浅谈楼宇自控系统设计

浅谈楼宇自控系统设计

葛成连

广东美控智慧建筑有限公司  广东省佛山市  528000 

摘  要：随着信息网络技术日新月异的发展，智能楼宇也发展迅速，对应的楼宇内各类机电设备也越发复杂与多样，对智能楼宇内各类设备的集中监测管理需求越来越迫切。楼宇自控技术即是将网络通信技术、计算机技术、DDC技术等系统的结合起来，对楼宇设备进行监测、控制、处理，实现最优化、经济化管理，继而提高各机电系统运行稳定性，减少损耗，降低系统运行成本。本文着重讨论楼宇自控系统的设计过程及思路，详细阐述如何通过有效的楼宇自控系统设计来为大楼能源消耗提供可靠依据和保证，提高管理效率。

关键词：节能、现场控制器、执行器、状态监测、状态控制

一、引言

滁州玖玖广场大商业综合体位于滁州市琅琊区金山路与扬子路交叉口东北侧，紧邻滁州北站，为琅琊区最大的一站式购物中心。本案分为地上5层地下2层，总建筑面积约16万方。因机电部分中的暖通系统空调新风机组、风机盘管，给排水系统排水泵，照明系统等大功率耗能设备众多，为节省成本支出，业主明确要求楼宇自控系统需满足能源节能达到15%以上。我司接到上述指令后在目标值总体要求下积极与设计院、建设方、各机电分包单位沟通对接，确认楼宇设备控制界面与范围，讨论控制方案。最终设计方案实施运行后经实际测算能耗节省约16%，成功完成设计控制目标。

二、楼宇自控系统设计概述

玖玖大商业广场自控系统包括暖通空调系统、给排水系统、楼层供配电系统。设计之初需要明确以下几个要求：

①楼控系统可以准确监测、控制所控设备，从而为能耗控制提供前提；

②系统必须平稳、有效运行，故障率低。否则系统设计就没有产生实际意义。楼控系统应与机电设计同步考虑，明确系统的控制范围、控制点数、接口要求以及整个系统框架结构。设计工作主要内容为：方案初步设计、方案深化设计、施工图设计等。

③必须满足舒适性要求，整个商场内需保证有合适的温湿度，给顾客提供舒适的购物环境；

④系统必须显著的节能降本，节约能源，通过远程自动监测与控制提高系统准确性、及时性，减少能耗消耗与人力成本。

三、楼宇自控系统设计的要点

3.1.确定建筑物功能，了解控制要求

①提前了解机电各专业对接方式，明确系统范围，落实控制方式，落实控制功能和整体框架，上述考虑由业主组织各机电参建单位参会讨论交底后形成会议纪要落实。

②与业主、总包单位、各机电参建单位共同确定中央计算机、DDC数字直接控制器等设备的安装位置，明确前端路由、管线敷设方式等，楼控系统需在满足现场实施要求下进行设计，与其他系统形成有机整体。

③上述两点确认后进行初步设计，落实整个系统控制架构，明确系统结构。

④完成各监测机电系统二次回路图设计、各传感器、执行器的选择，确定楼控系统各楼层传感器、执行器的安装方式、工序。

⑤详细明确楼控系统配置清单、材料点表，明确前期方案确认后期现场施工的要点，并形成可追溯会议纪要。

⑥系统设备选型。选择合适的设备型号是根据项目定位和项目功能要求来决定的，设备选型需要从经济指标、节能目标、可靠性、先进性、售后服务等全面统筹考虑，一套合适的设备配置方可产生实际的效能意义，否则再先进科学的方案都无法实现其设计目标。本案我方选择美的自主研发投产的‘控’系列DDC产品，此系列产品自推出市场2年多以来，经历各种项目类型考验在满足稳定性、可靠性的同时也满足经济性要求。

3.2楼控系统设计控制要点

在对本案玖玖大商业广场进行楼宇自控系统设计工作时，总体要要把握以下几点：

①根据建设方或管理方对环境标准的要求，楼控设备对暖通空调系统要达到实时监测、精准控制、及时调节，继而提供舒适的环境体验，满足使用需要。

②楼控系统对各类机电设备包括：吊顶式空调、组合式风柜、集水井、新风机等的监测、控制、调节必须可靠、稳定。运行过程中在保证自身稳定、安全的情况下也不得影响其监测控制对象的稳定运行。

