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楼宇自控系统如何实现节能效果?

智能办公楼是将计算机技术、通信技术、信息技术和建筑技术相结合,通过楼宇自控系统,向人们提供安全、高效、舒适、便利的建筑环境。楼宇自控系统能改善建筑设备的性能,通过充分发挥被控设备的运行效率,实现建筑物内能源优化调度,降低运营成本,是建筑智能化中最具深度和潜力的节能技术。

利用楼宇自控系统这一中枢“大脑”,开展既有建筑的节能减排工作,是物业公司管理水平和竞争力的重要体现。本文结合机关办公楼的物业管理经验及节能控制案例,具体分析楼宇自控系统在物业管理工作中存在的问题及如何提高日常设备的管理水平,发挥其节能潜力。

楼宇自控系统如何实现节能效果?


楼宇自控系统在物业管理上面临的问题


当前,楼宇自动化系统作为大楼设备运行中枢“大脑”的功能往往未充分发挥出来,楼宇自动化系统往往处在实现远程设备简单的启、停控制及实时监测的基本功能阶段,未达到优化楼内各设备系统运行状态的效果,从而制约了节能潜力的挖掘。

对于既有智能建筑的节能而言,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所在。所谓节能,大致可以分为两个方面。一是针对楼内用户的使用需求,实现能源供需平衡,避免能源浪费。二是通过设备或材料更新,替代旧有的高耗能设备及保温材料。

目前,很多单位在节能工作的认识上仍存在局限性,认为节能就是进行设备更新,即更换更加节能的灯具、引入更加节能的保温材料。诚然,通过此类方式能够快速实现节能效果,但与添购新设备、材料所需的巨额投入相比,投资回报率较长,有的甚至在10年以上。

而通过调节建筑物内能源供需平衡,需要投入的费用相对较少,但需要在深入了解楼内各项能源需求的基础上,通过科学的操控,提高公共区域的舒适度,为业主提供舒适的工作、生活环境,这就需要通过现有楼宇自控系统实现。

楼宇自控系统如何实现节能效果?


冷源分配不均的现象及原因分析


空调系统在楼宇建筑中能耗占比最大,约为40%~60%,因此对空调设备的节能控制显得尤为重要。空调系统在设计时通常以按天气最热最冷、负荷最大时的条件计算,并且预留10%~20%设计余量。鉴于建筑物实际运行中绝大部分时间不会在满负荷工作下,空调系统实际存在较大的运行裕量。

因此,通过楼宇自控系统对空调设备进行节能控制,可以大幅降低能源消耗,提高设备使用效率,带来显著的经济效益。下面结合作者对办公楼的节能控制实例,介绍如何通过楼宇自控系统运行程序,实现办公楼整体冷源合理调配。

案例背景:某办公楼于1997年建成,共有A、B、C、D四座单体建筑,系统冷源均由A座地下的一个冷冻站提供。其中,D座建筑为食堂、会议用途,地下两层、地上三层,总建筑面积约为1万平方米。除地上三层为会议厅外,地下二层至地上二层均为餐厅、食堂。会议厅最多可容纳800人,是进行大型会议、演出的重要场所。从空调系统来看,会议厅处于D座建筑冷源供给的最末端。随着气温逐年升高,设备日趋老化,会议厅内出现了制冷效率出现明显不足的现象,尤其在夏季室外温度较高时,无法及时保证将会场内的温度控制在舒适范围内。

为解决上述问题,主要有两种方案可供选择。

一种为惯常方案,即增加冷源运行设备(冷冻机、冷冻水泵等)。此方式虽然可以满足会议厅的冷源需求,但却容易出现因其他空调机组冷源需求供给过量,导致冷水机组总体供回水温差低,冷源效率不佳的状况,且大幅增加了设备的运行费用及日后维护、检修的工作量;

另一种方案是优化现有单泵冷源供给的分配,通过调整现有控制程序,在不投入更多运行设备的基础上,进行节能潜力挖掘。为实现第二种方案,我们首先对D座空调系统进行了系统检测,从水路(压力、流量)、风路(风量)及自控系统(传感器、执行器、控制程序)三个方面进行。

