引言

自2020年9月我國提出“雙碳"目標(biāo)，即2030年前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)峰，2060年前完成碳中和，這一目標(biāo)強(qiáng)力推動了各行業(yè)的深刻變革。能源領(lǐng)域尤其需要加速結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極向可再生能源轉(zhuǎn)型，并顯著提升能源利用效率。鑒于我國石油和天然氣的對外依存度較高，能源供需矛盾日益凸顯，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)勢在必行；同時，資源能源的有限性決定了粗放型發(fā)展模式難以為繼，我們正面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

在此背景下，作為建筑主要能耗源的中央空調(diào)系統(tǒng)，其能耗問題顯得尤為突出。在商業(yè)建筑、寫字樓和酒店等場所，中央空調(diào)的能耗占比高達(dá)建筑總能耗的一半以上。部分公共建筑的空調(diào)能耗甚至占總能耗的40%-60%，其單位面積電耗更是普通住宅的5-10倍。以北京的大型商場為例，中央空調(diào)的高能耗問題尤為顯著，因此，降低能耗、提升能效成為建筑節(jié)能工作的重中之重。

高能耗不僅大幅增加了企業(yè)的運(yùn)營成本，還對環(huán)境造成了巨大壓力。在能源緊缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，探尋高效的能效管理解決方案，已成為一項刻不容緩的任務(wù)。

1. 痛點(diǎn)剖析：中央空調(diào)能耗癥結(jié)

1）能源管理結(jié)構(gòu)不清

眾多場所的中央空調(diào)系統(tǒng)普遍存在能量計量點(diǎn)位不完善的問題，這直接導(dǎo)致能源管理責(zé)任難以明確。以大型商業(yè)綜合體為例，由于其樓層眾多、區(qū)域功能錯綜復(fù)雜，精確統(tǒng)計各區(qū)域的能耗變得極為困難，進(jìn)而無法清晰界定各部門或租戶的能源使用責(zé)任。這種狀況嚴(yán)重制約了管理效能，使得針對性的節(jié)能措施難以有效實(shí)施。

2）缺乏系統(tǒng)運(yùn)行感知

中央空調(diào)系統(tǒng)電耗居高不下，然而卻缺乏有效的監(jiān)控手段。老舊建筑的中央空調(diào)無法實(shí)時監(jiān)測其運(yùn)行狀態(tài)及細(xì)分電耗數(shù)據(jù)，這使得管理人員難以深入分析運(yùn)行能效，甚至無法及時察覺并解決高耗能問題。

3）末端風(fēng)設(shè)備缺乏集中監(jiān)控

末端空調(diào)設(shè)備數(shù)量龐大且分布廣泛，尤其在大型酒店和學(xué)校中尤為顯著。這些設(shè)備往往缺乏集中管理，使用隨意性較大，進(jìn)而導(dǎo)致能源浪費(fèi)現(xiàn)象頻發(fā)。例如，服務(wù)員可能忘記關(guān)閉退房客房的空調(diào)，或是教室在無人使用時空調(diào)仍在運(yùn)行。

4）依賴人工操作

許多中央空調(diào)系統(tǒng)依然依賴于人工操作，這對操作員提出了較高要求，既需具備豐富的經(jīng)驗(yàn)，又需擁有強(qiáng)烈的責(zé)任心。在小型工廠中，操作員往往僅憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)空調(diào)參數(shù)，難以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整。若操作員責(zé)任心不足或出現(xiàn)操作失誤，極易導(dǎo)致能源浪費(fèi)。

5）存在浪費(fèi)現(xiàn)象

在設(shè)計中央空調(diào)系統(tǒng)時，電機(jī)容量是根據(jù)建筑的熱負(fù)荷計算并額外預(yù)留余量的。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，熱負(fù)荷會因季節(jié)交替和溫差變化而產(chǎn)生波動。由于冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)和主機(jī)等設(shè)備無法及時調(diào)整其功率，這往往導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下，進(jìn)而造成能源的浪費(fèi)。

2. 能效管理方案全解析

2.1 建立三級計量

構(gòu)建三級計量體系是破解能源管理結(jié)構(gòu)模糊問題的關(guān)鍵所在。通過接入產(chǎn)量數(shù)據(jù)，精確核算單耗，能夠清晰揭示能源利用效率。同時，對動力設(shè)備如制冷系統(tǒng)的能效比和水泵效率進(jìn)行核算，明確能源轉(zhuǎn)換的具體情況。

