Nghiên ứu hệ thống điều khiển điều hòa thông gió ho tòa nhà trên ơ sở giải pháp bms

PHAN VĂN PHƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHAN VĂN PHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU HỊA THƠNG GIĨ CHO TỊA NHÀ TRÊN CƠ SỞ GIẢI PHÁP BMS LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA KHỐ: 2010 Hà Nội – 2012 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131699561000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHAN VĂN PHƯƠNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU HỊA THƠNG GIĨ CHO TÒA NHÀ TRÊN CƠ SỞ GIẢI PHÁP BMS NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : Â Hà Nội – 2012 Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Ứng dụng giải pháp APOOGE để nghiên cứu giải pháp tự động hóa tịa nhà BMS cho hệ thống HVAC tòa nhà “ kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí trang wed theo danh mục tài liệu luận văn Tác giả luận văn Phan Văn Phương HDKH: PGS.TS.Phan Xuân Minh HVTH: Phan Văn Phương Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chương Tổng quan hệ thống BMS 1.1 Khái niệm chung BMS 1.1.1 Khái niệm hệ thống BMS .9 1.1.2 Cấu hình chung cuả hệ thống BMS 12 1.2 Chức nhiệm vụ hệ thống BMS 17 1.2.1 Chức hệ thống BMS 17 1.2.2 Nhiệm vụ hệ thống BMS 19 1.3 Các hệ thống kỹ thuật điển hình BMS .20 1.3.1 Hệ thống cung cấp điện 20 1.3.2 Hệ thống chiếu sáng EIB 20 1.3.3 Hệ thống thông gió điều hịa khơng khí (HVAC) 21 1.3.4 Hệ thống báo cháy chữa cháy 23 1.3.5 Hệ thống thang máy 24 1.3.6 Hệ thống thông tin liên lạc thông báo công cộng .25 1.3.7 Hệ thống cấp thoát nước 26 1.3.8 Hệ thống CAMERA giám sát 26 1.4 Hệ thống BMS thị trường 26 1.5 Giải pháp tự động hóa tịa nhà APPOGEE hãng SIEMENS 27 1.5.1 Giải pháp cấp quản lý BMS 28 1.5.2 Giải pháp thiết bị cấp điều khiển 34 1.5.3 Giải pháp thiết bị cấp trường: 39 1.5.4 Giải pháp mạng truyền thông 39 Chương Tổng Quan hệ thống HVAC 42 2.1 Khái niệm chung hệ thống HVAC giải pháp BMS 42 2.1.1 Khái niệm HVAC .42 2.1.2 Lịch sử phát triển HVAC 42 2.1.3 Nhiệm vụ hệ thống HVAC 43 2.2 Phân loại hệ thống HVAC 48 2.2.1 Hệ thống HVAC cục 48 2.2.2 Hệ thống chiller water 50 2.2.3 Hệ thống HVAC trung tâm .61 2.2.4 Hệ VRV 63 Chương Phân tích lựa chọn giải pháp thực thi 67 3.1 Giới thiệu tòa nhà yêu cầu toán 67 3.1.1 Giới thiệu tòa nhà 67 3.1.2 u cầu đề cho hệ thống BMS-HVAC,thơng gió 67 3.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống HVAC 68 3.2.1 Điều khiển tự động hệ thống nước cụm máy chiller,boiler: 68 3.2.2 Điều khiển xử lý khơng khí – ,AHU ,FCU 70 3.2.3 Điều khiển hệ thống thông gió tầng hầm quạt tăng áp cầu thang 71 HDKH: PGS.TS.Phan Xuân Minh HVTH: Phan Văn Phương Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học 3.3 Sơ đồ thuật toán điều khiển cấp trường .71 3.3.1 Điều khiển hệ thống Chiller-Cooling tower 71 3.3.2 Điều khiển AHU 76 3.3.3 Điều khiển FCU 78 3.3.4 Điều khiển VAV 79 3.3.5 Điều khiển hệ thống thơng gió tầng hầm 80 3.3.6 Điều khiển hệ thống quạt tăng áp cầu thang .81 3.4 Chọn phương án thiết bị hệ thống BMS –HVAC 82 3.4.1 Hệ thống máy chủ giám sát điều khiển 82 3.4.2 Hệ thống mạng 82 3.4.3 Các thiết bị điều khiển (Controler) 83 3.4.4 Các thiết bị cảm biến .84 3.5 Thiết kế tủ điều khiển hệ thống BMS .90 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 90 3.5.2 Tủ điều khiển hệ thống Chiller 92 3.5.3 Tủ điều khiển hệ thống Collingtower .93 3.5.4 Tủ điều khiển hệ thống AHU 95 3.5.5 Tủ điều khiển hệ thống FCU 97 3.5.6 Tủ điều khiển hệ thống quạt thơng gió hầm .98 3.5.7 Tủ điều khiển hệ thống quạt thơng gió mái 100 3.5.8 Tủ điều khiển hệ thống quạt tăng áp cầu thang 101 3.6 Tích hợp hệ thống 102 3.6.1 Cấu hình khởi tạo thiết bị 102 3.6.2 Giao diện điều khiển giám sát hệ thống .105 Kết luận 109 Tài liệu tham khảo 110 HDKH: PGS.TS.Phan Xuân Minh HVTH: Phan Văn Phương Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học DANH MỤC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT AHU – Air Hand Unit AI – Analog Input AO - Analog Output Ala – Arlam BAS – Building Automation System BLN - Building Level Network BMS –Building Management System DCS – Distributed Control System DDC – Digital Direct Control DI - Digital Input DO - Digital Output EIB - European Intallation Bus FCU – Fan Coil Unit FLN - Field Lever Network HVAC – Heating Ventilation and Air Conditioning IP – Internet Protocol LAN – Local Area Network MNL – Management Level Network PAU - Primary Airhanding Unit SCADA – Supervision Control And Data Acquisition Sche - Schedule TEC - Terminal Equipment Controller VAV – Variable Air Volume VSD – Variable Speed Device VRV - Variable Refrigerant Volume HDKH: PGS.TS.Phan Xuân Minh HVTH: Phan Văn Phương Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ tự động tịa nhà thơng minh 10 Hình 1.2 Sơ đồ kiến trúc hệ thống 12 Hình 1.3 Cấu hình phần cứng hệ thống BMS 13 Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống mạng điều khiển hệ thống tòa nhà BMS 27 Hình 1.5 Thiết lập User acount 30 Hình 1.6 Phân quyền theo chức 30 Hình 1.7 Cửa sổ Alarm Status .31 Hình 1.8 Cửa sổ Schedule 31 Hình 1.9 Cửa sổ report builder 32 Hình 1.10 Cửa sổ report viewer .32 Hình 1.11 Cửa sổ graphic 32 Hình 1.12 Cửa sổ System Profile 33 Hình 1.13 Bộ điều khiển MBC 34 Hình 1.14 Bộ điều khiển MEC 35 Hình 1.15 Bộ điều khiển PXC 36 36 Hình 1.16 Sơ đồ PXC 36 38 Hình 1.17 Nguyên lý mạng MLN 39 Hình 2.1 Bộ sưởi ấm trung tâm 43 Hình 2.2 Bộ xử lý khơng khí AHU 45 Hình 2.3 Cấu tạo máy điều hịa khơng khí kiểu rời .49 Hình 2.4 Sơ đồ ngun lý hệ thống điều hịa water chiller 50 Hình 2.5 Hệ thống Chiller 51 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý AHU 55 Hình 2.10 Bộ điều khiển AHU dùng DDC 59 Hinh 2.11 Cấu tạo Cooling Tower 59 Hinh 2.12 Nguyên lý hoạt động Cooling Tower .60 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hoà dạng tủ 62 Hình 2.14 Hệ thống VRV 63 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa VRV .64 Hình 3.1 Sơ đồ đường nước làm mát nóng 69 Hình 3.2 Nguyên lý tuần hồn khơng khí lạnh 70 Hình 3.3 Ngun lý tuần hồn gió hầm 71 Hình 3.4 Sơ đồ điều khiển hệ thống Chiller-Cooling Tower 72 Hình 3.5 Sơ đồ điều khiển hệ thống Chiller 72 Hình 3.6 Sơ đồ điều khiển hệ thống-Cooling Tower .74 Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển hệ thống AHU .76 Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển hệ thống FCU .78 Hình 3.9 Sơ đồ điều khiển van VAV 79 Hình 3.10 Sơ đồ điều khiển hệ thống quạt thơng gió hầm 80 Hình 3.11 Sơ đồ điều khiển hệ thống quạt tăng áp cầu thang 81 Hình 3.12 Bộ điều khiển TEC cho FCU 83 Hình 3.13 Bộ điều khiển VAV Box .84 Hình 3.14 Cảm biến áp suất QBE2002-P40 84 Hình 3.15 Cảm biến chênh áp đường nước QBE61.3-DP5 85 Hình 3.16 Cảm biến nhiệt độ nước QAE 2164.015 .85 Hình 3.17 Cảm biến lưu lượng nước MAG5100w 86 HDKH: PGS.TS.Phan Xuân Minh HVTH: Phan Văn Phương Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học Hình 3.17 Cảm biến chênh lệch áp đường ống gió QBM65.1-5 86 Hình 3.18 Cảm biến nhiệt độ đường ống QAM2161.40 .87 Hình 3.19 Cảm biến nhiệt độ khơng khí ngồi trời QAC3161 .88 Hình 3.20 Cảm biến khói DBZ1197A 88 Hình 3.21 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm phòng QFA 3160 89 Hình 3.22 Cảm biến khí CO Model TP1-M 89 Hình 3.23 Cảm biến khí CO2 QPM2102 .90 Hình 3.24 Sơ đồ nguyên lý hệ thống BMS .91 Hình 3.25 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển máy lạnh bơm nước lạnh .93 Hình 3.26 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển collingtower bơm nước giải nhiệt 95 Hình 3.27 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển AHU .96 Hình 3.28 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển FCU 97 Hình 3.29 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển quạt thơng gió tầng hầm .99 Hình 3.30 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển quạt thong gió tầng mái .101 Hình 3.31 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển quạt tăng áp cầu thang .102 Hình 3.31 System Profile .103 Hình 3.32 Khởi tạo điểm (point) 104 Hình 3.33 Giao diện đồ họa tòa nhà Grand Plaza .105 Hình 3.34 Giao diện giám sát hệ thống HVAC 105 Hình 3.35 Giao diện giám sát hệ thống Chiller 105 Hình 3.36 Giao diện giám sát hệ thống Cooling Tower 106 Hình 3.37 Giao diện giám sát hệ thống Boiler 106 Hình 3.38 Giao diện giám sát hệ thống AHU 107 Hình 3.39 Giao diện giám sát FCU 107 Hình 3.40 Giao diện giám sát VAV 108 Hình 3.41 Giao diện điều khiển giám sát quạt thơng gió hầm 108 HDKH: PGS.TS.Phan Xuân Minh HVTH: Phan Văn Phương Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp hóa, đại hóa phát triển nhanh chóng với khơng khí hội nhập kinh tế quốc tế Việt Nam nay, tiến bước dài đạt thành công kết tương đối khích lệ nhiều lĩnh vực kinh tế khác Một thành cơng quy mơ thị hóa với hàng loạt cơng trình kiến trúc đồ sộ mọc lên để tơ đẹp thêm cho thành công phát triển kinh tế Việt Nam Đi với cơng trình xây dựng yêu cầu quản lý sử dụng chúng cho hiệu tiện nghi nhất, đặc biệt với tòa nhà cao tầng sử dụng làm văn phòng cho thuê Với yêu cầu với thành tựu khoa học kĩ thuật nay, giải pháp trọn gói điều khiển tự động hóa tịa nhà đời phát triển mạnh, hệ thống tự động hóa tịa nhà ( Building Management System – BMS) Mục tiêu hệ BMS tập trung hóa đơn giản hóa giám sát, hoạt động quản lý hay nhiều tịa nhà để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động tòa nhà cách giảm chi phí nhân cơng lượng tiêu thụ điện đồng thời cung cấp mơi trường làm việc an tồn, thoải mái cho người làm việc bên Nhiệm vụ hệ thống BMS điều khiển, giám sát quản lý thiết bị tồn tịa nhà, giúp cho việc vận hành, bảo dưỡng quản lý nhà mội cách thuận tiện an toàn hiệu Mặt khác hệ thống BMS giải pháp tiết kiệm lượng tối ưu nhất, tiết kiệm chi phí nhân cơng đơn giản hóa việc vận hành Người vận hành cần ngồi phòng máy mà nắm bắt điều khiển cấu chấp hành tòa nhà từ hệ thống lớn đến nhỏ Tất điều ưu điểm vượt trội hệ thống tự động hóa tịa nhà BMS Tồ nhà Grand Plaza xây dựng chủ đầu tư Hàn Quốc tịa nhà trang bị hệ thống điều khiển tự động hóa cao Grand Plaza tịa nhà lớn bao gồm văn phòng cho thuê khách sạn cao cấp nên việc đầu tư cho BMS mức cao Do mục tiêu đặt cho BMS tòa nhà phải giám sát điều khiển HDKH: PGS.TS.Phan Xuân Minh HVTH: Phan Văn Phương Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học hệ thống mức cao, đồng thời tạo mội trường an toàn thân thiện cho người sử dụng Tòa nhà CHARMVIT thiết kế cung cấp giải pháp hệ thống BMS hãng SIEMENS, NTC đối tác để triển khai hệ thống giải pháp tự động hóa tịa nhà APOGEE Là nhân viên NTC lúc tác giả tham gia triển khai lập trình cấu hình hệ thống Grand Plaza Đây tòa nhà lớn phạm vi điều khiển rộng khuôn khổ luận văn tác giả đưa lên vấn đề điều khiển cho hệ thống HVAC hệ thống phức tạp quan trọng tịa nhà Phạm vi đề tài bao gồm việc khảo sát hệ thống điều hịa thơng gió tịa nhà Grand Plaza để đưa phương án thiết kế triển khai hệ thống BMS nhằm giám sát điều khiển hệ thống HVAC tòa nhà Tòa nhà sử dụng hệ thống điều hòa Chiller giải nhiệt nước, xu chung tịa nhà cao tầng Việt Nam Tác giả sâu giải pháp APOGEE tòa nhà từ ứng dụng cho tịa nhà khác sử dụng BMS Việt Nam Em xin chân thành cảm ơn cô Phan Xuân Minh thầy cô khác mơn điều khiển tự động hóa thầy cô khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ em hòan thành luận văn HDKH: PGS.TS.Phan Xuân Minh HVTH: Phan Văn Phương