智能建筑楼宇自控系统再认识及发展趋势

智能建筑楼宇自控系统再认识及发展趋势智能建筑楼宇自控系统再认识及发展趋势 随着时代的发展 国内高层建筑越来越多 而信息技术的发展 使大楼内的智能化程 度不断普及发展 几乎所有的高层建筑 比如政府办公楼 酒店 综合性写字楼 根据规 模及资金的大小 或多或少都投资建设了建筑智能化系统 特别是楼宇内的设备自动化系 统几乎是必不可少的 它是楼宇智能化的基础 目标是对楼宇内的机电设备和能源实现智 能化的管理 创造一个舒适 环保 节能的工作生活环境 楼宇自控系统对楼宇内的空调 通风系统 变配电系统 给排水 冷热源系统 照明系统等大量设备进行有条不紊的管理 及维护保养 建筑设备监控系统通过对大厦内的各种机电设施进行全面的计算机监控管理 利用分 散控制和集中管理技术 为建筑物用户提供良好的工作环境 为建筑物的管理者提供方便 的管理手段 从而减少建筑物的能耗 延长设备使用寿命 提高劳动生产率并降低劳动力 管理成本 目前的楼宇自控系统尽管发展到一定程度 无论是硬件上还是软件比较先进可靠 但 真正要达到预期的目的 还有很多的工作要做 笔者根据多年的工作经验 在此提供一些 新的认识和看法 1 基于楼宇自控系统的投资和效果的认识 自 2000 年以来 智能建筑的楼宇自动化系统的初投资大幅度下降 从 BA 控制检测点 2000 元 点 下降到不到 1000 元 点 还处于不断的下降趋势中 而房产的价格却不断上 涨 至今平均上涨幅度为 3 倍 目前尚处于高位运行 从中可以看出智能建筑的楼宇自动 化系统的初投资占整个大楼投资比重越来越少 而且现代高楼的平均寿命为百年以上 尽 管楼宇自动化设备将会不断落后 但整个布线框架是存在的 升级改造将非常方便 智能建筑的楼宇自动化系统是节能的一种重要手段 一定要认识到其紧迫性 首先应 加强建筑节能的宣传力度 使所有人都认识到 节能不仅仅是钱和环境的问题 而是国家 能否持续稳定发展的前提 目前的智能建筑楼宇自动化系统运行的节能效果不是很理想 原因是多方面的 首先部分管理者由于认识上的偏差 以为楼宇自控系统没有用 还不如 几个人手动开开就可以了 这就走入了一个误区 实际上依靠人的手动控制 根本无法实 现建筑设备的节能 高效 安全运行 因此认识上一定要加以转变 加强物业队伍的培训 和建设 对设备的管理可以在保修期到期后 委托专业公司打理 提高设备的运行寿命 最大限度的发挥系统的作用 否则由于设备管理的水平低下使运行费用居高不下 造成投 资的浪费 楼宇自控系统的节能一定要从细节做起 养成一种习惯 说到节能的设计 电气设计 人员通常会想到选择合适的变压器 变频器 软启动器 给灯具配节能镇流器 盘管系统 采用三速风机加电动阀 这是楼宇自控系统中普遍设计的内容 此外 节能设计还体现在 因地制宜的细节中 比如对宾馆客房设计节电开关 人在时将电源接通 人离开时把电源 切断 以达到节能目的 2 智能化的楼宇自控系统对大楼机电设备提出更高的要求 智能建筑楼宇自控系统需要各种专业的配合 楼宇自动化的节能不仅是某一个专业的 事情 它需要智能化 建筑结构 暖通通风 电力 给排水等专业共同参与合作 提出有 节能潜力的方法 照明系统作为大楼一个独立的子系统 包括公共区域的公共照明 比如 停车场 大堂 走廊 餐厅照明 室内照明 办公室 会议室等 室外照明 装饰照明 道路照明 泛光照明 等 大楼照明的耗能占整个楼宇的 20 左右 照明系统有这样特点 第一 