前言

在現代建筑中，中央空調為人們營造了舒適的室內環境，但其能耗問題也日益凸顯，成為建筑能耗的重要組成部分。深入了解中央空調的能耗能效現狀，對于推動節能降耗、實現可持續發展具有重要意義。

2021.12《“十四五”節能減排綜合工作方案》

2022.02《關于2022年公共機構能源資源節約和生態環境保護工作安排的通知》

2024.01《重點用能產品設備能效先進水平、節能水平和準入水平(2024年版)》

2024.11《關于印發推動工業領域設備更新實施方案的通知》

一. 能耗現狀

1.1 能源管理結構不清：眾多場所的中央空調系統普遍存在能量計量點位不完善的問題。在大型商業綜合體中，樓層繁多、區域功能復雜，精確統計各區域能耗困難，導致能源管理責任難以明確，制約了針對性節能措施的實施。

1.2 缺乏系統運行感知：中央空調系統電耗居高不下，但部分老舊建筑的中央空調缺乏有效的監控手段，無法實時監測運行狀態及細分電耗數據。管理人員難以深入分析運行能效，高耗能問題也難以及時察覺與解決。

1.3 末端風設備缺乏集中監控：在大型酒店、學校等場所，末端空調設備數量龐大且分布廣泛，缺乏集中管理，使用隨意性大，能源浪費現象頻發。如服務員可能忘記關閉退房客房的空調，教室無人時空調仍運行。

1.4 依賴人工操作：許多中央空調系統依賴人工操作，對操作員要求較高，既需豐富經驗，又要有強烈責任心。在小型工廠中，操作員常憑經驗調節空調參數，難以根據實際負荷精準調整，責任心不足或操作失誤易導致能源浪費。

1.5 存在浪費現象：中央空調系統設計時，電機容量會根據建筑熱負荷計算并預留余量。但實際運行中，熱負荷隨季節交替和溫差變化波動，冷凍水泵、冷卻塔風機和主機等設備無法及時調整功率，導致系統效率低下，造成能源浪費。

用戶改善的目標主要分為三方面：完善的監控系統； 提升系統管控水平； 提升整體運行能效

三. 解決方案

3.1 首先根據企業管理特點架構能源三級計量

3.2 然后根據企業管理架構建設三級計量，接入成品產量/中間產品產量數據核算各級單耗數據，即能源利用效率；對于動力設備，核算制冷系統能效比，水泵效率等等能源轉換效率。

3.3 整體架構

企業能源計量按照直接生產用能、輔助生產用能和附屬生產用能劃分；

• 直接生產用能-生產部負責

• 輔助生產用能-設備部/動力部負責

• 附屬生產用能-后勤部門/各內勤部門負責

3.4. 制冷原理

中央空調系統一般主要由制冷壓縮機、冷凍循環水設備、冷卻循環水設備、末端風機設備、冷卻塔風機設備等組成。主要通過五大循環，即水泵、風機等動力設備形成一個能量的搬運系統，把目標區域的能量搬運至室外。

3.5 節能空間

在中央空調系統設計時，制冷壓縮機、冷凍循環水設備、冷卻循環水設備、末端風機設備、冷卻塔風機設備的電機容量是根據建筑物的最大設計熱負荷選定的，都留有一定設計余量。由于四季氣候變化及晝夜溫差變化，造成目標區域的熱負荷總是不斷變化。但冷凍冷卻水泵、冷塔風機、主機運行等卻不能根據熱負荷變化調整輸出電功率，造成系統低效運行。

