CN110837266A - 建筑能耗监控实训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于教学设备制造领域，具体涉及一种建筑能耗监控实训系统，包括控制平台、中央空调系统模块、给排水系统模块、建筑照明系统模块及电力系统，所述电力系统为所有用电设备提供电力，通过开关和按钮进行相应控制；控制平台主要包括现场控制系统、数据采集系统、运行保护系统和能耗监控系统，分别对三个系统模块进行控制；控制平台展示于触控面板上，通过触控面板控制电源电压、相应开关/启停、阀门调度、及备用按钮，通过触控面板监控系统运行状态、模拟故障解决过程、并实时观测建筑能耗变化。本能耗监控实训系统整体结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种建筑能耗监控实训系统。
背景技术
目前，我国建筑能耗占全部产业能耗方面比例较高；其中，建筑温控、给排水及灯光能耗占比70％以上。随着智能建筑的发展，建筑设备自动化系统逐渐成熟。我国公共智能建筑大多使用中央空调作为建筑冷暖供应，对于公共智能建筑中的给排水系统及照明系统，例如写字楼，由于建筑内人数众多、供给设备复杂、所需照明区域变化较大，均使用建筑设备自动化系统进行操控。所以，建立完善的楼宇自控系统，可以有效地降低能耗，减少智能建筑的使用成本。在建筑能耗数据采集方面，能耗数据大多依靠人为调研、或通过建筑内设置能耗监控平台进行收集。对于教学而言，一般采用独立系统进行调控及能耗采集，例如，给排水系统模型、照明系统模型、中央空调模型等，这些模型设置有各自独立的调控平台，仅可显示部分能耗。
现阶段，能耗实时监控可通过现场平台调取或调研得到，但在教学中，较难实现派遣学生进行现场实时监控。并且，现有教学用具独立性较强，较难模拟建筑真实能耗并对模型能耗进行实时监控，比如，同时监测空调、照明、电梯、水泵、风机等设备能耗参数、监测设备运行及故障状态、监测用水能耗及环境参数等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建筑能耗监控实训系统，以解决背景技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种建筑能耗监控实训系统，其特征在于：包括控制平台、中央空调系统模块、给排水系统模块、建筑照明系统模块及电力系统，所述电力系统为所有用电设备提供电力，通过开关和按钮进行相应控制；控制平台主要包括现场控制系统、数据采集系统、运行保护系统和能耗监控系统，分别对三个系统模块进行控制；控制平台展示于触控面板上，通过触控面板控制电源电压、相应开关/启停、阀门调度、及备用按钮，通过触控面板监控系统运行状态、模拟故障解决过程、并实时观测建筑能耗变化。
优选地，所述控制平台采用触控屏，控制平台与各系统相连，采用DDC控制实现对各系统的启停、调节及故障模拟处理控制，并且，平台连接室内外温湿度传感器、热量表、速度变送器、总辐射传感器、CO2传感器、VOC传感器、PM2.5传感器、风管型风速变送器、热线风速传感器、水管型温度变送器、液位变送器、照度传感器及电量表，监测数据及处理过程可通过外部设备进行拷贝传输；室内温湿度传感器位于中央空调系统距风机盘管出风口5～10cm处、距散热器表面5～10cm处、模拟大厅中央及四角距地面1～1.8m处；室外温湿度传感器置于模拟大厅室外，高度与设置在室内的温湿度传感器相同；热量表位于中央空调系统分水器出口段，监测中央空调系统制冷量及制热量；且位于给排水系统热水器出口段及散热器入口段，监测给排水系统；速度变送器位于中央空调系统蒸发器出口段、冷却水塔入口段及风机盘管入口段，监测中央空调系统水系统各关键部位水流量变化；且位于给排水系统热水器出口段、高位水箱出口侧及散热器入口段，监测给排水系统各关键部位水流量变化；总辐射传感器位于室外南向，监测环境太阳辐射值，对室内照明系统的使用进行控制；CO2传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外CO2含量。