浅谈楼宇自控系统设计要点

浅谈楼宇自控系统设计要点

伍夏聪

中山市华城建筑设计有限公司

引言：

楼宇自控系统(Building Automation System，简称BA)可以对工程项目各个建筑内的冷热源、空调、给排水、供变配电、照明、电梯、等建筑设备及室外公共场所的道路照明、建筑物的景观照明等进行集中管理，分散控制，是智能大厦的一个重要的组成部分。下面笔者结合一个已竣工项目浅谈一下楼宇自控系统的设计要点：

一、项目概况及系统框架

项目位于湖南省，为一个创业者公共实训基地，总建筑面积112364平方米，包括主楼及裙房、实训楼、大学生实践园区、地下车库、门卫、垃圾房等建筑。我们对各个区域内的冷热源、空调、给排水、室内照明、电梯、风机等建筑设备及室外公共场所的道路照明、广场、建筑物的景观照明等进行集中管理，分散控制。

1.1中央工作站功能设计

中央工作站设于项目主楼首层的消防控制中心内，直接与以太网络连接。中央工作站需要对各个建筑内各机电设备的运行、安全、能源使用状况及节能等实现自动监控及管理。系统所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央工作站上调整修改，以满足用户的使用。

1.2系统网络设计

楼宇自控系统网络结构分为二层，第一层为管理层网络，是BA系统的核心，整个项目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；第二层为监控层网络，由现场的直接式数字控制器、扩展模块、采集现场信号的传感器以及执行机构和阀门等组成。

管理层网络支持TCP/IP协议，能够提供基于Internet的远程管理解决方案，容易实现与建筑物中其它相关的智能化系统之间的数据通信。通过这层网络能够把BA中所有监控信息及时地反馈到中央站显示画面，而中央站系统也可通过这一网络传送程序、指令等到有关设备。同时管理层网络可以提供OPC或DDE的第三方接口软件，数据传输速率不低于10Mbps。

监控层网络采用Lonworks协议，中央站可以通过这层网络把信息传送到任何指定的数据通信；所有分站以同等地位即点到点方式彼此互通信息。监控层网络可以根据实际需要建立其子网，其数据传输速率不低于78Kbps，并且可以根据需要提高到1.25Mbps，但总线通讯距离不低于2700米。

二、各子系统设计

2.1冷热源子系统

项目空调冷热源系统由风冷热泵及相关水泵、阀门、传感器构成。

1）监控原理

2）监控内容

监控设备 监控内容

风冷热泵 机组启停、运行状态、故障报警、手自动状态

回水蝶阀开关控制

水流开关监测

循环水泵 水泵启停、运行状态、故障报警、手自动状态

供回水总管 供回水总管压力监测

回水总管流量监测

供回水总管温度监测

压差旁通阀调节控制

膨胀水箱 高低液位报警

3）控制方案

风冷热泵机组

程序控制多台冷水机组启停，连锁启停相应的水泵、及相应管路上的电动阀门，同时监测这些设备运行状态、故障报警状态、阀门开关状态及水流状态。保证机组不频繁启动，程序设定在30分钟内，禁止再启动/停止机组及相应的水泵。

在供回水总管上中安装温度及流量传感器，以测量供水温度、回水流量和温度，根据公式计算出总的能量消耗。根据总的能量消耗和实际负荷需求量之间的比较，自动决定启停机组的台数。同时系统根据的具体日程安排自动启停冷水机组系统。

2.2空调子系统

该项目空调系统由新风机组、空调机组组成。通风系统由送风风机、排风风机组成。

2.2.1新风机组

1）监控原理

2）监控内容

监控设备 监控内容

新风机组 滤网堵塞报警监测、送风温湿度监测、冷/热水阀调节控制、加湿器启停控制、新风阀调节控制、机组手/自动状态监测、机组运行状态监测、机组故障状态监测、机组启停控制

