石家莊中鐵廣場中央空調自控系統設計及調試

張曉東,杜向軍

(中鐵天豐建筑工程有限公司,北京 100000)

1 工程概況

石家莊中鐵廣場是一座集商業、餐飲、寫字樓的綜合樓宇,建筑面積 76374m2,地下 2層,地上 28層。按照功能劃分地下 2層是設備用房和車庫。1～4層是餐飲和商業,A塔樓 5～11層是賓館,其余為寫字樓。地下 1層設有冷凍機房、水泵房、配電室,冷卻塔設在地上車道口處,每層設有空調機。

2 樓宇自控系統(BAS)

本系統以智能樓宇標準設計,采用 BACtalk樓宇自控系統,對冷水機組、空調機組、送排風、給排水、變配電及照明系統等實施監控。能在控制中心顯示及打印各系統設備及附件運行狀態及運行主要參數,進行遠距離控制。實現設備的最優化啟停及控制、時間通道、設備臺數控制、動態圖形顯示、報警及打印、能耗統計等。

3 中央空調系統

中鐵廣場中央空調設置 3臺約克冷水機組,5臺冷凍水循環泵,5臺冷卻水循環泵和 3臺冷卻塔。冷凍水系統按照使用部位分為 4個區域,第一區域為 1～4層商業及餐飲區,末端采用空調機組及風機盤管;第二區域 A塔 12～28層樓辦公區,末端采用風機盤管;第三區域 B塔 5～26層樓辦公區,末端采用風機盤管;第四區域 A塔樓 5～11層賓館區,末端采用空調機組及風機盤管。

4 空調監控系統

本系統采用 BACnet協議,參照國際標準化組織(ISO)制定的開放系統互連參考模型(OSI/RM)的體系結構,提出了一種簡化的 4層體系結構,相當于 OSI/RM模型中的物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層。

4.1 BACtalk系統的組成要素

(1)BACtalk中央操作站,漢化的人機監控界面。圖形編程、時間表控制、趨勢記錄以及其它自動控制功能的設置工具。

(2)網絡集成控制器和路由器,執行全局控制策略,通過VLC控制器協調設備的運行,管理自動控制功能的執行,傳遞網絡信息。

(3)現場數字控制器,在線完全可編程控制器,通過MS/TP網絡 DDC參數值的變化和發生的事件(如報警)。浮點運算和模擬輸出使它們功能強大應用靈活。

(4)傳感器與執行器,現場操作單元和執行器(如風門、水閥)是控制器的附件(耳目),有時兼有現場服務模式設置和修改 VLC控制器參數的功能。

4.2 自控系統的參數設定

(1)風機盤管控制系統:風機盤管只做就地控制,不納入計算機控制網絡,控制系統由恒溫器帶三速開關和安裝在回水管道上的電動二通閥組成。工作原理是恒溫器通電后,每隔 1min檢測一次室內空氣溫度,當室溫高于恒溫器設定溫度T,溫控器動作,輸入一個開關控制信號,二通閥驅動器運行,二通閥打開,冷凍水流過盤管進行熱交換處理,經風機送風,向室內送冷氣。當室內溫度低于控制器設定溫度 0.5℃時,溫控器動作,二通閥斷電關閉。如此循環,室內溫度保持在 T為±0.5℃范圍內,可人工調節溫控器上風機三速開關和設備啟停開關及室溫的設定點。

(2)新風機組自控系統:采用變風量系統(VAV)。由于送入各房間的風量是變化的,空調機組的風量將隨之變化,因此應采用調速裝置對送風機轉速進行調節,使之與變化風量相適應。送風機速度調節時,需引入送風壓力檢測信號參與控制,從而保證各房間內的送風壓力不會出現大的變化,使系統裝置正常工作。

(3)通過采集空調機組回風溫度或新風機組送風溫度和數值,經過與DDC控制器的設定值比較,其溫差經比例積分微分運算器 PID運算后輸出一個控制信號,調節冷凍水的供應量,從而達到控制溫度的目的。

(4)冷負荷計算:通過測量總供、回水之間的溫度值和總回水流量值,計算出大樓的冷負荷量。通過介質訪問控制地址(MBC)控制各區域電動蝶閥,調節區域冷凍水供應量,同時根據冷負荷量調節設備的開啟臺數及負荷率。

負荷計算公式為:Q=C×M×(T1-T2),Q為冷負荷,C為常數,T1為回水總管溫度,T2為供水總管溫度,M為回水流量。當負荷超過一臺機組制冷量的 80%時,第二臺機組運行。

(5)通過采集空調機組回風溫度或新風機組送風溫度和數值,經過與DDC控制器的設定值比較,其溫差經比例積分微分運算器 P ID運算后輸出一個控制信號,調節冷凍水的供應量,從而達到控制溫度的目的。

(6)系統冷負荷計算:通過測量總供、回水之間的溫度值和總回水流量值,計算出大樓的冷負荷量。通過介質訪問控制地址(MBC)控制各區域電動蝶閥,調節區域冷凍水供應量,同時根據冷負荷量調節設備的開啟臺數及負荷率。