以大型工廠為例，在未建立三級計量體系時，能源消耗情況模糊不清。而體系建立后，能夠直觀展示各車間的能源消耗及產(chǎn)品能耗，通過數(shù)據(jù)分析精準(zhǔn)定位高能耗環(huán)節(jié)，進(jìn)而采取有效的節(jié)能措施，顯著提升能源使用效率。

2.2 整體架構(gòu)與制冷原理

中央空調(diào)系統(tǒng)一般主要由制冷壓縮機(jī)、冷凍循環(huán)水設(shè)備、冷卻循環(huán)水設(shè)備、末端風(fēng)機(jī)設(shè)備、冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)備等組成。其主要通過五大循環(huán)，即水泵、風(fēng)機(jī)等動力設(shè)備形成一個能量的搬運(yùn)系統(tǒng)，把目標(biāo)區(qū)域的能量搬運(yùn)至室外。

制冷壓縮機(jī)作為系統(tǒng)的核心部件，為整個系統(tǒng)提供動力，負(fù)責(zé)壓縮制冷劑氣體。冷凍循環(huán)水設(shè)備則將冷量傳遞至各個房間，而冷卻循環(huán)水設(shè)備則負(fù)責(zé)帶走多余的熱量。末端風(fēng)機(jī)設(shè)備將冷空氣送入室內(nèi)，冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)備則將熱量散發(fā)至大氣中。深入了解這些組成部分及其工作原理，有助于我們更好地把握節(jié)能潛力和管理策略。

2.3 節(jié)能空間挖掘

在設(shè)計中央空調(diào)系統(tǒng)時，設(shè)備電機(jī)的容量通常會預(yù)留10%-20%的余量，以應(yīng)對各種變化需求。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于季節(jié)交替和晝夜溫差的波動，熱負(fù)荷隨之變化，導(dǎo)致設(shè)備難以即時調(diào)整功率，從而引發(fā)能源浪費(fèi)現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，未采取節(jié)能措施的中央空調(diào)系統(tǒng)，其能源浪費(fèi)比例可高達(dá)20%-30%。

2.4 整體解決方案

2.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與監(jiān)控

AI能效監(jiān)控箱與樓層監(jiān)控箱協(xié)同監(jiān)測冷熱源水系統(tǒng)及末端風(fēng)系統(tǒng)。AI能效監(jiān)控箱連接變頻器和主機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)時采集傳感器信息，并精準(zhǔn)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)。樓層監(jiān)控箱則專注于監(jiān)控樓層內(nèi)設(shè)備，如風(fēng)機(jī)盤管的運(yùn)行狀態(tài)和溫度控制。

該系統(tǒng)通過預(yù)測天氣變化、建筑負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷，提前調(diào)整運(yùn)行策略，有效降低能源消耗。例如，在冷空氣來臨前，系統(tǒng)會主動降低制冷主機(jī)功率。此外，系統(tǒng)還指導(dǎo)用戶合理開關(guān)機(jī)，群控冷機(jī)，優(yōu)化運(yùn)行模式，確保運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3.4.2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與控制

安裝可遠(yuǎn)程控制的空調(diào)面板對于風(fēng)機(jī)盤管的節(jié)能管理至關(guān)重要。該面板能夠精準(zhǔn)調(diào)控風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)機(jī)、閥門及風(fēng)速，并通過Anet系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程節(jié)能控制和計費(fèi)管理。例如，在大型寫字樓內(nèi)，管理人員可遠(yuǎn)程關(guān)閉未使用房間的風(fēng)機(jī)盤管，有效減少能源浪費(fèi)。

分體空調(diào)通過空調(diào)控制器替代傳統(tǒng)電源86盒，利用紅外技術(shù)控制空調(diào)的啟停和溫度設(shè)定，同樣借助Anet系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程節(jié)能控制和計費(fèi)。

多聯(lián)機(jī)空調(diào)則通過專用網(wǎng)關(guān)連接室外機(jī)，并安裝電表以計量電耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程節(jié)能控制和計費(fèi)。這些措施使得不同類型的空調(diào)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化管理，顯著提升能源使用效率。

2.4.3 末端設(shè)備用能計費(fèi)

時間型計費(fèi)

