Thiết Kế Hệ Thống Kiểm Soát và Giám Sát Nồng Độ CO2 Trong Tòa Nhà

Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống kiểm soát và giám sát nồng độ CO2 trong tòa nhà, nâng cao chất lượng không khí và an toàn cho người sử dụng.

• Tác giả: Ha Gia Huy
• Người hướng dẫn: Le Trong Nghia, PhD
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Electrical and Electronics Engineering
• Đề tài: Design System For Controlling And Monitoring CO2 Concentration In The Building
• Loại tài liệu: Graduation Project
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENTS
• ABSTRACT
• 1. CHAPTER 1: OVERVIEW
• 1.1. Overview of the Building Management System (BMS)
• 1.2. Reason for choosing the topic
• 1.3. The objective of the research topic
• 1.4. Research methodology
• 1.5. Research subjects
• 1.6. Project content
• 1.7. Project Implementation Process
• 2. CHAPTER 2: MODEL DESIGN
• 2.1. Design process
• 2.2. Building model parameters
• 2.3. Establishing control requirements
• 2.4. Calculating the necessary parameters for the model
• 2.5. Calculating fan power
• 2.6. Wind speed calculation when passing through the air vent
• 2.7. Selecting the air vent location for the model
• 3. CHAPTER 3: CONSTRUCTION OF THE MODEL AND DESIGN OF SUPERVISORY INTERFACE, CONTROL INTERFACE
• 3.1. Construction of the BMS Monitoring Model, Operation of the Frequency Converter
• 3.2. Block Diagram of the BMS Model
• 3.3. Wiring diagram for the BMS model
• 3.4. Installing the BMS model
• 3.5. Complete the hardware installation of the BMS model for monitoring and controlling the ventilation system using single-phase and three-phase inverter
• 3.6. Configuring the Delixi EM60 inverter
• 3.7. Configuring the IG5A inverter
• 3.8. Configure the DDC - C46 using the DDC Configuration software
• 4. CHAPTER 4: OPERATION OF THE MODEL AND RESULTS EVALUATION
• 4.1. System Operation Flowchart
• 4.2. Operating the Model in Auto Mode
• 4.3. Operating the Model in Manual Mode
• 4.4. Control Mode Evaluation
• Appendix 1: Configuration of Data Points in BMS Control Software
• Appendix 2: Variable Frequency Drive Delixi EM60
• Appendix 3: Variable Frequency Drive IG5A
• Appendix 4: CO2 sensor VELT-W-CO2-I4
• Appendix 6: Hongke 130FLJ5 fan specifications
• Appendix 7: Auramax VP4 fan specifications

Tóm tắt

I. Tổng quan về Hệ Thống Kiểm Soát Nồng Độ CO2 Trong Tòa Nhà

Hệ thống kiểm soát và giám sát nồng độ CO2 trong tòa nhà là một phần quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng không khí. Việc duy trì nồng độ CO2 ở mức an toàn không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe con người mà còn nâng cao hiệu suất làm việc. Hệ thống này sử dụng các cảm biến CO2 để theo dõi nồng độ khí trong không khí và điều chỉnh thông gió một cách tự động.

1.1. Khái niệm về Hệ Thống Giám Sát Không Khí

Hệ thống giám sát không khí là công nghệ sử dụng cảm biến để đo lường các chỉ số chất lượng không khí, bao gồm nồng độ CO2, độ ẩm và nhiệt độ.

1.2. Tầm quan trọng của Kiểm Soát Nồng Độ CO2

Kiểm soát nồng độ CO2 là cần thiết để ngăn ngừa các vấn đề sức khỏe như đau đầu, mệt mỏi và giảm khả năng tập trung. Nồng độ CO2 cao có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy trong không khí.

II. Vấn đề và Thách thức trong Kiểm Soát CO2

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc kiểm soát nồng độ CO2 là sự biến đổi liên tục của nồng độ khí trong không khí. Các yếu tố như số lượng người trong tòa nhà, hoạt động diễn ra và thông gió tự nhiên đều ảnh hưởng đến nồng độ CO2. Việc không có hệ thống giám sát hiệu quả có thể dẫn đến tình trạng nồng độ CO2 vượt mức cho phép.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Nồng Độ CO2

Nồng độ CO2 trong không khí bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như số lượng người, hoạt động hô hấp và thông gió. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp tối ưu hóa hệ thống kiểm soát.

2.2. Hệ Thống Thông Gió Không Đủ Hiệu Quả

Hệ thống thông gió không đủ hiệu quả có thể dẫn đến nồng độ CO2 tăng cao, gây ra các vấn đề sức khỏe cho người sử dụng tòa nhà. Cần có giải pháp cải thiện thông gió để đảm bảo không khí trong lành.