VOC传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外VOC含量；PM2.5传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外PM2.5含量；风管型风速变送器位于中央空调系统风机盘管回风口管段；热线风速传感器位于距风机盘管出风口5～10cm处、高度与风机盘管出风口等高，位于距风机盘管出风口30～50cm处、高度距地面1～1.6m处；且位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m、及四角距地面1～1.8m处，监测各关键部位风速；水管型温度变送器位于中央空调系统蒸发器进出口段、风机盘管进出口段、冷凝器进出口段、分水器进出口段、集水器进出口段及冷却水塔进出口段，且位于给排水系统热水器进出口段、水池出口段及散热器进出口段，监测各关键部位水流速；液位变送器位于给排水系统的高位水箱及水池中，监测水箱内液位变化；照度传感器位于室内模拟大厅中央距地面0.5～1.5m处及室外同等高度处，监测室内包括灯光和自然光的平均照度；电量表分别采集中央空调系统压缩机、蒸发器及冷凝器耗电量，中央空调系统水泵耗电量，给排水系统水池给水泵耗电量，及照明系统每支路耗电量；所有数据均可显示在触控屏上，并在触控屏上进行系统的操控、系统能耗的监控及故障的模拟处理。
优选地，所述中央空调系统模块包括制冷系统和制热系统；制冷系统实现模拟终端内部空气温度低于外界环境温度；制热系统实现模拟终端内部空气温度高于外界环境温度，在同一时间内，只能选择运行其中任意一套系统；中央空调系统模块中的现场控制系统包括制冷起动开关、制热起动开关、冷冻水流开关、冷却水流开关、冷却塔起动开关、冷却水泵启停开关、冷冻水泵启停开关；数据采集系统包括模拟房间的温湿度监控、压缩机进出气温度监控、压缩机状态监控、冷冻水泵状态监控、冷却水泵状态监控、压缩机回气压力及压缩机出气压力监控；运行保护系统包括压缩机过流保护、电磁阀控制、压缩机高低压力保护、水泵过流保护；能耗监控系统包括空调系统耗电量监控及空调使用时段、时长监控。
优选地，所述给排水系统模块包括热水器、供暖散热器、高位水箱、用户端洗手池、水泵及水池，实现供水及供暖功能，给排水系统模块中的现场控制包括热水器开关、给水泵开关及热水泵开关；数据采集系统包括设置散热器的模拟房间内温湿度监控、热水器进出口水温监控、散热器进出口水温监控、给水泵工作状态监控、热水泵工作状态监控、高位水箱液位监控及水池液位监控；运行保护系统包括水泵过流保护、散热器过热保护及热水器干烧保护；能耗监控系统包括热水系统耗电量监控、用户用水量监控及用户用水时段监控。
优选地，所述建筑照明系统模块包括模拟房间照明灯，共6组，每组100～200W灯6盏；建筑照明系统模块中的现场控制包括照明开关及照度调节；数据采集系统包括室内照度监控；运行保护系统包括灯功率过载保护；能耗监控系统包括照明耗电量监控及用户用照明时段监控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本能耗监控实训系统整体结构简单，操作方便；可以再现现场控制的多种状态,学生在学习过程中可以通过该实训系统同时学习实际中央空调系统、给排水系统及照明系统的工作过程、控制方法,并可通过分析能耗监控数据完成工况调整及故障诊断等实训项目；该实训系统的控制装置易于操控、控制面板直观,可通过实训帮助学生掌握能耗监控内容及能耗监控原理,从而提高实训效果,并提高学生综合素质水平。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中触控面板的示意图；
图3-1为本发明中制冷系统的流程图；
图3-2为本发明中制热系统的流程图；
图4为本发明中给排水系统的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。请参阅图1，一种建筑能耗监控实训系统，包括控制平台、中央空调系统模块、给排水系统模块、建筑照明系统模块及电力系统，所述电力系统为所有用电设备提供电力，通过开关和按钮进行相应控制；控制平台主要包括现场控制系统、数据采集系统、运行保护系统和能耗监控系统，分别对三个系统模块进行控制；控制平台展示于触控面板上，通过触控面板控制电源电压、相应开关/启停、阀门调度、及备用按钮，通过触控面板监控系统运行状态、模拟故障解决过程、并实时观测建筑能耗变化。
