热交换器启动时一般要求先打开二次侧蝶阀及热水循环水泵,待热水循环回路启动后再开始调节一次侧三通阀,否则容易造成热交换器过热、结垢。
(2)热水循环侧的监控
监测供、回水干管的温度传感器TT1、TT2及供水干管的流量计FT1,根据热负荷计算公式Q=c·M·(T1-T2)来确定实际的供热量(c为比热,M为总管流量,T1、T2分别是供、回水总管上的温度)。
循环水泵的控制:根据前24h的室外温度平均值查算供热曲线得到要求的供热量,并算出要求的循环水量,从而确定循环水泵的开启台数。
供水温度的设定:供水温度传感器TT1的设定值,可由调整后测出的循环水量M、要求的热量Q及实测回水温度传感器TT2的读数确定。随着供水温度传感器TT1的读数改变,TT2的读数也会缓慢变化,从而使要求的供水温度同时进行相应地改变,以保证供出的热量与要求的热量设定值一致。
热水循环系统的监控还包括压差旁通控制、膨胀水箱的液位监控、水流开关对水泵真实运行状态的监测等,这些都与冷冻水循环系统的监控相同,不再重复叙述。
(3)热源侧的监控
前已述及,在本案例中建筑设备自动化系统未对热源设备的内部运行进行监控。建筑设备自动化系统对蒸气进行了计量。计量方法是通过温度传感器TT3、压力传感器PT1、流量计FT2测蒸气温度、压力和流量来实现蒸气的计量。另外,也可以通过测量凝结水量来确定蒸气流量。对于一次热网为热水的水-水换热站,BAS如何实现监控,请读者自行分析。
3.建筑设备自动化系统监控点位统计
根据以上的监控思路,对各设备的建筑设备自动化系统点位确定如下。
(1)热交换器部分的监控
2个蝶阀,计2个DO点;2个三通调节阀,计2个AO点。
(2)热水循环侧的监控
2个热水循环泵的启/停和状态,共计2个DO点和6个DI点;2个水流开关,用于测量水泵的实际运行状态,计2个AI点;用液位开关检测膨胀水箱的高低警戒水位,计2个DI点;设置温度传感器TT1、TT2和流量传感器FT1检测热水的供回水温度和流量,用于计算热负荷,共3个AI点;压差传感器Pdt检测供回水压差,计1个AI点;现场控制器据此供回水压差对旁通管上旁通调节阀的阀芯开度进行控制,从而实现压差旁通控制,计1个AO点。
案例二:电锅炉机组的监控
本小节以电锅炉为例,进行热源的建筑设备自动化系统监控案例分析。
1.电锅炉机组的运行原理分析
电锅炉由于对周围环境没有污染,并且控制水温方便快捷,所需辅助设备少及占地面积小,在智能大楼中越来越多地被采用。该热源系统由热水电锅炉机组、循环水泵、补水泵等组成。共有4台电锅炉机组,系统根据建筑热负荷的情况选择运行台数。循环水泵为热水从集水器进入锅炉、再经分水器输送到用户用热终端设备的循环提供了动力。热水循环中热水的损失是不可避免的,补水泵的作用就是在需要时启动补充水量。空调热水在使用的过程中系统内存在结垢问题。为此,在补水之前应先经软化水箱进行水质处理。
2.电锅炉机组的建筑设备自动化系统监控原理分析
(1)锅炉热水出口压力、温度、流量监测
在每台锅炉的热水出口设温度传感器(TT1~TT4),测量锅炉出口水温,可了解每台锅炉出力状况;安装流量计(FT1~FT4),以了解每台锅炉出口热水的流量;采用压力变送器(PT1~PT4)测量热水出口热水压力。测出的热水出口的温度、压力和流量,通过模拟量输入通道AI,送入现场控制器显示,超限报警。
(2)锅炉补水泵的自动控制
采用压力变送器PT5测量系统回水压力,并通过1路AI通道送入现场控制器。当回水压力低于设定值时,现场控制器自动启动补水泵进行补水,当回水压力上升到设定值时,补水泵自动停泵。补水泵电动机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入(DI信号),输入现场控制器监测补水泵的运行状态。
(3)锅炉、给水泵的顺序启停及运行状态显示
锅炉机组设备启停通常按照事先编制的时间假日程序控制。为保证整个系统安全运行,编程时须按照一定的顺序控制设备的启停。
启动顺序:循环水泵→电锅炉;
停止顺序:电锅炉→循环水泵。
