗。通过现场传感器的测量结果进行计算现场需求负荷，比较高阶接口监测 的机组运行负荷，对运行效率进行判断,确保地源热泵主机在任何现场需求负荷条件下, 都能运行在能耗60%-80%的高效区间。基于效率的空调主机系统控制逻辑对比传统的空调主机系统控制逻辑的最大不同 点，在于能通过高阶接口对空调主机进行实时监测，能符合实际的判断是需要增加

36、还是 减少空调主机的数量。基于效率的空调主机系统控制逻辑算法实现：控制逻辑首先分析空调主机的运行负载，此过程通过空调主机与metasys系统之间 的高阶接口收集数据，一般根据空调主机的耗电功率百分比来进行判断，当空调主机功 率在6080%之间时为优。8然后根据冷冻水供/回水主管上的温度传感器和流量传感器的值来计算实际负荷， 以此作为需求负荷，以需求负荷为标准，根据空调主机的额定负荷来判断空调主机是需要增加还是减少开启台数。 冷负荷计算公式：Load = (Tr - Ts) * FL * 1.19(3 -1)流量计算公式：FL = 340 xFLSxR2(3-2)以上公式引自公式中字母含义如表3

37、所列。表3计算公式字母释义参数暮义单位Load建筑物冷负荷TonTr冷:东水回水温度Deg CTs冷冻水供水温度Deg CFLS冷冻水流速m/sFL冷冻水流里UsR冷冻水管半径m空调主机开启台数判定逻辑如图4所示。负载管理LOAD MANAGEMENT基于冷冻秘度Chilled WaterTemp. Base主管展板温度Main Supply Temp主盲回水温度Main Re Temp基于系统负载System Loads Base 基于睥负载ChillerLoad Base主管供深温度Main Supply Temp主管回术温度Main Return Temp孑【流量Water Flow r

38、ate嘉生管供水温度Main Supply Temp实际负载1_人Actual Load %FLA负载能欢Load Efficiency动冷冻机组数量和组合to Determinenos. of duty Chiller & Combination图4空调主机加减机判定逻辑图Fig.4 Air-conditioning Host Adding Machine Decision Logic Diagram3冷冻/冷却水泵优选控制逻辑根据2.6.2节中提出的冷冻/冷却水泵系统的弊端，本文所研究项目的冷冻/冷却水泵 均配置有变频器，都可以进行变频节能控制。同时为了提高水泵的使用寿命，对水泵开 关台数

39、控制逻辑进行优化。3. 1冷冻/冷却水泵变频控制逻辑根据冷冻/冷却水供回水压差对冷冻/冷却水泵进行变频控制。通常一个项目会有数 台水泵，按冷冻，冷却水泵分为两组，每组水泵用同一个逻辑进行控制。当冷冻/冷却 水压差小于压差设定值时，变频提高，反之变频减小。3.3.2冷冻/冷却水泵开关台数控制逻辑对两组水泵分别设置时间表，使每台水泵轮换开启，避免长时间开启一台水泵。 对系统中每台冷冻/冷却水泵的运行状态进行趋势记录，累计每台水泵的运行时长。 每次水泵开启时，根据运行累计时间，选择运行时间最短的一台水泵开启，同时对水泵 故障点进行监测，如果水泵有故障报警，则自动切换其它备用泵中运行累计时间最短的 一

40、台水泵。此控制逻辑通过江森Metasys软件平台实现，本文重点研究控制逻辑的原理，不详 细介绍Metasys软件，在第4章中通过案例介绍具体的实现方式。4基于模拟退火算法的整体机房群控控制逻辑在对以上各子系统的控制逻辑进行局部优化后，再来考虑对整体的机房群控控制策 略进行优化。由第2章的介绍可知，机房群控系统中的三个子系统各自拥有独立的控制逻辑，各 子系统之间的关系并非简单的线性关系，无法用简单的控制逻辑实现优化。本文在研究大量机房群控项目的经验上，借鉴人工智能算法的模拟退火算法的原理, 对机房群控系统的整体控制逻辑进行优化。机房群控系统是根据各子系统的设定参数来运行控制逻辑，能够使整个机房群