如图2所示，所述控制平台采用触控屏，控制平台与各系统相连，采用DDC控制实现对各系统的启停、调节及故障模拟处理控制，并且，平台连接室内外温湿度传感器、热量表、速度变送器、总辐射传感器、CO2传感器、VOC传感器、PM2.5传感器、风管型风速变送器、热线风速传感器、水管型温度变送器、液位变送器、照度传感器及电量表，监测数据及处理过程可通过外部设备进行拷贝传输；室内温湿度传感器位于中央空调系统距风机盘管出风口5～10cm处、距散热器表面5～10cm处、模拟大厅中央及四角距地面1～1.8m处；室外温湿度传感器置于模拟大厅室外，高度与设置在室内的温湿度传感器相同；热量表位于中央空调系统分水器出口段，监测中央空调系统制冷量及制热量；且位于给排水系统热水器出口段及散热器入口段，监测给排水系统；速度变送器位于中央空调系统蒸发器出口段、冷却水塔入口段及风机盘管入口段，监测中央空调系统水系统各关键部位水流量变化；且位于给排水系统热水器出口段、高位水箱出口侧及散热器入口段，监测给排水系统各关键部位水流量变化；总辐射传感器位于室外南向，监测环境太阳辐射值，对室内照明系统的使用进行控制；CO2传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外CO2含量。VOC传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外VOC含量；PM2.5传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外PM2.5含量；风管型风速变送器位于中央空调系统风机盘管回风口管段；热线风速传感器位于距风机盘管出风口5～10cm处、高度与风机盘管出风口等高，位于距风机盘管出风口30～50cm处、高度距地面1～1.6m处；且位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m、及四角距地面1～1.8m处，监测各关键部位风速；水管型温度变送器位于中央空调系统蒸发器进出口段、风机盘管进出口段、冷凝器进出口段、分水器进出口段、集水器进出口段及冷却水塔进出口段，且位于给排水系统热水器进出口段、水池出口段及散热器进出口段，监测各关键部位水流速；液位变送器位于给排水系统的高位水箱及水池中，监测水箱内液位变化；照度传感器位于室内模拟大厅中央距地面0.5～1.5m处及室外同等高度处，监测室内包括灯光和自然光的平均照度；电量表分别采集中央空调系统压缩机、蒸发器及冷凝器耗电量，中央空调系统水泵耗电量，给排水系统水池给水泵耗电量，及照明系统每支路耗电量；所有数据均可显示在触控屏上，并在触控屏上进行系统的操控、系统能耗的监控及故障的模拟处理。
如图3-1和3-2所示，所述中央空调系统模块包括制冷系统和制热系统；制冷系统实现模拟终端内部空气温度低于外界环境温度；制热系统实现模拟终端内部空气温度高于外界环境温度，在同一时间内，只能选择运行其中任意一套系统；中央空调系统模块中的现场控制系统包括制冷起动开关、制热起动开关、冷冻水流开关、冷却水流开关、冷却塔起动开关、冷却水泵启停开关、冷冻水泵启停开关；数据采集系统包括模拟房间的温湿度监控、压缩机进出气温度监控、压缩机状态监控、冷冻水泵状态监控、冷却水泵状态监控、压缩机回气压力及压缩机出气压力监控；运行保护系统包括压缩机过流保护、电磁阀控制、压缩机高低压力保护、水泵过流保护；能耗监控系统包括空调系统耗电量监控及空调使用时段、时长监控。
如图4所示，所述给排水系统模块包括热水器、供暖散热器、高位水箱、用户端洗手池、水泵及水池，实现供水及供暖功能，给排水系统模块中的现场控制包括热水器开关、给水泵开关及热水泵开关；数据采集系统包括设置散热器的模拟房间内温湿度监控、热水器进出口水温监控、散热器进出口水温监控、给水泵工作状态监控、热水泵工作状态监控、高位水箱液位监控及水池液位监控；运行保护系统包括水泵过流保护、散热器过热保护及热水器干烧保护；能耗监控系统包括热水系统耗电量监控、用户用水量监控及用户用水时段监控。
所述建筑照明系统模块包括模拟房间照明灯，共6组，每组100～200W灯6盏；建筑照明系统模块中的现场控制包括照明开关及照度调节；数据采集系统包括室内照度监控；运行保护系统包括灯功率过载保护；能耗监控系统包括照明耗电量监控及用户用照明时段监控。
在实训课程中，学生通过触控屏对能耗监控系统进行操控。
方式1：对中央空调系统进行调控
