溫州永強(qiáng)機(jī)場(chǎng)樓宇自控系統(tǒng)優(yōu)化方法初探

肖　楓

[摘要]以溫州永強(qiáng)機(jī)場(chǎng)剛剛建設(shè)完成的航站樓樓宇自動(dòng)化控制工程為例，探討此類建筑的節(jié)能措施與其原理，研究實(shí)現(xiàn)航站樓建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)及照明節(jié)能的有效途徑和優(yōu)化方法。確立智能建筑能量管理與控制系統(tǒng)優(yōu)化的基本出發(fā)點(diǎn)、優(yōu)化原則及技術(shù)措施，對(duì)于智能建筑節(jié)能實(shí)現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞]DDC 能源消耗 暖通空調(diào) 節(jié)電量

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2009）0720109－01

一、引言

隨著人們節(jié)能意識(shí)的不斷增強(qiáng)，樓宇自控系統(tǒng)作為建筑智能化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到各種智能建筑中。如果該系統(tǒng)能夠最大程度地發(fā)揮出其功效，那么對(duì)于“節(jié)能”而言意義重大。但根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，樓宇自控系統(tǒng)的節(jié)能效果卻不盡理想。因此，“如何合理利用建筑智能化實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能”成為了業(yè)內(nèi)人士當(dāng)前普遍關(guān)注的問(wèn)題。

從可持續(xù)發(fā)展理論出發(fā)，建筑節(jié)能的關(guān)鍵又在于提高能量效率，因此無(wú)論制訂建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)還是從事具體工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，都應(yīng)把提高能量效率作為建筑節(jié)能的著眼點(diǎn)。

從目前計(jì)算機(jī)在過(guò)程控制中的應(yīng)用情況來(lái)看，可以分為兩大類，即：直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Control簡(jiǎn)稱DDC）和監(jiān)督控制系統(tǒng)（SupervisoryCommuter Control簡(jiǎn)稱SCC）。溫州永強(qiáng)機(jī)場(chǎng)采用的正是先進(jìn)的DDC 系統(tǒng)對(duì)機(jī)場(chǎng)內(nèi)的重要建筑（如航站樓、動(dòng)力中心等）進(jìn)行自動(dòng)化管理，為整個(gè)機(jī)場(chǎng)的能源、照明、通信、給排水等方面提供自動(dòng)控制，在很大程度上體現(xiàn)了信息技術(shù)和實(shí)際設(shè)備之間高效的、緊密的結(jié)合?，F(xiàn)代化的航站樓，每實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)功能都必須裝備大量的設(shè)備，例如：照明、空調(diào)、電梯、用水、用電等，無(wú)一不是建立在大量的電氣或機(jī)械設(shè)備之上。要讓這些設(shè)備高效運(yùn)行，就必須要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)、合理地監(jiān)視、控制和維護(hù)。

二、機(jī)場(chǎng)樓宇系統(tǒng)簡(jiǎn)介

溫州永強(qiáng)機(jī)場(chǎng)的航站樓地面有兩個(gè)樓層，新建航站樓22730平方米，改造老航站樓11614平方米，按滿足2015年旅客吞吐量600萬(wàn)人次，貨郵吞吐量6萬(wàn)噸的要求建設(shè)。航站樓樓宇系統(tǒng)采用開(kāi)放式集散系統(tǒng)，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，DDC分站連接傳感器、執(zhí)行器的輸入輸出模塊，應(yīng)用MS/TP現(xiàn)場(chǎng)總線，從分布在航站樓的弱電間走向設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，形成分布式輸入輸出現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層，從而使系統(tǒng)的配置更加靈活。由于BACnet技術(shù)的開(kāi)放性，使分站具有了一定程度的開(kāi)放規(guī)模。BAS控制網(wǎng)絡(luò)就形成了三層結(jié)構(gòu)，分別是管理層（中央站）、自動(dòng)化層（DDC分站）和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層。溫州機(jī)場(chǎng)采用HONEYWELL公司的全局控制器BACtalk為主控模塊，下掛若干個(gè)子網(wǎng)，根據(jù)不同的要求，下掛有74個(gè)DDC。每個(gè)DDC控制采用BACnet MS/TP網(wǎng)絡(luò)與主模塊相連，同時(shí)各DDC也能獨(dú)立工作。數(shù)據(jù)的傳輸速率為78.6K bps，已能滿足日常工作的需要。

為使溫州永強(qiáng)機(jī)場(chǎng)的BAS能充分發(fā)揮其自身的作用，使BAS能準(zhǔn)確、靈活地控制航站樓的相關(guān)設(shè)備，更好地達(dá)到節(jié)約人力、節(jié)約能源的最終目的，在BAS設(shè)計(jì)中考慮了BAS與機(jī)場(chǎng)集成系統(tǒng)（CUTELNK）的聯(lián)網(wǎng)通信，用于獲取航班計(jì)劃信息。CUTELNK系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)場(chǎng)內(nèi)部以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供給BAS網(wǎng)關(guān)，并經(jīng)網(wǎng)關(guān)上的串行接口輸出至BAS系統(tǒng)，在航班信息接口正確處理完信息并傳送到BAS 后，通訊軟件通過(guò)DAC 硬件模塊將航班信息轉(zhuǎn)化為0～5 V 模擬信號(hào)。BAS 可以向預(yù)先設(shè)定的控制點(diǎn)發(fā)出開(kāi)關(guān)指令，進(jìn)行操作，開(kāi)啟后所有的調(diào)節(jié)均按照事先制定的方案及編制的程序。BAS 通過(guò)對(duì)區(qū)域控制（群控）組點(diǎn)的控制，使相關(guān)區(qū)域的照明、空調(diào)等設(shè)備根據(jù)航班計(jì)劃，按最節(jié)能模式啟停（只開(kāi)啟基本設(shè)備）。當(dāng)然，BAS 可以做到在中控室計(jì)算機(jī)發(fā)出相關(guān)提示，由操作人員按提示進(jìn)行操作，使操作人員更明確現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作情況。

