节能型高等学校校园建设模式研究.pdf

1 0 0 低温建筑技术 2 0 1 0年第 9期( 总第 1 4 7期 ) 节能 型高等学校校园建设模式研究 朱学莉 ， 朱树先， 汪帮富 ， 郭胜辉 ( 苏州科技学院机电r程 系， 江苏苏州2 1 5 0 0 9 ) 【 摘要】 文中提出了高等学校校园信息节能的理念， 构建了一个基于无线传输模式的高等学校校园建筑 节能控制网络， 其中现场控制器以P L C为核心， 现场与控制中心以无线方式进行通信， 实现了系统的网络集成， 从 而对高等学校节约型校园建设模式进行了有益的探索与研究。 【 关键词】 节能； 负荷预报； 控制装置 【 中图分类号】 T U 8 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 1 0 ) 0 9 0 1 0 0 0 2 0引言 建筑节能有多种实现途径。节能材料、 节能结构、 节 能设备及节能工艺的开发和应用是建筑节能的常规方法。 本项目提出应用“ 先进控制技术 、 现代信号处理、 网络集成 技术” 相融合的方法 ， 开发了集中空调节能控制器、 供水节 能控制器、 供电节能控制器、 照明节能控制器， 并对以上4种 节能装置进行无线 网络集 成 ， 构 成 了一个 大学校 园建 筑节 能控制 网络。 1 技术平台 在本项目研究中， 现场控制装置以西门子 s 7 2 0 0 P L C 为核心， 以昆仑通态触摸屏作为人机界面， 采用宏电 G P R S 模块与上位管理机进行无线通信， 上位管理机以力控 F o r c e C o n t r o l 组态软件作为监控系统软件， 几种技术平 台实现了 无缝连接 。 2 高校校 园建筑节能控制网络的研制 基于无线模式的高等学校 校园建筑 节能 网络 由空调节 能节点( 1 一 ) 、 供水节能节点( 1一m) 、 供电节能节点( 1一 P ) 和照明节能节点( 1 一q ) 组成。该控制网络的最大特点是 将过去传统的、 只能集中在中央控制系统上的控制功能分 散到现场设备 中， 实 现了既可 以现场控 制 ， 又 可 以远程 监控 的灵 活的控制方式 。 2 1 硬件设计与研 制 2 1 1 硬件功能总体规划 建筑 空调 、 供水 、 供 电与照 明控 制装 置分别作 为建筑节 能控制网络的上一个节 点 ， 由上位 机进行管理 ， 构 成校园建 筑节能无线控制网络。该 网络按照不同的建筑分项， 从集 中空调、 供水、 供电与集中照明几个方面对校园进行节能控 制与管理。 ( 1 ) 空调节能系统。可以实现对整个动力中心的监 测控制， 如监测板式换热器一级网供、 回水温度及压力， 二 级 网供 、 回水温度及压力 ， 汽 水交换 器 出、 回水 温度 ， 冷却 水 供、 回水温度、 室外空气温度及湿度， 储冰槽进、 出1：3 温度 等； 调节一级网供水阀门开度、 冷热水泵、 乙二醇泵、 冷却塔 风机等 的转 速 ； 控 制 汽水 交换器 、 冷热水 循环泵 、 乙二醇泵 基金项目 江苏省建设 系统科技项 目资助( 2 0 0 9 0 6 2 4 0 0 0 7 ) 等的启 停； 实现乙二醇定压补水箱、 冷热水定压补水箱等 超限水位的报警。系统的节能部分以板式换热器回水温度 为被控量 ， 将负荷预报结果作为控制系统的参考轨迹 ， 实现 控制系统的进一步节能。 ( 2 ) 供水节能系统。目前， 变频恒压供水已成为建筑 供水的主要方式 ， 但由于不同用户不同时间段内供水压 力 流量的特性不同， 这种恒压供水方式无法适应不同时间 段内供水压力的特性。供水节能控制装置基于供水专家系 统对供水泵站的供水水泵进行变频调压供水。 ( 3 ) 供 电节 能系统 。低压 配电网 的电力负荷 中 ， 有很 大一部分是感性负荷 ， 它不仅消耗有功功率也吸收很多无 功功率 ， 造成功率因数下降， 降低供电质量和供电能力。 针 对建 筑供 电节 能功率 因数 补偿 的要求 ， 本项 研究 提 出供电负荷预报与调功率因数补偿的供电节能策略。