Hệ thống quản lý năng lượng PMS và hệ thống máy phát dự phòng trong tòa nhà

HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ (BMS) Hệ thống quản lý năng lượng PMS và hệ thống máy phát dự phòng trong tòa nhà Tự động hóa, trong những năm gần đây khái niệm này đã trở nên quen thuộc chứ không còn là khái niệm chỉ được sử dụng trong những lĩnh vực chuyên môn kỹ thuật đặc thù. Tự động hóa đã góp mặt trong mọi lĩnh vực từ sản xuất cho đến phục vụ cuộc sống hằng ngày. Mục tiêu của công nghệ tự động hóa là xây dựng một hệ thống mà trung tâm là con người, ở đó con người thực hiện việc đặt ra các yêu cầu còn mọi thao tác thực hiện yêu cầu đó, tùy theo từng lĩnh vực, từng quá trình, được đảm nhận bởi những hệ thống kỹ thuật đặc trưng. Trên thế giới, các hệ thống thông minh, tự động điều khiển đã được áp dụng từ rất sớm và cho thấy những đóng góp quan trọng không thể phủ nhận. Việc xây dựng công trình ngày nay gần như không thể thiếu việc triển khai, áp dụng các hệ thống tự động. Với các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng, các hệ thống kỹ thuật tự động gọi chung là hệ thống tự động hóa tòa nhà đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì một điều kiện làm việc lý tưởng cho công trình, cho con người và các thiết bị hoạt động bên trong công trình. Một hệ thống tự động hoàn chỉnh sẽ cung cấp cho công trình giải pháp điều khiển, quản lý điều kiện làm việc như nhiệt độ, độ ẩm, lưu thông không khí, chiếu sáng, các hệ thống an ninh, báo cháy, quản lý hệ thống thiết bị kỹ thuật, tiết kiệm năng lượng tiêu

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ (BMS) 1.1 Giới thiệu chung hệ thống BMS 1.2 Khái niệm hệ thống quản lý tòa nhà 1.3 Mục tiêu BMS (Hệ thống quản lý tòa nhà) 1.4 Yêu cầu hệ thống tự động hóa tịa nhà 1.5 Một số lợi ích hệ thống BMS vào điều khiển tòa nhà: 1.5.1 Ưu điểm việc quản lý tòa nhà: CHƯƠNG II 12 CẤU TRÚC HỆ THỐNG BMS 12 2.1 Cấu trúc hệ thống tự động hóa tịa nhà BMS 12 2.2 Cấu trúc phấn cứng: 12 2.3 Các hệ thống tự động tòa nhà: 16 2.3.1Hệ thống báo cháy: 16 2.3.2 Hệ thống chiếu sáng: 18 2.3.3Hệ thống sưởi, thơng gió điều hịa khơng khí(HVAC): 21 2.3.4 Hệ thống thang máy thang : 24 2.3.5 Hệ thống quản lý lượng: 26 2.3.6 Hệ thống truyền thông : 28 2.3.7Hệ thống theo dõi trạng thái tòa nhà 24/7: 28 2.3.7Hệ thống an ninh: 29 2.3.8 Hệ thống quản lý đỗ xe: 31 2.4 Định hướng phát triển tương lai hệ thống tự động hóa tịa nhà 32 2.5Những khó khăn xây dựng hệ thống tự động hóa tịa nhà 33 CHƯƠNG III HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG (PMS) 35 3.1 Giới thiệu hệ thống 35 3.2 Các thiết bị hệ thống CollectricTMPMS 37 3.3 Tính hệ thống CollectricTM Power Management System 40 3.4 Đặc điểm hệ thống CollectricTM Power Management System 44 3.5 Phần mềm quản lý CollectricTMPMS 45 CHƯƠNG IV MÁY PHÁT ĐIỆN DIEZEN DỰ PHÒNG TRONG TÒA NHÀ 47 A Máy phát điện diezen dự phòng 47 4.1 Giám sát máy phát điện diezen dự phòng 47 4.2 Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động: 49 4.2.1 Cấu tạo 49 4.2.2 Nguyên lý hoạt động máy phát điện diezen dự phòng 49 4.2.3 Hệ thống nhiên liệu Bình nhiên liệu thường dự trử để máy phát điện hoạt động từ đến 50 4.2.4 Ổn áp – Ổn áp 51 4.2.5 Hệ thống làm mát 51 4.2.6 Hệ thống bôi trơn 52 4.3 Những yêu cầu thực tự động hóa