【浅谈】国家博物馆楼宇自控系统运行管理实践中的改进措施

2017-08-16 · 作者:沉于尘

[导读]为了确保馆内所有机电设备的安全运行,实现各区域环境的功能需求,提高工作效率,节约能源,馆内建立了楼宇自控系统来实现对所有机电设备的集中监视、调控。

  1、引 言

  中国国家博物馆位于北京天安门广场东侧,是在老馆的基础上改扩建成约19.19×104㎡的大型现代化博物馆。其建筑空间形式丰富,内部功能复杂多样,不仅包括各类展厅、文物库房,还包括学术报告厅、演播室、车库、办公用房及休息服务区等。

  国家博物馆建筑的大型化、多功能化使得室内环境控制要求精确,复杂而多样,从而带来了馆内机电设备种类繁多,空间分布分散、安装调控技术难度大等状况。为了确保馆内所有机电设备的安全运行,实现各区域环境的功能需求,提高工作效率,节约能源,馆内建立了楼宇自控系统来实现对所有机电设备的集中监视、调控。在自控系统的运行实践中,针对发现的各种问题,结合管理需求,提出了一系列改进措施,完善了系统功能,不仅提高了重要区域(展厅、库房等)温湿度的控制精度,而且使控制界面更加清晰易懂,便于操作,提高了工作效率。

  2、国博自控系统设计基础及监控内容

  2.1 自控系统设计基础

  中国国家博物馆的楼宇自控系统采用霍尼韦尔面向高端功能和大规模复杂性建筑场合应用的卓灵IQ3智能化楼宇监控系统。IQ3控制器系统是基于TCP/IP协议,以开放的Ethernet(以太网)直接作为管理、控制、现场总线进行监控数据通讯及网络互联的控制系统。在中控管理软件系统方面,采用霍尼韦尔中央管理控制图形化软件系统——TOPS 963 Supervisor System。以计算机服务器为中心,对合理分布于各监控现场区域的控制器进行连接。该系统是基于现代控制论中分布式控制理论而设计的集散型系统,具有集中操作、管理和分散控制功能的综合监控系统。963 Supervisor是一套图形化人机交互界面,全实时的智能化楼宇中央管理控制及系统集成软件系统平台。

  2.2 监控内容

  系统采取24h全天运行模式,主要功能是通过监控建筑内各种机电设备的运行,实现节能、综合自动监测、通讯、控制与管理,保证文物安全和适宜的参观、工作环境。主要监控11个子系统:10个监控系统(空调系统、新风系统、送排风系统、开水器、热水器系统、风机盘管系统、冷热阀系统、VD风口系统、热力站、制冷站)和1个监视系统(排水系统)。

  3、 初步实现的功能及存在的问题

  3.1 初步实现的功能

  在系统设计研发阶段,初步实现了以下几个功能:

  1)检索功能:实现了系统分类检索,包括各子系统的机组或设备号检索、竖井检索、报警检索功能。

  2)监控功能:实现了173台空调机组、51台新风机组、153台送排风机组、16路开水器、59路热水器、102路风机盘管、84个冷热阀、115路VD风口、热力站、制冷站的运行、监视、调控功能;实现了98个集水坑及雨水收集的监视功能。

  3)日程设置:实现了空调、新风机组等设备运行的日程设置功能。

  4)历史记录及打印功能:实现了空调、新风机组送、回风温湿度的历史记录查询、存储及打印功能。

  3.2 存在的问题

  系统进入试运行后,由于馆内建筑复杂,设备数量多,分布比较散,功能区域要求多样性,温湿度控制精度高等原因,会发生温湿度调控误差大、系统操作繁琐等问题。

  1)温湿度调控存在较大误差,无法满足馆内文物对温湿度的要求

  空调机组的控制程序是根据回风温湿度与设定温湿度进行比较,通过PID运算来控制冷热水阀及加湿阀的开度,进而达到控制现场温湿度的目的。在楼控系统试运行的过程中发现最重要的环境温湿度控制效果不理想,无法满足设计和馆藏文物对环境的基本要求。主要原因有以下两点:

  ① 由于现场湿度是根据回风湿度与设定湿度比较运算来控制,从而忽略了温度变化对湿度的影响,造成现场湿度波动较大。

  ② 回风温湿度传感器一般安装在空调机组的回风管上,离展厅文物及观众有一定距离,由于展厅空间大,冬季时,热风往上走导致测量的回风温湿度与现场差异较大,从而对控制精度产生了一定影响。

  2)检索功能不全面、不直观,不便于值机人员浏览、调控及操作,同时,也影响与相关部门之间的协同工作。主要原因有以下3点:

  ① 检索方式简单,各类设备及其服务区域也没有统一标注在检索页面上。在某个区域需要调控时,不能迅速查找到对应的控制设备进行调控,与现场工作人员沟通也会出现误差,影响工作质量,不利于操作、管理。

  ② 报警检索中,报警信息不够全面、集中,不利于统计、报修及管理。例如,过滤器报警需要统计后通知空调科负责人进行检查、清洗,如果不设置集中检索,就只能通过逐台机组浏览统计,不仅浪费时间和人力资源,而且降低了工作效率。

  ③ 由于监控设备众多,对重要设备的运行状态及重要参数必须逐一浏览查看,不能及时了解重要信息及发现存在的问题,同时,浪费了时间,降低了工作效率。

  3)历史曲线单一,查看对比时不够清晰,不利于分析解决问题。

  对送风、回风温湿度设置了历史曲线及数据存储。由于相关参数的历史曲线不在同一坐标系,对比分析时需来回切换记录,不仅不直观,而且影响工作效率。

  4)重要的报警信息不能及时被发现,缺乏提供突发故障的预防手段。

  试运行中发现报警信息只有设备运行界面、报警检索页面及报警弹出对话框3种显示方式,同时弹出对话框的报警信息内容不全面。因此,发生故障时,控制系统无法及时清楚的报警,并通知值机人员及相关负责人前去检查,很容易引起更大范围的设备故障。

