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学校代码：10255学号:2141970中图法分类号：C93某三甲医院综合病房大楼中央空调水系统的能耗优化管理研究EnergyEfficiencyOptimizationofCentralAirConditioningWaterSystemsinaHospital学科专业：工程管理（MEM）作者姓名：张博指导教师：王晓锋答辩日期：2017年10月26日 东华大学工程管理学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注段永瑞教授答辩委员会主席同济大学杜卫平高工答辩委员会委员上海纺织集团杨东教授答辩委员会委员东华大学杨帅讲师答辩委员会秘书东华大学 东华大学学位论文原创性声明东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日 东华大学学位论文版权使用授权书东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日 摘要某三甲医院综合病房大楼中央空调水系统的能耗优化管理研究摘要随着经济的快速发展和我国城镇化建设的大力推进，越来越多的公共建筑拔地而起，建筑能耗占我国总能耗的比重不断提升，建筑节能问题也成为我国可持续发展战略的核心内容之一。本文研究对象为某三甲医院综合病房大楼中央空调水系统的能耗优化管理。论文首先阐述该医院中央空调水系统的构成，分析了该中央空调系统在管理上存在的问题，发现存在“流量大、温差小”、自动化程度低、管理松懈、运行不合理等问题。针对该问题在综述国内外空调节能现状、优化算法及相关管理工具的基础上，提出基于六西格玛的DMAIC水系统能耗优化管理解决思路，并通过工作分解结构图（WBS）明确项目的具体工作范畴。然后通过SIPOC分析确定论文改善对象为流程P，运用头脑风暴法、鱼骨图分析法、失效模式分析（FMEA）等管理工具，找出了影响中央空调水系统能耗的5点主要因素，分别是机组开关机不合理；冷冻水侧定流量运行；冷却水侧定流量运行；机组旁通阀状态；分水器、集水器阀门状态。接着在改进环节，针对前三点因素采取传统的分析方法，对于后两点阀门问题采用快捷、简单的快赢改善方式。具体改进措施为：机组部分按系统负荷大小重新编制了冷水机组开关机顺序，利用系统比功率优化了运行模式；冷冻水侧对冷冻水二次泵进行变频改造，确定以定I 摘要干管压差作为变频控制信号，计算了二次泵组变流量运行后的节能率，通过能耗比对给出了泵组台数运行的切换点；冷却水侧进行冷却水系统变流量改造，确定以定冷却水出水温度为变频控制信号，给出了不同温度区间下所对应的具体频率值并设置了频率下限，计算了冷却水泵变频时水系统的整体节能率；阀门方面通过加装电动阀并设置互锁，保证机组旁通无异常，分水器、集水器阀门增加状态指示板降低了人为因素造成的误操作。通过对比分析改进前后中央空调水系统的总能耗，得出改进后的节能率为19.7%，证明改进措施的有效性。最后从管理角度出发给出了中央空调水系统保持低能耗运行的控制建议，制定了科学合理的运行管理制度，提出智能化管理模式。通过计算机辅助搭建IFIX智能化集成平台，将不同设备、不同子系统，统一管理，最大程度的实现了数据共享、自动控制、科学决策、跨系统联动。关键词中央空调水系统节能改造变频控制智能化管理模式II ABSTRACTEnergyEfficiencyOptimizationofCentralAirConditioningWaterSystemsinaHospitalAbstractWiththerapiddevelopmentofeconomyandtheconstructionofourcountryurbanization,moreandmorepublicbuildingsexisted.Thebuildingenergyconsumptionaccountsmoreandmoreproportionoftotalenergyconsumption,whichdistributetooneofthecorecontentofsustainabledevelopmentstrategyonbuildingenergysavingproblemsinourcountry.Thisassignmentfocusedonenergyefficiencyoptimizationofcentralairconditioningwatersystemsinahospital.Firstofall,theassignmentexpoundstheconsumptionofhospitalcentralairconditioningwatersystem;analyzesthecentralairconditioningsysteminsomeexistingproblemsinmanagement.Asaresult,wefoundseveralproblems,e.g.‘largeflow,smalltemperaturedifference’;lowdegreeofautomation;laxmanagement;unreasonableoperations;et,al.Accordingtothecurrentsituationoftheissueinourcountryandabroadinairconditioningenergyconservation,optimizingalgorithmandrelatedmanagementtools,comingupwiththeoptimizedsolutionsonthebasisofproposedDMAICwatersystemenergyconsumption,andclearthespecificworkscopeoftheprojectthroughtheworkbreakdownstructure(WBS).Secondly,determinetheassignmenttoimprovetheobjectfortheprocessPthroughtheSIPOCanalysis,usingthemethodsofbrainstorming,fishbonediagramanalysis,failuremodeanalysis(FMEA),andothermanagementtools,andresolutely,findingoutthefivemainfactorswhichwouldinfluencetheenergyconsumptionsoncentralairconditioningwatersystem.Thesefactorsincludingunreasonableunitswitchmachine;frozenwatersidesteadyflow;coolingwatersidesteadyflowoperation;stateoftheunitbypassvalve;waterdistributorandwatercollectorvalvestatus.Then,throughtheimprovementprocess,usingtraditionalanalysismethodstosolvethefirstthreefactors,andadoptedthequickwinmethodstoimprovethelasttwofactorseasily.Inspecific,firstly,reformulatedtheorderofthesystemloadunits,andoptimizedtheoperatingmodebythesystemratio;secondly,frozenwatersideofchilledwaterinsecondarypumpvariablefrequencyrenovation,determinedtosetthemaindifferentialpressureasfrequencyconversioncontrolsignal,calculatedthevariableflowsecondarypumpgroupaftertheoperationoftheenergy-savingrate,whichshowstheenergyconsumptionofthepumpgroupsetsoperationswitchIII ABSTRACTpointthroughcomparison;coolingwatersideofthevariableflowwatersystemrenovationtomakesuretosetthewatertemperatureofcoolingwaterforthefrequencyconversioncontrolsignal,underdifferenttemperaturerangeisgivenbythecorrespondingspecificfrequencyvaluesandsetthelowerlimitfrequency,andcalculatethecoolingwaterpumpfrequencyconversionwatersystemintheoverallenergysavingrate.Thevalveisequippedwithanelectricvalveandsetsinterlocktoensurethatthereisnoabnormalityonthesideoftheunit.Thewaterdistributorandwatercollectorvalvewouldincreasethestatuesindicatorplatetoreducetheerroroperationcausedbyhumanfactors.Bycomparingandanalyzingthetotalenergyconsumptionofthecentralair-conditioningwatersystem,theimprovedenergysavingrateis19.7%,whichprovestheeffectivenessoftheimprovementmeasurements.Lastbutnottheleast,accordingtotheperspectiveofmanagement,thisassignmentgivesthecontrolsuggestiononthecentralair-conditioningwatersystemtomaintainthelowenergyconsumption,andestablishthescientificandreasonableoperationmanagementsystem,andcomeupwiththeintelligentmanagementmode.ThroughcomputeraidedbuildingIFIXintelligentintegrationplatform,combiningdifferentequipmentsandsubsystems,andunifyingmanagementtoachieveamaximumlevelondatasharing,automaticcontrol,scientificdecision-making,andcrosslinkagesystem.BoZhang(MEM)SupervisedbyXiaofengWangKeywords：centralairconditioningwatersystems、energy-savingreform、frequencyconversioncontrol、intelligentmanagementmodeIV 目录目录摘要...........................................................................................................................................IABSTRACT.................................................................................................................V1绪论......................................................................................................................................11.1研究的背景................................................................................................................11.1.1降低中央空调能耗成为建筑节能的重要途径.............................................11.1.2医院中央空调能耗特点.................................................................................11.1.3某医院病房中央空调水系统能耗优化的迫切性.........................................21.2研究目的与研究意义................................................................................................31.2.1研究目的.........................................................................................................31.2.2研究意义.........................................................................................................31.3论文研究内容及研究方法........................................................................................31.3.1论文研究框架及研究内容.............................................................................31.3.2论文研究方法.................................................................................................52中央空调水系统节能及文献综述......................................................................................72.1中央空调空调水系统................................................................................................72.1.1中央空调水系统的主要组成部分.................................................................72.1.2中央空调水系统分类.....................................................................................72.1.3变流量系统国内外节能现状.........................................................................82.2中央空调节能方法研究现状....................................................................................92.2.1机组设计和结构上的节能.............................................................................92.2.2管道和外围护结构的优化...........................................................................102.2.3空调风系统节能...........................................................................................112.2.4空调管理策略的节能...................................................................................112.2.5冷凝热回收应用...........................................................................................112.3中央空调系统模型..................................................................................................112.4中央空调系统算法的优化......................................................................................122.5六西格玛DMAIC模型应用的研究现状.................................................................13V 