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引言

近年來,隨著醫療設備的不斷更新換代,醫療服務水平的不斷提升,我國大部分醫院尤其是綜合性三甲醫院的能耗普遍存在逐年遞增的趨勢。在醫院運行過程中,中央空調系統是醫院正常運轉必需且能耗較高的設備。在中央空調機房設備的運行中,常規的一次泵定流量系統常常會出現冷凍水回水溫度低、冷凍水流量高于設計值、機組效率低等問題,從而導致能耗偏大、費用偏高等現象。其次,控制系統缺乏正常的自動控制和管理功能,影響了管理水平的進一步提高及設備的使用壽命。而在競爭日益激烈、節能形勢越來越嚴峻的形勢下,醫院中央空調系統可采用冷源站節能控制系統及末端空調節能控制系統有效解決節能問題。

1中央空調智能化控制系統簡介

本控制系統是通過對廣東地區某三甲醫院的中央空調設備各個機構的運行參數進行實時數據采集,分析運行數據并優化系統控制算法對系統的各執行機構進行實時控制,本系統具有延長設備使用壽命、節省設備運行能耗、簡化管理、提高系統安全性能等特點。本系統是一種冷源站節能控制系統,具體包括冷水機組智能控制子系統、冷凍水智能控制子系統、冷卻水智能控制子系統以及冷卻塔智能控制子系統,可根據冷凍水管路狀態、冷水機組狀態、冷凍水泵狀態、冷卻水管路狀況、冷卻水泵狀態、冷卻塔風機狀態等反饋的各種傳感器數據,經過中央處理單元進行運算、判斷,對各種動作執行機構進行實時閉環控制。控制系統組成如圖1所示。

2系統硬件組成

如圖2所示,中央空調智能化控制系統硬件主要由中央控制器、傳感器及執行機構組成。中央控制器采用西門子的s7-1200可編程控制器(PLC）,該PLC具有組態靈活、支持PID自動調節等功能特點,非常適合本項目的功能需求:系統傳感器包括冷凍水(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:系統執行機構包括冷水機組蒸發器進口電動蝶閥、冷水機組冷凝器進口電動蝶閥、冷卻塔進口電動蝶閥、分集水器旁通電動控制閥、冷凍水泵進水電動蝶閥、冷卻水泵進水電動蝶閥、冷凍水泵變頻器、冷卻水泵變頻器。

3系統節能控制軟件系統

中央空調智能化控制系統采用冷源站節能控制系統和空調末端系統節能控制系統綜合優化算法,跟蹤冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔和風機及電動調節閥的運行曲線,對每臺設備采用主動式控制,對整個機房設備采用集成式控制,通過運算分析,選擇最優的節能控制方案,及時調整各設備的運行工況,確保空調系統的風量、水流量、溫度和壓差等運行參數最優及設備運行效率最高,從而使系統能效(C0P值）最高,能耗最低,能源費用最小。最終實現整個制冷系統綜合能耗最低的目標。中央空調智能化控制系統控制流程為:

(1）啟動冷水機組:根據負荷需求及每臺冷水機組的累計運行時間選擇運行時間最短的冷水機組(延長冷水機組壽命）,確認此冷水機組的冷卻水電動蝶閥和冷凍水電動蝶閥處于開啟狀態后,啟動設備冷卻水泵,確認其處于開啟狀態后,啟動冷凍水泵,確認其處于開啟狀態后,再開啟冷水機組,隨后啟動冷卻塔設備。每增開一臺冰水機組按照此流程進行判斷及動作執行。

（2）關閉冷水機組:根據負荷及每臺冷水機組的累計運行時間選擇運行時間最長的冷水機組,控制系統發送冷水機組關閉指令,確認其處于關閉狀態后,控制系統發送冷凍水泵關閉指令,確認其處于關閉狀態后,冷水機停機后延時5min,系統發送對應的冷卻水泵及冷卻塔設備的關閉指令。每減少一臺冰水機組都按照此流程進行判斷及動作執行。

（3）開啟冷卻塔:系統采集冷卻水的進水溫度,如果進水溫度高于設定值,系統查詢每臺冷卻塔的累計運行時間,選出運行時間最短的冷卻塔,系統發送該冷卻塔風機開啟指令。

(4）關閉冷卻塔:系統采集冷卻水的進水溫度,如果進水溫度低于設定值,系統查詢每臺冷卻塔的累計運行時間,選出運行時間最長的冷卻塔,系統發送該冷卻塔風機關閉指令。

(5）冷水機組負荷切換控制:冷水機組的負荷切換控制也是由智能控制系統完成的。智能控制其實是通過對冷熱負荷的計算,根據用戶端的負荷情況向其控制系統提交負荷切換控制需求,同時監測其動作反饋,避免了“大馬拉小車"“小馬拉大車"的不合理現象。中央空調智能化控制系統控制軟件界面如圖3所示。

4節能效益分析

本項目以廣東地區某三甲醫院節能改造為例進行分析,增加中央空調智能化控制系統后,主機（冰水機組)節能率達3.5%,輔機（冷凍水系統、冷卻水系統）節能率達25.45%,項目綜合節能率達10.37%,項目改造前后節能效果對比分析如表1所示。項目改造后年節約電量約44.69萬kw·h,年節電金額約29.4萬元,項目總投資約26萬元,設備靜態投資回收期約8.8個月,節能效益非常顯著。

5結語

本項目為中央空調系統綜合節能改造項目,采用了成熟的水泵變頻控制技術和主機智能模糊控制技術,充分利用了現有設備和場地,以成本較低的方式實現了節能收益最大化。該技術節能效果顯著,可在滿足醫院正常供冷需求的同時,減少能源消耗,提高能源利用效率。本項目節能控制技術除了可在醫院推廣應用外,還可以推廣到其他類型的公共建筑或國家公共機構,對國家節能減排及實現碳達峰、碳中和有深遠的現實意義。