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1 第7章建筑基本设备及其控制特性 2 第7章建筑基本设备及其控制特性 7 1供配电系统7 1 1典型建筑供配电系统7 1 2应急发电系统7 1 3供配电设备监控7 1 4供配电系统设计方案实例7 2照明系统7 2 1建筑照明设计7 2 2建筑照明设备7 2 3照明控制7 2 4智能照明控制系统7 3空调与冷热源系统7 3 1空气的物理性质7 3 2空气调节原理7 3 3空气处理的方法和设备7 3 4冷热源系统7 3 5空气调节系统7 3 6空调运行控制方式7 3 7冷热源系统的监控7 4给排水系统7 4 1供水系统7 4 2排水系统 3 本章导读 建筑智能化首先是从楼宇建筑设备自动化开始的 智能化建筑中的机电设备和设施就是楼宇自动化系统的对象和环境 因此 我们有必要认识和掌握这些机电设备和设施的运行规律和控制特性 只有这样 才能设计出方案优秀的楼宇自动化系统 实现其全局的优化控制和管理 本章重点对供配电系统 照明系统 空调及冷热源系统 给排水系统的设备运行规律和控制特性进行了阐述 本章的难点在于这些系统设备种类很多 涉及多个学科和应用领域 要全面掌握所学需要有宽广的知识面基础 第7章建筑基本设备及其控制特性 4 7 1供配电系统 第7章建筑基本设备及其控制特性 电力是现代文明的基础 没有电力就没有电气化和信息化 一所建筑如果没有自备发电机 则供配电系统就是其最主要的能源来源 一旦供电中断 建筑内的大部分电气化和信息化系统将立即瘫痪 因此 可靠和连续的供电是智能建筑得以正常运转的前提 与常规的供配电系统相比 智能化的供配电系统应能自动 连续 实时地监控所有变 配电设备的运行 故障状态和运行参数 还应具有故障的自动应急处理能力 5 供电系统的主结线 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 图7 1常用的高压供电方案 7 1 1典型建筑供配电系统 6 双电源主结线方案 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 图7 2双电源主结线方案 7 1 1典型建筑供配电系统 7 低压配电的结线方式 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 图7 4低压配电方案 7 1 1典型建筑供配电系统 8 发电机组运行流程图 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 图7 5发电机组运行流程图 7 1 2应急发电系统 9 发电机组供电系统设计 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 图7 6一路市电后备与一路自备电源的配电系统图 7 1 2应急发电系统 10 两路市电与自备电源 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 图7 7两路市电与自备电源的配电系统图 7 1 2应急发电系统 11 供配电设备监控系统所能具备的功能 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 7 1 3供配电设备监控 1 运行状态监测 2 运行参数的监测 3 故障报警事件的监测 4 运行参数 故障及操作记录的管理 存档及分析 5 断路器的通断控制 6 进线掉电故障的自动应急处理 7 自动控制功能 8 自动调节功能 12 供配电设备监控系统的构成 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 7 1 3供配电设备监控 供配电设备监控系统一般采用集散系统结构 可分为三层 现场I O 控制层和管理层 图7 8供配电设备监控系统的构成 13 现场I O 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 7 1 3供配电设备监控 现场I O可以是智能型断路器 远程数据采集模块 RTU和综合电力测控仪等 如图7 9所示 图7 9现场I O设备 14 7 1 4供配电系统设计方案实例 第7章建筑基本设备及其控制特性7 1供配电系统 图7 10某医院外科综合楼供电系统方案 15 照明设计的一般步骤 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 1建筑照明设计 1 确定照明方式 照明种类 照度设计标准 2 确定光源及灯具类型 并进行布置 3 进行照度计算 并确定光源的安装功率 4 确定照明的配电系统 5 线路计算 包括负荷 电压损失计算 机械强度校验 功率因数补偿计算等 确定导线型号 规格及敷设方式 6 确定智能照明控制系统方案 选择控制设备及其安装位置等 7 绘制照明平面布置图 同时汇总安装容量 列出主要设备及材料清单等 16 常用的光度量 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 1建筑照明设计 1 光通量 光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并能使人眼产生光感的能量 称为光通量 用符号 表示 单位为流明 lm 2 发光强度 光强 光源在空间某一方向上单位立方体角内发射的光通量称为光源在这一方向上的发光强度 简称为光强 以符号I表示 单位为坎德拉 符号为cd 3 照度 照度用来表示被照面上被光源照射的强弱程度 以被照面上单位面积所接受的光通量来表示 照度以E表示 单位是勒克斯 符号为Lx 4 发光效率 发光效率是描述光源的质量和经济效益的光学量 