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【Learn】以楼宇自控系统优化楼内冷源调度实现节能

发布日期 : 2018-11-19     作者 : 乐虎绿集成股份有限公司     来源 : www.cxgreen.com

核心提示 :

智能办公楼是将计算机技术、通信技术、信息技术和建筑技术相结合,通过楼宇自控系统,向人们提供安全、高效、舒适、便利的建筑环境。楼宇自控系统能改善建筑设备的性能,通过充分发挥被控设备的运行效率,实现建筑物内能源优化调度,降低运营成本,是建筑智能化中最具深度和潜力的节能技术。利用楼宇自控系统这一中枢“大脑”,开展既有建筑的节能减排工作,是物业公司管理水平和竞争力的重要体现。本文结合机关办公楼的物业管理经验及节能控制案例,具体分析楼宇自控系统在物业管理工作中存在的问题及如何提高日常设备的管理水平,发挥其节能潜力。

楼宇自控系统在物业管理上面临的问题

当前,楼宇自动化系统作为大楼设备运行中枢“大脑”的功能往往未充分发挥出来,楼宇自动化系统往往处在实现远程设备简单的启、停控制及实时监测的基本功能阶段,未达到优化楼内各设备系统运行状态的效果,从而制约了节能潜力的挖掘。

对于既有智能建筑的节能而言,实现统一规划,选择合理的技术路线是实现节能目标的关键所在。所谓节能,大致可以分为两个方面。一是针对楼内用户的使用需求,实现能源供需平衡,避免能源浪费。二是通过设备或材料更新,替代旧有的高耗能设备及保温材料。目前,很多单位在节能工作的认识上仍存在局限性,认为节能就是进行设备更新,即更换更加节能的灯具、引入更加节能的保温材料。诚然,通过此类方式能够快速实现节能效果,但与添购新设备、材料所需的巨额投入相比,投资回报率较长,有的甚至在10年以上。而通过调节建筑物内能源供需平衡,需要投入的费用相对较少,但需要在深入了解楼内各项能源需求的基础上,通过科学的操控,提高公共区域的舒适度,为业主提供舒适的工作、生活环境,这就需要通过现有楼宇自控系统实现。

冷源分配不均的现象及原因分析

空调系统在楼宇建筑中能耗占比最大,约为40%~60%,因此对空调设备的节能控制显得尤为重要。空调系统在设计时通常以按天气最热最冷、负荷最大时的条件计算,并且预留10%~20%设计余量。鉴于建筑物实际运行中绝大部分时间不会在满负荷工作下,空调系统实际存在较大的运行裕量。因此,通过楼宇自控系统对空调设备进行节能控制,可以大幅降低能源消耗,提高设备使用效率,带来显著的经济效益。下面结合作者对办公楼的节能控制实例,介绍如何通过楼宇自控系统运行程序,实现办公楼整体冷源合理调配。

案例背景:该办公楼于1997年建成,共有A、B、C、D四座单体建筑,系统冷源均由A座地下的一个冷冻站提供。其中,D座建筑为食堂、会议用途,地下两层、地上三层,总建筑面积约为1万平方米。除地上三层为会议厅外,地下二层至地上二层均为餐厅、食堂。会议厅最多可容纳800人,是进行大型会议、演出的重要场所。从空调系统来看,会议厅处于D座建筑冷源供给的最末端。随着气温逐年升高,设备日趋老化,会议厅内出现了制冷效率出现明显不足的现象,尤其在夏季室外温度较高时,无法及时保证将会场内的温度控制在舒适范围内。

为解决上述问题,主要有两种方案可供选择。一种为惯常方案,即增加冷源运行设备(冷冻机、冷冻水泵等)。此方式虽然可以满足会议厅的冷源需求,但却容易出现因其他空调机组冷源需求供给过量,导致冷水机组总体供回水温差低,冷源效率不佳的状况,且大幅增加了设备的运行费用及日后维护、检修的工作量;另一种方案是优化现有单泵冷源供给的分配,通过调整现有控制程序,在不投入更多运行设备的基础上,进行节能潜力挖掘。为实现第二种方案,我们首先对D座空调系统进行了系统检测,从水路(压力、流量)、风路(风量)及自控系统(传感器、执行器、控制程序)三个方面进行。

