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楼宇自控在绿色建筑中的应用
发布时间:2014-09-05 浏览次数:

摘要:阐述了楼宇自控在绿色建筑中的成功应用,从硬件、软件、应用功能、节能措施等方面进行了综合分析,并说明了楼宇自控对绿色建筑的影响突出表现在节能、环保、提高舒适性以及实现不同系统的联动等方面,为今后绿色建筑楼宇自控的设计和应用指明了研究及发展方向。

0 引言

赛迪大厦位于重庆市北部新区,建筑面积达6.3万m2,地下3层,地上23层,建筑主体高度为96. 6m.地下层为车库和设备用房(配电室、水泵房、消防控制室);1层为大厅、网络机房、游泳池、健身房等;2层为VIP大厅、展示厅、小会议室;3层为会议中心、培训中心;4层为办公区和餐厅;5-20层为办公区;21-23层为高档办公区,是一典型的现代绿色建筑。

赛迪大厦楼宇设备自动化系统(BAS)对楼内各机电设备运行、安全状态、能源使用状况及节能等进行综合自动监测、控制和管理,深化设备运行维护管理,以确保办公楼内拥有舒适的环境,实现集中管理、高效节能的目的。

本系统的主要设备包括中央站/操作站、DDC、传感器、执行器、网关设备、交换机、监控/开发软件平台、节能控制策略及软件模块、第三方系统接口软件等。

1 系统总体性能

(1)先进性。采用APOGEE系统楼宇自控系统,实现所属各类设备的集中管理和分散控制的综合监控及管理功能。

(2)开放性和互操作性。系统具有OPC, ODBC等必要的软件接口,使系统具有向上(BMS)/向下(其它机电系统)集成的能力,系统容许不同厂家的产品通过网关界面或第三方集成产品组成一个完整的建筑设备自动化系统。

(3)可靠性。系统为分层网络结构,由管理层和监控层组成,构成集中管理、分布控制的网络形式。

(4)扩展性。控制总线具有良好的兼容性和可扩展性,可在总线的任何位置连接设备,实现分阶段实施和不同时间的可调整性。

(5)经济性。系统具有较高性价比。

2 系统软件及性能

BAS采用APOGEE系统作为开发平台,该系统具有.友好的、易于操作的中英文图形用户界面(GUI)。软件包含的专用绘图软件可以根据综合大楼各楼层设备的平面布局图、各受控设备的工艺流程图、自动控制系统图绘制相应的图形界面.直观显示各受控设备的地理位置,并通过图形、图像、动IIBI、报表等方式表示设备的开/关状态、等级、人工/自动模式、温度、流量、湿度、压力、位置等状态和参数。操作人员只需通过键盘或鼠标等设备就能由交互式菜单实现对有关设备的监制和监视,发出操作指示命令,即时显示受控点状态。此外,系统还提供了清晰的系统访问目录。

系统软件性能如下:

(1)先进性。系统所采用的APOGEE系统是以集散控制理论为基础的成熟的楼宇自动化系统。它具有结构灵活、适应性强、扩展方便、软件优化、操作简单等特点。

APOGEE系统可采用Windows 2003, Windows XP操作系统作为运行环境,管理软件(如Insight, InfoCente:等)采用客户机/服务器(C/S)架构。

(2)开放性和可集成性。APOGEE系统的网络采用开放式设计,自身的多级网络设计使得系统具有良好的可扩展性,并且能与第三方产品设备、系统实现无缝联接集成。在软件方面采用了标准的开放接口,系统集成支持包含目前楼宇自控及信息产业中绝大多数的标准,能以C)M/ DCOM,ACT/IP, BACnet, LonWorkS, ODBC, OPC, ActiveX,Mcxlbus等技术与其它系统结合,具有同其它楼宇系统的可互操作性以及企业内部信息网络的可连接性等特点,实现了信息共享和统一管理。系统的开放式平台也可与Windows,UNIX, LonWorks及BACnet等标准进行配合。

(3)经济性。APOGEE系统结构形式为极其灵活的模块式控制方式,控制层的维护和扩展极为方便,从而节省了初期投资,各部分调试完成后可独立投运。APOGEE系统能够满足节省管理费用的要求,投人有效的使用能量即能保证房间的高标准和舒适性。