41、控系 统运行在整体能耗最低的一组设定值即为最优解。应用模拟退火算法寻找最优解的过程 即是本文所提出的整体机房群控优化控制逻辑。主要设定参数包括冷冻水出水温度、冷却水回水温度等参数，在此用T表示。各 子系统在此设定参数下运行，整体系统的能耗用S表示。当给定一个初始设定参数To,会产生一个机房群控系统的整体能耗状态So。在一段 时间t后，根据现场传感器的实时反馈，更新设定参数，产生Ti,会产生一个新的机房 群控系统的整体能耗状态Si,循环此过程k次，最终找到Min(Sk),此时的设定参数Tk 即为当前系统最优解。如图5所示流程图。图5模拟退火算法一般流程图Fig 5 Simulated Annea

42、ling Algorithm Flow Chart按模拟退火算法的原理，需要有解区间，才能在给定初始设定参数的情况下寻 找到最优解,故此方法需要庞大的数据支持方可实现。机房群控系统的项目通常由于现 场的条件、施工技术条件、项目所在地的天气等诸多因素，即使相同型号的设备在不同 的项目上，同样会出现设定参数相同，能耗状态不同的情况。因此为建立解区间，在机 房群控系统项目应用中，需要在调试阶段收集设定值参数的数据，建立专门的数据库作 为解区间，这样在正常实用阶段才能根据模拟退火算法自动调节系统参数，最终实现整 体机房群控系统控制逻辑的优化。综上所述，在使用地源热泵系统的机房群控项目中，以基于效率的空

43、调主机系统控 制逻辑对空调主机子系统进行优化控制；以冷冻/冷却水温度自动重设对水泵系统进行 优化，最终通过基于模拟退火算法的整体机房群控控制策略对整个机房群控系统进行全 面优化。4应用案例为检验本文所研究的应用地源热泵系统的机房群控系统控制逻辑是否科学合理，本 文选取山西太原高新技术企业孵化基地的机房群控项目作为案例来验证该体系的科学 性和可行性。4.1山西太原高新技术企业孵化基地项目概况高新技术企业孵化基地建筑群均为公共建筑，总建筑面积354219m2o其中1#、2#楼采用地源 热泵系统，总建筑规模为98400m2(l#楼为高新技术企业研发中心及综合办公区，建筑面积87202m2； 2#楼为

44、高新技术企业成果展厅，建筑面积11198m2o)经计算分析，该项目采用传统采暖空调方式总投资约为1438.4万元，年运行费用 约为451.6万元；地源热泵系统约为2133万元，年运行费用约为265.9万元。本项目采用合同能源管理模式运作，由山西立鑫再生能源开发有限公司自筹资金投 资建设。4.1.1项目设计目标本着节能减排，绿色环保的目标，业方单位与我方经多次调研、测试及试验、专家 论证等过程，最终决定本项目1#、2#楼采用合同能源管理模式，利用土壤源热泵系统 为建筑物提供冷热源，总应用面积为98400m2,将该项目建设成为可再生能源建筑应用 示范推广项目。为太原市及其类似地区公共建筑浅层地热综

45、合有效利用提供科学依据, 提高太原市中地热利用水平，减少对环境的污染。1.2设计参数室外空气设计参数：大气压力：冬季P=930.2hPa；夏季P=917.1hPa。室外十球温度：冬季t=-14C；夏季t=31.3Co夏季室外计算湿球温度：t=24C o 冬季室外计算相对湿度：51%。室内设计参数：办公区：夏季t=262C；冬季t=18-20Co商业区：夏季t=262C；冬季t=18-20Co 展厅：夏季 t=262C；冬季 t=18-20Co 夏季室外计算湿球温度：t=25C o 冬季室外计算相对湿度：55%。负荷统计按建筑面积进行计算，计算结果如表4所列。表4负荷统计表序号楼号建筑面积m2单