四. 中央空調系統整體解決方案

• 中央空調系統 ： 包含冷熱源與末端送風設備整體能效監控

• 多聯機設備： 遠程監控，電費合理分解

• 分體空調設備： 遠程監控，避免浪費

4.1 中央空調系統結構

• 通過AI能效監控箱與樓層監控箱整體監控冷熱源水系統與末端風系統運行狀況

• 末端與冷熱源聯動優化整體能效水平。

• 通過對天氣、建筑以及集中式空調系統負荷進行預測，將有助于超前實現對系統運行的干預，指導用戶合理開關機，并對冷機進行群控及優化，實現系統經濟運行。

4.2 中央空調系統能效

中央空調系統能效頁面：

能效點位要求：

4.3 風機盤管組網結構

• 安裝可遠控的空調面板，同時控制風機盤管的風機與兩通閥開閉以及風機高中低三擋風速。

• 通過Anet實現遠程節能控制及計費

4.4 多聯機與分體空調組網結構

4.4.1分體空調組網結構

使用空調控制器替換分體空調電源86盒，以紅外發射的方式控制分體空調啟停、溫度設定。

通過Anet實現遠程節能控制多聯機室內機啟停及計費；

4.4.2 多聯機空調組網結構

空調專用網關對接多聯機室外機，安裝電表計量電耗。

通過Anet實現遠程節能控制多聯機室內機啟停及計費；

4.5 中央空調末端設備用能計費

• 時間型計費方式

監測風機盤管閥門的啟停狀態，緊計每個風機盤管及每戶的使用時間當量，計算出每個用戶的能量消耗

• 能量型計費方式

未端加裝能量計量，通過用能量占比的方式分攤整個系統能耗。

• 按比例分攤

系統支持按人數、面積、能耗比例等多種方式進行費用分攤。

五. 系統核心算法與功能

5.1 中央空調AI調優輸入參數

5.2 典型能源站供能系統的算法層級

• 中央空調系統制冷調優

• 換熱站供熱調優

• 太陽能制熱預測及空氣源熱泵系統調優

• 冷/熱源與末端溫控風控調優

5.3 AI調優原理

通過建立高精度的能效模型，在保證安全的前提下，采用全局主動優化算法確定該負荷條件下各子系統的運行策略。

5.4 關聯性分析

a. 熵權-灰色關聯分析法。這一方法首先利用熵權法客觀地確定各指標權重，然后運用灰色關聯分析探究各指標與決策目標之間的關聯度，最終根據關聯度的大小對方案進行排序，實現對復雜系統的有效評價和決策，再有針對性地進行調整和優化。

b. 群智能算法是受到自然現象的啟發，鯨魚優化算法模擬了座頭鯨時采用的一種特殊技巧。算法的核心在于模擬鯨魚捕食的三個階段：包圍獵物、泡泡網攻擊以及搜尋獵物。在算法實現中，每個鯨魚個體代表一個可能的解，而優解則相當于被追捕的小魚。算法通過迭代過程不斷更新這些“鯨魚”的位置，以期逐漸逼近問題的較優解。

5.5 中央空調能效監測

包括系統COP, 系統單耗, 主機COP, 制冷量, 系統今日電耗 ,組態監控 .

a. 中央空調能效監測詳情

瞬時數據和累積數據的計算分析  ;  48小時能效數據橫向對比分析.

b. 中央空調能效對標

可自行設定能效對標數據 ; 可按國家標準、銘牌數據等進行對比 ; 瞬時數據與累積數據同時對比.

c. 空調面板監控

可遠程監控空調 ; 感知空調的運行狀態、溫度、模式、風速、風向等。

遠程設置：開關、溫度、模式（制冷、制熱、送風、除濕）、風速（高速、中速、低速）、風向（擺動、前后左右導風板位置）。

群組控制：同區域空調可以同時控制、多用戶同時異地監控管理。

d. 能耗監測

• 監測末端空調總用電量、單臺空調用電量等。

• 按建筑、房間拓撲監測房間空調日、月、年用電量。

• 按不同時段，對比查看多個房間用電量。

5.5 功能價值

提高時效 : 遠程操控設備，自動存儲設備運行及能耗數據

節約能源 : 系統節能，一般可節省10%-20%

減少工作量 : 減少人工工時至少50%

發現問題 : 能效對標、能耗異常等情況可以幫助管理人員發現問題

六. 硬件產品支撐

6.1 網絡通訊層-智能網關

6.2 APM/AEM/AMC/DTSD/ADW電能計量及分析

雙碳背景下，企業用能的電能替代將是長期趨勢，因此企業內部將新增大量用電設備，提高這些設備的能效水平將降低總的電能消耗，助力雙碳目標早日實現。

需要多種類型的電能計量儀表，支持嵌入式、導軌式安裝，RS485、Lora、4G等數據上傳模式，可實現免布線、免停電施工。

電能計量表計安裝在主要配電節點、重點用能設備等處，綜合能源管理平臺實時采集用電數據，對用電數據進行逐時、逐日、逐月分析，并結合國家、行業標準，統計企業整體碳排放，為碳中和提供基礎數據服務。企業用能總量數據和強度數據可上傳至政府監管平臺，滿足政府碳排放監管要求。

6.3 智能微型斷路器ASCB

ASCB1系列智能微型斷路器由智能微型斷路器與智能網關兩部分組成，可用于對用電線路的關鍵電氣因素，如電壓、電流、功率、溫度、漏電、能耗等進行實時監測，具有遠程操控、預警保護、短路保護、電能計量統計、故障定位等功能，應用于戶內建筑物及類似場所的工業、商業、民用建筑及基礎設施等領域低壓終端配電網絡。

