智能建筑的建筑设备自动化1

1、1.1 空调和冷热源系统监控要求1.1.1 一次回风系统1.1.1.1 一次回风系统空调原理一次回风系统即传统的空调系统，是最常见的空调系统形式。一次回风系统的装置图式和在i-d图上的表示如图1-1所示： （a） （b） 图1-1 一次回风系统（a）系统图示 （b）i-d图上的表示其中：w是室外状态点，决定于室外的气象条件，一般以平均每年不保证50小时的室外干球温度和湿球温度来代表。n是室内状态点，决定于室内规定的温湿度条件。c是混风点，nc与nw的比值代表新风比，即新风在送风量中的比例。l点是机器露点，o点是空调送风状态点。空气处理过程的流程是：室内回风与新风在空调箱进行混合，通过喷淋室或表

2、面式冷却器将混合后的空气处理到l点，经加热到达o点，对室内进行送风。o点处在室内空气的热湿比线上，送风温差dt的大小由空调精度来确定。1.1.1.2 一次回风系统控制原理图图1-2 一次回风系统控制原理图一次回风系统控制原理图如图1-2所示，从左至右：室外温度监测：室外空气温度信号，ai室外湿度监测：室外空气相对湿度信号，ai以空气温度、相对湿度为输入值，可以计算出空气的焓值和含湿量（如honewell的湿度和焓值（h，x）控制器完成此功能），从而实现节能运行（如honewell的节能器控制，eco）。风阀控制：根据室内外空气的焓值比较来决定新风阀、回风阀和排风阀的开度，信号为ao，在冬季和夏

3、季采用最小新风比，在过渡季采用全新风，这样可以提高室内空气质量并节省运行能耗。 过滤器堵塞报警：过滤器两端压差达到规定限制时，发出开关信号 ， di。 盘管水阀控制：根据送风温度控制电动两通阀的开度，信号为ao。 加湿器阀门控制：根据室内或送风相对湿度控制电动两通阀的开度，信号为ao，用于 冬季。 回风机状态监测：根据风机两侧压差比较，发出运行或停止状态信号，di。 送风机状态监测：根据风机两侧压差比较，发出运行或停止状态信号，di。 送回风机控制：自动启停，信号为do。 室内温度监测：室内空气温度信号，ai。 室内湿度监测：室内空气湿度信号，ai。 室内co2浓度监测：室内co2浓度信号，a

4、i。co2浓度的监测值可以直接用于控制新风阀的开度，保证最小新风量的供给。1.1.1.3 典型一次回风系统监控功能要求（1）室外空气温度、相对湿度监测；（2）室内温湿度监测（如系统较小，可用回风温湿度代替室内温湿度。）；（3）送风温度、相对湿度监测；（4）新风阀阀位的监测和控制；（5）回风阀阀位的监测和控制；（6）排风阀阀位的监测和控制；（7）过滤器两端压差监测；（8）冷水盘管冷水调节阀阀位控制，水温监测；（9）热水盘管热水调节阀阀位控制，水温监测；（10）加湿器调节阀阀位控制；（11）送风机风机状态、电机故障监测和风机启停控制；（12）回风机风机状态、电机故障监测和风机启停控制；（13）风阀

5、、水阀和蒸汽阀门的控制，一般采用pi调节。房间温湿度的控制可采用串级调节：根据房间温度的变化确定送风参数的设定值，根据送风参数设定值与实测值的偏差，用冷水盘管或热水盘管控制送风温度，用加湿器控制送风的含湿量值。（14）随着季节变化，室内参数的设定和新风比的控制，应能实现最大限度的节能。（15）开关逻辑：先开送风机，后启动回风机。一旦防火阀关闭，立即停止送、回风机的运行并报警。启动时，先开水阀，再开风阀，然后启动风机。停机时，按相反顺序进行。（16）中央控制管理机功能：显示：风机，风阀，水阀，新风，送风，室内空气等运行状态；报警：过滤器压差过大，送风温度超过低限，风机电机过载停机等；设定：修改送