目录2.6文献述评..................................................................................................................143某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析............................................................153.1病房大楼中央空调系统的基本情况......................................................................153.1.1病房中央空调系统概述...............................................................................153.1.2中央空调系统日常管理制度.......................................................................163.2中央空调系统管理中存在的问题.........................................................................163.2.1各功能区设计参数要求...............................................................................163.2.2病房大楼夏季耗电量分析...........................................................................173.2.3中央空调水系统管理中存在的问题分析...................................................193.3基于六西格玛DMAIC的中央空调水系统能耗优化管理解决思路.....................193.3.1基于六西格玛DMAIC的中央空调水系统能耗优化管理模型..................193.3.2基于六西格玛DMAIC的工作分解结构......................................................203.4本章小结..................................................................................................................214中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析................................................................224.1中央空调水系统能耗优化管理项目的定义与测量..............................................224.1.1中央空调水系统能耗优化管理的界定范围...............................................224.1.2中央空调水系统能耗的测量工具...............................................................234.1.3机组负荷率分析...........................................................................................244.1.4中央空调水系统进出水温差分析...............................................................284.2中央空调水系统高能耗的原因分析......................................................................304.2.1基于头脑风暴法的能耗影响因素识别.......................................................304.2.2基于失效模式分析法识别主要影响因素...................................................314.3本章小结..................................................................................................................335降低中央空调水系统能耗的改进方案设计....................................................................345.1并联模式下冷水机组开关机组合改进方案..........................................................345.1.1冷水机组并联运行模式...............................................................................345.1.2并联模式下冷水机组开关机组合改进方案...............................................345.2冷冻水系统侧变流量改进方案..............................................................................365.2.1冷冻水系统变流量改造方法.......................................................................365.2.2冷冻水侧变流量控制参数选择...................................................................37VI 目录5.3冷却水系统侧变流量改进方案..............................................................................385.3.1冷却水侧变流量改进的参数选择...............................................................385.3.2具体频率设置...............................................................................................395.4阀门问题的快赢改善方案......................................................................................395.4.1冷水机组旁通阀快赢改善方案...................................................................395.4.2分水器、集水器阀门快赢改善方案...........................................................405.5本章小结..................................................................................................................406中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制............................................................416.1实施能耗改进方案后的效果分析..........................................................................416.1.1开关机组合改进前后效果分析...................................................................416.1.2冷冻水侧改进前后效果分析.......................................................................436.1.3冷却水侧改进前后效果分析.......................................................................466.1.4中央空调水系统总能耗改进前后效果分析...............................................466.1.5快赢改善效果分析......................................................................................486.2保持低能耗的管理控制建议..................................................................................496.2.1制定科学合理的运行管理制度...................................................................496.2.2采用基于智能管理模式的实时控制策略...................................................516.3本章小结..................................................................................................................54结论与展望............................................................................................................................55参考文献................................................................................................................................57致谢........................................................................................................................................60VII 图目录图目录图1‐1论文框架结构图.......................................................................................4图3‐1病房大楼6‐9月用电量..........................................................................18图3‐28月中央空调系统分项能耗占比..........................................................18图3‐3中央空调水系统能耗优化管理WBS....................................................20图4‐1中央空调水系统能耗SIPOC图.............................................................23图4‐2t检验结果...............................................................................................25图4‐3t检验结果...............................................................................................26图4‐41号机组负荷率......................................................................................27图4‐53号机组负荷率......................................................................................27图4‐61号机组冷冻水进出水温差..................................................................28图4‐73号机组冷冻水进出水温差..................................................................28图4‐81号机组冷却水进出水温差..................................................................29图4‐93号机组冷却水进出水温差..................................................................29图4‐10冷水机组高能耗鱼骨分析图.................................................................30图4‐11冷冻水侧能耗高鱼骨分析图.................................................................31图4‐12冷却水侧能耗高鱼骨分析图.................................................................31图5‐1机组旁通示意图.....................................................................................40图6‐1改进前.....................................................................................................41图6‐2改进前.....................................................................................................42图6‐3改进后.....................................................................................................42图6‐4改进前后的冷冻水温差.........................................................................43图6‐5机组旁通阀改善前.................................................................................48图6‐6机组旁通阀改善后.................................................................................48图6‐7阀门状态改善前.....................................................................................49图6‐8阀门状态改善后.....................................................................................49图6‐9病房大楼智能化系统网络构架图.........................................................52VIII 