BMS điều khiển vận hành các thiết bị chấp hành của từng hệ thống kỹ thuậtkhác nhau hoạt động theo yêu cầu của người quản lý, đảm bảo các yếu tố kỹ thuậtcũng như đáp ứng kịp thời các sự c
Trang 1Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Ở Việt Nam, những năm gần đây cũng không khó để nhận ra những đónggóp của các hệ thống tự động trong các công trình công nghiệp và dân dụng Nhữngkhái niệm về quản lý tòa nhà, tiết kiệm năng lượng công trình, bảo vệ môi trường …không còn quá mới mẻ Tuy nhiên, mức độ áp dụng các hệ thống này nói chung vẫn
có giới hạn, chưa thực sự sâu và rộng Điều này sẽ thay đổi nhanh chóng trongnhững năm tới đây, khi nhịp độ xây dựng những công trình hiện đại ngày càng cao,khi những hệ thống tự động hóa tòa nhà ngày càng phát triển và độ tin cậy lớn hơn,lợi ích của việc áp dụng những hệ thống này ngày càng rõ nét
Quản lý điện năng là chức năng tiêu biểu của bộ điều khiển DDC sử dụng bộ
vi xử lý Trong hầu hết các tòa nhà có quy mô từ vừa tới lớn, với chức năng điềukhiển tối ưu thực thi tại cấp độ hệ thống với thông tin quản lý và truy cập người sửdụng do BMS chủ cung cấp
Building Management System (BMS) thực hiện tốt các nhiệm vụ điều khiểnvận hành hệ thống, là môi trường thu nhận tín hiệu các thiết bị đầu cuối, quản lýtoàn bộ các thông số kỹ thuật thiết bị kết nối tới máy tính thông qua trao đổi thôngtin BMS điều khiển vận hành các thiết bị chấp hành của từng hệ thống kỹ thuậtkhác nhau hoạt động theo yêu cầu của người quản lý, đảm bảo các yếu tố kỹ thuậtcũng như đáp ứng kịp thời các sự cố khẩn cấp xảy ra trong hệ thống kỹ thuật
BMS thực hiện các chức năng như:
- Giám sát và ghi mức độ sử dụng điện năng
- Thống kê mức tiêu thụ điện năng
- Truy cập dữ liệu chiến lược quản lý điện n ăng nhằm liên tục điều chỉnhtheo nhu cầu
- Lịch vận hành toà nhà
- Giới hạn nhiệt độ của máy lạnh đem lại mức độ thoải mái
Tùy theo từng dự án cụ thể mà hệ thống BMS có thể quản lý nhiều hay ít hơn
so với hệ thống cơ bản
Trang 2- Điều khiển linh hoạt dựa vào các dữ liệu đầu vào.
- Giảm thời gian đào tạo cho nh ân viên vận hành, do có các chỉ dẫn trực tiếp.trên màn hình cũng như giao diện trực quan của tòa nhà
- Phản ứng nhanh đối với các đòi hỏi của khách hàng và các sự cố
- Quản lý tập trung việc điề u khiển và kiểm soát năng lượng
- Quản lý tốt hơn các thiết b ị trong tòa nhà, nhờ vào hệ thống dữ liệu lưu trữ,chương trình bảo trì bảo dưỡng và hệ thống tự động báo cáo các cảnh báo
- Linh hoạt trong việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức và các yêucầu mở rộng
- Cải tiến vận hành bằng việc tích hợp các phần mềm và phần cứng củanhiều hệ thống đầu cuối khác nhau như: báo cháy, an ninh, điều khiển truynhập dữ liệu hay điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống
- Nâng cao hoạt động nhờ tích hợp phần mềm và phần cứng của nhiều hệthống phụ như điều khiển s ố trực tiếp (DDC – Direct Digital Control), hệthống báo cháy, an ninh, điều khiển truy nhập hoặc điều khiển chiếu sáng
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Luận văn này đi sâu vào nghiên cứu các phương pháp vận hành tối ưu máybơm nước sinh hoạt dựa vào cơ cấu hoạ t động, thời điểm vận hành và các dữ liệuđầu vào để đưa ra phương pháp vận hành hợp lý Kết quả nghiên cứu này phải sosánh với chế độ hoạt động bình thường và cho kết quả tiết kiệm chi phí tiền điệnthực sự trong các cao ốc hiện nay
1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài
1.3.1 Mục tiêu của đề tài
Xây dựng mô hình điều khiển theo theo các mục tiêu sau:
Trang 3- Thiết kế mạch điều kh iển.
