Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà

Công tác xây dựng không tuân thủ quy tắc kiến trúc khí hậu sinh hoạt truyền thống, cách nhiệt không tốt, kém thông thoáng, không che chắn trực xạ… sẽ gây lãng phí năng lượng.

Giải pháp điều khiển và quản lý tích hợp cho phép nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa sử dụng năng lượng của tòa nhà. Hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Managenent System) đang được phát triển. BMS là hệ thống điều khiển phân cấp DCS (Distributed Control System) gồm 3 cấp:

1. Cấp thấp nhất là cấp trường

Các bộ điều khiển ở cấp này là các bộ điều khiển sử dụng bộ vi xử lý, cung cấp chức năng điều khiển số trực tiếp cho các thiết bị ở từng khu vực, bao gồm: máy bơm, các dàn trao đổi nhiệt, bơm nhiệt, các bộ điều hòa không khí cục bộ ... Hệ thống phần mềm quản lý năng lượng cũng được tích hợp trong các bộ điều khiển cấp trường. Các cảm biến và cơ cấu chấp hành giao diện trực tiếp với các thiết bị được điều khiển. Các bộ điều khiển sẽ được nối với nhau trên một đường bus, do vậy có thể chia sẻ thông tin cho nhau và thông tin với các bộ điều khiển ở cấp hệ thống và cấp điều hành, quản lý.

2. Cấp hệ thống

Các bộ điều khiển hệ thống có khả năng lớn hơn so với các bộ điều khiển ở cấp trường về số lượng các điểm vào ra, các vòng điều chỉnh và cả các chương trình điều khiển. Các bộ điều khiển hệ thống được tích hợp sẵn các chức năng quản lý, lưu trữ và thường được sử dụng cho các ứng dụng lớn hơn như hệ thống điều hòa trung tâm, hệ thống máy lạnh trung tâm... Các bộ điều khiển này trực tiếp giao tiếp với thiết bị điều khiển thông qua các cảm biến và cơ cấu chấp hành hoặc gián tiếp thông qua việc kết nối với các bộ điều khiển cấp trường. Các bộ điều khiển hệ thống có thể hoạt động độc lập trong trường hợp bị mất truyền thông với các trạm vận hành.

3. Cấp vận hành giám sát

Các trạm vận hành và giám sát chủ yếu giao tiếp với các nhân viên vận hành. Các trạm vận hành ở cấp độ này chủ yếu là các máy tính PC. Một trạm vận hành thường bao gồm các gói phần mềm ứng dụng sau:

- An toàn hệ thống: Giới hạn quyền truy cập và vận hành đối với từng cá nhân.

- Xâm nhập hệ thống: Cho phép những người có quyền được truy cập và lấy dữ liệu hệ thống thông qua máy tính cá nhân hoặc các thiết bị lưu trữ khác.

- Định dạng dữ liệu: Lắp ghép các điểm dữ liệu rời rạc vào trong các nhóm định dạng có quy tắc phục vụ cho việc in ấn và hiển thị. BMS tích hợp với các hệ thống dịch vụ sau:

Hệ thống cung cấp và phân phối điện

- Hệ thống cung cấp khí đốt.

- Hệ thống điều hòa không khí.

- Hệ thống chiếu sáng.

- Hệ thống thiết bị viễn thông.

- Hệ thống camera an ninh.

- Hệ thống PCCC.

- Thang máy.

- Hệ thống cấp/ thoát nước & xử lý nước thải sinh hoạt.

- Hệ thống thông tin công cộng (hệ thống âm thanh thông báo, hệ thống màn hình thông báo...).

Hệ thống BMS giám sát các thiết bị sau của hệ thống điện

+ Máy phát điện dự phòng.

+ Các tủ điện phân phối chính.

+ Các tủ điện phân phối tầng.

Hình 1. Hệ thông điều khiển giám sát tòa nhà của Siemens

Hình 1. biểu diễn hệ thống BMS của hãng Siemens. Đây là hệ thống điều khiển phân tán gồm cấp điều hành và quản lý mạng LAN với máy tính chủ Apogee, cấp điều khiển giám sát điều khiển điều hòa trung tâm, hệ thống điện, hệ thống chiếu sáng…

Hệ thống BMS quản lý các thiết bị bảo vệ nguồn nằm trong các tủ phân phối chính và các tủ phân phối phụ cho các tầng. Hệ thống giám sát và quản lý các thiết bị bằng việc thu nhận các thông tin về trạng thái làm việc cũng như quá tải của các thiết bị này thông qua các đầu ra báo lỗi, báo trạng thái hoạt động của các thiết bị điện tới các tủ điều khiển của hệ thống BMS.

Tại các máy tính trung tâm, nhân viên vận hành thực hiện việc giám sát các thiết bị bảo vệ của các tủ phân phối chính và các tủ phân phối phụ trên màn hình đồ họa của các máy tính điều khiển hệ thống. Mỗi thay đổi của các điểm vào ra tại các tủ điều khiển trong nhóm thiết bị điện tại các tủ điều khiển gửi về sẽ làm thay đổi màu sắc của điểm điều khiển trên màn hình đồ họa cũng như có thể in các báo cáo báo lỗi tại thời điểm xảy ra sự cố.

Hệ  thống BMS có khả năng quản lý giám sát các nguồn điện chiếu sáng, bật/tắt, đặt thời gian biểu, trạng thái các nguồn điện chiếu sáng. Các đèn/nhóm đèn chiếu sáng được điều khiển tại máy tính trung tâm hoặc tại các công tắc lập trình tại các tầng. Mức điều khiển ưu tiên được thực hiện tại máy tính điều khiển trung tâm.

Hệ thống điều hòa trung tâm là một trong những hệ thống quan trọng nhất của tòa nhà. Hệ thống này bao gồm các mạch điện cũng như các mạch điều khiển đảm bảo cho hệ thống làm việc tin cậy. Để tích hợp với hệ thống, các nhà cung cấp điều hòa cần phải cung cấp các thiết bị có khả năng kết nối với hệ thống bên ngoài thông qua các giao thức mở.

Thiết bị BMS cần phải có tính năng logic bên trong để có thể điều khiển các máy điều hòa, bật hoặc tắt theo từng khu vực riêng biệt. Việc điều khiển nhiệt độ, thông gió và các dịch vụ điều hoà khác được thông qua các bộ điều khiển số trực tiếp.

Hệ thống BMS giám sát quản lý năng lượng bằng các bộ đo đếm kỹ thuất số nối mạng ngay tại đầu ra của tủ tổng và máy phát, các tủ phân phối. Trên màn hình đồ họa giám sát hệ thống điện, người vận hành giám sát được các thông số: điện áp, dòng điện các pha, tần số, công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến, hệ số công suất cos φ. Các thông số này có thể lập ra các báo cáo hàng ngày, hoặc lưu giữ sử dụng lâu dài. Người vận hành sẽ có các định hướng tốt nhất cho việc quản lý vận hành các hệ thống kỹ thuật để tiết kiệm năng lượng, đặc biệt là các hệ thống có công suất lớn.

Trong khu vực sinh hoạt tiềm năng tiết kiệm năng lượng còn rất lớn. Đặc biệt đối với khu vực hành chính công, cần tăng cường tuyên truyền và có biện pháp khoán gọn tiêu thụ điện.

PGS. Lê Văn Doanh  
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội