楼宇自控系统设计方案.docx

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楼宇自控系统设计方案

楼宇自控系统设计方案

11.6.1.系统构成

楼宇自动化系统一般由前端设备，现场控制设备和主控工作站组成。

11.6.1.1.前端设备

系指数据采集设备和控制执行机构。

数据采集设备有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、液位传感器、流量计等等。

控制执行机构有风阀执行器、电动水阀，继电器干触点等。

11.6.1.2.现场自动控制器

现场控制器一般为数字控制器，又称为直接数字控制器DDC。

一般为单片微型计算机控制系统。

每台DDC配有不同数量的数字量接口和模拟量接口，前端设备的输入信号线和控制信号线与这些接口相接。

DDC特点是：

具有决策功能；能够达到较高的精度；能进行复杂的运算；通用性较好，要改变控制器的运算，只要改变程序就可以；可以进行多变量的控制、最优控制和自适应控制；具有自动诊断功能，有故障时能及时发现和处理。

自动控制器按照作用可分为双位或继电器型控制器（on/off,开关控制）、比例控制器（P）、积分控制器（I）、比例-积分控制器（PI）、比例-微分控制器（PD）、比例-积分-微分控制器（PID）、自适应控制和模糊控制。

11.6.1.3.中央监视控制系统

一般由一台高性能的微型计算机和其上运行的专用监控软件构成，它通过适配器与多台DDC连成网络，通过网络对DDC进行提取数据，下达控制目标参数等工作，从而达到对整个楼宇自动化控制系统的管理。

同时，这台控制主机也是楼宇自动化控制系统向高端集成的硬件平台。

11.6.2.监控功能

11.6.2.1.创造安全可靠的生产条件

随时检查设备的实际负载和额定负载，一旦发现设备过载，立即自动卸载同时向中央控制室发出报警信号，以防损坏贵重设备；

监视设备运行状况，一旦发现其中某台设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查，以防引起更大范围的设备故障；自动记录设备的累计运行小时数，当累计值达到规定的维修时间时，自动报告中央控制室，及时提醒进行设备检修；

当一组设备中的某台设备出现故障不能继续运转时，自动切换到备用设备；同时，对于临时停电的情况，当恢复供电后，系统自动执行顺序启动程序，可保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。

通过这些检测、报警和处理方式，使大楼对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保设备和财产安全。

11.6.2.2.创造舒适宜人的环境

建筑物的环境包括温度、湿度等的温热环境，空气中的二氧化碳、粉尘的含量以及照明等。

对于每个使用者以及设备来说，始终维持最佳的环境是提高工作效率，更好地发挥设备功能和延长使用寿命，使建筑物具有良好的工作和生活环境的有效手段，已经成为系统控制的主要管理目标。

楼宇自动化系统根据季节、人员和空气流动情况的变化，将各区域的室内温度控制在设计要求的值上，同时参考国际上的通用标准，如ISO7730的热舒适指标PMV、国标GB5701-85中的舒适温度指标等，使楼内环境达到最适宜。