6.4 Acrel-7000F/A AI能效監控箱

可接入變頻器、主機的運行數據、實時采集傳感器數據，可執行運行參數調節

6.5 BM100系列信號隔離器

采用電磁隔離和光電隔離兩種方式，將模擬信號和數字信號進行隔離輸出。保障信號的穩定性和抗干擾能力。通過可靠的電路設計保證不同類型信號轉換的精度和信號通道之間的獨立性，在工業控制領域發揮著重要的作用。

七. 某汽車檢氫能基地案例分享

7.1 項目背景：上海某汽車檢氫能與燃料電池檢測基地，占地面積約50畝，建有氫能整車試驗樓、氫能零部件試驗樓和輔助試驗樓，包括輕重型車轉轂環境實驗室、燃料電池汽車四驅動力總成實驗室、燃料電池發動機實驗室等各類實驗室15個，總建筑面積約5萬平方米。

7.2 客戶需求：

• 通用設備能效分析： 中央空調工藝冷凍水系統、風冷熱泵冷熱水系統、壓縮空氣系統、循環冷卻水系統分析能源轉換效率。

• 多種能源管理結構：需要按配電結構、一次能源.二次能源、樓棟系統等建立多重計量和管理架構

• 能效優化： 應用能效優化機理分析大數據和深度學習等技術,優化設備運行參數或工藝參數。

• 能耗數據抄錄：配電室電表、水表、氫氣計量器具均已使用PLC采集，須專業能源管理平臺進行數據分析

7.3 項目方案：本次項目服務主體為能源管理方，統一由能源運維單位負責檢驗中心的一次能源設備設施和能源轉換的二次能源設備設施，主要目的是降低能源使用成本。

主要范圍分為三個部分：

1、電、水、氫氣的能耗采集，這部分統一由Anet采集上傳。

2、能源動力系統的設備狀態、系統運行數據采集和控制統一由PLC監控，PLC轉發數據至Anet網關，網關上傳數據至平臺。

3、中央空調及壓縮空氣AI優化建議：基于冷負荷預測提出對主機出水溫度及冷凍水泵調控溫差的建議；提出空壓機啟動設備建議。

系統部署在企業私有云上，能源管理公司負責管理檢驗中心的能源消耗、通用設備的能源轉換效率及設備維保。

7.4 大屏功能展示：日月年電耗、氣耗；碳排放量；系統單耗：工藝冷凍水單耗、空調冷熱水單耗、壓縮空氣單耗、循環冷卻水單耗。

7.5 中央空調能效詳情頁：展示各個能效指標

7.6 中央空調能效首頁：展示主機COP、系統COP、冷凍輸配系數等重要能效指標

7.7 中央空調能效對標，標準值可參考國家標準也可自行輸入較優水平數值

7.8 AI調優建議參數及AI效果分析

7.9 空壓機系統能效首頁

展示系統與空壓機設備的比功率、氣電比等重要能效指標

7.10 循環冷卻水系統能效首頁

展示系統噸水電耗、泵組效率等重要能效指標

7.11 多個能源計量拓撲

按照一次能源、二次能源、配電拓撲、建筑分布、實驗室分布，系統分布建立多個管理拓撲，便于運維人員找出問題，實現節能降耗

7.12 項目價值/意義

A. 精細化管理

建立多種拓撲，從設備、系統、建筑、能源流向等各角度建立拓撲，既便于能源管理落實到人，又便于查找浪費、解決問題。

B.人工智能提高效率

通過相關性分析算法，便于能源管理人員找出與能耗、能效相關的其他變量，找出降低能耗的主控方向負荷預測算法，便于能源管理人員及時根據負荷趨勢調整設備運行狀態，提前關注變化時刻，做好預防。

C. 節能降耗

人工智能提出設備調控參數建議優化系統運行能效，降低能耗。

八. 總 結

中央空調能耗問題突出，能效提升迫在眉睫。通過完善能源管理結構、加強系統監控、優化運行管理等措施，有望降低中央空調能耗，提高能效水平，實現建筑節能的目標。對于大型商業建筑、寫字樓、醫院等場所，每年可節省大量的運營成本；可以有效降低其能源消耗，從而減少對煤炭、天然氣等傳統能源的依賴，有助于緩解能源緊張的局面。對于應對全球氣候變化、實現碳達峰碳中和目標具有積極意義。