引言

自2020年9月我國提出“雙碳"目標，即2030年前實現二氧化碳排放達峰，2060年前完成碳中和，這一目標強力推動了各行業的深刻變革。能源領域尤其需要加速結構調整，積極向可再生能源轉型，并顯著提升能源利用效率。鑒于我國石油和天然氣的對外依存度較高，能源供需矛盾日益凸顯，優化能源消費結構勢在必行；同時，資源能源的有限性決定了粗放型發展模式難以為繼，我們正面臨的嚴峻挑戰。

在此背景下，作為建筑主要能耗源的中央空調系統，其能耗問題顯得尤為突出。在商業建筑、寫字樓和酒店等場所，中央空調的能耗占比高達建筑總能耗的一半以上。部分公共建筑的空調能耗甚至占總能耗的40%-60%，其單位面積電耗更是普通住宅的5-10倍。以北京的大型商場為例，中央空調的高能耗問題尤為顯著，因此，降低能耗、提升能效成為建筑節能工作的重中之重。

高能耗不僅大幅增加了企業的運營成本，還對環境造成了巨大壓力。在能源緊缺和環境污染問題日益嚴峻的當下，對中央空調系統進行節能改造，探尋高效的能效管理解決方案，已成為一項刻不容緩的任務。

1. 痛點剖析：中央空調能耗癥結

1）能源管理結構不清

眾多場所的中央空調系統普遍存在能量計量點位不完善的問題，這直接導致能源管理責任難以明確。以大型商業綜合體為例，由于其樓層眾多、區域功能錯綜復雜，精確統計各區域的能耗變得極為困難，進而無法清晰界定各部門或租戶的能源使用責任。這種狀況嚴重制約了管理效能，使得針對性的節能措施難以有效實施。

2）缺乏系統運行感知

中央空調系統電耗居高不下，然而卻缺乏有效的監控手段。老舊建筑的中央空調無法實時監測其運行狀態及細分電耗數據，這使得管理人員難以深入分析運行能效，甚至無法及時察覺并解決高耗能問題。

3）末端風設備缺乏集中監控

末端空調設備數量龐大且分布廣泛，尤其在大型酒店和學校中尤為顯著。這些設備往往缺乏集中管理，使用隨意性較大，進而導致能源浪費現象頻發。例如，服務員可能忘記關閉退房客房的空調，或是教室在無人使用時空調仍在運行。

4）依賴人工操作

許多中央空調系統依然依賴于人工操作，這對操作員提出了較高要求，既需具備豐富的經驗，又需擁有強烈的責任心。在小型工廠中，操作員往往僅憑經驗調節空調參數，難以根據實際負荷進行精準調整。若操作員責任心不足或出現操作失誤，極易導致能源浪費。

5）存在浪費現象

在設計中央空調系統時，電機容量是根據建筑的熱負荷計算并額外預留余量的。然而，在實際運行過程中，熱負荷會因季節交替和溫差變化而產生波動。由于冷凍水泵、冷卻塔風機和主機等設備無法及時調整其功率，這往往導致系統效率低下，進而造成能源的浪費。

2. 能效管理方案全解析

2.1 建立三級計量

構建三級計量體系是破解能源管理結構模糊問題的關鍵所在。通過接入產量數據，精確核算單耗，能夠清晰揭示能源利用效率。同時，對動力設備如制冷系統的能效比和水泵效率進行核算，明確能源轉換的具體情況。

以大型工廠為例，在未建立三級計量體系時，能源消耗情況模糊不清。而體系建立后，能夠直觀展示各車間的能源消耗及產品能耗，通過數據分析精準定位高能耗環節，進而采取有效的節能措施，顯著提升能源使用效率。

2.2 整體架構與制冷原理

中央空調系統一般主要由制冷壓縮機、冷凍循環水設備、冷卻循環水設備、末端風機設備、冷卻塔風機設備等組成。其主要通過五大循環，即水泵、風機等動力設備形成一個能量的搬運系統，把目標區域的能量搬運至室外。

制冷壓縮機作為系統的核心部件，為整個系統提供動力，負責壓縮制冷劑氣體。冷凍循環水設備則將冷量傳遞至各個房間，而冷卻循環水設備則負責帶走多余的熱量。末端風機設備將冷空氣送入室內，冷卻塔風機設備則將熱量散發至大氣中。深入了解這些組成部分及其工作原理，有助于我們更好地把握節能潛力和管理策略。

2.3 節能空間挖掘

在設計中央空調系統時，設備電機的容量通常會預留10%-20%的余量，以應對各種變化需求。然而，在實際運行過程中，由于季節交替和晝夜溫差的波動，熱負荷隨之變化，導致設備難以即時調整功率，從而引發能源浪費現象。據統計數據顯示，未采取節能措施的中央空調系統，其能源浪費比例可高達20%-30%。

2.4 整體解決方案

2.4.1 系統結構與監控

AI能效監控箱與樓層監控箱協同監測冷熱源水系統及末端風系統。AI能效監控箱連接變頻器和主機數據，實時采集傳感器信息，并精準調節運行參數。樓層監控箱則專注于監控樓層內設備，如風機盤管的運行狀態和溫度控制。

該系統通過預測天氣變化、建筑負荷及空調系統負荷，提前調整運行策略，有效降低能源消耗。例如，在冷空氣來臨前，系統會主動降低制冷主機功率。此外，系統還指導用戶合理開關機，群控冷機，優化運行模式，確保運行的經濟性。

3.4.2 組網結構與控制

安裝可遠程控制的空調面板對于風機盤管的節能管理至關重要。該面板能夠精準調控風機盤管的風機、閥門及風速，并通過Anet系統進行遠程節能控制和計費管理。例如，在大型寫字樓內，管理人員可遠程關閉未使用房間的風機盤管，有效減少能源浪費。

分體空調通過空調控制器替代傳統電源86盒，利用紅外技術控制空調的啟停和溫度設定，同樣借助Anet系統實現遠程節能控制和計費。

多聯機空調則通過專用網關連接室外機，并安裝電表以計量電耗，進而實現遠程節能控制和計費。這些措施使得不同類型的空調設備實現智能化管理，顯著提升能源使用效率。

2.4.3 末端設備用能計費

時間型計費

系統監測風機盤管閥門的啟停狀態，累計使用時間，從而計算用戶的能量消耗。在公寓樓中，風機盤管配備此裝置，依據空調的實際使用時間進行計費，旨在鼓勵合理使用空調，避免能源浪費。

能量型計費

需要加裝專門的能量計量裝置，根據各部分能量占比來分攤系統能耗。在商業綜合體中，各店鋪的空調能耗通過計量裝置進行精確統計，按照實際用能量占比分攤費用，確保計費的公平與合理。

其他計費方式

系統支持多種費用分攤方式，包括按人數、面積及能耗比例等。例如，教學樓可根據使用人數分攤空調費用，而辦公場所則可按辦公面積進行分攤。這些靈活的分攤方式能夠滿足不同場景的需求，有效提升能源管理的效率。

3. 核心算法與功能展示

3.1 算法層級與調優原理

能源站供能系統的算法層級涵蓋中央空調制冷調優等核心領域。通過深入研究和數據分析，可以優化制冷參數，顯著提升制冷效率。系統根據季節變化和負荷需求，靈活調整壓縮機頻率及水流量，確保系統高效運行，滿足實際需求。

換熱站供熱調優著重于供熱系統的運行優化，旨在提高能源利用效率。通過水力平衡和精準設備控制，實現精細供熱，有效避免能源浪費。系統根據實際需求動態調整供熱參數，確保提供適宜的熱量供應。

