石家庄中铁广场中央空调自控系统设计及调试

张晓东,杜向军

(中铁天丰建筑工程有限公司,北京 100000)

1 工程概况

石家庄中铁广场是一座集商业、餐饮、写字楼的综合楼宇,建筑面积 76374m2,地下 2层,地上 28层。按照功能划分地下 2层是设备用房和车库。1～4层是餐饮和商业,A塔楼 5～11层是宾馆,其余为写字楼。地下 1层设有冷冻机房、水泵房、配电室,冷却塔设在地上车道口处,每层设有空调机。

2 楼宇自控系统(BAS)

本系统以智能楼宇标准设计,采用 BACtalk楼宇自控系统,对冷水机组、空调机组、送排风、给排水、变配电及照明系统等实施监控。能在控制中心显示及打印各系统设备及附件运行状态及运行主要参数,进行远距离控制。实现设备的最优化启停及控制、时间通道、设备台数控制、动态图形显示、报警及打印、能耗统计等。

3 中央空调系统

中铁广场中央空调设置 3台约克冷水机组,5台冷冻水循环泵,5台冷却水循环泵和 3台冷却塔。冷冻水系统按照使用部位分为 4个区域,第一区域为 1～4层商业及餐饮区,末端采用空调机组及风机盘管;第二区域 A塔 12～28层楼办公区,末端采用风机盘管;第三区域 B塔 5～26层楼办公区,末端采用风机盘管;第四区域 A塔楼 5～11层宾馆区,末端采用空调机组及风机盘管。

4 空调监控系统

本系统采用 BACnet协议,参照国际标准化组织(ISO)制定的开放系统互连参考模型(OSI/RM)的体系结构,提出了一种简化的 4层体系结构,相当于 OSI/RM模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层。

4.1 BACtalk系统的组成要素

(1)BACtalk中央操作站,汉化的人机监控界面。图形编程、时间表控制、趋势记录以及其它自动控制功能的设置工具。

(2)网络集成控制器和路由器,执行全局控制策略,通过VLC控制器协调设备的运行,管理自动控制功能的执行,传递网络信息。

(3)现场数字控制器,在线完全可编程控制器,通过MS/TP网络 DDC参数值的变化和发生的事件(如报警)。浮点运算和模拟输出使它们功能强大应用灵活。

(4)传感器与执行器,现场操作单元和执行器(如风门、水阀)是控制器的附件(耳目),有时兼有现场服务模式设置和修改 VLC控制器参数的功能。

4.2 自控系统的参数设定

(1)风机盘管控制系统:风机盘管只做就地控制,不纳入计算机控制网络,控制系统由恒温器带三速开关和安装在回水管道上的电动二通阀组成。工作原理是恒温器通电后,每隔 1min检测一次室内空气温度,当室温高于恒温器设定温度T,温控器动作,输入一个开关控制信号,二通阀驱动器运行,二通阀打开,冷冻水流过盘管进行热交换处理,经风机送风,向室内送冷气。当室内温度低于控制器设定温度 0.5℃时,温控器动作,二通阀断电关闭。如此循环,室内温度保持在 T为±0.5℃范围内,可人工调节温控器上风机三速开关和设备启停开关及室温的设定点。

(2)新风机组自控系统:采用变风量系统(VAV)。由于送入各房间的风量是变化的,空调机组的风量将随之变化,因此应采用调速装置对送风机转速进行调节,使之与变化风量相适应。送风机速度调节时,需引入送风压力检测信号参与控制,从而保证各房间内的送风压力不会出现大的变化,使系统装置正常工作。

(3)通过采集空调机组回风温度或新风机组送风温度和数值,经过与DDC控制器的设定值比较,其温差经比例积分微分运算器 PID运算后输出一个控制信号,调节冷冻水的供应量,从而达到控制温度的目的。

(4)冷负荷计算:通过测量总供、回水之间的温度值和总回水流量值,计算出大楼的冷负荷量。通过介质访问控制地址(MBC)控制各区域电动蝶阀,调节区域冷冻水供应量,同时根据冷负荷量调节设备的开启台数及负荷率。

负荷计算公式为:Q=C×M×(T1-T2),Q为冷负荷,C为常数,T1为回水总管温度,T2为供水总管温度,M为回水流量。当负荷超过一台机组制冷量的 80%时,第二台机组运行。

(5)通过采集空调机组回风温度或新风机组送风温度和数值,经过与DDC控制器的设定值比较,其温差经比例积分微分运算器 P ID运算后输出一个控制信号,调节冷冻水的供应量,从而达到控制温度的目的。

(6)系统冷负荷计算:通过测量总供、回水之间的温度值和总回水流量值,计算出大楼的冷负荷量。通过介质访问控制地址(MBC)控制各区域电动蝶阀,调节区域冷冻水供应量,同时根据冷负荷量调节设备的开启台数及负荷率。