III. Phương Pháp Giải Quyết Vấn Đề Nồng Độ CO2

Để giải quyết vấn đề nồng độ CO2, việc áp dụng công nghệ IoT trong hệ thống giám sát là rất cần thiết. Các cảm biến CO2 có thể được kết nối với hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) để tự động điều chỉnh thông gió. Điều này không chỉ giúp duy trì nồng độ CO2 ở mức an toàn mà còn tiết kiệm năng lượng.

3.1. Ứng Dụng Công Nghệ IoT Trong Giám Sát

Công nghệ IoT cho phép kết nối các cảm biến CO2 với hệ thống BMS, giúp theo dõi và điều chỉnh nồng độ CO2 một cách tự động và hiệu quả.

3.2. Giải Pháp Tối Ưu Hóa Thông Gió

Tối ưu hóa thông gió thông qua việc sử dụng cảm biến và điều khiển tự động giúp duy trì nồng độ CO2 ở mức an toàn, đồng thời tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng hệ thống kiểm soát nồng độ CO2 có thể giảm thiểu nồng độ CO2 xuống dưới mức cho phép. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng cảm biến CO2 kết hợp với hệ thống BMS mang lại hiệu quả cao trong việc duy trì chất lượng không khí.

4.1. Kết Quả Thực Nghiệm Từ Mô Hình

Mô hình thử nghiệm cho thấy nồng độ CO2 được kiểm soát hiệu quả, với mức giảm đáng kể so với trước khi áp dụng hệ thống.

4.2. Lợi Ích Của Hệ Thống Kiểm Soát

Hệ thống kiểm soát không chỉ giúp cải thiện chất lượng không khí mà còn nâng cao sự thoải mái cho người sử dụng tòa nhà, từ đó tăng năng suất làm việc.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Hệ Thống Kiểm Soát CO2

Hệ thống kiểm soát và giám sát nồng độ CO2 trong tòa nhà là một giải pháp cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Tương lai của hệ thống này sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của công nghệ mới, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong việc kiểm soát chất lượng không khí.

5.1. Triển Vọng Phát Triển Công Nghệ

Công nghệ mới sẽ giúp cải thiện khả năng giám sát và điều khiển nồng độ CO2, từ đó nâng cao chất lượng không khí trong các tòa nhà.

5.2. Tầm Quan Trọng Của An Toàn Sức Khỏe

Đảm bảo an toàn sức khỏe cho người sử dụng tòa nhà là mục tiêu hàng đầu. Hệ thống kiểm soát CO2 sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING TECHNOLOGY DESIGN SYSTEM FOR CONTROLLING AND MONITORING CO2 CONCENTRATION IN THE BUILDING INSTRUCTOR: LE TRONG NGHIA, PhD. STUDENT: HA GIA HUY LAM QUANG BUU SKL013345 Ho Chi Minh City, June 2024 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION  GRADUATION PROJECT DESIGN SYSTEM FOR CONTROLLING AND MONITORING CO2 CONCENTRATION IN THE BUILDING. Student’s name: Student’s ID: HA GIA HUY 19142098 LAM QUANG BUU 19142087 Major: ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERING Supervisor: LE TRONG NGHIA, PhD. Ho Chi Minh, June 2024 1 ` THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, June 20, 2024 GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT Student name: Ha Gia Huy Student ID: 19142098 Student name: Lam Quang Buu Student ID: 19142076 Major: Electrical and electronics engineering Class: 1914CLA3 Supervisor: Le Trong Nghia, PhD.

Phone number: _________________ Date of assignment: 24/02/2024 Date of submission: 20/06/2024 1. Project title: Design system for controlling and monitoring CO2 concentration in the bulding. Initial materials provided by supervisor: ___________________________________ 3. Content of the project: - Design a model to monitor CO2 levels in a building.

- Design the interface for monitoring and controlling the system. - Operating and monitoring the BMS system and assessing the results. Final product: - 1 project report. - 1 operational model for controlling CO2 levels.

- 1 interface on the Website platform. CHAIR OF THE PROGRAM SUPERVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) ii THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness ----***---- SUPERVISOR’S EVALUATION SHEET Student name : Ha Gia Huy Student ID : 19142098 Student name : Lam Quang Buu Student ID : 19142087 Major: Electrical and Electronics Engineering Technology Project title: Design system for controlling and monitoring CO2 concentration in the bulding. Supervisor: Le Trong Nghia, PhD EVALUATION 1. Content of the project:.

Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, month day, year SUPERVISOR (Sign with full name) iii THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness ----***---- PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name : Ha Gia Huy Student ID : 19142098 Student name : Lam Quang Buu Student ID : 19142087 Major: Electrical and Electronics Engineering Technology Project title: Design system for controlling and monitoring CO2 concentration in the bulding. Name of Examiner: Nguyen Phan Thanh, PhD EVALUATION 1. Content and workload of the project:. Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, month day, year EXAMINER (Sign with full name) iv THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness ----***---- EVALUATION SHEET OF DEFENSE COMMITTEE MEMBER Student name : Ha Gia Huy Student ID : 19142098 Student name : Lam Quang Buu Student ID : 19142087 Major: Electrical and Electronics Engineering Technology Project title: Design system for controlling and monitoring CO2 concentration in the bulding.

Name of Defense Committee Member:. Content and workload of the project: .) Ho Chi Minh City, month day, year COMMITTEE MEMBER (Sign with full name) v ACKNOWLEDGEMENTS I would like to sincerely thank the dedicated guidance and mentoring of Dr. Le Trong Nghia, Lecturer at the Faculty of Internatonal Education, Ho Chi Minh City University of Technology and Education. His insightful feedback, suggestions, and guidance have been a tremendous motivation that helped our group complete this project.

I would like to express my gratitude to all the esteemed teachers of the Faculty of Internatonal Education at Ho Chi Minh City University of Technology and Education for their teaching and imparting valuable knowledge to us during our time studying at the university. Thank you to my classmates for encouraging and helping us overcome difficulties in our studies. I would like to thank all the members of my family for their constant material and moral support, care, encouragement, and for providing us with all the necessary conditions during our study and completion of the graduation project. Sincerely thank! Ho Chi Minh, date … month … year 2024 Students i ABSTRACT This topic presents an overview, outlining the ventilation system in the building.

It utilizes BMS and devices such as the central control unit (BCU), digital control (DDC – C46), inverter, and focuses on controlling the ventilation fan based on CO2 sensors. The project constructs a model demonstrating the interaction between the fan speed and the CO2 concentration measured by sensors. Additionally, it develops a monitoring interface and controls CO2 levels in the room using the Delixi EM60 frequency converter and the IG5A frequency converter to control the Hongke 130FLJ5 centrifugal fan and the Auramax VP4 axial fan through BMS Control Software. The achievement of this project is the control of CO2 concentration to be lower than or equal to the maximum threshold set by the team based on the standards for ventilation and air conditioning systems in the building.

ii CONTENTS GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT. ii LIST OF FIGURE .v LIST OF TABLES. ix LIST OF ACRONYMS. Overview of the Building Management System (BMS).

Reason for choosing the topic. The objective of the research topic. Project Implementation Process. 4 CHAPTER 2: MODEL DESIGN.

Building model parameters:. Establishing control requirements:. Calculating the necessary parameters for the model:. Calculating fan power:.

Wind speed calculation when passing through the air vent:. Selecting the air vent location for the model: .15 CHAPTER 3: CONSTRUCTION OF THE MODEL AND DESIGN OF SUPERVISORY INTERFACE, CONTROL INTERFACE. Construction of the BMS Monitoring Model, Operation of the Frequency Converter. Block Diagram of the BMS Model.

Wiring diagram for the BMS mode:. Installing the BMS model:. Complete the hardware installation of the BMS model for monitoring and controlling the ventilation system using single-phase and three-phase inverter. Configuring the Delixi EM60 inverter.

Configuring the IG5A inverter. Configure the DDC - C46 using the DDC Configuration software: ……………………………………………………………………40 3. 52 CHAPTER 4: OPERATION OF THE MODEL AND RESULTS EVALUATION.1 System Operation Flowchart .3 Operating the Model in Auto Mode.4 Operating the Model in Manual Mode .6 Control Mode Evaluation.98 Appendix 1: Configuration of Data Points in BMS Control Software. 98 Appendix 2: Variable Frequency Drive Delixi EM60.

99 Appendix 3: Variable Frequency Drive IG5A. 100 Appendix 4: CO2 sensor VELT-W-CO2-I4. 102 Appendix 6: Hongke 130FLJ5 fan specifications. 103 Appendix 7: Auramax VP4 fan specifications.

