论文部分内容阅读
摘要：近年来，随着人们生活水平的提高，对现代建筑的要求越越来越高，为满足人们的要求，跟上时代建筑的步伐，现代建筑的功能性也越来越显著，特别是在对楼宇自动化技术工程的要求更严格了。科学技术的进步也为我国现代智能建筑提供了依据，这种集信息、服务、管理、安全为一体化的建筑模式，可以为智能建筑中的用户提供更加可靠、安全、便利、舒适、高效的生活场所和工作环境，文章现代智能建筑自控系统的产生背景、电气工程以及智能化技术进行探讨。
关键词：智能建筑；电气工程；自动化
智能建筑定义为以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。
1 智能建筑的电气自动化技术背景
随着社会的发展，传统的建筑电气系统的需求已经越来越不能满足筑用户对于建筑功能与条件的个性化与多样性的要求，越来越多的用户重视建筑环境的舒适感、服务设施的便利、信息沟通安全性等方面，从而促使建筑电气设备系统功能不断完善与提高，电气自动化技术广泛应用经济发展的各项领域，电气自动化技术也为智能建筑发展提供了有力的支撑點，楼宇自动化技术也成为建筑行业发展的新方向。
2 楼宇自动化控制的特点与技术优势
现代智能建筑电气自动化利用综合布线技术、楼宇自控技术、通信技术、网络互联技术、多媒体应用技术、安全防范技术等将相关设备、软件进行集成设计、安装调试、界面定制开发和应用支持。实现对现场控制器以及楼层配电系统、中央空调系统、排水系统、以及照明通风系统和电梯系统、网络通信系统等设备全方位集中控制，实现设备合理利用，从而达到节约资源、节省人力，确保设备安全可靠运行。
2.1 24小时自动化系统全方位监控
在大型建筑中，由于楼层建筑的复杂，电气系统组件的繁多，常常导致故障发生，无法及时有效的找出问题，给楼层管理工作带来了不少问题。现代智能建筑的自动化系统采用“采集———处理———反馈”的模式，对楼层的所有系统进行数字化信息化监控，能够及时将信息反馈到控制中心，并有效将指令下达到各个子系统，从而达到对整个建筑系统 24 小时不间断实时监控和有效的管理。另一方面，楼宇自动化系统将楼层配电、中央空调、排水、照明通风、通信等设备个统一起来，形成一个整体，提高了楼层管理的联动性，在火灾、设备故障、水管爆裂等紧急情况发生的时候，楼宇自动化自动判断，并能够进行自主反应报警，有利于管理上第一时间发现和调整，实现楼层的紧急预备系统。
2.2 及时有效的输出控制
楼宇自动化系统根据控制指令，能够及时对执行系统发出控制信号，达到完成控制任务的目的，在智能建筑设计中，要充分考虑到智能建筑电气自动化系统的功能，在设计之初，首先应该设立一套完整的信息技术的控制系统。同时通过现场DDC或者可编程控制器等模式，完成设备与控制机房的有效链接，充分利用数控体系的调节性，建立楼层远程管理系统与本地控制台，实现双重管理运行模式。其次，要建立科学规范的电气控制系统，优化资源配置。运用一些电子感应自动系统，通过电气控制实现电气设备的开关等操作，运用系统内置的地址编码，可以精确发布指令到各个地区的各个部件。
3 楼宇自动化技术在智能建筑中的主要应用
3.1 节省能源上应用
节能是智能化建筑的一个重要特征，也是当前和今后相当长一段时间内国家的方针政策要求。在建筑空调通风设计中，节能设计主要考虑以下计点：
3.1.1 合理的设置节能的空调系统
3.1.1.1根据对建筑各空调末端设备的特性及水系统特性分析，使系统非线性度在0.3～0.35左右，因此，水系统采用变频控制二次泵变水量系统。与一次泵系统相比，在同样控制合理时，全年可节约空调系统总能耗的5～8%左右。
