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基于LoRa无线通信按模块的集中式空调系统节能改造

作者:南京精灵智控科技有限公司 浏览: 发表时间:2021-12-11 09:56:56

      近年来,伴随我国经济水平的日渐提高,大型建筑项目日益增多,集中式空调系统得到广泛应用。很多集中式空调系统采用风机盘管机组作为末端设备,利用普通温控器调节室内温度,无法进行集中控制和管理存在部分房间设定温度过低和下班忘记关闭空调开关等现象,造成了一定的能源浪费。随着信息技术和自动控制技术水平的不断提高和智能楼宇的出现,为了实现管理人员与空调机组的空间分割与时间同步,降低管理费用和空调系统能耗,越来越多的大型新建建筑的集中式空调系统要求实现集中联网控制、统一管理,但是已建成项目由于施工困难、节能改造费用过高、启动资金落实难等诸多因素,节能工作推动受到制约门。针对该问题,笔者通过具体项目介绍LoRa无线通信模块在集中式空调系统节能改造中的应用。

1项目概况

      湖州电力能源调度中心位于湖州市凤凰路与青铜路交叉口,工程建筑总面积31800m,由主楼裙房、地下停车库组成裙房两翼对称呈“八”字形主体地上17层地下2层总高约86.95m是集电力调度与办公为一体的综合性智能建筑。其中,地下室设置冷热源系统裙房和主楼的1~3层设置监控指挥中心、会议室、餐厅等,主楼4~16层为办公区域,该建筑集中式空调系统的节能改造对象为风机盘管机组。

该建筑已经建成多年,全部风机盘管机组由办公区域使用人员本地控制,但是存在部分房间设定温度过低和下班忘记关闭空调开关等现象。造成了一定的能源浪费,亟须解决风机盘管机无法联网集中管理的问题。若使用常规的通信线联网方式进行改造,施工比较困难,成本较高,且会影响建筑的正常办公环境。因此,笔者采用无线联网和有线联网相结合的网络架构,即采用无线网关通过无线信号集中管理某-区域的风机盘管机组,然后由网关把采集到的风机盘管机组信号通过建筑已有的设备网络上传到监控计算机,最终实现集中管理和控制。

2 无线联网方案介绍

      目前市场上无线通信主要有2种技术方案: Zigbee无线通信技术方案和LoRa无线通信技术方案,这2种通信方案技术的比较见表1。考虑到本建筑办公室阻隔较多.需要跨层传输,无线传输距离较远等特点,笔者选用穿透力更强和传输距离更远的LoRa无线通信技术方案。

      在本建筑一层监控室设置监控计算机,并安装上位机软件,用于平时远程操作。根据现场情况网关布置情况如下:

      1)在1~3层分别设置2套LoRa无线网关和桥接器,用于对本层风机盘管机组接收和发送命令。

      2)在4层6层8层10层12层14层和16层分别设置一套LoRa无线网关和桥接器,用于对本层及上一层风机盘管机组远程监控。LoRa无线网关和桥接器均匀分布在楼层两处,其中LoRa无线网关安装在弱电井内,并接入建筑设备网络与位于监控室内的系统监控计算机通信。各楼层 LoRa网关所配置的天线,安装在靠近弱电井的楼层吊顶内。

系统网络架构如图1所示。笔者采用S公司的 DesigoCC上位机软件,该软件借助Windows操作系统多任务环境作为集中式空调系统的管理与调度中心,实现对全系统的集中监督管理及运行方案指导,并对整栋建筑温控器进行监测、调度、管理,实现设备的远程控制。采用N公司的 LoRa无线网关和LoRa无线温控器:LoRa无线网关是房间温控器数据采集与控制的智能网关产品,网关下行为LoRa无线通信RF接口,上行为 RJ45接口,支持50个LoRa节点:LoRa无线温控器可显示集中式空调系统工作模式、设定温度、室内温度、室内湿度、运行模式、风速时间和水阀开/关。

3无线通信方案实施 

      从设计之初笔者对LoRa无线网关的分布位置做了详细的分析和现场勘查,并现场测试 

信号强度,确定了无线网关的数量以及管理的温控器的数量和安装位置,确保每个网关对下属的所有温控器能够正常通信,并留有余量。为了保证系统通信的稳定性,在施工过程中,要求施工单位严格按照弱电施工规范,最大限度避免信号干扰的隐患。在调试过程中,由于网关以下设备为无线连接,仅须设置每个温控器的地址和信道,调试简单方便。

无线通信方案最终实现了集中联网控制、时间表控制、各个楼层和组团一键启停、远程温度设定、报警提示等功能,并在软件中设定温度上下限。

      系统运行效果如图2所示。由图2可以看出每台温控器的分布位置,监控风机盘管机组运行状态及所控房间温度。在系统设置界面中,可以对每个房间的温控器进行开关控制、温度设置、风速设定等远程操作。

      本系统于2020年6月开始正式投人使用,450多台风机盘管机组全部实现远程联网控制,2019年和2020年第三季度全部风机盘管机组用电数据(见表2)显示,节能率在20%以上,达到设计预期。 LoRa无线通信技术方案解决了改造项目中施工困难的痛点,节省了改造成本,具有较好的工程实践推广价值。

4结束语

      在整个楼宇自动控制系统中,由于设备繁多。且比较分散,故网络通信方案对于系统的稳定性至关重要。目前绝大部分楼宇自控系统采用 RS485总线或以太网的通信方式,但对于改造项目来说,有线的通信方式存在实施困难、改造成本较高的痛点,笔者通过某项目的具体实践,证明无线通信技术方案施工简单、联网方便,稳定性较高,具有一定的工程推广应用价值。





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