電氣自動化在建筑節(jié)能的應(yīng)用

仇友亮

摘 要：在建筑節(jié)能方面，電氣自動化應(yīng)用具有重要意義?；谶@種認(rèn)識，本文對電氣自動化在建筑節(jié)能中的應(yīng)用原理展開了分析，然后對熱泵技術(shù)、變風(fēng)量控制技術(shù)、照明節(jié)能控制技術(shù)在建筑節(jié)能中應(yīng)用進(jìn)行了探討，為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：電氣自動化 建筑 節(jié)能

引 言

在城市能耗中，建筑能耗約占四成。隨著建筑數(shù)量的不斷增加，建筑能源消耗也日漸增加。在能源有限的情況下，國家開始號召節(jié)能減排，要求加強(qiáng)建筑節(jié)能管理，推動建筑行業(yè)綠色節(jié)能發(fā)展。而建筑能耗主要來自于建筑中的各種用電設(shè)備，采用電氣自動化技術(shù)則能實(shí)現(xiàn)建筑的電氣節(jié)能控制，從而滿足建筑節(jié)能管理要求。因此，還應(yīng)加強(qiáng)電氣自動化在建筑節(jié)能中的應(yīng)用分析，繼而有效進(jìn)行建筑的節(jié)能管理。

一、電氣自動化在建筑節(jié)能中的應(yīng)用意義

根據(jù)《中國建筑能耗研究報(bào)告（2018）》可知，2016年建筑能源消費(fèi)總量達(dá)8.99億t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費(fèi)總量的20.6%。在普通建筑能耗中，空調(diào)制冷和采暖系統(tǒng)能耗約占一半以上，另外照明系統(tǒng)能耗占10%～20%，導(dǎo)致建筑能源消耗指標(biāo)超出規(guī)定，降低了建筑能源使用效率。在公共建筑中，采暖及制冷能耗約占75%，照明能耗約占20%。現(xiàn)階段，城市建筑普遍采用電氣自動化系統(tǒng)對空調(diào)、采暖、照明等電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理，確保設(shè)備正常運(yùn)行。而在建筑節(jié)能方面，還要實(shí)現(xiàn)電氣自動化合理應(yīng)用，才能使建筑節(jié)能控制水平得到進(jìn)一步提高，使建筑能源損耗得到減少。按照國家頒布的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》可知，在相同建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)下，應(yīng)使空調(diào)、采暖等電氣設(shè)備能源消耗減少一半以上[1]。因此，還應(yīng)加強(qiáng)傳感器技術(shù)、電力電子技術(shù)等技術(shù)構(gòu)成的電子自動化技術(shù)的應(yīng)用研究，在保證建筑環(huán)境宜居性的同時，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能控制管理，使建筑能耗得到有效控制。

二、電氣自動化在建筑節(jié)能中的應(yīng)用原理

從建筑節(jié)能角度對電氣自動化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，還要采用多級控制裝置，借助總控制器實(shí)現(xiàn)各級控制器的自動化管理，對建筑能耗進(jìn)行實(shí)時控制。在自動化系統(tǒng)中，總控制器為核心組成部分，包含多個信息系統(tǒng)和接口，能夠?qū)崿F(xiàn)不同設(shè)備的連接，保證主控計(jì)算機(jī)能夠與現(xiàn)場設(shè)備順利完成信息傳遞。通過完成大量數(shù)據(jù)篩選，控制器可以進(jìn)行正確指令發(fā)送，使建筑電氣設(shè)備在執(zhí)行器控制下節(jié)能運(yùn)行。電氣自動化在建筑節(jié)能中的應(yīng)用原理圖。OPCSever為系統(tǒng)核心組成部分，能夠提供較多接口，獲得相連硬件裝置信息，通過設(shè)計(jì)程序代碼對不同裝置進(jìn)行操控。連接傳感器終端，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等各種信息采集。連接現(xiàn)場DDC控制器，可以接入系統(tǒng)各控制點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)，使空調(diào)、熱泵、送風(fēng)等設(shè)備得到集中布控管理。利用數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)能夠完成各種控制器和客戶端數(shù)據(jù)的接收和存儲。針對客戶端發(fā)送的指令，經(jīng)過服務(wù)器處理后可以得到相應(yīng)執(zhí)行命令，借助現(xiàn)場執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)設(shè)備電氣自動化在建筑節(jié)能中的應(yīng)用原理圖圖2熱泵技術(shù)原理圖運(yùn)行控制。利用以太網(wǎng)，系統(tǒng)服務(wù)器能夠?qū)崿F(xiàn)與客戶端的通信。用戶登錄系統(tǒng)完成身份驗(yàn)證后，可以根據(jù)歷史信息完成設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能控制管理。

