建築設備監控系統通過對建築內各種機電設施進行全面的計算機監控和管理,采用分散控制和集中管理技術,為建築用戶提供良好的工作環境,為建築管理者提供便捷的管理手段,從而降低建築能耗,延長設備使用壽命,提高勞動生產率,降低勞動管理成本。
雖然目前的樓宇自動化系統已經發展到壹定程度,無論是硬件還是軟件都是先進可靠的,但是要達到預期的目標還有很多工作要做。筆者根據多年的工作經驗,在此提供壹些新的認識和看法。
1.基於樓宇自動化系統對投資和效益的認識
從2000年開始,智能建築的樓宇自動化系統初期投資大幅度下降,從BA控制的2000元/點下降到不到1000元/點,仍處於下降趨勢,而房地產價格卻不斷上漲,至今平均漲幅3倍,仍處於高位。由此可見,智能建築中樓宇自動化系統的初期投資占整個建築投資的比例越來越小,現代高層建築的平均壽命在100年以上。雖然樓宇自動化設備會繼續落後,但是整個布線框架是存在的,升級會非常方便。
智能建築的樓宇自動化系統是節能的重要手段,我們必須認識到它的緊迫性。第壹,加強建築節能的宣傳,讓大家認識到節能不僅僅是壹個金錢和環境的問題,更是國家持續穩定發展的前提。目前,智能建築中樓宇自動化系統的節能效果並不理想,原因有很多。第壹,有些管理人員因為認識上的誤區,認為樓宇自動化系統沒用,還不如幾個人手動打開。這就進入了壹個誤區。事實上,依靠人工控制是無法實現建築設備節能、高效、安全運行的。因此,必須轉變認識,加強物業隊伍的培訓和建設,保修期滿後委托專業公司對設備進行保管,提高設備的使用壽命,充分發揮制度的作用。否則,由於設備管理水平低,運行成本居高不下,造成投資浪費。
樓宇自控系統的節能必須從細節做起,形成習慣。談到節能設計,電氣設計師通常會想到選擇合適的變壓器、變頻器、軟啟動器、燈具節能鎮流器。盤管系統采用三速風機和電動閥門,這是建築自控系統中常見的設計內容。此外,節能設計還體現在因地制宜的細節上,比如酒店房間節能開關的設計,人走了就打開電源,人走了就切斷電源,達到節能的目的。
2.智能建築自動化系統對建築機電設備提出了更高的要求。
智能建築的樓宇自動化系統需要各專業的配合,而樓宇自動化的節能不僅僅是某個專業的事,還需要智能化、建築結構、暖通、電力、給排水等專業的配合,並提出具有節能潛力的方法。照明系統作為建築的壹個獨立子系統,包括公共區域的公共照明(如停車場、大堂、走廊、餐廳照明、室內照明(辦公室、會議室等。)、室外照明(裝飾照明、道路照明、泛光照明)等等。建築照明能耗約占整個建築的20%,照明系統具有以下特點:
第壹,在電力傳輸過程中,需要保證較高電壓傳輸的終端設備的工作電壓。隨著設備負載的降低,輸出電壓會增加。因此,利用樓宇自控系統進行動態調壓控制,以達到節電的目的。
二是每天不同時間段對照明功能的需求不同,特別是可以結合室外光照傳感器對公共區域進行分組,分段控制或者直接關閉,比如地下車庫燈的控制。
再次,隨著新型照明光源的發展,新型節能照明燈具不斷湧現,取代了傳統的熒光燈、節能燈、白熾燈、金屬鹵化物燈等燈具的開關控制。充分結合數字技術和計算機技術的智能控制采用軟啟動方式,控制電網沖擊電壓和浪湧電壓,保護燈絲免受熱沖擊,延長燈具使用壽命。智能照明系統通常可以延長燈具壽命2-4倍,不僅節省了大量的燈具,而且大大減少了更換燈具的工作量,有效降低了照明系統的運行成本,對於燈具應用廣泛、安裝困難的地區具有特殊意義。此外,智能照明系統具有潛在的價值回報,使整個系統工作在最舒適的狀態,從而保證人們的身心健康,提高工作效率。