46、位热负荷 w/m2总热负荷kw单位负荷w/m2总冷负荷kw1一号楼872027613/68502二号楼111981291/118380%总负荷712364274.1.3各建筑物负荷构成表（1）一号楼冷负荷计算分类汇总结果如表5所列。表5 一号楼冷负荷计算分类汇总表序号负荷分类单位负荷1外围结构kw1565.5322新风负荷kw1272.883照明负荷kw986.044人员负荷kw2078.2135设备负荷kw949.129合计Kw6851.794（2） 一号楼热负荷计算分类汇总结果如表6所列。表6 一号】娄热负荷计算分类汇总表序号负荷分类单位负荷1外围结构Kw1315.4682新风负荷Kw77

47、90.2653辐射得热Kw-5434设备发热量Kw-949合计Kw7613.733（3）二号楼冷负荷计算分类汇总如表7所列。表7二号楼冷负荷计算分类汇总表序号负荷分类单位负荷1外围结构kw499.8052新风负荷kw167.313照明负荷kw198.3154人员负荷kw218.4715设备负荷kw99.9合计Kw1183.801（4）二号楼热负荷计算分类汇总如表8所列。表8二号楼热负荷计算分类汇总表序号负荷分类单位负荷1外围结构Kw558.1512新风负荷Kw1024.7733辐射得热Kw-1254照明热量Kw-665设备发热量Kw-99.9合计Kw1292.024说明：1、在计算热负荷时，人

48、员发热量作为安全因素，不扣减其发热量2、由于楼层低，渗透新风负荷低，计算热负荷时，扣减照明得热量。 经中国电子工程设计院及我单位技术人员共同计算，估算1#、2#楼总冷负荷为 7123kw/h，总热负荷为 6427kw/ho4.1.4主要设备配置及参数根据以上的负荷设计要求，统计出本项目需要用到的设备极其参数。本项目涉及到的主要设备如表9所列。表9主要设备清单序号设备名称单位数量备注1离心式热泵机组台22螺杆式热泵机组台13地源侧水泵台4三用一备4负载侧水泵台4三用一备5稳压装置套26流量计套27电动旁通阀套18通风机台19污水泵台210热源塔台611净化水装置套1热泵机组及水泵为主要设备，选型

49、参数见表10、表11,其他设备参数比较简单, 在此不再赘述。地源热泵主机选型参数如表10所列。表10地源热泵主机选型参数表制冷量(kW)制热量(kW)源水侧水量(m3/h)负载侧水量(m3/h)制冷功率(kW)制热功率(kW)外型尺寸(mm)281331516805305355845242*2435*30447697931651401471764094*2435*3076注：制冷工况，源水进出水温为30/35C,负载侧进出水温度为12/7C；制热工况, 源水进水温度9C,用户侧进出水温为45/40Co空调及地源侧水泵的选配的技术参数如表11所列。表11水泵选型参数表设备名称区域参数端吸直联泵用

50、户侧水泵水量 140mA3/h,扬程 15m, NB125-250/269, 30kw端吸直联泵用户侧水泵水量 530mA3/h,扬程 15m, NB 125-315/330, 75kw端吸直联泵源水侧水泵水量 680mA3/h,扬程 33m, NB 150-500/495, 90kw端吸直联泵源水侧水泵水量 165mA3/h,扬程 33m, NB 125-315/330, 37KW2机房群控系统设计技术要求根据4.1中介绍的项目情况，我司和业主沟通，对机房群控系统进行了详细的系统 设计。此系统设计遵循但不仅限于以下标准和规范：智能建筑设计标准GB/T503142006安全防范工程技术规范GB

