建筑智能化楼宇控制案例.docx
《建筑智能化楼宇控制案例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑智能化楼宇控制案例.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
建筑智能化楼宇控制案例
HYSINE
滁州中西医结合病医院楼宇自控系统
技
术
方
案
2015年3月
目录
楼宇自控系统1
一、系统概述1
1.1楼宇自动化系统简介1
1.2楼宇自动控制系统的作用1
二、设计原则和设计依据2
2.1设计原则2
2.2设计依据3
三、楼宇自控系统方案设计4
3.1设计目的4
3.2设计范围4
3.3用户需求分析5
3.3.1全面监控设备运行的需求5
3.3.2优化能源管理的需求5
3.3.3节省人力的需求6
3.3.4延长设备使用寿命的需求6
3.3.5系统的开放性7
3.3.6安全性7
3.4楼宇自控系统的网络结构8
3.5楼宇自控系统的控制器10
3.6楼宇自控系统传感器及执行器10
3.7楼宇自控系统的监控内容10
3.7.1中央空调冷水系统10
3.7.2空调冷却水系统12
3.7.3空调系统12
3.7.4新风系统14
3.7.5送、排风机系统15
3.7.6车库诱导风机系统16
3.7.7给排水系统16
3.7.8电梯系统17
3.7.9照明系统17
四、空调通风系统的特殊控制管理17
五、节能分析18
5.1提高室内温湿度控制精度18
5.2新风量控制19
5.3空调设备的最佳启停控制19
5.4空调水系统平衡与变流量控制20
5.5克服暖通设计带来的设备容量冗余20
5.6春季过渡模式、秋季过渡模式的划分21
5.7采用等效温度和区域控制法22
5.8延长设备的使用寿命22
5.9能源管理系统的应用22
六、控制系统的设备选型23
6.1选用澳大利亚HYSINE自控系统特色23
6.2系统网络24
6.3现场DDC控制器介绍27
七、施工注意事项27
7.1传感器的安装28
7.2盘管水阀的选择28
7.3管线敷设要求和电气配合29
八、供电和接地29
楼宇自控系统
一、系统概述
1.1楼宇自动化系统简介
楼宇自动控制系统（BAS）是建筑技术、自动控制技术与计算机网络技术相结合的产物，它使整个大厦具有了智能建筑的特性。
现代智能化建筑内含有着大量的机电设备，比如:
中央空调系统、通风系统、给排水系统、电扶梯系统、变配电系统等等，这些系统中设备多而分散。
多，即数量多，被控、监视、测量的对象多，多达成千上万点；散，即这些设备分布在各楼层的各个角落。
如果采用分散管理，就地控制、监视和测量是难以想象的。
采用楼宇自动控制系统，就可以合理地利用设备，节约能源，节省人力，确保设备的安全运行，加强楼内机电设备的现代化管理，并创造安全、舒适与便利的工作环境，提高经济效益。
对于滁州中西医结合病医院的智能化系统中最重要的系统－楼宇自动控制系统来说，在本工程中将完成对制冷、供热、通风和空调系统、给排水系统、变配电系统、电梯系统等设备或系统的监控管理，从而实现创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的工作环境，提高管理水平，达到节约能源、节约人工成本的目的。
1.2楼宇自动控制系统的作用
根据滁州中西医结合病医院工程的特点，本工程的楼宇自动控制系统具备以下几个作用：
本系统是滁州中西医结合病医院智能化运行的骨干系统
1）由于滁州中西医结合病医院建筑面积庞大，设计功能完善，如空调控制系统中就涉及到冷、热水系统、变风量系统，因此，本系统的成功实施和良好运行是保证建筑内环境舒适的关键，是智能化运行的最基本的体现，因此，本工程的楼宇自动控制系统是滁州中西医结合病医院智能化运行的骨干系统。
本系统是实现优化管理的核心系统
2）由于滁州中西医结合病医院建筑功能比较复杂，经由楼宇自动控制系统监控的各类机电设备众多，因此系统是否能够成功实施将直接影响到滁州中西医结合病医院的环境控制效果，直接影响到中滁州中西医结合病医院的节能、高效的控制和管理，直接影响滁州中西医结合病医院的运行成本。