太陽能制熱預測與空氣源熱泵調優充分利用可再生能源，結合天氣狀況和需求分析，智能控制制熱系統。利用太陽能資源，并在不足時智能調節熱泵，保障供熱系統的穩定運行。

冷熱源與末端溫控風控調優通過系統與設備的協同控制，實現整體優化。根據實際需求動態調整冷熱源輸出及設備參數，如風機轉速和閥門開度，確保環境舒適度與系統效率的雙提升。

AI 調優原理依托于構建能效模型，對中央空調系統進行模擬分析。在確保安全的前提下，運用全局優化算法，全面考量負荷、設備性能、能源價格等多重因素，精準制定運行策略。夏季高溫期間，依據室外溫度及室內負荷的動態變化，實時調節制冷主機、水泵轉速和冷卻塔風機頻率，以實現能效。

3.2 關聯性分析與設備調優

熵權法和灰色關聯分析法在中央空調能效管理中扮演著舉足輕重的角色。熵權法能夠客觀地確定各指標權重，有效減少人為因素的干擾。它通過精準計算制冷量、輸入功率、冷卻水溫度等關鍵指標的權重，準確揭示這些指標對能效的實際影響。

灰色關聯分析法則專注于探究各指標與決策目標之間的關聯程度。通過計算指標與能效目標之間的灰色關聯度，可以識別出如制冷主機的COP等關鍵指標，這些指標與整體能效密切相關。依據關聯度排序，能夠高效評估和決策復雜系統，并有針對性地進行優化調整。在評估多個方案時，此方法能夠迅速篩選出方案，顯著提升能源管理的效率。

群智能算法汲取自然現象的靈感，尤以鯨魚優化算法為代表，該算法模擬座頭鯨的策略。在中央空調調優過程中，該算法精準再現鯨魚捕食的三大環節：包圍、泡泡網攻擊及搜尋獵物。每一鯨魚個體對應一種設備運行參數的組合。

算法通過持續迭代，探尋解，即實現最佳能效的設備參數配置。鯨魚優化算法能夠高效調節冷凍水泵轉速、制冷主機負荷等關鍵參數，從而達到制冷需求與能源消耗之間的平衡。

3.3 能效監測與對標

中央空調能效監測涵蓋系統COP及多個關鍵性能指標。系統COP作為衡量能效的核心指標，體現了制冷量與輸入功率的比值。系統單耗則揭示單位制冷量所需的電量消耗，有助于準確把握能耗狀況。

主機COP專注于制冷主機的能效表現，制冷量直接反映系統的制冷能力，實時監測可確保系統滿足實際需求。系統今日電耗數據為管理人員提供了當天能源消耗的清晰視圖，便于及時識別異常情況。

組態監控通過直觀的圖形界面呈現系統運行狀態，涵蓋設備啟停狀態及運行參數等信息，使管理人員能夠全面掌握系統運行情況。

能效對標功能允許用戶設定個性化的能效標準，以精準衡量系統性能。用戶可根據節能目標和實際狀況設定期望值，或與國家標準、銘牌數據進行對比。這有助于判斷系統是否達到節能要求，或設備是否處于最佳運行狀態。

通過對比瞬時和累積數據，能效對標能夠全面評估系統性能。分析不同時間段的數據，可以揭示能效變化趨勢，識別下降原因，并采取針對性的優化措施。

3.4 能耗監測與功能價值

能耗監測精確至單臺空調的用電量，能夠按建筑和房間分別監測空調的用電狀況。管理人員可清晰地掌握各房間及建筑的空調能耗情況，為節能管理提供有力的數據支持。

通過對比不同時段的房間用電量，可以揭示用電規律和識別能耗異常。分析工作日與周末、白天與晚上的用電差異，有助于制定合理的節能策略，例如在低峰時段降低空調功率。

4.能效管理方案帶來的功能價值

提高時效

通過遠程操控設備，管理人員可以隨時隨地對中央空調系統進行控制，無需親臨現場。自動存儲設備運行及能耗數據，方便后續的查詢和分析，大大提高了管理效率

減少工作量

系統的自動化運行和數據自動采集功能，減少了人工巡檢和數據記錄的工作量，據統計，可減少人工工時至少 50%。原本需要安排專人定時巡查設備運行狀態和抄錄能耗數據，現在這些工作都由系統自動完成，節省了人力成本 。