11.6.2.3.节省人工及提高管理的效率

通过对所有设备的监控，还可以减少设备管理人员和他们的劳动强度。

例如改善设备的运行状况，不断地收集设备运行资料，安排计划性维修，改进建筑物和设备的管理，并可将大量的信息集中进行综合管理。

因此，投入很少的人员，即可操作建筑物内的设备。

良好的管理将延长设备的使用寿命，还可以进一步有效利用信息，实现更高质量的管理。

11.6.2.4.节省能源

通过控制和管理使设备高效运行，减少建筑物能源消耗，提高整体节能效果。

例如能正确地控制所设定的温度，加入适当的新风，根据空调的负荷进行适当的控制，就可以有效利用自然能源，避免浪费。

这对于设定目的的实现具有很大的作用。

对于建筑物的照明，按照是否有人以及外界自然采光情况进行综合控制，也能收到很好的节能效果。

设有楼宇自动化系统的建筑物比不设的，可以节约能源约25%。

11.6.2.5.能够给使用者提供方便

通过对各种设备的综合控制，可以为每个使用者提供更高水平的服务，以及方便。

在确保安全的同时，使用者可以24小时不分昼夜自由进出建筑物。

11.6.3.系统控制方案分析

11.6.3.1.简单系统原则

首先要面对繁多的系统变量例如：

如何补偿人数的变化和不同季节要求下的负荷变化（即热湿负荷的变化）对空调系统风量和冷量的影响；为了节能而减小新风量对空气环境的影响等等。

其中可以引入控制论中的简单系统原则--即系统越简单，变量越少，则整个系统越稳定，过渡期也越短。

即自控系统实施方案，应该尽量简化系统变量，减少控制环节。

11.6.3.2.负荷性质分析

不同人数、朝向和建筑材料造成的显热、潜热负荷变化和电气设备的发热变化是主要的空调负荷变化。

与通常的空调系统不同，这种变化并不是时刻存在的，在特定时间（工作时间）内负荷是相对稳定的。

这种负荷性质使得自控系统对系统内的风机调控处于一种微小的、稳定的状态上，即引入分时段、分工况的不同的控制模式。

11.6.3.3.冷（热）阶段

经过预冷（热）阶段后，室内空气温度达到设计送风温度所要求的温度。

此后，自控系统再根据冷热负荷进行调节控制，这样就避免了系统极限调节的工况，降低了对控制系统、空调设备参数的要求。

在正常工作过程中，楼内空调系统受外界影响较小。

通过预冷预热时间的酌情缩短，经过调试和试运行阶段，使操控人员会掌握不同季节时大楼所需的预冷预热时间，并写入控制程序中。

11.6.3.4.风量平衡

在空调系统中，维持风量平衡和室内正压是保证空调调节效果的必要条件，是控制排风机启停和空调机组送风机转速的基本依据。

如果因新风量减少或排风量增加过多，打破了风量平衡，会造成外界热空气渗入室内、回风温度升高，冷冻水盘管阀门开度不断增大，使得能耗持续增加。

如回风温度过高，超出系统调控范围，会使系统各部件在极限状态工作，失去控制作用。

在系统设计时，注意温度测量点的选取，提高温度采样的可信度。

11.6.3.5.新风使用策略

基于楼宇自控系统的节能策略很大程度上取决于室外新风的合理利用，合理的使用室外新风可以大幅度的节省能源，同时使室内空气质量得到明显改善，创造一个舒适同时节能的工组环境。

在冬季和夏季时，由于室外温度与室内温度偏差较大，为了节省能源，我们采取多用室内回风，少用室外新风的原则，一般情况下只需保证室内需要的最小新风量，以节省能源。

当热水阀已全关时，如果室温仍超过设定值下限，则说明系统已不需要外界热源，室温由控制热水阀改为控制新回风比，通过调节新风、回风和排风电动阀的开度来实现，这一季节即是冬季过渡季的控制方式。

新风阀全开后，如果室温仍超过设定值上限，则说明只靠新风冷源已不能承担室内全部冷负荷，因此必须对空调机组供冷水。

在这时有两种情况将决定新回风比的控制：

（1）通过测量新/回风温湿度，计算出室内外空气焓值，当室内空气焓值大于室外空气焓值时，很显然机组处理全新风的耗冷量小于利用回风时的耗冷量，因此这时应采用全新风，新风及排风电动阀全开，回风电动阀全关，同时室温控制冷水阀。