本系统充分体现当前科学技术较成熟的应用成果
3）楼宇自动控制系统在我国的应用在八十年代才开始，经过近二十年的实践，其重要性已经越来越被人们认可。
而系统本身也从最初的基地式的气动仪表、液压仪表、电动单元组合仪表发展到今天的集散式和现场总线式、应用当前最新网络通信技术、最新数据库管理技术、开放的、可持续发展的综合管理系统。
因此，滁州中西医结合病医院所配置的系统充分体现当前科学技术较成熟的应用成果。
二、设计原则和设计依据
2.1设计原则
在该工程的设计中我们本着“设备先进、技术完备、功能齐全、配置合理、节约资金”的原则进行系统设计。
实用性和先进性
本工程楼宇自动化系统按照智能建筑设计标准的甲级标准进行设计，设备全部采用目前国际上的主流技术和系统产品，保证前期所选型的系统与今后系统性能提升在技术先进性方面的可延续性。
标准化和结构化
楼宇自控系统设计除依照国家有关的标准外，还根据系统的功能要求，作到系统的标准化和结构化，能综合体现出当今的先进技术。
集成系统是一个完全开放性的系统，通过编制相关分控制系统的接口软件，将解决不同系统和产品间接口协议的“标准化”，以使它们之间具备“互操作性”。
所有接口均基于标准的TCP/IP数据接口协议和内容。
集成性和可扩展性
系统设计遵循全面规划的原则，并有充分的余量，以适应将来发展的需要。
所提供的系统应用软件，严格遵循模块化的结构方式进行开发；系统软件功能模块完全根据用户的实际需要和控制逻辑来编制；
可靠性
楼宇自控系统和系统集成管理担负着整个大楼的机电设备的正常运行的责任。
出现任何故障都会给用户带来严重的损失，应是一个可靠性和容错性极高的系统，使系统能不间断正常运行和有足够的延时来处理系统的故障，以确保在发生意外故障和突发事件时，系统能保持正常运行。
综合节能管理的合理性
楼宇自控系统和BMS系统应采用准确的方法来计量、合理的算法来统计及分析大厦的能源消耗，以达到节能管理的目的。
2.2设计依据
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-1992
《分散型控制系统工程设计规定》HG/T20573-1995
《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GBT93-86
《自动化仪表安装工程质量检验标准》GBJ132-90
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92
三、楼宇自控系统方案设计
3.1设计目的
设计包括如下几个系统：
冷热源系统、空调通风系统、给排水系统、变配电系统和电梯监视系统。
我公司设计滁州中西医结合病医院楼宇设备自动化系统的目的是：
首先要保证工作人员室内环境的舒适性，其二要提供最佳的能源的供应方式，达到节约能源和减少运行成本的目的，其三是实现设备管理的现代化，因为设备管理很多的数据及参数都来自楼宇设备自动化系统。
所以我司主要从这三方面来考虑滁州中西医结合病医院的楼宇自控系统设计。
首先是舒适性，此项可以根据室外室内的温度进行调整控制，达到最佳的控制方案，提供一个舒适良好的环境空间。
其二从节能的角度来考虑。
根据整个大厦使用功能和区域划分，在空调通风系统上实现区域管理和控制。
使正在使用的区域和功能房间能达到设计的空调效果，而未使用的区域的功能房间不开通空调系统；其他如通风等消耗能源大的区域按时间确定启动设备，以此来实现在保证使用功能的前提下，最大限度地节约能耗和运行成本。
这样做不但能满足实际的使用效果，也能有效地节省运行成本和节约能耗。
同时对各分路做好时间及运行状态的记录，便于统一管理。
使医院大楼内的机电设备通过计算机技术进行全面有效的监控和管理，以确保建筑物内舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。
