2016年12月21日 星期三

.樓宇自控在綠色建築中的應用(中國案例)


What is green building?



賽迪大廈位於重慶市北部新區,建築面積達6.3萬m2,地下3層,地上23層,建築主體高度為96. 6m.地下層為車庫和設備用房(配電室、水泵房、消防控制室);

1樓為大廳、網路機房、游泳池、健身房等;

2樓為VIP大廳、展示廳、小會議室;

3樓為會議中心、教育訓鏈中心;

4樓為辦公區和餐廳;

5-20樓為辦公區;

21-23樓為高檔辦公區,是一典型的現代綠色建築。


賽迪大廈樓宇設備自動化系統(BAS),對樓內各機電設備運行、安全狀態、能源使用狀況及節能等,進行綜合自動監測、控制和管理,深化設備運行維護管理,以確保辦公樓內擁有舒適的環境,實現集中管理、高效節能的目的。

本系統的主要設備包括,中央站/操作站、DDC、傳感器、執行器、網管設備、交換機、監控/開發軟體平台、節能控制策略,及軟體模組、第三方系統接口軟體等。

1 系統總體性能
(1)先進性。採用APOGEE系統樓宇自控系統,實現所屬各類設備的集中管理和分散控制的綜合監控及管理功能。

(2)開放性和互操作性。系統具有OPC, ODBC等必要的軟件接口,使系統具有向上(BMS)/向下(其它機電系統)集成的能力,系統容許不同廠家的產品,通過網管介面,或第三方整合產品,組成一個完整的建築設備自動化系統。

(3)可靠性。系統為分層網路結構,由管理層和監控層組成,構成集中管理、分布控制的網路形式。

(4)擴展性。控制總線具有良好的相容性和可擴展性,可在總線的任何位置連接設備,實現分階段實施,和不同時間的可調整性。

(5)經濟性。系統具有較高性價比。


2 系統軟體及性能
BAS採用APOGEE系統,作為開發平台,該系統具有.友好的、易於操作的中英文圖形使用者介面(GUI)。

軟體包含的專用繪圖軟體,可以根據綜合大樓各樓層設備的平面佈局圖、各受控設備的技術流程圖、自動控制系統圖,繪製相應的圖形介面,直觀顯示各受控設備的地理位置,並通過圖形、圖像、動IIBI、報表等方式,表示設備的開/關狀態、等級、人工/自動模式、溫度、流量、濕度、壓力、位置等狀態和參數。

操作人員只需通過鍵盤或滑鼠等設備,就能由交互式菜單,實現對有關設備的監制和監視,發出操作指示命令,即時顯示受控點狀態。此外,系統還提供了清晰的系統訪問目錄。

系統軟體性能如下:
(1)先進性。系統所採用的APOGEE系統,是以集散控制理論為基礎的成熟的樓宇自動化系統。它具有結構靈活、適應性強、擴展方便、軟體優化、操作簡單等特點。

APOGEE系統可採用Windows 2003, Windows XP操作系統,作為運行環境,管理軟體(如Insight, InfoCente:等)採用客戶機/伺服器(C/S)架構。

(2)開放性和可整合性。APOGEE系統的網路,採用開放式設計,自身的多級網路設計,使得系統具有良好的可擴展性,並且能與第三方產品設備、系統實現無縫聯接整合。

在軟體方面,採用了標準的開放接口,系統整合支持包含目前樓宇自控,及資訊產業中絕大多數的標準,能以C)M/ DCOM、ACT/IP、BACnet、LonWorkS、ODBC、OPC、ActiveX、Mcxlbus等技術,與其它系統結合,具有同其它樓宇系統的可互操作性,以及企業內部資訊網路的可連接性等特點,實現了資訊共享和統一管理。

系統的開放式平台也可與Windows、UNIX、 LonWorks,及BACnet等標準進行配合。

(3)經濟性。APOGEE系統結構形式為極其靈活的模塊式控制方式,控制層的維護和擴展極為方便,從而節省了初期投資,各部分調試完成後可獨立投運。APOGEE系統能夠滿足節省管理費用的要求,投人有效的使用能量即能保證房間的高標準和舒適性。


3 系統硬體及性能
3.1中央站系統
保障電腦系統CPU,總運行負荷不大於50%、內存負荷不大於70%的軟體運行環境。

3.2現場控制器
APOGEE系統的主控設備—DDC控制器為乙太網接口,主幹採用乙太網構成一級網路,可利用綜合佈線系統佈線,且星型拓樸結構穩定性和可擴展性更高。DD({控制器採用閉環控制算法—無模型自適應控制,其控制精度高、調試簡單,降低了閥門的動作次數,增加了閥門的使用壽命,採用樓宇科技TXI/O技術,提供整合、靈活的I/O點,支持更多類型的輸入信號,許多點都是UI/UO通用,使監控點的配置更加靈活、方便。