3）控制方案

a.过滤网堵塞报警

在过滤网前后各安装一支空气压力取样管，并将它们连接到压差开关上，压差开关则根据过滤网的类型设置报警值，当过滤网过脏，压差开关将发出一个报警信号至DDC。

b.机组状态监测

当新风机组发生故障报警时，DDC接收到该报警信号后通过网络传输至BA控制中心。

c.机组启停控制

根据工作时间表进行新风机组的自动开关控制；或根据用户需求由操作人员在BA系统主机上启停控制新风机组。

d.冷/热水阀门的调节控制

冬季－－送风温度控制

系统供水为热水，根据送风温度，调节水阀的开度，使得送风温度与设定值相等，阀门动作为逆动作。当送风温度小于设定值时，水阀开度逐渐增大，使得送风温度提高，达到设定值；而当送风温度大于设定值时，则水阀开度逐渐减小来降低送风温度，使之达到设定值。

夏季－－送风温度控制

系统供水为冷水，根据送风温度，调节水阀的开度，使得送风温度与设定值相等，阀门动作为正动作。与冬季的控制方式相反。

e.加湿器控制

冬季室外空气为低温低湿，需要进行加热加湿的控制。本项目系统采用电加湿器进行加湿控制。通过对加湿器的启停控制，可以将送风湿度控制在一定范围内。

f.新风阀调节控制

在冬/夏季节，在保证房间内良好空气质量的前提下，对新风阀作最小开度调节控制；在过渡季节，在保证回风温度达到用户需求的前提下，对新风阀作最大开度调节控制。

g.联动控制描述

当DDC接收到过滤网报警及故障报警时，输出停止信号给新风机组，同时强制关闭水阀；直至报警信号消除、重新符合运行要求，DDC重新输出开启信号空调机组，同时恢复对水阀的调节控制。

3.2.2空调机组

1）监控原理

2）监控内容

监控设备 监控内容

空调机组 滤网堵塞报警监测、回风温湿度监测、冷/热水阀调节控制、加湿器启停控制、新回风阀调节控制、机组手/自动状态监测、机组运行状态监测、机组故障状态监测、机组启停控制

3）控制方案

空调机组的控制方案与新风机组的基本一致。

2.2.3送排风机

送排风子系统由用于地下室、车库的送/排风机、排烟风机；用于屋顶的排风机；以及用于公共区域的通风设备。由时间程序自动控制各种送风机和排风机的启/停，并显示启/停状态及故障报警。汽车库设一氧化碳探测器，及时联动排烟风机以保证安全并改善空气质量。

1）监控内容

监控设备 监控内容

送排风机 手/自动状态、运行状态和故障状态监测；启停控制；

2）控制方案

启停控制

排风机/送风机根据预先设定的时间程序自动启停送排风机。送风机监测其空气过滤网堵塞报警信号，如异常则停止送风机。

送排风机的监测

监测送排风机、排烟风机的手/自动状态、运行状态、故障状态、空气过滤网堵塞报警信号，如异常发出报警信息。

2.3给排水系统

给排水系统包括生活给水系统、污水排水系统。系统中的水泵与水箱或水池、集水坑液位状态联动，仅在需要时才投入运转，实现对给排水系统集中管理和自动监测；

1）监控内容

监控设备 监控内容

生活泵 运行状态、故障报警

集水坑 高液位报警状态

潜水泵 运行状态、故障报警

生活水箱 超高/高/低/超低液位报警状态

2）控制方案

给水系统

工程采用恒压力变频给水系统，电控设备是配套电控，水泵的起、停根据压力自动运行。系统只监视故障报警、手、自动状态、运行状态。消防水池高液位报警时停泵，防止溢流；消防水池低液位报警时开泵，补充水。