51、503482004电子计算机房设计规范(68501742008)建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范(GB / T503112007)建筑设计防火规范(GBJ162006)建筑物防雷设计规范(GBJ500572011)本项目机房群控系统通过监测机房内设备的运行状况、故障状态等反馈参数，对设 备进行远程控制，通过编写群控逻辑，实现对现场设备的自动管理，使各设备运行在较 高能效状态，最终起到节能的作用。其设计目标包括如下几个：控制机房内温湿度环境；通过对现场设备的监控，保证设备的设计要求并满足机房的需求；编写稳定的、高效的群控逻辑，对现场设备节能控制；与第三方的子系统进行联动，比如消防和监控等系统

52、；根据以上设计目标，本项目机房群控系统将包括整个机房内的所有设备的控制，包 括中央空调系统、冷冻/冷却水泵系统、冷却塔系统、机房排风机和补水箱系统。备系统应满足各专业设计的控制要求，本招标文件要求若与设计要求有矛盾，无特 殊说明均应以设计要求为准。系统应包括所有与机房群控系统直接相连接并纳入群控系 统的设备。总体技术要求：先进性：机房群控系统应当采用先进的技术品牌，并且能够进行版本升级。实用性/可靠性：机房群控系统设备应当经久耐用，可以满足机房恶劣环境的 使用需求，所使用产品应当有良好的业绩，。开放型/兼容性：机房群控系统软件应当采用国际标准通信协议(例如BACNET. MS/TP),具有同第

53、三方子系统对接的扩展接口，例如热泵机组、消防系统等等。便利性：机房群控系统使用界而应当简单明了，能够在三层界面以内到达操 作设备界面，并能提供直观的图形化显示界面。以下按各个子系统提出详细的技术要求。4. 2. 1冷源系统热泵机组同时以无源干接点提供机组运行状态、故障状态、启停控制等信 号。其他设备由DDC完成。机房控制室设一个监控中央站，负责该机房及相关设备的控制。本项目只 包括机房内设备，但应考虑到与其它系统的通讯、并联、备用等问题，按招标文件所要 求的协议和标准提供充分的通讯接口、设备扩充、软件升级等条件。主要控制要求：热泵机组的群控，水泵的变频控制，冷却塔的监测与启停 控制，供回水总管

54、的流量、压差、温度参数显示，机组水泵的能耗统计等。热泵机组的连锁控制：系统分正常供冷暖状态、值班供冷暖状态，可手动或根据运行工况自动切换，可实 现主机周期运行控制。负载侧水泵，地源侧水泵，地源侧电动阀，热泵机组负载侧及地源侧电动阀、冷却 塔风机、水处理器等设备应与热泵机组实现联动。集中机房监控盘可进行热泵机组、负 载侧水泵，地源侧水泵，水管路阀门、稳压装置的个别指令启停。可根据预先设定的时间表，定时启停系统。启动程序：负载侧水泵一负载侧回路电 动蝶阀一地源侧水泵-地源侧分区回水阀一热泵主机上地源侧回路电动蝶阀一热源塔系 统一水流开关一水处理设备一热泵机组。停机程序则相反。系统能通过与楼层空调机

55、房现场控制器通讯，计算空调冷负荷实际负荷，根据系统 冷负荷、平衡管盈余水量、主机效率曲线和水泵功率等综合因素，自动计算热泵机组应 当启动的数量。可对每台机组运行的时间进行累计，并根据累计值适当调整机组运行的 时间。当机组出现意外情况时，可自动切换备用机组启动，并且能够报警提示故障。通过通讯接口对热泵机组控制器内所有参数如冷热水、冷却水温度、压差，蒸发器、 冷凝器温度、压力等机组安全、高效运行所必需监测与控制的参数进行监控；监控冷冻 水系统流量，平衡管流量，监控水流开关信号，水过滤器压差报警，电动蝶阀的阀位状 态，室外温、湿度等，并根据这些信号进行必要的主机操作。在主机有故障或危险时进 行操作提