它反映了光源在消耗单位能量的同时辐射出光通量的多少 单位是流明每瓦 lm W 5 光源色温 某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度 6 光源的显色指数 将人工待测光源下的颜色同在日光下的颜色相比较 其显示同色能力的强弱定义为该人工光源的显色性 17 天然光源和常见人工光源的色温 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 1建筑照明设计 18 部分电光源的色温及显色指数 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 1建筑照明设计 19 照明方式和种类 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 1建筑照明设计 一般照明 在整个场所或场所的某部分照度基本上均匀的照明 对于工作位置密度很大而对光照方向又无特殊要求 或工艺上不适宜装设局部照明装置的场所 宜单独使用一般照明 局部照明 局限于工作部位的固定的或移动的照明 对于局部地点需要高照度并对照射方向有要求时 宜采用局部照明 混合照明 一般照明与局部照明共同组成的照明 按照明的功能可分 工作照明 事故应急照明 值班照明 警卫照明 障碍照明 广告艺术照明 20 照明配电线路 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 1建筑照明设计 图7 11照明配电线路 21 照明光源 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 2建筑照明设备 图7 12电光源分类 22 常用照明电光源的主要特性1 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 2建筑照明设备 23 常用照明电光源的主要特性2 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 2建筑照明设备 24 照明灯具 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 2建筑照明设备 照明灯具是透光 分配和改变光源光分布的器具 包括除光源外所有用于固定和保护光源的全部零 部件以及与电源连接所必需的线路附件 照明灯具对节约能源 保护环境和提高照明质量具有重要的作用 灯具的作用 1 控光作用 2 保护光源的作用 3 安全作用 4 美化环境作用 常用灯具 1 壁灯 2 吸顶灯 3 嵌入式灯 4 吊灯 25 热辐射光源控制特性 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 图7 13热辐射光源的控制特性 26 气体放电发光光源控制特性 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 图7 14电感式镇流器荧光灯线路图和工作过程 27 电子荧光灯与电感荧光灯节电比较表 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 28 高频交流电子型镇流器 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 图7 15高频交流电子型镇流器的原理 高频交流电子型镇流器实际上是一种交 交逆变电源 将荧光灯的交流工作电源从50Hz变换到20 50KHz 频率提高后 电感元件容量大大减小 从H降低到mH的水平 体积和重量都可以做得很小 29 荧光灯的调光控制 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 30 荧光灯的模拟调光系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 图7 16模拟调光系统 31 数字可寻址照明接口 DALI 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 32 照明控制方式 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 图7 18双控及多程开关原理 33 照明智能控制方式 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 3照明控制 智能控制方式能实现场景预设 亮度调节 软启动软关断等复杂的照明控制功能 智能控制方式不仅能营造室内舒适的视觉环境 更能节约大量能源 1 使照明系统运行在全自动状态 2 照明设备的联动功能 3 可观的节能效果 4 延长灯具寿命 5 提高管理水平 减少维护费用 34 C BUS智能照明控制系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 4智能照明控制系统 图7 19C BUS智能照明控制系统结构图 35 C Bus系统采用 自由拓扑结构 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 4智能照明控制系统 图7 20C BUS自由拓扑结构图 36 i bus智能照明控制系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 4智能照明控制系统 图7 21i bus结构图 37 i bus智能照明控制系统结构图 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 4智能照明控制系统 图7 22i