一种中央空调智能控制与管理系统的设计与实现

引言

地源空调的运行完全依靠电力,需要尽可能降低能耗,而采用一体化低碳中央空调智能控制和管理系统是降低能耗的有效途径。在地源空调系统设计和建设时,加入能耗运行管理机制,将它们纳入在同一个体系下进行全面建设和管理,从而提高地源空调系统的管理水平和效率,降低运行费用和维护成本,进一步提高能源利用率。

本文以邯郸机场地面附属设施供暖、制冷节能改造工程为例,以节能为目的,对该项目中的地源热泵空调系统实施一体化低碳中央空调智能控制和管理,对邯郸机场办公楼、候机楼和机房等主要建筑楼/群,通过安装传感器和控制器,利用系统控制服务器实现远程实时监测和节能控制。

1系统设计

一体化低碳中央空调智能控制和管理系统是在空调系统的关键部位安装传感器和控制器,如温度传感器、压力传感器、流量传感器和控制阀门等,通过网络将传感器采集的数据传输到数据服务器,数据服务器将显示、存储和处理这些数据,管理人员能够随时掌握空调区域和系统的设备运行状况,进而通过控制服务器对空调系统进行人工或者自动控制,如关闭不需要空调的区域:调整地埋管运行区域等,达到节能的目的。图1为一体化低碳中央空调智能控制和管理系统结构,该项目数据服务器和主控制服务器在硬件上集成为一台管理服务器,三台控制服务器同时承担数据服务器等功能。

2分项设计

2.1地源和末端管线系统

为了掌握地源和末端的温度、压力和流量等工作状况,对它们的进出水点进行温度、流量和压力监测,传感器通过工业总线网络与数据采集服务器相连接。同时,在建筑物典型位置安装温度传感器,在建筑物主要空调管路上安装控制器,以调整建筑物风机,根据负载条件实现控制管理。

2.2能耗监测

地源空调系统的能耗主要是电力,在供电线路的不同部位安装电计量表,实时计量数据通过工业总线网络进入系统控制服务器,经过存储、数据标准化和计算等处理得出实时能耗。

2.3数据采集服务器、数据库和管理服务器

数据采集服务器负责对整个系统的运行工况监测传感器进行管理和实时的数据采集,服务器与传感器之间采用工业总线连接,连接方法将根据现场条件采用有线方式,具体控制由安装在数据采集服务器上的专用软件完成。

系统采用关联性数据库,全部实时数据都按原始状态存储在原始数据库表中:经过标准化处理的数据存储在标准化数据库表中。

2.4控制管理服务器

控制服务器为一体化低碳中央空调智能控制和管理系统的核心设备,承担着与传感器通信、数据采集、设备控制和区域组网的功能,服务器有相应的接口与其他设备连接,安装有控制区域数据库和相关的运行程序。控制服务器与管理服务器之间的通信由一套加载在Zigbee和Ethernet网络上的多通道多任务的通信管理软件实现,它使得管理服务器与安装在不同建筑物中的三台控制服务器实现连接和通信。控制服务器采用自主知识产权的软件产品,其主要技术参数及性能指标不在此赘述。

2.5远程通信控制单元与传输网络

远程通信是系统实现实时管理的通道,采用4G/DTU工业级无线数据传输设备,支持无线网络GPRs/TD-LTE:采用ARM9工业级高性能嵌入式处理器,以实时操作系统为软件支撑平台,拥有超大内存,内嵌TCP/IP协议栈:设备支持双数据中心备份以及多数据中心同步接收数据等功能。

服务器之间采用Zigbee协议连接,进而避免在机场内实施数百米的有线连线,避免无线通信干扰,同时可以无缝传输MoDBU/RTU和IEEE7802.等通信协议数据。对外通信通过3G无线网络和TCP/IP协议、D4s虚拟域名解析协议、自定义数据传输协议和具有安全保护机制的远程访问协议。

3工程施工

31机场机房

机房作为本次项目能源的提供单位,需要对该系统内的设备,管路运行状态、流量、压力、温度等各项指标进行检测分析。本次系统对机房设计主要如下:

(1）在地源泵和末端循环泵主管路的送回水管上分别安装一个远传流量表,实时采集系统的流量数据:

(2）在地源泵和末端循环泵主管路的送回水管上分别安装一个远传压力计和温度计,实时监测系统内用水的压力和温度变化,加以数据的标准化处理,为系统的有效运行提供数据基础:

(3）在机房室外安装一个远传温度计,实时监测机房环境温度:

(4）在机房配电柜内安装远传电表,对系统内的设备进行分项计量和数据处理,实现有效的能耗管理。

机房远传水表、压力计、温度计安装作业如图2所示。

3.2机场办公楼

针对机场人员日常办公,对空调系统的监测和控制可以分为一至四层楼统一管理。通过在每个楼层安装远传温度器对整个办公楼进行环境温度监测:同时,在空调的主干线路上增加远程控制器,设计办公楼内的空调每天定点关机、延时恢复,在不影响人员正常使用的前提下,进行节约能源的行为管理。

3.3机场候机楼

候机楼区域是本次项目设计的最重要区域。候机楼分为贵宾区、安检区(候机区）、休闲区、机场大厅、到达区1个区域,工程设计分别在这1个区域安装远传温度传感器,实时监测区域环境温度。对原有的0个通道式风机增加远程控制器,实行统一管理,通过互联网,可由具备权限的人员对该风机的空调开关机状态实现实时管理,确保其得到有效使用。

4系统运行与测试

将本系统运行在邯郸机场地源空调节能远程实时监管系统中,打开软件登陆界面,点击"登陆"按钮,进入首页。首页上标题左侧为当前系统时间,右侧为实时室外温度,左侧为菜单栏,菜单栏内容包括:瞬时数据、历史数据、统计数据、空调管理和设备人员。

邯郸机场地源空调节能远程实时监管系统—机房设备工况图如图.所示。其中,"供电总线N""供电总线0""主机N""主机0""地源水泵"和"末端水泵"为电表模块,实现主要能源状态和能耗数据监测功能,"运行功率"模块之后是"候机楼"模块,"候机楼"模块分别显示候机楼管道的进水温度、出水温度、进水压力、出水压力。页面下半部分为水泵模块,分别显示的是末端水泵和地源水泵的进水温度、出水温度、进水压力、出水压力、管道流量、进水能量、出水能量和能量差值。

图3邯郸机场地源空调节能远程实时监管系统—机房设备工况图

5结语

该系统经过长期的运行与调试,可以对整个中央空调系统的耗电量、热量、运行工况等进行全自动实时监控和计量,消除了以前分散式运行及管理造成的能源浪费现象,实现了机场空调系统的整体运行管理,其节能效果明显。同时,长期的各种能耗监测数据,通过统计学方法可得到绿色能源的使用定量化结果,进而能够深入探讨绿色能源的成本和价值。