56、示、声光报警，如在合理的时间与条件下，问题仍未得到解决，应主动停机或 自动采取相应的安金措施。其它设备控制要求：对负载侧水泵、地源侧水泵的启停控制逻辑与热泵机组的要求一样。水泵启动后首 先检测水流开关状态，状态为关时不启动水泵。地源侧水泵、负载侧水泵、水处理器的 工作、故障报警、手/自动状态、启停自动调节控制。冷却塔系统控制：根据室外气温 温度，冬季进行地埋侧、热源塔运行的切换，根据水温按程序控制热源塔的台数、或地 埋分区切换，实现各热泵机组所需运行，以控制冷却水温。负载侧水泵设一次泵变频控 制逻辑。监测稳压装置的启停、故障和运行。冷热源系统监控站硬件设备要求：设于地下二层主机房控制室内，主机

57、配置应不低于中央控制中心工作站的要求。打 印机选用惠普24K针式打印机。不间断电源要求在断电状态下能够支持监控站工作15 分钟以上。(7 )冷热源系统监控站软件要求对监控设备实时监测其运行工作状态和报警情况，并结合相应的环境条件或其他条 件综合判断设备的启停或开关机制，在出现故障等情况发生时，能及时，明显的进行报 警操作，提醒工作人员应对。系统软件必须能够全面提供简体中文操作的图形化界面，显示各监控设备的实时状 态与参数，并设定不同级别的操作、管理、控制权限。系统具有自诊断功能，对系统和 设备的故障进行分类，并给出报警，系统维护人员根据报警能迅速查到故障的部位类型, 迅速对故障进行排除。能够记

58、录故障发生的时间和位置，并有简单的故障描述，能对设备的运行情况和时 间进行记录，记录保存的数据能与Microsoft Excel相集成。负载侧供回水温度、热水供水温度、地源侧系统供回水温度、二次水泵压差的再设 定。输出冷却水量需求量百分比信号。系统数据库开放式联结，支持使用DB2, Oracle, Sybase, SQLServer, Access等 数据库，可根据用户的需求进行灵活配置。系统遵循开放性原则，支持OPC技术，便于与其他第三方系统或BMS高级管理平台 实现数据共享。采用服务器/浏览器(Server/Browser),基于Web的系统架构，任何支持web标准 的(包括Interne

59、t Explore或Netscape Navigator)设备都可以成为一个全功能的 操作接口。冷热源自控系统采用OPC标准通信协议与BMS实现系统界而互联，BMS对冷热源 自控系统只监不控。投标人应免费提供的控制软件、完成调试后的完整数据备份，以便在任何意外出现 软件故障时可以自行恢复设备的控制系统。4. 2. 2系统的硬件配置要求本机房群控系统所用到的设备应为知名品牌，限以下品牌(江森，西门子，霍尼 韦尔)。系统中用到的上位机、现场控制器及现场传感器等设备，应当为同一品牌产品 或兼容性完全无问题的第三方设备。本机房群控系统的硬件应包括以下内容：中央控制服务器中央控制服务器是机房群控系统的核

60、心，主要的数据处理均在此处完成。中央控 制服务器的主体为一台服务器电脑，本项目限使用以下品牌服务器:戴尔，IBM,惠普。 中央控制服务器应配备较高的CPU和内存，同时应当配置有独立显卡，可进行一定的 图像处理工作。服务器所预装系统应为正版WINDOWS?企业版或旗舰版，并安装有我 Microsoft Word、Microsoft Excel等常用办公软件。配置大容量硬盘用以保存历史 数据。服务器应配备有打印机用以打印报警记录或其他数据。同时服务器应配置有不 间断电源用以保证服务器稳定工作。网络控制器网络控制器用以收集现场控制器的数据，进行处理后提供给中央控制服务器反映 给用户。现场的控制逻辑和