發現問題

能效對標、能耗異常等情況可以幫助管理人員及時發現系統運行中的問題。當系統的能效低于對標值或出現能耗異常增加時，系統會及時發出警報，提醒管理人員進行排查和處理，避免能源浪費和設備故障的進一步擴大 。

節約能源

通過優化系統運行策略、精準控制設備運行等措施，系統節能一般可節省 10% - 20%。以一家年電費支出 100 萬元的企業為例，采用該能效管理方案后，每年可節省電費 10 - 20 萬元，經濟效益顯著 。

5. 硬件支撐：能效管理的基石

在中央空調能效管理方案中，硬件設備是實現高效管理的基礎，它們如同人體的骨骼和肌肉，支撐著整個系統的穩定運行。

智能網關：連接的橋梁

智能網關作為網絡通訊層的核心設備，扮演著連接設備與管理系統的關鍵角色。它兼容5G、4G、WIFI、以太網等多種數據傳輸方式，能夠實時采集并高效傳輸空調控制器、智能電表及傳感器的數據至云平臺或上位機。

電能計量儀表：能耗的精準 “秤"

在雙碳目標的指引下，電能替代已成為企業長期用能的發展趨勢，準確計量電能消耗顯得尤為重要。市場上涌現出多種電能計量儀表，它們支持多樣化的安裝方式和數據上傳模式，有效降低了安裝和維護成本。

這些儀表被安裝在關鍵的配電節點和用能設備上，實時監測中央空調系統的電能消耗情況。借助數據分析和國家行業標準，企業能夠精準統計碳排放量，獲得碳中和數據支持，從而幫助管理層深入了解能耗狀況，科學制定節能措施。

智能微型斷路器：安全與節能的守護者

ASCB1 系列智能微型斷路器由智能微型斷路器和智能網關構成，旨在實時監測用電線路的關鍵電氣參數，包括電壓、電流、功率、溫度、漏電及能耗等。該斷路器具備遠程操控功能，能夠實現遠程控制斷路器的開合，及時切斷電源，有效避免待機能耗。

此外，該斷路器還提供預警保護和短路保護等多種功能。在檢測到異常電流或溫度過高時，能夠迅速切斷電路，確保設備和人員安全。尤其適用于老舊建筑，有效降低因電氣線路老化引發的安全風險。同時，它支持電能計量統計和故障定位，極大便利了設備維護和管理。

AI 能效監控箱：系統的 “智慧大腦"

Acrel-7000F/A AI能效監控箱具備接入變頻器和主機數據的能力，能夠實時監測傳感器信息，并據此調節運行參數。作為中央空調系統的“智慧大腦"，它能自動調整設備運行，以實現最佳能效。

在夏季室內負荷增加的情況下，AI能效監控箱能夠自動提升制冷主機的功率，并優化水泵轉速，既滿足制冷需求，又有效減少能源消耗。此外，它還能與其他設備協同工作，智能化管理整個中央空調系統。

信號隔離器：信號的穩定器

BM100系列信號隔離器采用電磁和光電隔離技術，實現模擬與數字信號的穩定隔離輸出，顯著提升抗干擾能力。在工業控制領域，信號隔離器保障信號轉換的精度和獨立性，對數據的準確性至關重要。

在中央空調系統中，信號隔離器確保溫度、壓力等信號的準確傳輸至控制設備，維持系統的精確控制。尤其在電磁環境復雜的場所，如工廠和變電站附近，信號隔離器的作用尤為突出。