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第12章 物业设备自动化系统及其应用管理(3)

(1)热网供热方式

①蒸汽。在采用蒸汽作为空调热源的系统中,以城市热网或工厂、小区和单位自建的蒸汽锅炉提供的高温蒸汽作为热源。作为热源的蒸汽通常是压力在0.2MPa以下的蒸汽。

当蒸汽进入热交换器,放出潜热后冷凝成凝结水;凝结水回流到中间水箱,通过水泵送回蒸汽锅炉再加热。

按照蒸汽的压力大小,将蒸汽供暖分为3类:压力高于70kPa时称为高压蒸汽供暖;压力等于或低于70kPa时称为低压蒸汽供暖;当系统中的压力低于大气压时,称为真空蒸汽供暖。

②热水。在采用热水作为空调热源的系统中,通常由城市热网或工厂、小区和单位自建的热水锅炉提供高温热水;经换热器换热后,变成空调热水。使用热水比使用蒸汽安全,传热比较稳定。在空调机组中,可以采用冷、热盘管合用的方式(即两管制系统),以减少空调机组及系统的造价,而通常使用的冷热水盘管不能适用于蒸汽,因而采用热水作为空调热源的系统得到广泛的应用。

(2)自备热源装置

①锅炉。锅炉按用途区分,有动力锅炉和供热锅炉。动力锅炉用于动力、发电等方面;供热锅炉用于工业生产和生活供热等方面。

供热锅炉按工作介质不同有热水锅炉和蒸汽锅炉两种;按容量的大小不同有大型、中型和小型锅炉之分;按压力的高低有高压、中压和低压锅炉之分;按水循环动力来源的不同有自然循环锅炉和机械循环锅炉之分;按形状的不同有立式、卧式锅炉之分;按所用燃料种类的不同有燃油、燃煤和燃气锅炉之分。

锅炉类型及台数的选择,取决于锅炉的供热负荷、产热量、供热介质和当地燃料供应情况等因素。锅炉的数目一般不宜少于两台。

②热交换器。空调系统终端热媒通常是65℃~70℃的热水,而锅炉提供的经常是高温蒸汽,也有的锅炉提供90℃~95℃的高温热水。在空调系统中要完成高温蒸汽或高温热水的转换,这种转换通过热交换器实现,热交换器也称为换热器。

空调系统中的热源,如高温蒸汽或高温热水先经过热交换器变成空调热水,经热水泵加压后经分水器送到各终端负载,在各负载中进行水/气热交换,即空气升温调节后,水温下降。水温下降后的空调水回流,经集热器进入热交换器再进行加热。

(二)空调系统的末端设备

影响室内空气参数的变化是由内外两个方面的原因造成的:一是外部原因,如太阳辐射和外界气候条件的变化;二是内部原因,如室内设备和人员的散热量、水汽挥发量等。当室内空气参数偏离设定值时,应该采取相应的空气调节技术使其恢复到设定值。完成空气调节的设备称为空气处理设备或空调机组,也称为末端设备。常见的空调末端设备有新风机组、空调机组、风机盘管、变风量系统等多种类型。空气处理设备或空调机组与冷热源一起构成空气调节系统,即空调系统。

四、空调系统的智能化监控与维护管理

(一)空调系统的智能化监控

在现代大型建筑中,空调系统设备较多,自动化管理是使其安全工作并运转良好的重要保证,是实现节约能源的前提。对空调系统采取智能化监控有如下好处。

可以使系统安全运行,最大限度地提高舒适度。

对空调系统进行智能化监控,可以在保证系统安全运行及各种技术指标的同时,最大限度地实现节能控制。

实现设备的智能化监控和管理,可以缩减人员维护费用,节省人员开支,提高综合管理水平,减少突发事故的发生,降低设备损坏率,从而带来潜在的效益。

中央空调系统可划分为冷源/热源和末端设备两大主要组成部分,因此对空调系统的智能化监控,主要包括冷/热源系统监控和空调末端设备的监控两大方面。

1.冷/热源系统监控

冷热源设备及水系统的能耗占据了空调系统能耗的80%~90%。因此,提高冷热源设备及水泵等的效率,降低其能耗,可以有效实现空调系统的节能。冷热源设备与水系统的节能控制是衡量物业设备自动化系统成功与否的关键因素之一,同时冷热源设备又是物业设备系统中最核心、最具经济价值的设备之一,保证其安全、有效地运行具有十分重要的意义。

冷热源系统和水系统的监控主要完成以下两大功能,即基本参数的测量,设备的正常启/停与保护;根据具体的设备及水系统的构造形式进行冷热源及水系统的能量调节,实现节能运行。

