神舟北极高效集成冷冻站中央空调冷热源系统精细节能解决方案

神舟北极高效集成冷冻站神舟北极高效集成冷冻站中央空调冷热源系统精细节能解决方案中央空调冷热源系统精细节能解决方案

北京卫星制造厂

中国空间技术研究院 Beijing Spacecrafts

目录

高效集成冷冻站实例应用和社会影响

高效集成冷冻站的理念创新

基于关联预测控制系统的节能服务平台

高效集成冷冻站的技术创新



中央空调系统的组成 1 、冷冻站

中央空调系统的核心耗电设备。

2 、空调水及其管网系统

以水为介质在建筑物内部传递冷量或热量，水系统的载体是管网。

3 、空调末端装置

空调末端装置是水系统与室内空气热交换的设备，包括组合式空调机组、风机盘管机组和新风机组等。


建设单位

机电安装公司

设计院

监理

设备供应商

传统冷冻站传统冷冻站

主机机组空调循环水泵冷却塔控制系统定压补水

水处理设备阀门

系统整体性能

目前中央空调系统应用普遍，但均采用传统冷冻站形式。通常是由建设单位根据设计院的初步设计进行冷冻站主体设备的采购，然后由机电安装公司在现场安装的暖通工程。



传统冷冻站存在什么问题？？？

传统冷冻站一般采用独立、简单的控制方式，各个主耗电设备的控制缺乏关联性，节能效果不明显。

传统冷冻站由于在现场施工，施工作业占地面积较大、不同专业交叉作业时间很长、业主现场协调管理难度很大。

传统冷冻站是一项责任主体分散的工程项目，各方只对自己工程内容负责，缺乏系统工程思想，整体性能无法保证。



主机机组

空调变频循环水泵

变频冷却塔

集成控制系统

水处理设备

相关管道和阀门附件

集成冷冻站是以高效节能的关联预测控制系统为核心，在设计院初步设计的基础上，开展二次深化设计和三维仿真，对设备进行参数优化，通过工厂预制、模块运输、现场拼装而形成的机电一体化系统级产品。

系统集成

工厂预制现场拼装

二次深化设计

节能控制

设备供应商

集成冷冻站集成冷冻站

系统整体性能

<0.75<0.75Kw/TonKw/Ton




集成冷冻站的创新与改进集成冷冻站的创新与改进

1 ）从分散责任主体到系统集成商单一责任主体；

2 ）从工程项目到系统产品；

3 ）从项目现场施工到工厂预制生产；

4 ）从独立控制到关联控制、引入全变频控制技术。


工厂预制

模块集成系统设计


关联控制


产品结构形式一产品结构形式二



单制冷•螺杆式冷水机组•离心式冷水机组•风冷式冷水机组

集成冷冻站功能

冷暖两用•热泵机组•溴化锂直燃式机组•冷水机组与锅炉组合



目前国内冷冻站普遍采用对各设备分开招标，暖通、强弱电专业分别进行安装的形式，造成冷冻站从占地面积、施工质量、设备运行、整体性能等方面都不理想。

冷冻站是一个多设备构成，需要联合协调运行体现综合性能的有机整体，实质上是一个系统工程。

因此，为了减小冷冻站的占地面积、降低现场施工难度、使冷冻站综合性能达到最优，将航天的系统集成技术引入了冷冻站建设。北美国家对冷冻站建设一直都是由集成商总体负责完成。

冷冻站建设本质是一个系统工程




系统产品总体设计技术1

面向各专业的接口设计技术2

结构及机构数字化装配技术

3

电气设计及电子装联技术4

机电一体化设计及集成技术5

流路系统设计与试验技术6

管路焊接技术7

高效集成高效集成冷冻站冷冻站

面向集成冷冻站的系统集成技术面向集成冷冻站的系统集成技术



面向集成冷冻站的系统集成技术面向集成冷冻站的系统集成技术嫦娥一号

基于模型数据库的设备匹配

冷却塔数据

水泵数据

冷机数据



面向集成冷冻站的系统集成技术面向集成冷冻站的系统集成技术嫦娥一号

整体结构设计及三维仿真设计



嫦娥一号

管道变形仿真

动载荷应力曲线综合位移云图

应力分布云图

集成冷冻站的结构仿真校核


第一代

第二代

第三代

基于设备运行的起停控制和面向水泵的简单控制，依赖于运营人员的经验操控

基于简单独立控制的集中群控或模糊控制，能实现智能化，节能效果不明显

基于多变量关联按需主动控制，智能化、高效节能、稳定可靠


面向冷冻站的关联预测控制技术面向冷冻站的关联预测控制技术


◆ 明确冷冻站控制技术发展的新方向——关联预测控制系统；

◆ 实现中央空调系统高效节能。

◆ 航天器能源管理与智能控制技术；

◆航天器流体回路控制技术；

◆航天器热控制技术；

◆ 国外同类先进技术的引进、消化、

吸收、创新。


面向冷冻站的关联预测控制技术面向冷冻站的关联预测控制技术


•专利：“一种中央空调冷冻站节能控制系统”•201020652699.7

冷冻站关联预测控制系统是通过关联控制方法，对中央空调水系统末端负荷数据的建模仿真计算，预测出下一时段中央空调系统的冷量需求，对冷冻站系统进行主动前馈控制，实现冷冻站系统的整体能耗优化和高效稳定运行。