表目录表目录表3‐1主要设备清单‐机组................................................................................15表3‐2主要设备清单‐水泵................................................................................16表3‐3各功能区室内参数设计要求.................................................................17表3‐4不同类别房间换气次数设计要求.........................................................17表3‐5不同洁净区空调技术参数要求.............................................................17表3‐6中央空调系统用电量百分比.................................................................18表4‐1测量仪器设备清单.................................................................................24表4‐21号机组性能参数..................................................................................25表4‐31号机组功率值......................................................................................25表4‐43号机组性能参数..................................................................................26表4‐53号机组功率值......................................................................................26表4‐6头脑风暴小组成员构成.........................................................................30表4‐7FMEA判定标准.......................................................................................32表4‐8中央空调水系统能耗FMEA分析结果..................................................32表5‐1小机组部分负荷性能参数.....................................................................35表5‐2大机组部分负荷性能参数.....................................................................35表5‐3合理开关机组合.....................................................................................35表5‐4优化开关机组合.....................................................................................36表5‐5病房大楼中央空调冷却水泵变频控制参数.........................................39表6‐1改进前后一次泵能耗.............................................................................43表6‐2单泵变频节能率.....................................................................................44表6‐3双泵并联同频率变频节能率.................................................................44表6‐4三泵并联同频率变频节能率.................................................................45表6‐5病房大楼中央空调水系统二次水泵变频切换点.................................45表6‐6大机组运行时不同频率下冷却水侧变频节能率.................................46表6‐7改进前水系统能耗.................................................................................47表6‐8改进后水系统能耗.................................................................................47IX 1绪论1绪论1.1研究的背景1.1.1降低中央空调能耗成为建筑节能的重要途径在全球经济高速发展与人口数量不断增加的同时，能源需求水平也在不断提升，导致日益严峻的能源危机问题。面对上述困境，世界各国都制定和实施了各自不同的解决策略。不断降低煤、石油等不可再生能源的需求水平并大力开发新能源，同时积极推进节能减排工程以实现能源利用率的提升与能耗水平的下降，实现可持续发展的目标。贾宏杰（2015）给出我国能源资源现状的一些特点：一方面，我国能源消费分布和消费不平衡，产能的是中西部和东北，耗能多的则是沿海经济发达省份。另一方面，主要消耗的还是传统的化石能源如煤炭、石油、天然气，新型能源利用率低，而且全国范围内人均能源占有量极少[1]。据统计数据表明，在发达国家的产业能耗结构中，建筑能耗的平均比重大约为30%-40%左右，而我国的这一数据则大约保持在30%左右并且随着建筑规模的扩大与建筑智能化的发展呈现上升趋势，建筑能耗在国家总能耗中的比重不断提升，建筑节能问题也成为我国可持续发展战略的核心问题之一。我国“十二五”发展规划提出如下建筑能耗发展目标：截至2015年底，北方采暖地区累计实现对已有建筑的供热计量与节能改造面积不低于4亿平方米，夏热冬冷地区累计完成对已有建筑的供热计量及节能改造面积不低于5千万平方米，公用建筑与公共办公建筑的节能改造面积均不低于6千万平方米。上述节能改造目标，将累计实现高达600万吨标准煤的节能改造效果。科学降低建筑能耗，既是我国可持续发展战略的核心内容之一，也是我国新时期能源战略的关键任务之一，更是我国社会与经济发展的基本目标。在现代大型建筑中，中央空调系统已经成为标准配套设施的重要组成。通过能耗分析可知，大型现代公共建筑中，中央空调的整体能耗在其总能耗中的比重大约在40%-50%左右，并且这一比重将随着医院服务质量的提升而提高。杨延锋（2016）统计了某大型医院2014年的用电情况其空调系统占全年电耗的47.82%[2]。为了实现建筑节能的发展目标，需要从多个环节入手，积极推动建筑能耗水平的下降。而基于智能控制与高度自动化技术的新型中央空调管理系统，能够合理降低建筑能耗水平，是实现建筑节能的有效方式，对于实现我国建筑节能目标、全面提升建筑居住环境质量、提高能源利用率具有十分显著的战略意义，是我国节能减排战略的积极探索与科学途径。1.1.2医院中央空调能耗特点随着社会经济的发展与居民生活水平的提升，人民群众对医疗卫生服务的质量1 1绪论水平具有更高要求，客观上推动了我国医疗卫生系统的发展。但三甲医院数量相对来看还是不足，就诊往往人满为患。国家下决心大力发展医疗卫生事业，医院规模近些年突飞猛进，老院改造，分院新建，床位数翻翻，从医人员增加，大型设备添置。医院尽可能为广大患者提供舒适、健康的就诊环境。但随之而来的却是医院运行成本不断增加，能耗成倍增长。在现代建筑结构中，医院这一典型的公共建筑表现出特殊性与复杂性的特点。首先，医院病房楼全年无休，空调24小时供应且早晚温差大负荷不一致。其次，医院功能区域众多，有普通病房、门急诊就诊区、办公区、洁净度要求高的特殊区域（如手术室、层流净化病房、无菌室等等），这些不同区域对应的温湿度要求各不相同。再次，大型设备多，如CT、核磁共振，PET‐CT等大功率机器散热量大，温湿度要求高，必须控制在规定范围内。以上特殊内容均不同程度加大了医院中央空调的管理难度与能耗水平。如朱永松（2011）所述，与其他组织结构相比，医院的医疗设备数量更多、使用更复杂、运行时间更长、维护管理更频繁，因此医院的能耗水平将显著高于其他公共建筑的能耗水平，甚至达到一般公共建筑的2倍能耗[3]。提高医院能源利用率，降低成本，减少污染，打造绿色、节能、环保的现代化医院，无论是改善就医环境还是促进和谐社会都有着积极作用。1.1.3某医院病房中央空调水系统能耗优化的迫切性本文研究对象是某三级甲等大型医院住院病房大楼的中央空调系统改造工程。该院占地面积约10万平方米，为社会提供各类床位总计2,016张，平均每年接待就诊患者达到156万人次，年均住院治疗病患约7.2万余人次，是江苏省内最重要、最具影响力的三甲医院之一。2008年，医院新病房大楼投入使用，其中南楼20层，北层18层，各层都设有连廊，建筑总面积约6万平方米，共有手术室22间，层流病房7间，能够为社会提供1,143张的新床位。此外，新病房大楼配备了先进的中央空调系统，拥有总制冷量为9,050kw的麦克维尔离心式冷水机组（其中包括2台额定制冷量3,500kw与1台额定制冷量2,050kw的水冷机组），离心机组部署在新病房大楼的地下室机房中，为普通病房的正常运行提供支持。此外还配备制冷量1,000kw的克莱门特风冷热泵机组2台，制冷量540kw的能量提升机1台，总功率2,540kw，位于5楼平台，主要负责手术室、ICU、层楼病房。该医院中央空调系统的能耗设备中，制冷和输送设备（如冷却塔风机、冷冻水泵、冷却水泵、冷水机组等）的能耗比重最高，而末端设备（如新风机组、风机盘管等）的能耗比重大较小。因此在中央空调系统的节能管理中，以制冷和输送设备为代表的空调水系统将作为其节能研究的重点环节。实际运行中，空调系统常年低负荷运行能源浪费严重，管理松懈，系统之间联系不紧密，自动化程度低，进回水温差偏小。与国家“十二五”规划所提出的建立绿色、环保、节能的现代化医院目标存在一定差距，迫切需要对整个中2 1绪论央空调水系统进行能耗优化。1.2研究目的与研究意义1.2.1研究目的本文将在对国内外学者研究的基础上，以某三甲医院综合病房大楼中央空调水系统能耗优化管理为研究对象，结合中央空调节能理论、中央空调节能算法、六西格玛DMAIC管理模型，对病房大楼中央空调水系统进行深入剖析，指出其在能耗管理流程上存在的问题，运用DMAIC方法提出完整的改进方案，并验证其有效性。本研究将达到以下目的：（1）对三甲医院综合病房大楼中央空调水系统能耗进行分析，通过现场调查和访谈形式，梳理现有的能耗管理流程，提出当前需要解决的问题。（2）提出用DMAIC的管理方法解决中央空调水系统能耗优化问题。在具体实施中，重点设计能耗优化管理的定义阶段、测量阶段、分析阶段、改进阶段、控制阶段。（3）对能耗管理优化方案进行评价，采用对比改进前后中央空调水系统总能耗的方法，评估改进措施的有效性。通过本文的研究，不仅可以丰富中央空调水系统能耗管理的实践经验，掌握六西格玛DMAIC管理模型的用法，而且在一定程度上检验理论的合理性，为其他企业实施中央空调水系统能耗优化管理提供可参考的建议。1.2.2研究意义本课题的理论意义与实践价值主要体现在：一方面，空调的能耗优化是实现建筑能耗降低的重要方面，针对医院的特点，提出中央空调水系统能耗优化管理策略，充实了建筑行业能耗管理理论。另一方面，本文通过分析某医院病房大楼的中央空调能耗系统，提出节能减排的优化方案，为医院节能减排目标的实现提供充分有效的指导。同时在课题研究过程中，进一步梳理和分析空调水系统的能耗状况，更加科学系统的对空调冷水机组的运行机制及工作原理进行把握，从而为中央空调水系统能耗优化、管理改善、运行成本降低提供充分的指导和依据，同时也为大型公共建筑的节能优化提供有效参考。1.3论文研究内容及研究方法1.3.1论文研究框架及研究内容论文的研究框架如图1‐1所示。3 1绪论确立研究主题中央空调变流量研究现状问题的提出及研究意义中央空调系统模型研究现状相关文献综述优化算法研究现状综合病房大楼中央空调六西格玛DMAIC模型系统基本情况应用研究现状中央空调系统管理中存某综合病房大楼中央空调在的问题水系统管理问题分析中央空调水系统能耗管理项目基于bDMAIC的中央空的定义与测量调水系统能耗优化模型中央空调水系统能耗测量基于头脑风暴法能耗影响因素与高能耗原因分析识别冷水机组开关机基于FMEA法的主要因素组合改进识别冷冻水侧变流量改进降低中央空调水系统能耗的改进方案设计冷却水侧变流量改进阀门快赢改善中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制总结与展望图1-1论文框架结构图4 1绪论论文内容共六章，各章节具体内容包括：第一章：绪论。提出本文的研究背景，明确本文的研究对象，介绍本文的研究目的、意义以及论文框架结构。第二章：基础理论与文献综述。介绍中央空调水系统的组成、原理、分类以及空调系统节能的国内外研究现状、优化算法以及六西格玛DMAIC管理模型。第三章：结合企业提出论文研究的问题。从管理角度对综合病房大楼中央空调系统进行分析，找出管理中存在的问题，通过对能耗占比分析，确定中央空调水系统为本文的研究对象，提出基于DMAIC的中央空调水系统能耗优化管理解决思路。通过对项目的工作任务梳理，画出工作分解结构图（WBS）。第四章：医院空调水系统高能耗原因分析。用SIPOC方法对中央空调水系统能耗优化管理项目进行定义，确定改善对象为流程P阶段，分析水系统的能耗现状，利用头脑风暴、鱼骨图、FMEA等管理方法找出影响水系统能耗的关键因素。第五章：降低能耗的改进措施设计。针对关键因素，逐一给出改进对策。冷源侧重新编制机组开关机顺序，并优化机组运行模式。冷冻水侧进行变流量改进，确定干管压差为变频控制信号。冷却水侧确定变流量改进方案，以定冷却水出口温度为变频控制参数，给出具体的频率设置。对于阀门问题给出快赢改善方案。第六章：效果分析及管理控制。分别对实施改进措施后的能耗方案进行效果验证。机组侧对比分析改进前后机组的负荷率，冷冻水侧计算二次泵组变频后单泵、双泵、三泵运行的节能率并给出泵组运行台数的切换点，冷却水侧计算冷却水泵变频后对整个系统的影响。最后分析中央空调水系统改进前后的总能耗，改进后的节能率达到目标值。同时给出保持低能耗的管理控制建议。结合本系统提出搭建IFIX智能化管理平台，真正实现数据共享、统一监控、分布管理、联动控制。1.3.2论文研究方法根据本文研究的特点，在研究工作中采用的研究方法具体包括：（1）文献分析法对有关中央空调系统节能现状和六西格玛DMAIC理论及应用的文献资料进行查阅、分析和整理，帮助确定论文的研究内容、角度以及方法。（2）流程分析法通过DMAIC方法对流程进行分析，发现中央空调水系统存在的问题，利用头脑风暴、鱼骨图、FMEA等管理工具找出影响高能耗的主要因素。（3）对比分析法对比分析改进前后中央空调水系统的总能耗，机组负荷率，进出水温差等关键数据指标，验证改进方案的有效性。5 1绪论（4）案例分析法结合实际案例，将DMAIC管理工具运用到中央空调水系统能耗优化管理的项目上，探索DMAIC方法在能耗管理中应用的可行性。6 2中央空调水系统节能及文献综述2中央空调水系统节能及文献综述2.1中央空调空调水系统2.1.1中央空调水系统的主要组成部分制冷机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、管路等构成了中央空调水系统。制冷机组作为系统的核心，为空调系统正常运行提供了必要的冷源支持；冷却水泵和冷冻水泵以及管路形成循环系统，为中央空调系统传输冷量提供保障。