负荷计算公式为:Q=C×M×(T1-T2),Q为冷负荷,C为常数,T1为回水总管温度,T2为供水总管温度,M为回水流量。当负荷超过一台机组制冷量的 80%时,则第二台机组运行。

(7)压差旁通控制通过检测集、分水器之间的压差值APO与大楼设定的恒压差△P=1.5 kg/cm2,在系统制冷量大于实际冷负荷时,即供水压力与回水压力差△PO>△P值,控制器根据实际差值计算输出比例控制电压 0～10 V,控制压差旁通阀开度,冷冻水经旁通管直接由分水器流至集水器,再参与系统循环,减少冷量损失,降低循环水泵负荷,达到节能目的。通过电动阀调节压差,使压差保持在设定值,保证冷冻水泵的水流量,并调节冷水主机的压力差,以延长主机的寿命。

(8)冷却系统的监控:通过监控所有冷却塔风机和冷却水泵的运行状态,电动蝶阀位置反馈,进行电动蝶阀的开度、启停控制。监测每台冷却水的回水温度,通过与设定点的比较,调节相应的冷却水温差阀的开度,保证进入冷冻机冷凝器的冷却水的最佳工况。通过监测室外温度,判断冷却塔的初步开启数量。

5 空调监控系统调试

5.1 风机盘管调试

风机盘管自控系统动作温度设定在 24℃,采样周期 1 m in,避免电动二通阀频繁动作,可延长使用寿命。

5.2 空调机组及新风机组调试

空调机组送风温度设定为22℃,通过送风管温度传感器TS-2006-GD-10反馈信号来调节冷水管二通阀开度及风机速度,使实际温度经PID调节趋向设定温度。新风机组通过风压差开关 DPS-400检测风压差来控制风机转速来控制室内温度。

5.3 冷冻机组调试

(1)自选择启停:根据程序或大楼的日程安排自动开关冷冻机组,自动切换 3台冷冻机组的运行次序,累计每台机组运行时间,自动选择运行时间最短的机组,使每台机组运行时间基本相等,以延长机组使用寿命。

(2)超前 /滞后控制:通过监控室外的温度,考虑到日期和运行时间表,从而决策在保持舒适环境的同时尽可能少地开动冷冻机组系统,尽可能提前关闭冷冻机组系统,维持使用功能要求的同时减少设备的运行时间以达到节能的目的。

(3)冷冻水的设定:在保持舒适环境的同时,使冷冻水温度设定尽可能保持在最大值,以达到节能的目的。通过检测冷冻供回水温度、冷冻水流量和旁通流量,计算平均负荷,以此对冷冻水和冷却水温度进行再设定。即先确定一个大楼内部环境温度的设定值,后根据环境温度和设定值的比较结果进行冷冻水温的再设定。

(4)冷却水控制通过调节冷却塔开启的数量和风机高低转速来达到控制冷却水温度的目的。冷却塔设计温度为:冷幅 Δt=5℃,进水温度 37℃,出水温度 32℃,湿球温度 28℃,大气压 1.004×105Pa。

(5)冷冻机组系统自动开启顺序为:开启系统(5 s延时)※开启冷冻水电动蝶阀(10 s延时)※开启冷冻水泵(15 s延时)※开启冷却水泵(15 s延时)※开启冷却塔(1200 s延时)※开启制冷剂组;冷冻机组系统自动关闭顺序为:关闭冷冻系统(5 s延时)※关闭所有开启的冷冻机(60 s延时)※关闭所有冷却塔(300 s延时)※关闭所有冷却水泵(15 s延时)※关闭所有冷却水电动蝶阀(3600 s延时)※关闭所有冷冻水泵(20 s延时)关闭所有冷冻水电动蝶阀。

6 系统调试

6.1 硬件调试

对各种传感器用几种不同方法校验;对各种驱动器用手动、电动模拟工作校验;对各种 DDC进行通电测试;对中央管理站设备通电测试。

6.2 现场调试

对各 DDC子站进行现场调试:电源工作正常;接收各种传感器信号正常;命令各种驱动器动作正常;软件工作正常,包括编程、历史报告、趋势报警、实时监测报警等。

6.3 系统联调

整个系统通电调试,全部通讯无误;所有动态图形、动态参数监测无误;所有遥测、遥控功能正常;艾顿 BACtalk for W indows操作终端软件工作正常;各种需后期编制的图形,程序编制完成调试成功;预设空调系统冬、夏、过渡季节工况参数,并在相应工况下进行实时跟踪调整,保证使系统达到最佳运行状态。

7 结论

艾顿操作终端软件是一个真正的基于视窗的楼宇自控系统操作软件,通过BACtalk,在一台个人计算机上就可以监视和控制整个系统,通过系统软件平台,系统地管理空调设备,发挥设备的整体优势和潜力,优化设备的运行状态和时间,提高其利用率,从而延长设备的寿命,做到降低能源消耗。