•专利：“一种中央空调冷冻站节能控制系统及控制方法”•201010582118.1




关联预测控制系统实物


高效节能

集成冷冻站特点优势

节省空间缩短周期智能控制

通过关联控制，实现主要耗电设备协同关联高效运行，综合节能率达到20%-50%

通过系统集成，节省 1/3 以上占地面积和10% 以上材料耗费，并能适应特定的安装空间要求

通过工厂预制，避免工程现场的交叉施工，降低业主的管理难度，缩短现场建设周期

通过智能化控制，实现无人值守自动运行且操控简单，可大幅降低系统运行费用和维护难度



集成冷冻站的应用领域

化工、电子等行业的工艺制冷需求：如制药、钢铁、造纸、电路板生产、电子芯片制造行业等

大中型商用项目的舒适性空调制冷需求：如宾馆、酒店、商贸超市、写字楼、高档楼盘等

大中型数据机房及控制间的设备制冷需求：如银行数据灾备中心机房，大型的数据计算中心、工业控制间等

特殊工业厂房与设施的特殊制冷需求：如航天领域生产厂房及装配厂房的工艺制冷需求、舰艇及船舶的制冷需求、核工业厂房的制冷需求等

大中型公建项目的舒适性空调制冷需求：如展览馆、博物馆、音乐厅、剧场、机场、车站、地铁、医院、学校、政府办公楼等

公建项目商用项目工艺制冷设备制冷特殊制冷



中国第一套全变频预制式集成冷冻站；

占地面积仅 72 平米，节省面积 35 平米；

现场施工周期 10天；

高效节能，平均 COP达到 5.14 ；

实现无人值守全自动运行。

武汉辛亥革命博物馆



冷冻站整体预览

系统监控界面



武汉市节能监察中心检测结果为：综合性能指标 5.14kw/kw



中国目前最大的预制式集成冷冻站；占地面积 1400 平米；实现冷热源集成；冷源系统 COP可达 4.05 ；综合节能率达到 21.3% ；实现无人值守全自动运行。

武汉新城国际博览中心



武汉国际博览中心高效集成冷冻站监控运行界面



武汉市节能监察中心检测结果为：综合性能指标 4.05kw/kw ，节能率为可达 21.3% 。



北京地铁9 号线郭公庄站


北京地铁集成冷冻站科研示范站；占地面积 200 平方，节省 230 平方；现场拼装时间 15天；系统综合 COP可达 4.7kw/kw ；实现无人值守全自动运行。


冷冻站整体预览



2010年北京市科委重大科技成果在京落地转化项目

2007年国务院机关事务管理局指定推广的试点产品



2012 节能中国十大应用新技术奖



2012 中关村国家自主示范区新技术新产品



集成冷冻站产品获得了主流设计院及行业协会的高度认可



建设信息化服务中心

关联预测控制系统的责任是系统现场控制和远程终端服务。以关联预测控制系统为基础，在北京建设信息化服务中心，提供冷冻站的技术咨询、选型服务，节能分析、状态监测等运行维护信息化服务。

在全国主要省会地区建立运维体系服务站，服务范围涵盖全国重点地区。



服务名称服务内容技术咨询服务冷冻站的设计、选型、建设、维护运营维护服务冷冻站节能分析、远程监控、状态监测、

故障诊断、隐患检测、故障报警、软件升级

节能改造服务以节能控制系统为核心改造传统冷冻站




在“基于关联预测控制系统的节能服务平台”的基础上申报了中关村现代服务业综合试点项目—面向中央空调系统的高效节能服务体系，目前已获批准。

该项目的实施，将冷冻站由建设型转向服务主导型转化，积极推进航天技术为国民经济服务，开辟空调暖通行业新型咨询服务模式，提高冷冻站的综合能效管理水平。

在“基于关联预测控制系统的节能服务平台”的基础上申报了中关村现代服务业综合试点项目—面向中央空调系统的高效节能服务体系，目前已获批准。

该项目的实施，将冷冻站由建设型转向服务主导型转化，积极推进航天技术为国民经济服务，开辟空调暖通行业新型咨询服务模式，提高冷冻站的综合能效管理水平。


当然，我们在追求系统品质和服务的同时，不会导致业主的预算和成本增加，会在同等条件下做出最好的服务。最后衷心感谢各位领导对集成冷冻站项目的关心和支持，我的汇报到此结束，谢谢！

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