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建筑自控系统与智能建筑的节能应用

作者:中国储能网新闻中心 来源:交能网 发布时间:2020-02-12 浏览:
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上世纪80年代,计算机技术和微电子技术有了突破性的发展,产生了直接数字控制(DDC, Direct Digital Control)技术。随后在网络与通信技术发展的带动下,出现了各种以DDC技术为基础的分布式控制系统(DCS, Distributed Control System),楼宇自动化系统(BAS)也随之诞生,给整个建筑行业带来了深远的影响,也大大缓解了建筑能源的浪费现象。

建筑自动化系统是指采用计算机对建筑物内所有机电设备进行自动控制的系统,如今已经渗透到建筑的方方面面,包括变配电系统、照明系统、空调与冷热源系统、给排水系统、电梯系统等等。它通过对建筑和建筑群的各种机电设备的综合、自动化的监控与管理,为用户提供更加安全、舒适、便捷高效的工作与生活环境,并使整个系统和所有设备处在最佳工作状态,保证了系统运行的经济性和管理的现代化、信息化和智能化。


楼宇自动化系统结构

建筑自动控制系统的主要功能可以简单地总结为以下几点:

自动监视和控制智能建筑中各个电气与机械设备的运行状态,并根据需要显示。

自动记录系统各种参数数据(如温度、湿度、频率、电压等)数据和其变化趋势,并自动进行越线报警。

能源管理:自动进行对水、电、燃气等的计量与收费,实现智能建筑中的能源管理自动化。BAS系统还可以自动提供最佳能源控制方案,从而合理、经济的使用能源,节约能源。

设备管理:BAS系统对智能建筑中的各个自动控制设备提供技术和计算机管理的支持,实现设备运行状态的实时监控和参数显示,以及设备档案与维修管理等。

意外灾害紧急处理:BAS系统通过自身软件系统,在智能建筑出现意外事故时,能自动发出指令,以保证设备及人员的安全。

建筑自控系统的发展为建筑的节能提供了更多的可行性:

照明系统:

相比于传统的照明方式,智能化的照明系统可以减少大量的电力浪费。

最简单的,可以在洗手间、走廊、楼梯等区域加装红外动静探测器,当有人到来或离开时,可以使灯具进行实时或低延时的开闭,从而避免不必要的照明。

另外,智能建筑照明控制系统通过各种不同的"预设置"控制方式,对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理。可以使用照度传感器实时监测房间的照度,控制器根据当前场景下的照度条件与照度需求自动选择或提供给用户不同的照明方案。例如在天气晴朗,室内光线充足的情况下自动降低灯具亮度。这样既能提高照明系统的舒适度,也能节约大量能源。

对于一些公共照明系统,可以根据预先设计的时间程序对照明进行启停控制,合理控制照明系统开启时间可以有效降低能耗,如有特殊需要,可以采用手动启停程序,这样当自控系统发生故障时也可以通过手动调节来保证照明系统的正常运转。

对于照明系统结构复杂,照明灯具数量较多的场所,日常的维护和检修工作量较大,自控系统可以对维护工作进行辅助。在照明系统运行时开用自动启停控制,并且自动记录照明系统累计运行时间,以便为后期维护工作提供可靠依据,从而间接地减少不必要的能源浪费。


楼宇智能照明控制系统

供暖系统:

在我国广大的北方地区,冬季的供暖能耗占据了整个建筑能耗的22%。

近年来,我国新建筑中越来越多的采用温控阀来调节散热器的热水供应,进而调节室温。但是有些居民还并不具备良好的节能意识与习惯,经常会出现房间内长时间无人停留但散热器持续处于较高温度的情况,带来了不必要的能源浪费。自控恒温阀的出现就可以很好地解决这个问题,它可以根据屋主人的生活习惯,在不同的时段维持不同的房间温度。例如在工作日的早晚,居民在家的时候,保持屋内较高的舒适温度,白天上班上学的时段,屋内无人,则减小阀门开度,降低能耗。另外,还可以通过计算机或者手机应用远程控制电子恒温阀,从而更加方便、精确的调节室温。

通风系统:

目前市场上十分流行的变频空调就是自控系统节能的典型范例。传统“定频空调”压缩机转速基本不变,依靠不断的开、停压缩机来调整室内温度。而变频空调的温度传感器测量温度后将室温与设定温度进行比较,接着将信号发送给变频器,变频器根据室温与设定温度的比较结果实时的调节压缩机的运转速度,从而合理的使用能源。由于压缩机不会频繁的开启,会使压缩机保持稳定的工作状态,这可以使空调整体达到节能30%以上的效果。

中央空调系统是建筑中的耗能大户,也是楼宇自动化节能的重点。由于中央空调系统十分庞大,反应速度较慢,滞后现象比较严重,给机组运行的稳定性增加了很多困难。鉴于此,可以采用非常规的控制策略,如死区方式,即当目标参数进入设定值认可的偏差范围内时,冷水阀保持不变;或变PID控制方式,即当目标参数与设定值偏差较大时,控制作用强,反之,偏差较小时,控制作用弱。为了节约能源,可以根据室外温度适当改变设定值,如冬季将设定温度值降低1度,夏天则提高一度。另外还可利用新回风阀的连锁功能,在室内外温差较大的盛夏和严冬,通过对回风CO2浓度的检测,智能的调节新风阀的开度。这样既保证了室内空气质量,又能减少制冷(或制热)负荷,最大程度的节约能源。各房间内风机盘管控制器配置检测单元,可自动判断房间内人员占/空情况,避免无人房间消耗大量空调冷/热量。

原则上讲,通风空调系统中的各种温度湿度的参数都要依靠自动控制系统来保证。对于复杂的空调系统,几台空气处理机同时调节一片区域的温、湿度,靠人工来同时调节几台设备的运行状态来保证温、湿度的恒定显然是不现实的,自控系统是必要的。

建筑管理:

从建筑管理的角度来讲,建筑中的各个子系统存在一定的关联,但各系统运行时也许会由于缺乏协调性而带来能源浪费。另外,当某些设备或系统发生故障时,并不会出现无法运行这种容易察觉的现象,因此工作人员在例行的维护过程中往往难以发现。而通过建筑自控系统对各项参数和指标的动态监测,管理人员可以更全面和直观的掌握所有设备在各个时段的运行状态,更密切和准确的了解设备运行情况,从而发现故障并进行及时的检修,避免了因设备故障带来的能耗。

在建筑自控系统的帮助下,建筑管理者的工作效率也可以得到大幅提高,还可以节约人员以及相关开支。

综上所述,楼宇自动控制系统的应用使现代化智能建筑更加人性化,同时也能为建筑降低能源消耗,其作用的重要性不言而喻,所以在对楼宇自动系统进行设计时应充分结合建筑自身特点,从实际情况入手,使楼宇自动化系统与智能建筑达到完美的结合,在保证建筑中设备稳定运行的情况下,实现节能减排的目标。

参考资料:

1. 楼宇自控系统在现代智能建筑中的应用初探

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

3. 智能建筑中楼宇自控系统的节能模式研究

作者 | 邸义博

关键字:智能建筑

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