6、风参数、室内参数设定值，风机启停时间程序。时间程序包括对工作时间与下班时间，周日与周末以及节日进行设定；控制：中央控制管理机应能对设备进行直接控制；记录和打印：设定和运行参数，积累和分析运行数据。1.1.1.4 典型一次回风系统监控点一览表 典型一次回风系统监控点一览表 表1-1序号 描述 监控点类型 ai di ao do1新风温湿度22室内温湿度23送风温湿度24新风阀115回风阀116排风阀117过滤器18冷水盘管219热水盘管2110加湿器111送风机2112回风机21小计13562注：表1-1可供参考，具体工程应结合产品情况和项目标准，通过技术和经济比较，最后确定监控点的数量和类型。

7、1.1.2 新风系统1.1.2.1 新风系统控制原理图图1-3是新风系统控制原理图。图1-3 新风系统控制原理图新风阀不用来调节风量，仅为冬季停机后防止盘管冻结用，因此可选择通断式风阀控制器，通过一路do通道来控制，当输出为高电平时，风阀控制器打开风阀，低电平时关闭风阀。为了解风阀的实际状态，可以将风阀控制器中的全开限位开关和全关限位开关通过2个di输入通道接入ddc。过滤器两侧一般不采用可连续输出的微压差传感器，而采用微压差开关监视过滤器两侧压差，通过一个di通道接入ddc。表冷器盘管夏季通入冷水对新风降温除湿，冬季通入热水对空气加热。水阀采用连续可调的电动调节阀，根据送风温度的监测，通过a

8、o通道对阀门的开度进行控制，在盘管出口安装水温传感器，测量出口水温，一方面供控制机用来确定是热水还是冷水，以自动进行工况转换；同时还可以在冬季用来监测热水供应情况：当某种原因造成热水温度降低或热水停止供应时，为了防止机组内温度过低，冻裂盘管，应自动停止风机，同时关闭新风阀门，当热水恢复供应时，应能重新启动风机，打开新风阀，恢复机组的正常工作。加湿器用于冬季对新风加湿，可采用一个电动调节阀来调节干蒸汽加湿器的蒸汽量，使风机出口空气的相对湿度达到设定值。送风机由一路di信号监测风机的启停状态，由一路do信号控制风机的启停。在风机出口处对空气的温度和相对湿度进行监测，以便了解机组是否将新风处理到所要

9、求的状态，并以此控制盘管水阀和加湿器调节阀。新风机的控制策略，开关逻辑和控制时间表等，与一次回风系统一样，也有类似的考虑和安排。当具体进行空调系统自控设计时，应审慎地进行技术和经济比较，最后确定监控点的类型和数量并选择产品，不同厂家的控制产品显然将最终影响空调系统自动控制的经济和技术效果。1.1.2.2典型新风系统监控功能要求（1）监测和控制新风阀开关状态；（2）监测过滤器两侧压差；（3）监测冷热水盘管进出口水温；（4）控制冷热水电动调节阀，保持送风温度，一般为pi调节；（5）控制加湿器电动调节阀，保持送风含湿量值，一般为pi调节；（6）监测和控制风机启停，故障监测；（7）监测送风温度、相对湿

10、度；（8）监测室外空气温度、相对湿度；（9）新风风阀与送风机连锁。开风机后开新风阀，关风机后关闭新风阀。（10）当机组内温度过低时（如盘管出口水温低于5或送风温度低于10），为防止水盘管冻裂，应停止风机，并关闭新风阀。（11）中央控制管理机功能：显示新风机，风阀，水阀，送风，新风等运行状态；过滤器压差过大，送风温度超过低限，风机电机过载停机等超限报警；通过中央管理机修改送风参数设定值，启停风机；记录、打印运行状态，积累、分析运行数据。1.1.2.3典型新风系统监控点一览表 典型新风系统监控点一览表 表1-2序号 描述 监控点类型 ai di ao do1新风阀12过滤器13冷热水盘管进出水温2

