CN105928134A - 一种中央空调制冷站能效分析云*** - Google Patents

一种中央空调制冷站能效分析云*** Download PDF

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孙应松
曾茂刚
罗红
吴林
胡彧
郭云霞
刘福海
宋静军
陈雨
郭林
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Abstract

本发明提供了一种中央空调制冷站能效分析云***，所述制冷站采集计量子***采集中央空调制冷站的运行数据，并通过以太网或3G/4G无线路由将所采集到的数据传输至制冷站云中心子***，所述制冷站云中心子***通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站历史数据客户端子***通讯连接，所述制冷站能效分析诊断子***与制冷站云中心子***通讯连接。本发明将互联网技术和大数据技术应用于传统的暖通空调行业，通过对中央空调制冷站运行过程参数的持续采集、存储、分析和评价，为持续提高中央空调制冷站的运行效率提供客观的、准确的解决方案，达到节约能源、促进行业技术进步的目的。

Description

一种中央空调制冷站能效分析云***
技术领域
本发明涉及暖通空调、大数据及云技术领域，具体涉及一种中央空调制冷站能效分析云***。
背景技术
随着经济社会的飞速发展，我国现有建筑面积已达到400亿㎡，其中绝大部分都是高能耗建筑，同时，每年新建建筑面积近20亿㎡。
根据国家信息中心发布的数据显示，目前我国建筑能耗约占全国社会总能耗的1/3，而中央空调、照明、办公设备、电梯占据98％的能耗总量。其中，中央空调***耗电占建筑能耗最多，占比50-60％，而在中央空调能耗中，制冷站的能耗又占比50-70％。因此，中央空调制冷站是建筑节能降耗工作的重点。但是，目前高能效中央空调的节能建筑不足总建筑量的1％。
目前，建筑中央空调制冷站节能改造改造工作中，普遍存在如下问题：
1、已建设完成的中央空调制冷站***并未对空调***的各项数据进行采集；
2、***能效状况缺乏持续关注和数据支撑；
3、***运行的历史数据进行了存储，大量的数据占用了服务器的资源，但并没有对决策提供任何数据支持，形成了资源浪费；
4、由于缺乏专业的分析方法，数据并未得到有效使用；
5、无法通过过去的运行数据对节能改造提供决策支持。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种中央空调制冷站能效分析云***，该中央空调制冷站能效分析云***通过准确采集中央空调制冷站现场运行的数据，直观展现中央空调制冷站中制冷主机、水泵、风机的运行能效，通过制冷站能效分析诊断子***，对中央空调制冷站的运行状况进行能效评估，为管理者提供专业的分析和诊断，让管理者清楚了解中央空调制冷站的运行能效和能源消耗状况，从而为持续提高中央空调制冷站的运行效率提供客观的、可行的节能解决方案，达到节能改造、节约能源的目的。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种中央空调制冷站能效分析云***，包括制冷站采集计量子***、制冷站云中心子***、制冷站历史数据客户端子***和制冷站能效分析诊断子***，所述制冷站采集计量子***采集中央空调制冷站的运行数据，并通过以太网或3G/4G无线路由将所采集到的数据传输至制冷站云中心子***，所述制冷站云中心子***通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站历史数据客户端子***通讯连接，所述制冷站能效分析诊断子***与制冷站云中心子***通讯连接。
所述制冷站采集计量子***包括流量计Q、水温传感器T1～T4、电力检测仪M1～M4、能量积算仪和能效仪，流量计Q和水温传感器T1～T4，水温传感器T1～T4的信号输出端分别与能量积算仪对应的信号输入端连接，能量积算仪和电力检测仪M1～M4的信号输出端分别通过RS485与能效仪通讯连接，能效仪上运行客户端数据采集分析软件。
所述流量计Q安装于中央空调制冷站中的制冷主机的冷冻水入口管道上或冷冻水出口管道上。
所述水温传感器T1～T4分别对应安装于制冷主机的冷冻水出口、冷冻水入口、冷却水出口和冷却水入口管道上。
所述电力检测仪M1～M4分别通过制冷主机配电柜、冷冻水泵配电柜、冷却水泵配电柜和冷却塔风机配电柜检测制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机的耗电量。
