北京首都国际机场股份有限公司北京市100621
摘要：针对首都机场信息楼中央空调系统，利用现代物联网技术，构建节能在线监测系统，从而获得大量的空调系统实际运行数据，据此进行科学的节能诊断和节能改造，获得了良好的节能收益。这种基于物联网的节能诊断方法值得推广。
关键词：物联网中央空调节能诊断节能改造
1.基于物联网的节能诊断技术简介
物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络[1]。
利用物联网技术将中央空调的各种各台设备相连，以及实现这些“物”与“人”的相连，就构成了现代化的中央空调运行监测系统，再辅以各种节能诊断算法，便形成了在线的节能诊断系统。
2.首都机场信息楼概况及节能诊断工作概况
北京首都国际机场ITC信息中心大楼位于北京首都国际机场SE-4地块内，总建筑面积约25000平米。本项目的节能诊断工作主要针对中央空调系统，于2015年5月开始，历时1年多。针对本项目的物联网传感器实施概况如图1所示。
3.节能诊断
通过对该项目的冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔以及冷却水系统的运行数据实测和分析，发现以下问题：
（1）冷水机组全年的平均COP约为4.0，不太理想，而冷水机组的内效率DCOP[2]较高，平均值接近70%，很理想。
（2）冷却水泵存在问题如下
a)所有冷却水泵，性能都发生了衰减。
b)水泵都存在超载运行。
c)水泵的实际运行效率平均不足40%，严重偏低。
（3）冷冻水泵存在问题如下
a)水泵性能衰减不严重，基本满足要求。
b)水泵工作点右偏较多，即水流量偏大。
c)水泵效率与额定值相当，但额定效率本就不高。
（4）冷却塔的换热效率全年平均约40%左右，不太理想。
（5）地下层、管理楼、网通楼、信息楼四个支路的冷冻水回水温度明显不一致，存在较大差别，存在水力不平衡现象。
（6）冷冻站综合诊断问题如下：
a)从本项目的运行情况来看，全年的供水温度运行较好。
b)本项目冷冻水水流量完全不控，即使是最高负荷时，水流量仍偏大严重。
c)冷却水温差平均不足3℃，而理想的平均温差应为5℃左右，即本项目的冷却水量严重偏大，有近一半的水流量浪费。
4.优化调节
4.1.水泵工作点调节
本项目各台水泵的实际运行工况点均偏右，水泵电流大于设计值。采用关小水泵出入口阀门的做法来调节水泵工作点。调节后的两个冷却泵的流量较原来平均减少20%左右，扬程平均增加30%左右，而调节后的功率比原来平均减少7.13%。节能效果明显。
4.2.冷机流量调节
冷冻水流量远大于冷机的额定流量，需要进行调节，调节后的两个冷却泵的流量较原来平均减少18.5%左右，扬程平均增加23%左右，而调节后的功率比原来平均减少7.13%。节能效果明显。
4.3.水力平衡调节
一般来说，水力平衡调节主要依赖于空调末端各个设备的水阀调节特性。表征一个热力系统的水系统水力平衡的重要指标是各个支路的回水温度，当回水温度甚本一致时，可认为水系统基本达到水力平衡要求。
通过对本项目的四个主要支路进行水力平衡调节后，地下层、管理楼和信息楼三个支路的回水温度明显趋于一致，即它们的水力平衡状况较好。网通楼支路的回水温度明显偏低，主要问题在于该支路上的两个阀门（供回水各一个）均无法进行有效调节，可在过渡季或节能改造时予以检修或更换。
5.改造策略
根据节能诊断结果，本项目的节能改造策略如下：
(1)更换水泵
(2)增设节能自动控制系统
经过估算，本项目节能改造总投资费用约为70万元（包括技术服务费、工程施工费等）。
5.1.更换水泵
将两台功率37KkW的冷冻水泵更换为两台22kW的冷冻水泵；将三台冷却水泵中的任意两台更换为22kW的冷却水泵。
5.2.增设节能自动控制系统
冷冻机房增加一套自控系统，将冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔全部纳入到控制系统内，实现统一管理、统一控制、无人值守、自动运行；自动调节冷机数量、水泵频率、冷却塔频率，达到节能减排、节省人力资源，优化管理等目的。
（1）自控系统的总体要求
a)实现全自动、机房无人值守
b)自动抄表功能，自控系统需自动记录空调系统的各运行参数（包括目前人工抄表的各个参数）。
c)提供远程监视功能
除配置中央控制电脑之外，还提供网页版运行监视功能。
（2）各设备的控制要求
a)冷水机组
实现冷水机组的自动启停和运行台数的自动调节等。
b)冷却塔风机
为各台冷却塔风机安装变频器，保证冷水机组安全运行的前提下，以使冷却水温尽可能低。
c)冷冻水泵
采用变频调节，每台冷冻水泵均配置1台变频器，变频器规格与更换的新水泵的选型一致。
d)空调末端
为信息楼2层的1台空调机组和1台新风机组，以及5层的一台新风机组设置自控系统。
6.节能收益
通过对节能改造前后的本项目夏季（5月至9月）每月的总用电量数据对比计算得出，中央空调节能改造的全年总节能量即28万度，节能率约为35%。若以电价1元/度计算，则本项目的全部投资回收期约为2.5年，节能收益良好。
7.小结
中央空调系统设备多且分散，物联网技术使得全面实时监测其各部分运行数据成为可能。针对首都机场信息中央空调系统的节能诊断及节能改造工作是在依据物联网获得全面实测数据基础之上进行的，一改传统节能改造的盲目性和片面性，真正做到有据可查、有理可依，取得良好的节能效果，且投资合理。这种基于物联网技术的科学节能诊断方法应是未来节能服务行业的发展趋势，值得推广。
参考文献
[1]刘陈,景兴红,董钢.浅谈物联网的技术特点及其广泛应用[J].科学咨询,2011(9):86-86.
[2]蔡宏武，魏庆芃.冷水机组运行性能评价及节能诊断.暖通空调，2008.10