空調系統是另壹個子系統,分為新風機組、空調機組、VAV變風量等空氣處理末端設備,另壹部分是冷源系統,其耗電量壹般占整個建築的70%左右。如何操作管理空調相關設備比較重要。使用先進的樓宇自控系統不僅可以節約用電,延長設備壽命,還可以在滿足會議室舒適度的情況下減少設備管理人員的數量。現逐壹分析闡述。
(1)新風系統的主要作用是根據建築面積輸送壹定溫度的新風,保證室內的空氣質量。新風系統的自動控制設計壹般確定壹個送風溫度點,如果有較高的濕度要求,需要增加壹個濕度點。如果空調管道采用兩控,冬季供應熱水,夏季供應冷水,選擇電動調節閥。對溫濕度要求高的建築,空調管道壹般配四管,冷熱水管道分開安裝,各配壹個電動調節閥。為了防止冬季冷凝器凍裂,安裝了防凍開關和新風電動閥。室外溫度較低時,空調不直接使用新風門或啟動熱水循環泵,熱水小流量運行。
空調運行時,控制目標參數為送風溫度和送風濕度。與設定值比較,由DDC計算偏差值輸出信號,控制冷(熱)電動兩通閥的開度。新風機組溫度設定點的樓宇控制系統可以根據室外溫度自動調節,冬季為30-32℃,夏季為18-20℃。
(2)公共區域(大堂、餐廳)溫濕度環境的改善主要通過空調機組的空氣處理來實現,其工藝流程圖比新風機復雜,並增加了回風管。
自動控制配置的設備壹般為冷熱水閥、加濕閥、新回風閥、送風溫度、回風溫度,部分需要在公共區域安裝溫度傳感器。送風量可通過變頻調節。目標控制參數的確定壹般以回風溫度為依據,但不壹定合適。比如回風出口靠近門,采樣的數據會很不準確。也可以在公共區域布置多個溫度傳感器,然後取平均值。至於控制策略,比新風機的送風溫度控制更復雜,本身的特點就是純滯後,反應慢。如果采用常規PID控制,被控閥門會頻繁開關,溫度波動較大。因此,采用非常規控制策略,如死區模式。當目標參數進入設定值認可的偏差範圍DT1(壹般為0.5度)時,冷(熱)水閥將保持不變。變PID控制模式是指當目標參數和設定值較大時,控制效果較強,當目標參數和設定值較小時,控制效果較弱。妳也可以根據溫度偏差和上升或下降速度采用模糊控制方法。當溫度與設定值在正偏差DT2(1度)內,但在下降過程中,水閥會慢慢打開,當溫度與設定值在負偏差DT2內,但在上升和下降過程中,水閥會慢慢關閉。總之,對於目標參數的控制,要充分考慮單位時間內的實測溫度值、設定值和溫度偏差值,只有“多看少動”,才能真正控制目標參數。為了節能,根據室外溫度,冬季可以將設定溫度降低1度,夏季可以將設定溫度提高1度。同時,要充分利用新回風閥的聯鎖功能,在過渡季節充分開啟新風閥,在盛夏或嚴冬時關閉到最小,可節能12%。
樓宇自控系統不僅具有豐富的控制功能,還具有強大的管理功能和人性化的界面設計。當濾網堵塞,風機出現故障時,會發出聲光報警,提醒管理人員進行清潔維護,統計設備運行時間,定期維護設備。在使用過程中,充分利用樓宇控制系統的功能和新風機組空調機組的特性,按照時間程序啟動/停止運行,具體體現在:
間歇運行:使設備合理間歇啟停,但不影響環境舒適度和工藝要求。
最優啟動:根據使用人員或生產流程,提前開啟空調設備,夏季采用大風量低溫度;冬季取風量大、溫度高;室溫穩定後,在低風量下運行。