所述制冷站云中心子***包括私有云和公有云，私有云包括数据采集服务器和本地服务器，公有云包括公有云服务器；
数据采集服务器上运行的云端数据采集软件通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站采集计量子***的能效仪通讯连接，数据采集服务器分别通过以太网与本地服务器和公有云服务器通讯连接；
公有云服务器通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站历史数据客户端子***连接。
所述数据采集服务器上还运行有制冷站能效分析诊断子***的软件，制冷站能效分析诊断子***的软件对云端数据采集软件采集到的大量数据进行全样本的统计分析计算，并提供***控制建议、维护建议、节能措施与服务。
所述能效仪上还运行有客户端数据采集分析软件，客户端数据采集分析软件通过参数采集模块采集制冷站的运行参数，并通过功能模块对采集到的数据进行分析处理。
本发明的有益效果在于：将互联网技术和大数据技术应用于传统的暖通空调行业，通过制冷站采集计量子***对中央空调制冷站的过程参数(水温、水流量、耗电量)进行精准采集并对采集到的数据进行能效计算，把制冷站***的运行情况直观呈现给中央空调制冷站管理者；通过制冷站采集计量子***把数据上传给制冷站云中心子***进行可靠存储，管理者可以通过制冷站历史数据客户端子***对中央空调制冷站的历史数据进行查询；通过制冷站能效分析诊断子***对中央空调制冷站的运行情况进行专业分析，并对中央空调制冷站的运行状况进行能效评估，为管理者提供专业的分析和诊断，让管理者清楚了解中央空调制冷站的运行能效和能源消耗状况，从而为持续提高中央空调制冷站的运行效率提供客观的、可行的节能解决方案，达到节约能源的目的。
附图说明
图1是本发明的原理图；
图2是图1中制冷站采集计量子***的连接框图；
图3是图1中制冷站云中心子***的原理图；
图4是图1中制冷站历史数据客户端子***的原理图；
图5是图3中数据采集服务器的原理图；
图6是图2中能效仪上运行的客户端数据采集分析软件的原理图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1～6所示的一种中央空调制冷站能效分析云***，包括制冷站采集计量子***、制冷站云中心子***、制冷站历史数据客户端子***和制冷站能效分析诊断子***，所述制冷站采集计量子***采集中央空调制冷站的运行数据，并通过以太网或3G/4G无线路由将所采集到的数据传输至制冷站云中心子***，所述制冷站云中心子***通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站历史数据客户端子***通讯连接，所述制冷站能效分析诊断子***与制冷站云中心子***通讯连接。
所述制冷站采集计量子***包括流量计Q、水温传感器T1～T4、电力检测仪M1～M4、能量积算仪和能效仪，流量计Q和水温传感器T1～T4，水温传感器T1～T4的信号输出端分别与能量积算仪对应的信号输入端连接，能量积算仪和电力检测仪M1～M4的信号输出端分别通过RS485与能效仪通讯连接，能效仪上运行客户端数据采集分析软件。所述流量计Q安装于中央空调制冷站中的制冷主机的冷冻水入口管道上或冷冻水出口管道上。所述水温传感器T1～T4分别对应安装于制冷主机的冷冻水出口、冷冻水入口、冷却水出口和冷却水入口管道上。所述电力检测仪M1～M4分别通过制冷主机配电柜、冷冻水泵配电柜、冷却水泵配电柜和冷却塔风机配电柜检测制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机的耗电量。
在工程实施过程中，一台制冷主机需要安装1个能量积算仪、1支流量计(流量计Q)、4支水温传感器(T1-T4)，一台制冷主机需要安装1个电力检测仪(电力检测仪M1)，一台冷冻水泵需要安装1个电力检测仪(电力检测仪M2)，一台冷却水泵需要安装1个电力检测仪(电力检测仪M3)，一台冷却塔风机需要安装1个电力检测仪(电力检测仪M4)，一个中央空调制冷站需要安装1台能效仪。
