樓宇空調自動控制系統(tǒng)的設計分析
智能建筑是利用系統(tǒng)集成的方法,將智能型計算機技術、通訊技術、信息技術與建筑技術有機結合,通過對設備的自動監(jiān)控、對信息資源的高效管理、對使用者提供充足的信息服務,使技術與建筑完美的結合,使業(yè)主的投資合理,并且具有安全、高效、舒適、節(jié)能、便利和靈活的優(yōu)質環(huán)境。智能建筑是社會信息化與經(jīng)濟全球化的必然產物,是多學科、高新技術的巧妙集成,它將成為未來建筑業(yè)發(fā)展的主流,其本質是通過綜合配置建筑物內的各個功能子系統(tǒng),以結構化布線系統(tǒng)為平臺,以計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)為橋梁,實現(xiàn)對整個建筑的高效管理、控制和共享。
空調系統(tǒng)在建筑物的總能耗中所占的比例非常大。因此,在保證向人們提供舒適環(huán)境的前提下,盡量降低空調系統(tǒng)的能耗,使空調系統(tǒng)成為智能建筑自控系統(tǒng)中一個重要的、必不可少的組成部分。有資料統(tǒng)計,在BA系統(tǒng)中采用了最優(yōu)投運設備的臺數(shù)控制、最優(yōu)啟停控制、焓值控制、工作面照度控制、公共區(qū)域分區(qū)自動照明控制、供水系統(tǒng)壓力控制、溫度自適應控制等節(jié)能措施后,可以減少約20%的能耗,因而這些舉措具有非常重要的意義。
目前,我國大多數(shù)建筑的空調系統(tǒng)仍采用常規(guī)的儀表對空調系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制和管理。隨著計算機技術、信息技術和自控技術的高速發(fā)展,以及它們在暖通空調領域的廣泛應用,利用系統(tǒng)集成的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的儀器、儀表,能夠更有效的對空調系統(tǒng)進行控制,提高空調系統(tǒng)的運行性能,節(jié)省運行能耗。同時也降低了運行管理費用和管理人員的勞動強度。下面針對筆者工作中工程實例,對空調自控系統(tǒng)設計方法進行簡略的分析。
1、系統(tǒng)建設的目標
樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)設計質量的好壞,是整個大廈智能化結構能否真正體現(xiàn)其智能性和可靠性的重要因素之一。使用者需要的不僅僅是一個適用的、可靠的系統(tǒng),同時還應該是一個兼有開放性、靈活性和擴充性的先進系統(tǒng)。因而,我們從建筑用途的角度出發(fā),全面深入的了解用戶的需求,完善系統(tǒng)設計,努力使系統(tǒng)達到①有效的節(jié)省電能。對全樓的空調設備進行監(jiān)控,管理設備不同時間內的用電量大小,使系統(tǒng)設備永遠處于最佳運行狀態(tài),減少不必要的浪費,達到節(jié)約用電的目的。②大量節(jié)省人力。設備簡單操作、維護、保養(yǎng)都要大量的人工完成,上述工作均由系統(tǒng)控制程序自動完成。③延長設備使用壽命。設備在系統(tǒng)程序控制下,始終處于最佳運行狀態(tài),及時報告設備的故障情況并處理,按照設備的運行狀況打印維護、保養(yǎng)報告,避免超前或延時維護,相應延長設備的使用壽命,利用效率。④保障建筑與人身的安全,系統(tǒng)運行進行監(jiān)視,可是值班人員及時發(fā)現(xiàn)故障、問題與意外,消滅故障于隱患之中,排除意外于防范之中,保障建筑與人身的安全。
2、系統(tǒng)的組成
樓宇設備自動控制(BAS)是現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術、控制技術、傳感技術等高新技術有效結合的產物,因而,其系統(tǒng)情況可以網(wǎng)絡、控制及傳感器件和軟件三個方面組成。
2.1 網(wǎng)絡介紹
(1)網(wǎng)絡標準及互聯(lián)方式
智能化控制系統(tǒng)全部采用當今最新的I/A系統(tǒng),采用控制總線及現(xiàn)在總線兩級網(wǎng)結構的集散控制系統(tǒng),使用的BACnet和LonMark均為公開的標準通訊協(xié)議,使不同系統(tǒng)間集成更方便。