APOGEE控制網路,支援中央操作站,與現場DDC控制器的聯接,網路上所有的DDC控制器,均獨立工作,中央操作站的故障不會影響其正常運行。

DDC控制器的電源,具有瞬變電流抑制和過載保護功能,且控制器自身配有電池,掉電時所有數據資料及程序能保存60天。

3.3傳感器、執行機構
BAS系統中的傳感器、執行機構,可適用於風管、水管、室內、室外等環境。傳感器包括室內/室外溫濕度傳感器、壓力傳感器、光感傳感器、液位開關、水流開關等,其精度滿足控制要求,執行機構採用電動式執行單元,並具有復位驅動器,和手動操作裝置。

傳感器採用防腐結構,固定在振動安裝環境的表面,並盡可能使設定點在感應範圍內。遵循高靈敏度、高穩定性、壽命長的原則,系統選用的各類傳感器,均採用工業標準製造,並與DDC相匹配。


4 控制對象
BAS系統主要控制對象為空調通風、電梯、給排水、供配電系統、柴油發電機系統、熱水系統(24F氣源熱泵)、直飲水系統(-3F)、中水系統(-3F)、照明控制系統等,並與設置網關的VRV空調主機聯網。

系統具備機電設備機組的手/自動狀態監視、啓停控制、運行狀態顯示、故障警報、溫濕度監控,及相關邏輯控制等功能。


5 控制功能
5.1冷水機組(風冷熱泵)的群控
多數冷水機組負荷(制冷量),是根據冷凍水的供水溫度來控制的。當冷水機組供水溫度大於本機設定溫度時,機組壓縮機做功加大,使機組負荷增大,直至10000;當供水溫度降低到接近本機設定溫度時,機組壓縮機做功維持不變,使機組負荷保持不變;當供水溫度小於本機設定溫度時,機組壓縮機做功減小,使機組負荷變小。因此,制訂的冷水機組群控策略如下:

(1)根據冷凍水總管的供水溫度,判斷冷水機組是否加載。當供水溫度接近或等於設定溫度時,冷機不應加載,而該設定溫度,應等於單台冷水機組的本體控制設定值,並且參與群控的所有冷機的本體控制設定溫度應該一致;當供水溫度高於設定溫度時,冷機應加載,同時受到加載延時判斷、冷源系統運行時間段、是否有待命的可加載冷水機組等的約束。

(2)根據冷凍水總管的供水溫度,和冷水機組負荷,判斷冷機是否卸載。當供水溫度高於設定溫度時,冷水機組不應加載;當供水溫度低於或接近於設定溫度時,表明運行的冷水機組已提供了足夠冷量,來滿足建築物需求,但能否卸載一台冷水機組,還必須檢查當前冷水機組的負荷,根據冷水機組在不同負荷下的COP(冷水機組的能效比)來確定。

5.2空調機組
(1)啓停控制。在中央管理站設定時間表程序,並下載至相應DDC來控制空調機組的啓停,可根據要求臨時或永久設定、改變有關時間表,並確定高峰、特殊時段。

(2)溫濕度控制。通過安裝在回風管和送風管上的風管溫濕度傳感器,測量回風溫度(AI),.根據系統的設定參數,控制冷熱調節閥開度,以達到降溫或加熱的目的,滿足控制區域內溫度,以及節能的要求。冬季時,DD({起用加濕控製作用,根據回風溫濕度,控制濕膜加濕器的進水,使區域濕度保持恆定。根據室外溫濕度,和恰值計算對空調機設定溫度進行修正。

(3)狀態監測。通過風機過載繼電器的狀態,監測產生風機故障警報信號(DI);通過空調控制櫃的二次迴路監測風機的運行狀態信號(DI),和手/自動狀態信號(DI);通過安裝壓差開關監測,過濾網兩側壓差,根據設定值產生的阻塞警報信號,提示清洗過濾網,以提高過濾效率,壓差設定值為20~300Pa,可調警報範圍(DI).

5.3全熱回收新風換氣機組
全熱回收新風換氣機組由排風機、送風機、交換器和送回風濾網構成。

(1)啓停控制。在中央管理站設定時間表程序,並下載至相應DD(:來控制全熱回收新風換氣機組工作,可根據要求臨時或者永久設定、改變有關時間表並確定高峰和特殊時段。

(2)狀態監測。通過風機過載繼電器的狀態監測,產生風機故障警報信號(DI);通過空調控制櫃的二次迴路,監測風機的運行狀態信號(DI ),和手/自動狀態信號(DI).

