本站原创摘 要：随着我国建筑业的发展,空调系统应用越来越广泛,而由此引发的建筑能耗也日益严重,其耗电量占总耗电量的很大一部分.因此,在高层建筑中应用电气自动技术并进行优化,实现空调节能,是当前降低建筑能耗实现建筑行业可持续发展的重要途径.
关 键 词：高层建筑；电气自动化；空调；节能
前言
随着我们人类社会的不断进步和发展,城市土地资源日益减少,社会科学和建筑科技的也得到快速发展,因而现代都市建筑群中高层建筑的比例日益增加,其功能日益复杂和完善,并且建筑外观日益美观和更新,要求的舒适度也日益高,由此可见,对建筑空调电气自动化和通风系统有了更高、更严格的要求,而且对空调及防排烟系统也提出了新的挑战.笔者结合某一高层综合建筑,对高层建筑空调系统的设计思路、方案选择、节能制度、楼盘自控应用等进行综合说明.
一、空调变频器的节能原理
空调系统采取变频调速技能,电机可在较宽使用范围内进行平滑调速,并把所有节流阀去掉,使管道实现畅通无阻,防止节流损失.经过改进电机转速并改进水的流速,因而改进水的流量,符合平衡热负荷所需冷量和制冷机正常工作的要求,实现节能的目标.输出频率可变的交流电力拖动设备就是变频器.把供给电机电子的三相交流工频电经大功率整流变成直流,是变频器调速的主要工作原理,然后把直流电用正弦波脉宽调节技术反向变为频率可调、随之改变的幅度为三相交流电,由此为电源再供给电机进行使用.采取变频调速技术的重点是电机转速的可调控,做到应用科学合理.
二、空调变频调速系统的组成
根据空调系统的实际运行状况,设计时必须抓好以下三点：一是冷却系统、冷冻系统要各装1台变频器；二是可根据每天不同时期的冷量要求,设置不同的运转方法；三是备用可切换达到经常性.
在变频调速过程中,冷却泵和冷冻泵系统分别有一台西门子系列变频器,增设了接触器,应用于变频器的选择与起动进行控制.电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换及控制的.简单的变频器调速控制电路,避免了传统线路容易出现的故障,大大降低了事故和事件发生概率.
三、空调电能浪费原因分析
1.控制模式灵活度低
当前多数的空调都还是采用旧办法、最简易的远程控制模式,有些旧建筑还是采用手动模式.因此中央空调的开机和停机都需要有工作人员才做.开机往往是在用户使用前的一个小时,但是在用户刚使用时,空调的负荷却很小,此时却打开了制冷量很大的主机.停机时,只有等到所有的用户停止使用空调之后,工作人员才能停止空调,这就导致了在用户停止使用制冷后30～45分钟后才停止空调.由此可见,人工管理不能及时地打开或者关闭空调系统,引起了较大的浪费.
2.空调检测效率低小
目前遵守规定的工作人员是每过几小时巡检一次机房,有些是一天一次.检测的主要内容是记录主供同水管路的水温和室外的天气.以此来判断制冷机组能够满足末端符负荷的压力.除此之外,空调的水泵常常出现“大马拉小车”的情况,这就导致了水泵不能通过调节末端负荷来进行运行,导致效率低小,耗电严重.
四、电气自动化在空调中的应用
已建成的楼宇中,早已安装上了楼宇自控系统.其中使用了众多的自动化技术,因此改造旧楼就成了电气自动化改造工程的主要对象.对于空调的改造的重点还是要抓住重点,针对空调耗能的主要部分是冷源系统,因此以冷源系统为主要改造对象,从勘察现场、水管改造、电路改造和软件设计方法四个方面来进行具体的自动化改造项目.最终形成一套能够根据采集到了管道末端负荷变化情况,自动对水泵、水机、水塔进行自动调节.在对空调系统进行了详细的改造之后,能够实现其自动化运行、智能化工作,进而达到节能环保的目的.
勘察现场,数据记录此步是整个修改方案的基础,对于整个修改项目的正常进行有着极大的意义,因此一定要认真进行勘察,其中要记录的数据有：（1）建筑的基本参数：包括楼层的高度、空调设备的位置、建筑的用途等.（2）空调主机参数：包括主句的品牌和型号、功率、制冷量.（3）水泵使用情况：包括电压、额定功率、电流、流量、转速等.（4）末端的设置参数：包括运行时间等.
水管改造水管改造的主要目的就是为了水泵主机间能够并行工作,同时为了满足监察记录的需要.因此就需要在冷冻水和冷却水之间加上电动蝶阀,如果有条件可以适用单独的管道,这样就能起到很好的效果.为了计量总管的冷水量,可以在冷冻冷却水的主管道安装上温度传感器.
3.电路设计和改造
目前广泛使用的水泵控制柜的基本构造是：停止、自动和手动三档,本地启停按钮,运行、停止、故障指示灯,远程控制接线端子.为了实现自动化,需要安装带计算机的PLC智能控制柜,例如：三棱公司生产的FX2N―48MR+4AD-PT+4DA+3A就目前比较流行的只能控制柜,它实现了自动化地采集温度、流量和设备信号,并且能够对主机和变频水泵节能控制.当然如果能够采用变频系统和工频系统在程序和设备上达到双重互锁,将更加准确而精细地实现自动化控制.
4.智能控制软件的设计
由于机房的基础设施很难改变,因此只能通过控制电柜、计算机、PLC、温度传感器和变频器等设备.根据得到了末端负荷角度的变化,空调自动调节冷源系统,使其处于最节能、最智能的运行模式.PLC是此系统中的关键所在,能否做到智能地调节完全依赖于PLC的好坏.VB是目前广泛使用的编写上位机监控软件的高级语言,具有良好的移植性和健壮性.监控软件同PLC的通讯主要是借助SC―09编程电缆来实现的.在实际的工作过程中,PLC负责对采集到的冷量数据进行计算（包括数值运算和逻辑运输）,然后由监控软件对计算得到的数据进行处理和反应,并且形成相应的数据报表,并且参考以往的数据,自动生成运行最佳参数,以保证冷源系统一直处于最佳的工作状态.
5.空调的远程监控
空调的远程监控可以有很多种,本文使用的的是现场总线控制系统（FCS）,使用远程计算机直接对现场的空调设备进行监控.
计算机监控中心包括计算机、打印机、UPS、上位机软件、数据服务器等；监控中心通过网络介质（通信线）访问现场控制器,但在数据交换时,我们需要用到通信协议,在此,我们使用免费开放的通信协议Modbus或Profibus.目前,我们推荐使用Modbus通信方式,因为Modbus通信方式需要的硬件配置很简单：1套上位机软件（网络主站）、1个232/485转换器就可以与现场控制器（网络从站）建立通讯.
上位机（主站）采用组态软件,例如西门子的WINCC、亚控的组态王、昆仑通态等都可以,这些组态软件都集成了Modbus主站的功能,连接好硬件和设置好通信参数就行了.
下位机（从站）是现场空调控制器,如果我们采用的是PLC,基本都集成了Modbus从站的功能,在进行程序编写的时候,我们调用Modbus模块,并将需要监控的数据调进Modbus模块设定的地址就完成了.
五、结束语
总之,对于高层建筑或超高层建筑,强化空调电气自动化管理,把环保节能理念贯穿于城市规划设计的全过程,是促进城市可持续发展的必由之路.规划者应当根据城市建设的实际情况、发展规模及目标,科学地制定城市远景发展规划,提倡环保、绿色、节能、减排的生产及生活方式,大大降低对城市环境的污染程度,不断提高城市品位和 竞争力.