在电力输送过程中 要以较高的电压输送确保终端设备的工作电压 随着设备运行 的负荷下降 输出电压将会上升 因此通过楼宇自控系统进行动态调压控制方式 达到节 电目的 第二 对照明功能的需求 每天的时间段是不同的 特别是可以结合室外照度传 感器结合起来 对公共区域进行分组 分片控制方式或直接全部关闭方式 比如地下车库 灯光的控制 第三 随着新照明源的发展 新型节能照明灯具不断涌现 代替传统发热的 荧光灯 节能灯 白炽灯 金卤灯等多种灯具的开关控制 采用数字技术及计算机技术充 分结合起来的智能控制采用软启动的方式 能控制电网冲击电压和浪涌电压 使灯丝免受 热冲击 灯具寿命又得到延长 智能照明系统通常能使灯具寿命延长 2 4 倍 不仅节省大 量灯具 而且大大减少更换灯具的工作量 有效地降低了照明系统的运行费用 对于大量 使用灯具和安装困难的区域具有特殊的意义 此外 智能照明系统还有潜在的价值回报 使整个系统工作在使人们最舒适的状态 从而保证了人们的身心健康 提高了工作效率 空调系统又是另一个子系统 它分为空气处理末端设备如新风机组 空调机组 VAV 变风量 另一部分为冷源系统 它的电耗一般占整个大楼的 70 左右 如何运行及管理空 调的相关设备比较重要 采用先进的楼宇自控系统 在满足房间的舒适度的情况下 既可 以节约电能 延长设备寿命 又可以减少设备管理人数 现逐一进行分析阐述 1 新风系统主要功能是根据楼层的面积大小 输送一定温度的的新鲜空气量 保证 房间的空气质量 新风系统的自控设计一般确定一个送风温度点 如果有湿度要求高的话 需要增加一个湿度点 空调管道如采取二管制的话 冬天通热水夏天通冷水 选用一个电 动调节阀 对于温湿度要求高的建筑 空调管道一般采取四管制 冷热水管单独安装 并 各安装一个电动调节阀 为了防止冬天的冷凝器冻裂 安装防冻开关和新风电动阀 碰上 室外温度低 空调没有使用直接关闭新风门或将热水循环泵启动 热水在小流量下运行 在空调运行时 控制的目标参数为送风温度和送风湿度 与设定值比较 得到的偏差 值经 DDC 运算输出信号 控制冷 热水 电动二通阀的开度 对于新风机组的温度设定值 楼控系统可以结合室外温度的大小 自动进行调整 冬天为 30 32 夏天为 18 20 2 对于公共区域 大堂 餐厅 的温湿度环境改善是主要通过空调机组的空气处理 方式来实现的 它的工艺流程图比新风机复杂 增加回风管道 一般自控配置的设备为冷热水阀 加湿阀 新回风阀 送风温度 回风温度 有些还 要安装公共区域内的温度传感器 送风量通过变频能够进行调节 对于目标控制参数的确 定一般以回风温度为准 但也不一定合适 比如回风口离门口较近 取样的数据就很不准 确 也可以在公共区域布设多个温度传感器 然后取平均值 因此具体工程要具体分析 全面进行考虑 对于控制策略它比新风机送风温度控制来得复杂 它本身的特点是纯滞后 的 反应慢 如果采取常规的 PID 控制必将造成控制的阀门频繁开关 温度随之将大幅波 动 因此采取非常规的控制策略 比如死区方式 当目标参数进入与设定值认可的偏差范 围 DT1 一般为 0 5 度 时 冷 热 水阀将保持不变 变 PID 控制方式 就是当目标参数 与设定值大时 控制作用强一些 当目标参数与设定值小时 控制作用弱一些 还可以采 取根据温度偏差及上升或下降快慢的模糊控制方式 当温度与设定值处于正偏差 DT2 1 度 以内时 但处于下降过程中 水阀将慢慢开大 当温度与设定值处于负偏差 