采用水流开关(FS1~FS3)(DI信号)监测循环水泵的运行状态,当循环水泵按控制程序启动后,而水流开关没有动作,则中断启动程序。电锅炉的运行状态信号取自锅炉主电路接触器的辅助触头。锅炉、循环水泵的运行状态信号通过DI通道送入现场控制器显示。
(4)故障报警
循环水泵、补水泵发生过载故障时,通过水泵主电路热继电器的辅助节点(DI信号)获得故障报警信号;电锅炉的故障信号(DI信号),取自加热器的断线信号。用液位计(LTl~LT4)检测锅炉锅筒水位,并送入现场控制器显示,水位超高、超低报警。
(5)锅炉供水系统的节能控制
锅炉在冬季供暖时,根据分水器、集水器的供回水温度及回水干管的流量检测值,实时计算空调房间所需热负荷,按实际热负荷自动启/停电锅炉及循环水泵的台数。
(6)安全保护
当由于某种原因造成循环水停止或循环量过小及锅炉内水温太高,出现汽化的现象时,现场控制器接收到水温超高的信号后,立即进入事故处理程序:恢复水的循环,停止锅炉运行,启动排空阀,排出炉内蒸气,降低炉内压力,防止事故发生,同时响铃报警,通知运行管理人员,必要时还可通过手动补入冷水排除热水,进行锅炉降温。
(7)用电量计量
采用电能变送器计量锅炉用电量,用于锅炉房成本核算。
3.建筑设备自动化系统监控点位统计
请读者根据上述的分析,自行归纳统计建筑设备自动化系统对电锅炉的监控点位。
4.3.8空调冷冻水系统的监控
前文在冷源系统的建筑设备自动化系统监控案例分析时,已经将冷冻水系统与冷水机组的监控一并作了详细分析。冷冻水系统由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器及各类冷水用户(如空调机和风机盘管)。此回路的监控内容主要包括冷冻水泵的监控、冷冻水供/回水各项参数的监测、旁通水阀及膨胀水箱的监控等。
1.冷冻水系统监控功能
①水流状态显示;
②水泵过载报警;
③水泵启/停控制及运行状态显示。
2.冷冻水系统的监控原理分析
详细分析如下。
冷冻水泵启动后,通过水流开关FS(1路DI信号)监测水流状态,当流量太小甚至断流时,发出报警信号并自动停止相应制冷机运行。
冷冻水泵是冷冻水循环的主要动力设备,其监控内容一般包括冷冻水泵的启停及状态监视、冷冻水泵故障报警监视、冷冻水泵的手/自动控制状态监视等。冷冻水泵与制冷系统设备连锁控制启停,这应按照制冷系统的启停顺序进行。
现场控制器通过1路DO通道控制冷冻水泵的启/停。将水泵电动机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入(1路DI信号),输入现场控制器监测冷冻水泵的运行状态。现场控制器从手/自动转换开关获取手/自动转换信号(1路DI信号),以监测水泵的手/自动状态。主电路上热继电器的辅助触点信号(1路DI信号)作为冷冻水泵过载停机报警信号。
3.冷冻水回路二次水泵变频的控制方案
如前所述,在冷冻水回路采用定流量水泵的情况下,为平衡负荷侧变流和冷水机组侧定流之间的矛盾,防止低负荷情况下(如负荷侧盘管水阀同时关小)水泵对管路及泵本身的冲击,应在冷冻水供/回水总管上加装旁通回路,通过旁通阀的开度控制平衡水管压力。但是这种控制方式无论在低负荷状态还是高负荷状态,只要启动的水泵台数相同,水泵消耗的能源是基本相同的。低负荷状态下浪费大量能源。
从节能的角度,通常做法是将冷冻水泵换成变频泵,根据负荷状态改变水泵的运行频率,实现变频节能。但对于冷冻水回路,如果没有旁通回路,那么冷冻水泵的输出流量等于流过冷水机组的冷冻水流量。在低负荷状态下,变频水泵的输出流量(即流过冷水机组的冷冻水流量)随之降低,而冷水机组通常要求工作时冷冻水量基本恒定,因此直接变水量调节对冷水机组的正常工作是不利的。
采用定流量一次冷冻水泵保证流过冷水机组的冷冻水流量,变频二次冷冻水泵根据负荷情况控制输出流量,旁通回路的流量为一次泵与二次泵的流量差。在这种回路中,一般一次泵的扬程较低,二次泵根据负荷决定扬程输出,从而既实现节能控制,又保证冷水机组的安全运行。
一次泵及旁通回路的监控方式与冷冻水泵、旁通回路相同。二次泵除监控启/停、运行状态、故障状态、手/自动状态外,还需进行频率控制。二次水泵的运行台数及运行频率根据用户侧最不利端进回水压差ΔP进行确定。