最佳停機:根據人員下班情況或生產過程,提前停止空調設備。
(3)變風量系統(VAV)是壹種新型的空調系統,越來越多地應用於智能建築的空調中。當室內環境溫度發生變化時,通過改變送風溫度和改變送風量,可以達到同樣的效果。采用變風量系統的中央空調系統可以節能40%,系統只在冷熱負荷達到峰值時使用最大風量,因此可以大大降低能耗。
變風量系統壹般由帶變頻調節電機的空調機組和變風量可調風閥的末端裝置組成。監控內容包括控制風機的啟停,監控風機的運行狀態。根據室內溫度自動調節新回風門的大小和水閥的開度來控制溫度,保持室溫穩定。帶有變風量裝置的空調系統的各個環節都需要協調控制,其內容主要體現在以下幾個方面:
(1)由於各個房間的負荷不同,那麽送入各個房間的風量是變化的,空調機組的風量也會相應變化,所以要通過調節變頻來控制風機。
(2)調節風機轉速時,可采用恒靜壓或變靜壓的控制方式,保持各室壓力穩定,保證裝置正常運行。
(3)對於變風量系統,需要檢測各房間的風量、溫度、風閥位置等信號,綜合分析處理後才能給出送風溫度的設定值。
(4)在送風調節的同時,應調節新、回風閥門,使每個房間有足夠的新風量,保證房間的空氣質量。
(4)冷源系統是暖通空調系統的核心部分,如何協調管理至關重要,對能耗影響很大。壹般體現為數量調整和質量調整兩種調整方式。量調節是根據負荷的變化來調節冷凍水泵的臺數,或者通過水泵的變頻來調節水量,然後根據冷源系統的總負荷(供回水溫差與總流量的乘積)來控制冷水機組的臺數。品質調節是調節冷凍水的出口溫度。壹般在低負荷情況下,適當提高冷水機組出口溫度幾度,實現機組最佳啟停時間控制,使設備交替運行,優化設備運行時間。
以某建築為例,制冷站系統有四臺制冷機組、五臺冷凍水泵(壹臺備用)、五臺冷卻水泵(1備用)、四臺冷卻塔和膨脹水箱。樓宇自動化系統通過安裝在制冷機房的直接數字控制器DDC來完成制冷機組的控制要求:實現冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機、冷卻塔進水閥及相關設備的聯動控制。檢測冷凍水供回水溫度、壓力、流量,冷卻水供回水溫度、壓力,計算空調系統冷負荷。
實現聯動控制:
開啟冷凍水閥門→開啟冷凍水循環泵(延時1分鐘)→開啟冷卻水閥門→開啟冷卻水循環泵→開啟冷卻塔風機→開啟冷水主機。
聯動停止順序:
冷水主機關→(延時5分鐘)冷卻塔風機關閉→冷卻水循環泵關閉(延時20分鐘)→冷卻水閥關閉→冷凍水循環泵關閉→冷凍水閥關閉。
除了上述嚴格的聯鎖外,為了保護運行中的冰箱,壹旦冷凍水泵發生事故,水泵停止運行,冰箱必須停止運行,冷卻水泵也必須停止運行。
樓宇自控系統不僅完成上述基本功能,而且主要實現冷櫃的優化控制。中心站采集現場DDC的數據進行整體計算,不斷分析和確定建築在各個時間段的實際負荷情況,確定冷水機組運行的臺數,並通過通訊方式向現場DDC發送指令。目前重點解決以下問題。
①如何確定冷水機組的初始數量?
在系統運行的初始階段,系統運行的冷水機組的初始數量是手動設置的。系統自動記錄所有運行日的氣候條件和逐時冷負荷,並開始執行負荷預測和優化控制軟件。監測系統積累到壹定程度後,會對以往的氣候條件、負荷條件以及系統運行數據的經驗數據進行分析,得出壹定的規律,逐步實現冷水機組系統運行控制的優化。從而確定冷水機組的初始數量。
②如何控制冷水機組數量的增減?
