電氣自動化在建筑節(jié)能的應用

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【摘要】在建筑節(jié)能方面，電氣自動化應用具有重要意義。基于這種認識，本文對電氣自動化在建筑節(jié)能中的應用原理展開了分析，然后對熱泵技術、變風量控制技術、照明節(jié)能控制技術在建筑節(jié)能中應用進行了探討，為關注這一話題的人們提供參考。

【關鍵詞】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備，采用電氣自動化技術則能實現(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，還應加強電氣自動化在建筑節(jié)能中的應用分析，繼而有效進行建筑的節(jié)能管理。

1電氣自動化在建筑節(jié)能中的應用意義

根據(jù)《中國建筑能耗研究報告（2018）》可知，2016年建筑能源消費總量達8.99億t標準煤，占全國能源消費總量的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%，導致建筑能源消耗指標超出規(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、照明等電氣設備進行監(jiān)控管理，確保設備正常運行。而在建筑節(jié)能方面，還要實現(xiàn)電氣自動化合理應用，才能使建筑節(jié)能控制水平得到進一步提高，使建筑能源損耗得到減少。按照國家頒布的《公共建筑節(jié)能設計標準》可知，在相同建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)下，應使空調(diào)、采暖等電氣設備能源消耗減少一半以上[1]。因此，還應加強傳感器技術、電力電子技術等技術構成的電子自動化技術的應用研究，在保證建筑環(huán)境宜居性的同時，實現(xiàn)建筑節(jié)能控制管理，使建筑能耗得到有效控制。

2電氣自動化在建筑節(jié)能中的應用原理

從建筑節(jié)能角度對電氣自動化技術進行應用，還要采用多級控制裝置，借助總控制器實現(xiàn)各級控制器的自動化管理，對建筑能耗進行實時控制。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)不同設備的連接，保證主控計算機能夠與現(xiàn)場設備順利完成信息傳遞。通過完成大量數(shù)據(jù)篩選，控制器可以進行正確指令發(fā)送，使建筑電氣設備在執(zhí)行器控制下節(jié)能運行。電氣自動化在建筑節(jié)能中的應用原理圖。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，通過設計程序代碼對不同裝置進行操控。連接傳感器終端，可以實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、設備運行數(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)各控制點和監(jiān)測點，使空調(diào)、熱泵、送風等設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)過服務器處理后可以得到相應執(zhí)行命令，借助現(xiàn)場執(zhí)行器實現(xiàn)設備電氣自動化在建筑節(jié)能中的應用原理圖圖2熱泵技術原理圖運行控制。利用以太網(wǎng)，系統(tǒng)服務器能夠?qū)崿F(xiàn)與客戶端的通信。用戶登錄系統(tǒng)完成身份驗證后，可以根據(jù)歷史信息完成設備運行參數(shù)設定，實現(xiàn)建筑節(jié)能控制管理。

3建筑電氣自動化節(jié)能技術的實際應用

3.1熱泵技術的應用

在建筑供暖和制冷方面，為實現(xiàn)建筑節(jié)能，可以采用熱泵技術實現(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)，將水當成是冷熱量載體，利用土壤中埋設的換熱管道使水在熱泵機組內(nèi)循環(huán)流動，可以實現(xiàn)設備與土壤的熱交換，為建筑提供冷熱源。如圖2，為熱泵技術原理圖。實際應用該技術，需要采用狀態(tài)信號控制法實現(xiàn)熱泵設備自動化控制，通過控制循環(huán)水需求量實現(xiàn)建筑節(jié)能控制。利用DDC，可以進行熱泵機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，比較實際流量和系統(tǒng)總輸送流量，可以通過參數(shù)設定實現(xiàn)水泵轉速調(diào)節(jié)，使機組達到需求流量，實現(xiàn)熱泵設備的高精度控制[2]。在實際進行技術應用時，可以采用PID閉環(huán)控制方式，利用控制器進行編程和參數(shù)設定后，根據(jù)目標區(qū)域反饋值實現(xiàn)循環(huán)調(diào)節(jié)。根據(jù)機組運行時間記錄，在啟動階段進行運行時間少的機組安排，可以加強系統(tǒng)平衡控制閥調(diào)節(jié)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時，使機組使用壽命得到延長。