3.1.1.2 根据建筑的使用特点，采用变风量空调系统，与定风量系统相比，可大量节约能源。
3.1.1.3 合理的划分空调内、外区，并且内区和外区各自采用独立环路水系统，可防止冷、热的相互抵消，提高能源的有效利用率。
3.1.1.4 合理的采用天然冷源（新风直接冷却），减少冷水机组的运行时间。
3.1.1.5 设置合理而有效的空调自动控制系统，保证前述各种系统的节能运行，同时它也是保证空调通风舒适性的一个关键因素。
3.2 安全保障上的应用
设置合理的防火及防排烟系统，并考虑空调自动控制系统与消防报警系统之间的联系问题。
3.2.1 防火阀与通风机的联锁
根据《高规》的规定，当防火阀熔断关闭时，其对应的通风空调系统应关闭，风机应停止运行。这一要求是比较简单的，可以由DDC控制系统来实现。
由于同一风系统中可能带有多个防火阀，为了减少DDC系统的DI点及减少编程控制的复杂性，把同一风系统中的多个防火阀信号进行并联后送入DDC系统之中，这样任何一个防火阀动作后都能使对应的风机迅速停止。
3.2.2 与消防中心的联系
由于消防控制系统与本楼的DDC系统相互独立，DDC系统的信号无法送入消防控制系统之中。因此，采用两个系统集成方式，便于火灾时消防中心能够及时切断有关的空调通风设备并采取其它相应措施，也能使空调通风系统的火灾信号能在消防中心及时报警。
3.3 水系统控制上的应用
这里所提到的水系统也和节能相关，特指空调冷源系统，所包括的设备有冷水机组、冷却泵、初级及次级泵、冷却塔及热源等。
3.3.1 水系统初起动
3.3.2 当室外气温TW时，需要起动一台区域次级泵。起动方式为：控制系统根据所测定的室外温度而发出信号，远距离键盘起动或就地人工起动。 3.3.3 根据区域供、回水T1、T2及流量F1，计算区域空调系统的耗冷量，当耗冷量达到设定量时，发出起动一台冷水机组及相应系统的指令。
3.3.4 联锁控制
冷水机组应与对应的冷却水泵、初级冷冻水泵及冷却塔等进行电气联锁。
在计算机系统发出机组起动指令后，应按下述顺序起动：
（1）起动冷却水泵及初级冷冻水泵，冷却塔风机控制供电；
（2）延时5S后，打开冷却塔进水管上的电动蝶阀，根据其反馈信号确认蝶阀是否正常开启；
（3）根据水流开关信号确认水泵的运行状态；
（4）根据冷却塔回水温度决定是否起动冷却塔风机及起动的风机数量，每台冷却塔的三台风机应逐台起动，每台风机带起停反馈信号；
（5）当所有外部条件及参数（如水流量、冷却水温等）均达到冷水机组的要求后才能发出冷水机组的起动指令；
（6）冷水系统起动时，应优先起动运行小时数较少的设备和系统。
冷水系统的停机过程与上述相反。
3.3.5 冷水机组台数控制
（1）通过温感器及流量计分别计算内、外区耗冷量，并在计算机内进行求和而得系统耗冷量。
（2）在顺序起动过程中，总冷量达到设定量时，起动一台冷水机组；总冷量达到第一台冷水机组RT时，起动第二台冷水机组；以此类推。
冷水机组的停机过程与上述相反。
3.3.6 空调机组控制
建筑体量大的情况下会设有各种空调机组，由于使用性质不同，其功能也不一致，因此在控制上也存在较大的差别。这里取三种主要的有代表性的机组来介绍。
（1）双速新风机组控制
双速新风机组的使用要求是：在夏季与风机盘管同时运行，对房间进行供冷，风机低速运行保证最小新风量；在过度季，为充分利用室外空气，采用风机高速运行，减少中央系统冷量，同时，为防止房间正压过大而运行排风机；在冬季，则风机转为低速，开始供热。