- Thiết kế giao diện giao tiếp giữa máy tính và mô hình thực tế
- Mô phỏng chương trình trên máy tính
- Mô phỏng hoạt động trên mô hình thực tế
- Nghiên cứu các dữ kiện điều khiển động cơ
- Nghiên cứu thời gian hoạt động của động cơ phụ thuộc vào giá điệ n
- Nghiên cứu ngôn ngữ assamber
- Nghiên cứu chuẩn truyền thong RS485
- Mô phỏng và đánh giá hiệu quả khi điều khiển mới so với ban đầu
1.4 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu
- Thu thập và đọc hiểu các t ài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, cácbài báo và internet.v.v…
- Nghiên cứu các dữ kiện điều khiển động cơ
- Nghiên cứu thời gian hoạt động của động cơ phụ thuộc vào giá điện
- Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình Assembler
- Nghiên cứu chuẩn truyền thông RS485
- Lập trình phần mềm, kết nối phần cứng và chạy thử
Trang 41.5 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Hiện nay, trên thế giới có nhiều các giải pháp quản lý các thiết bị trong tòanhà khác nhau, từ các giải pháp đơn giản : như hệ thống bơm nước, phòng cháychữa cháy, máy lạnh trung tâm, thang máy Tuy nhiên, hệ thống điều khiển bơmnước sinh hoạt theo theo từng thời điểm thích hợp dựa vào giá điện thấp trong ngàyvẫn chưa được áp dụng rộng rãi
Có 2 cách lựa chọn cho máy bơm nước sinh hoạt là điều khiển bằng tay và tựđộng Hệ thống điều khiển dựa vào các thông số đầu vào như: cảm biến mực nước,thời gian vận hành
Hệ thống BMS có thể mở rộng để điều khiển và giám sát từ xa thông quamạng internet, thông qua đó BMS thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Giám sát nhiệt độ của động cơ
- Giám sát trạng thái hoạt động của động cơ
- Giám sát thời điểm hoạt động của động cơ
- Giám sát các thiết bị an ninh trong tòa nhà
Tóm lại: BMS là phần mềm điều khiển , hoạt động của các thiết bị trong tòa nhằmtiết kiệm con người, chi phí và độ chính xác cao
Ở Việt Nam ngày nay, việc xây dựng các tòa nhà cao tầng làm công sở, trungtâm thương mại, khách sạn,… ngày càng trở nên phổ biến Chúng trở nên hiện đại,tiện nghi để phục vụ các yê u cầu ngày càng cao của con người Giải pháp kết hợp
hệ thống các thiết bị cơ điện tử sử dụng trong tòa nhà với công nghệ tự động hóanhằm đem lại khả năng điều khiển tự động của các hệ thống như: hệ thống điều hòakhông khí, thông gió, hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy, camera,… đã khôngcòn là điều mới mẽ nữa Tuy nhiên, vấn đề sống còn của giải pháp này lại nằm ởchỗ làm sao có thể quản lý chung trong một hệ thống thống nhất Các hệ thống tựđộng hóa tòa nhà (BMS- Building Management System) đã ra đời để giải quyết bàitoán này
Trang 5Nhiệm vụ chính của hệ thống BMS là điều khiển, giám sát, quản lý các thiết bị cơ,điện trong một tòa nhà cao tầng, giúp cho việc vận hành, bảo dưỡng và quản lý tòanhà một cách thuận tiện, an toàn và tiết kiệm.
Hệ thống BMS được phát triển dựa trên nền kiến trúc của một hệ điều khiểnphân tán với các bộ điều khiển số trực tiếp (DDC - Direct Digital Controler) đượckết nối với hệ thống mạng tầng, các bộ điều khiển
Tình hình nghiên cứu BMS trong các nhà cao tầng theo thống kê n hư sau:Luận văn nghiên cứu ứng dụng trong hệ thống BMS cho Tòa nhà khách sạnNovotel Đà Nẳng Luận văn này được bảo vệ thành công tại trường Đại học ĐàNẳng ngày 27 tháng 10 năm 2012
Nghiên cứu hệ thống quản lý Tòa nhà (BMS): nghiên cứu điều khiển các thiết
bị trong Tòa nhà như: Chiller, FCU, AHU, quạt….Do phòng đầu từ và quản lý xâydựng hoàn thành ngày 08 tháng 10 năm 2012
1.5.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Nghiên cứ hệ thống BMS điều khiển các hệ thống trong Tòa nhà để tiết kiệmnăng lượng được thự c hiện bởi giáo sư Engel J Knible được đăng trên bài báo củatạp chí Mỹ ngày 15 tháng 10 năm 2006
Công ty AirTek sản xuất hệ thống BMS của tập đoàn Mitshubishi đã phát triểnrộng rãi ở Việt Nam và các nước trong khu vực
Kết luận: Hệ thống điều khiển bơ m nước bởi BMS được thiết kế đặt thù cho các
Tòa nhà ở Việt Nam với tính năng điều khiển và giám sát hệ thống giống như các
hệ thống BMS có trên thị trường
1.6 Nội dung của luận văn
Nội dung của luận văn gồm 5 chương
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Xây dựng đối tượng điều khiển
Chương 4: Thi công bộ điều khiển
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài
Trang 6Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Chức năng điều khiển của BMS
Với sự phát triển công nghệ thông tin và các phần mềm ứng dụng hữu ích hiệnnay như: internet, EIB thì phần mềm BMS điều khiển linh hoạt các thiết bị trong tòanhà, trung tâm thương mại, nhà máy sản xuất cũng đang phát triển mạnh mẽ, nhưnggiá thành đầu tư cao, đây cũng là mặt hạn chế BMS có những chức năng điều khiểnnhư sau:
2.1.1 Lợi ích về năng lượng
- Điều chỉnh lư u lượng bơm nước sinh hoạt theo điều kiện phù hợp với chiphí giá điện thấp nhất Với các tòa nhà, cao ốc khác nhau thì BMS vẫn đápứng điều khiển một cách phù hợp nhờ vào điều chỉnh các thông số trên máytính
- Tự động điều khiển liên tục công suất tải Đặt các thiết bị chấp hành hoạtđộng theo tiến trình định trước hoặc theo các tiêu chuẩn đặt ra ban đầu theocác thông tin nhận được từ cảm biến của các thiết bị đầu cuối như: cảm biếnnước, áp suất, đồng hồ điếm thời gian thực…
- Điều khiển đóng ngắt hệ thống điện khi gặp sự cố, khởi động hệ thốngchiếu sáng theo chế độ cài đặt sẵn và điều khiển theo mong muốn
- Giám sát việc sử dụng năng lượng hàng ngày và lưu trữ dữ liệu vào máytính Tự động báo hiệu cảnh báo nếu năng l ượng tiêu thụ hàng ngày quá caohoặc quá thấp
- Giám sát mức độ tiêu thụ năng lượng, in hoá đơn điện năng tiêu thụ chotừng khu vực khác nhau
- Có thể xác định chính xác công suất điều hòa không khí của từng phòng,từng khu vực Thuận lợi cho các cao ốc văn phòng cho thuê, khi trong mộttầng có nhiều văn phòng được thuê bởi nhiều công ty khác nhau
Trang 72.1.2 Hỗ trợ vận hành
- Hệ thống tự động điều khiển các thiết bị chấp hành theo cá c điều kiện thực
tế của từng cao ốc văn phòng về thời gian tắt mở và chấp hành theo cá cthiết bị đầu cuối đưa về BMS Ví dụ: Khi xảy ra cháy tại tầng 3 của toà nhà,các thiết bị hỗ trợ cho chữa cháy và cứu nạn được kích hoạt, cụ thể như: Hệthống chữa cháy tự động kích hoạt, mở hệ thống hút khói, quạt tăng áp cầuthang các tầng trong tòa nhà được kích hoạt, hệ thống thang máy tự xuốngtầng trệt để phục vụ cho công tác cứu hộ
- Bằng giao diện trực quan tại trung tâm điều khiển, nhân viên vận hành tòanhà có thể đặt lại th ông số các thiết bị chấp hành cho phù hợp và theo yêucầu khác từ khách hàng
- Vị trí các thiết bị và trạng thái hoạt động của nó được thể hiện trực quantrên màn hình, người vận hành có thể nhận biết được trạng thái hoạt động,các sự cố xảy ra đối với thiết bị của toàn hệ thống đã được kết nối với BMS
- BMS giám sát tình trạng hoạt động của các thiết bị trong toà nhà, đồng thờiđưa ra các cảnh báo, lịch bảo trì, bảo dưỡng cho các thiết bị Hạn chế đượctối đa thời gian kiểm tra thiết bị và những rủi ro xảy ra bất ngờ
- BMS giám sát tình trạng hoạt động của các thi ết bị dự phòng, đảm bảo tínhsẵn sàng hoạt động
- Ghi lại dữ liệu cũ để hỗ trợ phân tích lỗi đã xảy ra và tránh những những sự
cố xảy ra tương tự
2.1.4 Kiểm soát và và tiết kiệm năng lượng sử dụng
- Toà nhà Maritime Bank Tower sử dụng giải pháp BMS của hãng AirTekvới chi phí đầu tư và dự kiến chi phí tiết kiệm như sau:
- Chi phí đầu tư ban đầu: 1.6 tỉ đồng
- Diện tích mặt sàn: 32.000 m2
- Tiêu thụ điện năng (Chưa trang bị BMS): 3.696.000 kWh/ 1năm
- Tiết kiệm năng lượng tương ứng 12 %: 443.520kWh/ 1năm
Trang 8- Tiền điện tiết kiệm: 887.040.000 đồng/1 năm.
- =>Thời gian thu hồi vốn khoảng 2 năm
2.1.5 Vận hành toà nhà tự động theo lập trình sẵn
- Mỗi tòa nhà có tính chất hoạt động khác nhau nên phải lập trình cho BMS
để điều khiển Điều này tiết kiệm được tiền thuê nhân viên cho công tá c vậnhành toà nhà Khi được trang bị BMS, người vận hành chỉ cần ngồi tạiphòng kỹ thuật có thể điều khiển bật/tắt các thiết bị chấp hành, lập thời vậnhành tự động cho các thiết bị
- Tất cả các thiết bị chấp hành được vận hành tự động và chính xác bằng hệthống BMS
- Hướng quản lý rộng rãi hơn đối với các tập đoàn lớn, các hệ thống BMSkhác nhau được giám sát và điều khiển qua mạng Internet Lúc này ngườiđiều hành chính chỉ ngồi tại trung tâm để điều khiển một cách phù hợp
2.1.6 Điều khiển bơm nước theo lập trình
Theo phương pháp điều khiển thông thường là dùng cọc hoặc phao để giámsát mực nước Khi bồn sắp hết nước thì các tín hiệu trên đưa về tủ điện để điềukhiển bơm hoạt động Thông thường bơm hoạt động rơi vào các giờ cao điểm vìtrong thời gian này lượng nước sử dụng nhiều Vì vậy, hệ thống BMS điều khiểnbơm nước hoạt động vào giờ thấp điểm và trung bình nhằm tiết kiệm khoảng 40%chi phí tiền điện