通过客户端数据采集分析软件可以设置与中央空调制冷站设备相同参数的设备对象。通过安装的流量计Q，水温传感器T1～T4、电力检测仪M1～M4可以精确采集到中央空调制冷站运行过程中制冷主机的冷冻水流量、冷冻水出口温度、冷冻水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、制冷主机的耗电量、冷冻水泵耗电量、冷却水泵耗电量、冷却塔风机耗电量，并将采集数据上传给能效仪上运行的客户端数据采集分析软件。客户端数据采集分析软件通过功能模块中的“***能效”可以查看***COP、制冷量、耗电量、冷冻水输送系数、冷却水输送系数及他们的月累计值、年累计值。通过“主机能效”模块可以查看制冷主机的额定功率、额定制冷量、瞬时制冷量、瞬时功率、瞬时流量、瞬时COP、冷冻水出口温度、冷冻水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、负荷率、能耗比；并能查看最近1分钟、1小时、1天的冷冻水出口温度、冷冻水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、负荷率及能耗比的数据曲线。通过“冷冻水能效”模块可以查看冷冻水输送系数、输送冷量、冷冻水泵总功率及每一台冷冻水泵的瞬时功率、月累计耗电量、年累计耗电量。通过“冷却水能效”模块可以查看冷却水输送系数、输送冷量、冷却水泵总功率及每一台冷却水泵、冷却塔风机的瞬时功率、月累计耗电量、年累计耗电量。通过“设备抄表”可以查看每一台设备(制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机)的当前耗电量及上期抄表底数；也可以查看到每一台制冷主机的当前累计制冷量及上期制冷量抄表底数；可以查看电力检测仪和能量积算仪的通信状态；可以对每一台设备进行重新抄表。通过“能效评估”模块，对中央空调制冷站的运行效率进行评价。通过客户端数据采集分析软件对采集到的数据进行分析处理并把结果直观的呈现给管理者，让管理者清楚了解中央空调制冷站的运行能效和能源消耗状况。通过客户端数据采集分析软件，把数据全面上传至制冷站云中心。
所述制冷站云中心子***包括私有云和公有云，私有云包括数据采集服务器和本地服务器，公有云包括公有云服务器；数据采集服务器上运行的云端数据采集软件通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站采集计量子***的能效仪通讯连接，数据采集服务器分别通过以太网与本地服务器和公有云服务器通讯连接；公有云服务器通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站历史数据客户端子***连接。所述数据采集服务器上还运行有制冷站能效分析诊断子***的软件，制冷站能效分析诊断子***的软件对云端数据采集软件采集到的大量数据进行全样本的统计分析计算，并提供***控制建议、维护建议、节能措施与服务。制冷站云中心子***通过对制冷站采集计量子***传输回来的数据进行分类后存储到“大数据”数据库，便于后期数据的分类查询。通过私有云里的数据采集服务器和本地服务器，***为数据库建立互备机制，确保数据不丢失、***稳定运行。通过“私有云”和“公有云”的划分，充分保证数据的安全性及访问的便捷性。超大容量的数据存储，可以免费为中央空调制冷站管理者提供云端数据存储服务。
制冷站能效分析诊断模块通过用能分析，可以得到制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机的能耗拆分饼图，专家通过对能耗的占比进行分析诊断，给管理者提供合理的设备启停管理方案或者控制方案。进行***效率分析，包括“PLR-COP图、相对冷量与相对水量图、冷却水进出水温差分析、蒸发器冷凝器趋近温度的月评均值图、制冷主机冷却水进水温度分析、能效参数统计表”；通过PLR-COP图，可以看到项目制冷主机日常运行效率状况，同时还可以看到各个主机运行的负荷率情况，从而对制冷主机运行组合合理性做出分析，并提出合理的机组群控策略。通过对相对冷量与相对水量图，可以知道冷冻水供回水温差的变化情况，也可以知道冷冻水流量的大小，根据图中数据点的分布情况可以判断水***调节性能是否合理。通过对冷却水进出水温差进行分析，可以了解到冷却水流量的大小及冷却水泵能耗情况，通过专家的诊断分析，给出合理的冷却水优化及控制策略，避免出现“小温差，大流量”的情况。通过对蒸发器、冷凝器趋近温度的月评均值图的统计分析，可以知道是否需要对蒸发器或者冷凝器进行清洗。通过对制冷主机冷却水进水温度、主机的COP进行统计分析，可以查找主机运行低效的原因中是否存在冷却水进口温度过高的现象。通过能效参数(包括***运行能耗、***机组能效、制冷***效率、冷冻水输送系数及冷冻水输送系数)统计表，可以对***运行效果的经济性进行分析，对***运行各个环境进行评价。通过对过去大量正确数据的统计分析，结合***当前的运行情况，可以对***未来一段时间内的运行状况进行预测或预警，让管理者提前预知***的运行情况。通过***记录的大量数据，生成专业的能效诊断分析报告，评价***的薄弱点，分析***在行业或者区域的运行水平，针对性的提供有效的***控制建议、维保建议及切实可行的节能措施与服务。