nguồn máy phát diezen dự phòng 53 5.1 Giới thiệu UPS 53 5.2 Các thành phần hệ UPS Trong Data center 55 5.2.1 Ắc Quy 56 5.2.2 Khóa chuyển mạch tĩnh 57 5.3 Hai dạng hệ thống UPS 58 5.3.1 Hệ thống UPS ngoại tuyến 58 5.3.2 Các Nguồn Dự Phòng khác 62 6.1 Giới thiệu hệ thống ATS 63 6.2 Nguyên lý hoạt động ATS 63 6.3 Nhiệm Vụ Chính Của ATS 64 6.4 Phân loại - Theo nguồn nguồn dự phòng: 64 6.5 Mơ Hình Hoạt Động 64 6.6 Lựa Chọn Tủ ATS 65 CHƯƠNG V 67 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG 67 Kết luận 69 LỜI MỞ ĐẦU Tự động hóa, năm gần khái niệm trở nên quen thuộc khơng cịn khái niệm sử dụng lĩnh vực chun mơn kỹ thuật đặc thù Tự động hóa góp mặt lĩnh vực từ sản xuất phục vụ sống ngày Mục tiêu cơng nghệ tự động hóa xây dựng hệ thống mà trung tâm người, người thực việc đặt yêu cầu thao tác thực yêu cầu đó, tùy theo lĩnh vực, trình, đảm nhận hệ thống kỹ thuật đặc trưng Trên giới, hệ thống thông minh, tự động điều khiển áp dụng từ sớm cho thấy đóng góp quan trọng khơng thể phủ nhận Việc xây dựng cơng trình ngày gần khơng thể thiếu việc triển khai, áp dụng hệ thống tự động Với cơng trình xây dựng cơng nghiệp dân dụng, hệ thống kỹ thuật tự động gọi chung hệ thống tự động hóa tịa nhà đóng vai trị quan trọng việc trì điều kiện làm việc lý tưởng cho cơng trình, cho người thiết bị hoạt động bên công trình Một hệ thống tự động hồn chỉnh cung cấp cho cơng trình giải pháp điều khiển, quản lý điều kiện làm việc nhiệt độ, độ ẩm, lưu thơng khơng khí, chiếu sáng, hệ thống an ninh, báo cháy, quản lý hệ thống thiết bị kỹ thuật, tiết kiệm lượng tiêu thụ cho cơng trình, thân thiện với môi trường Ở Việt Nam, năm gần khơng khó để nhận đóng góp hệ thống tự động cơng trình cơng nghiệp dân dụng Những khái niệm quản lý tịa nhà, tiết kiệm lượng cơng trình, bảo vệ mơi trường…khơng cịn q mẻ Để tìm hiểu rõ vấn đề này,Với hướng dẫn tận tình thầy giáo Ths.Hồng Duy Khang em nhận đề tài thiết kế tốt nghiệp : “Tìm hiểu tổng quan hệ thống BMS” Tuy nhiên hệ thống tương đối rộng phức tạp, thời gian lại có hạn, chúng em sâu vào nghiên cứu mảng nhỏ BMS: “ Tìm hiểu hệ thống quản lý lượng PMS hệ thống máy phát dự phòng tòa nhà ” Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths Hồng Duy Khang tận tình hướng dẫn chúng em trình thiết làm tập Em xin cảm ơn thầy, cô giáo môn tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trình làm tập Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 04 năm 2015 CHƯƠNG I HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ (BMS) Trong lĩnh vực tự động hóa, biết đến nhiều nghiên cứu lĩnh vực hệ thống điều khiển trình(Process control technology); hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System) có lĩnh vực mà chưa dành nhiều quan tâm đến Hệ Thống Tự Động Hóa Tịa Nhà (Building Automation) Cùng với phát triển xã hội u cầu mơi trường làm việc tiện nghi, thoải mái an toàn ngày cao Hơn nữa, với tòa nhà cao tầng với nhiều thiết bị việc yêu cầu quản lý thiết bị nhằm quản lý nguồn tiêu tốn lượng, dễ dàng viêc bảo trì sửa chữa thiết yếu Hệ thống tự động hóa tịa nhà đời phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu Xuất phát từ nhu cầu thực tế mà nhiều hãng tự đơng hóa giới Siemens, HoneyWell, ABB, Echelon… nghiên cứu đưa cách tiêu chuẩn, thiết bị nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao 1.1 Giới thiệu chung hệ thống BMS Thuật ngữ BMS đời vào đầu năm 1950 Và từ tới thay đổi nhiều kể phương diện phạm vi cấu hình hệ thống Cách thức liên lạc hệ thống phát triển từ dây cứng tới dây hỗn hợp (multiplex) hệ thống hai dây liên lạc số hoàn toàn EMS BMCS phát triển từ giao thức poll-response với xử lý điều khiển trung tâm tới giao thức peer-to-peer với hệ thống điều khiển phân tán Các hệ thống quản lý tòa nhà BMS phát triển ứng dụng khoảng 20-30 năm trở lại dựa sở công nghệ tự động hóa phát triển tích hợp tổng thể Hệ thống BMS đời trợ giúp cho người quản lý tòa nhà hiệu kinh tế Tuy vốn ban đầu đầu tư cho thiết bị phần mềm không nhỏ, so với chi phí khai thác lâu dài hiệu kinh tế Chúnh ta tham khảo tịa nhà lớn sân bay Stuttgart Đức, nhà băng Credit Suisse First Boston anh, Capital Tower hang sản xuất đĩa cứng Seagate Singapore…Các tòa nhà trang bị hệ thống BMS Siemens khai thác hiệu kinh tế 1.2 Khái niệm hệ thống quản lý tịa nhà Hệ thống quản lý tồ nhà (BMS): hệ thống toàn diện thực điều khiển, quản lý nhiều thiết bị khác nhà Hệ thống giám sát trung tâm theo dõi trạng thái hoạt động bắt lỗi thiết bị máy điều hòa khơng khí(AHU), máy lạnh, thiết bị phụ trợ khác thiết bị nguồn điện Với phát triển máy tính cơng nghệ thơng tin kỹ thuật số, thiết bị điều khiển tự động hệ thống điều hịa khơng khí tích hợp với thiết bị trung tâm để theo dõi điều khiển tất thiết bị nhà Thiết bị trung tâm gọi hệ thống quản lý tồ nhà tích hợp, có chức theo dõi số lượng lớn thiết bị gồm đèn chiếu sáng, thang máy, hệ thống phòng cháy thiết bị an ninh kiểm soát vào xâm nhập hệ thống từ cổng người dùng Có khả mở rộng thành hệ thống quản lý thông minh để điều khiển toàn thiết bị nhà đảm bảo cho chúng hoạt động hiệu 1.3 Mục tiêu BMS (Hệ thống quản lý tòa nhà) Là tập trung hóa đơn giản hóa việc giám sát, vận hành quản lý tòa nhà BMS cho phép nâng cao hiệu suất tòa nhà cách giảm chi phí nhân cơng, chi phí lượng cung cấp mơi trường làm việc thoải mái an tồn cho người 1.4 Yêu cầu hệ thống tự động hóa tịa nhà Hệ thống tự động hóa tịa nhà nhằm đảm bảo mơi trường làm việc an tồn hiệu hệ thống tự động hóa tịa nhà cần phải đảm bảo: - Hệ thống phải đảm bảo theo dõi, cảnh báo, điều khiển, giám sát theo thời gian thực - Có tính sẵn sàng độ tin cậy cao - Quản lý báo động (Alarm management) - Quản lý kiện (Event management) - Lập lịch làm việc - Phân tích lịch sử phương hướng - Có hệ thống báo động tự động tay - Hệ thống phải có tính mở, tức nâng cấp hệ thống cách dễ dàng 1.5 Một số lợi ích hệ thống BMS vào điều khiển tịa nhà: Lợi ích tịa nhà mà người sử dụng mong đợi trước tiên hiệu kinh tế mà đem lại Cần nói vốn đầu tư ban đầu cho hệ thống tự động hóa tịa nhà khơng nhỏ khơng muốn nói lớn Tuy nhiên, trình hoạt động tiết kiệm lượng bù lại phần đầu tư ban đầu có lợi so với không đầu tư hệ thống tự động hóa tịa nhà Nhìn chung, lợi ích bật xây dựng hệ thống tự động hóa tịa nhà là: - Hệ thống dây dẫn chuẩn hóa mạng dễ dàng nâng cấp, chỉnh sửa cho phù hợp với hệ thống điều khiển - Giá trị tịa nhà nâng cao thơng qua việc tăng khả điều khiển riêng cho người - Chi phí tiêu thụ quản lý thơng qua việc quản lý điều khiển thiết bị theo lịch trình hàng ngày - Người sử dụng cung cấp dịch vụ điện thoại, an ninh, bãi đỗ xe, mạng, thiết