綠色建筑中樓宇自控系統(tǒng)的應(yīng)用及前景分析

黃 芳 北京國(guó)信鑫業(yè)工程咨詢有限責(zé)任公司上海分公司，上海 200070

綠色建筑在國(guó)內(nèi)的建筑行業(yè)成為了節(jié)能減排的主流，而樓宇自控系統(tǒng)以它優(yōu)越的條件在綠色建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。為了達(dá)到節(jié)能減排、和諧發(fā)展的目標(biāo)，樓宇自控系統(tǒng)的應(yīng)用促進(jìn)了綠色建筑的智能化發(fā)展，通過建筑物的自控化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了綠色建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

1 樓宇自控系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)

1.1 概念

樓宇自控系統(tǒng)(BAS)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制等多種技術(shù)對(duì)建筑中的機(jī)電設(shè)備如空調(diào)、通風(fēng)、照明、供配電、給排水以及電梯等設(shè)備進(jìn)行有效的自動(dòng)化控制，最終達(dá)到建筑設(shè)施更有利于人們居住的要求。

1.2 系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.2.1 節(jié)省能源

現(xiàn)代建筑物消耗能源非常大，建筑物的能耗占整個(gè)能耗的三分之一以上。樓宇自控系統(tǒng)充分利用了先進(jìn)的焓值最佳控制、自動(dòng)照度控制、最優(yōu)設(shè)備啟停控制等有效節(jié)能措施后，極大的減少了建筑物的能耗。

1.2.2 節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本

樓宇自控系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)集中控制的，大大的減少操作人員和設(shè)備維護(hù)人員，很多控制都是系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的編程程序進(jìn)行，減少了管理人員的監(jiān)督，節(jié)省了大量的人力。以及通過一些節(jié)能管理方案，在滿足建筑環(huán)境舒適性的條件下，進(jìn)一步降低日常營(yíng)運(yùn)支出，節(jié)能建筑的運(yùn)行成本，提供效益。

1.2.3 延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命

樓宇自控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑設(shè)備的運(yùn)行狀況，通過程序控制實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的使用時(shí)間，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和定期提示維護(hù)、保養(yǎng)，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用，進(jìn)一步提高投資回報(bào)效果。

2 綠色建筑中的監(jiān)控系統(tǒng)及案例分析

樓宇自控系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況、能量的變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行及時(shí)的掌控，節(jié)省了大量的人力資源。樓宇自控系統(tǒng)有很多的綜合功能，這些功能有對(duì)建筑各個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視和控制;對(duì)系統(tǒng)的即時(shí)運(yùn)行參數(shù)通過圖像表現(xiàn)出來;打印各系統(tǒng)的表格，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備維護(hù)周期和保養(yǎng)管理情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等。

系統(tǒng)是以中央管理工作站為核心，由網(wǎng)絡(luò)控制器、現(xiàn)場(chǎng)控制器、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成。下面以蘇寧·天御國(guó)際廣場(chǎng)項(xiàng)目進(jìn)行案例分析。蘇寧·天御國(guó)際廣場(chǎng)是集寫字樓、酒店、餐飲于一體的現(xiàn)在化商業(yè)綜合體，項(xiàng)目按寫字樓和酒店功能區(qū)設(shè)置了2 套獨(dú)立的樓宇自控系統(tǒng)，本論文僅對(duì)寫字樓辦公部分進(jìn)行詳細(xì)分析。

辦公樓中設(shè)計(jì)大量的空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、變配電設(shè)備等機(jī)電設(shè)備，這些設(shè)備分散在辦公樓的各個(gè)樓層，利用樓宇自控系統(tǒng)進(jìn)行分散管理集中控制，最終達(dá)到各種系統(tǒng)有序的工作。辦公部分BAS 監(jiān)控點(diǎn)位設(shè)計(jì)了2200 個(gè)物理監(jiān)控點(diǎn)。