三、建筑電氣自動化節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1熱泵技術(shù)的應(yīng)用。在建筑供暖和制冷方面，為實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，可以采用熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)地面建筑溫度調(diào)節(jié)，將地球淺層溫度與地面建筑溫度聯(lián)系在一起。利用埋管式熱泵系統(tǒng)，將水當(dāng)成是冷熱量載體，利用土壤中埋設(shè)的換熱管道使水在熱泵機(jī)組內(nèi)循環(huán)流動，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與土壤的熱交換，為建筑提供冷熱源。如圖2，為熱泵技術(shù)原理圖。實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)，需要采用狀態(tài)信號控制法實(shí)現(xiàn)熱泵設(shè)備自動化控制，通過控制循環(huán)水需求量實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能控制。利用DDC，可以進(jìn)行熱泵機(jī)組各支路電磁閥信號采集，確定熱泵使用率和循環(huán)水系統(tǒng)的輸送流量。在循環(huán)水總管上安裝流量傳感器采集供水量信號，比較實(shí)際流量和系統(tǒng)總輸送流量，可以通過參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使機(jī)組達(dá)到需求流量，實(shí)現(xiàn)熱泵設(shè)備的高精度控制[2]。在實(shí)際進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用時，可以采用PID閉環(huán)控制方式，利用控制器進(jìn)行編程和參數(shù)設(shè)定后，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域反饋值實(shí)現(xiàn)循環(huán)調(diào)節(jié)。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時間記錄，在啟動階段進(jìn)行運(yùn)行時間少的機(jī)組安排，可以加強(qiáng)系統(tǒng)平衡控制閥調(diào)節(jié)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時，使機(jī)組使用壽命得到延長。

3.2變風(fēng)量技術(shù)的應(yīng)用?？照{(diào)能耗之所以較大，除了與冷熱源設(shè)備能耗有關(guān)，也與送排風(fēng)設(shè)備能耗過多有關(guān)[3]。在實(shí)際設(shè)計(jì)時，需要采用變風(fēng)量控制技術(shù)，利用終端控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)電動風(fēng)門開啟控制。在室內(nèi)溫度設(shè)定值發(fā)生變化時，利用變頻調(diào)速設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)，通過改變送風(fēng)量實(shí)現(xiàn)溫濕度等環(huán)境參數(shù)調(diào)整，達(dá)到環(huán)境參數(shù)設(shè)定要求。如圖3所示，為空調(diào)節(jié)能自動化控制原理。預(yù)先設(shè)定溫度，與檢測得到的溫度進(jìn)行比較，可以利用得到的結(jié)果進(jìn)行送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)送風(fēng)溫度自動控制。通過在送風(fēng)箱內(nèi)完成變頻器安裝，然后利用壓力傳感器實(shí)現(xiàn)送風(fēng)道壓差檢測，則能結(jié)合風(fēng)壓變化實(shí)現(xiàn)變頻器輸出控制。借助控制器和電動風(fēng)門，可以實(shí)現(xiàn)電動風(fēng)門開啟程度的控制，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。實(shí)際為提高設(shè)備控制精度，利用風(fēng)道中的傳感器完成回風(fēng)溫度檢測后，系統(tǒng)會將得到的信號傳輸至DDC控制器，通過比較和運(yùn)算分析得到相應(yīng)電壓控制信號，調(diào)節(jié)加熱器或制冷器電動調(diào)節(jié)閥的閥門開度。針對新風(fēng)，同樣需要實(shí)現(xiàn)溫度檢測，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)和回風(fēng)的焓值比例計(jì)算，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)和回風(fēng)風(fēng)閥調(diào)節(jié)。利用壓差開關(guān)，能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)進(jìn)行檢測，在風(fēng)機(jī)前后壓差達(dá)到設(shè)定值后調(diào)動自動控制程序。如果壓差過低，系統(tǒng)會實(shí)現(xiàn)連鎖控制，即在風(fēng)閥與水閥連鎖的情況下，使風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。

3.3照明節(jié)能技術(shù)應(yīng)用。照明系統(tǒng)能耗同樣較多，在照明節(jié)能控制方面需要實(shí)現(xiàn)大量照明設(shè)備的串聯(lián)，加強(qiáng)照明參數(shù)輸入和輸出控制，利用集成控制裝置實(shí)現(xiàn)照明自動化控制，減少系統(tǒng)能源消耗。具體來講，就是可以根據(jù)室內(nèi)桌面光照度作為輸入?yún)?shù)，根據(jù)設(shè)定值實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的節(jié)能控制。按照國家規(guī)定，室內(nèi)辦公桌面照度應(yīng)達(dá)到300lx。在實(shí)際進(jìn)行照明設(shè)備節(jié)能控制時，還要結(jié)合照明區(qū)域?qū)崿F(xiàn)照度控制。如表1所示，為結(jié)合照明標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的建筑各區(qū)照度和功率密度表。光照度設(shè)定值應(yīng)為自然光與人工照明的合成結(jié)果，利用傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)自然光照度值的檢測，然后結(jié)合設(shè)定值進(jìn)行實(shí)際人工照度值的計(jì)算，得到控制器輸出控制信號。采用自動化系統(tǒng)，能夠?qū)Ω髡彰鳠艟吡炼冗M(jìn)行調(diào)節(jié)，并且能夠加強(qiáng)燈具的監(jiān)控管理，因此能夠節(jié)省約30%的燈具用電量。采用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)多線路電源開關(guān)集成管理，借助公共通信線路實(shí)現(xiàn)信息傳輸，因此能夠使照明系統(tǒng)得到統(tǒng)一管理。

四、結(jié)論

在對建筑行業(yè)發(fā)展水平進(jìn)行衡量時，建筑自動化水平為重要的標(biāo)準(zhǔn)之一。在應(yīng)用電氣自動化技術(shù)時，不僅需要保證建筑電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，還要實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，才能使建筑智能化水平得到提高。因此未來在智能建筑建設(shè)中，還要在建筑節(jié)能方面加強(qiáng)電氣自動化技術(shù)運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)建筑制冷、采暖和照明等各方面的節(jié)能控制，使建筑能耗得到有效降低。