系統(tǒng)監(jiān)測風(fēng)機(jī)盤管閥門的啟停狀態(tài)，累計使用時間，從而計算用戶的能量消耗。在公寓樓中，風(fēng)機(jī)盤管配備此裝置，依據(jù)空調(diào)的實(shí)際使用時間進(jìn)行計費(fèi)，旨在鼓勵合理使用空調(diào)，避免能源浪費(fèi)。

能量型計費(fèi)

需要加裝專門的能量計量裝置，根據(jù)各部分能量占比來分?jǐn)傁到y(tǒng)能耗。在商業(yè)綜合體中，各店鋪的空調(diào)能耗通過計量裝置進(jìn)行精確統(tǒng)計，按照實(shí)際用能量占比分?jǐn)傎M(fèi)用，確保計費(fèi)的公平與合理。

其他計費(fèi)方式

系統(tǒng)支持多種費(fèi)用分?jǐn)偡绞?，包括按人?shù)、面積及能耗比例等。例如，教學(xué)樓可根據(jù)使用人數(shù)分?jǐn)偪照{(diào)費(fèi)用，而辦公場所則可按辦公面積進(jìn)行分?jǐn)?。這些靈活的分?jǐn)偡绞侥軌驖M足不同場景的需求，有效提升能源管理的效率。

3. 核心算法與功能展示

3.1 算法層級與調(diào)優(yōu)原理

能源站供能系統(tǒng)的算法層級涵蓋中央空調(diào)制冷調(diào)優(yōu)等核心領(lǐng)域。通過深入研究和數(shù)據(jù)分析，可以優(yōu)化制冷參數(shù)，顯著提升制冷效率。系統(tǒng)根據(jù)季節(jié)變化和負(fù)荷需求，靈活調(diào)整壓縮機(jī)頻率及水流量，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行，滿足實(shí)際需求。

換熱站供熱調(diào)優(yōu)著重于供熱系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化，旨在提高能源利用效率。通過水力平衡和精準(zhǔn)設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)精細(xì)供熱，有效避免能源浪費(fèi)。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求動態(tài)調(diào)整供熱參數(shù)，確保提供適宜的熱量供應(yīng)。

太陽能制熱預(yù)測與空氣源熱泵調(diào)優(yōu)充分利用可再生能源，結(jié)合天氣狀況和需求分析，智能控制制熱系統(tǒng)。利用太陽能資源，并在不足時智能調(diào)節(jié)熱泵，保障供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

冷熱源與末端溫控風(fēng)控調(diào)優(yōu)通過系統(tǒng)與設(shè)備的協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。根據(jù)實(shí)際需求動態(tài)調(diào)整冷熱源輸出及設(shè)備參數(shù)，如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和閥門開度，確保環(huán)境舒適度與系統(tǒng)效率的雙提升。

AI 調(diào)優(yōu)原理依托于構(gòu)建能效模型，對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析。在確保安全的前提下，運(yùn)用全局優(yōu)化算法，全面考量負(fù)荷、設(shè)備性能、能源價格等多重因素，精準(zhǔn)制定運(yùn)行策略。夏季高溫期間，依據(jù)室外溫度及室內(nèi)負(fù)荷的動態(tài)變化，實(shí)時調(diào)節(jié)制冷主機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速和冷卻塔風(fēng)機(jī)頻率，以實(shí)現(xiàn)能效。

3.2 關(guān)聯(lián)性分析與設(shè)備調(diào)優(yōu)

熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法在中央空調(diào)能效管理中扮演著舉足輕重的角色。熵權(quán)法能夠客觀地確定各指標(biāo)權(quán)重，有效減少人為因素的干擾。它通過精準(zhǔn)計算制冷量、輸入功率、冷卻水溫度等關(guān)鍵指標(biāo)的權(quán)重，準(zhǔn)確揭示這些指標(biāo)對能效的實(shí)際影響。

灰色關(guān)聯(lián)分析法則專注于探究各指標(biāo)與決策目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度。通過計算指標(biāo)與能效目標(biāo)之間的灰色關(guān)聯(lián)度，可以識別出如制冷主機(jī)的COP等關(guān)鍵指標(biāo)，這些指標(biāo)與整體能效密切相關(guān)。依據(jù)關(guān)聯(lián)度排序，能夠高效評估和決策復(fù)雜系統(tǒng)，并有針對性地進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。在評估多個方案時，此方法能夠迅速篩選出方案，顯著提升能源管理的效率。

