Giải pháp cho giám sát và quản lý tòa nhà

Giới thiệu
Hiện nay trong thời kỳ phát triển và xây dựng. Nhiều khu đô thị, nhiều tòa nhà cao tầng, khu thương mại và các khu chung cư được xây dựng. Các hạng mục xây dựng nhằm đáp ứng theo các chuẩn quốc tế và phục vụ nhu cầu của con người. Như các hệ thống điều hòa thông gió, quản lý ra vào, camera an ninh, quản lý bãi đỗ xe được hầu hết các tòa nhà lớn sử dụng. Ngoài việc đáp ứng nhu cầu con người thì vấn đề môi trường và tiết kiệm năng lượng được đặt lên vị trí không kém phần quan trọng. Hệ thống HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) chiếm tới 40% tổng công suất sử dụng năng lượng của các tòa nhà đó. Do đó trong giải pháp này đòi hỏi là làm sao để sử dụng năng lượng hiệu quả nhất và sử dụng ở mức tối ưu trên việc điều khiển và giám sát hệ thống HVAC.

Techpro giai phap an toan cho toa nha

Techpro
cung cấp giải pháp điều khiển và giám sát hệ thống HVAC. Giúp giảm thiểu năng lượng sử dụng trong tòa nhà thông qua 2 tiêu chí sau EUI (Energy Use Intensity) and SPF (System Performance Factor). Sau khi tham khảo và khảo sát hệ thống tòa nhà. Chúng tôi đưa ra phương án sử dụng cho hệ thống và các thiết bị điều khiển cần thiết sẽ được cài đặt nhằm đảm bảo khả năng điều khiển và tiết kiệm năng lượng. Được kiểm soát trên cở sở phân bố thiết bị các điểm kết nối. Hệ thống sẽ được kiểm soát và theo dõi thông qua phần mềm WebAccess/BEMS. Đây là 1 phần mềm của Advantech được thiết kế riêng cho những hệ thống kiểm soát và quản lý năng lượng. Để xây dựng giải pháp và chứng minh tính tiện ích. Techpro đã xây dựng hệ thống DEMO sử dụng cho hệ thống HVAC cho toà nhà. Trên nền tảng phần mềm Webaccess và Bộ điểu khiển DDC controller.

Yêu cầu hệ thống
Mục tiêu hướng đến ban đầu của Chúng tôi chính là các hệ thống tòa nhà cũ, nơi mà chưa có hệ thống giám sát và quản lý năng lượng. Khi thiết kế hệ thống giám sát và tiết kiệm năng lượng tối ưu nhất với chi phí thấp thì ngoài yêu cầu về các thiết bị điều khiển, cảm biến thì các tòa nhà đó phải đáp ứng có mạng nội bộ để tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau thông qua nó và có chức năng điều khiển từ xa sử dụng các thiết bị truyền thông.

Với những hệ thống mới thì việc xây dựng ngay từ ban đều sẽ trở nên dễ dàng hơn. Với những toàn nhà cũ và hệ thống cũ cần nâng cấp hoặc chưa có. Yêu cầu chuẩn kết nối thống nhất. Truyền thông đáp ứng được các yêu cầu kết nối từ thiết bị điều khiển đến sensor, bơm, valve,...

Giao diện giám sát thân thiện và có thể mở rộng được trong tương lai. Ngoại trừ quản lý các ứng dụng HVAC mà còn dễ dàng nâng cấp, mở rộng cho việc nhúng thêm các hệ thống khác. Như giám sát các hệ thống khác cho tòa nhà: Thang máy, Camera an ninh, bãi đỗ xe...