从检测结果来看,D座冷源供水流量分布不均,在单台冷冻泵运转情况下,3层会议厅的冷源供水流量大多被1、2层食堂截取,造成了食堂供回水温差小、会议厅的供回水温差大的现象,使得会议厅的温度控制无法及时保证。造成此问题的原因,主要有以下3个因素:

(1)空调机的控制时程安排不合理
从能源使用需求时间看,食堂、后厨、会议厅使用时间并不完全相同,且食堂用餐高峰与会议时间一般不同。因此,上述三种区域的空调机组应按冷源实际需求进行启停控制,但楼宇自动化系统各空调机组的初始控制程序的启动时间均一致,导致各区域在同一时刻内集中使用冷源,造成了冷源供给与实际需求不对应的现象。

(2)未能够有效利用自然冷源
目前D座各空调机的新风控制均采用20%新风80%回风的混风控制方式,由于新风温度随室外时间变化,在夏季时温度较低且湿度合适的时(特别是早上5点至8点时)应多采用自然冷源,而在室外温度较高时,在满足室内空气指标(即二氧化碳浓度上限的条件下),可以采用闭式循环(即全回风模式)或最小新风模式,以节省冷源需求。

(3)风机频率未能做有效即时调整
目前D座空调机组虽然配备了变频器,但未对频率加以动态控制。当室外温度较低时,可以加大空调机的频率,高效利用自然冷源。当空调系统供回水温差较小,冷源利用率较低时,也可采用提高空调机频率的方式,加大单位时间内的风量,提升热交换总量,进而提高空调机供回水温差,充分利用冷源。


优化冷源供给调度的节能运行方案

针对上述问题,我们采取了优化控制方式,以“分时、分段、分温度”为指导原则,依据使用情况分配冷源,具体内容如下:

针对D座3层会议厅与D座其他食堂区域冷源时间需求不同的特点,我们通过楼宇自控系统对风机回水水阀的控制,分不同时间段满足各自使用需求。在上午,尤其是早9:00至11:00阶段,整个系统优先食堂后厨的冷源需求,而在中午11:00至1:00时,优先保证食堂餐厅内的冷源需求。在其他时段,优先保证会议厅的供冷需求,当出现回水水温过高,进而出现冷源不足时,可提高餐厅的设定温度,同时联动控制食堂空调机组的水阀开度,将冷源优先供给会议厅需求。同时,若会议厅上午需使用,则通过预冷方案进行控制,即在每日早5:00开启会议厅空调机组,使室温降为较低值。若室外温度较低,则可全开新风阀,并将风机频率开至最大50Hz,争取在早7:00前提前将室内温度控制在室内21°-22°的范围。在7:00-8:00后,利用会议厅围护结构的蓄冷能力,将室内温度控制在24°-26°范围内,并随着室外温度的升高,减小新风阀开度,满足会议召开时的室内温度控制需求。

从实践情况来看,通过楼宇自控系统对空调设备的启停时间、风机频率、新风阀开度以及水阀开度等进行实时控制,达到了优化冷源分配方式的效果,在未开启其他冷冻机组及冷冻水泵的情况下,实现了冷源的优化供给,避免了因会议厅冷源需求不足而增加冷源系统设备运转数量,造成冷源的浪费。

在建筑物已经投运后,根据建筑物实际的使用功能和设备负荷,对设备系统的运行状态进行精确调整,在保证室内空间舒适要求下实现节能运行,是一个综合、系统的质量控制过程。物业管理人员需在充分了解建筑物内能源需求特点的同时,熟练掌握对楼宇自控系统及被控设备的运行原理,以办公楼整体能源调配为目标,最大限度地调配好现有能源供给,以达到节能效果,从而实现企业效益与社会效益的共赢。

 


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