bị không dây dẫn tịa nhà Lợi ích cho nhóm người liên quan đến hệ thống tự động hóa tịa nhà liệt kê đây: - Nhà quản lý Nhà quản lý chịu trách nhiệm cho việc quản lý hiệu toàn nhà dịch vụ Nhà quản lý làm phân tích định kỳ dịch vụ nhóm họ chịu trách nhiệm liên hệ với cấp cao người cho thuê tồ nhà Đối với nhà quản lý vấn đề giảm chi phí hoạt động đưa lên hàng đầu, tịa nhà thơng minh với việc quản lý thiết bị hiệu quả, giảm thiểu lượng dư thừa không sử dụng đến làm giảm đáng kể chi phí vận hành - Nhà điều hành Người điều hành thành viên nhóm điều hành nhà dịch vụ Người điều hành thường người thông thạo với dịch vụ điện khí (M&E) tồ nhà liên hệ mật thiết với nhà cung cấp hệ thống phụ nhà thầu Đối với người điều hành yêu cầu chủ yếu theo dõi quản lý toàn thiết bị yêu cầu thiết yếu Hệ thống tự động hóa tịa nhà xây dựng chuẩn định với giao diện trực quan mà từ người quản lý nhận biết thiết bị bị lỗi, hỏng hay thay đổi thông số thiết bị - Người thiết kế Với hệ thống chuẩn hóa việc thiết kế chọn thiết bị trở lên dễ dàng Hệ thống tự động hóa tịa nhà cung cấp cho kỹ sư thiết kế quản lý tốt vị trí xây dựng đảm bảo lựa chọn cấu trúc phù hợp - Người sử dụng cuối Người sử dụng cuối làm việc nhà, sử dụng phương tiện dịch vụ hệ thống tồ nhà cung cấp Như trình bày trên, việc tích hợp hệ thống cung cấp cho người sử dụng có mơi trường làm việc tiện nghi, thoải mái an tồn Mục đích chủ đạo giải pháp quản lý tồ nhà thơng minh cung cấp điều hành cân thoả mãn yêu cầu đa dạng tất người 1.5.1 Ưu điểm việc quản lý tòa nhà: Ưu điểm lớn hệ thống quản lý nhà cung cấp cho người dùng mơi trường thoải mái, an tồn thuận tiện Ngồi người sử dụng chủ sở hữu tiết kiệm lượng giảm thiểu nhân lực lao động, đảm bảo thiết bị làm việc tốt, độ bền cao BMS rõ ràng tạo lợi vượt trội 1.5.1.1 Quản lý hiệu quả, tiết kiệm nhân công: Lượng lớn liệu, nên việc vận hành tồ nhà thiết bị thực số nhân cơng Có thể thực nhiều chức quản lý nhờ sử dụng hiệu nguồn thơng tin 1.5.1.2 Duy trì tối ưu hóa mơi trường: Duy trì điều kiện môi trường tối ưu, nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí CO2, bụi cường độ sáng cho người sử dụng thiết bị sản xuất 1.5.1.3 Tiết kiệm lượng nhiên liệu: Sử dụng hiệu lượng tự nhiên hạn chế lãng phí nguồn nguyên liệu, dùng biện pháp điều khiển trì nhiệt độ đặt trước sử dụng khí trời cần thiết kiểm sốt tải tòa nhà Đặc biệt, hệ thống điều khiển máy điều hồ khơng khí cho phép tạo mơi trường dễ chịu cho người ở, chống lãng phí lượng nhờ điều khiển tối ưu liên tục trì ưu điểm 1.5.1.4 Đảm bảo yêu cầu an tồn: Bằng việc tập trung thơng tin tồn thiết bị đơn vị xử lý trung tâm, ta dễ dàng xác định trạng thái thiết bị, vận hành khắc phục cố điện, hỏng, cháy Với hệ thống an ninh tích hợp, ta n tâm an toàn người sử dụng nhà, bảo mật thông tin cá nhân mà không làm thoải mái 1.5.1.5 Nâng cao thuận tiện cho người sử dụng: Việc tích hợp nhiều tính thiết bị giúp người dùng cảm nhận thoải mái Ví dụ, ln thoải mái vào suốt 24 giờ, cài đặt nhiệt độ dễ dàng, đặt chế độ thờigian, theo dõi trạng thái thời tiết bên ngồi thơng tin quản lý, điều hành tồ nhà Các phần sau trình bày ví dụ hệ thống tự động điều khiển hệ điều hoà nhiệt độ hệ thống tự động hóa tịa nhà tích hợp điển hình 10 5.2 Các thành phần hệ UPS Trong Data center 55 5.2.1 Ắc Quy