醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制改造與實(shí)現(xiàn)

引言

近年來,隨著醫(yī)療設(shè)備的不斷更新?lián)Q代,醫(yī)療服務(wù)水平的不斷提升,我國大部分醫(yī)院尤其是綜合性三甲醫(yī)院的能耗普遍存在逐年遞增的趨勢。在醫(yī)院運(yùn)行過程中,中央空調(diào)系統(tǒng)是醫(yī)院正常運(yùn)轉(zhuǎn)必需且能耗較高的設(shè)備。在中央空調(diào)機(jī)房設(shè)備的運(yùn)行中,常規(guī)的一次泵定流量系統(tǒng)常常會(huì)出現(xiàn)冷凍水回水溫度低、冷凍水流量高于設(shè)計(jì)值、機(jī)組效率低等問題,從而導(dǎo)致能耗偏大、費(fèi)用偏高等現(xiàn)象。其次,控制系統(tǒng)缺乏正常的自動(dòng)控制和管理功能,影響了管理水平的進(jìn)一步提高及設(shè)備的使用壽命。而在競爭日益激烈、節(jié)能形勢越來越嚴(yán)峻的形勢下,醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)可采用冷源站節(jié)能控制系統(tǒng)及末端空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)有效解決節(jié)能問題。

1中央空調(diào)智能化控制系統(tǒng)簡介

本控制系統(tǒng)是通過對廣東地區(qū)某三甲醫(yī)院的中央空調(diào)設(shè)備各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,分析運(yùn)行數(shù)據(jù)并優(yōu)化系統(tǒng)控制算法對系統(tǒng)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,本系統(tǒng)具有延長設(shè)備使用壽命、節(jié)省設(shè)備運(yùn)行能耗、簡化管理、提高系統(tǒng)安全性能等特點(diǎn)。本系統(tǒng)是一種冷源站節(jié)能控制系統(tǒng),具體包括冷水機(jī)組智能控制子系統(tǒng)、冷凍水智能控制子系統(tǒng)、冷卻水智能控制子系統(tǒng)以及冷卻塔智能控制子系統(tǒng),可根據(jù)冷凍水管路狀態(tài)、冷水機(jī)組狀態(tài)、冷凍水泵狀態(tài)、冷卻水管路狀況、冷卻水泵狀態(tài)、冷卻塔風(fēng)機(jī)狀態(tài)等反饋的各種傳感器數(shù)據(jù),經(jīng)過中央處理單元進(jìn)行運(yùn)算、判斷,對各種動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)組成如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件組成

如圖2所示,中央空調(diào)智能化控制系統(tǒng)硬件主要由中央控制器、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。中央控制器采用西門子的s7-1200可編程控制器(PLC）,該P(yáng)LC具有組態(tài)靈活、支持PID自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能特點(diǎn),非常適合本項(xiàng)目的功能需求:系統(tǒng)傳感器包括冷凍水(供回水）管道溫度傳感器、冷卻水(供回水）管道溫度傳感器、冷凍水供回水管道壓力傳感器、冷凍水回水管道流量變送器:系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括冷水機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)口電動(dòng)蝶閥、冷水機(jī)組冷凝器進(jìn)口電動(dòng)蝶閥、冷卻塔進(jìn)口電動(dòng)蝶閥、分集水器旁通電動(dòng)控制閥、冷凍水泵進(jìn)水電動(dòng)蝶閥、冷卻水泵進(jìn)水電動(dòng)蝶閥、冷凍水泵變頻器、冷卻水泵變頻器。

3系統(tǒng)節(jié)能控制軟件系統(tǒng)

中央空調(diào)智能化控制系統(tǒng)采用冷源站節(jié)能控制系統(tǒng)和空調(diào)末端系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)綜合優(yōu)化算法,跟蹤冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔和風(fēng)機(jī)及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行曲線,對每臺(tái)設(shè)備采用主動(dòng)式控制,對整個(gè)機(jī)房設(shè)備采用集成式控制,通過運(yùn)算分析,選擇最優(yōu)的節(jié)能控制方案,及時(shí)調(diào)整各設(shè)備的運(yùn)行工況,確?？照{(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量、水流量、溫度和壓差等運(yùn)行參數(shù)最優(yōu)及設(shè)備運(yùn)行效率最高,從而使系統(tǒng)能效(C0P值）最高,能耗最低,能源費(fèi)用最小。最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)制冷系統(tǒng)綜合能耗最低的目標(biāo)。中央空調(diào)智能化控制系統(tǒng)控制流程為:

(1）啟動(dòng)冷水機(jī)組:根據(jù)負(fù)荷需求及每臺(tái)冷水機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間選擇運(yùn)行時(shí)間最短的冷水機(jī)組(延長冷水機(jī)組壽命）,確認(rèn)此冷水機(jī)組的冷卻水電動(dòng)蝶閥和冷凍水電動(dòng)蝶閥處于開啟狀態(tài)后,啟動(dòng)設(shè)備冷卻水泵,確認(rèn)其處于開啟狀態(tài)后,啟動(dòng)冷凍水泵,確認(rèn)其處于開啟狀態(tài)后,再開啟冷水機(jī)組,隨后啟動(dòng)冷卻塔設(shè)備。每增開一臺(tái)冰水機(jī)組按照此流程進(jìn)行判斷及動(dòng)作執(zhí)行。

（2）關(guān)閉冷水機(jī)組:根據(jù)負(fù)荷及每臺(tái)冷水機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間選擇運(yùn)行時(shí)間最長的冷水機(jī)組,控制系統(tǒng)發(fā)送冷水機(jī)組關(guān)閉指令,確認(rèn)其處于關(guān)閉狀態(tài)后,控制系統(tǒng)發(fā)送冷凍水泵關(guān)閉指令,確認(rèn)其處于關(guān)閉狀態(tài)后,冷水機(jī)停機(jī)后延時(shí)5min,系統(tǒng)發(fā)送對應(yīng)的冷卻水泵及冷卻塔設(shè)備的關(guān)閉指令。每減少一臺(tái)冰水機(jī)組都按照此流程進(jìn)行判斷及動(dòng)作執(zhí)行。

（3）開啟冷卻塔:系統(tǒng)采集冷卻水的進(jìn)水溫度,如果進(jìn)水溫度高于設(shè)定值,系統(tǒng)查詢每臺(tái)冷卻塔的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間,選出運(yùn)行時(shí)間最短的冷卻塔,系統(tǒng)發(fā)送該冷卻塔風(fēng)機(jī)開啟指令。

(4）關(guān)閉冷卻塔:系統(tǒng)采集冷卻水的進(jìn)水溫度,如果進(jìn)水溫度低于設(shè)定值,系統(tǒng)查詢每臺(tái)冷卻塔的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間,選出運(yùn)行時(shí)間最長的冷卻塔,系統(tǒng)發(fā)送該冷卻塔風(fēng)機(jī)關(guān)閉指令。

(5）冷水機(jī)組負(fù)荷切換控制:冷水機(jī)組的負(fù)荷切換控制也是由智能控制系統(tǒng)完成的。智能控制其實(shí)是通過對冷熱負(fù)荷的計(jì)算,根據(jù)用戶端的負(fù)荷情況向其控制系統(tǒng)提交負(fù)荷切換控制需求,同時(shí)監(jiān)測其動(dòng)作反饋,避免了“大馬拉小車"“小馬拉大車"的不合理現(xiàn)象。中央空調(diào)智能化控制系統(tǒng)控制軟件界面如圖3所示。

4節(jié)能效益分析

本項(xiàng)目以廣東地區(qū)某三甲醫(yī)院節(jié)能改造為例進(jìn)行分析,增加中央空調(diào)智能化控制系統(tǒng)后,主機(jī)（冰水機(jī)組)節(jié)能率達(dá)3.5%,輔機(jī)（冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)）節(jié)能率達(dá)25.45%,項(xiàng)目綜合節(jié)能率達(dá)10.37%,項(xiàng)目改造前后節(jié)能效果對比分析如表1所示。項(xiàng)目改造后年節(jié)約電量約44.69萬kw·h,年節(jié)電金額約29.4萬元,項(xiàng)目總投資約26萬元,設(shè)備靜態(tài)投資回收期約8.8個(gè)月,節(jié)能效益非常顯著。

5結(jié)語

本項(xiàng)目為中央空調(diào)系統(tǒng)綜合節(jié)能改造項(xiàng)目,采用了成熟的水泵變頻控制技術(shù)和主機(jī)智能模糊控制技術(shù),充分利用了現(xiàn)有設(shè)備和場地,以成本較低的方式實(shí)現(xiàn)了節(jié)能收益最大化。該技術(shù)節(jié)能效果顯著,可在滿足醫(yī)院正常供冷需求的同時(shí),減少能源消耗,提高能源利用效率。本項(xiàng)目節(jié)能控制技術(shù)除了可在醫(yī)院推廣應(yīng)用外,還可以推廣到其他類型的公共建筑或國家公共機(jī)構(gòu),對國家節(jié)能減排及實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。