供电 节 能控制装置根据检 测数据对 系统 的功率 因数 进行 动态 补 偿 ， 以提高 电能利用率 、 减小供 电设备的容量及电能损耗。 ( 4 ) 照明节能系统。随午夜后用电量的大大降低， 一 定程度上使得电网的电压升高， 不仅增加了照度也损害了 照明灯具。针对这个问题， 本项 目提出了人体视觉感应与 非相控智能调压方式， 即根据人体视觉感应原理对集中照 明的供电电压进行智能调节。 本项 目采用 8 4 2 1 码变压器组进行补偿控制调压 的方法 对集 中照 明系统 的电压进行智 能调节 。采 用该方法 理论上 可获得任意精度的电压输 出值， 其优点是性能可靠 、 成本 低， 尤其是易于解决灯具的集中照明控制。这种调压方式 可以获得稳定的输出电压， 解决午夜后电网电压升高所引 起 的功率 损耗及 对照 明灯具的损害 。 2 1 2硬件组成 按照上述节能控制策略， 本项研究中分别开发了建筑 空调、 供水、 供电与照明节能控制装置， 各装置由模拟现场 变量的实验板 ， P L C主模块及扩展模块、 触摸屏、 G P R S通信 模块四个部分构成见图 1 。其中， 实验板用来模拟现场的模 入量、 模出量； P L C主模块选用 6 E S 7一C P U 2 2 6 ， 扩展模拟量 输入模块 选用 E M 2 3 1 ， 模拟 量输 出模块 选 用 E M 2 3 2 。主模 朱学莉等： 节能型高等学校校园建设模式研究 1 O l 块除实现控制功能外 ， 还提供开入量 、 开出量接 口， 扩展模 块用来提供模入量、 模出量接 13； 根据现场需要 ， 装置中加 入了人机界面 ， 便于在现场直接调试 ； G P R S通信模块用来 实现建筑节能网络集成， 监控管理中心用来实现节能策略、 节能管理及远程监控。其 中空调节能控制装置的硬件组态 如 图 2所示 。 匦 囤 主机 模块 0模块 1模块 2模块 3模块 4模块 5 图 2空调节能控制装置的硬件组态 2 2 软件设计 本项 目研究中， 空调节能是以负荷预报为基准的动力 中心节能监控策略； 供水节能是基于专家系统的变频调压 供水节能策略； 供电节能是基于功率 因数补偿的供电节能 策略； 照明节能是基于人体视觉感应与非相控智能调压的 照明节能控制策略。即通过电气、 控制及信号处理学科交 叉研究建筑信息节能机理， 分别建立建筑空调、 供水、 供电 及照明各子系统的节能模型， 并确定适合各子系统的节能 控制策略。 2 2 1 空调系统 对于空调子系统， 由历史和现实运行数据组成样本序 列 ， 对样本序列预处理， 用时间序列法进行负荷预报 ， 并 将预报结果作为控制系统的节能设定值， 给出节能的优化 控制策略。负荷预报采用基于 C O M的 V C与 M a d a b混合编 程方法 ， 利用 V C调用 C O M组件的方式来调用 Ma fl a b ， 该方 法实现简单、 通用性强， 空调系统可以直接调用负荷预报的 结果。 2 2 2 供水 系统 考虑到目前常用的变频恒压供水系统仍然存在一定的 节能空间， 本项 目提出建立用户供水专家系统， 挖掘用户供 水压力的内在规律， 并根据专家系统给出变频调速供水策 略。供水系统利用 P L C指令集程序设计语言进行编程， 便 于工程技术人员掌握。 2 2 3 节能监控 中心 建筑空调、 供水、 供电与照明节能监控中心 的监控软 件 ， 主要 由 5幅画面 组成 ， 包 括 1幅主画面和 空调 、 供水 、 供 电与照明4幅子画面。编程软件采用力控监控系统软件。 软件操作画面的设计采用主菜单的形式，在每幅画面下通 过按钮进行切换， 画面主要有工艺流程画面、 总貌画面、 报 警画面等。根据监测、 观察和维护的需要 ， 在每个画面中都 设置了按钮， 鼠标点击即可进入相应 画面， 主菜单画面中汇 总了各个画面的按钮 ， 操作人员根据维护系统的实际需要 可进入各个画面进行监护和操作。对关键参数的修改， 采 用的是分级授权制 ， 如果操作人员的访问级别不够 ， 系统则 拒绝执行。 3 结语 建筑节能的重点主要有建筑物本身的节能、 供暖系统 的节能、 大型公共建筑中用能系统的节能， 以及各种家用 电 器的节能。