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建筑自控系統與智能建筑的節能應用

作者:中國儲能網新聞中心 來源:交能網 發布時間:2020-02-12 瀏覽:
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上世紀80年代,計算機技術和微電子技術有了突破性的發展,產生了直接數字控制(DDC, Direct Digital Control)技術。隨后在網絡與通信技術發展的帶動下,出現了各種以DDC技術為基礎的分布式控制系統(DCS, Distributed Control System),樓宇自動化系統(BAS)也隨之誕生,給整個建筑行業帶來了深遠的影響,也大大緩解了建筑能源的浪費現象。

建筑自動化系統是指采用計算機對建筑物內所有機電設備進行自動控制的系統,如今已經滲透到建筑的方方面面,包括變配電系統、照明系統、空調與冷熱源系統、給排水系統、電梯系統等等。它通過對建筑和建筑群的各種機電設備的綜合、自動化的監控與管理,為用戶提供更加安全、舒適、便捷高效的工作與生活環境,并使整個系統和所有設備處在最佳工作狀態,保證了系統運行的經濟性和管理的現代化、信息化和智能化。


樓宇自動化系統結構

建筑自動控制系統的主要功能可以簡單地總結為以下幾點:

自動監視和控制智能建筑中各個電氣與機械設備的運行狀態,并根據需要顯示。

自動記錄系統各種參數數據(如溫度、濕度、頻率、電壓等)數據和其變化趨勢,并自動進行越線報警。

能源管理:自動進行對水、電、燃氣等的計量與收費,實現智能建筑中的能源管理自動化。BAS系統還可以自動提供最佳能源控制方案,從而合理、經濟的使用能源,節約能源。

設備管理:BAS系統對智能建筑中的各個自動控制設備提供技術和計算機管理的支持,實現設備運行狀態的實時監控和參數顯示,以及設備檔案與維修管理等。

意外災害緊急處理:BAS系統通過自身軟件系統,在智能建筑出現意外事故時,能自動發出指令,以保證設備及人員的安全。

建筑自控系統的發展為建筑的節能提供了更多的可行性:

照明系統:

相比于傳統的照明方式,智能化的照明系統可以減少大量的電力浪費。

最簡單的,可以在洗手間、走廊、樓梯等區域加裝紅外動靜探測器,當有人到來或離開時,可以使燈具進行實時或低延時的開閉,從而避免不必要的照明。

另外,智能建筑照明控制系統通過各種不同的"預設置"控制方式,對不同時間不同環境的光照度進行精確設置和合理管理。可以使用照度傳感器實時監測房間的照度,控制器根據當前場景下的照度條件與照度需求自動選擇或提供給用戶不同的照明方案。例如在天氣晴朗,室內光線充足的情況下自動降低燈具亮度。這樣既能提高照明系統的舒適度,也能節約大量能源。

對于一些公共照明系統,可以根據預先設計的時間程序對照明進行啟停控制,合理控制照明系統開啟時間可以有效降低能耗,如有特殊需要,可以采用手動啟停程序,這樣當自控系統發生故障時也可以通過手動調節來保證照明系統的正常運轉。

對于照明系統結構復雜,照明燈具數量較多的場所,日常的維護和檢修工作量較大,自控系統可以對維護工作進行輔助。在照明系統運行時開用自動啟停控制,并且自動記錄照明系統累計運行時間,以便為后期維護工作提供可靠依據,從而間接地減少不必要的能源浪費。


樓宇智能照明控制系統

供暖系統:

在我國廣大的北方地區,冬季的供暖能耗占據了整個建筑能耗的22%。

近年來,我國新建筑中越來越多的采用溫控閥來調節散熱器的熱水供應,進而調節室溫。但是有些居民還并不具備良好的節能意識與習慣,經常會出現房間內長時間無人停留但散熱器持續處于較高溫度的情況,帶來了不必要的能源浪費。自控恒溫閥的出現就可以很好地解決這個問題,它可以根據屋主人的生活習慣,在不同的時段維持不同的房間溫度。例如在工作日的早晚,居民在家的時候,保持屋內較高的舒適溫度,白天上班上學的時段,屋內無人,則減小閥門開度,降低能耗。另外,還可以通過計算機或者手機應用遠程控制電子恒溫閥,從而更加方便、精確的調節室溫。

通風系統:

目前市場上十分流行的變頻空調就是自控系統節能的典型范例。傳統“定頻空調”壓縮機轉速基本不變,依靠不斷的開、停壓縮機來調整室內溫度。而變頻空調的溫度傳感器測量溫度后將室溫與設定溫度進行比較,接著將信號發送給變頻器,變頻器根據室溫與設定溫度的比較結果實時的調節壓縮機的運轉速度,從而合理的使用能源。由于壓縮機不會頻繁的開啟,會使壓縮機保持穩定的工作狀態,這可以使空調整體達到節能30%以上的效果。

中央空調系統是建筑中的耗能大戶,也是樓宇自動化節能的重點。由于中央空調系統十分龐大,反應速度較慢,滯后現象比較嚴重,給機組運行的穩定性增加了很多困難。鑒于此,可以采用非常規的控制策略,如死區方式,即當目標參數進入設定值認可的偏差范圍內時,冷水閥保持不變;或變PID控制方式,即當目標參數與設定值偏差較大時,控制作用強,反之,偏差較小時,控制作用弱。為了節約能源,可以根據室外溫度適當改變設定值,如冬季將設定溫度值降低1度,夏天則提高一度。另外還可利用新回風閥的連鎖功能,在室內外溫差較大的盛夏和嚴冬,通過對回風CO2濃度的檢測,智能的調節新風閥的開度。這樣既保證了室內空氣質量,又能減少制冷(或制熱)負荷,最大程度的節約能源。各房間內風機盤管控制器配置檢測單元,可自動判斷房間內人員占/空情況,避免無人房間消耗大量空調冷/熱量。

原則上講,通風空調系統中的各種溫度濕度的參數都要依靠自動控制系統來保證。對于復雜的空調系統,幾臺空氣處理機同時調節一片區域的溫、濕度,靠人工來同時調節幾臺設備的運行狀態來保證溫、濕度的恒定顯然是不現實的,自控系統是必要的。

建筑管理:

從建筑管理的角度來講,建筑中的各個子系統存在一定的關聯,但各系統運行時也許會由于缺乏協調性而帶來能源浪費。另外,當某些設備或系統發生故障時,并不會出現無法運行這種容易察覺的現象,因此工作人員在例行的維護過程中往往難以發現。而通過建筑自控系統對各項參數和指標的動態監測,管理人員可以更全面和直觀的掌握所有設備在各個時段的運行狀態,更密切和準確的了解設備運行情況,從而發現故障并進行及時的檢修,避免了因設備故障帶來的能耗。

在建筑自控系統的幫助下,建筑管理者的工作效率也可以得到大幅提高,還可以節約人員以及相關開支。

綜上所述,樓宇自動控制系統的應用使現代化智能建筑更加人性化,同時也能為建筑降低能源消耗,其作用的重要性不言而喻,所以在對樓宇自動系統進行設計時應充分結合建筑自身特點,從實際情況入手,使樓宇自動化系統與智能建筑達到完美的結合,在保證建筑中設備穩定運行的情況下,實現節能減排的目標。

參考資料:

1. 樓宇自控系統在現代智能建筑中的應用初探

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Building_automation#Room_automation

3. 智能建筑中樓宇自控系統的節能模式研究

作者 | 邸義博

關鍵字:智能建筑

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