DT2 以内时 但处于上升降过程中 水阀将慢慢关小 总之 对于目标参数的控制 充分考虑温度测量 值 设定值 单位时间内的温度偏差值 多看少动 才能真正将目标参数控制好 为了 节能 根据室外温度的大小 冬天有条件将温度设定值下降 1 度 夏天有条件将温度设定 值提高 1 度 同时充分利用新回风阀的连锁功能 在过渡季全开新风阀 在盛夏或严冬将 新风阀可以关到最小 这样可以节能达到 12 楼宇自控系统不仅具有丰富的控制功能 而且有强大的管理功能 人性化的界面设计 过滤网堵塞和风机故障会发出声光报警 提醒管理人员清冼和维护 统计设备的运行时间 定期进行设备的保养 在使用过程中 充分利用楼控系统的功能以及新风机组空调机组的 特点 根据时间程序进行节能启 停运行 具体体现在 间歇运行 使设备合理间歇启停 但不影响环境舒适程度和工艺要求 最佳启动 根据人员使用情况或生产工艺情况 预先开启空调设备 夏天采取大风量 低温度 冬天采取大风量高温度 房间温度稳定以后 在低风量下运行 最佳关机 根据人员下班情况或生产工艺情况 提前停止空调设备 3 变风量系统 VAV 是一种新型的空调方式 在智能楼宇的空调中被越来越多地应 用 当室内环境温度发生变化时 改变送风的温度和改变送风量大小两种控制方式都可以 达到相同结果 采用变风量系统的中央空调系统可节能 40 而且系统只在冷热负荷达到 峰值时才使用最大风量 因此可以大大降低能耗 VAV 系统一般由带变频调节电机的空调机组和变风量可调风阀末端装置组成 监控内 容包括控制风机的启停 并监视风机的运行状态 根据室内温度的大小 自动调节新回风 门的大小和水阀的开度来实现对温度的控制 使室温保持稳定 带有 VAV 装置的空调系统 各环节需要协调控制 其内容主要体现在以下几个方面 由于各房间的负荷是不一样 那么送入各房间风量是变化的 空调机组的风量将随 之变化 因此应采用调节变频的大小对送风机进行控制 送风机速度调节时 可以采用定静压或变静压控制方式 使各房间的压力保持稳定 保证装置正常工作 对于 VAV 系统 需要检测各房间风量 温度及风阀位置等信号 并经过综合的分析 处理后才能给出送风温度设定值 在进行送风量调节的同时 还应调节新 回风阀 以使各房间有充分的新风量 保 证房间的空气品质 4 冷源系统是暖通系统的核心部分 如何协调管理至关重要 对能耗影响相当巨大 一般体现为量调和质调两种调节方式 量调就是根据负荷的变化 调节冷冻水泵的开启台 数 或通过水泵的变频进行水量调节 然后根据冷源系统总负荷量 供回水温差与总流量 的相乘 进行冷水机组台数控制 质调就是调节冷冻水的出口温度 一般在低负荷的情况 下 适当将冷机的出口温度提高几度 实现机组最优启停时间控制 使设备交替运行 优 化设备的运行时间 以某一大楼为例 冷冻站系统中有四台冷冻机组 5 台冷冻水泵 备用一台 5 台冷 却水泵 备用 1 台 4 个冷却塔及膨胀水箱 采用楼宇自控系统通过安装在冷冻机房内 的直接数字控制器 DDC 来完成对冷冻机组的控制要求 对冷水机组 冷冻水泵 冷却水泵 冷却塔风机 冷却塔进水阀及相关的设备实现联动控制 同时监视其运行状态及故障状态 检测冷冻水供回水温度 供回水压力和流量 冷却水进回水温度 压力 计算空调系统的 冷负荷 实现联动控制 冷冻水阀门开 冷冻水循环水泵开 延时 1 分钟 冷却水阀门开 冷却水循环水泵 开 冷却塔风扇开 冷水主机开 联动停止顺序 冷水主机关 延时 