三、工程實(shí)施過(guò)程中常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題與解決措施

由于航站樓不同于一般大廈，在設(shè)備控制上有著很多的不同點(diǎn)，簡(jiǎn)單的朝九晚五模式在這里根本行不通。溫州機(jī)場(chǎng)分國(guó)內(nèi)、國(guó)際的旅客區(qū)域，要隨時(shí)根據(jù)飛機(jī)起降的航班計(jì)劃調(diào)整特定的燈光，空調(diào)等相關(guān)設(shè)備。采用傳統(tǒng)的控制方式已經(jīng)完全不適應(yīng)這種多變的需求，采用合理控制是勢(shì)在必行的。

在建筑智能控制系統(tǒng)工程的實(shí)施過(guò)程中，通常會(huì)發(fā)生以下一系列問(wèn)題，解決的不好不但對(duì)投資、運(yùn)行、能源消耗起負(fù)面的影響，而且還危及人員的健康。

1. 對(duì)夏季、冬季及過(guò)渡季的認(rèn)識(shí)深度不夠。空調(diào)系統(tǒng)所指的夏季、冬季及過(guò)渡季控制參數(shù)是按照夏季、冬季及過(guò)渡季三種狀態(tài)劃分的三種工況，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的溫度、濕度或焓值等工作環(huán)境參數(shù)，如果僅僅按照夏季、冬季及過(guò)渡季的實(shí)際季節(jié)變化來(lái)簡(jiǎn)單的理解，往往使得空調(diào)系統(tǒng)最終得不到理想的控制效果。

2. 暖通空調(diào)自控系統(tǒng)，其精髓在于把握空調(diào)工藝中的“定”和“變”兩字上。工程實(shí)施中往往未能根據(jù)不同管路、不同工況下的“定風(fēng)（或定流）量”或“變風(fēng)（或變流）量”的特性要求設(shè)計(jì)自控系統(tǒng)，如制冷機(jī)冷凍／冷卻循環(huán)水定流量；新風(fēng)處理機(jī)組一般定新風(fēng)量；變風(fēng)量的空調(diào)機(jī)組分變新風(fēng)量（或定新風(fēng)比）和定新風(fēng)量（或變新風(fēng)比）等。新風(fēng)處理機(jī)組大都采用“定新風(fēng)量”的設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)往往沒(méi)有引起電氣控制工程師的足夠重視。在新風(fēng)閥的控制上一般僅要求位式控制，新風(fēng)閥多采用雙向單相（AC 220V／AC24V，三線）電機(jī)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位式控制；為盤管防凍新風(fēng)閥設(shè)計(jì)成與送風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)；為防止風(fēng)閥壓差過(guò)大無(wú)法開(kāi)啟，通常先打開(kāi)新風(fēng)閥，后開(kāi)送風(fēng)機(jī)，停風(fēng)機(jī)即關(guān)閥。

3. 根據(jù)已建項(xiàng)目的綜合統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占整個(gè)建筑物能耗的40%，因此BAS系統(tǒng)在對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控與調(diào)節(jié)過(guò)程中體現(xiàn)節(jié)能，意義變得十分重大。特別是航站樓的空間面積大，人流多，冷負(fù)荷的變化大，如果整個(gè)空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)、制冷機(jī)組等大型耗能設(shè)備無(wú)任何節(jié)能控制措施，能源的耗費(fèi)將是巨大的。另外，建筑在照明用電方面也是耗能的部分。

因此，采用最優(yōu)化的節(jié)能控制模式來(lái)滿足航站樓的功能要求，不僅為運(yùn)營(yíng)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可使系統(tǒng)處于較佳的工況下運(yùn)行，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。對(duì)樓控系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)研和規(guī)劃，從工程設(shè)計(jì)的角度也可以起到一定的效果。

經(jīng)對(duì)溫州地區(qū)的實(shí)踐證明，夏季室內(nèi)溫度降低1℃或冬季升高1℃，除對(duì)暖通空調(diào)工程的投資增加6％，能耗增大8％外，加大室內(nèi)外溫差也不符合衛(wèi)生學(xué)要求。舒適性空調(diào)夏季比較理想的室內(nèi)溫度是比室外環(huán)境溫度低5-8℃為好。

中央空調(diào)能耗一般包括三部分，即（1）空調(diào)冷熱源；（2）空調(diào)機(jī)組末端設(shè)備；（3）水或空氣輸送系統(tǒng)。這三部分能耗中，冷熱源能耗約占總能耗的一半左右，是空調(diào)節(jié)能的重要內(nèi)容。如果把各自消耗的能量折算成一次能源，則各類機(jī)組均可用單位時(shí)間內(nèi)一次能源消耗能量所制取的冷量或熱量進(jìn)行比較。單從能耗角度考慮，夏季制冷：離心式、螺桿式冷水機(jī)組一次能源效率最高，蒸氣兩效LiBr吸收式冷水機(jī)組一次能源效率最?。欢竟幔郝輻U式、活塞式熱泵冷熱水機(jī)組一次能源效率最高，電熱水機(jī)組最低，即能耗最高。