  4 、改进措施及效果

  4.1 温湿度调控的改进

  1)现场湿度控制由回风湿度与设定湿度比较运算改为回风含湿量与设定含湿量比较运算,从而减小了温度变化对湿度的影响。

  2)针对回风温湿度与现场温湿度误差较大的情况,设置不同的控制模式,包括回风和室内两种。在展厅、会议室等区域选择合适位置安装温湿度传感器,当回风温湿度与现场存在较大误差时可以切换为室内控制模式。

  4.2 检索方式的改进

  1)对系统检索功能进一步完善

  在系统检索原有的基础上细化,对各类系统设备增加分区域、分楼层等多层次检索。例如,空调系统根据建筑特征分老馆和新馆,老馆又分北馆和南馆,然后根据建筑楼层及设备分布情况,新馆分为B2层、B1层、1层等9层(见图1)。细化后的检索页面中在需要查看某个设备运行状态时可以分区域、分系统、分楼层、分设备编号逐层查找,从而达到迅速浏览的目的,不仅避免了盲目逐个查找,而且节约了时间,节省了人力资源,更提高了工作效率。

  图1 系统检索页面

  2)根据具体需求,对报警检索进行了补充和完善

  为便于值机人员迅速浏览查找各类设备的运行状态,在报警检索页面对设备的运行状态及参数进行分类集中检索,例如故障报警、防冻报警等。同时,在原来基础上增加了DDC工况、停机报警、过滤器报警检索。楼控系统的监控工作需要与各专业之间相互配合,例如增加过滤器报警检索后,可以迅速统计出报警的机组,并通知空调专业检查清洗维修及确认,不仅从操作上节省了时间,从管理上节约了人力资源,而且加强了专业之间的协作。

  3)增加平面图检索方式

  对空调机组、新风机组、送、排风机组及集水坑等重要设备根据建筑楼层增加平面图检索方式。在各层平面图中,对设备机房进行颜色区分标记,并在对应位置设置链接按钮。通过点击进入机房查看该机房内的机电设备,点击机电设备可以进入该设备的运行界面,进而进行浏览、调控;为方便查看各展厅、文物库区的现场温湿度,将现场温湿度传感器的值标注在平面图检索中对应的位置上;同时将各展厅对应控制的空调机组编号及运行状态标注在平面图上(见图2),绿色圆圈代表机组运行,红色代表运行停止。

  图2 博物馆第2层平面图检索页面

  4)添加各类设备具体控制区域及重要参数

  将所有设备的具体控制区域标注在对应的设备编号后面,无论通过哪种检索方式检索到设备标号时就能迅速知道该设备的控制区域。

  在系统检索中,检索到空调新风机组编号时,将所有空调、新风机组的重要参数:机组运行状态(送风压差、工频柜及变频频率)、新风阀、冷水阀、热水阀和加湿阀的开度反馈标注在系统检索下机组编号的旁边,巡查机组时不用点击编号进入下层机组运行界面就可以知道机组的重要参数,从而及时判断各阀门是否存在异常状态(见图3)。

  图3 空调机组检索页面

  4.3 历史曲线及数据存储的改进

  在原来的基础上增加了新风阀、冷、热水阀、加湿阀开度历史曲线、送风机运行状态记录曲线及主要运行参数曲线图。通过设置可以把相关的参数曲线反映在同一坐标系中,便于发现问题时,对数据之间比较分析。为分析空调13.5-4机组温度控制情况,把送回风温度及冷热水阀开度设置在同一坐标系(见图4)。通过历史曲线可以发现该机组各参数之间相互影响,进而判断机组运行是否存在问题。例如,热水阀开时送风温度升高,代表此时有热水、阀门开启正确等信息。

  图4 空调机组13.5-4主要参数历史曲线

  4.4 报警信息提醒功能的改进

  为了便于值机管理人员实时了解设备运行状态及故障等重要信息,确保大楼设备财产安全及博物馆的正常运营,增加报警语音提醒及手机短信提醒功能,同时,对报警信息内容进行完善。报警信息包括:停机报警、冷机运行状态、制冷站报警、变频器报警、掉线报警、故障报警、液体渗漏报警、超低超高水位报警、送风湿度超限报警及防冻报警,对重要报警信息不仅在系统界面上单独显示,包括报警内容及发生时间等(见图5),同时控中心也实时进行语音播报,并通过手机短信发给相关专业负责人。

  图5 报警短信发送设置界面及报警信息弹出界面

  结 语

  本文论述了从用户操作和管理的角度,利用先进的控制技术及数字网络技术,在满足控制需求的基础上对国家博物馆楼宇自控系统功能及监控界面进行不断完善的过程,最终使系统监控更加精确,监控页面更加清晰,操作更加便捷,管理更加精细化,从而最大限度的节省了时间和人力资源,提高了工作效率及管理水平。

  参考文献

  [1]杜晗.现代博物馆类建筑的建筑设备监控系统的应用浅析——中国国家博物馆建筑设备监控系统案例分析[J].电脑知识与技术,2012,8(10).

  [2] 英国卓灵公司.TREND楼宇自控系统手册[Z]. 2008.

  [3]盛小康,董静.中国国家博物馆暖通空调设计[J].暖通空调IIV&AC,2011,41(10):1-5.

  本文来源于:《智能建筑与智慧城市》


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