具體監(jiān)控系統(tǒng)如下:

2.1 冷熱源系統(tǒng)

蘇寧·天御國(guó)際廣場(chǎng)項(xiàng)目辦公區(qū)的設(shè)計(jì)了4 套獨(dú)立的冷熱源系統(tǒng)，設(shè)置情況如下:地下室商業(yè)用房+A1#樓商業(yè)區(qū)域+A2#樓商業(yè)區(qū)域采用2 臺(tái)空氣源熱泵型冷溫水機(jī)組;地下室健身會(huì)所+B1#樓商業(yè)區(qū)域+B2#樓商業(yè)區(qū)域+B3#樓商業(yè)區(qū)域采用2 臺(tái)空氣源熱泵型冷溫水機(jī)組，提供全年空調(diào)冷熱源;A1#樓辦公區(qū)域，采用3 臺(tái)空氣源熱泵型冷溫水機(jī)組，提供全年空調(diào)冷熱源;A2#樓辦公區(qū)域采用2 臺(tái)制冷量為612KW 的空氣源熱泵型冷溫水機(jī)組，提供全年空調(diào)冷熱源;4 套冷熱源系統(tǒng)均由空氣源熱泵型冷溫水機(jī)組、循環(huán)泵、穩(wěn)壓泵、加藥泵等組成，控制原理相同，冷熱源群控系統(tǒng)的控制由BAS 設(shè)置獨(dú)立的DDC 進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

控制策略:

(1)機(jī)組運(yùn)行參數(shù):具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，通過網(wǎng)關(guān)可監(jiān)測(cè)機(jī)組內(nèi)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障、冷媒壓力、油溫、油壓差等運(yùn)行參數(shù);

(2)冷熱負(fù)荷需求計(jì)算:根據(jù)冷熱水供、回水溫度和供水流量測(cè)量值，自動(dòng)計(jì)算建筑空調(diào)實(shí)際所需冷熱負(fù)荷量;

(3)機(jī)組臺(tái)數(shù)控制:根據(jù)用戶使用情況計(jì)算建筑所需冷熱負(fù)荷，通過智能模糊控制算法自動(dòng)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能目的;

(4)水壓差控制:根據(jù)冷熱水的供回水壓力的差值來調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥，保持供回水壓差恒定;

(5)機(jī)組開關(guān)控制:根據(jù)預(yù)先安排的節(jié)假日作息的時(shí)間表，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的定時(shí)啟停;

(6)機(jī)組連鎖控制:連鎖開啟程序:“冷凍水電動(dòng)閥→冷凍水泵→觀察水流狀態(tài)→冷溫水機(jī)組”;停機(jī)程序:“冷溫水機(jī)組→冷凍水泵→冷凍水電動(dòng)閥”。

2.2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

蘇寧·天御國(guó)際廣場(chǎng)項(xiàng)目的空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了定風(fēng)量空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)等設(shè)備，分散在辦公樓的各個(gè)樓層。樓宇自控系統(tǒng)通過設(shè)置DDC 控制器對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行控制;

2.2.1 定風(fēng)量空調(diào)機(jī)組AHU

控制策略:

(1)溫度控制:監(jiān)測(cè)機(jī)組的回風(fēng)溫度，與預(yù)設(shè)溫度比較，對(duì)水閥進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)。通常夏季溫度設(shè)定值為24～26℃，冬季溫度設(shè)定值為20～22℃;

(2)濕度控制:根據(jù)濕度傳感器的實(shí)測(cè)值對(duì)加濕閥開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制，保證送風(fēng)濕度達(dá)到濕度設(shè)定值;

(3)風(fēng)機(jī)壓差監(jiān)測(cè):監(jiān)測(cè)送風(fēng)機(jī)兩端的壓差，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最佳的平衡點(diǎn)工作;