5 分钟 冷却塔风扇关 冷却水循环水泵关 延时 20 分钟 冷 却水阀门关 冷冻水循环水泵关 冷冻水阀门关 除了上述的严格连锁外 在运行过程中 为了保护冷冻机 一旦冷冻水泵发生意外 水泵停止运行 冷冻机必须停止运行 冷却水泵也必须停止运行 楼宇自控系统完成上述的基本功能外 更主要对冷冻机实现优化控制 中央站采集现 场 DDC 的数据进行统筹计算 不断分析确定每一时间段大楼负荷实际情况 确定冷机运行 台数 通过通信模式对现场 DDC 发命令 目前着重解决下列问题 如何确定冷水机组运行初始台数 在系统投入初期由人工手动设定系统运行的冷水机组初始运行台数 系统自动记录所 有操作当日的气候条件以及逐时的冷量负荷 并开始执行负荷预测和优化控制软件 在积 累到一定程度以后 监控系统将按照负荷预测结果 并对之前的气候条件 负荷情况以及 系统运行数据的经验数据进行分析 取得一定规律 并逐渐实现对冷水机组系统运行控制 进行优化 从而确定冷水机组运行的初始台数 如何实现冷水机组运行台数的增减控制 第一 增开冷水机组控制方法 当系统负荷增加 监控系统监测到供回水两端的压差减少 冷冻水量增加 此时机组 根据自身负荷能进行调节 当该台冷水机组的系统负荷上升到其电流百分比 FLA 的 95 时 可根据实际情况调整 则说明单台机组的满载运行和水泵的满载运行已不足以满足系 统负荷值 且冷冻水出水温度不会稳定在出水温度设定值上 这样第二台机组的电动阀门 马上开启 经过一定的阀门开启时间之后 第二台机组迅速开启 下面的 K 计算很突兀 应该明确是什么样的规则 从而判定开启 其中 T CHWT CHWT STP CHWT 冷冻水出水温度 CHWT STP 冷冻水出水温度的设定值 7 即设定冷冻水出水温度值为 7 当 T 0 3 可根据实际情况调整 时 同时冷 水机组的电流百分比 FLA 95 时 第二台机组 运行时间最短的 自动开启 第二 自动减机策略 假设两台机组正在运行 当系统负荷变小时 供回水二端的压差增加 即反应到机组 的负荷相应减小 当两台机组的负荷总量仅有甚至小于一台机组的负荷总量时 设两台机 组的 FLA 50 可根据实际情况调整 冷水机组群控系统适当延时后关掉其中一台机 组 以使得另一台机组在高负荷效率状况下运行同时满足负荷的要求 根据冷水机组的综 合效率曲线 将冷水机组控制在最佳能效范围内运行 是冷水机组群控的目的 3 智能楼宇设备自动化系统的最新发展趋势 最初 人们在大楼里引进自动控制的目的 在于解决一些具体的实际问题 温度的控 制 设备的启动 随着大楼的智能设备不断增多 自动控制系统局限性不断显现出来了 第一 传统的楼宇系统还是一个相对封闭的系统 表现在通信协议上 各厂家还是各自为 政 互不兼容 系统设备之间的连接不能做到无缝连接 因此 对于一个封闭的系统来说 要将大楼内的所有设备集成在一个系统平台上将会有很多的工作要做 不仅成本高 而且 性能差 第二 由于系统是封闭的 从设计 供货 安装 调试 升级只能由厂家垄断 业主无能为力 只能被动接受 因此 初投资将得不到保护 第三 当今世界计算机的发 展日新月异 产品的更新周期越来越短 楼宇自控的新产品也必将层出不穷 对于一个封 闭系统来说 产品的更新必将受到厂家的抵制和垄断 阻止技术的发展 实际上以低成本 跟踪先进技术的发展是不可能的 因此 采用开放的 标准的通信协议是楼宇自控系统的发展趋势 需要所有厂家共同 执行 才能彻底改变现状 真正意义上