(1)制冷系统监控

空调冷源系统一般由多台制冷机和冷冻水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔、补水箱、膨胀水箱等设备组成。制冷机、循环水泵、集水器/分水器、补水箱等设备及水处理装置等辅助设备通常安装在专用的设备间——制冷站。制冷站通常设在建筑物的地下室;而冷源系统的冷却塔安装在室外(一般选在辅助建筑物屋顶),膨胀水箱一般安装在建筑物最高的屋顶。

为了保护空调系统的设备,冷冻水在进入系统之前须经过处理(如除盐、除氧等),水处理设备也安装在制冷站。由于水处理设备运行时间相对较短,一般不纳入智能建筑自动化系统进行监控。大多数情况下,热源装置,如锅炉、换热器也安装在制冷站。

空凋制冷站一般有数台冷水机组。冷水机组所制成的冷冻水进入分水器,由分水器向各空调区域的新风机组、空凋机组或风机盘管等空调末端设备,冷冻水与末端设备的空调系统,进行水/气热交换、吸热升温后返回到集水器,再由冷冻水循环泵加压后进入冷水机组循环制冷,这样就实现了冷冻水的循环过程。冷冻水系统由冷水机组、冷冻水循环泵、分水器/集水器、差压旁路调节和空调末端等构成。通过冷冻水供回水温度、流量、压力检测和差压旁路调节、冷水机组运行台数、循环泵运行台数的监控,实现冷水(循环)系统的控制,以满足空调末端设备对空调冷源冷冻水的需要,同时达到节约能源的目的。

制冷系统的监控功能如下。

①冷水机组进水口与出水口冷冻水温度检测,以了解冷冻机组的制冷温度是否在合理的范围之内。

②根据供回水温差、流量,计算冷负荷的变化量,以控制冷水机组投入运行的台数。

③集水器回水与分水器供水温度测量(一般情况下与冷水机组进/出口冷冻水温度相同,二者可以只选其一),以了解末端冷负荷的变化情况。

④冷冻水/回水流量检测,测量流量和供回水温度结合,可计算出空调系统的冷负荷量,以此作为能源消耗计量和系统效率评价的依据。

⑤根据冷冻水压差检测值,调节旁通阀开度。

⑥分水器和集水器压力压差测量。用压力传感器分别测量分水器进水口、集水器出水口的压力,或者用压差传感器测量分水器进水口、集水器出水口的压力差。根据供回水压差调节压差旁通阀的开度。

⑦冷水机组运行状态和故障监测,取自冷水机组控制器输出触点或主接触器触点。

⑧冷冻水循环泵运行状态、故障状态监测。用安装在水泵电动机配电柜接触器、热继电器的触点和安装在水泵出水管上的水流指示器共同监测。当水泵处于运行状态时,其出口管内即有水流,在水流作用下水流开关迅速动作,显示水泵进入工作状态。

⑨监测参数是否过限,水流开关,设备故障报警。

⑩状态显示总数设定、报警、显示打印。

(2)热源系统监控

空调系统热源通常为蒸汽或热水,有两种常用的获取方式,一种是通过城市热网,另一种是通过自备锅炉。而直燃型溴化锂机组和风冷热泵机组可通过模式转换,直接转换成热源装置为空调末端设备提供热源。由于燃煤和燃油锅炉属于压力容器,国家有专门的技术规范和管理机构,因此这类锅炉的运行控制一般不纳入智能物业自动化系统。而对于电加热的空凋热源锅炉和电加热的生活热水锅炉,由于其工作工艺和控制相对简单,纳入智能物业自动化系统的监控范围内。

其主要的监控功能包括如下几个方面。

①供/回水温度、压力,供水水流状态监测。

②热泵机组运行状态监测。

③水泵启/停状态监测。

④根据供回水温度,控制运行台数。

⑤根据供回水压力,控制旁通阀,以保持水力稳定。

⑥热泵机组与水泵以一对一方式运行,开机时先水泵后热泵机组。

⑦监测参数是否过限、水流开关、设备故障报警。

⑧状态显示、参数设定、报警、显示打印。

2.空调末端设备的监控

(1)新风机组的监控

新风机组通常与风机盘管配合使用,主要是为建筑物各房间提供一定的新鲜空气,满足环境卫生要求。为避免室外空气对室内温度、湿度、洁净度等状态参数的干扰,在将其送入房间之前需要对其进行热湿处理。例如,处理到与室内空气状态的焓相同的机器露点,新风不再增加室内的空调负荷。室内负荷通常由风机盘管处理。