排水系统

监测潜水泵、排水泵等运行状态和故障状态。监测污水池/集水坑高液位报警，当高液位报警时潜水泵自动开启并排水，防止溢流，直至到低液位信号时停泵；防止水泵空转。

2.4照明系统

照明系统包括外立面景观照明、室外公共区域照明等。将照明系统控制纳入BA系统，可以按照需求直接启停照明回路，节省能源。

1）监控内容

监控设备 监控内容

泛光照明 运行状态、手自动状态监测；启停控制；

航空障碍灯 运行状态、手自动状态监测；启停控制；

室外公共照明 运行状态、手自动状态监测；启停控制；

2.5电梯系统

楼宇自控系统对电梯的运行状态和故障报警进行监测，以保证电梯系统的正常运行。

1）监控内容

监控设备 监控内容

电梯 运行状态监测及故障状态监测；

三、BA系统与其他设备系统界面划分原则

3.1与消防设施的界面

1）BA系统不能监控消防专用设备及设施

属于消防专用设备及设施的有：消火栓、喷淋水泵、防排烟风机、正压送风机、防火卷帘、电梯回降首层、消防电梯、消防电梯集水坑污水泵、火灾应急照明、疏散指示标志灯、应急广播、供消防设施供电电源。

2）BA系统监控正常工作与火灾发生用的设备及设施

a.地下层排烟机：通常设计中在正常工作时兼作排风机。但一种为双速电机单风道系统，低速为正常工作时排风用，BA系统应该监控。高速为火灾时用，由火灾控制器监控。另外一种为双电机，两台电机不等容量时，往往小风量电机为正常工作时排风用，BA系统应该监控。另一台大风量与小风量风机均在火灾时用，由火灾控制器监控；

b.地下室送风机：有些工程将地下室送风机兼作火灾时送风用，满足规范要求50％排烟量。这类设备BA系统在正常工作时应监控，作为送风机用。在火灾时由火灾控制器监控起、停，并打开专用新风阀，关闭回风阀；

c.生活与消防合用高位水箱：水位下降到稍高于消防水位，应立即启动给水泵输水，但若出现水位降底至消防水位时，停止供生活水，此信号由火灾控制器接受信号后发生报警。当高位水箱水位稍低于溢流水位时，发高水位报警的同时，要立即停止给水泵工作。

3.2与配套电控设备的界面

BA系统要与各子系统进行联机控制才能完成相应的功能，这些机电设备的控制柜必须满足BA系统的特定要求，才能达到控制目的。为此对这些联动控制柜提出具体要求：

1）BA系统与各种控制柜互有信号往来，双方的交接面是设在动力控制柜中的一组专用接线端子，接线端子要有明显接点内容标志。

2）控制柜中必须有手动/自动转换功能，即在手动状态下只能通过手动按钮就地操作被控设备的起停。此时BA系统的自动控制不起作用，在自动状态下手动操作不起作用，只能通过BA系统的自动控制信号操作。

3）控制柜要给BA系统三种“无源”状态信号：

a.设备运行状态信号：取自主交流接触器的辅助常开接点；

b.设备故障报警信号：取自热继电器的辅助常开接点；这里需说明一点, 如果选用的热继电器只有三个辅助接点, 这时公共点与常开接点不能直接采用。因为这是“有源” 接点，必须用中间继电器转换一下，用中间继电器的常开接点送出，作为设备故障报警信号送给BA系统。

c.手/自动状态信号：在转换开关打到自动控制状态下，应给BA系统一组“无源” 常开接点，取自转换开关本身的辅助接点或另加一个中间继电器均可。

4）BA系统送给各种动力控制柜的起停信号是“无源”接点，接点电压应按220VAC考虑。

5）带变频器的风机控制柜应把风机启停和变频器启停连锁。如果没有则需要BA系统提供两个启停点，控制上容易混乱，不建议采用。变频控制信号和反馈信号应提供电压型给BA系统。

四、结语

该项目已于2020年竣工投入使用，通过楼宇自动化系统对各机电设备进行自动监控和集中管理，基本取得了预期的效益：提升建筑环境的舒适度；提高建筑群的整体安全水平和灾害防御能力；为运行管理提供的优化能源供应方案，有效减少运行成本；同时设备维护工作量降低，减少人力成本。

参考文献：

1、国标图集《建筑设备监控系统设计与安装03X201-2》