围绕着这些重点领域， 有大量的新产品、 新技术 有待研究、 开发与推广。本项 目所进行的大学校园节能模 式研究就是 一种 全新 的尝试 。 ( 1 ) 本项 目节能控制技术不 同于其他节能控制技 术 ， 本项 目所进行的空调、 供水、 供电及照明节能技术研 究 ， 是建筑领域采用智能控制、 现代信号处理与网络通信等 先进技术相融合 ， 即信息技术进行节能研究， 在该领域是一 种技术创新。 ( 2 ) 控制装置以 P L C为核心， 其主要优势是可靠性好 并便于安装调试 ， 四种装置统一技术平台开发 ， 互操作、 可 扩性好。 ( 3 ) 本系统采用了 G P R S无线通信技术， 将分散的空 调 、 水、 电及照明节能控制装置集成到建筑节能管理中心， 再 由中心发 出节 能调 度指令 ， 并 可远 程通过 I n t e r n e t 异地监 控 ， 该系统是一种数字化网络化产品。 参考文献 1 江亿 我国建筑耗能状况及有效的节能途径 J 暖通空调， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 5 ) ： 3 04 0 2 A b d u l l a t i f E B e nN a k h i ，M o h a me d A Ma h mo u d C o o l i n g L o a d P r e d i i o n f o r Bu i l d i n g s Us i n g G e n e r a l Re g r e s s i o n Ne u r a l Ne t wo r k s J E n e r g y C o n v e r s io n a n d M a n a g e m e n t ，2 0 0 4，4 5 ： 2 1 2 7 21 4 1 3 邹安平 ， 程晓如， 詹俊英， 方正 ，居住小区变频调速恒压供 水的节能设计 J 中国给水排水， 2 0 0 3 ， 8 ( 1 9 ) ： 7 7 7 8 4 王云良浅谈办公建筑的照明节能 J 智能建筑电气技术， 2 0 0 8 ， 2 ( 5 ) ： 1 21 4 5 梁祥莹 基于太阳能光伏技术的节能建筑系统的设计 与研究 J 应用能源技 术 ， 2 0 0 9 ， ( 2 )： 6- 9 6 M a s a t o K a s a h a r a ，T a d a h i k o M a t s u b a ，Y o s h i a k i K u z u u D e s i g n a n d T u n i n g o f R o b u s t P I D C o n t r o l l e r f o r H V A C S y s t e m s j AS HARE Tr a n s a c t i o n s。1 9 9 9，1 0 5，p a r t 2，1 5 4 1 6 6 7 A b d o l r e z a R a h m a t i ， F a r z a n R a s h i d i ， M e h r a n R a s h i d i A H y b r i d F u z z y L o g i c a n d P D Co ntr o l l e r f o r C o n t r o l o f No n l i n e a r HVAC S y s t e m s J P r o c e e d i n g s o f t h e I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e O i l S y s t e ms，Ma n a n d C y b e r n e t i c s 2 0 0 4。3： 2 2 4 9 2 2 5 4 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 2 0 作者简 介 朱学莉 ( 1 9 5 5一)， 女 ， 江苏赣榆人 ， 博士 ， 教授 ， 研 究方向： 建筑节能技术、 预测控制及系统仿真与 建模。