中央空调系统的运行总共包括了五种介质的循环和四种热量的交换[4]。（1）在风机作用下，室内空气进入风机盘管并与管内的冷冻水完成热交换降温，此后，完成降温的冷空气经盘管出口送入室内实现制冷降温，从而构成完整的室内空气循环回路。（2）在冷冻水系统内，冷冻水经制冷机处理后转变为低温冷冻水，并在冷冻水泵的推动下经不同管路输送至各个使用终端（如房间）进行制冷，完成制冷后的冷冻水通过循环回路再次流回到制冷机进行处理，又转变为低温冷冻水，再次循环。（3）进入制冷机的冷冻水在蒸发器的处理下热量降低，从而实现降温的效果；同时吸收了热量的汽化制冷剂在制冷机组压缩机的推动下经冷却塔进行冷却降温，转变为低温高压的气态制冷剂经膨胀阀减压后又转变为低温低压液态制冷剂并输送至蒸发器与冷冻水再次进行热交换形成循环回路，从而实现制冷机组的持续工作。（4）在冷凝器中，冷却水与制冷剂进行热交换后转变为高温冷却水，再通过冷却水水泵的推动进入冷却塔中进行降温，完成降温后的低温冷却水再次输送到冷凝器与制冷剂进行热交换构成完整的循环回路。（5）在冷却塔风扇推动下，冷却水与外部空气进行对流热交换，冷却水不断带走制冷机组的热量，在流经冷却塔时与外部空气进行热交换，从而实现了热量由室内空气向室外的转移，实现持续制冷效果。2.1.2中央空调水系统分类基于水压特性的差异，中央空调水系统有封闭式与开放式之分；根据冷水管道与热水管道部署方式的不同，中央空调水系统又有双管、三管与四管的制式区别；而根据末端设备的水流特征差异，中央空调水系统可分为同程式、异程式等不同类型；根据其流量是否变化分为变流量与定流量两种不同系统。（1）定流量系统该系统以建筑物的需求为出发点对其负荷状况进行规划设计。系统的运行保持7 2中央空调水系统节能及文献综述在固定水流量条件下，一般表现出较大能耗。但由于此类系统具有设计简单、操作便捷与控制方便，因此表现出良好的应用能力，是目前应用最为广泛的空调系统。（2）变流量系统该系统与定流量系统相对应，二者的最大区别在于变流量水系统的空调末端配置有二通调节阀，而定流量系统则一般使用三通调节阀或者不配备调节阀。在中央空调的实际运行中，其负荷水平往往是不断变化的，因此需要根据实际需求对系统进行动态调节，可以大幅降低系统整体运行成本，变流量系统正被越来越多的专家所关注。基于负荷侧差异，变流量空调水系统有如下分类：一次泵定流量系统：负荷侧与冷源侧同时为定流量，系统不存在变频泵；二次泵变流量系统：负荷侧为变流量，冷源侧为定流量，负荷侧配备变频泵；一次泵变流量系统：负荷侧与冷源侧同为变流量，配备变频泵。2.1.3变流量系统国内外节能现状一次泵变流量和定流量的最大争议点在于一些空调厂家认为（1）当蒸发器和冷凝器流量过小时会导致蒸发器铜管内水的冻结。（2）由于水中含有有机物或盐，当水流速度低于1m/s时，就会对铜管管壁造成腐蚀损坏。（3）水流量的流速达到甚至超过管束额定流速时，水流的冲蚀作用会影响管束的结构稳定性，一定程度上加速了机组硬件的损耗，从而降低其使用寿命[5]。孙一坚（2001）通过研究分析后指出，空调系统蒸发器末端的放热系数（w）与管道内水体流速（v）的0.8次方呈正比例关系，并且在非完全负荷状态下蒸发器的传热量将高于其实际需求，此时冷水机组的冷冻水变流量运行并不会对系统的正常运行造成威胁[6]。YAOYe（2004）借助SCOP值工具对空调系统的冷水机组控制策略进行研究分析。该方法属于变流量系统的一种延伸与发展。他认为，可以通过SCOP值分析法，对空调冷水机组与水泵的运行规律进行研究，从而根据其最佳效果对系统的运行机制进行调节，并充分借助遗传算法、迭代法等工具对上述问题进行分析和解决[7]。在变流量技术高速发展的推动下，各个生产厂商也纷纷加大研发力度，各类性能稳定的变流量系统不断涌现，极大提升了变流量技术的应用水平。李宁（2014）以海口市某广场空调项目为例，对比一次泵大温差定流量和一次泵变流量两套方案计算出各个系统全年的总耗电量，并以经济学观点对不同方案的投资收益进行静态分析，结果表明相较于一次泵大温差定流量系统，一次泵变流量系统虽然前期投资高出4%-6%，但最终的节能率比前者节能5%-8%[8]。郭安（2008）通过研究一次泵变流量改造工程实例后指出，在完成改造之后运行的3个月中，空调系统节能率就高达63%以上，系统耗电降低12.8%，表现出十分显著的节能效果[9]。高亚锋（2010）在研究分析一次泵空调冷水系统后指出，在使用水泵变8 2中央空调水系统节能及文献综述频调节系统并且水泵能耗在系统中的能耗比高于0.3时，系统内的水力特性与空调机组内的水力特性趋于一致时，水泵变频系统将表现出更加显著的节能效果，节能率大于10%。当水泵进行变频时，可以按照单台冷水机20%-100%的流量标准调整旁通管实现变频控制[10]。彭亚美（2013）指出随着变流量技术的发展，冷水机组厂家也不断创新推出了其相适应的高效冷水机组，允许流量变化率可以达到50%，机组在部分负荷时COP反而有所上升。结合合肥某银行客户服务中心，采用DeST-c软件模拟得出夏季工况，中央空调大部分时间处于60%-30%的部分负荷下，通过对三种方案实际能耗状况的对比分析，明确能耗水平由高到低依次为一次泵定流量系统、二次泵变流量系统、一次泵变流量系统[11]。张再鹏（2009）的研究结果表明，当冷水机组处于变流量运行状态时，系统的整体运行效率将降低，但这一降低的效果并不突出，水泵系统的节能效果能够显著抵消因系统效率下降而导致的能耗增高。在一次泵变流量系统的支持下，系统水循环特性发生改变，会引发其他水力平衡、旁通控制等新课题[12]。水力系统平衡状况的变化会对系统各个区域的水循环造成特定影响，若部分区域的实际流量不符合设计标准，进而需要增加水泵的功率，这样当最不利区域达到流量要求时那些原先平衡的区域就会溢出流量，造成水泵能耗上升进而影响系统整体节能效果。之前一般解决方法是安装静态平衡装置，但由于变流量技术的兴起，水系统中回路阻力都是动态变化的，原先的静态平衡设备已不适用。必须借助动态平衡法对系统内的水力环境进行调节确保其平衡状态。孙晋飞（2012）在对比分析恒压控制水泵与动态流量平衡控制水泵的能耗状况后指出，后者表现出更加突出的节能效果，能够有效降低系统的整体能耗。对于并联制冷机组前端安装动态平衡阀不仅一定程度上保护了机组也提高了运行效率[13]。2.2中央空调节能方法研究现状在社会经济高速发展的推动下，大型建筑的数量与规模同步提升，中央空调已经成为现代大型建筑的基础配置，从而得到了充分应用。中央空调在创造舒适良好室内环境的同时，客观上也会消耗大量能源，并且这一能源消耗状况伴随着大型建筑的不断涌现而显著提升。在一些单位，空调用电量可以达到了单位用电量的三成，甚至更高。在全球性能源危机的当下，怎样降低能耗，合理经济的利用能源成为我们越来越关注的方向。具体可以从以下角度出发，开展节能技术的研究与应用工作。2.2.1机组设计和结构上的节能中央空调技术不断发展，设计人员为了追求机组更高的效率以及适应不同的环境，对新技术、新方法的研究一直没有停止过。与传统的空调机组设计方案相比，不同的新技术呈现出如下优势：（1）地源热泵机组:通过热泵机组与大地浅层和深层9 2中央空调水系统节能及文献综述进行冷热交换作为冷源和热源的新型中央空调系统。在消耗少量电能的情况下能够实现低品位能源向高品位能源的转换，转换的能效比率接近5:1。地热属于可再生、绿色、环保、清洁能源。地源热泵具有一机多用，冬季供热，夏季制冷等功能优势，同时也可为日常生活提供生活用热水。相比其他系统，地源热泵空调具有构造简单、部署方便、运行可靠、成本低等优势。（2）蓄冷空调：系统用电存在显著的昼夜用电不均衡特征，因此可以在使用水平较低的夜间时段控制设备进行蓄冷，而在使用高峰的日间时段进行释放和补充，这是电力部门“移峰填谷”的最佳途径，对用户来说可以充分利用不同时间段的电费差价，节约运行成本。近几年随着我国用电形势日益紧张，夏季电网高峰供电不足，蓄冷空调越来越受到人们的重视。根据使用介质的不同，张桂萍（2015）指出蓄冷空调分为四种不同类型。水蓄冷，比较适合对常规制冷系统进行直接改造升级，但新增占地面积较大；冰蓄冷，虽然降低了制冷系统的总体积，但会提高系统管路的复杂性从而影响压缩机性能；共晶盐蓄冷，表现出优秀的热导系数和转换效能，但是相对而言成本较大；气体水合物蓄冷，效率高但有些问题还未解决仍在实验阶段[14]。和彩风（2009）在上述四种系统优势性能的基础上，提出了一种以水源热泵与冰蓄冷相结合的复合空调系统，其最终运行成本仅为常规中央空调系统的一半左右，具有高效节能、投资回收速度快等优点[15]。2.2.2管道和外围护结构的优化中央空调管路越来越复杂，水泵、阀门、管道、末端等阻力不可忽略。李斌（2013）从流体力学的角度计算了管路中各区域的沿程阻力和局部阻力，配合计算机辅助，构建中央空调能耗模型，通过模型分析系统管路不同区域的压力水平并生成压力分布图，为分析和把握系统内部能耗状况、识别异常能耗问题提供了有效工具，并为进一步改造、优化奠定了理论依据[16]。随着城镇化的不断发展，大型建筑不断涌现，这极大的消耗了我国土地资源。高层建筑中玻璃幕墙、大理石等这些外包装饰材料被设计师所青睐。统计数据表明，在大型公共建筑的能耗结构中，中央空调系统消耗的能耗约50%-60%左右，外围护结构的能耗比重则保持在20%-50%左右。近些年人们也逐渐重视外围护结构的研究。并在国家层面上制定和颁布了相关节能标准，对建筑外围护结构（如外墙、层面、外窗、架空等）的能耗限值进行了规定，以此尽可能的减少能耗损失。舒怀珠（2008）通过研究分析广东佛山市内建筑后指出，当建筑的窗墙比处于0.5时，基于国家节能限值标准的设计能够使维护结构的冷负荷降低一半左右[17]。此外还可以通过使用新型外墙材料，提高外窗遮阳系数，对不同立面选用合理经济绝热厚度的保温材料等措施来提高能源利用率，从而实现节能目标。10 2中央空调水系统节能及文献综述2.2.3空调风系统节能人们处在中央空调相对密封的环境中，国家规定了标准的换气次数，新风系统为提高空气品质已成为必不可少的子系统。通常新风采集有两种方式：（1）以室内机自吸方式送入室内，一般没有预处理。（2）以新风机组方式送入房间，有一定的正压。相对于水系统人们不太重视新风系统，具统计新风系统能耗约占空调总能耗的30%‐40%，采用节能手段：（1）根据系统负荷大小合理控制新风量，降低新风能耗。（2）减小系统漏风率，不增加负担。（3）采用回风+新风的混合模式送风，新风有了一定的预处理，减小了系统能量的损耗。张吉礼（2011）对全国20个城市采用了新风冷源方案进行改造的程控机房进行跟踪研究，用当量指标法得出新风冷源利用效果，其中节能率小于20%的只有2个城市，大于40%的有4个城市，其余均在20%‐40%之间，可见节能量和节省费用相当可观[18]。2.2.4空调管理策略的节能（1）启停控制：空调机组实际运行大多在部分负荷下，机组能效将受其运行状况的直接影响。练斯甄（2014）建立了冷水机组能效模型，用遗传算法寻找最优负荷分配率进而优化冷水机组启停顺序。优化后夏季获得2.1%的节能效果，而过渡季节采用两小机组合运行代替大机组单独运行，节能效果高达14.4%，全年总节能率5.79%[19]。（2）自动化控制：传统空调系统无法彻底摆脱对手动控制的依赖。目前通过计算机技术，利用智能化传感器把底层数据由Ifix或Profibus类型的总线协议传输到上位机统一管理，借助管理工具实现空调各个系统与组件的网络化与智能化管理。在全局的角度调配资源控制能耗。张朋（2014）利用物联网技术构建了全新的SCADA远程管理系统，实现了对中央空调的网络化、智能化与远程化控制，提供了一种全新的解决方案[20]。2.2.5冷凝热回收应用回收机组冷凝热对空调机组本身性能影响很小，最大的好处就是可以得到免费热水。特别适合酒店、医院等这些全年需要生活热水的建筑。周志仁（2009）对上海2家星级酒店的生活热水情况进行调查，得出空调冷凝废热制取生活热水潜力巨大，夏季只需回收冷凝总热量的4%，冬季回收27.4%，即可满足大楼热水需要。在不影响空调效果的情况下，变“废”为宝，大大节约了资源[21]。2.3中央空调系统模型廖金宝（2009）采用全局优化模型对变流量变水温的中央空调系统进行建模，分析了影响商场内温度变化的因素：并构建了以人流量、设备发热量、新风量、11 2中央空调水系统节能及文献综述维护发热量等为参数的总负荷函数，通过工具分析指出适当提高建筑预设温度能够有效降低空调系统的总能耗。人流量变化的表达函数采用超定方程求解适用于大型人员密集公共场所，可以估算出人流量和负荷的关系[22]。Guang-YuJin(2011)针对冷水机组的稳定状态，利用物理和经验模型相结合的方法对蒸发器模型进行研究，建立了蒸发器的二相流混合模型[23]。胡德详（2010）研究分析了空调冷却水系统的能耗状况，并提出了一种最佳能耗模型用于调整空调水泵的风机运行功率[24]。黄建恩（2007）构建分析模型对空调系统冷却水的温度控制模式及优化方案进行了探讨分析[25]。於仲义等（2012）对比分析了不同控制模式下汉口火车站中央空调的能耗状况，得出模糊控制模式虽然初期投入较高，但整体节能收益明显，投资回收期较短，空调系统运行越长节能量越大[26]。基于管网水力特性将直接影响冷冻水泵的运行能耗水平这一观点，ZhaoTianti(2012)借助计算机分析模型对水泵运行频率与能耗状况进行评估分析，对冷冻水系统控制进行了一定的优化提升[27]。金星（2008）建立冷水机组各部分的数学模型，并在制冷循环热力计算中引入RKS方程计算制冷剂的热物理特性，提高了计算和仿真的精度。其研究结果得出如下结论：（1）机组冷凝温度都会降低，且定流量状态下的下降率要比变流量状态的下降率高。（2）冷却水的交换模式并不影响机组蒸发温度。（3）系统COP随着负荷逐渐减小有个先升后降的过程大约在负荷70%时最大。（4）变流量系统节能效果与其水泵功率比呈显著正比关系[28]。郝华杰（2010）从压缩机的多变运行规律出发，构建数学分析模型并利用Simulink软件仿真运行，和压缩机工作中实际消耗功率进行对比。为空调压缩机的优化设计提供了有效依据[29]。将小强（2010）使用TRNSYS软件工具，构建模拟分析模型用DOE-2软件对流量在100%-50%范围内变化的机组、水泵进行能耗分析。结果表明：（1）虽然冷冻水系统流量与系统能耗之间呈现一定的正比关系，但这一关系并不显著。而水泵功率却有较大下降，所以系统整体能耗下降。（2）相比定流量系统，变流量系统的能耗更低。冷却水波动直接影响冷凝温度对机组COP影响较大，反而其变流量范围不宜太大[30]。2.4中央空调系统算法的优化优化算法是优化控制的核心与关键。具体到空调系统，其优化控制问题表现出一种多变量、非线性的优化控制问题；遗传算法作为当今技术领域最为先进的一种解决算法，在各类复杂工程领域都得到了良好应用。Keller(1992)从空调机组的I/O特性出发，借助PID与模糊控制技术完成了对空调机组能耗的动态分析，进一步明确了模糊控制的能耗优势[31]。赵延法（2010）则通过遗传算法对中央空调系统的变量控制最优方案进行探讨分析，得到了系统最佳能耗状态，并借助仿真验证工具对最优方案的可行性与节能性进行了验证分析[32]。杨助喜（2011）通过BEGA算法（即蜜蜂12 2中央空调水系统节能及文献综述进化型遗传算法），测试分析了北京某建筑中央空调的最佳负荷水平与运行状态，并得出了最佳运行状态能够实现25.1%的年平均节能率[33]。针对中央空调系统温湿度控制存在耦合问题，李家界（2012）提出神经网络解耦控制算法，结合神经网络补偿器研究分析单变量控制系统的简化方案，从而实现了较好的温湿度自动调节效果[34]。王建玉（2010）则构建节能优化模型，对中央空调水系统的最佳能耗状况进行了模拟分析，与传统方法相比，能耗显著降低[35]。邹木春（2010）采取样本分析的方法并结合PSO优化HVAC工具构建分析模型，在每个取样点预测出系统下一个输出，利用这个输出反馈做偏差校正得到关于偏差和控制量的优化目标。相对于非线性HVAC系统比常规的SVM‐PC算法有更好的控制功能[36]。K.F.Fong(2009)人针对既有空调冷源系统，在设备仿真模型的基础上，提出采用鲁棒进化算法（REA）对冷源系统运行参数进行数值求解，以提高冷源系统的运行性能[37]。郭怡（2008）通过一次回归正交试验方法对系统能耗与影响因素之间进行函数分析，明确了特定系统条件下的最佳参数水平[38]。聂玉强（2008）对空调系统进行动态分解分析，将其看做一个上下关联控制的层次系统，以系统整体优化的两个目标建立函数，总制冷量和总能耗，要求同时满足求制冷量最大、能耗最小。并在此基础上通过拉格朗日函数得到最佳方案解[39]。李秀娟（2010）通过差别矩阵工具与属性重要度简约算法对系统节能的影响因素进行研究分析，明确各个因素的影响程度并构建差异化分析模型探讨最优解决方案[40]。同时明确了中央空调冷却水系统优化的整体性特性。李学斌（2009）以冷水机组组群优化控制为目标，采用实验设计方法和二次序列规划方法相结合的求解技术，快速准确的得到最优解[41]。王日英（2014）借助BFGS变尺度优化技术构建分析模型，对空调系统在不同负荷水平及环境参数下的最小能耗运行模式进行研究分析，提出了系统运行的最佳能耗模型[42]。