3 系统硬件及性能

3.1中央站系统

保障计算机系统CPU总运行负荷不大于50%、内存负荷不大于70%的软件运行环境。

3.2现场控制器

APOGEE系统的主控设备—DDC控制器为以太网接口,主干采用以太网构成一级网络,可利用综合布线系统布线,且星型拓朴结构稳定性和可扩展性更高。DD({控制器采用闭环控制算法—无模型自适应控制,其控制精度高、调试简单,降低了阀门的动作次数,增加了阀门的使用寿命;采用楼宇科技TXI/O技术,提供整合、灵活的I/O点,支持更多类型的输人信号,许多点都是UI/UO通用,使监控点的配置更加灵活、方便。APOGEE控制网络支持中央操作站与现场DDC控制器的联接,网络上所有的DDC控制器均独立工作,中央操作站的故障不会影响其正常运行。DDC控制器的电源具有瞬变电流抑制和过载保护功能,且控制器自身配有电池,掉电时所有数据资料及程序能保存60天。

3.3传感器、执行机构

BAS系统中的传感器、执行机构可适用于风管、水管、室内、室外等环境。传感器包括室内/室外温湿度传感器、压力传感器、光感传感器、液位开关、水流开关等,其精度满足控制要求;执行机构采用电动式执行单元,并具有复位驱动器和手动操作装置。

传感器采用防腐结构,固定在振动安装环境的表面,并尽可能使设定点在感应范围内。遵循高灵敏度、高稳定性、寿命长的原则,系统选用的各类传感器均采用工业标准制造并与DDC相匹配。

4 控制对象

BAS系统主要控制对象为空调通风、电梯、给排水、供配电系统、柴油发电机系统、热水系统(24F气源热泵)、直饮水系统(-3F)、中水系统(-3F)、照明控制系统等,并与设置网关的VRV空调主机联网。系统具备机电设备机组的手/自动状态监视、启停控制、运行状态显示、故障报警、温湿度监控及相关逻辑控制等功能。

5 控制功能

5.1冷水机组(风冷热泵)的群控

多数冷水机组负荷(制冷量)是根据冷冻水的供水温度来控制的。当冷水机组供水温度大于本机设定温度时,机组压缩机做功加大,使机组负荷增大,直至10000;当供水温度降低到接近本机设定温度时,机组压缩机做功维持不变,使机组负荷保持不变;当供水温度小于本机设定温度时,机组压缩机做功减小,使机组负荷变小。因此,制定的冷水机组群控策略如下:

(1)根据冷冻水总管的供水温度判断冷水机组是否加载。当供水温度接近或等于设定温度时,冷机不应加载,而该设定温度应等于单台冷水机组的本体控制设定值,并且参与群控的所有冷机的本体控制设定温度应该一致;当供水温度高于设定温度时,冷机应加载,同时受到加载延时判断、冷源系统运行时间段、是否有待命的可加载冷水机组等的约束。

(2)根据冷冻水总管的供水温度和冷水机组负荷判断冷机是否卸载。当供水温度高于设定温度时,冷水机组不应加载;当供水温度低于或接近于设定温度时,表明运行的冷水机组已提供了足够冷量来满足建筑物需求,但能否卸载一台冷水机组还必须检查当前冷水机组的负荷,根据冷水机组在不同负荷下的COP(冷水机组的能效比)来确定。

5.2空调机组

(1)启停控制。在中央管理站设定时间表程序,并下载至相应DDC来控制空调机组的启停,可根据要求临时或永久设定、改变有关时间表并确定高峰、特殊时段。

(2)温湿度控制。通过安装在回风管和送风管上的风管温湿度传感器测量回风温度(AI).根据系统的设定参数控制冷热调节阀开度,以达到降温或加热的目的,满足控制区域内温度以及节能的要求。冬季时,DD({起用加湿控制作用,根据回风温湿度,控制湿膜加湿器的进水,使区域湿度保持恒定。根据室外温湿度和恰值计算对空调机设定温度进行修正。

(3)状态监测。通过风机过载继电器的状态监测产生风机故障报警信号(DI);通过空调控制柜的二次回路监测风机的运行状态信号(DI)和手/自动状态信号(DI);通过安装压差开关监测过滤网两侧压差,根据设定值产生的阻塞报警信号提示清洗过滤网以提高过滤效率,压差设定值为20~300Pa,可调报警范围(DI).

5.3全热回收新风换气机组

全热回收新风换气机组由排风机、送风机、交换器和送回风滤网构成。

(1)启停控制。在中央管理站设定时间表程序,并下载至相应DD(:来控制全热回收新风换气机组工作,可根据要求临时或者永久设定、改变有关时间表并确定高峰和特殊时段。

(2)状态监测。通过风机过载继电器的状态监测产生风机故障报警信号(DI);通过空调控制柜的二次回路监测风机的运行状态信号(DI )和手/自动状态信号(DI).