第壹,增加冷水機組的控制方式。
當系統負荷增加時,監控系統檢測到供水和回水兩端之間的壓差減小,冷水量增加。此時,機組可根據自身負荷進行調整。當這臺冷水機組的系統負荷上升到其當前百分比FLA(可根據實際情況調整)的95%時,說明單臺機組的滿負荷運行和水泵的滿負荷運行都不足以滿足系統負荷值,冷凍水出口溫度不會穩定在出口溫度的設定值,這樣第二臺機組的電動閥門就會立即打開,通過某個閥門,
下面對k的計算比較突兀,要明確是什麽樣的規則,才能判斷是否開放。
其中:△ t = chwt-chwt.stp。
CHWT冷凍水的出水溫度
CHWT。STP冷凍水出口溫度設定值(7℃)
也就是說,冷凍水的出口溫度設定為7℃。當△ t大於或等於0.3℃(可根據實際情況調整),且冷水機組當前百分比大於或等於95%時,第二臺機組(運行時間最短)將自動啟動。
第二,自動減倉策略。
假設兩臺機組在運行,當系統負荷減小時,供回水兩端的壓差增大,即反映到機組上的負荷相應減小。當兩臺機組的總負荷僅或甚至小於壹臺機組的負荷時(假設Fla
3.智能建築設備自動化系統的最新發展趨勢。
起初,在建築物中引入自動控制的目的是為了解決壹些具體的實際問題:溫度控制和設備啟動。隨著樓宇中智能設備的日益增多,自動控制系統的局限性也不斷顯露出來:首先,傳統的樓宇系統仍然是壹個相對封閉的系統,表現在通信協議上,廠商之間仍然是各自為政,互不兼容,系統設備之間無法無縫連接。所以對於壹個封閉的系統來說,在壹個系統平臺上集成樓宇內的所有設備,會有大量的工作要做,不僅成本高,而且性能差;第二,由於系統是封閉的,設計、供貨、安裝、調試、升級只能由廠家壟斷,業主只能被動接受,所以前期投入得不到保障;第三,當今世界計算機飛速發展,產品的更新周期越來越短,樓宇自動化新產品必然層出不窮。對於壹個封閉的系統,產品的更新會受到廠商的抵制和壟斷,阻礙技術的發展。事實上,低成本跟蹤先進技術的發展是不可能的。
因此,采用開放、標準的通信協議是樓宇自動化系統的發展趨勢,需要各廠商共同實施才能徹底改變現狀。真正開放的系統必須采用標準的通信協議,協議必須是主流的,被各個廠商接受。目前樓宇自動化系統廣泛采用美國Echelon公司推出的LonWorks技術協議,壹般采用雙絞線連接,通信速度為76.8K,通信距離手動總線可達2500m,使用自由拓撲可達500m。LonTalk是唯壹的點對點通信,它的使用為完全實現開放性和互操作性提供了解決方案,使整棟樓的自動化系統更加現代化和高效。現場設備(如閥門、傳感器等)也可以通過網絡傳輸,可以減少現場的管道和施工量。對於目前的非標設備,可以定義壹個過渡期。只要能提供設備的相關協議,樓宇控制中心站本身就有Modbus、BACnet、DDE、OPC等接口插件功能。通過編程接口軟件,相關設備(如鍋爐和冰櫃)可以連接到樓宇自動化系統。隨著互聯網的普及,整個樓宇設備的運行情況可以在辦公室或家裏通過密碼管理查看,也可以在任何有互聯網接入的地方查看。
由於采用了先進、開放的樓宇自動化系統,符合國際最新潮流,產品選擇更加多樣化。在系統維護和升級方面,可以有多種設備選擇,包括各廠商的DDC控制器、路由器等產品,可以有效控制運營成本,保護現有投資,發揮更大作用。同時,更加註重認知、設計和工程建設的細節,采用綜合管理的方法,使建築自動化的功能得到充分發揮,有利於整個建築的管理和節能,真正造福人類,前景會越來越廣闊。
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