11、4冷热水调节阀15加湿器调节阀16风机217送风温湿度28新风温湿度2小计6422注：表1-2可供参考，具体工程应结合产品情况和项目标准，通过技术和经济比较，最后确定监控点的数量和类型。1.1.3 风机盘管系统风机盘管机组的局部调节，包括风量调节，水量调节和旁通风门调节等三种常用调节方法。设计者可根据使用要求，对风机盘管机组设备进行选择。风量调节通常分高、中、低三档调节风机转速以改变通过盘管的风量。风量调节一般由使用者就地手动控制。水量调节可采用两通阀变流量调节，亦可采用三通阀分流调节；房间温度控制器可选用双位调节，亦可选用连续比例调节。风机盘管的冷水系统，应根据系统的水量调节情况，自动控制水

12、泵转速或台数。风机启停与电动水阀联锁。当房间设有节能钥匙系统时，风机盘管宜与节能钥匙联锁。风机盘管系统的全年运行调节，与新风系统承担负荷情况和运行方式有关，其节能控制应结合新风系统和冷水系统的控制综合考虑。1.1.4 热水交换器1.1.4.1 蒸汽热水换热器的监控热水交换器控制原理图如图1-4。图1-4 热水交换器控制原理图监测：蒸汽温度，供水温度，供水压力，供水流量，回水温度，回水压力控制：根据供水温度检测值与设定值的差值，控制蒸汽调节阀的开度。根据回水压力检测，控制旁通阀的开度，以实现热水供应压力在设定范围内。根据负荷（温差+流量）控制加压泵的运行台数，以实现节能。水泵停止后应自动关闭蒸汽

13、阀。报警：温度、压力过限报警，水泵故障报警中央集中管理：状态显示，参数设定，报警，显示打印。1.1.4.2以高温水为热源的热水制备系统的监控高温水侧监测供水和回水温度、流量，从而可得到热网供应热量的瞬时值。不断累计，可以得到逐日和全年的耗热量。此外，高温水水侧还测量供水和回水压力，以监测外网压力状况。生活热水回路测量供水温度、流量，用来控制高温水侧电动阀，以适应生活热水供应温度不变但流量波动的变化。供暖系统测量供水和回水温度，以此为基础控制电动调节阀以调节高温水侧流量。空调热水系统测量供水和回水温度，一般维持供水温度为常值，以此控制高温水侧的电动调节阀。1.1.5 冷水机组1.1.5.1 冷水

14、机组控制原理图冷水机组控制原理图如图1-5。图1-5 冷水机组控制原理图监测：冷冻水供回水温度、压力，回水流量，冷冻水泵的状态、故障、水流冷却水供回水温度，冷却水泵的状态、故障、水流，冷水机组的状态、故障，冷却塔风扇的状态、故障。控制：根据供回水温差、流量，计算冷负荷的变化量，以控制冷水机组投入运行台数。根据冷冻水压差检测值，调节旁通阀开度，以保证水力状况稳定。报警：检测参数过限，水流开关，设备故障。中央集中管理：状态显示，参数设定，报警，显示打印。1.1.5.2冷水机组的监控典型冷冻机组的监控内容如下：监测参数：蒸发器进出口温度，冷凝器进出口温度，压缩机进气和排气的压力和温度，油泵出口压力，

15、冷凝器水流开关，蒸发器水流开关。控制参数：根据命令启停压缩机，根据冷冻机出口设定值调整压缩机入口导叶。设定参数：冷冻水出口温度。目前用于集中空调的冷冻机大多数带有以计算机为核心的单元控制器。有些控制器同时还完成一部分冷却水系统、冷冻水系统等辅助系统的监控。还有些冷冻机的供应商同时提供冷冻站的集中控制器，对几台冷冻机及其辅助系统实行统一的监测控制和能量调节。当考虑冷水机组的监控时，如何把冷冻机自己配备的单元控制器与设计中的bas系统进行信息交换，是需要解决的一个重要问题。一些知名厂商，如honeywell，做了大量工作，可以把一些知名的不同厂商的设备联入系统。ashrae于1995年推出楼宇自动