Sơ đồ tổng quát chung
So do tong quat HVAC
Mô tả hệ thống

Techpro đưa ra tiêu chí cơ bản cho hệ thống này đó là sử dụng cảm biến, kiểm soát hệ thống và mục tiêu quan trọng nhất là tối ưu năng lượng sử dụng. Trung tâm của hệ thống điều khiển là một máy chủ được cài đặt cơ sở dữ liệu và phần mềm WebAccess / BEMS, hệ thống được kết nối với bộ điều khiển BAS-3520 của Advantech thông qua giao thức TCP/IP. Bộ điều khiển BAS-3520 có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các thiết bị cảm biến, thiết bị chấp hành và tín hiệu được truyền về phòng điều khiển trung tâm. Các thiết bị thường được kết nối trực tiếp và kết nối với bộ điều khiển thông qua đường truyền RS-485. Bộ điều khiển BAS-3520 sử dụng phần mềm BASPro để phát triển và lập trình cho hệ thống. Các thiết bị như Valve, bơm, bộ khuyếch tán gió được kết nối với bộ điều khiển qua đường truyền RS-485 trên giao thức Modbus TCP/RTU. Thông qua lập trình các khối logic thông qua bộ điều khiển hệ thống HVAC được vận hành dựa trên các thông số đầu vào và các yêu cầu đầu ra. Đáp ứng các tiêu chí dành cho khách hàng.

Mô hình mô phỏng giám sát AHU hệ thống thông gió, điều hòa trên phần mềm Webaccess

Mo phong giam sat phan mem HVAC

Mô hình mô phỏng giám sát hệ thống chiller và boiler
Mô hình mô phỏng giám sát hệ thống chiller và boiler

Nhiệm vụ chính của hệ thống máy chủ đó là theo dõi nhiệt độ, trạng thái hoạt động của các thiết bị chấp hành và lưu lượng dòng chảy của dòng nước lạnh trong ống để tính toán tải của hệ thống và công suất tiêu thụ điện năng để đưa ra quyết định điều khiển các thiết bị làm lạnh sử dụng cho hệ thống, các thiết bị tiêu thụ trong hệ thống. Hệ thống tháp nước làm mát đưa tín hiệu nhiệt độ dòng nước đầu ra về. Nhiệt độ của luồng không khí bên ngoài và bên trong phòng được đưa về giám sát. Các dữ liệu này được đưa về máy chủ. Từ những dữ liệu đã thu thập được, máy chủ sẽ đưa ra các quyết định điều chỉnh chế độ làm việc tốt nhất cho các thiết bị làm lạnh và làm mát nước. Hệ thống giám sát bơm có nhiệm vụ theo dõi sự chênh áp giữa các đầu ống dẫn để quyết định lượng nước sẽ được bơm nhờ động cơ sử dụng biến tần. Hệ thống xử lý không khí có nhiệm vụ theo dõi áp suất không khí để đưa ra quyết định điều chỉnh lưu lượng không khí đưa vào phòng. Nó cũng có nhiệm vụ theo dõi mật độ lượng khí CO2 trong nhà và ngoài nhà để đưa ra quyết định hợp lý nhất như báo động hoặc cấp thêm O2.

Việc giám sát hệ thống HVAC hiệu quả chủ yếu là để giám sát hệ thống sử dụng và tiêu thụ điện năng, tính toán ra SPF. Khi SPF<3,0 hệ thống sẽ đưa ra một báo động để nhắc nhở người quản trị thay đổi các thông số sao cho phù hợp nhất. BEMS, ngoài việc phân tích các chỉ số quản lý EUI và SPF mà còn có thể tính toán tiêu thụ năng lượng trong các khu vực khác nhau để các kĩ sư có thể chuẩn đoán và quản lý tổng lượng điện năng đã được tiêu thụ.

Giải pháp BEMS bằng cách phân tích và quản lý 2 tiêu chí EUI và SPF có thể đánh giá việc sử dụng hợp lý tổng công suất điện đã tiêu thụ.

Kết luận
Với việc sử dụng giải pháp này cho các hệ thống HVAC thì nó thực sự đạt được hiệu quả đáng kể trong việc tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí cho hệ thống. Chúng tôi đã thực hiện thử nghiệm cải tiến trên năm hệ thống nhỏ, và xây dựng bộ DEMO cho điểu khiển và quản lý hệ thống HVAC đó là: Máy chủ làm lạnh, tháp làm lạnh, hệ thống bơm nước lạnh, hệ thống quạt gió và hệ thống làm mát với chi phí tổng cộng lên đến một triệu USD, tiết kiệm được 25 000 USD mỗi tháng cho việc vận hành hệ thống. Với thời gian ước tính hoàn vốn khoảng hơn 3 năm. Do đó là có thể thấy được tính ưu việt và khả năng đáp ứng của giải pháp.