(3)軟體控制模式。根據全熱回收新風換氣機組送、回風溫度來控制。夏(冬)季,若高於設定溫度,則啓動風機,新風和排風進行熱交換後,向室內送人新風;若低於設定溫度,則停止回風機,停止回風換熱,送人熱(冷)新風空氣。

5.4照明系統
系統控制的對象包括:室外景觀照明、大廳或大堂燈光、走道燈光、辦公室迴路等。按照各功能區域的不同要求,通過獨立的控制系統,可滿足大樓的各種需求。

(1)室外景觀照明控制。採用BAS進行迴路控制,滿足節日場景、效果及節能控制要求,進行集中監控。

(2)大堂及其它公共區域燈光開關控制。採用BAS進行迴路控制,滿足公共區域場景、照度及節能控制要求,進行集中監控。

(3)普通辦公室照度控制。採用BAS進行開閉控制,滿足照度及節能控制要求,進行集中監控。

5.5 VRV系統
對於VRV系統自帶的網關接口,BAS通過RS-232C/BacNET接口與其通信,並通過OPC的方式對VRV系統進行整合,實現狀態顯示、故障警報、溫度設定、冷熱模式設定、啓停控制。同時為滿足能源分項計量要求,BAS還通過接口,從VRV系統接收其能源分區計量統計數據,並對數據進行統一報表處理。

5.6供配電系統監視
對於供配電系統,通過高級接口方式,從電力監控系統主機,採集相關數據進行監視,接口採用國際標準通信協議Mblls/Modbuso BAS,通過RS-485/232接口方式與其通信,並通過OPC的方式,對供配電系統進行整合。

5.7電動遮陽百葉監控
對電動遮陽百葉的啓/停狀態、手/自動狀態、故障等進行監控,並對百葉進行分組(每層每面)控制。

5.8能源分項計最數據統計報表
為滿足能源分項計量要求,BAS通過接口,從不同電控箱的智慧儀表採集能源消耗、從 VRV系統接收VRV系統能源分區、從水計量智慧儀表,接收水量消耗分區等計量統計數據,並對數據進行統一報表處理。

5.9其他系統
BAS控制的系統還包括給排水系統、電梯系統、氣源熱泵熱水系統、游泳池系統、中水雨水系統(一1F)、直飲水系統(一3F)等,其監控設備、監控內容及控制方法.



6 節能措施
(1)冷凍水溫度設定。系統節能程序根據不同季節,及每天室外溫度的變化情況,自動調節冷凍水的出水溫度,對系統進行動態控制。

(2)空調場所溫度設定。在建築的大廳、走道等公共區域,適當提高設定溫度,可減少能耗。如辦公區溫度設定在25℃左右;在室內外過渡的前廳,若同樣設於25℃左右,則與室外溫差過大,人一進門會感覺不適,故可設定在28-30℃;走道可設定在27一28℃。這樣逐漸過渡到辦公區域,不但人體感覺舒適,還可有效減少不必要的能耗。

(3)克服設備容量冗餘。傳統的空調設計,由於季節變化、人員和設備發熱量等變數太多,難以精確計算出空調系統的負荷需求,因此,設計中會有一定的設備容量冗餘,用人工簡單的啓停制,勢必造成能源的浪費。

而運用BAS的節能控制算法和群控模式,根據末端實際所需冷負荷,動態調整設備運行時間,和投人台數,可保證冷量供求平衡,讓冷源設備運行,在最高效率特性上,避免大馬拉小車,有效克服因設備容量冗餘,而造成的能源浪費。

(4)新風控制。根據季節變化,合理地進行新風控制是節能的另一個措施。以某地區為例,在設計工況(夏季室溫26℃,相對濕度60%;冬季室溫22℃,相對濕度55%)下,處理1噸室外新風量需冷量6.5kW,熱量12.7kW,故在滿足室內空氣衛生的前提下,減少新風量,有顯著的節能效果。

新風控制有3種方案:在夏季午夜室外溫度最低時,開啓新風機,將室外低溫空氣充盈室內,然後關閉風門,從而減少第二天上班前,空調系統的預冷時間;根據室內空氣品質,來控制新風機的啓停,以減少新風機的開啓時間,和冷負荷損失,如在午餐時間室內人員較少時,可減少新風機的開啓數;在過渡性季節,盡量使用室外新風,以減少冷負荷損失。

(5)提高室內溫濕度控制精度。大廈內溫濕度的變化,與大廈節能有著緊密的關係,如果在夏季將溫度設定值上調1℃,那麼將減少9%的能耗,因此,將大廈內溫濕度控制,在設定值的精度範圍內,是大廈空調節能的又一個有效措施。





                                                                                                                                                                                                                            

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