其三从管理现代化来考虑，楼宇设备自动化系统的一个重要的作用是它可以采集很多的数据，如水、电、风系统的运行数据、冷热量计量及各种传感器所采集的数据，这些数据对于管理者分析设备运行状况、维修时间、能源状况、费用计算都提供了依据。
这些数据由经集成后可以进行各种分析与处理，可以指导制定维护计划、备品备件的库存量设置、成本核算、各类的收费依据等等。
3.2设计范围
我方能够为滁州中西医结合病医院的楼宇设备自动化系统提供系统设计、软件和设备供货安装、系统安装调试、系统连动调试、用户培训、验收及售后服务等。
主要包括如下子系统：
Ø冷热源系统
Ø空调通风系统
Ø送排风系统
Ø供配电设备监控系统
Ø电梯监视系统
Ø给排水系统
滁州中西医结合病医院楼宇自动控制系统对制冷、供热、通风和空调系统、给排水系统、变配电系统、自备锅炉系统、电梯系统等设备实现监控管理。
3.3用户需求分析
滁州中西医结合病医院建筑面积庞大、建筑功能比较复杂，为此配置了大量的机电设备，以保证整个建筑良好舒适的环境和便利的工作空间。
而大量机电设备的使用，必将引起管理人员的增加、能耗费用的巨额支出和管理工作的复杂。
因此，对楼宇自动控制系统来说，必须实现以下功能要求：
3.3.1全面监控设备运行的需求
如前所述，本工程的楼宇自动控制系统对制冷、供热、通风和空调系统、给排水系统、供配电系统、自备锅炉系统、电梯系统等实现监控管理。
因此，系统能够根据设定的参数要求、合理控制设备的运行，监视各类设备和系统的运行状态，以保证大厦中受系统监控的设备运行正常。
3.3.2优化能源管理的需求
楼宇自动控制系统通过各现场控制器对大厦中的各类机电设备进行监视和控制，统一调配所有设备用电量，可以实现用电负荷的最优控制，有效节省电能，减少不必要的浪费。
通过目前有关本工程的相关资料和图纸并结合我们在楼宇自动控制领域多年的行业经验，我们对滁州中西医结合病医院内的主要能耗进行了一个整体的预测分析：
空调：
占总耗能的60%左右（或更高），至少为50%
照明：
占总耗能的23%-55%
水泵：
占总耗能的13%~15％左右
电梯：
占总耗能的8%左右
滁州中西医结合病医院作为一座现代化的建筑来说，由于其庞大的建筑面积，在整个大厦投入使用后，电力的消耗是非常惊人的，在大楼中以上各种设备都是“耗电大户”。
在配置楼宇自动控制系统的后，可以有效地调度全楼的负荷分配。
3.3.3节省人力的需求
由于楼宇自动控制系统采用集散式的控制管理模式，在投入使用后可以大量减少运行操作人员和设备维护维修人员，并能及时处理设备出现的问题。
在没有楼宇自动控制系统的建筑物中，设备的开关、维护及保养都需要人去操作，这样不可避免地要求建筑配置庞大的人员队伍，而采用了自动控制系统的后，用户可方便清晰的获得报警事件并对其进行处理，通过中央监控系统提供所有的报警记录外，还有用户自定义的报警声音提醒、报警自动跳图等功能。
所有报警信息都在记录在数据库中，以备查询或打印报表文件，同时根据条件过滤或权限设定，不同的操作员接受并处理不同的报警记录。
同时本系统还有强大的数据报表功能，能提供多种专业的、标准的设备运行数据报表，可以用选择的方式配置所需要表格的的形式，系统提供预置表格：
报警/事件查询、报警间隔、档案数据、点的属性、点的交叉引用等。
只需要点击相应按钮就可产生相应的报表，并可输出到指定的一台、数台或网络打印机上。
同时也将数据保存到硬盘，并可根据要求传送到其他计算机。
上述工作均由楼宇自动控制系统根据预先设计好的程序自动完成，大批的人力将被减少下来，首先节约了管理上的开支，同时也减少了由于管理众多人员所引起的一系列问题。
3.3.4延长设备使用寿命的需求
通过滁州中西医结合病医院配置的楼宇自动控制系统，设备的运行状态始终处于系统的监视中，楼宇自动控制系统可提供设备运行的完整记录，同时可以定期打印出维护、保养的通知单，这样可以保证维护人员及时进行设备保养，因此可以使设备的运行寿命加长，大大降低了整个大厦的运行费用。
3.3.5系统的开放性
滁州中西医结合病医院的楼宇自动控制系统采用完全开放的系统结构，从而保证用户在众多产品供应商中自由选择优质的产品。
通过标准的TCP/IP协议它可以同以太网或者标准的网络设备相连接。
现场设备的通讯支持BACnet协议，该协议技术在全球范围内已经被3000个生产厂家所应用。
软件按模块形式设计，除具备基本功能外，根据用户需要还能提供各种丰富的应用开发功能，例如：
OPC、DDE、ODBC等，以利于程序的开发、扩展和修改。
3.3.6安全性
滁州中西医结合病医院是一座综合性的建筑，其系统的安全可靠性是建筑良好运行的保证，对于发生故障的处理措施是保证系统安全运行的重要手段。
通讯线发生故障：
在系统运行时通讯线的故障并不影响现场控制器的正常工作。
由于每个控制器都拥有各自独立的CPU单元，控制程序事先编辑完毕下载到控制器中，控制器按照各自的程序运行，使得控制器既可以单独工作也可以作为系统中的一个控制器工作。
因此通讯线的故障并不影响控制器的运行。
当现场控制器的CPU发生故障时：
当现场控制器的CPU发生故障不能运行时，工作人员可在控制器柜内就地对所控制的设备进行手动控制。
中央控制室管理计算机控制楼宇设备。
网关机管理着与楼控接口的自备锅炉、变配电、电梯等控制系统。
这样当控制楼宇设备的计算机故障时，网关计算机仍然能为集成系统提供楼控的数据。
楼宇自动控制系统中安全和授权被分为两部分：
安全：
用户必须通过登陆验证，需要输入用户名和密码正确才能进入系统。
授权：
系统管理员可以分配给用户/组以下4种权限中的一种权限
用户（user（Read））
操作管理员（operationmanager（Read/Write））
编程管理员（programmanager（Change））
系统管理员（systemmanager（fullcontrol））
同时根据权限的不同访问类型分以下几种：
无权访问（Noaccess）
只读（Read（R））
读写（Read/Write（RW））
改变（Change（RWXD））
全控（Fullcontrol）
楼宇自动控制系统拥有数据库备份功能，可实现完全备份，或增量备份。
可备份网络上的所有操作单元的数据库到一个普通的我网络服务器上。
从而保证了系统数据的安全性。
3.4楼宇自控系统的网络结构
本工程的楼宇自控系统采用集散型控制方式，即现场区域控制，计算机局域网通讯，最后进行集中监视、管理的系统控制方式。
这种控制方式保证每个子系统都能独立控制，同时在中央工作站上又能做到集中管理，使得整个系统的结构完善、性能可靠。
楼宇设备自动化系统网络结构可分为三级，第一级为中央工作站，即控制中心，中央工作站设在控制中心机房内。
中央工作站系统由PC主机、显示器及打印机组成，是BAS系统的核心，整个大楼内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示，它可以直接和以太网相连。
第二级为直接式数字控制器，第三级为采集现场信号的传感器和执行机构。
直接数字控制器、传感器及执行机构随被控设备就近设置。
管理层网络支持TCP/IP协议，中央站可以通过网络把信息传送到任何需要的地方。
现场控制网络则采用符合BACnet通信协议的网络，同时现场控制器可以独立于网络完成控制功能，如下图所示：
TCP/IP
工作站
滁州中西医结合病医院工程楼宇自控系统既可以作为一个平台集成电梯系统、锅炉系统、变配电系统等，又提供开放的接口被智能化系统集成所集成，与其他子系统形成联动功能。
本系统采用最新技术的视窗图形用户界面，形象地监控各机电设备，有关的图形是动态显示，将采集到的模拟量/数字量等数据在图形相位置中实时显示运行工况。
同时采用多任务、多用户实时操作系统方式，操作员可在屏幕上观察不同的任务视窗信息，并在视窗之间进行切换。
收集和分析采样数据，系统自动生成图表，包括历史数据、进行数据传输。
设置在控制中心的中央工作站可显示整个大厦的楼层平面图、各系统工艺流程图、自动控制系统图等，直观显示受控设备的位置，同时自动记录各种参数、状态、报警、记录启停时间、累计运行时间，可预定、调整日程功能表以及节能控制，并记录其它历史数据等。
一旦报警，显示器立即显示相应的图形界面，系统记录报警时间和地点，并自动在打印机上输出打印报告，可设置系统报警类别的优先权，按轻重缓急来处理异常事件。
为保证系统运行的安全性，系统监控软件采用当代最先进且符合业界标准的软件技术，运行在多任务多线程主流的操作系统之上。
具有功能强大的可扩展的人机接口图形界面，能够对设备系统进行完善的集成监控和管理。
采用面向对象的图形界面，操作界面和相关的文档采用简体中文描述。
系统监控软件包含运行该软件所需的操作系统和其他相关软件平台。
3.5楼宇自控系统的控制器
楼宇自控系统的控制器DDC是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器，它是一个完整的控制器，具备应有的固件及硬件，能完全独立运行，不受到网络或其它控制器故障的影响。
DDC控制器既可作为智能控制器独立运行，控制现场设备，监视现场环境，也可接入LON总线，从而成为控制网络的一部分，与其它系统实现智能集成。
3.6楼宇自控系统传感器及执行器
✧插入式水管温度传感器
✧流量计
✧风管温度传感器
✧风管温湿度传感器
✧压力传感器
✧液位开关
✧压差开关
✧防冻开关
✧电动阀及阀门执行器
✧电动风阀执行器
✧其他BAS需要的设备
3.7楼宇自控系统的监控内容
3.7.1中央空调冷水系统
BAS主要监控点如下：
----冷冻水一次供水温度、压力及流量；
----冷冻水回水温度、压力；
----冷却水供、回水温度；
----冷冻水、冷却水水流状态；
----空调膨胀水箱高、低液位；
----冷却水循环泵、冷冻水循环泵、冷却塔风机的启/停控制、运行状态反馈、故障状态反馈、手/自动状态反馈；
----冷冻水旁通阀控制；
----冷水机组冷冻水、冷却水侧电动蝶阀的控制及状态反馈等；
控制内容和控制方式：
±如果冷水机组带有以微处理器为核心的单元控制器，则冷水机组不设监控点，只由设备控制厂商提供与楼宇自控系统的通讯接口，否则将采用干接点的控制方式，控制冷水机组的启停，并监测其运行状态、故障状态及手自动状态。
±一次泵根据负荷控制。
通过冷冻水一次供水流量、与冷冻水一次供水温度、回水温度的差值计算出所需要的冷量合，以此确定一次泵与冷水机组的运行台数。
±冷却塔的控制：
根据冷却塔的出水温度与设定值之差，控制冷却塔风机的启停，以保证冷却水温度在冷水机组的允许范围之内。
±根据冷却水供水温度，调节旁通阀的开度。
当冷却水的供水温度较低时，可以让一部分水不必再经过冷却塔冷却而直接回流至冷水机组。
±冷水机组冷冻侧与冷却侧的阀门均采用电动蝶阀，用于当该台冷水机组停止运行时切断水路，以防水流短路。
±接于冷却塔进水管的电动蝶阀，用于当冷却塔停止运行时切断水路，以防水流短路，同时可以适当调整进入各冷却塔的水量，使其分布均匀，以保证各冷却塔都能达到最大出力。
±监测一次测供水流量、与供、回水温度差结合，作为负荷计算。
±冷却塔进水水阀与系统连锁，以保证冷却水系统运行中不同数量冷机运行时的设备匹配。
±注意在冷水机组关闭后，至少要运行10～20分钟后才能陆续关闭水泵以及水阀，以避免出现故障。
±所有循环水泵可实现设备的自动转换，运行过程中设备故障，备用设备可自动投运；自动累计水泵运行时间，自动排序水泵组进行设备轮运，平均分配水泵组各泵运行时间，合理进行设备运营；监测循环泵启动运行时间，进行时限保护控制，当循环泵运行时间大于设定及设计时限，自动启动备用泵。
±趋势记录：
机组的各动态运行参数、能量管理参数及能耗均可自动记录、储存、列表，并可以作到定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。
±设备的监测：
系统设备运行状态、故障、手/自动状态、水温、流量、压力等各监测参数超限或异常均自动发出声光报警，并可以作到同步打印。