这种情况即是夏季过渡季的控制方式；

（2）如果这时室内空气焓值小于室外空气焓值，则说明利用回风是更节能的方式。

这时应采用最小新回风比，室温仍然控制冷水阀，自控系统由此进入夏季工况的控制。

夏季状态向冬季状态过渡时的转换过程与上述正好相反。

为了防止系统振荡，在工况转换过程中，各转换边界条件留有适当的不灵敏区。

在夏季：

夜间室外温度低，室内负荷变化相对稳定，所需冷量较少，可采取多用夜间新风来清洁室内空气。

冬季时中午室外温度高，室内负荷变化相对稳定，室内空气质量一般较差，可采取多用中午新风来清洁室内空气，增加新风量，保证室内舒适度。

在早上空调预冷（热）时，可适当增加新风量，使室内空气质量得到改善。

11.6.3.6.风机控制

组合空调器送风机的控制

控制送风机的转速就是控制送风量。

如不考虑个体差异，消除大楼内每个人或设备的热负荷需要固定的送风温度和风量，因此，空调机组送风机转速要靠平均室温调整。

考虑到楼内的风量平衡，调节量不宜太大，也不能过低。

为满足空气调节对送风机的要求，我们选用能连续调节风机转速的变频调速器。

同时根据大楼内的工作作息时间，合理的制定机组开关机时间，一方面保证工作时间时大楼的舒适度，同时也节省了大量的能源。

11.6.3.7.温度控制

冷/热水盘管阀门开度控制

在通常的空调自控系统中，冷/热水盘管阀门开度一般由回风温度或室内温度控制。

对于大空间或有二次热交换的区域，也可采用送风温度来控制冷/热水盘管阀门开度。

基于楼宇自控系统中水阀调节的节能策略中，首要要做到的是保证阀门的“零”开度。

各类电动水阀是BA系统主要执行机构，在空调运行控制过程中阀门开度是BA系统主要调节内容。

其中，保证阀门“零”开度是BA系统控制精度的重要保证。

换句话说，选择正确流量特性和合适口径的电动水阀是BA系统成功的重要保证。

电动调节水阀的流量特性是指空调水流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的函数关系，目前工程上常用的主要有直线流量特性、等百分比流量特性的电动水阀。

单位行程变化所引起的相对流量变化与点的相对流量成正比关系的是等百分比流量特性水阀。

该类型水阀可调范围相对较宽，比较适合具有自平衡能力的空调水系统，因此BA系统中大量应用的是等百分比流量特性的电动水阀。

本次为本工程选用的水阀就是等百分比流量特性的电动水阀。

电动水阀的口径决定了阀门的调节精度。

水阀口径选择过大，不仅增大业主投资成本，而且使阀门基本行程单位变大导致阀门调节精度降低，达不到节能目的；水阀口径选择过小，往往会出现即使水阀全部打开系统也难以达到设定温度值，无法实现控制目标。

我们常用的是通过计算电动阀门的流量系数（Kv/Cv）值来推导电动水阀口径，因为流量系数和水阀口径是成对应关系的，换句话说，流量系数确定了，水阀口径大小也就确定了。

水阀流量系数（Kv/Cv）采用以下公式计算：

Cv=Q/（ΔP）1/2

其中Q-设备（空调/新风机组）的冷量/热量或风量　ΔP-为调节阀前后压差比

理论上讲，在不同的空调回路中，ΔP值是不同的，是一个动态变化的值，取值范围一般在1-7之间。

但由于在流量系数的计算过程中ΔP是开根号取值，所以对Cv计算影响并不是很大。

因此，在工程设计中一般选ΔP值为4。

根据计算出来的流量系数Kv/Cv选用与其相适应口径的调节水阀。

11.6.3.8.温度补偿

在大楼的空调自控系统设计中，我们主要考虑了两种温度补偿措施。

（1）设定温度的补偿：

考虑到大楼内空气各项参数受每天的日照量影响和季节变换的影响较大。

因此，在冬季时，将楼内平均温度和送风平均温度适当降低，节约能耗。

此外，在夏季，当楼内人数较少时，送风机工作在最低允许转速，而楼内平均温度仍在继续降低时，适当提高送风平均温度的设定值，保证人员的舒适性；对于为不同朝向区域送风的空调机组，根据其送风区域的朝向不同设定不同的温度设定值，朝阳空间的空调机组温度设定值可相对低一些，阴面房间的空调机组温度设定值可相对低一些。

（2）送风温度的补偿：

主要为获得较高的调节品质，克服系统运行和调节中存在的滞后现象。

这种补偿可以较早地根据测到的室内温度、送风量等参数的变化做出较高的校正和调节动作（微分调节），减少这些干扰对楼内送风平均温度的影响，防止控制系统产生振荡。

11.6.3.9.按区域设计定量控制方案

楼宇自动控制系统可以全面地灵活地设计和规划控制方案，做到既经济又合理，并可充分地满足机电设备节能的各种要求。

针对一个区域（譬如说，一层楼或一层楼再分为两个区），在这个区域的总供水管和总回水管上各安装一只温度传感器，另外还需安装一只流量计，把所采集的该时刻3个模拟量数据输入到该传感器附近的DDC（直接数字控制器）中，根据供回水温差和流量的乘积计算出本区域的冷/热负荷。

将该负荷值通过控制总线传送到工作站（Workstation），存入数据库。

系统管理员就可以从系统的数据库中直接取得相应