一種中央空調(diào)智能控制與管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

引言

地源空調(diào)的運行完全依靠電力,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)計和建設(shè)時,加入能耗運行管理機制,將它們納入在同一個體系下進行全面建設(shè)和管理,從而提高地源空調(diào)系統(tǒng)的管理水平和效率,降低運行費用和維護成本,進一步提高能源利用率。

本文以邯鄲機場地面附屬設(shè)施供暖、制冷節(jié)能改造工程為例,以節(jié)能為目的,對該項目中的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)實施一體化低碳中央空調(diào)智能控制和管理,對邯鄲機場辦公樓、候機樓和機房等主要建筑樓/群,通過安裝傳感器和控制器,利用系統(tǒng)控制服務器實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測和節(jié)能控制。

1系統(tǒng)設(shè)計

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)服務器,數(shù)據(jù)服務器將顯示、存儲和處理這些數(shù)據(jù),管理人員能夠隨時掌握空調(diào)區(qū)域和系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況,進而通過控制服務器對空調(diào)系統(tǒng)進行人工或者自動控制,如關(guān)閉不需要空調(diào)的區(qū)域:調(diào)整地埋管運行區(qū)域等,達到節(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),該項目數(shù)據(jù)服務器和主控制服務器在硬件上集成為一臺管理服務器,三臺控制服務器同時承擔數(shù)據(jù)服務器等功能。

2分項設(shè)計

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,對它們的進出水點進行溫度、流量和壓力監(jiān)測,傳感器通過工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集服務器相連接。同時,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)整建筑物風機,根據(jù)負載條件實現(xiàn)控制管理。

2.2能耗監(jiān)測

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量表,實時計量數(shù)據(jù)通過工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)進入系統(tǒng)控制服務器,經(jīng)過存儲、數(shù)據(jù)標準化和計算等處理得出實時能耗。

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

數(shù)據(jù)采集服務器負責對整個系統(tǒng)的運行工況監(jiān)測傳感器進行管理和實時的數(shù)據(jù)采集,服務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)場條件采用有線方式,具體控制由安裝在數(shù)據(jù)采集服務器上的專用軟件完成。

系統(tǒng)采用關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)庫,全部實時數(shù)據(jù)都按原始狀態(tài)存儲在原始數(shù)據(jù)庫表中:經(jīng)過標準化處理的數(shù)據(jù)存儲在標準化數(shù)據(jù)庫表中。

2.4控制管理服務器

控制服務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,服務器有相應的接口與其他設(shè)備連接,安裝有控制區(qū)域數(shù)據(jù)庫和相關(guān)的運行程序。控制服務器與管理服務器之間的通信由一套加載在Zigbee和Ethernet網(wǎng)絡(luò)上的多通道多任務的通信管理軟件實現(xiàn),它使得管理服務器與安裝在不同建筑物中的三臺控制服務器實現(xiàn)連接和通信。控制服務器采用自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件產(chǎn)品,其主要技術(shù)參數(shù)及性能指標不在此贅述。

2.5遠程通信控制單元與傳輸網(wǎng)絡(luò)

遠程通信是系統(tǒng)實現(xiàn)實時管理的通道,采用4G/DTU工業(yè)級無線數(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)級高性能嵌入式處理器,以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺,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。

服務器之間采用Zigbee協(xié)議連接,進而避免在機場內(nèi)實施數(shù)百米的有線連線,避免無線通信干擾,同時可以無縫傳輸MoDBU/RTU和IEEE7802.等通信協(xié)議數(shù)據(jù)。對外通信通過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)議和具有安全保護機制的遠程訪問協(xié)議。

3工程施工

31機場機房

機房作為本次項目能源的提供單位,需要對該系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備,管路運行狀態(tài)、流量、壓力、溫度等各項指標進行檢測分析。本次系統(tǒng)對機房設(shè)計主要如下:

(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遠傳流量表,實時采集系統(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遠傳壓力計和溫度計,實時監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)用水的壓力和溫度變化,加以數(shù)據(jù)的標準化處理,為系統(tǒng)的有效運行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ):

(3）在機房室外安裝一個遠傳溫度計,實時監(jiān)測機房環(huán)境溫度:

(4）在機房配電柜內(nèi)安裝遠傳電表,對系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備進行分項計量和數(shù)據(jù)處理,實現(xiàn)有效的能耗管理。

機房遠傳水表、壓力計、溫度計安裝作業(yè)如圖2所示。

3.2機場辦公樓

針對機場人員日常辦公,對空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測和控制可以分為一至四層樓統(tǒng)一管理。通過在每個樓層安裝遠傳溫度器對整個辦公樓進行環(huán)境溫度監(jiān)測:同時,在空調(diào)的主干線路上增加遠程控制器,設(shè)計辦公樓內(nèi)的空調(diào)每天定點關(guān)機、延時恢復,在不影響人員正常使用的前提下,進行節(jié)約能源的行為管理。

3.3機場候機樓

候機樓區(qū)域是本次項目設(shè)計的最重要區(qū)域。候機樓分為貴賓區(qū)、安檢區(qū)(候機區(qū)）、休閑區(qū)、機場大廳、到達區(qū)1個區(qū)域,工程設(shè)計分別在這1個區(qū)域安裝遠傳溫度傳感器,實時監(jiān)測區(qū)域環(huán)境溫度。對原有的0個通道式風機增加遠程控制器,實行統(tǒng)一管理,通過互聯(lián)網(wǎng),可由具備權(quán)限的人員對該風機的空調(diào)開關(guān)機狀態(tài)實現(xiàn)實時管理,確保其得到有效使用。

4系統(tǒng)運行與測試

將本系統(tǒng)運行在邯鄲機場地源空調(diào)節(jié)能遠程實時監(jiān)管系統(tǒng)中,打開軟件登陸界面,點擊"登陸"按鈕,進入首頁。首頁上標題左側(cè)為當前系統(tǒng)時間,右側(cè)為實時室外溫度,左側(cè)為菜單欄,菜單欄內(nèi)容包括:瞬時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、空調(diào)管理和設(shè)備人員。

邯鄲機場地源空調(diào)節(jié)能遠程實時監(jiān)管系統(tǒng)—機房設(shè)備工況圖如圖.所示。其中,"供電總線N""供電總線0""主機N""主機0""地源水泵"和"末端水泵"為電表模塊,實現(xiàn)主要能源狀態(tài)和能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測功能,"運行功率"模塊之后是"候機樓"模塊,"候機樓"模塊分別顯示候機樓管道的進水溫度、出水溫度、進水壓力、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水溫度、出水溫度、進水壓力、出水壓力、管道流量、進水能量、出水能量和能量差值。

圖3邯鄲機場地源空調(diào)節(jié)能遠程實時監(jiān)管系統(tǒng)—機房設(shè)備工況圖

5結(jié)語

該系統(tǒng)經(jīng)過長期的運行與調(diào)試,可以對整個中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量、熱量、運行工況等進行全自動實時監(jiān)控和計量,消除了以前分散式運行及管理造成的能源浪費現(xiàn)象,實現(xiàn)了機場空調(diào)系統(tǒng)的整體運行管理,其節(jié)能效果明顯。同時,長期的各種能耗監(jiān)測數(shù)據(jù),通過統(tǒng)計學方法可得到綠色能源的使用定量化結(jié)果,進而能夠深入探討綠色能源的成本和價值。