控制總線連接系統(tǒng)文件服務器,監(jiān)控工作站等計算機系統(tǒng),用于工作現(xiàn)場監(jiān)視和現(xiàn)場數(shù)據(jù)匯總處理保存。現(xiàn)場總線連接數(shù)字式直接控制器(DDC),現(xiàn)場智能傳感器、執(zhí)行器,用于現(xiàn)場設備的控制、調節(jié)。而控制總線與現(xiàn)場總線之間,利用網(wǎng)橋(NGS-ETHERNET)互聯(lián),實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上送及人工操作指令的下傳。網(wǎng)橋可按數(shù)據(jù)分類布置,也可冗余布置。控制總線的通訊速率可高達10Mbps,現(xiàn)場總線的通訊速率可高達78.8kbps。
(2)系統(tǒng)結構
系統(tǒng)的總體管理與運營居于監(jiān)控站的計算機上,擔負系統(tǒng)的總體協(xié)調和管理,分散在樓宇各個部分的DDC控制器直接與現(xiàn)場各臺設備相連,前置安裝,并對所連接的設備實施監(jiān)測和控制,真正實現(xiàn)DCSC(集散型控制)。同時,I/A系統(tǒng)可用手提便攜式計算機對控制器實現(xiàn)在線就地就近編程,可在網(wǎng)絡的任意一節(jié)點上觀察和操作網(wǎng)絡中任意一個控制器,為系統(tǒng)的調試、檢修和運行維護提供極大方便。
此外,位于Lonworks上的通訊接口,可以方便地與大廈中各機電設備和系統(tǒng)(如電梯、照明、能源管理、煤氣等)的聯(lián)網(wǎng)通訊,進行數(shù)據(jù)交挽。
所有信息通過現(xiàn)場網(wǎng)傳遞,無需經(jīng)過計算機,中央控制室內的計算機開機與否與DDC控制器的工作無關,且不影響B(tài)AS系統(tǒng)的正常運行,避免了計算機集中控制所造成的危險集中。由于現(xiàn)場總線上使用Lontalk通訊協(xié)議,其點對點的通訊方式可以使事故發(fā)生后的動作響應時間大大縮短,為大廈控制實施性提供了可靠保證。
2.2 控制和傳感器設備
本大廈樓宇控制和傳感器設備均采用美國江森公司產品,本文不作介紹。
3、空調設備管理自動化
3.1 本大廈空調系統(tǒng)工程概況
3.1.1 綜合樓建筑面積45000平方米,地上14層(局部16層),地下一層。建筑總高度66米,是綜合辦公大樓,北側通過大廳與報告廳相連。
報告廳建筑面積2000平方米,可容納1000人開會并滿足中型歌舞表演需要。
3.1.2 本大廈在暖通方面采用以下方式,全部采用集中空調。辦公大樓門廳、會議接待室以及報告大廳采用全空氣空調系統(tǒng),其余均采用風機盤管加新風的空調方式。房間采用三速開關控制送風量。
3.1.3 夏季冷源采用電制冷冷水機組,冬季熱源利用外網(wǎng)提供的一次水經(jīng)板式換熱器后,供給空調系統(tǒng)。
3.1. 4冷凍機房和換熱站統(tǒng)一設置,均安排在辦公大樓地下室。
3.2 本大廈冷、熱源系統(tǒng)基本監(jiān)控內容如下表
3.3 冷熱系統(tǒng)的自動啟停順序
開啟順序:冷熱水閥門,冷熱水泵,冷熱水流開關信號,冷熱水機組啟動。
關閉順序:冷熱水機組,冷熱水流開關,冷熱水泵,冷熱水閥門關閉,有關控制的邏輯過程由圖(1)和圖(2)顯示。
4、結束語
BA系統(tǒng)工程領域還存在以下問題:
1)BA系統(tǒng)設備中鮮見國內廠商提供的產品。
2)BA系統(tǒng)工程質量不高,存在諸多原因,如設計缺陷,承包商實施能力低,業(yè)主采購設備的未落實接口配置以及BA系統(tǒng)竣工驗收無統(tǒng)一標準等,如何提高BA系統(tǒng)的工程質量,有待大家的共同努力。
3)通過本項目的設計,筆者感到,要做好一個智能大廈的空調系統(tǒng)自控系統(tǒng)的設計和施工,必須在不同階段分別做好以下幾個方面的工作:
①積極參與項目的前期設計,落實用戶對自控系統(tǒng)具體詳細的需要。
②詳細了解所控制對象(設備、子系統(tǒng))的性能參數(shù),控制接口和可控情況;
③建立經(jīng)濟、合理、節(jié)能的系統(tǒng)控制方框圖。
④選擇可靠的自控產品,對配套的空調設備做好詳細的訂貨說明,和生產廠家相互配合以免出現(xiàn)自控設備和空調設備不配套等問題。
⑤對各專業(yè)設備的控制,各專業(yè)之間必須互相配合,以免出現(xiàn)漏選現(xiàn)象和自控設備錯選等現(xiàn)象。
⑥提高系統(tǒng)集成商的深化設計、安裝、調試以及維護保障能力。
⑦完善對自控系統(tǒng)的設計、施工驗收標準和規(guī)范。