(4)過濾網(wǎng)報(bào)警:檢測(cè)空氣過濾器兩側(cè)壓力變化，壓差超限發(fā)生報(bào)警，提醒空氣過濾器需清洗或更換;

(5)CO2濃度控制:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO2濃度，通過比例積分調(diào)節(jié)新風(fēng)閥/回風(fēng)閥的開度，使回風(fēng)CO2濃度保持在設(shè)定值;

(6)機(jī)組定時(shí)啟?？刂?根據(jù)事先排定的工作及節(jié)假日作息時(shí)間表，定時(shí)啟停機(jī)組自動(dòng)統(tǒng)計(jì)機(jī)組工作時(shí)間，提示定時(shí)維修;

(7)聯(lián)鎖保護(hù):新風(fēng)、回風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥、調(diào)節(jié)水閥與風(fēng)機(jī)啟停聯(lián)動(dòng)

2.2.2 新風(fēng)機(jī)組PAU

辦公樓標(biāo)準(zhǔn)樓層空調(diào)系統(tǒng)采用新風(fēng)機(jī)組PAU 加風(fēng)機(jī)盤管的空調(diào)模式。

監(jiān)控策略:

(1)溫度控制:監(jiān)測(cè)機(jī)組的送風(fēng)溫度，PID 調(diào)節(jié)水閥，使溫度達(dá)到設(shè)定值;

(2)風(fēng)機(jī)壓差監(jiān)測(cè):控制同空調(diào)機(jī)組;

(3)過濾網(wǎng)堵塞報(bào)警:控制同空調(diào)機(jī)組;

(4)防凍保護(hù):在冬季，為了防止盤管凍裂，當(dāng)盤管出水溫低于設(shè)定的保護(hù)溫度時(shí)(設(shè)定5℃)，停風(fēng)機(jī)，關(guān)新風(fēng)閥，熱水閥全開;

(5)機(jī)組定時(shí)啟?？刂?控制同空調(diào)機(jī)組;

(6)聯(lián)鎖保護(hù):新風(fēng)風(fēng)閥和水閥是聯(lián)鎖保護(hù)，自動(dòng)關(guān)閉新風(fēng)閥后，在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前，自動(dòng)打開風(fēng)閥。防凍報(bào)警與風(fēng)機(jī)和盤管水閥連鎖，秋冬季節(jié)防凍報(bào)警發(fā)生時(shí)停風(fēng)機(jī)，關(guān)閉新風(fēng)閥并全開加熱水閥，防止冬季盤管凍裂;

2.2.3 送排風(fēng)系統(tǒng)

監(jiān)控策略:

(1)自動(dòng)控制:根據(jù)事先排定的工作及節(jié)假日作息時(shí)間表，啟停機(jī)組，提示定時(shí)維修;

(2)CO 濃度控制:地下室區(qū)域根據(jù)CO 濃度，控制相應(yīng)的送排風(fēng)機(jī)的啟停;

(3)保護(hù)要求:風(fēng)機(jī)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警并停機(jī);

2.3 給排水系統(tǒng)

本項(xiàng)目給排水系統(tǒng)由生活水箱、消防水箱、排污泵、集水坑等組成。系統(tǒng)通過DDC 控制器對(duì)給排水系統(tǒng)只監(jiān)測(cè)不控制。

監(jiān)測(cè)策略:

(1)液位監(jiān)測(cè):自動(dòng)監(jiān)視生活水箱、消防水箱的高、低、超高、超低液位，當(dāng)液位超限時(shí)，自動(dòng)顯示報(bào)警信號(hào);

(2)監(jiān)測(cè)變頻裝置運(yùn)行情況、故障報(bào)警等，有報(bào)警時(shí)，在屏幕上顯示停水泵并以聲光報(bào)警形式顯示，提示有關(guān)人員做檢查并記錄下，以便維修;