負荷計算公式為:Q=C×M×(T1-T2),Q為冷負荷,C為常數,T1為回水總管溫度,T2為供水總管溫度,M為回水流量。當負荷超過一臺機組制冷量的 80%時,則第二臺機組運行。

(7)壓差旁通控制通過檢測集、分水器之間的壓差值APO與大樓設定的恒壓差△P=1.5 kg/cm2,在系統制冷量大于實際冷負荷時,即供水壓力與回水壓力差△PO>△P值,控制器根據實際差值計算輸出比例控制電壓 0～10 V,控制壓差旁通閥開度,冷凍水經旁通管直接由分水器流至集水器,再參與系統循環,減少冷量損失,降低循環水泵負荷,達到節能目的。通過電動閥調節壓差,使壓差保持在設定值,保證冷凍水泵的水流量,并調節冷水主機的壓力差,以延長主機的壽命。

(8)冷卻系統的監控:通過監控所有冷卻塔風機和冷卻水泵的運行狀態,電動蝶閥位置反饋,進行電動蝶閥的開度、啟停控制。監測每臺冷卻水的回水溫度,通過與設定點的比較,調節相應的冷卻水溫差閥的開度,保證進入冷凍機冷凝器的冷卻水的最佳工況。通過監測室外溫度,判斷冷卻塔的初步開啟數量。

5 空調監控系統調試

5.1 風機盤管調試

風機盤管自控系統動作溫度設定在 24℃,采樣周期 1 m in,避免電動二通閥頻繁動作,可延長使用壽命。

5.2 空調機組及新風機組調試

空調機組送風溫度設定為22℃,通過送風管溫度傳感器TS-2006-GD-10反饋信號來調節冷水管二通閥開度及風機速度,使實際溫度經PID調節趨向設定溫度。新風機組通過風壓差開關 DPS-400檢測風壓差來控制風機轉速來控制室內溫度。

5.3 冷凍機組調試

(1)自選擇啟停:根據程序或大樓的日程安排自動開關冷凍機組,自動切換 3臺冷凍機組的運行次序,累計每臺機組運行時間,自動選擇運行時間最短的機組,使每臺機組運行時間基本相等,以延長機組使用壽命。

(2)超前 /滯后控制:通過監控室外的溫度,考慮到日期和運行時間表,從而決策在保持舒適環境的同時盡可能少地開動冷凍機組系統,盡可能提前關閉冷凍機組系統,維持使用功能要求的同時減少設備的運行時間以達到節能的目的。

(3)冷凍水的設定:在保持舒適環境的同時,使冷凍水溫度設定盡可能保持在最大值,以達到節能的目的。通過檢測冷凍供回水溫度、冷凍水流量和旁通流量,計算平均負荷,以此對冷凍水和冷卻水溫度進行再設定。即先確定一個大樓內部環境溫度的設定值,后根據環境溫度和設定值的比較結果進行冷凍水溫的再設定。

(4)冷卻水控制通過調節冷卻塔開啟的數量和風機高低轉速來達到控制冷卻水溫度的目的。冷卻塔設計溫度為:冷幅 Δt=5℃,進水溫度 37℃,出水溫度 32℃,濕球溫度 28℃,大氣壓 1.004×105Pa。

(5)冷凍機組系統自動開啟順序為:開啟系統(5 s延時)※開啟冷凍水電動蝶閥(10 s延時)※開啟冷凍水泵(15 s延時)※開啟冷卻水泵(15 s延時)※開啟冷卻塔(1200 s延時)※開啟制冷劑組;冷凍機組系統自動關閉順序為:關閉冷凍系統(5 s延時)※關閉所有開啟的冷凍機(60 s延時)※關閉所有冷卻塔(300 s延時)※關閉所有冷卻水泵(15 s延時)※關閉所有冷卻水電動蝶閥(3600 s延時)※關閉所有冷凍水泵(20 s延時)關閉所有冷凍水電動蝶閥。

6 系統調試

6.1 硬件調試

對各種傳感器用幾種不同方法校驗;對各種驅動器用手動、電動模擬工作校驗;對各種 DDC進行通電測試;對中央管理站設備通電測試。

6.2 現場調試

對各 DDC子站進行現場調試:電源工作正常;接收各種傳感器信號正常;命令各種驅動器動作正常;軟件工作正常,包括編程、歷史報告、趨勢報警、實時監測報警等。

6.3 系統聯調

整個系統通電調試,全部通訊無誤;所有動態圖形、動態參數監測無誤;所有遙測、遙控功能正常;艾頓 BACtalk for W indows操作終端軟件工作正常;各種需后期編制的圖形,程序編制完成調試成功;預設空調系統冬、夏、過渡季節工況參數,并在相應工況下進行實時跟蹤調整,保證使系統達到最佳運行狀態。

7 結論

艾頓操作終端軟件是一個真正的基于視窗的樓宇自控系統操作軟件,通過BACtalk,在一臺個人計算機上就可以監視和控制整個系統,通過系統軟件平臺,系統地管理空調設備,發揮設備的整體優勢和潛力,優化設備的運行狀態和時間,提高其利用率,從而延長設備的壽命,做到降低能源消耗。