16、化的通讯标准bacnet，推荐lontalk作为通讯协议。是值得重视的一个发展方向。1.1.5.3 冷却水系统的监控每台冷却塔风机通过计算机进行启停控制：启停台数根据冷冻机开启台数、室外温湿度、冷却水温度、冷却水泵开启台数来确定。每台冷却塔进水管上可安装电动阀，在出水管上设温度测点。监测水温可以确定冷却塔的工作情况，根据各台冷却塔出水温差，可以对各台的流量进行调节，以便分配均匀，保证各冷却塔都达到最大出力。当夜间或春秋季室外气温低，冷却水温度低于冷冻机要求的最低温度时，可以通过启停冷却塔台数，改变冷却塔风机转速，或适当打开混水阀，使一部分从冷凝器出来的水与从冷却塔回来的水混合，以调整进入冷凝器

17、的水温。1.1.5.4冷冻水系统的监控对于一级泵系统，为了保证蒸发器中通过足够的水量以使蒸发器正常工作，要使蒸发器前后压差维持定值这可以通过调节电动旁通阀来实现。冷冻机启停台数，通过判断冷水用户的负荷状况（亦即回水温度的变化）来确定。对于双级泵系统，根据冷冻机启停控制循环泵（仅提供克服蒸发器及周围管件的阻力）的启停；根据用户用水量控制加压泵（用于克服用户支路及相应管道阻力）。为了节省加压泵电耗，可以根据用户侧最不利端进回水压差p来调整加压泵开启台数或通过变频器改变其转速。1.1.6 热泵机组1.1.6.1 热泵机组控制原理图热泵机组控制原理图如图1-6。监测：供回水温度、压力，供水水流状态，热

18、泵机组运行状态，水泵启/停状态控制：根据供回水温度，控制运行台数。根据供回水压力，控制旁通阀，以保持水力稳定。热泵机组与水泵一对一方式运行，开机时先水泵后热泵机组，关机时顺序相反。报警：参数过限，水流开关，设备故障。中央集中管理：状态显示，参数设定，报警，显示打印。图1-6 热泵机组控制原理图1.1.7 参考资料：【1】施鉴诺，日本东京新宿ns大楼空调计算机控制系统简介，“暖通空调”，1984 1；【2】施鉴诺，设计型专家系统的研制及系统简介，“暖通空调”，1994 no.6;【3】龙惟定，智能化大楼：对暖通空调的挑战，“暖通空调”，1996 no.6;【4】1995 ashrae appli

19、cations handbook；【5】暖通规范管理组，暖通空调设计规范专题说明选编，中国计划出版社，1990；【6】施鉴诺等，暖通计算机方法，建工出版社，1985；【7】施鉴诺译，一栋超节能大厦，世界建筑，1983年第六期；【8】施鉴诺译，利用建筑物蓄热性能以期减少冷负荷，“暖通空调”，1980 no.4；【9】黄昱等，建筑节能技术与中国公寓式住宅的能耗问题，世界建筑，1983年第一期；【10】施鉴诺等，北京民用建筑的冬季室内气候，cib“healthy buildings”会议，1988 9月，斯德哥尔摩【11】丁高，空调系统ddc控制设计，“暖通空调”，1994 3；【12】金元昕，分布式微机控制系统在橡胶厂空调工程中的应用，“暖通空调”，1996 1；【13】刘天川，变风量空调系统应用探讨，“暖通空调”，1995 4；【14】国家标准，采暖通风与空气调节设计规范，gbj 19-87；【15】刘跃浩，空调与供热的自动化，天津大学出版社，1993年8月；【16】at&t（中国）有限公司,霍尼韦尔中国公司,建设智能大厦的最佳伙伴；【17】霍尼韦尔中国业务组, 霍尼韦尔在中国；【18】霍尼韦尔公司，建筑