利用触控屏，准备运行制热系统，若冷却塔已运行、系统自动拒绝运行制热系统指令，若冷却塔未运行、系统开始进行制热过程；准备运行制冷系统，若热水器已运行、系统自动拒绝运行制冷系统指令，若热水器未运行、系统开始进行制冷过程。
通过触控屏模拟系统故障：水泵过流、压缩机过流或热水器过流时，系统自动报警，并在屏幕上显示事故位置，学生通过顺序关闭制冷/制热系统或通过调节设定温度或调节流量，模拟解决事故；冷冻水/冷却水流量为达到设定值或波动时，系统自动报警，并在屏幕上显示事故位置，学生通过关断水流开关模拟解决事故；冷凝温度过高/蒸发温度过低、或压缩机出口压力过高/进口压力过低、或压缩机出口温度过高/进口温度过低时，系统自动报警，并在屏幕上显示事故位置，学生通过顺序关停制冷系统模拟解决事故。
利用触控屏，学生通过调节室内设定温度/设定室外模拟温度，观察系统各监控点反馈数据的变化，进而了解系统的运行工况及系统在不同工况条件下的能耗情况。
方式2：对给排水系统进行调控
利用触控屏，准备为用户洗手池提供热水，打开供水泵开关，为水池及高位水箱上水，达到液位要求后，开启热水器及热水泵；准备通过散热器为室内供暖，可与为用户提供热水同时进行，亦可以单独开启热水器及散热器之间的阀门，并通过调节阀门开度和热水器内加热功率、调节散热器工作温度。
通过触控屏模拟系统故障：热水器干烧时，系统自动报警，并在屏幕上显示事故位置，学生通过顺序打开给水泵并调节流量，模拟解决事故；水箱液位过高/过低时，系统自动报警，并在屏幕上显示事故位置，学生通过打开泄水阀/给水泵模拟解决事故；用户用水水压过高/过低时，系统自动报警，并在屏幕上显示事故位置，学生通过调节给水泵/热水泵模拟解决事故。
利用触控屏，学生通过调节室内设定温度/用水设定温度，观察系统各监控点反馈数据的变化，进而了解系统的运行工况及系统在不同工况条件下的能耗情况。
方式3：对照明系统进行调控
利用触控屏，准备为用户提供照明，打开照明开关、调节照度，满足用户需求。
通过触控屏模拟系统故障：照明系统中某灯故障/过载，系统自动报警，并在屏幕上显示事故位置，学生通过控制/调节某灯开关/亮度，模拟解决事故。
利用触控屏，学生通过调节室内亮度，观察系统各监控点反馈数据的变化，进而了解系统的运行工况及系统在不同工况条件下的能耗情况。
方式4：控制平台整体控制
通过触控屏，监控三个模拟系统运行参数及室内外环境参数，学生根据用户需求，对室内设定温度、用水量、用水温度及照度进行调控，即调节冷却水泵、冷冻水泵、压缩机、蒸发器、冷凝器、冷却塔、热水器、给水泵、热水泵及照明运行工况；观察系统各监控点反馈数据的变化，进而了解系统的运行工况及系统在不同工况条件下的能耗情况；通过分析比较历史曲线，进行建筑能耗分析，计算二氧化碳减排量、系统投资回收期等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种建筑能耗监控实训系统，其特征在于：包括控制平台、中央空调系统模块、给排水系统模块、建筑照明系统模块及电力系统，所述电力系统为所有用电设备提供电力，通过开关和按钮进行相应控制；控制平台主要包括现场控制系统、数据采集系统、运行保护系统和能耗监控系统，分别对三个系统模块进行控制；控制平台展示于触控面板上，通过触控面板控制电源电压、相应开关/启停、阀门调度、及备用按钮，通过触控面板监控系统运行状态、模拟故障解决过程、并实时观测建筑能耗变化。
2.根据权利要求1所述的建筑能耗监控实训系统，其特征在于：所述控制平台采用触控屏，控制平台与各系统相连，采用DDC控制实现对各系统的启停、调节及故障模拟处理控制，并且，平台连接室内外温湿度传感器、热量表、速度变送器、总辐射传感器、CO2传感器、VOC传感器、PM2.5传感器、风管型风速变送器、热线风速传感器、水管型温度变送器、液位变送器、照度传感器及电量表，监测数据及处理过程可通过外部设备进行拷贝传输；室内温湿度传感器位于中央空调系统距风机盘管出风口5～10cm处、距散热器表面5～10cm处、模拟大厅中央及四角距地面1～1.8m处；室外温湿度传感器置于模拟大厅室外，高度与设置在室内的温湿度传感器相同；热量表位于中央空调系统分水器出口段，监测中央空调系统制冷量及制热量；且位于给排水系统热水器出口段及散热器入口段，监测给排水系统；速度变送器位于中央空调系统蒸发器出口段、冷却水塔入口段及风机盘管入口段，监测中央空调系统水系统各关键部位水流量变化；且位于给排水系统热水器出口段、高位水箱出口侧及散热器入口段，监测给排水系统各关键部位水流量变化；总辐射传感器位于室外南向，监测环境太阳辐射值，对室内照明系统的使用进行控制；CO2传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外CO2含量。