引言

地源空調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。在地源空調系統(tǒng)設計和建設時,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和管理,從而提高地源空調系統(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系統(tǒng)實施一體化低碳中央空調智能控制和管理,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)控制服務器實現遠程實時監(jiān)測和節(jié)能控制。

1系統(tǒng)設計

一體化低碳中央空調智能控制和管理系統(tǒng)是在空調系統(tǒng)的關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,通過網絡將傳感器采集的數據傳輸到數據服務器,數據服務器將顯示、存儲和處理這些數據,管理人員能夠隨時掌握空調區(qū)域和系統(tǒng)的設備運行狀況,進而通過控制服務器對空調系統(tǒng)進行人工或者自動控制,如關閉不需要空調的區(qū)域:調整地埋管運行區(qū)域等,達到節(jié)能的目的。圖1為一體化低碳中央空調智能控制和管理系統(tǒng)結構,該項目數據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據服務器等功能。

2分項設計

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)總線網絡與數據采集服務器相連接。同時,在建筑物典型位置安裝溫度傳感器,在建筑物主要空調管路上安裝控制器,以調整建筑物風機,根據負載條件實現控制管理。

2.2能耗監(jiān)測

地源空調系統(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,實時計量數據通過工業(yè)總線網絡進入系統(tǒng)控制服務器,經過存儲、數據標準化和計算等處理得出實時能耗。

2.3數據采集服務器、數據庫和管理服務器

數據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據采集,服務器與傳感器之間采用工業(yè)總線連接,連接方法將根據現場條件采用有線方式,具體控制由安裝在數據采集服務器上的專用軟件完成。

系統(tǒng)采用關聯(lián)性數據庫,全部實時數據都按原始狀態(tài)存儲在原始數據庫表中:經過標準化處理的數據存儲在標準化數據庫表中。

2.4控制管理服務器

控制服務器為一體化低碳中央空調智能控制和管理系統(tǒng)的核心設備,承擔著與傳感器通信、數據采集、設備控制和區(qū)域組網的功能,服務器有相應的接口與其他設備連接,安裝有控制區(qū)域數據庫和相關的運行程序?？刂品掌髋c管理服務器之間的通信由一套加載在Zigbee和Ethernet網絡上的多通道多任務的通信管理軟件實現,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連接和通信?？刂品掌鞑捎米灾髦R產權的軟件產品,其主要技術參數及性能指標不在此贅述。

2.5遠程通信控制單元與傳輸網絡

遠程通信是系統(tǒng)實現實時管理的通道,采用4G/DTU工業(yè)級無線數據傳輸設備,支持無線網絡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,擁有超大內存,內嵌TCP/IP協(xié)議棧:設備支持雙數據中心備份以及多數據中心同步接收數據等功能。

服務器之間采用Zigbee協(xié)議連接,進而避免在機場內實施數百米的有線連線,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)議數據。對外通信通過3G無線網絡和TCP/IP協(xié)議、D4s虛擬域名解析協(xié)議、自定義數據傳輸協(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)內的設備,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)的流量數據:

(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)內用水的壓力和溫度變化,加以數據的標準化處理,為系統(tǒng)的有效運行提供數據基礎:

(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）在機房配電柜內安裝遠傳電表,對系統(tǒng)內的設備進行分項計量和數據處理,實現有效的能耗管理。

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,在空調的主干線路上增加遠程控制器,設計辦公樓內的空調每天定點關機、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,可由具備權限的人員對該風機的空調開關機狀態(tài)實現實時管理,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。首頁上標題左側為當前系統(tǒng)時間,右側為實時室外溫度,左側為菜單欄,菜單欄內容包括:瞬時數據、歷史數據、統(tǒng)計數據、空調管理和設備人員。

邯鄲機場地源空調節(jié)能遠程實時監(jiān)管系統(tǒng)—機房設備工況圖如圖.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,實現主要能源狀態(tài)和能耗數據監(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邯鄲機場地源空調節(jié)能遠程實時監(jiān)管系統(tǒng)—機房設備工況圖

5結語

該系統(tǒng)經過長期的運行與調試,可以對整個中央空調系統(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象,實現了機場空調系統(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)測數據,通過統(tǒng)計學方法可得到綠色能源的使用定量化結果,進而能夠深入探討綠色能源的成本和價值。