BMS của các hãng có trên thị trường như: AirTek, Yamatake, Siemens,Honeywell, Yamatake, điều khiển tắt mở các thiết bị trong tòa nhà theo lập trình.Dựa vào các chức năng của BMS và kinh nghiệm làm việc trong tòa nhà, luận vănnày thiết kế hệ thống BMS điều khiển bơm nước hoạt động theo thời điểm giá điệnthấp (giờ thấp điểm và trung bình) hạn chế tối đ a bơm hoạt động vào giờ cao điểmtrừ các trường hợp ngoại lệ
Trang 92.1.7 Chuẩn truyền thông RS-485
Khi thực hiện truyền thông tin ở tốc độ cao hoặc qua một khoảng cách lớntrong môi trường thực Tín hiệu vi sai có thể loại bỏ ảnh hưởng do sự thay đổi khinối đất và giảm nhiễu có thể xuất hiện như điện áp chung trên mạng.Tuy nhiên, đốivới một mạng multi-network thực chất gồm nhiều mạch phát và nhận cùng nối vàomột đường dây bus chung, mỗi node đều có thể phát và nhận data thì RS485 đápứng được yêu cầu này Chuẩn RS485 cho phép 32 mạch truyền và nhận cùng nốivào đường dây bus đơn (với bộ repeater tự động và các bộ truyền/ nhận trở khángcao, giới hạn này có thể mở rộng lên tới 256 node trên một mạng) Bên cạnh đó,RS485 còn có thể chịu được các xung đột data (dat a collision) và các điều kiện lỗitrên đường truyền
Để giải quyết vấn đề xung đột data thường xuất hiện trên mạng multi -dropnetwork, các đơn vị phần cứng (converters, repeaters, micro-prosessor controls)được thiết kế luôn duy trì ở trạng thái nhận cho đến khi chúng ta sẳn sàng truyềndata Một node master sẽ kích khởi một yêu cầu truyền đến một slave node bằngcách định địa chỉ node đó Phần cứng phát hiện bit start của ký tự được có sẵn sangtruyền và tự động cho phép bộ truyền làm việc
2.2 Phương pháp điều khiển của hệ thống bơm nước sinh hoạt
Để đưa ra giải pháp điều khiển bơm nước trong Tà nhà, phải căn cứ vào cáctiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam và mức độ sử dụng nước của tòa nhà
Căn cứ kỹ thuật
- Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình năm 1999
- Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước bên trong T.C.V.N – 4513 – 88
- Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước ngoài công trình 20.T.C.N – 51-2006;T.C.V.N 5945 – 1995
- Tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam tập VI- Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN323-2004 – Nhà cao tầng – Tiêu chuẩn thiết kế
Trang 10Quy mô sử dụng nước : Cấp nước sinh hoạt và chữa cháy cho Tòa nhà
Maritime Bank, 180-192 Nguyễn Công Trứ, Q1 với quy mô 25 tầng gồm 3tầng hầm, trung tâm thương mại và v ăn phòng cho thuê
Nhu cầu sử dụng nước: Tòa nhà Maritime Bank Tower dự kiến tiêu thụ 450m3/ 1 ngày bao gồm nguồn nước sinh hoạt chiếm nhiều nhất, nước hao hụtcho hệ thống điều hòa không khí, nước tưới cây và các hao hụt khác
Nguồn cấp nước: Chủ yếu từ nguồn nước sạch của TP.Hồ Chí Minh Vị trí lấynước xác định tại lối xe xuống của Tòa nhà Maritime Bank, đường NguyễnCông Trứ Đường ống cấp vào có đường kính DN100 chia làm 2 nhánh cóđường kính DN80
Giải pháp kỹ thuật cấp nước:
- Nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt:
Nước từ bồn chứa 615,6 m3 tầng mái của của Tòa nhà phân phối cho từngtầng của khu văn phòng và Trung tâm thương mại, đầu các đường ống phânnhánh được trang bị các valve giảm áp
Nước sạch ở bể chứa dự trữ đặt nổi trên sàn tầng hầm B2, được bơm lên bồnchứa nước tầng mái Nhiệm vụ của bồn chứa nước tầng mái là phân phối nướcxuống các khu vực vệ sinh, khu ăn uống Trung tâm thương mại và các nhu c ầunước khác trong tòa nhà
- Nước cấp cho nhu cầu chữa cháy: Bồn nước chữa cháy đặt âm tại tầng hầmB3, tổng với dung lượng 333m3 Hồ nước được cấp nước trực tiếp từ nguồnnước sạch của Thành Phố
Tính toán hệ thống cấp nước
Lượng nước cần thiết cấp cho Tòa nhà trong ngày dùng nước nhiều nhất
Qmax= 483,48 +333,4+131 = 947,9 m3Trong đó:
- QShmax: Lượng nước cấp trong ngày dùng nhiều nhất được xác định theocông thức
Trang 11QShmax= k QShTB= 1,2 x 402,9 = 483,48m3/ 1 ngàyVới các thông số kỹ thuật lấy theo tiêu chuẩn quy phạm thiết kế cấp nước hiệnhành, chọn hệ số điều hòa trong ngày, chọn k = 1,2
QShTB: Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt trung bình trong một ngày (m3/ngàyđêm), được tính theo công thức sau:
QShTB= N.Q = N1.Q1 + N2.Q2+ N3.Q3+ Q4
= 272,4+125+2,5+3 = 402,9 m3/ ngày đêm
Q1 = 15 lít/ngày đêm - Tiêu chuẩn dùng nước cho 1 người ở khối văn phòng chothuê – TCVN4513:1998
N1= 4.540 người: số người sinh hoạt trong khối văn phòng cho thuê
Q2 = 60 lít/ngày đêm: Tiêu chuẩn dùng nước cho một người trong 1 ngày đêm ởkhối giao dịch trong tòa nhà – TCVN4513-1998
N2= 5.000 người: số người sinh hoạt trong khối giao dịch
Q3= 25 lít/ngày đêm: tiêu chuẩn dùng nước cho một cán bộ quản lý tòa nhà + ngườiphục vụ 1 ngày đêm trong tòa nhà – TCVN4513:1998
N3= 100 người: Số cán bộ công nhân viên quản lý tòa nhà + người phục vụ
Q4: Lượng nước phục vụ rửa sàn tầng hầm 1,2, 3
Q4: 2000m2sàn x 1,5 lít/m2 = 3.000 lít = 3m3
QCC: Lượng nước cần thiết cấp cho cứu hỏa QCC= 333 m3
QNBĐH: Lượng nước bù hao hụt cho hệ thống điều hòa không kh í = 131m3 (tỉ lệ haohụt được tính 1% lượng nước cấp cho điều hòa, thời gian tính 15 giờ/1 ngày).Xác định đường kính ống nước sinh hoạt:
- Vận tốc nước chảy trong ống nước cấp bên trong tòa nhà tối đa 1,5m/s
- Chọn đường kính ống dựa vào công thức:
(2.2)Trong đó:
q: Lưu lượng nước (l/s)
v: Vận tốc nước trong đường ống (m/s)
Trang 12d: Đường kính ống (mm)
Tính dung tích toàn phần của bồn nước tầng mái:
Vk= K(Wđh+ WCC+Wđhkk) (m3) (2.3)Trong đó:
- VK: Dung tích toàn phần của bồn nước tầng mái (m3)
- K: Hệ số dự trữ kể đến chiều cao xây dựng và phần cặn lắng ở bồn nước,chọn 1,1
- WCC: Dung tích chữa cháy (tính 10 phút đầu cho ch ữa cháy vách tườngtrong nhà, lượng nước này do công an phòng cháy cấp) = 3 m3
- Wđh: Dung tích điều hòa nước sinh hoạt của bồn nước tầng mái = Qb/4n =2,5 m3
- Qb: Công suất định mức của một máy bơm sinh hoạt = 240 m3/h
- n: Số lần mở máy bơm nhiều nhất tron g 1 giờ = 4 lần
- Wđhkk: Dung tích nước bù hao hụt nước phục vụ cho điều hòa không khí =131m3
Vậy: Vk= K(Wđh+ WCC+ Wđhkk) = 1,1 (2,5 + 3 + 131) = 136,5 m3
Chọn bồn nước bê tông cốt thép với dung tích 200m3
Tính dung tích của bể chứa nước dự trữ:
Để đảm bảo an toàn cho việc cấp nước sinh hoạt liên tục cho tòa nhà Tư vấnthiết kế 1 bể chứa nước dự trữ ngầm đặt tại sàn hầm B3 với dung tích toàn phần của
bể chứa nước sạch được tính theo công thức:
Trong đó:
- WBC: Dung tích điều hòa lượng nước sinh hoạt của bể chứa (m 3)
- WBC= 1,5 Qngày/n = 151,1 (m3)
Qngày: Lượng nước sinh hoạt cần dùng trong ngày (m 3/ngày) = 402,9 m3
- n: Số lần đóng mở máy bơm bằng tay trong ngày = 4 lần
- W1: Dung tích nước chữa cháy trong bể = 333,4 m3
Trang 13- W2: Dung tích bù nước hao hụt của hệ thống điều hòa không khí dự trữtrong bể tính 1 ngày =131 m3 (tỉ lệ hao hụt được tính 1% lượng nước cấpcho điều hòa, thời gian tính 8 tiếng/1 ngày.
Vậy, dung tích toàn phần của bể chứa nước sạch được tính như sau:
VBC= WBC+ W1+ W2 = 151,1 + 333,4 + 131 = 615,6m3.Dựa vào kết quả tính toán, chọn 2 bể chứa nước dự trữ với dung tích toàn phầncủa bể chứa nước dự trữ số 1 dành cho sinh hoạt + điều hòa không khí + phòngcháy chữa cháy VBC1 = 200m3 đặt ở tầng hầm B2 và bể chứa nước dự trữ số 2 dànhcho chữa cháy VBC2 = 233m3đặt ở tầng hầm B3
Tính toán bơm cấp nước sinh hoạt:
Việc lựa chọn công suất của máy bơm được dựa trên 2 tiêu chí cơ bản:
Lưu lượng của máy bơm (được tính cho giờ dùng nước nhiều nhất trong ngày)
Áp lực toàn phần của máy bơm
Dựa vào kết quả tính toán lưu lượng nước cần thiết cáp cho tòa nhà ở trên:lượng nước cấp cho sinh hoạt trong ngày dùng nước nhiều nhất là 483,48m3.Lượng nước dùng nước nhiều nhất trong ngày 279m3/ ngày (Buổi sáng 11h đến17h, chiều 17h đến 20h)
Chọn lưu lượng máy bơm Qb = 66 lít/s, H= 125m
Xác định áp lực toàn phần của máy bơm:
HS.H/bơm = hyc + h.dp = (hh.h + h.h + hđ+ hc.b + htd) + h.dp(m3) (2.5)Trong đó:
- HS.H/bơm: Áp lực của máy bơm tăng áp cấp nước sinh hoạt
- hyc: Áp lực yêu cầu, được xác định theo công thức sau:
- hyc= hh.h + h.h + hđ+ hc.b + htd = 113m
- hh.h: Độ cao hình học đưa nước tính từ mực nước thấp nhất trong bể chứađến vòi cấp nước vào bồn tầng mái là 98m
- h.h: Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài đường ống hút 3,0m
- hđ: Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài đường ống đẩy = 7m
- htđ: Áp lực tự do đầu vòi cấp nước vào bể chọn theo tiêu chuẩn 2m
Trang 14- hc.b: tổn thất áp lực cục bộ trên tuyến ống hút và đẩy (m).