新风机组只有一个换热器,冬夏季共用。在冬季送入热水对空气进行加热,在夏季则送入冷冻水对空气冷却去湿。加湿器仅在冬季对新风加湿。新风机组在南方地区作为舒适性空调使用时,一般取消了加湿器。

新风机组的基本监控功能如下所述。

①监测风机的电动机的工作状态,确定是处于“开”还是“关”。

②监测风机的电动机的电流是否过载。

③测量风机出口处的空气温、湿度,以了解机组是否已将新风处理到要求的状态。

④测量空气过滤器两侧的压差,以了解过滤器是否要求清洗、更换。

⑤检查新风阀状态,确定是“开”还是“关”。

⑥根据要求启/停风机。

⑦控制水量调节阀的开度,使机组出口空气温度达到设定值。

⑧控制干蒸汽加湿器调节阀开度,使冬季机组出口处空气相对湿度达到设定位。

⑨换热器的冬季防冻保护。

⑩显示新风机组启/停状态,送风温湿度,风阀和水阀状态。

(2)空调机组的监控

空调机组的监测功能与新风机组相同,但是在调节功能上却有很大的差别。

①控制调节的对象是房间内的温、湿度,而不是送风参数。

②要求空调区域的温、湿度全年均处于舒适区范围内,与上面新风机组的控制相比,在夏季也要进行湿度控制,同时控制器软件还应具有节能控制算法。

③空调机组不但要处理新风,还要处理回风,因此不再是全新风系统,这使得空气状态监测点的设置与新风机组有所不同。

空调机组最终是要将房间的温度、湿度控制在一定的允许波动范围内,而不是像新风机那样控制送风状态的参数。由于控制目标的改变,控制系统的组成环节发生了变化,采用的调节方法也随之改变。

与新风机组相比,需要增设被调区域内的温、湿度传感器。如果该区域较大,或是由几个房间构成一个区域作为被调对象,则可安装几组温湿度测点,以各测点数据的平均值或其中重要位置的温、湿度直接送入空调机组的数字控制器,作为控制调节的一个重要反馈信号。如果空调区域距空调机房较远,需测量的温、湿度参数又较多时,采用现场总线技术比较方便,只要将各温、湿度传感器“挂”在同一条现场总线上。当然,这些传感器本身是智能化的,它们的内部可以对所测信号进行一定的处理,并通过数据通信与空调机组的现场控制机交换信息。

(3)变风量系统的监控

变风量系统是通过空调送风量的调节实现空调区域温、湿环境的控制。变风量系统的基本控制原理是当室内空调负荷改变及室内空气参数设定值变化时,自动调节空调系统送入房间的送风量,使通过空气送入房间的负荷与房间的实际负荷相匹配,以满足室内人员的舒适要求或工艺生产的要求。同时送风量的自动调节可以最大限度地减少风机的动力,节约运行能耗。

在送风温度不变时,送风量与空调负荷呈正比例的线性关系,空调系统所需风量随负荷的减少而减少;而在空调系统运行的绝大部分时间内,空调系统总处于部分负荷状态,达到设计负荷总运行状态的时间很少,一般不超过总运行时间的5%。所以与定风量空调系统相比,变风量系统在降低运行能耗方面具有很大的优势。

除了节能的优势外,变风量系统还有如下特点。

①能实现局部区域(房间)的灵活控制,可根据负荷变化或个人的舒适度要求调节个性化的工作环境,能适应多种室内舒适性要求。

②由于能自动调节送入各房间的冷量,系统内各用户间可以按实际需要调配冷量,考虑各房间的同时使用系数和负荷的时间分布,系统冷源的总冷量配置可以减少20%~30%,设备投资相应有较大的削减。

③室内无过冷、过热现象,由此系统运行时可减少空调负荷15%~30%。

为保障变风量系统使用功能的完成,一个先进的变风量控制系统包含5个控制环路——室温控制、总风量控制、送回风量匹配控制、新风量控制及送风温度控制。

①室温控制在末端装置中完成。基本任务是变风量系统根据室内温度的偏差调节送风量,以满足室温的要求。

②总风量控制是变风量系统控制的核心。进行风量调节时,送风管网的流量及阻力特性都在发生变化。总风量调节的目标就是实时辨识送风管网的流量及阻力特性,然后确定风机应有的工作状态点,使风机与管网特性实现良好的匹配。

③送回风量匹配控制通过风管送回风机联动控制变风量系统完成。应带有风量测量装置及数据通信装置,当送风风量确定后,回风风量为送风风量减去保持室内正压所需的风量。由此关系可以对回风机进行控制。

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