(3)软件控制模式。根据全热回收新风换气机组送、回风温度来控制。夏(冬)季,若高于设定温度,则启动风机,新风和排风进行热交换后,向室内送人新风;若低于设定温度,则停止回风机,停止回风换热,送人热(冷)新风空气。

5.4照明系统

系统控制的对象包括:室外景观照明、大厅或大堂灯光、走道灯光、办公室回路等。按照各功能区域的不同要求,通过独立的控制系统可满足大楼的各种需求。

(1)室外景观照明控制。采用BAS进行回路控制,满足节日场景、效果及节能控制要求,进行集中监控。

(2)大堂及其它公共区域灯光开关控制。采用BAS进行回路控制,满足公共区域场景、照度及节能控制要求,进行集中监控。

(3)普通办公室照度控制。采用BAS进行开闭控制,满足照度及节能控制要求,进行集中监控。

5.5 VRV系统

对于VRV系统自带的网关接口,BAS通过RS-232C/BacNET接口与其通信,并通过OPC的方式对VRV系统进行集成,实现状态显示、故障报警、温度设定、冷热模式设定、启停控制。同时为满足能源分项计量要求,BAS还通过接口从VRV系统接收其能源分区计量统计数据,并对数据进行统一报表处理。

5.6供配电系统监视

对于供配电系统,通过高级接口方式从电力监控系统主机采集相关数据进行监视,接口采用国际标准通信协议Mblls/Modbuso BAS通过RS-485/232接口方式与其通信,并通过OPC的方式对供配电系统进行集成。

5.7电动遮阳百叶监控

对电动遮阳百叶的启/停状态、手/自动状态、故障等进行监控,并对百叶进行分组(每层每面)控制。

5.8能源分项计最数据统计报表

为满足能源分项计量要求,BAS通过接口从不同电控箱的智能仪表采集能源消耗、从 VRV系统接收VRV系统能源分区、从水计量智能仪表接收水量消耗分区等计量统计数据,并对数据进行统一报表处理。

5.9其他系统

BAS控制的系统还包括给排水系统、电梯系统、气源热泵热水系统、游泳池系统、中水雨水系统(一1F)、直饮水系统(一3F)等,其监控设备、监控内容及控制方法见表1.

6 节能措施

(1)冷冻水温度设定。系统节能程序根据不同季节及每天室外温度的变化情况,自动调节冷冻水的出水温度,对系统进行动态控制。

(2)空调场所温度设定。在建筑的大厅、走道等公共区域,适当提高设定温度可减少能耗。如办公区温度设定在25℃左右;在室内外过渡的前厅,若同样设于25℃左右,则与室外温差过大,人一进门会感觉不适,故可设定在28-30℃;走道可设定在27一28℃。这样逐渐过渡到办公区域,不但人体感觉舒适,还可有效减少不必要的能耗。

(3)克服设备容量冗余。传统的空调设计,由于季节变化、人员和设备发热量等变数太多,难以精确计算出空调系统的负荷需求,因此,设计中会有一定的设备容量冗余,用人工简单的启停制势必造成能源的浪费。而运用BAS的节能控制算法和群控模式,根据末端实际所需冷负荷,动态调整设备运行时间和投人台数,可保证冷量供求平衡,让冷源设备运行在最高效率特性上,避免大马拉小车,有效克服因设备容量冗余而造成的能源浪费。

(4)新风控制。根据季节变化,合理地进行新风控制是节能的另一个措施。以某地区为例,在设计工况(夏季室温26℃,相对湿度60%;冬季室温22℃,相对湿度55%)下,处理1吨室外新风量需冷量6.5kW,热量12.7kW,故在满足室内空气卫生的前提下,减少新风量,有显著的节能效果。新风控制有3种方案:在夏季午夜室外温度最低时,开启新风机,将室外低温空气充盈室内,然后关闭风门,从而减少第二天上班前空调系统的预冷时间;根据室内空气质量来控制新风机的启停,以减少新风机的开启时间和冷负荷损失,如在午餐时间室内人员较少时,可减少新风机的开启数;在过渡性季节,尽量使用室外新风,以减少冷负荷损失。

(5)提高室内温湿度控制精度。大厦内温湿度的变化与大厦节能有着紧密的关系,如果在夏季将温度设定值上调1℃,那么将减少9%的能耗,因此,将大厦内温湿度控制在设定值的精度范围内是大厦空调节能的又一个有效措施。

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