引言

地源空調(diào)的運(yùn)行完全依靠電力,需要盡可能降低能耗,而采用一體化低碳中央空調(diào)智能控制和管理系統(tǒng)是降低能耗的有效途徑。在地源空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí),加入能耗運(yùn)行管理機(jī)制,將它們納入在同一個(gè)體系下進(jìn)行全面建設(shè)和管理,從而提高地源空調(diào)系統(tǒng)的管理水平和效率,降低運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)成本,進(jìn)一步提高能源利用率。

本文以邯鄲機(jī)場(chǎng)地面附屬設(shè)施供暖、制冷節(jié)能改造工程為例,以節(jié)能為目的,對(duì)該項(xiàng)目中的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施一體化低碳中央空調(diào)智能控制和管理,對(duì)邯鄲機(jī)場(chǎng)辦公樓、候機(jī)樓和機(jī)房等主要建筑樓/群,通過安裝傳感器和控制器,利用系統(tǒng)控制服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和節(jié)能控制。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一體化低碳中央空調(diào)智能控制和管理系統(tǒng)是在空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵部位安裝傳感器和控制器,如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器和控制閥門等,通過網(wǎng)絡(luò)將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器,數(shù)據(jù)服務(wù)器將顯示、存儲(chǔ)和處理這些數(shù)據(jù),管理人員能夠隨時(shí)掌握空調(diào)區(qū)域和系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況,進(jìn)而通過控制服務(wù)器對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行人工或者自動(dòng)控制,如關(guān)閉不需要空調(diào)的區(qū)域:調(diào)整地埋管運(yùn)行區(qū)域等,達(dá)到節(jié)能的目的。圖1為一體化低碳中央空調(diào)智能控制和管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu),該項(xiàng)目數(shù)據(jù)服務(wù)器和主控制服務(wù)器在硬件上集成為一臺(tái)管理服務(wù)器,三臺(tái)控制服務(wù)器同時(shí)承擔(dān)數(shù)據(jù)服務(wù)器等功能。

2分項(xiàng)設(shè)計(jì)

2.1地源和末端管線系統(tǒng)

為了掌握地源和末端的溫度、壓力和流量等工作狀況,對(duì)它們的進(jìn)出水點(diǎn)進(jìn)行溫度、流量和壓力監(jiān)測(cè),傳感器通過工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器相連接。同時(shí),在建筑物典型位置安裝溫度傳感器,在建筑物主要空調(diào)管路上安裝控制器,以調(diào)整建筑物風(fēng)機(jī),根據(jù)負(fù)載條件實(shí)現(xiàn)控制管理。

2.2能耗監(jiān)測(cè)

地源空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要是電力,在供電線路的不同部位安裝電計(jì)量表,實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)通過工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入系統(tǒng)控制服務(wù)器,經(jīng)過存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和計(jì)算等處理得出實(shí)時(shí)能耗。

2.3數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和管理服務(wù)器

數(shù)據(jù)采集服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行管理和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集,服務(wù)器與傳感器之間采用工業(yè)總線連接,連接方法將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件采用有線方式,具體控制由安裝在數(shù)據(jù)采集服務(wù)器上的專用軟件完成。

系統(tǒng)采用關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)庫,全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都按原始狀態(tài)存儲(chǔ)在原始數(shù)據(jù)庫表中:經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫表中。

2.4控制管理服務(wù)器

控制服務(wù)器為一體化低碳中央空調(diào)智能控制和管理系統(tǒng)的核心設(shè)備,承擔(dān)著與傳感器通信、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制和區(qū)域組網(wǎng)的功能,服務(wù)器有相應(yīng)的接口與其他設(shè)備連接,安裝有控制區(qū)域數(shù)據(jù)庫和相關(guān)的運(yùn)行程序?？刂品?wù)器與管理服務(wù)器之間的通信由一套加載在Zigbee和Ethernet網(wǎng)絡(luò)上的多通道多任務(wù)的通信管理軟件實(shí)現(xiàn),它使得管理服務(wù)器與安裝在不同建筑物中的三臺(tái)控制服務(wù)器實(shí)現(xiàn)連接和通信?？刂品?wù)器采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件產(chǎn)品,其主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)不在此贅述。

2.5遠(yuǎn)程通信控制單元與傳輸網(wǎng)絡(luò)

遠(yuǎn)程通信是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理的通道,采用4G/DTU工業(yè)級(jí)無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,支持無線網(wǎng)絡(luò)GPRs/TD-LTE:采用ARM9工業(yè)級(jí)高性能嵌入式處理器,以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái),擁有超大內(nèi)存,內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧:設(shè)備支持雙數(shù)據(jù)中心備份以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。

服務(wù)器之間采用Zigbee協(xié)議連接,進(jìn)而避免在機(jī)場(chǎng)內(nèi)實(shí)施數(shù)百米的有線連線,避免無線通信干擾,同時(shí)可以無縫傳輸MoDBU/RTU和IEEE7802.等通信協(xié)議數(shù)據(jù)。對(duì)外通信通過3G無線網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議、D4s虛擬域名解析協(xié)議、自定義數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和具有安全保護(hù)機(jī)制的遠(yuǎn)程訪問協(xié)議。