所述能效仪上还运行有客户端数据采集分析软件，客户端数据采集分析软件通过参数采集模块采集制冷站的运行参数，并通过功能模块对采集到的数据进行分析处理。
制冷站历史数据客户端子***通过用户授权登录管理，合法用户通过制冷站历史数据客户端子***对项目的运行数据和报表进行查看，保证数据的安全性。通过制冷站能耗报表，管理者可以查阅项目的基本信息、能耗、经济运行指标和能耗比例分布情况。通过历史曲线查询，管理者可以查看指定时段的冷冻水供回水温度、冷却水进出水温度、流量、制冷主机COP和***COP，输送系数、设备能耗和负荷等各类曲线。通过曲线定制，管理者可以定制需要数据的逐时曲线、逐日曲线、逐月度曲线，也可按所需时段下载数据。通过设备能耗占比表，管理者可以查看设备的年能耗占比图和月度能耗占比图，也可按所需时间段统计出所需了解的设备能耗占比状况。通过电费统计报表，管理者可以查看年度电费统计表和月度电费统计表，也可按照所需时间段统计出所需了解的设备电费报表。通过***运行参数记录表，管理者可针对自己日常的抄表内容建立抄表报表，可减少管理者抄表的工作量，同时也能保证抄表数据的准确性，并可以打印。
本发明在实际使用过程中，制冷站采集计量子***中的能效仪通过出厂设置的唯一项目ID号与制冷站云中心子***进行自动识别连接，把项目信息注册到制冷站云中心子***，制冷站云中心子***告知制冷站历史数据客户端子***，制冷站历史数据客户端子***为管理者进行访问授权，管理者可以通过终端凭用户名、密码、及验证码登录制冷站历史数据客户端子***查询自己需要的数据信息。
通过客户端数据采集分析软件的***组态及***设置模块，可以配置与中央空调制冷站相同设备数量及相同设备参数的设备对象，确保***能正常运行。
通过水温传感器、流量计及电力检测仪对中央空调制冷站运行的过程参数(温度、流量、耗电量)进行采集，解决“已建设完成的中央空调制冷站***并未对空调***的各项数据进行采集”的问题。
水温传感器采集到的水温、流量计采集到的流量传递给能量积算仪，能量积算仪计算出制冷主机的瞬时制冷量，并把瞬时制冷量、接收到的水温、水流量数据上传给能效仪；电力监测仪把采集到的耗电量上传给能效仪，能效仪通过计算分析得到：1)***COP、制冷量、耗电量、冷冻水输送系数、冷却水输送系数及他们的月累计值、年累计值；2)制冷主机的瞬时制冷量、瞬时功率、瞬时流量、瞬时COP、冷冻水出口温度、冷冻水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、负荷率、能耗比，并能查看最近1分钟、1小时、1天的冷冻水出口温度、冷冻水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、负荷率及能耗比的数据曲线；3)每一台冷冻水泵的瞬时功率、月累计耗电量、年累计耗电量及冷冻水泵总输送冷量、总功率；4)每一台冷却水泵、冷却塔风机的瞬时功率、月累计耗电量、年累计耗电量及冷却水泵总输送冷量、总功率；5)每一台设备(制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机)的当前耗电量及上期抄表底数，每一台制冷主机的当前累计制冷量及上期制冷量抄表底数，电力检测仪和能量积算仪的通信状态。把这些采集到的数据及经过计算分析的数据通过软件界面直观的呈现给中央空调制冷站管理者，对中央空调制冷站的运行效率进行评价，让管理者清楚了解中央空调制冷站的运行能效和能源消耗状况，从而解决“***能效状况缺乏持续关注和数据支撑”的问题。
通过客户端数据采集分析软件，把数据全面上传至制冷站云中心子***，制冷站云中心子***的云端数据采集软件对收到的数据按下面分类进行存储：项目信息、主机运行参数、运行能耗、主机效率、输送系数、***效率，便于后期对数据的分类查询。
云端数据采集软件把向管理者开放的数据发送给公有云上的公有云服务器，公有云服务器上运行的制冷站历史数据客户端子***对数据进行统计分析，管理者在取得权限的情况下，通过自己的终端设备登录制冷站历史数据客户端子***，可以：1)查阅项目的基本信息、能耗、经济运行指标和能耗比例分布情况；2)查看指定时段的冷冻水供回水温度、冷却水进出水温度、流量、制冷主机COP和***COP，输送系数、设备能耗和负荷等各类曲线；3)定制需要数据的逐时曲线、逐日曲线、逐月度曲线，也可按所需时段下载数据；4)查看设备的年能耗占比图和月度能耗占比图，也可按所需时间段统计出所需了解的设备能耗占比状况；5)查看年度电费统计表和月度电费统计表，也可按照所需时间段统计出所需了解的设备电费报表；6)针对自己日常的抄表内容建立抄表报表，减少了管理者抄表的工作量，同时也能保证抄表数据的准确性，并进行打印。通过“制冷站历史数据客户端子***”，管理者可以随时了解及掌握自己的中央空调制冷站的运行状况，同时通过云端对大数据的免费存储功能，解决了“***运行的历史数据占用管理者大量服务器资源”的问题。