hc.b = 30% (hh+ hđ) = 0,3 (3+7) = 3m
- h.dp: áp lực công tác dự phòng (tính bằng 10% - 12% hyc) = 12m
Vậy: HbSH= (hh.h+h.h + hđ+ hc.b+ htđ) + h.dp = 98 + 3 + 7 + 2 + 3 + 12 = 125m.Dựa vào kết quả tính t oán chọn 2 máy bơm sinh hoạt của hãng Grundfos mã
số GSHF với công suất của 1 bơm là 110kW, 240m3/h, cột áp 125m, áp suất max12bar, điện áp 380V, 1450 vòng/phút (trong đó 1 máy hoạt động 1 máy dự phòng)
Để đảm bảo cung cấp nước không bị gián đ oạn trong các tòa nhà, người taluôn thiết kế 2 bơm hoạt động luân phiên nhau Khi có 1 bơm bị sự cố thì phảikhống chế cho 1 bơm luôn hoạt động để sửa chữa bơm bị hư
Hình 2.1 Phòng bơm 2.2.3 Bảng giá 3 thời điểm của công ty điện lực
Ngày 19/12/2011, Bộ Công thương đã ra Thông tư số 42/2011/TT-BCT quyđịnh về giá bán điện và hướng dẫn thực hiện cụ thể áp dụng từ ngày 1 tháng 7 năm
2012 cho ngày kinh doanh theo bảng thống kê như sau:
Trang 15Bảng 2.1 Cấp điện áp và giá điện
1
Từ 22 kV trở lên
a) Giờ bình thường 1.909b) Giờ thấp điểm 1.088c) Giờ cao điểm 3.279
2
Từ 6 kV đến dưới 22 kV
a) Giờ bình thường 2.046b) Giờ thấp điểm 1.225c) Giờ cao điểm 3.388
3
Dưới 6 kV
a) Giờ bình thường 2.074b) Giờ thấp điểm 1.279c) Giờ cao điểm 3.539
Trong đó
Giờ bình thường
Gồm các ngày từ thứ hai đến thứ bảy
- Từ 04 giờ 00 đến 9 giờ 30 (05 giờ 30 phút)
- Từ 11 giờ 30 đến 17 giờ 00 (05 giờ 30 phút)
- Từ 20 giờ 00 đến 22 giờ 00 (02 giờ)
Ngày Chủ nhật
Từ 04 giờ 00 đến 22 giờ 00 (18 giờ)
Giờ cao điểm
Gồm các ngày từ thứ hai đến thứ bảy
- Từ 09 giờ 30 đến 11 giờ 30 (02 giờ)
- Từ 17 giờ 00 đến 20 giờ 00 (03 giờ)
Ngày Chủ nhật: không có giờ cao điểm
Giờ thấp điểm
Tất cả các ngày trong tuần: từ 22 giờ 00 đến 04 giờ 00 (06 giờ)
Trang 16Bảng 2.2 Thống kê Lượng nước sử dụng trong tòa nhà Maritime Bank năm
2012 theo từng thời điểm
Thứ Ngày
Thấp điểm từ 22h đến 4h00
Đơn giá 1.225 VNĐ
Từ 11h30 đến 17h00
Từ 20h00 đến 22h00
Từ 9h30 đến 11h30
Từ 17h00 đến 20h00 m3 nước tiêu
thụ
m3 nước tiêu thụ
m3 nước tiêu thụ
m3 nước tiêu thụ
m3 nước tiêu thụ
m3 nước tiêu thụ
Tiền điện cho từng
thời điểm/ 1 ngày
(VNĐ)
Tiền điện trung bình
cho từng thời điểm/ 1
tháng (VNĐ)
Tổng tiền điện/ 1
Trang 172.2.4 Cơ sở tính toán thiết kế mạch điều khiển
- Căn cứ vào thuyết minh thiết kế của tòa nhà, lượng nước sử dụng nhiềunhất trong ngày Qmax= 483,48m3
- Căn cứ vào thuyết minh thiết kế của tòa nhà, lượng nước sử dụng trungbình trong ngày QTB= 402,9m3
- Căn cứ vào lưu lượng nước sử dụng thực tế hiện tại của tòa nhà vào tháng 6năm 2012, Lượng nước sử dụng trung bình trong ngày 460m3
Lượng nước sử dụng thực tế đúng với thiết kế Vậy, căn cứ vào bảng thống kêmục 2.8.5 để thiết kế mạch điều khiển
Dựa vào số liệu tính toán trong bảng 2.2, tiền điện thống kê 3 thời điểm như sau:
- Giờ thấp điểm: 766 VNĐ/1 ngày
- Giờ trung bình: 167.857 VNĐ/1 ngày
- Giờ cao điểm: 206.950 VNĐ/1 ngày
Bài toán so sánh đơn giản cho thấy máy bơm hoạt động ở giờ trung bình262.5m3 tốn 167.857 VNĐ Trong khi đó máy bơm hoạt động ở giờ cao điểm195m3 tốn 206.950 VNĐ Vậy, mạch điều khiển được thiết kế sao cho hạn chế hoạtđộng vào giờ cao điểm, ưu tiên nhất hoạt động vào giờ thấp điểm
Tính toán theo giá điện
- Giờ thấp điểm: 1.225 đ/1k Wh – bằng 0,36 lần giá điện giờ cao điểm
- Giờ trung bình: 2.046 đ/1kWh – bằng 0,6 lần giá điện giờ cao điểm
- Giờ cao điểm: 3.388 đ/1kWh
Trang 182.2.5 Lưu đồ điều khiển máy bơm
Hình 2.2 Lư đồ điều khiển máy bơm
- Đồng hồ thời gian thực của Dalas: đồng hồ đếm thời gian thực được thiết kếkết nối với vi điều khiển 89S52 để quyết định đóng mở rơle điều khiển máybơm
- Cảm biến của bể nước tầng má i: bể nước trên tầng mái được thiết kế 8 cảmbiến đọc mực nước, mỗi cảm biến đo mực nước cách nhau 25m3 Có nghĩa
là 8 cảm biến đặt trong bể chứa tầng mái 200m3