③楼宇设备控制系统网络架构通常由分散式和集中式兼顾，由前端监测控制网络和后端逻辑管理网络搭配组成，达到对设备运行状态的监视、控制。

④对于玖玖大商业广场里所安装的各类机电设备，楼宇自控系统能够自动管理、处理好设备的额定工作状态，减少设备损耗率，延长设备使用寿命。

⑤业主通常也比较关注设备、产品性能以及产品的使用便捷程度，利用简单清晰的网络架构，选用高度模块化自动化的控制设备可以满足业主上述要求。

四、方案设计

本案中楼控系统初步设计通常由设计院或者设计公司进行招标设计，中标施工单位进场后进行二次深化设计，二次深化设计后的图纸方可作为施工图纸付诸实施。本案中二次深化设计由我司进场后积极沟通业主、机电总包单位后负责完成。

首先，要按照业主经济性要求、设备性能来修改招标设计图纸，然后核对控制点表，确定各楼控设备的规格、型号、网络架构并绘制二次深化图纸。二次深化设计文件包括但不仅限于楼层平面图纸、系统图、接线图、成套盘箱图、点表、软件及设备操作使用手册等。现场的各类机电设备要有标准的协议接口或可扩展的接口，自控系统针对不同厂家生产的机电设备进行监测、控制，这些设备和系统的数据交换必须具有同一协议标准、同一接口标准。实际工程案例中，因为功能性需求越来越高导致机电设备越来越繁多，越来越智能，不同供应商提供不同的设备和产品，若协议不统一，很难进行统一的数据交换，必须进行数据协议的转换或特定网关开发来满足接口对接要求。我司完成安装作业后，需测试各机电设备的接口标准，若可正常通讯方可进行下一步调试工作。

楼控系统的设计对接范围总体包括：暖通空调系统设备的监测与控制；供配电系统设备的监测与控制；给排水系统的监测与控制；防排烟及排风系统的监测与控制；对其他大型成套设备的监测，主要包含：电梯及手动扶梯、锅炉设备、制冷压缩机设备、发电机设备、火灾自动报警设备、停车场管理系统等等。对于楼控对接的子系统设备，需给出详细的控制功能说明，详尽说明每一系统控制模式或控制方式及最终控制后所能达到的效果，以指导工程项目的实施、调试。

在确定控制系统的设备及相对应的控制方案后，需确定每一台或每一套被控设备的监控点数和监控点的性质，如模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）、数字量输入（DI）、数字量输出(DO)。将各类机电被监被控设备按照模拟量（AI、AO）和数字量（DI、DO）分类，逐一按性质列出点表清单，根据最终的汇总点位数确认每个直接控制器的控制数量和内容，然后可以根据上述数量和内容进行DDC控制器选型，并核实被监点位实施的技术可行性，完成楼控系统整体点表统计。

楼控系统在设计过程需注意以下事项：

（1）管理范围的明确。对大楼内各类设备的监测、控制，应做到安全、平稳、可靠。管理范围需要符合建设方投资目标以及管理方的管理目标来均衡确定，另外还要兼顾当地政府管理机构的具体规章要求。部分地区对楼控监测、控制要求比较具体，如楼控只能监测消防、电梯、变配电系统的状态，任何情况下不得进行控制操作，避免任何误操作误动作。

（2）通常建筑楼控系统的规模是以点表的点数来衡量的，监测或控制点数的多少不仅体现系统规模大小，也决定了系统的投资造价。我们在满足各项监测控制要求的情况下尽量控制点位数以达到控制造价的目标。

（3）中央控制工作站与网络架构的配置。只有中央控制大脑和传输网络配置正确，才可实现对机电设备的集中监测与控制服务功能。中央工作站的设计需要兼顾投资规模与系统规模，并预留一定的冗余空间，也不可盲目求大，满足实用要求即可。具体要求如下：1）达到集中监控的要求；2）所配置的网络架构需与楼控监测与控制系统相适应；3）采用分布式布线方式，大大减少系统瘫痪概率，故障不会由点带面影响整个系统；4）系统不但需要具有点位冗余还要具有可扩展性，便于后期设计调整规划。

