石家莊中鐵廣場中央空調(diào)自控系統(tǒng)設計及調(diào)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(yè)、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(yè),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(diào)機。

2 樓宇自控系統(tǒng)(BAS)

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

3 中央空調(diào)系統(tǒng)

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

4 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用 BACnet協(xié)議,參照國際標準化組織(ISO)制定的開放系統(tǒng)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(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和應用層。

4.1 BACtalk系統(tǒng)的組成要素

(1)BACtalk中央操作站,漢化的人機監(jiān)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(wǎng)絡集成控制器和路由器,執(zhí)行全局控制策略,通過VLC控制器協(xié)調(diào)設備的運行,管理自動控制功能的執(zhí)行,傳遞網(wǎng)絡信息。

(3)現(xiàn)場數(shù)字控制器,在線完全可編程控制器,通過MS/TP網(wǎng)絡 DDC參數(shù)值的變化和發(fā)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(zhí)行器,現(xiàn)場操作單元和執(zhí)行器(如風門、水閥)是控制器的附件(耳目),有時兼有現(xiàn)場服務模式設置和修改 VLC控制器參數(shù)的功能。

4.2 自控系統(tǒng)的參數(shù)設定

(1)風機盤管控制系統(tǒng):風機盤管只做就地控制,不納入計算機控制網(wǎng)絡,控制系統(tǒng)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(nèi)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(qū)動器運行,二通閥打開,冷凍水流過盤管進行熱交換處理,經(jīng)風機送風,向室內(nèi)送冷氣。當室內(nèi)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(huán),室內(nèi)溫度保持在 T為±0.5℃范圍內(nèi),可人工調(diào)節(jié)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(tǒng):采用變風量系統(tǒng)(VAV)。由于送入各房間的風量是變化的,空調(diào)機組的風量將隨之變化,因此應采用調(diào)速裝置對送風機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié),使之與變化風量相適應。送風機速度調(diào)節(jié)時,需引入送風壓力檢測信號參與控制,從而保證各房間內(nèi)的送風壓力不會出現(xiàn)大的變化,使系統(tǒng)裝置正常工作。

(3)通過采集空調(diào)機組回風溫度或新風機組送風溫度和數(shù)值,經(jīng)過與DDC控制器的設定值比較,其溫差經(jīng)比例積分微分運算器 PID運算后輸出一個控制信號,調(diào)節(jié)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(zhì)訪問控制地址(MBC)控制各區(qū)域電動蝶閥,調(diào)節(jié)區(qū)域冷凍水供應量,同時根據(jù)冷負荷量調(diào)節(jié)設備的開啟臺數(shù)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(shù),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(diào)機組回風溫度或新風機組送風溫度和數(shù)值,經(jīng)過與DDC控制器的設定值比較,其溫差經(jīng)比例積分微分運算器 P ID運算后輸出一個控制信號,調(diào)節(jié)冷凍水的供應量,從而達到控制溫度的目的。

(6)系統(tǒng)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(zhì)訪問控制地址(MBC)控制各區(qū)域電動蝶閥,調(diào)節(jié)區(qū)域冷凍水供應量,同時根據(jù)冷負荷量調(diào)節(jié)設備的開啟臺數(shù)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(shù),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(tǒng)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(jù)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(jīng)旁通管直接由分水器流至集水器,再參與系統(tǒng)循環(huán),減少冷量損失,降低循環(huán)水泵負荷,達到節(jié)能目的。通過電動閥調(diào)節(jié)壓差,使壓差保持在設定值,保證冷凍水泵的水流量,并調(diào)節(jié)冷水主機的壓力差,以延長主機的壽命。

(8)冷卻系統(tǒng)的監(jiān)控:通過監(jiān)控所有冷卻塔風機和冷卻水泵的運行狀態(tài),電動蝶閥位置反饋,進行電動蝶閥的開度、啟?？刂?。監(jiān)測每臺冷卻水的回水溫度,通過與設定點的比較,調(diào)節(jié)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(jiān)測室外溫度,判斷冷卻塔的初步開啟數(shù)量。

5 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試

5.1 風機盤管調(diào)試

風機盤管自控系統(tǒng)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(diào)機組及新風機組調(diào)試

空調(diào)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(diào)節(jié)冷水管二通閥開度及風機速度,使實際溫度經(jīng)PID調(diào)節(jié)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(zhuǎn)速來控制室內(nèi)溫度。

5.3 冷凍機組調(diào)試

(1)自選擇啟停:根據(jù)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(jiān)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(huán)境的同時盡可能少地開動冷凍機組系統(tǒng),盡可能提前關閉冷凍機組系統(tǒng),維持使用功能要求的同時減少設備的運行時間以達到節(jié)能的目的。

(3)冷凍水的設定:在保持舒適環(huán)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(jié)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(nèi)部環(huán)境溫度的設定值,后根據(jù)環(huán)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(diào)節(jié)冷卻塔開啟的數(shù)量和風機高低轉(zhuǎn)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(tǒng)自動開啟順序為:開啟系統(tǒng)(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(tǒng)自動關閉順序為:關閉冷凍系統(tǒng)(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(tǒng)調(diào)試

6.1 硬件調(diào)試

對各種傳感器用幾種不同方法校驗;對各種驅(qū)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(xiàn)場調(diào)試

對各 DDC子站進行現(xiàn)場調(diào)試:電源工作正常;接收各種傳感器信號正常;命令各種驅(qū)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(jiān)測報警等。

6.3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

整個系統(tǒng)通電調(diào)試,全部通訊無誤;所有動態(tài)圖形、動態(tài)參數(shù)監(jiān)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(diào)試成功;預設空調(diào)系統(tǒng)冬、夏、過渡季節(jié)工況參數(shù),并在相應工況下進行實時跟蹤調(diào)整,保證使系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)。

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(tǒng)操作軟件,通過BACtalk,在一臺個人計算機上就可以監(jiān)視和控制整個系統(tǒng),通過系統(tǒng)軟件平臺,系統(tǒng)地管理空調(diào)設備,發(fā)揮設備的整體優(yōu)勢和潛力,優(yōu)化設備的運行狀態(tài)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。