104 iv LIST OF FIGURE Figure 1.1: Project Implementation Process .2: GE Training Center .3 Ventilation system model .4: Internal body metabolism data .5: Table of HVAC-related background noise design guidelines .6: The recommended average air outlet velocity .7: The design drawing of the air vent positions .1: Block diagram of the BMS model .2: Single-line diagram of the BMS model .3: Wiring diagram for the BMS model.4: Power supply for devices .5: Shielded twisted-pair RS485 cable with aluminum foil mesh.6: Connect the A+ and B+ pins of the DDC to the A+ and B+ pins of the BCU.7: Connect the pins for the DDC-C46 .8: Connect motors to inverters .9: Ceiling panel in the actual model .10: Arrangement of devices in the electrical panel .11: The electrical panel after completion .12: The label of the Delixi EM60 frequency converter.13: The procedure for configuring the Delixi inverter .14: Interface during inverter startup .15: After pressing the MODE button .16: The parameter that needs to be adjusted .17: After successfully setting the parameters .18: Configuration process for the iG5A inverter.19: Modbus configuration process for the iG5A inverter .20: Set the value of function H .21: Set the value of function I .22: Set the value of function Frq .23: Set the value of function Frq .24: Setting the Baudrate .25: Setting the MAC address .26: Set up the communication protocol .27: Connect the computer to the DDC using a USB RS485 port.28: Screen of DDC Configurator software configuration .29: Configure the DDC to connect to the computer .31: Setting the control mode for the DDC.32: Configuration process of the DDC .33: Configuration of the CO2 signal input .34: Configuring the input for the Auto signal of the IG5A inverter.35: Configuring the input for the Manual signal of the IG5A inverter.36: Configuring the input for the Auto signal of the Delixi EM60 inverter.37: The input for the Manual signal of the Delixi EM60 inverter.38: Configuring the Relay output for operating the supply fan.39: Configuring the Analog output for operating the exhaust fan.40: Interface for Remote Setting .41: Configuring Modbus communication for a variable frequency drive .42: Monitoring interface for DDC – C46 .43: The login interface .44: The IP configuration interface for BCU .45: Summary of the tools in the BMS Control Software: .46: List of units .47: Configure the parameters for the DDC device.48: The list of devices.49: Setting up CO2 sensor points.50: Setting up Frequency of Exhaust Fan points.51: Setting up Frequency of Supply Fan points.52: Setting up Speed of Exhaust Fan points.53: Setting up output current points.54: Setting up output voltage points.55: Login form for Node-RED.57: Configuration of the Inject node .58: The HTTP In node .59: Configure the HTTP In node .60: Configure the Function node.61: The data processing flow between two points .62: The system-wide data processing of Points.65: Control panel for the exhaust fan .66: Control panel for the supply fan .67: The content of the "Monitoring" page .68: Monitoring the detailed parameter "Speed" .69: Firebase interface after logging in .71: Name your project on Firebase.72: Enable Google Analytics to access the project.73: Select "Configure Google Analytics.74: Interface after successful project creation .75: Realtime Database interface .76: Location for storing Realtime Database .77: Choose the mode for security rules.78: Interface upon completing the Realtime Database creation .79: Nodes created for usage .1: Flowchart of the process for operating CO2 …….2: Selecting Auto Control Mode.3: Input terminal 5 shows the value "1".4: Selecting Manual Control Mode .5: Input terminal 6 shows the value "1".6: The interface of Visual Studio Code .7: Select "Run Without Debugging" to launch the website.8: The login interface of the website .9: The ventilation system control interface on the website.10: When configured in Manual mode .11: Setting the fan below the CO2 concentration threshold in the room .12: Perform the ON/OFF operation to turn the supply fan on or off.13: Set the running frequency for the exhaust fan.14: Monitor the frequencies of the fans in the system.15: Set the PID parameters.16: Monitoring basic parameters on the web interface .17: Monitoring CO2 concentration .18: Monitoring the voltage of the exhaust fan.19: Monitoring the current of the exhaust fan .20: Monitoring the speed of the exhaust fan .21: Monitoring the correlation between CO2 concentration and fan speed .22: A chart depicting the relationship between CO2 concentration and fan speed under high occupancy .95 viii LIST OF TABLES Table 2.1: The impact of CO2 concentration [1] .1: Configuring the Delixi EM60 inverter.3: RS485 Communication Parameter Settings 36 Table 3.4: Configure the inputs of the DDC .5: Name, ID, QR code of Data Points.1: Comparison and Evaluation of the Two Operation Modes (Auto/Manual) 95 ix LIST OF ACRONYMS BACNet: Building Automation and Control Networks. BCU: Building Control Unit. BMS: Building Management System. DDC: Direct Digital Control.

HVAC: Heating, Ventilating and Air Conditioning. ppm: Parts Per Million. RPM: Revolutions Per Minute. Overview of the Building Management System (BMS) In the field of automation, there have been numerous studies on areas such as Process Control Technology and Distributed Control Systems.

However, one area that has garnered a lot of attention is the Building Management System (BMS). For a high-rise building with many devices, the requirement to manage these devices to control energy consumption, facilitate maintenance, and simplify repairs is extremely essential. The Building Automation System was developed and evolved to meet this need. Arising from these practical demands, many automation companies worldwide, such as Siemens, Honeywell, ABB, and Echelon, have researched and introduced standards and equipment to meet these increasing needs.