3工程施工

31機(jī)場(chǎng)機(jī)房

機(jī)房作為本次項(xiàng)目能源的提供單位,需要對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備,管路運(yùn)行狀態(tài)、流量、壓力、溫度等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析。本次系統(tǒng)對(duì)機(jī)房設(shè)計(jì)主要如下:

(1）在地源泵和末端循環(huán)泵主管路的送回水管上分別安裝一個(gè)遠(yuǎn)傳流量表,實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)的流量數(shù)據(jù):

(2）在地源泵和末端循環(huán)泵主管路的送回水管上分別安裝一個(gè)遠(yuǎn)傳壓力計(jì)和溫度計(jì),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)用水的壓力和溫度變化,加以數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理,為系統(tǒng)的有效運(yùn)行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ):

(3）在機(jī)房室外安裝一個(gè)遠(yuǎn)傳溫度計(jì),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)房環(huán)境溫度:

(4）在機(jī)房配電柜內(nèi)安裝遠(yuǎn)傳電表,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量和數(shù)據(jù)處理,實(shí)現(xiàn)有效的能耗管理。

機(jī)房遠(yuǎn)傳水表、壓力計(jì)、溫度計(jì)安裝作業(yè)如圖2所示。

3.2機(jī)場(chǎng)辦公樓

針對(duì)機(jī)場(chǎng)人員日常辦公,對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制可以分為一至四層樓統(tǒng)一管理。通過在每個(gè)樓層安裝遠(yuǎn)傳溫度器對(duì)整個(gè)辦公樓進(jìn)行環(huán)境溫度監(jiān)測(cè):同時(shí),在空調(diào)的主干線路上增加遠(yuǎn)程控制器,設(shè)計(jì)辦公樓內(nèi)的空調(diào)每天定點(diǎn)關(guān)機(jī)、延時(shí)恢復(fù),在不影響人員正常使用的前提下,進(jìn)行節(jié)約能源的行為管理。

3.3機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓

候機(jī)樓區(qū)域是本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)的最重要區(qū)域。候機(jī)樓分為貴賓區(qū)、安檢區(qū)(候機(jī)區(qū)）、休閑區(qū)、機(jī)場(chǎng)大廳、到達(dá)區(qū)1個(gè)區(qū)域,工程設(shè)計(jì)分別在這1個(gè)區(qū)域安裝遠(yuǎn)傳溫度傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境溫度。對(duì)原有的0個(gè)通道式風(fēng)機(jī)增加遠(yuǎn)程控制器,實(shí)行統(tǒng)一管理,通過互聯(lián)網(wǎng),可由具備權(quán)限的人員對(duì)該風(fēng)機(jī)的空調(diào)開關(guān)機(jī)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理,確保其得到有效使用。

4系統(tǒng)運(yùn)行與測(cè)試

將本系統(tǒng)運(yùn)行在邯鄲機(jī)場(chǎng)地源空調(diào)節(jié)能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)中,打開軟件登陸界面,點(diǎn)擊"登陸"按鈕,進(jìn)入首頁。首頁上標(biāo)題左側(cè)為當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間,右側(cè)為實(shí)時(shí)室外溫度,左側(cè)為菜單欄,菜單欄內(nèi)容包括:瞬時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、空調(diào)管理和設(shè)備人員。

邯鄲機(jī)場(chǎng)地源空調(diào)節(jié)能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)—機(jī)房設(shè)備工況圖如圖.所示。其中,"供電總線N""供電總線0""主機(jī)N""主機(jī)0""地源水泵"和"末端水泵"為電表模塊,實(shí)現(xiàn)主要能源狀態(tài)和能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能,"運(yùn)行功率"模塊之后是"候機(jī)樓"模塊,"候機(jī)樓"模塊分別顯示候機(jī)樓管道的進(jìn)水溫度、出水溫度、進(jìn)水壓力、出水壓力。頁面下半部分為水泵模塊,分別顯示的是末端水泵和地源水泵的進(jìn)水溫度、出水溫度、進(jìn)水壓力、出水壓力、管道流量、進(jìn)水能量、出水能量和能量差值。

圖3邯鄲機(jī)場(chǎng)地源空調(diào)節(jié)能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)—機(jī)房設(shè)備工況圖

5結(jié)語

該系統(tǒng)經(jīng)過長期的運(yùn)行與調(diào)試,可以對(duì)整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量、熱量、運(yùn)行工況等進(jìn)行全自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和計(jì)量,消除了以前分散式運(yùn)行及管理造成的能源浪費(fèi)現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了機(jī)場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)的整體運(yùn)行管理,其節(jié)能效果明顯。同時(shí),長期的各種能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法可得到綠色能源的使用定量化結(jié)果,進(jìn)而能夠深入探討綠色能源的成本和價(jià)值。