从检测结果来看,D座冷源供水流量分布不均,在单台冷冻泵运转情况下,3层会议厅的冷源供水流量大多被1、2层食堂截取,造成了食堂供回水温差小、会议厅的供回水温差大的现象,使得会议厅的温度控制无法及时保证。

造成此问题的原因,主要有以下3个因素:

(1)空调机的控制时程安排不合理

从能源使用需求时间看,食堂、后厨、会议厅使用时间并不完全相同,且食堂用餐高峰与会议时间一般不同。因此,上述三种区域的空调机组应按冷源实际需求进行启停控制,但楼宇自动化系统各空调机组的初始控制程序的启动时间均一致,导致各区域在同一时刻内集中使用冷源,造成了冷源供给与实际需求不对应的现象。

(2)未能够有效利用自然冷源

目前D座各空调机的新风控制均采用20%新风80%回风的混风控制方式,由于新风温度随室外时间变化,在夏季时温度较低且湿度合适的时(特别是早上5点至8点时)应多采用自然冷源,而在室外温度较高时,在满足室内空气指标(即二氧化碳浓度上限的条件下),可以采用闭式循环(即全回风模式)或最小新风模式,以节省冷源需求。

(3)风机频率未能做有效即时调整

目前D座空调机组虽然配备了变频器,但未对频率加以动态控制。当室外温度较低时,可以加大空调机的频率,高效利用自然冷源。当空调系统供回水温差较小,冷源利用率较低时,也可采用提高空调机频率的方式,加大单位时间内的风量,提升热交换总量,进而提高空调机供回水温差,充分利用冷源。

楼宇自控系统如何实现节能效果?



优化冷源供给调度的节能运行方案


针对上述问题,我们采取了优化控制方式,以“分时、分段、分温度”为指导原则,依据使用情况分配冷源,具体内容如下:

针对D座3层会议厅与D座其他食堂区域冷源时间需求不同的特点,我们通过楼宇自控系统对风机回水水阀的控制,分不同时间段满足各自使用需求。在上午,尤其是早9:00至11:00阶段,整个系统优先食堂后厨的冷源需求,而在中午11:00至1:00时,优先保证食堂餐厅内的冷源需求。在其他时段,优先保证会议厅的供冷需求,当出现回水水温过高,进而出现冷源不足时,可提高餐厅的设定温度,同时联动控制食堂空调机组的水阀开度,将冷源优先供给会议厅需求。

同时,若会议厅上午需使用,则通过预冷方案进行控制,即在每日早5:00开启会议厅空调机组,使室温降为较低值。若室外温度较低,则可全开新风阀,并将风机频率开至最大50Hz,争取在早7:00前提前将室内温度控制在室内21°-22°的范围。在7:00-8:00后,利用会议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,减小新风阀开度,满足会议召开时的室内温度控制需求。

从实践情况来看,通过楼宇自控系统对空调设备的启停时间、风机频率、新风阀开度以及水阀开度等进行实时控制,达到了优化冷源分配方式的效果,在未开启其他冷冻机组及冷冻水泵的情况下,实现了冷源的优化供给,避免了因会议厅冷源需求不足而增加冷源系统设备运转数量,造成冷源的浪费。

在建筑物已经投运后,根据建筑物实际的使用功能和设备负荷,对设备系统的运行状态进行精确调整,在保证室内空间舒适要求下实现节能运行,是一个综合、系统的质量控制过程。物业管理人员需在充分了解建筑物内能源需求特点的同时,熟练掌握对楼宇自控系统及被控设备的运行原理,以办公楼整体能源调配为目标,最大限度地调配好现有能源供给,以达到节能效果,从而实现企业效益与社会效益的共赢。


节能利国利民利己-节能就省钱-节能就环保
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为什么要节约用电,除了杜绝浪费更重要的是保护环境。

“节约用电”是我们一直所提倡的,但是很多人并不清楚节约用电的意义,单纯的认为浪费电就是要多花钱。实际上节约用电除了减少浪费更大的意义在于环保。火力发电的污染相信大家都是有目共睹的,烧煤必然就产生二氧化硫,二氧化碳。即便经过处理,也不能完全杜绝污染的发生。温室效应,酸雨,包括雾霾,这些都或多或少跟火力发电有关。那么随着近年来新能源行业的兴起,是不是就不影响环境了呢?实际上并不是这样。