±所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央管理工作站上调整修改，以满足用户的使用。
3.7.2空调冷却水系统
BAS主要监控点如下：
----冷却塔进、出水温度；
----冷却供、回水温度；
----冷却泵进、出口压力；
----冷却水循环变频泵的启/停控制、运行状态反馈、故障状态反馈、手/自动状态反馈、转速反馈、转速控制及变频器故障反馈；
----冷却水旁通阀控制；
----膨胀水箱高、低液位；
控制内容和控制方式：
±冷却塔的控制：
根据冷却塔的出水温度与设定值之差，控制冷却塔风机的启停，以保证冷却水的出水温度在允许的范围之内。
±根据低区冷却泵进、出口压差，调节旁通阀的开度，以保证系统压力的恒定。
±根据隔断换热器二次侧供、回水压力的差值，调节压差旁通阀的开度，从而维持系统压力的恒定。
3.7.3空调系统
BAS主要监控点如下：
----新风、送风温度；
----过滤器压差状态；
----送风机控制及运行、故障手自动状态等；
----新风阀的控制；
----冷、热水盘管水阀的控制；
监控内容和方式：
±启停控制：
空调机组根据预先设定的时间程序自动启/停机组送风机，每台机组都有每周工作天数的设定，每天4-8条工作时间通道设定，并另有特殊工作日及节假日的时间设定。
开机后检测风机的运行状态、故障状态，如异常发出报警信息。
±顺序控制：
开机：
依次开新风阀送风机、盘管水阀；关机：
依次关盘管水阀、送风机，新风阀。
±过滤器的检测：
空调机组设有初效过滤器，分别在其两端设置压差开关，当风机启动后，在过滤器前后会产生风压差，当过滤器堵塞时，风压差将大于压差开关的设定值，其接点闭合发出过滤器堵塞报警信号。
±夏季、冬季工况时,室外温度值远高于或低于新风温度值时,新风风门按最小换气次数来决定其最小开度,并与风机同步开启,在保证室内空气的卫生标准的前提下,最大限度地节约能源。
±在过渡季节时,调整新风阀的预设开度,最大程度地利用室外空气的焓值（热能之总和）。
±温度控制：
盘管水阀控制：
夏季关机时，机组盘管的电动水阀关闭。
开机时，根据回风温度与设定温度的偏差，对冷盘管的电动水阀进行自动PID调节，控制电动水阀的开度，使回风温度控制在设定的范围之内。
冬季当室外温度不过低（一般高于+5摄氏度），停机时热盘管均关闭。
开机时，根据回风温度与设定温度的偏差，对热盘管的电动水阀进行自动PID调节，控制电动水阀的开度，使回风温度控制在设定的范围之内。
±湿度控制：
开机后根据回风的相对湿度和设定值之差来确定何时开启加湿阀，有开机信号的情况下并且当湿度低于35%时，开启加湿装置直到湿度达到65%后关闭加湿阀，周而复始的工作。
±运行时间的累计：
运行状态符合要求，开始累计设备的运行时间，每满1小时将自动记录，累加的时间自动显示在动态画面上。
±趋势记录：
空调机组的各动态运行参数可自动记录、储存、列表，并定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。
±控制机组的监测：
新风、送风温湿度、空调机组的送风机状态、故障状态、手自动状态、初效过滤器状态等各监测参数超限或异常均自动发出声光报警，并可以同步打印。
±系统可以根据预设程序自动或手动进行季节转换。
±所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央管理工作站上调整修改，以满足用户的使用。
3.7.4新风系统
BAS主要监控点如下：
----新风、送风温度；
----过滤器压差状态；
----送风机控制及运行、故障手自动状态；
----新风阀的控制；
----冷、热水盘管水阀的控制；
监控内容和方式：
±启停控制：
新风机组根据预先设定的时间程序自动启/停机组的送风机，每台机组都有每周工作天数的设定，每天4-8条工作时间通道设定，并另有特殊工作日及节假日
升级会员 