制冷站能效分析诊断子***对云端数据采集软件采集到的大量数据进行全样本的统计分析计算，可以得到：1)***的用能情况：制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机的能耗拆分饼图；2)***的效率情况：PLR-COP图、相对冷量与相对水量图、冷却水进出水温差图、蒸发器冷凝器趋近温度的月评均值图、制冷主机冷却水进水温度-主机COP图及能效参数统计表。3)根据过去大量数据的统计分析的结果，结合中央空调制冷站当前运行参数，可以对未来一段时间内制冷站的运行状况进行预测或预警，让管理者提前预知自己管理的制冷站可能的运行情况；4)根据过去大量数据的统计分析的结果，生成专业的能效诊断分析报告，评价***的薄弱点，分析***的运行能效水平，针对性的提供有效的***控制建议、维护建议、及切实可行的节能措施与服务，解决“缺乏专业的分析方法，数据并未得到有效使用”及“无法通过过去的运行数据对节能改造提供决策支持”等问题。
本发明将互联网技术和大数据技术应用于传统的暖通空调行业，通过对中央空调制冷站运行过程参数的持续采集、存储、分析和评价，为持续提高中央空调制冷站的运行效率提供客观的、准确的解决方案，达到节约能源、促进行业技术进步的目的。

Claims (8)

1.一种中央空调制冷站能效分析云***，包括制冷站采集计量子***、制冷站云中心子***、制冷站历史数据客户端子***和制冷站能效分析诊断子***，其特征在于：所述制冷站采集计量子***采集中央空调制冷站的运行数据，并通过以太网或3G/4G无线路由将所采集到的数据传输至制冷站云中心子***，所述制冷站云中心子***通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站历史数据客户端子***通讯连接，所述制冷站能效分析诊断子***与制冷站云中心子***通讯连接。
2.如权利要求1所述的中央空调制冷站能效分析云***，其特征在于：所述制冷站采集计量子***包括流量计Q、水温传感器T1～T4、电力检测仪M1～M4、能量积算仪和能效仪，流量计Q和水温传感器T1～T4，水温传感器T1～T4的信号输出端分别与能量积算仪对应的信号输入端连接，能量积算仪和电力检测仪M1～M4的信号输出端分别通过RS485与能效仪通讯连接，能效仪上运行客户端数据采集分析软件。
3.如权利要求2所述的中央空调制冷站能效分析云***，其特征在于：所述流量计Q安装于中央空调制冷站中的制冷主机的冷冻水入口管道上或冷冻水出口管道上。
4.如权利要求2所述的中央空调制冷站能效分析云***，其特征在于：所述水温传感器T1～T4分别对应安装于制冷主机的冷冻水出口、冷冻水入口、冷却水出口和冷却水入口管道上。
5.如权利要求2所述的中央空调制冷站能效分析云***，其特征在于：所述电力检测仪M1～M4分别通过制冷主机配电柜、冷冻水泵配电柜、冷却水泵配电柜和冷却塔风机配电柜检测制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机的耗电量。
6.如权利要求1～5中任一所述的中央空调制冷站能效分析云***，其特征在于：所述制冷站云中心子***包括私有云和公有云，私有云包括数据采集服务器和本地服务器，公有云包括公有云服务器；
数据采集服务器上运行的云端数据采集软件通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站采集计量子***的能效仪通讯连接，数据采集服务器分别通过以太网与本地服务器和公有云服务器通讯连接；
公有云服务器通过以太网或3G/4G无线路由与制冷站历史数据客户端子***连接。
7.如权利要求6所述的中央空调制冷站能效分析云***，其特征在于：所述数据采集服务器上还运行有制冷站能效分析诊断子***的软件，制冷站能效分析诊断子***的软件对云端数据采集软件采集到的大量数据进行全样本的统计分析计算，并提供***控制建议、维护建议、节能措施与服务。
8.如权利要求2～5中任一所述的中央空调制冷站能效分析云***，其特征在于：所述能效仪上还运行有客户端数据采集分析软件，客户端数据采集分析软件通过参数采集模块采集制冷站的运行参数，并通过功能模块对采集到的数据进行分析处理。
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