Cấu tạo ắc quy: Cấu tạo từ nhiều pin nối liền với - ắc quy kiềm : có lỗ thơng nhằm + Phóng thích khí ơxy hydro tạo phản ứng hóa học khác + Hình thành chất điện phân cách cho thêm nước cất + Đặc điểm : - Tuổi thọ cao - Thời gian tự hành dài - Phải lắp đặt phịng đặc biệt Accu kín : ắc quy chì, chất điện phân dung dịch acid sunfuric có tỷ lệ tái tạo khí 95% chúng không cần thêm nước hoạt động + Đặc điểm : - Khơng cần bảo trì - Vận hành dễ dàng - Có thể lắp đặt tất phịng Với accu chì thơng thường mức ngừng l 1,67V cho ngăn; hay l 10V cho ngăn - Đại lượng đo : Ah ( ampe –giờ) Ví dụ N100 l accu 100Ah , accu 100Ah phát điện với dòng điện 5A dùng 20 Khi dòng điện phát lớn thời gian phát điện cng nhỏ (đương nhiên) thời gian giảm nhanh khơng theo tỉ lệ nghịch với dòng điện 5.2.2 Bộ chỉnh lưu/nạp điện ắcqui (Inverter/Charger) chuyển đổi lượng AC ngõ vào UPS thành lượng DC cung cấp cho inverter ắc quy tất chế độ hoạt động (độ ổn định điện áp ắcqui phụ thuộc vào nhiệt độ) Dòng điện ngõ vào giới hạn từ 110% - 150% dòng danh định UPS 5.2.3 Bộ nghịch lưu (Inverter) nhận điện áp DC (từ rectifier/charger hay từ ắcqui) ngõ vào chuyển thành tín hiệu AC cung cấp cho tải với điều kiện ngõ xác định thông số kỹ thuật UPS 56 5.2.4 Khóa chuyển mạch tĩnh (Static switch) Khóa chuyển mạch tĩnh tự đồng chuyển tải sang lưới điện ngõ vào UPS, điện áp đầu vào UPS nằm dãi hoạt động xác định thơng số kỹ thuật UPS, UPS có cố hay tải Nếu điện áp đầu vào UPS không nằm dãi hoạt động, việc chuyển sang bypass không thực 5.2.4.1 Hoạt động UPS a) Chế độ on-line (normal operation) - Khi ngõ vào chỉnh lưu / sạc ắcqui (rectifier / charger) cấp điện AC, rectifier/charger UPS chuyển đổi lượng AC ngõ vào thành lượng DC cung cấp cho nghịch lưu (inverter) đồng thời nạp ắcqui Bộ inverter UPS chuyển đổi lượng DC thành AC để cung cấp nguồn điện ổn định, chất lượng cao cho tải b) Hoạt động ắcqui (battery backup) - Khi nguồn điện cung cấp cho UPS bị gián đoạn hay không đáp ứng yêu cầu đầu vào UPS, inverter UPS sử dụng lượng ắcqui, chuyển đổi thành điện áp AC cung cấp cho tải liên tục, không gián đoạn Bộ inverter UPS cung cấp nguồn AC cho tải thời gian tối thiểu 10 phút c) Nạp ắcqui (battery recharge) - Khi nguồn điện ngõ vào UPS khôi phục, rectifier/charger cung cấp lượng lại cho inverter mà không gây gián đoạn cho tải, đồng thời tự động nạp điện lại cho ắc qui d) Bypass tự động (via the static bypass) - Khi UPS bị tải (ngắn mạch, dòng tải lớn, etc.) hay inverter ngưng họat động (do người sử dụng điều khiển hay tự động), UPS chuyển sang nguồn AC bypass (thơng qua khóa chuyển mạch tĩnh) để cung cấp nguồn điện cho tải - UPS cung cấp điện lại cho tải (do người sử dụng điều khiển hay tự động) điều kiện họat động UPS phục hồi e) Bypass tay (via the manual bypass) - UPS có hệ thống bypass người sử dụng điều khiển, sử dụng trường hợp cần bảo trì UPS Hệ thống cách ly UPS liên tục cung cấp nguồn cho tải thông qua nguồn AC bypass Việc chuyển đổi sang chế độ bypass tay người sử dụng thực không gây gián đọan 57 cho tải f) Downgrade - Circuit breakers sử dụng để cách ly ắcqui khỏi rectifier/charger charger để thuận tiện việc bảo trì 5.3 Hai dạng hệ thống UPS Hệ thống UPS ngoại tuyến Hệ thống UPS trực tuyến: 5.3.1 Hệ thống UPS ngoại tuyến 58 Thường có cơng suất thấp (