醫(yī)院中央空調系統(tǒng)的節(jié)能控制改造與實現(xiàn)

摘 要：以廣東地區(qū)某三甲醫(yī)院中央空調系統(tǒng)節(jié)能改造為案例，介紹了一種醫(yī)院冷源站節(jié)能控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)包括冷凍水溫度及壓力參數(shù)、冷卻水溫度參數(shù)等檢測，冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機、電動閥門等機構的控制，統(tǒng)一由冷源站節(jié)能控制系統(tǒng)接收各種傳感器信號與發(fā)出各種執(zhí)行命令，從而實現(xiàn)制冷站的全面監(jiān)控，機房設備經(jīng)各種參數(shù)運算揉合統(tǒng)一調配，提高了醫(yī)院中央空調系統(tǒng)運行效率，實現(xiàn)了醫(yī)院機房的綜合節(jié)能。

關鍵詞：醫(yī)院;中央空調;節(jié)能改造

0? ? 引言

近年來，隨著醫(yī)療設備的不斷更新?lián)Q代，醫(yī)療服務水平的不斷提升，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)院運行過程中，中央空調系統(tǒng)是醫(yī)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(guī)的一次泵定流量系統(tǒng)常常會出現(xiàn)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(xiàn)象。其次，控制系統(tǒng)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(jié)能形勢越來越嚴峻的形勢下，醫(yī)院中央空調系統(tǒng)可采用冷源站節(jié)能控制系統(tǒng)[1]及末端空調節(jié)能控制系統(tǒng)有效解決節(jié)能問題。

1? ? 中央空調智能化控制系統(tǒng)簡介

本控制系統(tǒng)是通過對廣東地區(qū)某三甲醫(yī)院的中央空調設備各個機構的運行參數(shù)進行實時數(shù)據(jù)采集，分析運行數(shù)據(jù)并優(yōu)化系統(tǒng)控制算法對系統(tǒng)的各執(zhí)行機構進行實時控制，本系統(tǒng)具有延長設備使用壽命、節(jié)省設備運行能耗、簡化管理、提高系統(tǒng)安全性能等特點。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)、冷卻塔風機狀態(tài)等反饋的各種傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過中央處理單元進行運算、判斷，對各種動作執(zhí)行機構進行實時閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)組成如圖1所示。

2? ? 系統(tǒng)硬件組成

如圖2所示，中央空調智能化控制系統(tǒng)硬件主要由中央控制器[2]、傳感器及執(zhí)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(tài)靈活、支持PID自動調節(jié)等功能特點，非常適合本項目的功能需求;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)行機構包括冷水機組蒸發(fā)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(tǒng)節(jié)能控制軟件系統(tǒng)

中央空調智能化控制系統(tǒng)[3]采用冷源站節(jié)能控制系統(tǒng)和空調末端系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)綜合優(yōu)化算法，跟蹤冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔和風機及電動調節(jié)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(yōu)的節(jié)能控制方案，及時調整各設備的運行工況，確保空調系統(tǒng)的風量、水流量、溫度和壓差等運行參數(shù)最優(yōu)及設備運行效率最高，從而使系統(tǒng)能效（COP值）最高，能耗最低，能源費用最小。最終實現(xiàn)整個制冷系統(tǒng)綜合能耗最低的目標。中央空調智能化控制系統(tǒng)控制流程為：

（1）啟動冷水機組：根據(jù)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(tài)后，啟動設備冷卻水泵，確認其處于開啟狀態(tài)后，啟動冷凍水泵，確認其處于開啟狀態(tài)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(zhí)行。

（2）關閉冷水機組：根據(jù)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(tǒng)發(fā)送冷水機組關閉指令，確認其處于關閉狀態(tài)后，控制系統(tǒng)發(fā)送冷凍水泵關閉指令，確認其處于關閉狀態(tài)后，冷水機停機后延時5 min，系統(tǒng)發(fā)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(zhí)行。

（3）開啟冷卻塔：系統(tǒng)采集冷卻水的進水溫度，如果進水溫度高于設定值，系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)送該冷卻塔風機開啟指令。

（4）關閉冷卻塔：系統(tǒng)采集冷卻水的進水溫度，如果進水溫度低于設定值，系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)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(tǒng)完成的。智能控制其實是通過對冷熱負荷的計算，根據(jù)用戶端的負荷情況向其控制系統(tǒng)提交負荷切換控制需求，同時監(jiān)測其動作反饋，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

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

5? ? 結語

本項目為中央空調系統(tǒng)綜合節(jié)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(xiàn)有設備和場地，以成本較低的方式實現(xiàn)了節(jié)能收益最大化。該技術節(jié)能效果顯著，可在滿足醫(yī)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(jié)能控制技術除了可在醫(yī)院推廣應用外，還可以推廣到其他類型的公共建筑[4]或國家公共機構，對國家節(jié)能減排及實現(xiàn)碳達峰、碳中和有深遠的現(xiàn)實意義。

[參考文獻]

[1] 羅漢權.大型辦公樓中央空調冷源站控制系統(tǒng)軟硬件設計剖析——以福建廈門瑞達金融廣場中央空調冷源站為例[J].福建建筑，2020（9）：103-108.

[2] 李春茹，徐維興.中央空調系統(tǒng)的智能化控制方法[J].四川建材，2012，38（3）：222-223.

[3] 王濤.中央空調的智能化實現(xiàn)路徑探究[J].科學技術創(chuàng)新，2018（28）：150-151.

[4] 黃鶴，歐陽前武.某三甲醫(yī)院合同能源管理項目案例分析[J].江蘇建筑，2019（S1）：117-118.

收稿日期：2021-05-18

作者簡介：朱柱錦（1982—），男，廣東博羅人，碩士，工程師，主要從事工業(yè)自動化設計及改造、節(jié)能技術改造及推廣應用工作。