VOC传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外VOC含量；PM2.5传感器位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m处及室外同等高度处，监测室内外PM2.5含量；风管型风速变送器位于中央空调系统风机盘管回风口管段；热线风速传感器位于距风机盘管出风口5～10cm处、高度与风机盘管出风口等高，位于距风机盘管出风口30～50cm处、高度距地面1～1.6m处；且位于室内模拟大厅中央距地面1～1.8m、及四角距地面1～1.8m处，监测各关键部位风速；水管型温度变送器位于中央空调系统蒸发器进出口段、风机盘管进出口段、冷凝器进出口段、分水器进出口段、集水器进出口段及冷却水塔进出口段，且位于给排水系统热水器进出口段、水池出口段及散热器进出口段，监测各关键部位水流速；液位变送器位于给排水系统的高位水箱及水池中，监测水箱内液位变化；照度传感器位于室内模拟大厅中央距地面0.5～1.5m处及室外同等高度处，监测室内包括灯光和自然光的平均照度；电量表分别采集中央空调系统压缩机、蒸发器及冷凝器耗电量，中央空调系统水泵耗电量，给排水系统水池给水泵耗电量，及照明系统每支路耗电量；所有数据均可显示在触控屏上，并在触控屏上进行系统的操控、系统能耗的监控及故障的模拟处理；亦可通过触控屏查询运行曲线、对历史数据及采集数据进行分析。
3.根据权利要求1所述的建筑能耗监控实训系统，其特征在于：所述中央空调系统模块包括制冷系统和制热系统；制冷系统实现模拟终端内部空气温度低于外界环境温度；制热系统实现模拟终端内部空气温度高于外界环境温度，在同一时间内，只能选择运行其中任意一套系统；中央空调系统模块中的现场控制系统包括制冷起动开关、制热起动开关、冷冻水流开关、冷却水流开关、冷却塔起动开关、冷却水泵启停开关、冷冻水泵启停开关；数据采集系统包括模拟房间的温湿度监控、压缩机进出气温度监控、压缩机状态监控、冷冻水泵状态监控、冷却水泵状态监控、压缩机回气压力及压缩机出气压力监控；运行保护系统包括压缩机过流保护、电磁阀控制、压缩机高低压力保护、水泵过流保护；能耗监控系统包括空调系统耗电量监控及空调使用时段、时长监控。
4.根据权利要求1所述的建筑能耗监控实训系统，其特征在于：所述给排水系统模块包括热水器、供暖散热器、高位水箱、用户端洗手池、水泵及水池，实现供水及供暖功能，给排水系统模块中的现场控制包括热水器开关、给水泵开关及热水泵开关；数据采集系统包括设置散热器的模拟房间内温湿度监控、热水器进出口水温监控、散热器进出口水温监控、给水泵工作状态监控、热水泵工作状态监控、高位水箱液位监控及水池液位监控；运行保护系统包括水泵过流保护、散热器过热保护及热水器干烧保护；能耗监控系统包括热水系统耗电量监控、用户用水量监控及用户用水时段监控。
5.根据权利要求1所述的建筑能耗监控实训系统，其特征在于：所述建筑照明系统模块包括模拟房间照明灯，共6组，每组100～200W灯6盏；建筑照明系统模块中的现场控制包括照明开关及照度调节；数据采集系统包括室内照度监控；运行保护系统包括灯功率过载保护；能耗监控系统包括照明耗电量监控及用户用照明时段监控。
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- 2019-11-21 CN CN201911149483.0A patent/CN110837266A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101350150A (zh) * | 2008-08-28 | 2009-01-21 | 浙江天煌科技实业有限公司 | 中央空调系统实验实训装置 |
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