(3)對(duì)排污系統(tǒng)監(jiān)測(cè)集水坑的超高液位，同時(shí)監(jiān)視水泵的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)等。有故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.4 公共照明系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公共照明成為建筑物中重大耗能系統(tǒng)之一，本項(xiàng)目通過DDC 控制器對(duì)地下車庫(kù)照明、辦公樓公共走道照明、室外景觀照明進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)策略:

(1)照明控制:根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間程序表進(jìn)行啟?？刂?，在特殊情況用戶可在預(yù)先設(shè)定時(shí)間表之外在控制中心手動(dòng)啟停。

(2)系統(tǒng)的界面顯示照明回路的開關(guān)以及手自動(dòng)狀態(tài)，顯示的各路照明累積運(yùn)行時(shí)間，以便及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

2.5 其他系統(tǒng)

蘇寧·天御國(guó)際廣場(chǎng)項(xiàng)目樓宇自控系統(tǒng)除了通過DDC 控制器對(duì)相關(guān)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行直接控制外，還可通過網(wǎng)關(guān)接口與第三方子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。如電梯系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、能耗計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、VRV 空調(diào)系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)。

3 樓宇自控系統(tǒng)在綠色建筑中的前景

3.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化

具有集成性質(zhì)的樓宇自控系統(tǒng)的概念提出不久，智能化自控系統(tǒng)就獲得了很多人的青睞。智能化的水平逐漸提高，控制的要求也越來越高，于此會(huì)帶來巨大的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，復(fù)雜的參數(shù)計(jì)算，這都要求DDC 控制器具備高速的處理能力和巨大的存儲(chǔ)容量。隨著半導(dǎo)體的應(yīng)用越來越成熟，DDC 的字節(jié)長(zhǎng)度已經(jīng)從8 字節(jié)、16 字節(jié)逐漸過渡到現(xiàn)今主流的32 字節(jié)，已經(jīng)形成了包括霍尼韋爾、江森自控、西門子等一線樓宇自控產(chǎn)品，其中西門子的PXC 控制器內(nèi)置無模型自適應(yīng)閉環(huán)控制算法，可以滿足各種復(fù)雜的控制應(yīng)用。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

隨著技術(shù)不斷發(fā)展，BAS 系統(tǒng)產(chǎn)品的規(guī)格、技術(shù)性能等將逐步按照一定的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，網(wǎng)絡(luò)通信的接口和協(xié)議等趨于采用開放性的標(biāo)準(zhǔn)，如OPC，BACnet 標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口等等，使得BAS 產(chǎn)品和系統(tǒng)集成商間實(shí)現(xiàn)信息共享，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將各系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)、工作狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)等信息匯集到統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、控制和管理功能集成的目標(biāo)。

3.3 系統(tǒng)向IP 化發(fā)展

BAS 系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是以太網(wǎng)構(gòu)建的，使得信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)融合在一起，保證了從信息系統(tǒng)到控制系統(tǒng)的是通過以太網(wǎng)來連接起來的，從根本上簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，BAS 系統(tǒng)向IP 化發(fā)展的方向，是解決控制和信息網(wǎng)絡(luò)在多種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)同時(shí)存在但是相互不兼容的問題的最佳的必選之路。

4 結(jié)論

隨著能源緊缺與環(huán)保問題被人們持續(xù)關(guān)注，人們對(duì)節(jié)能產(chǎn)品追求，而綠色建筑作為近些年來新推出一個(gè)術(shù)語，其越來越引起人們的關(guān)注，綠色建筑是能夠滿足人們居住、日?；顒?dòng)的基本要求外，在整個(gè)使用壽命過程中實(shí)現(xiàn)各種資源的高效利用與減少對(duì)環(huán)境影響的建筑。綠色建筑最終以節(jié)能、環(huán)保、綠色為目標(biāo)，提供安全、健康的舒適居住和環(huán)境。樓宇自控系統(tǒng)在綠色建設(shè)中最終實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)施的高效和人性化，得到大量的應(yīng)用。

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