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智能楼宇系统是如何实现节能的?

发布时间:2021-04-25 9:09

智能化办公大楼综合了计算机技术、通信技术、信息技术和建筑技术,通过智能楼宇系统,为人们提供安全、高效、舒适、方便的办公环境。自适应控制系统能够提高建筑设备的性能,充分发挥被控设备的运行效率,实现建筑物能源优化调度,降低运行成本,是目前在建筑智能化方面最具深度和潜力的节能技术。

运用中心“脑”—智能楼宇系统开展既有建筑节能减排工作,是物业公司管理水平和竞争力的重要体现。该文结合物业管理工作经验和机关办公楼节能控制案例,具体分析了物业管理工作中自控系统存在的问题以及如何提高日常设备管理水平,发挥其节能潜力。

1.物业管理中面临的智能楼宇系统问题

目前,楼宇自动化系统作为楼宇设备运行的中枢“大脑”,其功能往往不能充分发挥,楼宇自动化系统往往处于基本功能阶段,无法实现对远程设备的简单启动、停机控制和实时监控,不能达到优化楼宇设备系统运行状态的效果,从而制约了节能潜力的挖掘。

在既有智能建筑节能方面,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。我们所说的节能,大致分为两个方面。第一,针对用户对建筑的使用要求,实现能源供需平衡,避免能源浪费。第二,通过设备或材料的更新,取代老的高耗能设备和隔热材料。

当前,许多单位对节能工作还存在认识上的局限,认为节能就是要更新设备,即更换更节能的灯具,采用更节能的保温材料。的确,通过这种方式可以迅速达到节能效果,但与额外购买新设备、材料所需的大量投入相比,投资回报要长得多,有些甚至超过10年。

而且通过调节建筑物内的能源供需平衡,所需投资相对较少,但需要在深入了解建筑物内各种能源需求的基础上,通过科学的操作,提高公共区域的舒适度,为业主提供一个舒适的工作、生活环境,这需要通过现有的建筑物自我控制系统来实现。

2.分析了冷源分布不均匀的现象和原因

在建筑中,空调系统能耗占建筑能耗的比例最大,约为40%~60%,所以空调设备的节能控制非常重要。在设计空调系统时,一般是按照天气最热、最冷、最大负荷的情况来计算,并预留10%~20%的设计余量。考虑到建筑实际运行中大部分时间都不会全负荷运行,空调系统实际存在较大的运行余量。

通过建筑自控系统对空调设备进行节能控制,可大幅度降低能耗,提高设备的使用效率,具有明显的经济效益。以下结合者对办公大楼进行节能控制实例,介绍如何通过智能楼宇系统运行程序,实现办公大楼整体冷源的合理配置。

实例背景:某办公楼建成于1997年,共有A、B、C、D四栋单体建筑,A座地下一层冷冻站提供系统冷源。其中D座为餐厅、会议用房,地下两层,地上三层,总建筑面积约10,000平方米。除了地面三层为会议大厅外,地下二层至地面二层为餐厅、餐厅。大会堂可容纳800人,是举办大型会议和演出的重要场所。在空调系统方面,会议大厅位于D座建筑冷源供应的末端。随著气温逐年升高,设备日益老化,会议大厅出现明显制冷效率不足的现象,特别是夏季室外温度较高时,不能及时保证将会场温度控制在舒适范围内。

针对以上问题,有两个主要的解决方案可以选择。

惯常采用的一种方案是增加冷源运行设备(冷冻机,冷冻泵等)。这种方式虽然能满足会议厅冷源需求,但由于其它空调机组冷源需求供给过多,造成冷水机组整体供回水温差低,冷源效率不高的状况,并大大增加了设备的运行费用和后期维修、大修工作量;

二是优化现有单泵冷源供水量分配,调整现有控制程序,在不增加设备投入运行的基础上,挖掘节能潜力。为了实现第二种方案,我们首先从水路(压力、流量)、风道(风量)和自动控制系统(传感器、执行器、控制程序)多个方面对D座空调系统进行系统检测。

根据检测结果,D座冷源供水流量分布不均匀,在单台冷冻泵运行时,3层会议厅冷源供水流量大部分被1层和2层餐厅截取,造成餐厅回水温差小,会议厅回水温差大的现象,使会议厅温度控制得不到及时保证。

导致这一问题的原因主要有以下3个方面:

(1)空调控制时程安排不当

就用电时间而言,食堂、后厨、会议厅的用电时间并不完全相同,而且食堂用餐高峰和会议时间一般也不一样。所以以上三个区域的空调机组都要根据冷源的实际需要进行启停控制,而楼控系统中各空调机组的初始控制程序的启动时间是一致的,导致各区域在同一时刻集中使用冷源,造成冷源供应不符合实际需要的现象。

(2)不能有效利用天然冷源。

现有D座各空调机组的新风控制均采用混风控制,新风为20%,80%回风,由于新风温度随室外时间变化,在夏季温度较低,湿度适宜的情况下(尤其是早上5点至8点),应多采用自然冷源,在满足室内空气指标(即二氧化碳浓度上限)的情况下,可采用封闭循环(即全回风模式)或最低冷源模式,以节省冷源需求。

(3)风扇频率无法及时有效地调整。

现有的D座空调机组虽配有变频器,但不能实现动态频率控制。在室外温度较低时,可增加空调频率,有效地利用自然冷源。在空调系统中,当供回水温差较小,冷源利用率较低时,也可以通过增加空调频率,增加单位时间内的风量,增加热交换量来提高空调系统的供回水温差,从而充分利用冷源。

3.节能运行方案,优化冷源供应调度

对此,我们采取优化的控制方式,按照“分时、分段、分温”的原则,根据使用情况进行冷源分配,具体如下:

根据D座三层会议厅和D座其它餐厅区域冷源时间要求不同的特点,采用智能楼宇系统,分不同时段满足不同的使用要求,实现了建筑内风机水阀的自动控制。早上,特别是早上9点到11点,整个系统优先考虑食堂后厨的冷源需求,而中午11点到1点,优先考虑食堂食堂的冷源需求。其它时段,优先保障会议厅供冷需求,当回水水温过高而冷源不足时,可以提高餐厅的设定温度,同时联动控制食堂空调机组水阀开度,使冷源优先满足会议厅需求。

与此同时,如会议室上午需要使用,则采用预冷方案控制,即每天早5:00开机,使会议室的室温降至较低值。如户外温度较低,则可全开新风阀,并将风机频率调至最大50Hz,以求在早7:00之前将室内温度控制在21-22℃。七、八点以后,利用会议大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,减少新风阀开度,满足会议期间室内温度控制的需要。

在实际应用中,采用智能楼宇系统对空调设备的启停时间、风机频率、新风阀开度、水阀开度等进行实时控制,达到了冷源优化配置的目的,避免了因冷源系统设备数量不足而导致的冷源供应不足,造成冷源系统设备运行次数增多,浪费冷源。

建筑投入使用后,根据其实际使用功能和设备负荷,对设备系统的运行状态进行精确调节,以达到节能运行,同时又能保证室内空间的舒适性要求,是一个综合性、系统化的质量控制过程。要充分认识楼宇能源需求的特点,熟练掌握智能楼宇系统和被控设备的操作原理,把好办公楼能源的全局配置关,最大限度地利用现有能源,达到节能的目的,实现企业与社会的双赢。

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