（2）焓值控制空调机组
a回风温度控制两通电动阀，冬、夏切换。TS=24，TD=22。
b冬季回风相对湿度控制加湿器，。
c 室外焓值大于室内焓值时，新风阀为最小开度，回风阀全开，排风阀全关，回风机停止运行。
D 盘管供冷水（夏季工况）时，新风阀及排风阀全开，回风阀全关，排风机开始运行，回风温度控制冷水阀。
e 当冷水阀全关后，如果回风温度继续下降，则回风温度由控制冷水阀改为控制新风阀、回风阀和排风阀的开度，调节新、回风混合比。
F若回风温度继续下降，新风阀为最小开度、回风阀全开及排风阀全关时，则盘管改为供热水的冬季工况（此点应与水系统的转换结合进行），由回风温度控制电动热水阀。
（3）VAV机组控制
a 系统设置最小送风量限制。
b 各VAV BOX独立控制各区域温度，DDC控制器对各VAV BOX的风量进行累计求和。
c根据系统送风压力控制风机转速。压力设定值应以风系统高度完成后的实测值为准，不得随意设定。
d 根据各VAV BOX风量的累计求和值与系统设计送风量的比值，控制回风电动风阀的开度，保持新风量不变。此点应根据回风电动风阀的特性来编写控制软件。
e 累计求和值等于系统设计送风量，VAV BOX最小开度运行，冷水电动阀由送风温度控制改为由回风温度或典型房间温度控制。
f 冬季运行方式与上述相似。
4 楼宇自动化控制系统的发展趋势
由于楼宇自控通过因特网技术在建筑自動化领域的应用，大量节省劳动力和资源，减少企业管理成本，也进一步促进智能建筑楼宇自动化的发展。随着国民收入的增长，房地产产业的发展，，商业楼、住宅区、办公楼、博物馆等建筑对智能化的要求更多更高，近几年国家大力发展节能建筑、智能建筑以及绿色建筑，在经济市场的调节下和政府政策的引导下，我们国家的智能建筑楼宇自动化技术应用发展情景十分乐观。
5 结束语
总之，楼宇自动化是现代化的重要标志，是作为现代建筑的核心技术，同时也面临着新的挑战。建筑电气工程师应对自控系统进行不断的探索，将智能化建筑产业的发展推向新高度。
关键词：智能建筑；电气工程；自动化
智能建筑定义为以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。
1 智能建筑的电气自动化技术背景
随着社会的发展，传统的建筑电气系统的需求已经越来越不能满足筑用户对于建筑功能与条件的个性化与多样性的要求，越来越多的用户重视建筑环境的舒适感、服务设施的便利、信息沟通安全性等方面，从而促使建筑电气设备系统功能不断完善与提高，电气自动化技术广泛应用经济发展的各项领域，电气自动化技术也为智能建筑发展提供了有力的支撑點，楼宇自动化技术也成为建筑行业发展的新方向。
2 楼宇自动化控制的特点与技术优势
现代智能建筑电气自动化利用综合布线技术、楼宇自控技术、通信技术、网络互联技术、多媒体应用技术、安全防范技术等将相关设备、软件进行集成设计、安装调试、界面定制开发和应用支持。实现对现场控制器以及楼层配电系统、中央空调系统、排水系统、以及照明通风系统和电梯系统、网络通信系统等设备全方位集中控制，实现设备合理利用，从而达到节约资源、节省人力，确保设备安全可靠运行。
2.1 24小时自动化系统全方位监控