安装在冷冻机蒸发器回路中的循环泵P1、P2仅提供克服蒸发器及周围管件的阻力,至旁通管ab间的压差就应几乎为0,这样即使有旁通管,当用户流量与通过蒸发器的流量一致时,旁通管内亦无流量。加压泵P3、P4用于克服用户支路及相应管道阻力。这样,根据冷冻机启停控制循环泵P1、P2的启停;根据用户用水量控制加压泵P3、P4。当用户流量大于通过冷冻机蒸发器的流量时,旁通管由b向a旁通一部分流量在用户侧循环。当冷冻机蒸发器流量大于用户流量时,则旁通管内水由a向b流动,将一部分冷冻机出口的水旁通回到蒸发器入口处。这样,只要旁通管管径足够大,用户侧调整流量不会影响通过蒸发器内的水量。为了节省加压泵电耗,可以根据用户侧最不利端进回水压差传感器Pdt来调整加压泵开启台数或通过变频器改变其转速。用户侧流量与冷冻机蒸发器侧流量之关系可通过测定供/回水温度来确定,从而确定冷冻机的运行方式。
4.3.9冷却水系统的监控
冷却水系统是通过冷却塔、冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷却水的系统。建筑设备自动化系统对冷却水系统实行监控的主要作用是:
①保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行;
②确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过;
③根据室外气候情况及冷负荷调整冷却水运行工况,使冷却水温度在要求的设定温度范围内。
1.冷却水系统的监控功能
①水流状态显示;
②冷却水泵过载报警;
③冷却水泵启/停控制及运行状态显示;
④冷却塔风机运行状态显示;
⑤进出口水温测量及控制;
⑥水温再设定;
⑦冷却塔风机启/停控制;
⑧冷却塔风机过载报警。
2.冷却水系统的监控功能描述
(1)冷却塔风机控制
每台冷却塔风机通过计算机进行启/停控制。启/停台数根据冷冻机开启台数、室外温湿度、冷却水温度、冷却水泵开启台数来决定。
每台冷却塔出水管上设温度测点TT1~TT4,进水管上安装电动水阀V1~V4,监测水温可确定冷却塔的工作状况。通过4个温度测点间温差调节电动水阀V1~V4,以调整进入各冷却塔的水量,使其均匀分配,以保证各冷却塔都能达到最大出力。
由于湿式冷却塔的工作性能主要取决于室外温湿度,因此设室外湿球温度测点TT8。当夜间或春秋季室外气温低,冷却水温度低于冷冻机要求的最低温度时,可以通过启停冷却塔台数或改变冷却塔风机的转速,既可调节冷却水温度,又能节约能源。也可适当打开混水阀V7,使一部分从冷凝器出来的水与从冷却塔出来的水混合,调整进入冷凝器的水温。
现场控制器通过4路AI通道输入冷却塔出水管温度信号;1路AI通道输入湿球温度信号;4路AO通道实现电动水阀调节。
现场控制器通过1路DO通道控制冷却塔风机的启/停。将冷却塔风机电动机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量(DI信号),输入现场控制器监测冷却塔风机的运行状态。主电路上热继电器的辅助触点信号(1路DI信号),作为冷却塔风机过载停机报警信号。
冷却塔接水池设水位计(液位开关)用于监测冷却水系统水位。水位计可采用电容式水位状态传感器,能在各种恶劣条件下测出水位状态,并由计算机根据水位传感器的信号控制补水电动阀或补水泵动作。现场控制器通过1路PI通道监测液位开关发出的开关量信号。
(2)冷却水泵控制
冷却水泵也由计算机进行启停控制,并根据冷冻机开启台数决定它们的运行台数。
冷却水泵、冷却塔风机与制冷系统设备连锁控制启停。关于连锁关系在制冷系统监控部分有详细描述,这里不再赘述。
(3)水温监测
冷凝器入口水温测点TT5测得的水温是整个冷却水系统最主要的测量参数,由它可监测最终进入冷凝器的冷却水温度,依此启/停各冷却塔和调整各冷却塔风机转速。
从冷凝器出口水温测点TT6、TT7测得的温度,可确定这台冷凝器的工作状况。当某台冷凝器由于内部堵塞或管道系统误操作造成冷却水流量过小时,会使相应的冷凝器出口水温异常升高,从而及时发现故障。也可用水流开关指示冷凝器堵塞或管道系统误操作造成的冷却水流量过小或无水状态。