bus智能照明控制系统结构图 38 DALI智能照明控制系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 4智能照明控制系统 图7 23DALI系统的虚地址编址 39 DALI单区域智能照明控制系统结构图 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 4智能照明控制系统 图7 24DALI单区域智能照明控制系统结构图 40 DALI多区域智能照明控制系统结构图 第7章建筑基本设备及其控制特性7 2照明系统 7 2 4智能照明控制系统 图7 25DALI多区域智能照明控制系统结构图 41 空气的状态参数 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 1空气的物理性质 图7 26t d Pc关系图 42 空气的状态参数关系 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 1空气的物理性质 图7 27t Pc关系图 43 等Pc加热升温过程 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 2空气调节原理 图7 28等Pc加热升温过程 空气调节的过程实际上是空气从一个状态变化到另一个状态的过程 当被调节的空气状态 温度 相对湿度 偏离了设定值时 就需要进行空气调节 44 等Pc冷却降温 和结露降温 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 2空气调节原理 图7 29两种降温过程 45 空气状态调节过程 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 2空气调节原理 图7 30空气状态调节过程 46 空气调节处理流程 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 2空气调节原理 图7 31空气调节处理流程 47 冬季新空气加热加湿处理 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 2空气调节原理 图7 32冬季新空气加热加湿处理 48 夏季新空气减温去湿处理 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 2空气调节原理 图7 33夏季新空气减温去湿处理 49 去湿处理 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 2空气调节原理 图7 34抽湿机的运行工况 50 空气加热方法 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 3空气处理的方法和设备 图7 35肋管式空气加热器原理 空调系统中所用的加热器一般是以热水或蒸汽为热媒的表面式空气加热器和电热丝发热加热器 51 空气的降温方法 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 3空气处理的方法和设备 空气的降温可以通过表冷器来实现 与空气加热器结构类似 表冷器也都是肋片管式换热器 表冷器与加热器的工作原理类似 表冷器的安装与以热水为媒的空气加热器安装方式基本相同 但表冷器下部应设积水盘 用来收集空气被表冷器冷却后产生的冷凝水 表冷器内流动的冷媒有制冷剂和冷水 深井水 冷冻水 盐水等 二种 以制冷剂为冷媒的表冷器称为直接蒸发式表冷器 又称蒸发器 多用于局部的分体空调中 以冷水作为冷媒的表冷器称为水冷表冷器 多用于集中式空调系统和半集中式空调系统的末端设备中 52 空气的加湿方法 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 3空气处理的方法和设备 在空调系统中一般均采用向空气中喷蒸汽的办法进行加湿 常用的喷蒸汽加湿方法有干蒸汽加湿和电加湿两种 干蒸汽加湿是将由锅炉房送来的具有一定压力的蒸汽由蒸汽加湿器均匀地喷入空气中 而电加湿则是用于加湿量较小的机组或系统中 53 空气减湿处理方法 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 3空气处理的方法和设备 空气减湿处理的主要方法可以分为四种 即加热通风法减湿 冷却减湿 液体吸湿剂吸收减湿和固体吸湿剂吸附减湿 冷却减湿是空调系统中常用的方法 使表冷器的温度低于空气的露点温度运行 空气中的一部分水蒸气将凝结出来 此时表冷器处于湿工况 从而达到对空气进行降温减湿处理的目的 54 喷水室是一种多功能的空气调节设备 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 3空气处理的方法和设备 图7 36喷水室结构图 55 压缩式制冷方式 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 4冷热源系统 图7 37压缩式制冷机原理图 56 热量传递过程 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 4冷热源系统 图7 40空调系统热量传递原理 57 溴化锂吸收式制冷方式 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 4冷热源系统 图7 41溴化锂吸收式制冷机的原理 58 直燃吸收式溴化锂冷热水机组 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 4冷热源系统 图7 