在大型建筑中，由于楼层建筑的复杂，电气系统组件的繁多，常常导致故障发生，无法及时有效的找出问题，给楼层管理工作带来了不少问题。现代智能建筑的自动化系统采用“采集———处理———反馈”的模式，对楼层的所有系统进行数字化信息化监控，能够及时将信息反馈到控制中心，并有效将指令下达到各个子系统，从而达到对整个建筑系统 24 小时不间断实时监控和有效的管理。另一方面，楼宇自动化系统将楼层配电、中央空调、排水、照明通风、通信等设备个统一起来，形成一个整体，提高了楼层管理的联动性，在火灾、设备故障、水管爆裂等紧急情况发生的时候，楼宇自动化自动判断，并能够进行自主反应报警，有利于管理上第一时间发现和调整，实现楼层的紧急预备系统。
2.2 及时有效的输出控制
楼宇自动化系统根据控制指令，能够及时对执行系统发出控制信号，达到完成控制任务的目的，在智能建筑设计中，要充分考虑到智能建筑电气自动化系统的功能，在设计之初，首先应该设立一套完整的信息技术的控制系统。同时通过现场DDC或者可编程控制器等模式，完成设备与控制机房的有效链接，充分利用数控体系的调节性，建立楼层远程管理系统与本地控制台，实现双重管理运行模式。其次，要建立科学规范的电气控制系统，优化资源配置。运用一些电子感应自动系统，通过电气控制实现电气设备的开关等操作，运用系统内置的地址编码，可以精确发布指令到各个地区的各个部件。
3 楼宇自动化技术在智能建筑中的主要应用
3.1 节省能源上应用
节能是智能化建筑的一个重要特征，也是当前和今后相当长一段时间内国家的方针政策要求。在建筑空调通风设计中，节能设计主要考虑以下计点：
3.1.1 合理的设置节能的空调系统
3.1.1.1根据对建筑各空调末端设备的特性及水系统特性分析，使系统非线性度在0.3～0.35左右，因此，水系统采用变频控制二次泵变水量系统。与一次泵系统相比，在同样控制合理时，全年可节约空调系统总能耗的5～8%左右。
3.1.1.2 根据建筑的使用特点，采用变风量空调系统，与定风量系统相比，可大量节约能源。
3.1.1.3 合理的划分空调内、外区，并且内区和外区各自采用独立环路水系统，可防止冷、热的相互抵消，提高能源的有效利用率。
3.1.1.4 合理的采用天然冷源（新风直接冷却），减少冷水机组的运行时间。
3.1.1.5 设置合理而有效的空调自动控制系统，保证前述各种系统的节能运行，同时它也是保证空调通风舒适性的一个关键因素。
3.2 安全保障上的应用
设置合理的防火及防排烟系统，并考虑空调自动控制系统与消防报警系统之间的联系问题。
3.2.1 防火阀与通风机的联锁
根据《高规》的规定，当防火阀熔断关闭时，其对应的通风空调系统应关闭，风机应停止运行。这一要求是比较简单的，可以由DDC控制系统来实现。
由于同一风系统中可能带有多个防火阀，为了减少DDC系统的DI点及减少编程控制的复杂性，把同一风系统中的多个防火阀信号进行并联后送入DDC系统之中，这样任何一个防火阀动作后都能使对应的风机迅速停止。
3.2.2 与消防中心的联系
由于消防控制系统与本楼的DDC系统相互独立，DDC系统的信号无法送入消防控制系统之中。因此，采用两个系统集成方式，便于火灾时消防中心能够及时切断有关的空调通风设备并采取其它相应措施，也能使空调通风系统的火灾信号能在消防中心及时报警。
3.3 水系统控制上的应用
这里所提到的水系统也和节能相关，特指空调冷源系统，所包括的设备有冷水机组、冷却泵、初级及次级泵、冷却塔及热源等。
3.3.1 水系统初起动
3.3.2 当室外气温TW时，需要起动一台区域次级泵。起动方式为：控制系统根据所测定的室外温度而发出信号，远距离键盘起动或就地人工起动。 3.3.3 根据区域供、回水T1、T2及流量F1，计算区域空调系统的耗冷量，当耗冷量达到设定量时，发出起动一台冷水机组及相应系统的指令。
3.3.4 联锁控制