群智能算法汲取自然現(xiàn)象的靈感，尤以鯨魚優(yōu)化算法為代表，該算法模擬座頭鯨的策略。在中央空調(diào)調(diào)優(yōu)過程中，該算法精準(zhǔn)再現(xiàn)鯨魚捕食的三大環(huán)節(jié)：包圍、泡泡網(wǎng)攻擊及搜尋獵物。每一鯨魚個體對應(yīng)一種設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的組合。

算法通過持續(xù)迭代，探尋解，即實(shí)現(xiàn)最佳能效的設(shè)備參數(shù)配置。鯨魚優(yōu)化算法能夠高效調(diào)節(jié)冷凍水泵轉(zhuǎn)速、制冷主機(jī)負(fù)荷等關(guān)鍵參數(shù)，從而達(dá)到制冷需求與能源消耗之間的平衡。

3.3 能效監(jiān)測與對標(biāo)

中央空調(diào)能效監(jiān)測涵蓋系統(tǒng)COP及多個關(guān)鍵性能指標(biāo)。系統(tǒng)COP作為衡量能效的核心指標(biāo)，體現(xiàn)了制冷量與輸入功率的比值。系統(tǒng)單耗則揭示單位制冷量所需的電量消耗，有助于準(zhǔn)確把握能耗狀況。

主機(jī)COP專注于制冷主機(jī)的能效表現(xiàn)，制冷量直接反映系統(tǒng)的制冷能力，實(shí)時監(jiān)測可確保系統(tǒng)滿足實(shí)際需求。系統(tǒng)今日電耗數(shù)據(jù)為管理人員提供了當(dāng)天能源消耗的清晰視圖，便于及時識別異常情況。

組態(tài)監(jiān)控通過直觀的圖形界面呈現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，涵蓋設(shè)備啟停狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)等信息，使管理人員能夠全面掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況。

能效對標(biāo)功能允許用戶設(shè)定個性化的能效標(biāo)準(zhǔn)，以精準(zhǔn)衡量系統(tǒng)性能。用戶可根據(jù)節(jié)能目標(biāo)和實(shí)際狀況設(shè)定期望值，或與國家標(biāo)準(zhǔn)、銘牌數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。這有助于判斷系統(tǒng)是否達(dá)到節(jié)能要求，或設(shè)備是否處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

通過對比瞬時和累積數(shù)據(jù)，能效對標(biāo)能夠全面評估系統(tǒng)性能。分析不同時間段的數(shù)據(jù)，可以揭示能效變化趨勢，識別下降原因，并采取針對性的優(yōu)化措施。

3.4 能耗監(jiān)測與功能價值

能耗監(jiān)測精確至單臺空調(diào)的用電量，能夠按建筑和房間分別監(jiān)測空調(diào)的用電狀況。管理人員可清晰地掌握各房間及建筑的空調(diào)能耗情況，為節(jié)能管理提供有力的數(shù)據(jù)支持。

通過對比不同時段的房間用電量，可以揭示用電規(guī)律和識別能耗異常。分析工作日與周末、白天與晚上的用電差異，有助于制定合理的節(jié)能策略，例如在低峰時段降低空調(diào)功率。

4.能效管理方案帶來的功能價值

提高時效

通過遠(yuǎn)程操控設(shè)備，管理人員可以隨時隨地對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，無需親臨現(xiàn)場。自動存儲設(shè)備運(yùn)行及能耗數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的查詢和分析，大大提高了管理效率

減少工作量

系統(tǒng)的自動化運(yùn)行和數(shù)據(jù)自動采集功能，減少了人工巡檢和數(shù)據(jù)記錄的工作量，據(jù)統(tǒng)計，可減少人工工時至少 50%。原本需要安排專人定時巡查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和抄錄能耗數(shù)據(jù)，現(xiàn)在這些工作都由系統(tǒng)自動完成，節(jié)省了人力成本 。

發(fā)現(xiàn)問題

能效對標(biāo)、能耗異常等情況可以幫助管理人員及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的問題。當(dāng)系統(tǒng)的能效低于對標(biāo)值或出現(xiàn)能耗異常增加時，系統(tǒng)會及時發(fā)出警報，提醒管理人員進(jìn)行排查和處理，避免能源浪費(fèi)和設(shè)備故障的進(jìn)一步擴(kuò)大 。

節(jié)約能源

通過優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行策略、精準(zhǔn)控制設(shè)備運(yùn)行等措施，系統(tǒng)節(jié)能一般可節(jié)省 10% - 20%。以一家年電費(fèi)支出 100 萬元的企業(yè)為例，采用該能效管理方案后，每年可節(jié)省電費(fèi) 10 - 20 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著 。

5. 硬件支撐：能效管理的基石

在中央空調(diào)能效管理方案中，硬件設(shè)備是實(shí)現(xiàn)高效管理的基礎(chǔ)，它們?nèi)缤梭w的骨骼和肌肉，支撐著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

智能網(wǎng)關(guān)：連接的橋梁

智能網(wǎng)關(guān)作為網(wǎng)絡(luò)通訊層的核心設(shè)備，扮演著連接設(shè)備與管理系統(tǒng)的關(guān)鍵角色。它兼容5G、4G、WIFI、以太網(wǎng)等多種數(shù)據(jù)傳輸方式，能夠?qū)崟r采集并高效傳輸空調(diào)控制器、智能電表及傳感器的數(shù)據(jù)至云平臺或上位機(jī)。

電能計量儀表：能耗的精準(zhǔn) “秤"

在雙碳目標(biāo)的指引下，電能替代已成為企業(yè)長期用能的發(fā)展趨勢，準(zhǔn)確計量電能消耗顯得尤為重要。市場上涌現(xiàn)出多種電能計量儀表，它們支持多樣化的安裝方式和數(shù)據(jù)上傳模式，有效降低了安裝和維護(hù)成本。

這些儀表被安裝在關(guān)鍵的配電節(jié)點(diǎn)和用能設(shè)備上，實(shí)時監(jiān)測中央空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗情況。借助數(shù)據(jù)分析和國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)能夠精準(zhǔn)統(tǒng)計碳排放量，獲得碳中和數(shù)據(jù)支持，從而幫助管理層深入了解能耗狀況，科學(xué)制定節(jié)能措施。

智能微型斷路器：安全與節(jié)能的守護(hù)者

ASCB1 系列智能微型斷路器由智能微型斷路器和智能網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，旨在實(shí)時監(jiān)測用電線路的關(guān)鍵電氣參數(shù)，包括電壓、電流、功率、溫度、漏電及能耗等。該斷路器具備遠(yuǎn)程操控功能，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制斷路器的開合，及時切斷電源，有效避免待機(jī)能耗。

此外，該斷路器還提供預(yù)警保護(hù)和短路保護(hù)等多種功能。在檢測到異常電流或溫度過高時，能夠迅速切斷電路，確保設(shè)備和人員安全。尤其適用于老舊建筑，有效降低因電氣線路老化引發(fā)的安全風(fēng)險。同時，它支持電能計量統(tǒng)計和故障定位，極大便利了設(shè)備維護(hù)和管理。

AI 能效監(jiān)控箱：系統(tǒng)的 “智慧大腦"

Acrel-7000F/A AI能效監(jiān)控箱具備接入變頻器和主機(jī)數(shù)據(jù)的能力，能夠?qū)崟r監(jiān)測傳感器信息，并據(jù)此調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)。作為中央空調(diào)系統(tǒng)的“智慧大腦"，它能自動調(diào)整設(shè)備運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)最佳能效。

在夏季室內(nèi)負(fù)荷增加的情況下，AI能效監(jiān)控箱能夠自動提升制冷主機(jī)的功率，并優(yōu)化水泵轉(zhuǎn)速，既滿足制冷需求，又有效減少能源消耗。此外，它還能與其他設(shè)備協(xié)同工作，智能化管理整個中央空調(diào)系統(tǒng)。

信號隔離器：信號的穩(wěn)定器

BM100系列信號隔離器采用電磁和光電隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字信號的穩(wěn)定隔離輸出，顯著提升抗干擾能力。在工業(yè)控制領(lǐng)域，信號隔離器保障信號轉(zhuǎn)換的精度和獨(dú)立性，對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

在中央空調(diào)系統(tǒng)中，信號隔離器確保溫度、壓力等信號的準(zhǔn)確傳輸至控制設(shè)備，維持系統(tǒng)的精確控制。尤其在電磁環(huán)境復(fù)雜的場所，如工廠和變電站附近，信號隔離器的作用尤為突出。