2.5六西格玛DMAIC模型应用的研究现状六西格玛是在20世纪90年代中期开始被GE从一种全面质量管理方法演变成为一个高度有效的企业流程设计、改善和优化的技术，并提供了一系列同等的适用于设计、生产和服务的新产品开发工具。继而与GE的全球化、服务化等战略齐头并进，成为全世界上追求管理卓越性的企业最为重要的战略举措。六西格玛逐步发展成为以顾客为主体来确定和产品开发设计的标尺，追求持续进步的一种管理哲学。DMAIC是六西格玛管理中流程改善的重要工具。王建新（2014）在产品的质量管理上运用DMAIC方法，分析得出了关键影响因子，制定了改进措施，提升了成品率[43]。李国林（2016）介绍了DMAIC模型各个阶段的特点，任务和注意事项包括一些常用的管理工具，通过实例证实企业在六西格玛管理运用上的可操作性[44]。随着大家对质量管理的重视，越来越多的学者开始研究如何更好的进行质量控制，六西格玛DMAIC的先进管理方法被运用到各个行业。陈蓓蓓（2016）在医疗服务行业，通过对出院13 2中央空调水系统节能及文献综述流程的优化，提高了产科的出院率并改善了满意度，实施DMAIC的效果明显[45]。薛风超（2015）在制造业，通过DMAIC的模型，优化了动臂焊接流程，焊接质量最终达到了设定目标，降低了缺陷率，提升了企业的竞争力[46]。李万宏（2016）在中央空调领域，针对冷却水系统故障率过高，按照DMAIC的管理方法，从定义、测量、分析、改进、控制梳理，重点强调了改进和控制阶段在质量管理中的重要性[47]。2.6文献述评综上所述，在中央空调节能管理中，变流量控制表现出良好的节能效果。通过总结分析现有的研究成果及各类优化算法可知，对机组蒸发器优化、对冷却塔建模、针对温湿度调节等算法或策略虽然能够一定程度上降低系统能耗，但都偏向于某个局部系统的优化。对于中央空调系统这一整体性、关联性较强的系统而言，个别系统的优化调整都会不同程度影响其他系统的运行状况，从而导致节能效果受到影响。现有研究成果大多侧重于从部分子系统出发探讨分析节能机制，缺乏从全局层面出发的系统性研究，严重影响了中央空调系统的整体节能效果。而六西格玛DMAIC方法对于全流程的质量控制恰恰是一个科学严谨的管理工具，因此可以从管理角度对系统进行全局优化，从而确保系统的整体节能效果，实现节能的可持续发展目标。14 3某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析3某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析本章将结合某三甲医院的病房大楼中央空调水系统，分析其系统构成及管理情况，找出目前运行管理中存在的问题，提出解决思路。3.1病房大楼中央空调系统的基本情况某三甲医院综合病房大楼建筑面积62,22822m，其中，地下7,329m，地上54,8992m，由南北两幢塔楼及裙房组合而成。南楼设计建筑高度80.20m，地上建筑19层，地下建筑1层；北楼设计建筑高度72.60m，地上建筑17层，地下建筑1层。各楼层都设有连廊。地下建筑设计为设备房、地下车库、BA机房等。地上1层为缴费结账处、药房等；地上二层为血液透析中心、供应中心等；地上三层统一部署为手术室（共22间）；四层以上为各专业病房，共计1,143张床位。3.1.1病房中央空调系统概述病房大楼中央空调系统采用大、小系统组合方式，其中大系统供应普通病房楼层和公共区，采用两管制，配备三台麦克维尔离心式冷水机组总制冷量为9,295kw。小系统主要负责特殊区域，采用四管制，保证全年24小时供应冷热水，为手术室、ICU、DSA、弱电机房等重要场所提供精确的温湿度控制。大小系统之间设置沟通阀，平时相互独立运行，过渡季节或者特殊情况下（例如：小系统发生过补水系统异常导致水流量不足机组无法开机）可以彼此套用，互为补充。对于重要区域是系统级别的备份，提高了安全系数。本课题研究主要针对中央空调的大系统部分开展。大系统部分中主要设备包括空调机组和水泵两大部分，具体设备清单如表3‐1和表3‐2所示。表3-1主要设备清单-机组制冷机组品牌台数功率制冷量kwkw离心式冷水空调机组麦克维尔2638.13,620（1号、2号大机）离心式冷水空调机组麦克维尔1363.82,050（3号小机）15 3某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析表3-2主要设备清单-水泵名称品牌台数功率扬程流量额定转速kwmmh3/rmin冷却水循环泵凯泉3110261,2601,450（大机）（两用一备）冷却水循环泵凯泉175267201,450（小机）一次冷冻水泵凯泉337166351,450（大机）（两用一备）一次冷冻水泵凯泉130183601,450（小机）二次冷冻水泵凯泉445274801,450（三用一备）3.1.2中央空调系统日常管理制度设立中央空调运行班组，制定《中央空调机组巡视制度》，《机组运行数据记录表》，《机组开关机流程图》，《空调机房火灾应急处理流程》，《空调机房爆管应急处理流程》等管理制度。对班组人员严格培训，定期考核，加强员工责任心和安全意识。空调机组智能化传感器实时传输数据可以不间断地监测运行情况，但还是经常出现传感器失灵和误报从而影响管理人员的决策。因此现场巡视必不可少，一方面可以作为对智能化传感器实时传输数据的补充，另一方面通过现场的“看”、“闻”、“听”结合工作经验更容易发现潜在隐患为系统的稳定运行增加安全系数。现场巡视内容主要包括：空调机组的进出水温度，机组冷凝温度，排气温度，分水器、集水器温度和压力，空调主机运行时是否有异响和振动，水泵、管道、阀门是否正常有无渗漏，配电柜电压、电流是否在正常区间。每月对中央空调系统各设备的用电量进行统计。3.2中央空调系统管理中存在的问题3.2.1各功能区设计参数要求（1）空调室内参数根据病房、门厅各功能区的要求，在不同区域的温控设置略有不同，主要功能区的室内参数设置如表3‐3所示。16 3某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析表3-3各功能区室内参数设计要求夏季冬季新风量场所3温度℃湿度％温度℃湿度％mhP/病房256020≥3550办公256518≥3530门厅266018≥3520其他266020≥3520（2）通风换气量标准根据洗手间、库房，不同的换气标准设置相应换气次数，如表3‐4所示表3-4不同类别房间换气次数设计要求房间类别换气次数（次／小时）备注洗手间20机械排风；自然进风库房4机械送排风（3）净化手术室、洁净病房、ICU空调冷热源参数针对洁净区中央空调系统各技术参数设置如表3‐5所示。表3-5不同洁净区空调技术参数要求名称技术参数洁净手术室洁净病房ICU空夏季冷量（kw）1250400270调冷水进回水温度（℃）7/127/127/12系夏季再热量（kw）2508050统热水进回水温度（℃）45/4045/4045/40参过渡季节冷量（kw）750240160数进回水温度（℃）7/127/127/12冬季热量（kw）105025980进回水温度（℃）45/4045/4045/40加湿蒸气压力（Mpa）0.2‐0.30.2‐0.30.2‐0.3加湿蒸气量（kgh）37070.194.73.2.2病房大楼夏季耗电量分析病房大楼配电机房位于地下一层，空调系统配有专用配电柜，根据2015年度用电量统计如图3‐1所示。17 3某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析图3-1病房大楼6-9月用电量2015年度夏季6‐9月病房大楼总耗电量为5,507,050kwh，其中空调系统总耗电量为3,328,696kwh，非空调系统耗电量为2,178,354kwh，空调系统能耗占大楼总能耗的百分比分别为56.2%，57.3%，60.1%，56.7%，具体表3‐6所示。表3-6中央空调系统用电量百分比月份6月7月8月9月综合病房大楼总能耗kwh1,371,2971,484,8461,501,6271,149,280中央空调系统能耗kwh770,669850,817902,478804,732百分百%56.2%57.3%60.1%56.7%病房大楼用电高峰为每年的6‐9月，这段时期内天气较为炎热，空调利用率较高。空调系统的耗电量随着月份逐渐增加，4个月都超过了75万kwh，8月份达到用电峰值。统计了8月份的中央空调系统各分项能耗占比如图3‐2，可以看出冷水机组占49%，冷冻水泵占12%，冷却水泵占16%，冷却塔占7%，风机盘管及末端占6%，新风机组及设备占10%。图3-28月中央空调系统分项能耗占比18 3某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析3.2.3中央空调水系统管理中存在的问题分析（1）功能区多且要求不同医院病房大楼包括手术室、普通病房、洁净病房，空调管路众多，功能要求各不相同，特别是重要区域，为防止感染所需的温湿度要求极高，这无疑加大了管理的难度。当前的管理没有细分区域，并缺少对重要管路阀门状态的二次确认。（2）能耗粗放式管理能耗管理主要集中在确保临床一线正常运行，往往是通过能源的过度消费来满足需求，比如夏季的机组、水泵并没有精确的运行方案，主要靠个人经验来控制。空调配置常常裕量过大，能源的浪费现象严重。（3）节能意识淡薄由于体制原因，空调班组人员结构偏大，整体的学历水平偏低，节能环保意识不强，工作上往往是被动接受，主动服务的思想很少，工资奖金也没有和绩效挂钩，缺少了奖惩后大家积极性不高，严重制约了节能工作的开展。（4）节能方法不得当医院相关领导已逐渐重视能耗问题并成立了能源管理处，主抓医院的能耗管理，但面对医院复杂的中央空调系统经验不足一般先保需求，科学有效的办法不多。而且基本都是单个设备的节能，“头痛医头，脚痛医脚”欠缺整体布局。3.3基于六西格玛DMAIC的中央空调水系统能耗优化管理解决思路作为医院综合能耗最大的部分，中央空调系统的能耗水平将直接影响医院总能耗状况及运行成本。中央空调系统主要包括中央空调水系统、风系统、末端热交换装置。功率较大的设备如水泵、机组、冷却塔都在水系统部分。由8月份能耗统计数据可知，水系统部分能耗约占整个中央空调能耗的84%，是主要耗能系统。因此本论文选择研究对象为综合病房大楼中央空调水系统能耗优化管理。为根本解决高能耗问题，需要采用科学的方法进行系统的分析，找到水系统运行管理中问题的症结，并提出系统的解决方案。因此本论文考虑引入六西格玛的DMAIC分析方法来对空调水系统能耗进行整体优化。3.3.1基于六西格玛DMAIC的中央空调水系统能耗优化管理模型DMAIC是六西格玛管理中流程改善的重要工具。针对本文的医院中央空调水系统的具体需求，建立基于DMAIC模型的能耗优化模型，各阶段研究内容包括：（1）中央空调水系统能耗优化管理的定义D（Define）中央空调水系统，包括了冷水机组、冷却水系统、冷冻水系统。水系统是空调系统节能降耗的关键部分，研究其能耗降低方法对降低医院空调系统总能耗至关重要。19 3某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析（2）中央空调水系统能耗优化管理的数据采集M（Measure）首先要确定计量体系，确保测量用的仪器仪表准确无误。能耗数据的采集阶段选取典型工况，通过常规方法对重点设备的用电量、功率、负荷率等数据记录整理。重点监测中央空调水系统的主干管道。这些历史数据对后期改进策略的确定以及改进是否达到预期值起到关键作用。（3）中央空调水系统能耗优化管理的分析A（Analyze）通过收集到的数据，确定系统的能耗现状，分析能耗构成以及影响能耗的主要因素，根据各个系统的特点制定相应的改进策略，确定合理的基准值。需要注意的是中央空调是一个整体，往往一项指标的升降会影响到其他指标，所以分析时要整体考虑，多从系统的角度判断能耗情况。（4）中央空调水系统能耗优化管理的过程改进I（Improve）通过分析针对引起能耗大的主要因素，从技术角度、管理角度，提出一系列的改进措施，在保证舒适度和重要参数正常的前提下，尽可能的节能降耗。改进的过程不一定是一步到位，往往是反复曲折的，我们可以通过PDCA的循环，慢慢的接近预设目标。（5）中央空调水系统能耗优化管理的控制C（Control）有效执行改进方案，通过计算机辅助、制度建设、绩效管理等措施，规范流程，固化操作步骤，减少异常情况发生，使得能耗在可监、可控的状态下长期稳定，最终常态化管理。3.3.2基于六西格玛DMAIC的工作分解结构综合病房大楼中央空调水系统能耗优化管理项目的工作分解结构（WorkBreakdownStructure，简称WBS）如图3‐3所示。图3-3中央空调水系统能耗优化管理WBS20 3某综合病房大楼中央空调水系统管理问题分析3.4本章小结本章首先对某三甲医院综合病房大楼中央空调系统运行现状进行分析，发现其在能耗管理方面存在：功能区较多且需求不一致；能源粗放式管理；节能意识淡薄；节能方法不得当等现象。为解决这些问题，提出了基于六西格玛的DMAIC管理模型对中央空调水系统能耗进行优化。通过对项目工作的梳理，画出了工作结构分解结构图（WBS）其中包括：能耗管理定义及测量、能耗分析与改进、能耗管理控制三大方面。21 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析基于上一章提出的DMAIC模型，本章将首先对医院能耗管理优化进行范围界定和相关指标的测量，然后分析引起高能耗现象的原因，并找出影响能耗的主要因素。4.1中央空调水系统能耗优化管理项目的定义与测量4.1.1中央空调水系统能耗优化管理的界定范围（1）确定改善对象本文所研究的综合病房楼中央空调水系统直接服务床位超1,000张，覆盖面积超6万平方米。服务覆盖的范围包括普通病房、洁净病房、手术室、能耗办、院级领导办公室。根据第三章的分析，本论文重点从中央空调水系统构成方向深入挖掘，空调水系统由冷水机组、冷冻水侧、冷却水侧组成，其中能耗具体的表现形式主要有，冷水机组的耗电量，冷冻水泵的耗电量，冷却水泵的耗电量，冷却塔的耗电量。现统计得出每月中央空调能耗高，用电量占大楼整体用电负荷的55%以上，有较大节能空间，如改进成功可为医院带来可观的节能收益，最终确定以降低中央空调水系统总能耗的15%为控制目标。（2）确定改善范围中央空调水系统能耗的SIPOC，如图4‐1，根据能耗的输入输出流程，我们可以发现，流程P的各个环节都会对能耗造成影响，所以要降低中央空调水系统的总能耗，其改善范围应主要考虑流程P。22 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析图4-1中央空调水系统能耗SIPOC图（3）成立项目团队在国家大力提倡节能减排的背景下，医院上下也积极行动，针对综合病房大楼中央空调水系统能耗高的现状，组建项目团队，明确主攻方向，在人力、物力、财力上给予支持。医院成立了病房大楼中央空调水系统能耗优化管理问题的项目小组，小组成员包括了分管院院长，能源管理处处长，能源管理处科员（中级工程师）、设备处工程师（高级工程师），麦克维尔厂家工程师，凯泉泵业工程师。4.1.2中央空调水系统能耗的测量工具测量数据时所用到的仪器如表4‐1所示。23 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析表4-1测量仪器设备清单序号检测内容仪器名称型号测量范围精度1水温温度传感器UE-ONE-12℃-70℃0.5%2流量便携式超声波流量计FLEXIMF608流速0~35ms±1%3功率钳形功率计MS22030~600V，2.0级0~1,000A（1）水温传感器安装在中央空调冷冻水总管、冷却水总管以及冷水机组进出水总管上，用于监测管道内空调水的温度变化，得到冷冻水进回水温差、冷却水进回水温差、机组的进出水温度等关键参数。（2）超声波流量计用于测量主要进回水管路的流量以及进入机组的水流量和冷却塔的水流量。（3）钳形功率计使用钳形功率计，测量水泵和机组实时运行功耗。4.1.3机组负荷率分析机组制冷量公式：QCGt(htg)/3600Q__________冷水机组制冷量，kw；C_______冷水的定压比热，4.187KJKg（℃）；__________3冷水的密度，1,000kgm；G__________冷冻水流量，3m/h；__________th冷冻水回水温度，℃；__________tg冷冻水进水温度，℃；对1号大机组进行性能测试，选取2015年6月20日上午10:00为测量点，1号机组数据如表4-2所示。24 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析表4-21号机组性能参数性能参数制冷量输入功率冷冻水进口冷冻水出口冷冻水kwkw温度℃温度℃温差℃额定数值3,620638.11275实际数值1,558.4259.713.210.42.8实际占比%43.0540.6911014956QCGt(htg)/3600=1,558.4kw，机组负荷率为43.05%，且冷冻水温差较小，机组性能不高。机组的功率可以通过实测得也可以从制冷机组的面板中调取参数。