42直燃吸收式溴化锂冷热水机组实物图 59 直燃吸收式溴化锂冷热水机组原理 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 4冷热源系统 图7 43直燃吸收式溴化锂冷热水机组原理图 60 太阳能非电空调机组 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 4冷热源系统 图7 44太阳能非电空调机组原理图 61 冷 热 电联产系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 4冷热源系统 图7 45冷 热 电联产系统 62 燃气发动机驱动热泵系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 4冷热源系统 图7 46燃气发动机驱动热泵系统 63 空调系统组成 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 5空气调节系统 图7 47空调系统组成 一般空调系统包括进风 过滤 热湿处理 输送和分配 冷热源几部分 64 集中空调系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 5空气调节系统 图7 48集中式空调系统 集中空调系统的所有空气处理设备 包括风机 冷却器 加热器 加湿器 过滤器等 都设在一个集中的空调机房内 65 半集中空调系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 5空气调节系统 图7 49半集中式空调系统 在半集中空调系统中 除了集中空调机房外 还设有分散在被调节房间的二次设备 又称未端装置 这种也是智能建筑应用最广泛的空调系统方式 66 集中供冷 热 分散控制式空调系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 5空气调节系统 图7 50集中供冷 热 分散控制式空调系统 还有一类全分散空调系统如图7 50所示 是集中供冷 热 分散控制式空调系统 在大型建筑群的空调系统中多有应用 67 大学城集中供冷 分散控制式空调系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 5空气调节系统 图7 51某大学城集中供冷 分散控制式空调系统 68 两管制冷热水系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 5空气调节系统 图7 52两管制冷热水系统 两管制冷热水系统如图7 52所示 系统给末端空调机组 FCU输送冷 热水的管路只有供水和回水管路 系统不能同时给末端空调机组 FCU既输送冷水又输送热水 69 四管制冷热水系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 5空气调节系统 图7 53四管制冷热水系统 四管制冷热水系统如图7 53所示 系统给末端空调机组 FCU输送冷 热水的管路由四条总管 分别是供冷水管 回冷水管 供热水管 回热水管 系统能同时给末端空调机组 FCU既输送冷水又输送热水 70 集中式空调运行控制 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 6空调运行控制方式 图7 54中央空调系统的运行方式 集中式空调系统又称之为中央空调系统 按照所处理空气的来源 集中式空调系统可分为封闭式系统 直流式系统和混合式系统 71 末端调节变风量系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 6空调运行控制方式 图7 55末端调节变风量系统图 TRAV TerminalRegulationAirVolume 如图7 55所示 根据末端风量的变化实时控制送风机 末端装置 VAVBox 随室内负荷的变化自动调节风量维持室温 72 集中式空调的空气热湿处理系统 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 6空调运行控制方式 图7 56空气热湿处理系统框图 系统主要由风门驱动器 风管式温度传感器 湿度传感器 压差报警开关 二通电动调节阀 压力传感器以及现场控制器等组成 73 半集中式空调运行控制 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 6空调运行控制方式 图7 57半集中式空调运行方式 半集中式空调中的新风机组一般采用定风量控制方法 未端风机盘管可采用CAV VAV控制方法 系统运行控制方式如图7 57所示 74 FCU定风量控制系统框图 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 6空调运行控制方式 图7 58FCU定风量控制系统框图 75 冷源系统的监控 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 7冷热源系统的监控 图7 59冷源系统图 76 热源系统的监控 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 7冷热源系统的监控 图7 60热源系统图 77 冷量和热量计量 第7章建筑基本设备及其控制特性7 3空调与冷热源系统 7 3 7冷热源系统的监控 集中空调系统的冷量和热量计量和我国北方地区的采暖热计量一样 是一项重要的建筑节能措施 空调按用户实际用量收费是今后的一个发展趋势 它不仅能够降低空调运行能耗 也能够有效地提高公共建筑的能源管理水平 78 重力给