- Giờ thấp điểm 22h00 đến 4h00: nếu mực nước đến cảm biến 1 hoặc từ 3h00trở về sáng thì máy bơm hoạt động đến đầy bể (mức 8 tương đương 200m 3)
- Giờ trung bình 4h đến 9h30: nếu mực nước cạn đến cảm biến 1 hoặc cảmbiến 2 và 8h30 thì máy bơm hoạt động đến đầy bể
- Giờ trung bình 11h30 đến 17h00: nếu mực nước đến cảm biến 1 hoặc cảmbiến 5 và 16h00 thì máy bơm hoạt động đến đầy bể
- Giờ trung bình 20h00 đến 22h00: nếu mực nước đến cảm biến 1 thì bơm
đến cảm biến 3
Trang 19- Giờ cao điểm 9h30 đến 11h30: nếu mực nước đến cảm biến 1 thì bơm hoạtđộng đến cảm biến 3.
- Giờ cao điểm 17h00 đến 20h00: nếu mực nước tới cảm biến 1 thì bơm tớicảm biến 4
2.2.6 Bảng so sách tiền điện giữa điều khiển bơm nước bình thường và điều khiển bởi BMS
- Dựa vào bảng thống kê lưu lượng nước mục 2 2
- Dựa vào thuyết minh thiết kế tính toán công suất và lưu lượng của máybơm mục 2.8.1
- Căn cứ và giá điện 3 thời điểm của tổng công ty điện lực Thành Phố
- Căn cứ vào lưu đồ điều khiển của BMS mục 2 2.1
- Bỏ qua các tổn hao về phát nóng, tổn hao do rò rỉ và các tổn hao khác
Bảng 2.3 Tiền điện phải trả khi bơm hoạt động bình thường
Tiền điện (VNĐ)
Cao điểm (m3)
Tiền điện (VNĐ)
Tổng lượng nước sử dụng trong 1 ngày đêm (m3)
Tổng số tiền phải trả (VNĐ)
22h00
đến
4h00
4h00 đến 9h30
11h30 đến 17h00
20h00 đến 22h00
9h30 đến 11h30
17h00 đến 20h00
Theo kết quả tính toán, tiền điện phải trả cho 1 ngày là 548,246VNĐ
Trang 20Bảng 2.4 Tiền điện phải trả khi bơm hoạt động có điều khiển bởi BMS
Cao điểm
Trung bình (m3)
Tiền điện (VNĐ)
Cao điểm
Trung bình (m3)
Tiền điện (VNĐ)
Tổng lượng nước sử dụng trong 1 ngày đêm (m3)
Tổng số tiền phải trả (VNĐ)
Sử dụng 9h30 đến 11h30
Sử dụng 11h30 đến 17h00 Bơm hoạt động (m3)
Sử dụng 17h00 đến 20h00 (m3)
Sử dụng 20h00 đến 22h00 Bơm hoạt động đến cảm biến 3 (m3)
- Theo bảng tính tóa tiền điện tiết kiệm cho 1 ngày: 178,851 VNĐ
- Tiền điện tiết kiệm cho 1 tháng: 5,363,533 VNĐ
- Tiền điện tiết kiệm cho 1 năm: 65,280,655 VNĐ
Bài toán trên đang áp dụng cho tòa nhà và trung tâm thương mại hạng trungbình Như vậy, đối với tòa nhà lớn hoặc công ty cấp nước thì tiền điện tiết kiệmnhiều hơn tùy vào điều kiện thực tế sử dụng
BMS hoàn toàn điều chỉnh thời gian bơm theo lượng nước sử dụng khác nhaucủa tòa nhà nên chức năng điều khiển linh hoạt này giúp cho người sử dụng hoàntoàn chủ động điều khiển theo nhu cầu thực tế của mỗi tòa nhà và các mục đích sửdụng nước khác nhau
Trang 21Chương 3: XÂY DỰNG ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
3.1 Cơ sở dữ liệu đầu vào của các thiết bị trong hệ điều khiển
Cơ sở dữ liệu để điều khiển máy bơm được xây dựng tín hiệu cảm biến củabồn trên và bồn dưới
3.1.1 Tín hiệu cảm biến của bồn trên
Tín hiệu nguồn cấp nước được thiết kế 8 cảm biến mỗi mức cảm biến tươngđương 25m3 nước Các cảm biến này được kết nối với mạch đọc cảm biến mựcnước để kết hợp với đồng hồ đếm thời gian thực điều khiển bơm, đồng thời hiển thịcác đèn led trên bảng điều khiển
3.1.2 Tín hiệu cảm biến nước bồn dưới
Tín hiệu nguồn cấp nước được thi ết kế 8 mức cảm biến mỗi mức cảm biếntương đương 150m3nước Các cảm biến này được kết nối với mạch đọc cảm biếnmực nước để kết hợp với đồng hồ đ iếm thời gian thực điều khiển bơm, đồng thờihiển thị các đèn led trên bảng điều khiển Ngoài ra, khi nước xuống thấp hơn cảmbiến 1 thì máy bơm không hoạt động
Hình 3.1 Cảm biến nước bồn trên
Mức8- 200m3Mức 7- 175m3Mức 6- 150m3Mức 5- 125m3Mức 4- 100m3Mức 3- 75m3Mức 2- 50m3Mức 1- 25m3
Hình 3.2 Cảm biến nước bồn dưới
Mức 4- 600m3
Mức 3- 450m3
Mức 2- 300m3
Mức 1- 150m3
Trang 223.1.3 Sơ đồ nguyuyên lý
Ghi chú:
- Main-CB: CB nguồn cấp điện chính
- Fuse: cầu chì
- RN1: cuộn cây và tiếp điểm của rơle nhiệt – bảo vệ quá dòng điện
- RN2: cuộn cây và tiếp điểm của rơle nhiệt – bảo vệ quá dòng điện
- : tiếp điểm thường đóng
- : tiếp điểm thường mở
Trang 23- : nút nhấn ON.