（4）系统必须具有相当的可靠性。楼宇控制系统在实际运行过程中要保持高度的稳定性，故障率降到最低水平。

（5）系统需具有友好的互操作性。系统在满足精准量化的控制模式时为大楼能源控制提供前置保证，任何建设方为建筑配置楼宇自控系统的根本目的就是为了实现楼宇能耗的降低、成本的降低。这就给楼控系统整个控制提出了很高的要求。

（6）系统具有可监控性。因系统的执行部位多分散在各楼层不同位置，为使系统操作人员便于实时远程观测设备运行状态、控制执行器动作执行情况，及时作出有效的管理行为，系统必须具有可监控性。

控制中心的选择和平面设置：

（1）后台控制中心建议安装静电底板，方便于走线和避免静电干扰；

（2）本地控制中心建议尽量靠近控制DDC箱体，或布置在控制负荷的中央位置，增加系统稳定性；

（3）控制中心应远离变配电机房、三网机房、水泵房等可能会产生强磁干扰或潮湿环境的场所；

现场DDC控制器的布置设计：

(1)DDC控制器的布置应尽量设置在其控制对象相对中心位置，减少布线距离，通常最长布线距离不超出60m为原则；

(2)每台前端控制箱的DDC模块数量配置在满足其所控制区域设备数量的同时要留有20%左右的冗余，以便端口故障或后期数量扩展调整以及增加其运行稳定性；

(3)DDC控制器的布置必须要远离变配电房、高压电缆母线槽的区域，避免可能的强磁干扰；

(4)现场控制器的设置应考虑调试方便、维护方便的因素，尽量设置在就近弱电间或合适的位置壁挂，壁挂高度下口离地约1.3m，箱体前方需预留足够的接线及检修空间。

楼宇自控系统的布线方式设计：

（1）前端DDC直接控制器箱体的电源线应采用BV线缆。信号线根据监测控制要求采用多芯RVVP或RVV同轴线缆，是否采用软线及屏蔽线根据现场实际控制系统与控制要求确定。

（2）线缆线路必须采用金属JDG管、金属桥架等保护措施，电源线和信号线需分管布设且间隔距离不低于30cm。

（3）末端传感器侧线缆需加金属软管保护，尽量避免强电、强磁干扰。

五、施工图设计

施工图设计包括图纸目录设计、施工设计说明、设备接线图、系统图、平面图等。

（1）图纸编号目录。根据已经完成的系统图、平面图分列编号，在目录中体现图纸分类和各类图纸的编号。

（2）施工设计说明包括：
1）设计依据，将招标图纸中的设计说明和深化设计补充的部分统一整理后汇编成章。
2）设计范围，阐述范围包括楼宇自控系统。
3）完成智能化系统集成功能的同时需说明集成子系统及要求。
4)产品的选型，图框中需标明各设备选型，明确图纸中各图例、符号、标注的含义；
5）各设备接地要求及接地导线敷设连接方式；

（3）系统图设计主要包括：

1）楼控系统主干图需绘制到DDC箱，包括各前端设备、前端点位至DDC箱连接方式、布管要求。DDC箱体需具备清晰的箱体编号，编号要与点表清单相对应。系统图需明确标出线缆、路由、管径，各设备的安装位置要详细的体现在图纸当中。
2）系统图需与系统点表相对应，详细说明实现的功能，点位统计。

（4）平面图。平面图应包含控制室位置、DDC箱体安装位置、DDC箱至各设备的线路图、联网线路图、前端各受控机电设备的位置平面图等。

六、总结

   一个高效的楼控系统离不开高效的设计，本案中我司紧扣业主需求，积极沟通协调各机电承包单位，认真核实设备参数、接口标准，并通过核对楼控设备选型、优化系统配置，最终完成滁州琅琊玖玖广场大商业项目整个楼宇自控系统的深化设计工作。在后期实施过程中，按照设计图纸要求不折不扣完整落实到项目上。最终能耗消耗量比设计之前节约了大约16%，高效的达到了设计目标值，完成业主给予的预定设计任务获得业主的积极肯定。

参考文献

[1] 黎恒浩，王华编著/建筑弱电工程设计施工手册/北京：中国电力出版社。2010.4

[2]建设部（1997）290 文件《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》

[3]JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》

[4]GB/T50314-2006《智能建筑设计标准》

[5]GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》

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