冷水机组应与对应的冷却水泵、初级冷冻水泵及冷却塔等进行电气联锁。
在计算机系统发出机组起动指令后，应按下述顺序起动：
（1）起动冷却水泵及初级冷冻水泵，冷却塔风机控制供电；
（2）延时5S后，打开冷却塔进水管上的电动蝶阀，根据其反馈信号确认蝶阀是否正常开启；
（3）根据水流开关信号确认水泵的运行状态；
（4）根据冷却塔回水温度决定是否起动冷却塔风机及起动的风机数量，每台冷却塔的三台风机应逐台起动，每台风机带起停反馈信号；
（5）当所有外部条件及参数（如水流量、冷却水温等）均达到冷水机组的要求后才能发出冷水机组的起动指令；
（6）冷水系统起动时，应优先起动运行小时数较少的设备和系统。
冷水系统的停机过程与上述相反。
3.3.5 冷水机组台数控制
（1）通过温感器及流量计分别计算内、外区耗冷量，并在计算机内进行求和而得系统耗冷量。
（2）在顺序起动过程中，总冷量达到设定量时，起动一台冷水机组；总冷量达到第一台冷水机组RT时，起动第二台冷水机组；以此类推。
冷水机组的停机过程与上述相反。
3.3.6 空调机组控制
建筑体量大的情况下会设有各种空调机组，由于使用性质不同，其功能也不一致，因此在控制上也存在较大的差别。这里取三种主要的有代表性的机组来介绍。
（1）双速新风机组控制
双速新风机组的使用要求是：在夏季与风机盘管同时运行，对房间进行供冷，风机低速运行保证最小新风量；在过度季，为充分利用室外空气，采用风机高速运行，减少中央系统冷量，同时，为防止房间正压过大而运行排风机；在冬季，则风机转为低速，开始供热。
（2）焓值控制空调机组
a回风温度控制两通电动阀，冬、夏切换。TS=24，TD=22。
b冬季回风相对湿度控制加湿器，。
c 室外焓值大于室内焓值时，新风阀为最小开度，回风阀全开，排风阀全关，回风机停止运行。
D 盘管供冷水（夏季工况）时，新风阀及排风阀全开，回风阀全关，排风机开始运行，回风温度控制冷水阀。
e 当冷水阀全关后，如果回风温度继续下降，则回风温度由控制冷水阀改为控制新风阀、回风阀和排风阀的开度，调节新、回风混合比。
F若回风温度继续下降，新风阀为最小开度、回风阀全开及排风阀全关时，则盘管改为供热水的冬季工况（此点应与水系统的转换结合进行），由回风温度控制电动热水阀。
（3）VAV机组控制
a 系统设置最小送风量限制。
b 各VAV BOX独立控制各区域温度，DDC控制器对各VAV BOX的风量进行累计求和。
c根据系统送风压力控制风机转速。压力设定值应以风系统高度完成后的实测值为准，不得随意设定。
d 根据各VAV BOX风量的累计求和值与系统设计送风量的比值，控制回风电动风阀的开度，保持新风量不变。此点应根据回风电动风阀的特性来编写控制软件。
e 累计求和值等于系统设计送风量，VAV BOX最小开度运行，冷水电动阀由送风温度控制改为由回风温度或典型房间温度控制。
f 冬季运行方式与上述相似。
4 楼宇自动化控制系统的发展趋势
由于楼宇自控通过因特网技术在建筑自動化领域的应用，大量节省劳动力和资源，减少企业管理成本，也进一步促进智能建筑楼宇自动化的发展。随着国民收入的增长，房地产产业的发展，，商业楼、住宅区、办公楼、博物馆等建筑对智能化的要求更多更高，近几年国家大力发展节能建筑、智能建筑以及绿色建筑，在经济市场的调节下和政府政策的引导下，我们国家的智能建筑楼宇自动化技术应用发展情景十分乐观。
5 结束语
总之，楼宇自动化是现代化的重要标志，是作为现代建筑的核心技术，同时也面临着新的挑战。建筑电气工程师应对自控系统进行不断的探索，将智能化建筑产业的发展推向新高度。