- : công tắc chuyển mạch Man – Off – Auto
(1-Mở động cơ 2: Nhấn nút ON2, cuộn dây RL2, đèn RL2-On có điện, mở tiếp điểm 3) đèn báo OFF RL1-Off tắt, đóng tiếp điểm (7 -11) duy trì cho cuộn dây RL2, đồngthời đóng tiếp điểm RL2 mạch động lực động cơ 2 hoạt động Muốn dừng nhấn nútOff2
(1 Chế độ Auto: chuyển công tắc Man -Off-Auto sáng vị trí Auto, đóng tiếpđiểm (1-13), lúc này mạch hoạt động phụ thuộc vào công tắc BMS -switch.Bình thường tiếp điểm (13-21) đóng lại cấp điện cho rơle cóc, giả sử tiếpđiểm rơle cóc đang ở vị trí như hình vẽ
Trang 24Khi BMS đóng tiếp điểm 15-15 lại, cuộn dây RL1 và đèn báo On RL1-On cóđiện, mở tiếp điểm (1 -3) đèn báo RL1-Off tắt, đồng thời đóng tiếp điểm động lực
RL1, động cơ 1 hoạt động Khi bồn đầy nước hoặc theo lập trình của BMS thì tiếpđiểm (13-15) mở ra ngắt điện cuộn dây RL1 và đèn báo RL1-On, đóng tiếp điểm (1-3) đèn RL1-Off sáng, mở tiếp điểm động lực RL1, động cơ dừng
Khi BMS switch tắt, lúc này rơle cóc LR có điện trở lại, tiếp điểm rơle cóc chuyểntrạng thái tiếp điểm (15-19) đóng lại
Sau thời gian khi sử dụng hết nước tiếp điểm BMS đóng lại (lúc này tiếp điểmrơle cóc đang ở vị trí (15-19),cuộn dây RL2và đèn báo On RL2-On có điện, mở tiếpđiểm (1-5) đèn báo RL2-Off tắt, đồng thời đóng tiếp điểm động lực RL 2, động cơ 2hoạt động Khi bồn đầy nước hoặc theo lập trình của BMS thì tiếp điểm (13 -15) mở
ra ngắt điện cuộn dây RL2 và đèn báo RL2-On, đóng tiếp điểm (1-5) đèn RL2-Offsáng, mở tiếp điểm động lực RL2, động cơ dừng
Lúc này cuộn dây rơle cóc LR có điện trở lại, tiếp điểm (15 -17) đóng lại, trở
về trạng thai ban đầu
3.2 phương pháp điều khiển
Điều khiển máy bơm ch ia thành 2 phần: điều khiển bằng tay và điều khiển tựđộng
3.2.1 Điều khiển bằng tay
Chuyển công tắc Man-Off-Auto sang chế độ MAN để điều khiển theo mongmuốn Nhấn ON1 bơm 1 hoạt động, nhấn ON2 bơm 2 hoạt động, muốn dừng nhấnOff1, Off2 đối bới bơm 1 và bơm 2
3.2.2 Điều khiển tự động
Chuyển công tắc Man-Off-Auto sang chế độ Auto, động cơ hoạt động theo lậptrình của BMS Lúc này, hoàn tòa mở máy điều khiển bằng máy tính Sơ đồ điềukhiển dựa vào hình 2.2
Trang 253.3 Thiết kế mạch điều khiển
Mạch điều khiển được thiết kế k ết hợp 2 mạch điều khiển: mạch điều khiểnchính và mạch đọc mực nước
3.3.1 Mạch điều khiển chính
Mạch điều khiển đếm thời gian thực và nhận tín hiệu từ các cảm biến nước củaboard đọc mức nước của bồn dưới và bồn trên dựa theo chương trình điều khiển củaAT89S52
Ghi chú:
- JP1: Đường truyền giao tiếp 485
- JP2: Nguồn vào 15VAC