发电的形式多种多样,但本质却殊同同归。

我们常见的发电形式有火电、水电、核电、风电、光伏,包括近几年兴起的潮汐发电、垃圾发电、生物质能发电。看起来种类繁多,实际上从本质分类是很简单的。

发电可以分两种

1.其他形式的能量→机械能→电能

这种发电形式是用的最多的,看起来种类繁多只是选用的初始能量不同。像火电,水电,核电,垃圾发电以及风电都是这种模式。它们都是通过其他形式的能量推动电机进行发电的。比较特殊的是风电和水电,这两种直接借用了大自然的动能。而像火电,核电,垃圾发电都是通过燃烧利用水蒸气推动发电机运行,所以也被戏称为“烧水”模式。

2.光能→电能

在所有形式的发电中光伏发电是最特殊的,因为光伏发电的过程中不出现机械能,也不需要燃烧。但相比其他形式发电,增加了逆变这个环节,光伏发出来的电是直流电,而电网是交流电电,所以必须通过逆变器再升压才能并网使用。

电能是一种即时能量。

我们在家里用电,电器一开就直接用了,是不是电是储存在电网上的呢?电是一种即时能量,对于电力系统这种庞然大物就目前的技术来看是无法储存电能的,用电和发电都是同时进行的。不存在这边发完储存好,那边用的时候随时用。所以发电和用电之间有一个很重要的平衡关系,这是一门很深的学问,不是三言两语就能说清楚的,感兴趣的朋友可以了解一下。

发电也会产生污染。

我们日常生活中认为电是一种清洁能源,因为用电的过程中不既产生废气、也不产生残渣,更不产生异味。电作为一种二次能源,相当于深加工的产品,在生产它的过程中产生的影响只是大家看不到而已,并不是说没有,我们就挑选几个有代表性的说一说。

1.火力发电

为什么要节约用电,除了杜绝浪费更重要的是保护环境。


我相信这种形式大家是很熟悉的,优点是高效稳定最大的缺点就是污染空气。我们发展新能源的主要目的就是减少火电对空气的影响。尽管国家大力发展新能源,但目前还是以火力发电为主,因为其成熟的技术、低廉的成本、和优越的稳定性综合起来还是无法替代的。

2.光伏发电

为什么要节约用电,除了杜绝浪费更重要的是保护环境。


光伏发电看起来是最清洁的,不用燃烧,不产生废气。但太阳能电池板所用到的单晶硅,多晶硅在生产的过程中污染并不小,其次光伏相比其他能源效率低,所以占地面积往往都非常大,再者光伏在直流变交流的过程中会产生较强的电磁干扰。

光伏不会污染空气,但生产硅的时候会产生污水,和硅泥,并非绝对的清洁。

3.风电

为什么要节约用电,除了杜绝浪费更重要的是保护环境。


风力发电既不用燃烧,制造材料也不造成污染能说是绝对的环保吗?很遗憾还是不能,风电并不会产生废气,废水这种直观的污染物。但是大家很容易忽略一个重要的点,那就是气候。在我们的概念中气候是个很大的概念,小小的风力发电设备能产生多大影响?

这个想法是不对的,一台设备确实没多大影响,但这种设备成百上千的摆在一起就不能小觑了。我想之前的人也没有意识到一个小小的火力发电站能影响到空气吧。

3.水力

为什么要节约用电,除了杜绝浪费更重要的是保护环境。


说到这里水电的影响我想大家也能猜出来,建立大坝截流发电对环境也是有影响的,当地的水土资源、水里的生物,都会受到影响。这个效应既不像火电那么明显,也不像光伏和风电那样容易理解,但不意味着不存在。

总结

新能源并不是绝对的清洁能源,只是把对空气的影响分摊给了其他方面,所以无论是什么形式的发电,节约用电才是最真实有效的环保。生成电能的过程是有一定影响的,但这跟提倡用电并不矛盾,相比其他形式由专业人员按照严格的流程进行生产,可以把效率提升至最高,也可以把污染降到最低。总之就是我们提倡用电,但要合理利用,不浪费。


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