以下是1号机组2015年6月20日不同时间段的功率值，如表4-3所示。表4-31号机组功率值序号时间实测功率kw机组面板读取功率kw12015/6/2010:00259.7255.422015/6/2010:10279.5277.332015/6/2010:20293.6292.442015/6/2010:30283.9273.3对实测数据和机组面板读取数据进行样本t检验，结果如图4-2所示。图4-2t检验结果P=0.119>0.05无显著性差异，可以认为1号机组监测数据是可靠的。对3号小机组进行性能测试，选取2015年6月18日下午10:00为测量点，3号机组数据如表4-4所示。25 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析表4-43号机组性能参数性能参数制冷量输入功率冷冻水进口冷冻水出口冷冻水kwkw温度℃温度℃温差℃额定数值2,050363.81275实际数值941.4145.2139.83.2实际占比%45.9239.9110814064QCGt(htg)/3600=941.4kw，机组负荷率为45.92%，且冷冻水温差较小，机组性能不高。机组的功率可以通过实测得也可以从制冷机组的面板中调取参数。以下是3号机组2015年6月18日不同时间段的功率值，如表4-5所示。表4-53号机组功率值序号时间实测功率kw机组面板读取功率kw12015/6/1810:00145.2142.522015/6/1810:10156.3155.732015/6/1810:20164.1162.842015/6/1810:30166.8160.2对实测数据和机组面板读取数据进行样本t检验，结果如图4-3所示。图4-3t检验结果P=0.128>0.05无显著性差异，可以认为3号机组监测数据是可靠的。机组负荷率的大小直接反映了机组的工作状态。通过查询厂家的技术手册可以得到不同负荷率下机组性能参数的标准值。26 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析图4-41号机组负荷率由图4‐4可知，医院1号机组在5‐7月份期间长期处于较低的运行负荷水平，5月大部分时间处于35%以下，6月比5月平均负荷率略高，但也只有44%，7月最高负荷率为54%。离机组理想负荷率70%‐85%差距很大，很难发挥离心机组真正的性能。图4-53号机组负荷率由图4‐5可知，3号机组7‐8月的负荷率，可以看出3号机组负荷率大部分时间在60%以上，最高负荷率72%，还有一定的提升空间。分析造成以上机组负荷较低存在的管理问题，发现以下几点：（1）机组负荷率波动不大，由于院床位长期保持满负荷，9点以后为家属探视时间，查询分时记录上午负荷缓慢增加，中午前后达到峰值，整体波动不大，机组负荷主要随气温变化而变化。（2）5月份负荷较低，查看新风系统近三分之一的新风机过滤网处于半堵塞27 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析或堵塞状态，没有及时清洗或更换，新风量大减，人为导致系统负荷降低。（3）运行机组选择不合理，1号机作为大机长时间保持工作状态没有根据负荷进行调节使得机组效率低、能耗高。以上都是能耗管理上存在的问题，有待进一步改进。4.1.4中央空调水系统进出水温差分析水温传感器安装在中央空调冷冻水总管、冷却水总管以及冷水机组进出水总管上，用于监测管道内空调水的温度变化，得到冷冻水进回水温差、冷却水进回水温差、机组的进出水温度等关键参数。温差的波动从一个侧面能反映出中央空调水系统传输部分的工作状态，温差过大或过小都不合适，一般设计温差为5℃。（1）冷冻水进出水温差图4-61号机组冷冻水进出水温差由图4-6可知，在医院现有的冷冻水机组中，冷冻水的温度变化表现出特定规律。其中，1号机为最常用机组，查看数据可知机组5月份处于冷冻水温差在3℃以下运行，而6月份与7月份的冷冻水平均温差则保持在不高于5℃的水平，表现出较典型的“流量大、温差小”特征。图4-73号机组冷冻水进出水温差28 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析图4-7反映了3号小机组7月到8月间冷冻水进出水温差变化情况，其中有7天时间小机未开启，数值显示进出水温差全部小于5℃，集中在3-4℃之间。机组运行情况不理想，存在不小的节能空间。（2）冷却水进出水温差图4-81号机组冷却水进出水温差如图4-8所示。在典型夏季工况8月份，1号机组冷却水进出水温差在3-5℃范围内波动，存在“大流量小温差”，因此可以通过变频技术对定流量冷却水系统进行优化提高系统的性能水平并降低其能耗。图4-93号机组冷却水进出水温差如图4‐9所示。反映的是3号机组在8月份冷却水进出水温差情况，其中机组有4天没有运行，冷却水进出水温差3.2‐4.6℃之间，波动幅度不大，这种不合理的现象应该引起重视。可见整个中央空调水系统能耗较高，进出水温差没有达到设计要求，“大温差、小流量”现象明显，存在着较大节能空间。29 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析4.2中央空调水系统高能耗的原因分析针对4.1测量的数据，进一步对中央空调水系统的三个子系统进行深入分析，挖掘影响能效的深层次原因。4.2.1基于头脑风暴法的能耗影响因素识别首先通过头脑风暴集思广益。成立中央空调水系统能耗优化管理头脑风暴小组，成员如表4‐6所示。表4-6头脑风暴小组成员构成成员人数病区护士长2暖通班班组长1暖通班组操作工1能源管理处处长1能源管理处科员1院内高级工程师2麦克维尔厂家技术专家1合计9针对如何降低中央空调水系统能耗，如何确保病房及重要区域的温湿度要求，如何管理中央空调水系统能耗，中央空调水系统的信息化建设等问题组织了多次的讨论，对三个子系统分别从人、机、料、法、环、测六个方面列出了可能的影响因素。得到冷水机组、冷却水侧、冷冻水侧高能耗的鱼骨图如图4‐10至图4‐12。图4-10冷水机组高能耗鱼骨分析图30 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析图4-11冷冻水侧能耗高鱼骨分析图图4-12冷却水侧能耗高鱼骨分析图4.2.2基于失效模式分析法识别主要影响因素失效模式与影响分析（FMEA）是通过发现和评估考察对象潜在的失效原因及影响，利用有针对性的措施来避免潜在失效的发生或减小发生后的损失。判定方法是从被控因子的严重度、发生率、可探测度，三个方向分别打分，最后算出总分来确定各因子的排名情况。FMEA风险系数（RPN）=严重度（S）×发生率（O）×探测度（D）其中：严重度（S）从不严重到极其严重可打分（1-10），数字越大，严重度级别越高。发生率（O）从发生低到高可打分（1-10），数字越大，发生率越高。探测度（D）从易于探测到不可探测可打分（1-10），数字越大，越难探测。RPN分值越高，风险系数越大。FMEA判定标准如表4-7所示。31 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析表4-7FMEA判定标准严发探潜在失效潜在失当前控制因子重潜在原因生测RPN模式效影响手段度率度机组旁失灵，开启出水温冷5阀体失灵，误操作4定期检查5100通阀错误度升高水多台机组机组自动化程度机开关机能耗浪按照人工开关组合6低，没有制定的开63108组组合费经验不合理关机顺序表制冷力适当调整冷冻水流量不随冷下降，能6水泵没有变频8水泵运行3144流量负荷变化冻耗浪费台数水分水器、水系统阀门的开启、关闭侧集水器串水混乱，能54人工排查5100错误阀门耗浪费冷手动开却冷却水流量不随冷却能6水泵没有变频8启、关闭3144水流量负荷变化力降低，冷却水泵侧针对上一节头脑风暴法识别的所有影响因素，采用FEMA方法进行分析，最后选出RPN≥75的影响因素如表4-8所示。表4-8中央空调水系统能耗FMEA分析结果得分判定RPN≥75必须采取改善措施27≤RPN＜75保持现有措施，关注RPN变化RPN＜27维持现状严重度（S）≥8必须改善措施通过FMEA分析可以看出，冷水机组影响能耗的主要因素是旁通阀和开机组合的问题；冷冻水系统中主要是冷冻水泵状态和冷冻水泵流量对制冷量和耗电量影响较为突出；冷却水中水泵状态、冷冻水泵流量对制冷量和耗电量影响较为突出。就以上影响因素进一步实地走访调研后得到的具体影响原因分析如下。（1）机组旁通阀管理不严造成旁通现象冷冻机房多台制冷机组并联运行，当单台运行时，未运行机组前后本应关闭的阀门因疏忽而处于开启状态，冷冻水分流旁通，使得通过工作机组的水流量减少，出水温度升高，能耗浪费。32 4中央空调水系统能耗测量与高能耗原因分析（2）机组开关机不合理在4.1测量中可以看出冷水机组的负荷率都不高，负荷率的多少直接影响机组能效比（COP），不难看出综合病房大楼配置的三台离心机组没有发挥其应有性能。调查发现空调运行班组习惯长期只开一台大机，当大机满负荷后再开其他机组补足，查看运行记录，大机组1号运行时间比小机组3号多出758小时。单从机组保养维护角度也十分不合理，所以科学的安排机组开关机顺序迫在眉睫。（3）冷冻水泵的变频控制未落实经过笔者多方调研，发现实际运行中，多数是一机对多泵。据空调运行班组人员介绍，综合病房大楼冷冻水侧为二次泵设计。由于种种原因二次泵变频控制迟迟没有接入系统，运行中空调班组人员把二次泵一直手动工频运行。如果负荷比较小，那么运行方式是一机一泵，如果负荷变大空调班组习惯再投入一台水泵运行，通过增大出口压力来保证效果，但这种人为增加流量的方式会导致水泵能耗增加，最终造成水系统输送能效比的下降。而且水泵超负荷运行往往会使设备寿命大打折扣。（4）冷冻水泵定流量运行冷冻水定流量运行，流量调节不是连续的，只能通过改变水泵台数来调节流量，存在较大的调节空间，在部分负荷时能耗浪费严重。（5）冷却水无变频装置查看历史数据，中央空调空调系统长期处于部分负荷状态，冷却水泵无变频装置一直额定转速运行。无法适应负荷的变化从而造成冷量和电耗的大量浪费。可见综合病房大楼的冷却水系统具有较高节能潜力，变流量改造空间较大。4.3本章小结本章基于DMAIC模型，对定义、数据采集测量和分析这三个阶段进行研究。首先采用SIPOC方法对中央空调水系统能耗管理进行定义，界定改善对象为流程P阶段，然后采用功率计、温度传感器等工具测量能耗。接着采用头脑风暴法收集影响能耗的问题。最后应用FMEA分析方法，找出影响能耗的主要因素包括：机组旁通阀、开关机组合、冷冻水流量、分水器、集水器阀门、冷却水流量。33 5降低中央空调水系统能耗的改进方案设计5降低中央空调水系统能耗的改进方案设计针对第4章找到的高能耗关键因素，本章按照三个子系统分别提出改进方案。5.1并联模式下冷水机组开关机组合改进方案针对冷水机组开机不合理的具体问题，提出基于并联运行模式的开机组合优化方案，并严格按照该方案合理开关旁通阀。5.1.1冷水机组并联运行模式由于大部分时间段空调系统都不在系统设计的最大负荷工况，这就使冷水机组的运行模式带来了多样性。不同的模式，单机能耗以及系统总能耗都将不同。目前常见的冷水机组（多台）运行模式有：平均负载法；逐台启动法。（1）逐台启动法如果冷水机组制冷量相同，那么先开启其中一台，然后当负荷变大后，在超过最大制冷量时再开启第二台承担余下负荷，如此交替开启可以满足系统需求。如果冷水机组制冷量有差异，那么开机顺序就是根据各个机组的负荷能力。一般先开小机至满载，再开大机同时停小机并保持一台大机工作直至满载。此后若负荷继续增加则两台机同时工作，此时的组合可以是大机满负荷工作，小机承担剩余负荷或小机满负荷工作，大机承担剩余负荷。（2）平均负载率法机组制冷量相同：先开启一台直到负荷满载。若负荷继续增加则需开启另一台机组来进行平均分配运行，按照此法进行类推，实现负载平均摊派的目的。机组制冷量不同：如果运行负荷超过大机组自身满负荷，则开启大、小机组将负荷进行平均分摊，此时两机组负荷率相同。5.1.2并联模式下冷水机组开关机组合改进方案冷水机组绝大多数时间总处于部分负荷，部分负荷时机组的性能会发生很大的变化而且变化规律也非线性。所以研究机组在不同负荷下的运行指标十分重要。（1）小机组在部分负荷时的性能参数如表5‐1所示：34 5降低中央空调水系统能耗的改进方案设计表5-1小机组部分负荷性能参数机组负荷率%102030405060708090100冷量kw205410615820102512301435164018452050输入功率kw64.495.4116.4132.9147.7171.7200.4237.0288.0363.8额定电流A222257282301320351389440515634系统比功率0.314150.232680.189270.162070.144090.139100.139650.144510.156090.17746（2）大机组在部分负荷时的性能参数如表5‐2所示：表5-2大机组部分负荷性能参数机组负荷率%102030405060708090100冷量kw36272410861448181021722534289632583620输入功率kw203.7240.4248.4352.9268.1318.6327.7437.5524.3638.1额定电流A2963126196246406977618449631135系统比功率0.562700.332040.228730.174650.148120.146680.147080.151070.160970.17627从上表中可以看出离心机组在部分负荷时每个阶段的能耗是不一样的。负荷低于40%机组能耗明显增大，负荷在60%‐80%区域机组运行在高效区且存在最佳工况点，负荷大于80%能耗呈增加趋势。根据实际负荷需求量科学合理的选择开启冷水机组台数，参照逐台开启法：先开小机组再开大机组，逐步提高负荷匹配。具体设置如表5‐3所示。根据负荷大小确定合理的开机组合。表5-3合理开关机组合系统负荷102030405060708090100率%冷量kw9301859278937184648557765077436836692951台小机组11001001112台大机组0011122222系统总功率与总制冷量的比值就是系统比功率。这个指标在系统中可以将真实运行效率体现出来，而且数值越低越好。根据不同负荷时的比功率数值，可以确定机组运行模式并且进行有效调整，这是实现系统高效运行、降低能耗的重要参数。当系统负荷50%时，按机组负荷匹配应该开启两台机组。此时分为三种情况：一是小机组满载后，剩余负荷交给大机组承担。二是大机组满载运行，剩负荷由小机承担。三是两台大机组同时开启平均分摊负荷。通过系统比功率比较，方案一，大机承担4,648‐2,050=2,598kw的制冷量，系统比功率为0.17746+0.14798=0.32544。方案二，小机承担4,648‐3,620=1,028kw的制冷量，系统比功率为35 5降低中央空调水系统能耗的改进方案设计0.17627+0.14429=0.32056。方案三，每台大机承担2,324kw的制冷量，系统比功率为0.14683+0.14683=0.29376。方案三的比功率小所以更合理。当系统负荷80%时，按负荷计算应开三台机组。此时的情况有三种：一是大机组两台满载，小机承担剩余负荷；二是大小两台机组满载，由另一台大机承担剩余负荷；三是小机组满载，由两台大机组进行剩余负荷均摊。通过系统比功率比较。方案一、小机承担剩余196kw的制冷量，显然不合理。方案二、大机承担剩余1,766kw的制冷量，系统比功率为0.17746+0.17627+0.14920=0.503216。方案三、两台机组平均承担负荷2,693kw,系统比功率从为0.17746+0.14805+0.148050=0.47356。方案三更合理节能。在其他负荷处计算方法类似。机组优化后运行模式见表5‐4所示。表5-4优化开关机组合系统102030405060708090100负荷率%冷量kw9301859278937184648557765077436836692951台小机组11000001112台大机组0011222222运行模式单独单独单独单独大机大机大机小机小机三台开启开启开启开启均摊均摊均摊满载大满载大机组满机均摊机均摊载运行5.2冷冻水系统侧变流量改进方案5.2.1冷冻水系统变流量改造方法根据热力学第一定律：QcmtQ－系统冷负荷c－冷水比热容m－冷冻水流量t－冷冻水进回水温差从公式可以看出要改变系统冷负荷的大小，可以从流量m或温差t两个方向着手。对于定流量系统，主要通过调节进回水温差来实现系统能耗与实际负荷的匹配。对于变流量系统，则通过流量大小的改变来满足负荷要求，在不改变进回水温差的情况下使得流量随系统负荷的变化而变化。结合病房大楼中央空调冷冻水系统的实际情况，变流量改造采用台数+变频的联合控制。变频调节的关键在于控制信号的选择，不同控制方式的逻辑各不相同，主36 5降低中央空调水系统能耗的改进方案设计要控制信号有两种：一是温差控制；二是压差控制。后者根据管路不同，又分为干管压差控制和末端压差控制。（1）温差控制这种控制方法，是根据供回水的温度变化T来作为变流量调节信号。当温差小于设定值时，系统水流量较大，此时变频器根据逻辑，调低频率，减小水泵转速从而减少水流量。反之则提高频率，增加水流量。