藻类房屋:从房屋外墙上的活体藻类产生能源

藻类房屋:从藻类产生能源

挑战

  • 将用于促进藻类生长的创新技术与现代建筑技术相结合

解决方案

成果

  • CompactLogix 控制器在编程软件、控制器和 I/O 模块之间提供无缝集成
  • 加快初始开发进程,减少调试和运营成本
  • 借助控制系统基于标签的架构简化编程过程
  • 得益于 FactoryTalk View 易于使用的图形功能,您可轻松监控系统和分析过程,掌握所有过程的方方面面
  • 该软件还使用户能够快速响应错误警报和报警

Rockwell Automation 远程控制技术将建筑技术与创新的生物反应器连接起来

背景

全球第一座具有生物反应器外观的建筑于 2013 年在德国汉堡的国际博览会 (IBA) 上正式揭幕。寄生在建筑物外墙上的微藻类利用光合作用和太阳能产生生物燃料和热量。该项目面临的最大挑战之一是将微藻培育所需的技术与现代建筑技术联系起来。Rockwell Automation 提供了将所有不同的技术集成到一个系统中的控制元素,并帮助实现了全年无休的自动运行。

在汉堡举办的 IBA 为自己设定了一个目标:塑造二十一世纪城市的未来。作为这一恢宏计划的一部分,它开发了多个项目,为如今关于城市发展的问题提供了创新和可持续的解决方案。2013 年,它在汉堡的威廉斯堡地区展出了 BIQ(IBA 给能源自给自足型房屋取的名字)。它是全球第一座采用了生物反应器外墙的建筑 - 在平板玻璃罐中培育微藻,后者借助太阳能和光合作用产生生物燃料和热量。随后,热量被收集到热交换器中,以用于室内取暖。这些藻类被定期收集起来,用作生产沼气的原材料。绿色的外墙元素给建筑物增添了一抹自然风貌,这与其藻类房屋的称号格外相称。

这些藻类被定期收集起来,用作生产沼气的原材料。

这座藻类房屋是一种五层楼高的立方体被动建筑,由十五间公寓组成。它是由来自奥地利格拉茨的建筑创新先驱 Splitterwerk 操刀设计的,其理念夺得了 IBA 建筑大奖。外墙系统由 SSC Strategic Science Consult GmbH、Arup Deutschland GmbH 和 Colt International GmbH 共同开发。他们采用了 Rockwell Automation 的自动化产品和解决方案,并与其战略联盟合作伙伴 Endress+Hauser 的测量和过程技术进行了无缝集成。

挑战

生物反应器外墙面积为 200 平方米,形成了这套能源系统的核心。它由许许多多的玻璃罐组成,玻璃罐尺寸为高 2.6 米、宽 70 厘米、深约 2 厘米、容积约 24 升。这些罐中装有富含营养盐的培养液,为微藻提供了最佳的生长条件。压缩空气确保藻类始终处于移动状态,同时不断向反应器中输送 CO2,以进一步促进藻类的生长。CO2 由燃气锅炉提供。未被藻类吸收的阳光还能用来加热反应器液体。与太阳能系统一样,这些热量被分解成能量单元,供建筑物取暖使用。

SSC Strategic Science Consult GmbH 总经理 Martin Kerner 博士评论道:“这一具有开创精神的项目面临的最大挑战之一是将微藻培育技术与现代建筑技术联系起来。这是支撑微藻外墙各种功能(如采暖和生物燃料生产)的唯一途径,同时给建筑物提供了良好的隔音和遮光效果。经过多方的不断努力,我们终于打造出了这座藻类房屋 - 这在全球尚属首例。”

解决方案

自动化技术是整个系统的重要组成部分,它能够确保系统全年无休地自动运行。Rockwell Automation 的 Allen-Bradley CompactLogix™ 控制器构成了这套自动化系统的核心,它负责在编程软件、控制器和 I/O 模块之间提供无缝集成,帮助加快初始开发进程并减少调试和运营成本。

连接到 CompactLogix 控制器的其他设备包括建筑技术系统(例如热交换器),以及藻类切割器和将生物燃料转化为沼气的转换单元。PLC 还负责控制将反应堆模块对准太阳的所有泵机组。远程 I/O 通过 EtherNet/IP 连接至控制器,在建筑物的各个楼层提供分散控制。它提供了可靠、实时的联网和高速离散控制。与不断改变网络设计以满足工业应用项目需求的其他网络不同,EtherNet/IP 有助于确保整个系统的高可用性和一致性,从而增强实时功能。

整个系统由 SSC Strategic Science Consult GmbH 借助 Rockwell Software FactoryTalk® View 可视化软件操作。易于使用的图形功能使用户能够实时了解所有过程,从而轻松地监控系统和分析过程。该软件还使用户能够快速响应错误警报和报警。如果需要,用户还可通过可视化软件修改预定义的控制参数,从而直接对过程加以干预。综上所述,FactoryTalk View 是确保生物反应器无错运转的重要元素。

这座藻类房屋由来自奥地利格拉茨的建筑创新先驱 Splitterwerk 操刀设计,其理念夺得了 IBA 建筑大奖

Allen-Bradley 控制器连接着 Endress+Hauser 的多种测量设备,如流量计和分析仪表。它们负责检查反应器模块的填充水平以及生长介质的 pH、氧和硝酸盐水平。过程光度计用于定义收获藻类的时间,因而也可自动控制生物燃料的移除。

该系统最初是为了原型展示目的而设计的,但 Rockwell Automation 为其增加了四种编程语言,已经开始为其全球化实施做准备了。根据当地技术人员的背景,系统可以使用梯形图逻辑、结构化文本、功能计划或顺序功能图进行编程。此外,控制系统基于标签的架构也简化了编程过程。

这是藻类房屋第一次对分散系统进行测试,该系统不仅能为建筑物提供热量和电力,还可生产高质量的生物燃料。此外,它还减少了温室气体 CO2 的排放量。目前,SCC GmbH 正在进行一个为期两年的监测项目,一刻不停地编制着生产和绩效数据。与此同时,汉堡的 HafenCity 大学也在积极收集该项目的相关信息,以期了解新技术的实施情况。

SSC Strategic Science Consult GmbH 的 Kerner 博士表示:“这些准确的数据分析和评估可为我们将来在更大规模的系统中实施这一技术,以及实现更节能、更环保的建筑方法打下良好的基础。”

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