3.2變風量技術的應用

空調(diào)能耗之所以較大，除了與冷熱源設備能耗有關，也與送排風設備能耗過多有關[3]。在實際設計時，需要采用變風量控制技術，利用終端控制設備實現(xiàn)電動風門開啟控制。在室內(nèi)溫度設定值發(fā)生變化時，利用變頻調(diào)速設備，能夠?qū)崿F(xiàn)風機轉速自動調(diào)節(jié)，通過改變送風量實現(xiàn)溫濕度等環(huán)境參數(shù)調(diào)整，達到環(huán)境參數(shù)設定要求。如圖3所示，為空調(diào)節(jié)能自動化控制原理。預先設定溫度，與檢測得到的溫度進行比較，可以利用得到的結果進行送風溫度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)送風溫度自動控制。通過在送風箱內(nèi)完成變頻器安裝，然后利用壓力傳感器實現(xiàn)送風道壓差檢測，則能結合風壓變化實現(xiàn)變頻器輸出控制。借助控制器和電動風門，可以實現(xiàn)電動風門開啟程度的控制，使風機轉速得到調(diào)節(jié)。實際為提高設備控制精度，利用風道中的傳感器完成回風溫度檢測后，系統(tǒng)會將得到的信號傳輸至DDC控制器，通過比較和運算分析得到相應電壓控制信號，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，同樣需要實現(xiàn)溫度檢測，實現(xiàn)新風和回風的焓值比例計算，實現(xiàn)新風和回風風閥調(diào)節(jié)。利用壓差開關，能夠?qū)︼L機啟停狀態(tài)進行檢測，在風機前后壓差達到設定值后調(diào)動自動控制程序。如果壓差過低，系統(tǒng)會實現(xiàn)連鎖控制，即在風閥與水閥連鎖的情況下，使風機停止運行。

3.3照明節(jié)能技術應用

照明系統(tǒng)能耗同樣較多，在照明節(jié)能控制方面需要實現(xiàn)大量照明設備的串聯(lián)，加強照明參數(shù)輸入和輸出控制，利用集成控制裝置實現(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)設定值實現(xiàn)照明設備的節(jié)能控制。按照國家規(guī)定，室內(nèi)辦公桌面照度應達到300lx。在實際進行照明設備節(jié)能控制時，還要結合照明區(qū)域?qū)崿F(xiàn)照度控制。如表1所示，為結合照明標準設定的建筑各區(qū)照度和功率密度表。光照度設定值應為自然光與人工照明的合成結果，利用傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)自然光照度值的檢測，然后結合設定值進行實際人工照度值的計算，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行調(diào)節(jié)，并且能夠加強燈具的監(jiān)控管理，因此能夠節(jié)省約30%的燈具用電量。采用該技術，可以實現(xiàn)照明系統(tǒng)多線路電源開關集成管理，借助公共通信線路實現(xiàn)信息傳輸，因此能夠使照明系統(tǒng)得到統(tǒng)一管理。

4結論

在對建筑行業(yè)發(fā)展水平進行衡量時，建筑自動化水平為重要的標準之一。在應用電氣自動化技術時，不僅需要保證建筑電氣設備的正常運行，還要實現(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中，還要在建筑節(jié)能方面加強電氣自動化技術運用，實現(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。

參考文獻

[1]趙巖，韓達.淺談電氣自動化在智能建筑中的應用[J].山東工業(yè)技術，2018（07）：123.

[2]岳威.電氣自動化在商業(yè)建筑中央空調(diào)中節(jié)能的實現(xiàn)[J].建材與裝飾，2017（46）：207.

[3]蘇金章.建筑設備電氣自動化系統(tǒng)節(jié)能控制研究[J].中外企業(yè)家，2015（14）：217+220.

作者：周蓓蓓 單位：重慶市設計院