从而满足实际负荷的要求，达到节能的目的。温差控制的优点是系统简单、方便、投资较小，因为没有改变管路特性所以水泵相似性定律也适用。缺点就是控制滞后性明显，而且控制参数精度较低。当末端负荷发生变化或个别房间需求不同时，温度变化往往不会立刻就感应出来，要等冷冻水循环到一定时间后才慢慢显现，延迟性较高。这种控制方式主要用在负荷波动较小以及末端环境需求相仿的场合。（2）压差控制○1末端定压差控制这是较为常见的控制方式，控制点的位置在末端最不利环路，利用压差变送器读取压差信号，通过与设定值的比较，来控制转速。控制逻辑为，末端负荷需要变大，电动二通阀开度增加，环路压差减少，当压差低于设定值提高水泵转速，反之降低转速。这种控制方法的优点是实时性强，反应迅速，各末端支路不易产生水力失调。但不足之处，准确判断最不利环路比较困难，布线复杂施工不易，要设置多个压差传感器，费用较高。○2干管定压差控制其控制原理与末端定压差控制原理基本一致，通过压差变送器读取机房侧集水器、分水器压力，将实际干管压差值与设定压差值进行对比，以此控制水泵的转速，通过流量调节使得干管压差稳定在设定区间，从而达到比较经济的节能效果。和末端定压差控制法相比，干管定压差控制法更简单，易于实现。相比温差控制控制实时性强，水力平衡性好。不足的是由于压差控制中电动二通阀开度变化，会导致整个系统管路特性发生变化，节能效果要比温差控制差。5.2.2冷冻水侧变流量控制参数选择（1）综合考虑病房大楼冷冻水变频控制要求，如果选择末端定压差控制，遇到的问题是综合病房大楼管路复杂比较难定位最不利环路的位置。如果选择温差控制，则因为综合病房大楼由于病区较多，温度需求不一致，如手外科术后需要的室温略高26‐28℃，这样有助于避免寒冷造成的血管痉挛；产科室温在27‐28℃；其他科室大多在25‐27℃，不同手术室室温要求不同导致温差控制不适用。综合以上考虑选37 5降低中央空调水系统能耗的改进方案设计择干管定压差控制信号，施工方便且能保证效果。（2）查看历史数据夏季高负荷时段，病房大楼地下室机房分水器和集水器平均压力值为9.25mHO，最大不超过10.65mHO，所以此次干管压差设定值P取2211mHO。保持供回水温差基本稳定，则水泵流量和二次侧负荷成正相关，流量大2小能反映出系统需求的变化。5.3冷却水系统侧变流量改进方案5.3.1冷却水侧变流量改进的参数选择冷水水泵变频控制需要给变频器一个信号，该信号应能准确反映系统的负荷状态且干扰因素较少。目前常见控制信号有：冷却水温差和冷却水出口温度。（1）定冷却水温差变频通过调节冷却水泵频率，可以保证冷却水进水温度（T1）和冷却水出水温度（T2）差值T不变，通常设置为5℃。当变频控制器判断出实际T小于设定值，说明冷凝器的热交换速度慢，冷水机组处于低负荷，此时控制器根据逻辑将水泵频率降低，使流量满足负荷需求，温差回到设定参数。水泵变频一般会设置25Hz为水泵频率下限以满足机组最小流量要求。反之就会提高频率，增加流量。（2）定冷却水出口温度变频以定冷却水出水温度T2为某个设定值，变频控制器根据实际温度传感器采集到的冷却水出水温度与设定值进行比较来调节水泵。实际温度小于设定值时则调低水泵频率，减小流量。但也要注意不能低于机组的最低流量值。反之则提升频率，增大流量。不用冷却水进水温度T1作为控制参数的原因是冷却水温的下降主要是通过冷却水流经冷却塔与空气接触的物理降温完成的。所以T1的主要影响因素是外界环境、冷却塔效率和流量。但不太能体现机组的运行情况。而T2的主要影响因素是机组的表现和冷却水进水T1的温度。所以说T2包含冷却水侧的信息更全，更适合作为控制参数。根据综合病房大楼冷却水系统实际情况，全年制冷工况时间长，过渡季节往往要早开晚关等特点，冷却水泵确定用出口温度作为变频控制信号。由于温差信号对于环境温度、湿度的变化反应不太灵敏，比如在春、秋过渡季节冷却水进、出水温T与夏季工况的T相近，此时按照控制策略水泵运行频率是一样的。但春、秋季节温湿度与夏季相比还是有很大可利用潜力的，所以当外界环境比较良好的情况下定冷却水出口温度变频控制更合适。38 5降低中央空调水系统能耗的改进方案设计5.3.2具体频率设置实际操作中，由于离心机组的冷冻机油是利用冷却水来冷却的。所以当水泵转速降低，冷却水流量接近蒸发器最低安全流量时，会导致冷冻机油冷却效果不佳，油温过高，运行噪音大影响机组工况。所以综合考虑水泵频率下限为35Hz。当冷却水出水温度T2≥36℃时，此时系统处于高负荷状态，我们将冷却水泵设置为工频运行也就是50Hz频率。冷却水流量达到最大值保证换热效果。当系统负荷处在部分负荷下或过渡季节时，冷却塔对于冷却水进水温度T1具有较强的调节能力，此时冷却水泵可以调低频率，降低转速。同时为了使水泵变频器不频繁切换，保证系统运行的稳定和设备使用寿命，我们设置了一个温度区间，具体设置如表5‐5所示。表5-5病房大楼中央空调冷却水泵变频控制参数冷却水出水温度T2≥3531≤T2<3527≤T2<3124≤T2<27最小频率T2(℃)运行频率f设定50454038f≥35(Hz)5.4阀门问题的快赢改善方案针对机组旁通阀和分水器、集水器阀门因素的产生原因进行分析，以提升中央空调水系统能源利用率为目标，从严重度、发生率和探测度三个方面挖掘，拟定可采用快赢改善措施。快赢措施主要是针对一些简单故障，采用快捷、简便的方式快速改善故障原因，解决问题。其特点直接、高效，所花费的代价较小，不需要向常规六西格玛改进措施一样花费大量的精力统计分析制定方案。5.4.1冷水机组旁通阀快赢改善方案机组旁通阀加装电动阀并设置互锁，能有效减少人为因素造成的旁通误操作，使得冷冻水侧分水器出水温度正常。如图5‐1所示旁通阀打开时，机组1号流量因旁通只有额定流量的50%，制冷机组工作环境恶化，据测算COP从5.3下降到3.6，进、出水温度均提高，使得冷机电耗白白浪费。旁通关闭后，各指标恢复正常。39 5降低中央空调水系统能耗的改进方案设计图5-1机组旁通示意图5.4.2分水器、集水器阀门快赢改善方案空调总管道一般采用蝶阀控制，综合病房大楼中央空调分水器、集水器位于大楼地下一层机房内，分水器接空调总管分别为不同区域提供冷冻水，平时管理靠人工巡视，在夏、冬季工况切换和大、小系统切换以及分区检查时需要调整阀门，这时候由班组长手动调节，靠经验和责任心，常常也会因为忘开或忘关阀门发生串水，将大大影响空调效果和能耗的浪费。通过快赢改善，第一、管理人员根据不同的情况制作阀门切换手册，班组长需熟练掌握并了解原理。第二、制作阀门指示牌，上面标明阀门的状态开启或关闭并以颜色区分，在切换阀门的同时挂上相应的指示牌一目了然。第三、与班组长签订责任状与绩效挂钩，年度无事故的有激励，造成损失或误操作有奖惩，大大增强了责任心，实施以来空调系统没有出现阀门切换的错误。5.5本章小结本章针对分析得出的五个高能耗因素逐一提出改进方案。对于冷水机组开关机组合制定了新的开组组合表，并通过比功率优化了开关机模式。对于冷冻水侧选用干管定压差进行变频控制调节流量。对于冷却水侧确定了以定冷却水出口温度为变频信号，并给出了水泵的变频参数设定值。对于机组旁通阀和分水器、集水器阀门问题通过加装电动阀和制作指示牌进行快赢改善。40 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制6.1实施能耗改进方案后的效果分析6.1.1开关机组合改进前后效果分析对主要因素开机组合的改进分析，选取2015年6月1日到6月6日连续6天的机组运行历史数据为参照，机组工况为1号机组和3号机组同时运行。改进前的机组负荷率选取了每天的五个时段进行记录分别是9:00、11:00、13:00、15:00、17:00的具体数值。1号大机组的负荷率保持在45%‐55%，如图6‐1，冷量在1,634kw到1,967kw之间，整体负荷率偏低，机组运行效率不高。图6-1改进前3号小机组的负荷率在45%‐63%，如图6‐2，冷量在918kw到1,335kw之间，机组负荷率没有达到最佳工况，能耗有浪费。41 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制图6-2改进前开机组合改进后按平均温度选取了2016年6月份相近的6天做对比，参照新编制的开机组合顺序表，原先一大一小两台机组同时运行，改进后由一台大机组单独运行。1号大机组负荷率在68%‐83%，如图6‐3，在满足病房大楼需求的情况下工况大幅改善。图6-3改进后从能耗角度分析，改进前是两台机组运行，一次侧必须开启相对应的水泵两台。改进后是一台大机组单独运行，一次侧只需开启相对应的一台水泵。一次侧水泵主要用于制冷机组的内循环，工作频率50Hz运行。能耗情况如表6‐1。42 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制表6-1改进前后一次泵能耗名称改进前改进后一次水泵（大）一次水泵（小）一次水泵（大）功率（kw）373037运行时间（h）6×246×246×24水泵运行能耗（kwh）5,3284,3205,328改进后节约能耗（kwh）4,320节能率44.7%可以看出改进开机组合后，一次水泵6个工作日就节约能耗4,320kwh，节能率44.7%，保证效果的前提下，使得机组配置更加合理。6.1.2冷冻水侧改进前后效果分析冷冻水侧对主要因素冷冻水泵状态和冷冻水泵流量改进前后统计数据分析。改进后冷冻水泵“一机多泵”的情况没有了，通过有效变频使得冷冻水侧水流量随负荷变化而变化，同时加入了泵组的切换管理，让二次泵运行更高效。对比改进前后冷冻水进出水温差，分别记录9:00，12:00，15:00，18:00的时间段数据，如图6‐4所示。图6-4改进前后的冷冻水温差可以看出改进后冷冻水温差达到设计要求5℃，系统的“大流量、小温差”现象得以改善。改进后二次泵组变频运行，冷冻水侧变流量，现分析单泵变频运行时的节能率，3如表6‐2所示。单泵额定流量为480mh/。43 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制表6-2单泵变频节能率单泵百分比流量改进后功率改进前功率功率减少节能率%3%mh/kwkwkw100%48045450090%43238.47456.5314.51%80%38431.124513.8830.82%70%33626.574518.4340.96%60%28821.384523.6252.49%单泵变频运行，相对于改进前定流量运行有明显的节能效果，而且随着流量减小节能率提高。双泵并联同频率变频，经测算双泵运行其满负荷流量为8163mh/，此时单台流量为4083mh/。由此可见，双泵并联其流量最大值小于单泵满负荷时流量的两倍（480*2=9603mh/）。分配到单泵的流量约为85%。计算双泵同频率变频优化的节能率。如表6-3所示。表6-3双泵并联同频率变频节能率双泵流量流量改进后功率改进前功率功率减少节能率百分比%3%mh/kwkwkw100%81690900090%73475.429014.5816.2%82%66763.469026.5329.49%80%65360.849029.1632.4%70%57152.29037.8042%60%49042.899047.1152.34%53%43236.479053.5359.48%50%40834.269055.7461.93%47%38431.899058.1164.57%三泵并联运行且每台水泵的频率保持一致，与定流量功耗比较如表6-4所示。满负荷总流量流量是1,11233mh/，即单台流量371mh/，而三泵并联后的最大流量，比单泵满负荷流量的三倍数值（480*3=1,4403mh/）小很多，分配到单泵流量约为77.2%。44 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制表6-4三泵并联同频率变频节能率三泵流量百分比流量改进后功率改进前功率功率减少节能率3%mh/kwkwkw%100%1,1121351350090%1,001112.3213522.6816.8%80%89090.4513544.5533%70%77876.1913558.8043.56%66%73471.7513563.2546.85%60%66764.2313570.7752.42%50%55652.6313583.8861.01%（1）两台水泵切换点同频时并联水泵的变化频率保持一致，从表6-2，6-3可知在流量4323mh/时，双泵同时变频功率比单泵变频功率小，双泵运行更合理。在流量3843mh/时，单泵变频功率比双泵变频功率小，单泵更合理。这时通过微调可以确定在38433mh/-432mh/之间存在某个流量，此时双泵同时变频功率和单泵变频功率相同。此点即为单双泵切换点。如果实际流量比该点数值高，则双泵运行；如果实际流量比该数值低，那么单泵运行。经过测算切换点流量为3963mh/。（2）三台水泵切换点同频时三泵并联运行的频率变化一致，从表6-3，6-4可以看出在流量7343mh/时，三泵同时变频功率比两泵同时变频功率小，三泵运行更合理。当流量为6673mh/时，三泵同时变频功率比两泵同时变频功率大，两泵运行更合理。这时通过微调可以确定在66733mh/-734mh/之间存在某个流量，三泵同时变频功率和双泵变频功率相同。此点即为两泵、三泵运行切换点。流量超过此点三泵并联，不足则双泵并联。经过测算切换点流量为6873mh/。病房大楼中央空调水系统冷冻水二次泵变频运行在不同流量下有着不同策略如表6-5所示。表6-5病房大楼中央空调水系统二次水泵变频切换点台数一台变频两台变频三台变频泵运行泵同频运行泵同频运行3流量（mh/）<396396—687688—1,112相比原来的二次泵定流量，变频后节能率相当可观，流量越低其节能率越高，系统在部分负荷时效果明显。但从水泵功耗和流量的数值上可以看出，在定干管差压变频控制下，两者并非是三次方关系，而是接近一次方正比。变频技术的合理利用节约了能源，推广到整个夏季工况能产生较好的经济效益。45 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制6.1.3冷却水侧改进前后效果分析冷却水泵状态，在冷却水流量变流量改进后，冷却水泵按照负荷大小自动调节流量，转速随频率变化而变化。冷却水侧能耗要整体考虑，因为水泵功率减少会带来机组的功率上升，现对冷却水侧变流量改进前后作对比分析，如表6‐6所示。表6-6大机组运行时不同频率下冷却水侧变频节能率水泵冷却水进回机组功率机组增水泵功率水泵减总功节能频率水温度kw加功率kw少功率率累计率Hz℃kwkwkw45/5027.3/32.2461.7+9.462.52‐23.19‐13.792.56%28.7/31.6452.385.7140/5023.7/28.9392.25+24.6943.89‐41.82‐17.133.78%24.3/27.4367.5685.7138/5021.5/26.2352.67+30.3837.63‐48.08‐17.74.34%21.2/24.6322.2985.7135/5018.2/23.2304.43+36.7629.40‐56.31‐19.555.53%18.1/21.4267.6785.71从变频前后的数据可以看出，水泵变频后虽然机组的能耗有所增加但是水泵的功耗下降幅度更大，系统总的能耗是减少的。且在部分负荷时随着冷却出水温度降低，系统节能率是稳步上升的，也就是说在低负荷或是外界环境温湿度好的过渡季节，节能效果更好。6.1.4中央空调水系统总能耗改进前后效果分析选取2015年7月22日到8月4日改进前水系统运行的情况，其中机组：三台机组同时运行9天，两台大机机组运行5天；冷冻水泵：一次侧机组对应水泵工频运行，二次泵3台水泵工频运行；冷却水泵：机组对应水泵工频运行。改进前水系统能耗如表6‐7所示。46 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制表6-7改进前水系统能耗名称制冷机组一次水一次水二次冷却水冷却水泵（大）泵（小）水泵泵（大）泵（小）功率（kw）37304511075台数2321321（大）运行时间（h）120336336216336336216运行能耗（kwh）290,41524,8646,48045,36073,92016,200水系统总能耗（kwh）457,239改进后水系统运行情况，选取2016年7月到8月与改进前相近室外温度14天统计，机组：2台大机组运行11天，三台机组同时运行3天；冷冻水泵：一次侧机组对应水泵工频运行，二次泵组变频运行；冷却水泵：机组对应水泵变频运行。改进后水系统能耗如表6‐8所示。表6-8改进后水系统能耗名称制冷机组一次水一次水二次泵组冷却水泵冷却水泵泵（大）泵（小）（变频）大（变频）小（变频）功率37304511075（kw）台数23212321（大）运行时间26472336722587833672（h）运行能耗（变频）272,37624,8642,16017,4158,41248,0483,780（kwh）水系统总能耗377,055（kwh）水系统节17.5%能率可以看出改进后机组优化运行，二次泵组、冷冻水泵水泵变频运行，整个水系统能耗比原定流量状态有不小的降幅，水系统总节能率为17.5%。通常7月、8月是中央空调系统负荷最高的两个月，在相对负荷较低的6月、9月水系统节能率还能47 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制提升。经统计2016年6月到9月中央空调水系统总能耗为2,191,813kwh，相比改进前2015年6月到9月总能耗2,729,531kwh，节能率为19.7%，达到目标值，方案措施有效。6.1.5快赢改善效果分析（1）机组旁通阀通过快赢改善，杜绝了未运行机组旁通阀开启的现象，冷冻水侧分水器出水温度从改善前的10.2℃下降到改善后的7℃左右，效果明显。改善前后对比如图6‐5，图6‐6所示。图6-5机组旁通阀改善前图6-6机组旁通阀改善后（2）集水器、分水器阀门状态通过快赢改善，阀门的开、闭状态挂以标牌显示，并做了文字说明，这让空调班组值班人员一目了然，在日常的阀门切换中没有发生误操作。改善前后如图6‐7，6‐8所示。48 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制图6-7阀门状态改善前图6-8阀门状态改善后6.2保持低能耗的管理控制建议针对以上改进方案，为保证中央空调水系统的整体优化持续运行，还需进一步设计总体优化管理控制方案。6.2.1制定科学合理的运行管理制度设备运行阶段是节能优化管理的核心，也是节能工作成败的关键，科学合理的设备运行应该是安全、高效、节能、环保。（1）制度管理○1建立完善管理制度，严格执行到位。建立运行管理制度，将运行数据进行完整保存与记录，这些数据能够为以后的49 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制建筑能耗诊断与测试提供良好的参数基础，对节能改造来说，是重要的历史数据。根据数据不同功能制作相应记录表格，比如，《空调值班日志》、《中央空调水泵、冷却塔运行记录表》、《离心式冷水机组运行记录表》等。同时将事故责任制不断完善，提高管理人员对设备运行的重视程度，确保系统工况持续稳定。○2加强设备维护，确保良好运行建立设备维护制度，运行班组对设备的维护要尽心尽责，对主要设备要制定档案收集相关的技术参数、图纸、编制维修计划定期检修，对末端风机盘管清洗频率至少一年两次，并且相关情况都需记录到设备维修保养日志中。对重要阀门进行细分，按大系统、小系统、沟通阀、总阀、重要区域阀门（如手术室、洁净病房）等分别做标记以及绘制CAD图纸标明位置用途。○3坚持人员培训制度定期组织对空调班组人员进行培训，包括中央空调原理及新技术、相关规章制度、一般报警处理办法、紧急事故处理流程等。形式上可以多种多样如请厂家工程师讲解，知识竞赛，紧急事故演练等等。通过不断的学习让班组更好的掌握技术，熟悉流程，提高业务水平。（2）运行管理○1制定空调系统运行计划，根据实际情况及时调节以历史数据作为空调系统运行计划的参考，可以根据当时的室内外气候条件、负荷条件等等，来进行主机运行模式的调整，特别是负荷低的夜间要及时关闭大机组使用小机组运行。以动态管理来控制能源的消耗，这是提高能源利用率的重要方式。如果大楼自控程度较高，那么也可以对冷却水泵、冷冻水泵进行实时变频调节，流量控制，并将数据上传到上位机方便管理人员分析优化。○2建立节能责任制，落实岗位内容人的责任心是最重要的，末端装置的热交换能力是机组运行的影响因素。当用户对室内温度舒适度有新的需求时，就会调节设定温度。风机盘管分为高中低三档调速，降低室温就要增大风机转速，增加风机功耗，进一步增加系统运行费用。所以对末端温度的控制不能随意，确保室内环境舒适度的同时，从源头将系统运行负荷降低，实现参数的合理设置。管理人员也应主动作为，从小做起，将节能降耗落实到日常的工作中去。同时制定了《能源管理处绩效考核分配暂行规定》结合绩效奖励措施，真正激发全体班组主动节能的意识，变“要我节能”为“我要节能”。（3）各子系统运行管理明确责任○1冷水机组根据负荷大小合理安排所需运行机组，对于同型号各机组总工作时间相差不宜过多，考虑系统预冷预热的时间，有条件的可以利用差额电价降低运营成本。50 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制对于不在运行的机组要及时关闭机组前后的阀门，防止窜水。大型机组由于专业性强最好与厂家签订维保合同，并对每次的维保工作进行监督检查。特别是停、开机前后电气线路、油压管道、控制线路等保养尤为重要。定期对机组蒸发器和冷凝器进行清洗，对循环水进行软化、加药处理使其水质达标，防止结垢、堵塞保证其换热效果。○2冷却塔定期检查电动机线圈并对轴承加油保养，检查皮带松紧，校验平衡性避免噪音过大。检查冷却塔布水器，确保平稳运转，步水均匀正常工作。清理冷却水池内的杂物以免造成堵塞，清洗冷却塔出水过滤网。对补水浮球进行定期工作状态检查。定期监测冷却塔水质并加药处理确保水质符合要求。○3水泵每日检查水泵及前后阀门的状态，压力表读数正常。水泵无渗水、溢水现象。水泵在运行时水压保持正常，泵体没有明显振动和异响。对于不常用的水泵要定期点动测试。（4）能耗管理理念的转变能耗管理理念由原来的能耗粗放式管理转变为现在的精细化管理。首先，观念的转变原来不计成本与效率、不细致的管理风气转变为“精”、“准”、“细”、“严”的工作作风。其次制定能耗目标，在节能降耗的总目标下，分解每年的任务，多挖掘能耗节能点。比如接下来就准备改造冷却塔的弱电控制部分。第三，优化流程。流程是将输入转化为输出的一系列资源和活动的集合。在维修、巡视、管理、考核等阶段加强流程控制和改进，缩短业务流程，提高反应速度，消除流程中各种隐性的浪费。第四，提升工作效率。每个班组权责明晰，加强技能培训，对重点岗位加强研究，着力创新工作方法，增强协作能力。第五，严格控制成本，要准确进行成本核算，深入进行成本分析，全面完成成本考核，加强成本管理体系。第六，健全考核体系，评价体系用数据说话，通过分配和利益引导机制，淘汰落后，鼓励进步，促进能耗管理又好又快的发展。6.2.2采用基于智能管理模式的实时控制策略公司现有的传统管理模式是被动式的管理，现代节能环保的要求已经不是传统方式能够满足的，需要考虑采用智能管理模式。本文研究的综合病房大楼的中央空调智能化管理网络架构如图6‐9所示。采用51 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制分布式多客户端管理，以GEFanucProficy‐HMI/SCADA—iFix4.0构架管理网络。配置参数：系统配置20,000点；25个客户端；数据库：GE‐Fanuc‐iHistorian高性能实时历史数据库。采用上位平台将楼内设备进行分类数据采集与监控，建成开放式网络平台，实现管理自控系统的有效运行。图6-9病房大楼智能化系统网络构架图智能化管理的特点：（1）开放性Lon结构的最大特点是设备自由度高，只要满足LON标准协议的设备都可以接入系统，不再局限于某几个单一品牌，支持LON的产品现已成千上万，所以客户可以根据自己的需要来选配设备，充分发挥不同厂家在各自领域的优势。此次综合病房大楼中央空调系统机组带有LON接口可以直接与ILON600通讯。而底层的阀门、传感器则是通过DDC控制器与ILON600模块通信传输数据，数据通过LON协议传输而非传统485方式更加快捷、稳定，最终集成在上位机统一管理，实现数据互通，信息共享。（2）数据共享数据库配置了与IFIX完全集成的iHistorian实时历史数据库，从iFIX的WorkSpace可直接存取iHistorian的数据，该数据库拥有：○1海量、高速的处理能力。○2内置IFIX采集器、OPC采集器、文件采集器能从各个控制系统中直接读取第一手现场实时数据并支持多种数据类型的存储如：整型数，浮点数，字符串等。○3强大的压缩比，历史数据存储不少于一年。○4支持标准的C/S模式，此次配置了25个客户端实现了各种数据的共享最大化，真正实现统一数据库管理。（3）分布式管理利用iClientTS和Portal建构高效客户端/服务器。在面向操作员客户端的10个iClientTS中，均可以随意访问任意SCADA‐Server数据，将实时动态画面输送到界面，52 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制所有报表、脚本都可以实现在线开发。在面向管理员和分管领导客户端的15个Portal，这是以网页为基础的客户端类型，能够让管理者远程看到现场数据的实时情况，为决策提供精准图形显示和趋势分析结果，极大地提高了管理效率。（4）联动控制IFIX提供了强大的对外数据接口，包括：OPC、BACNET、DDE等，利用这些接口可以使IFIX与第三方设备进行无缝连接，实现数据的双向通信。IFIX内置强大的VBA编程功能，把第三方设备所传送到上层的数据根据用户的需求进行相应逻辑判断和处理。IFIX还提供调度的后台处理，它是独立于工作台运行的，这样就可以保证数据处理的实时性和连续性，使系统能够正常运行。后台调度将逻辑判断得出的结果通过OPC的方式下达到下层的各个子系统，子系统中的控制器将根据相应的命令来完成一定的操作，从而实现系统联动，自动化运行。（5）设备联锁启停冷水机组开关机有一套流程，不仅仅只有机组的简单运行还牵连到水泵、冷却塔的联动。如设备之间启停顺序出现差错极易产生机组停机甚至压缩机损坏。一般是先启动水泵、冷却塔后启动机组，有条件的设置联动控制，防止人为因素的误操作。如加机组流程：冷却水电动蝶阀、冷却塔、冷冻水电动蝶阀、冷冻水泵、冷水机组。减机组则相反。（6）信息管理中央空调水系统设备的信息化管理，可以利用OA子模块功能实现。在实施设备管理过程中，优化了以下几点:○1完善设备电子台账包括：基本参数、维修记录、故障记录、改造记录、配件信息等等。对所有零部件进行编号记录，统一管理。○2根据每类设备的技术特点制定巡检计划：规定巡检内容、路线、时间、标准。现场巡检数据与历史数据的比较有利于工程师提早发现异常情况。每周每月生成报表规范管理。巡检计划完成的好坏也可作为对班组每月测评的一项指标。○3对典型故障按类别归档建立查询库，方便故障诊断排查。对于设备来说，可以通过信息化管理来进行参数与能效目标的匹配分析，以最经济合理的管理方式，来维护设备运行效率，提升节能空间。智能化平台遵循了分散控制，集中监视，数据共享的原则，真正实现了，统一平台、统一界面、统一数据库，跨系统信息共享，跨系统联动。随着智能化管理的不断深入，中央空调系统也可以实现实时自动控制。机组内置的CPU可以监测到机组实时数据，机组外接通讯口则能将数据同步到上位机，利用上位机软件生成各种趋势图表，并能和历史同期相比较，使得决策者能站在整个系统的层面而非单个机组或子系统的角度决策，辅助先进算法和不同组合策略让空调系统处于最合理状态。这是提高节能效果、降低能耗的有效方式。53 6中央空调水系统能耗优化效果分析及管理控制6.3本章小结本章采用改进前后的重要参数对比来检验改进的效果，对开关机组合的改进，改进后机组负荷率稳定在68%‐83%之间明显提高，在满足效果的前提下原两台机组的工况现一台大机就能完成。从而少开一台水泵，节能率达到44.7%。对于冷冻水侧的改进，改进后冷冻水进出水温差由原来的3.1左右上升至5.0左右，达到设计要求，大幅改善了“大流量、小温差”现象，水泵单泵变频运行，在流量3843mh/节能率为30.82%，双泵变频运行，在流量6673mh/时节能率为29.49%，三泵变频时，在流量7783mh/时，节能率为43.56%，并给出了二次泵组的切换点。对冷却水侧的改进，综合计算了冷却水侧变频时系统能耗，结果显示变频后系统是节能的，冷却水变频方案可行。随后计算了综合病房大楼中央空调水系统的总能耗，相比2015年水系统节能19.7%，达到设定目标。最后从运行管理制度和智能管理模式两个方面提出保持低能耗的长效管理控制策略。54 结论与展望结论与展望本文首先介绍了病房大楼中央空调水系统的基本情况，重点分析了中央空调系统在管理上存在的问题，发现主要存在：功能区多且要求不同、能耗粗放式管理、节能意识淡薄、节能方法不得当这四大方面。对于能耗数据统计了2015年的运行数据发现中央空调系统6‐9月份的用电量偏高，约占整个大楼电量的58%，而水系统部分能耗又占中央空调能耗的84%，是主要耗能系统，因此选定中央空调水系统能耗优化管理为本论文的研究对象。提出了基于六西格玛的MDAIC能耗优化管理解决思路，全文从能耗管理定义及测量、能耗管理分析与改进、能耗管理控制三大方面进行分析改进，并绘制了项目工作分解表。在能耗管理定义阶段确定了以降低中央空调水系统总能耗15%为项目改进目标，通过SIPOC分解，明确了改善范围为流程P并成立了项目团队。在测量阶段通过实测，发现大、小机组的负荷率保持在比较低的水平，1号机组5‐7月负荷率在30%‐54%的区间，3号机组7‐8月负荷率在52%‐72%之间，发挥不出离心机应有性能。进回水温差统计，冷冻水侧：1号机组温差保持在1.7‐5℃之间（5‐7月），3号机组7‐8月冷冻水进出水温差全部在5℃以下，集中在3‐4℃之间。达不到设计5℃温差要求。冷却水侧：1号机组温差保持在3‐5℃之间（8月份），3号机组冷却水进出水温差3.2‐4.6℃之间（8月份），温差过小。总体来看，中央空调水系统存在明显的“流量大、温差小”现象，能耗浪费现象严重。在能耗管理分析阶段，项目小组成员集思广益运用头脑风暴查找原因，绘制出相应子系统能耗过高的鱼骨图。运用FMEA法筛选得出影响中央空调水系统能耗的五点关键因素分别是：开关机组合；冷冻水流量；冷却水流量；机组旁通阀状态；分水器、集水器阀门状态。接下来的改进阶段，针对关键因素逐一给出对策。机组运行部分：借助离心机部分负荷下的性能参数表，按照负荷大小重新细化了开关机顺序，再通过比功率指标优化了运行模式。冷冻水部分：进行冷冻水二次侧变流量改造，结合医院病房大楼的特点确定了定干管压差P=11mHO作为二次泵变频的2控制信号。冷却水部分：冷却水泵加装变频器，结合医院病房大楼特点选择冷却水出口温度为控制信号，给出了不同温度区间所对应的工作频率并规定了频率下限为35Hz。阀门问题进行快赢改善：对于机组旁通阀加装电动阀进行互锁，水器、集水器阀门则制作指示牌降低误操作率。改进后的效果分析，运行新的开关机顺序表后在不影响效果的前提下，机组的负荷率大幅改善。冷冻水二次泵组变流量模式下相比原定流量的能耗。变频运行下，单泵在其总流量80%时节能率为30.82%；双泵同频率在其总流量70%时节能率为42%；三泵同频率在其总流量60%时节能率为52.42%。冷冻水侧计算了冷水水泵变频后水系统的整体节能率。40Hz运行时节能率55 结论与展望为3.87%；35Hz运行时节能率为5.53%。可以看出本系统冷却水侧变流量节能运行完全可以实现，且频率越低，节能率越高。阀门改善后旁通阀和分水器、集水器状态正常，班组无误操作。整个中央空调水系统6‐9月的总能耗相比2015年6‐9月节能537,718kwh，节能率为19.7%，达到目标值。最后从管理角度出发给出了保持低能耗运行的管理建议，制定科学合理的运行制度，加强设备运行中的维护，重要功能区的阀门进行了细分标识，加强人员培训，落实岗位节能责任制，原先的粗放式能源管理转为精细化管理。相比传统的被动管理、记录数据离散非连续、设备及子系统间相对孤立没有整体性，提出了现代的智能化管理模式，结合本系统选择了IFIX集成平台，搭配iHistorian高性能实时历史数据库和25个应用客户端，真正实现分散控制，集中监视，数据共享，历史曲线实时查看，设备保养主动科学，趋势策略智能提示，跨系统联动。然而，在写作过程中由于本人知识水平和信息获得渠道所限，论文仍存在许多缺陷之处。具体来说主要有：（1）本文对于中央空调系统的分析，只分析了水系统但中央空调系统是一个多系统相互关联、相互影响的复杂体系还有如末端、风系统等等，对于这方面的研究需要进一步展开。（2）随着科学技术的发展和人们认知水平的提高，中央空调能耗管理工作越来越被重视，如何从管理上出效率、出效益，不断优化管理模式尚有待于进一步探讨。56 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致谢致谢论文完成之际，倍感欣喜。但过程滋味确是五味杂陈记忆犹新，对所有帮助过我的人唯有感恩。首先我要感谢我的校内导师王晓锋教授，论文的顺利完成离不开老师的悉心指导。开题阶段的耐心细致，写作阶段的梳理解惑以及最后成文阶段的修改点睛，在我写作最困难的时候总是不厌其烦，一遍遍地给我讲解，给我鼓励，帮助我渡过难关。更重要的是在老师身上我学到了严谨、务实、钻研、创新的做人品质，这无疑是我人生的一笔财富。其次我要感谢我的校外导师陈郁韩高级工程师，他既是领导也是前辈，无论在工作还是生活上总是给予我最大关心，在论文的专业技术部分无私的和我分享经验让我受益匪浅。我还要感谢我的班主任和同学们，每次有重要活动班主任总是第一时间通知我，在学校遇到了困难班主任会尽其所能帮助解决。还有遇到五湖四海的同学们让我开拓了眼界，了解了不同行业，不同领域，在论文写作期间大家相互鼓励、相互打气。谢谢你们！最后要我由衷的感谢我的家人，是你们一直以来的大力支持和默默付出，我才能顺利完成研究生阶段的学业。60
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