铁达综合楼的BAS初步设计.docx

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铁达综合楼的BAS初步设计

铁达综合楼的BAS初步设计

学生：

罗挺指导老师：

徐强

内容摘要：

智能建筑是传统建筑物与现代计算机技术、信息网络技术、检测传感技术和自动控制技术相结合的产物。

楼宇建筑自控系统设计是建筑综合管理的首要内容，由于智能建筑的机电设备采用自动化监控方式，使智能建筑利用先进的综合节能技术成为可能。

同时，规划设计中的经济效益好坏是智能建筑的主要目标之一，节能运行和管理费用，更是智能建筑高效率和高回报率的具体体现。

高新信息技术和计算机网络技术的高速发展，对建筑物的结构、系统、服务及管理最优化组合的要求越来越高，要求建筑物提供一个合理、高效、节能和舒适的工作环境。

节能是一项基本国策，也是建筑电气设计全面技术经济分析的重要组成部分。

楼宇自控系统正是顺应了这一潮流，它的建立，保证了办公室机电设备的正常运行并达到最佳状态，以及大厦的防水与保安都提供了有力的保证。

同时，依靠强大软件支持下的计算机进行信息处理、数据分析、逻辑判断和图形处理，对整个系统作出集中监测和控制；通过计算机系统及时启停个有关设备，避免设备不必要的运行，又可以节省系统运行能耗。

以铁达综合楼内的所有机电设备如中央空调系统、变配电系统、室内外照明系统、电梯、消防系统为监控对象，较详细地介绍了建筑设备自动化系统的规划设计要点。

对其中各子系统中的关键技术性问题进行了简要说明。

在智能建筑中，由于楼宇控制系统本身已经具备了完整的自动监测、自动调节、自诊断、自动报警等功能，可以大大减少设备管理人员，降低运行成本，提高大楼的管理效率。

关键词：

智能建筑节能监控

PreliminaryDesignOfTheTiedaComplexBuilding

Abstract:

    Intelligentbuildingisatraditionalbuildingwithmoderncomputertechnology,informationnetworktechnology,sensortechnologyandcontroltechnologytestproductofthecombination.Buildingautomationsystemdesignistheprimarycontentoftheintegratedmanagementarchitecture,mechanicalandelectricalequipmentasintelligentbuildingautomationcontrolapproachtointelligentbuildingtechnologyusingadvancedintegratedenergypossible.Meanwhile,theeconomicbenefitsofgoodandbadplanninganddesignofintelligentbuildingisoneofthemainobjectivesofenergy-savingoperationandmanagementcosts,moreefficientandintelligentbuildingaconcretemanifestationofhighratesofreturn.

Thehighrecentinformationtechnologyandthecomputernetworktechnology'shighspeeddevelopment,tobuilding'sstructure,thesystem,theserviceandthemanagementoptimizationcombination'srequestisgettinghigherandhigher,requeststhebuildingtoprovidereasonable,highlyeffective,theenergyconservationandthecomfortableworkingconditions.Theenergyconservationisbasicstatepolicies,isalsoconstructstheelectricaldesigncomprehensivetechnicaleconomyanalysistheimportantcomponent.Thebuildingautonomoussystemcompliedwiththistidalcurrent,itsestablishment,hadguaranteedtheofficeelectromechanicaldevice'snormaloperationandachievedtheoptimumcondition,aswellasthebuildingwaterproofingandthesecurityhaveprovidedthepowerfulguarantee.Atthesametime,dependsuponundertheformidablesoftwaresupportthecomputertocarryontheinformationprocessing,thedataanalysis,thelogicaljudgementandthegraphicprocessing,makesthecentralismmonitorandthecontroltotheoverallsystem;Openspromptlythroughthecomputersystemstopsarelatedequipment,avoidstheequipmentnonessentialmovement,mayalsosavethesystemsoperationenergyconsumption.

Reachesinthesynthesisbuildingtaketheironallelectromechanicaldevicelikecentralair-conditioningsystem,changestheelectricalpowerdistributionsystem,theindooroutsidelightingsystem,theelevator,thefirepreventionsystemasthemonitoringobject,introducedtheconstructionequipmentautomatedsystem'splandesignmainpointindetail.Tothevarioussubsystems'essentialtechnicalquestionhascarriedonthebriefing.Inintelligentconstruction,becausethebuildingcontrolsystemitselfhadalreadyhadthecompleteautomaticmonitor,theautomaticcontrol,fromfunctionsandsoondiagnosis,auto-alarm,mayreducethedevicemanagementpersonnelgreatly,reducestheruncost,enhancesthebuildingthemanagerialeffectiveness.

Keywords:

IntelligentconstructionEnergyconservationMonitoring

铁达综合楼的BAS初步设计

1引言

1.1综述

当今，世界各地的综合楼管理部门为了使其办公场所拥有更舒适的环境,他们越来越注重于通过优化控制提高管理水平和环境质量的可调性。

智能综合楼向人们提供全面的、高质量的、快捷的综合服务功能，它是现代高科技的结晶，是建筑艺术与信息技术完美的结合。

楼宇自控系统（BuildingAutomationSystem，简称BAS）是智能建筑的一个重要组成部分。

它的概括范围通常包括冷热源系统、空调系统、送排风系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯系统等进行全方位的监控。

高新信息技术和计算机网络技术的高速发展，对建筑的系统、服务及管理最优化组合的要求越来越高，要求建筑物提供一个合理、高效、节能和舒适的工作环境。

节能是一项基本国策，也是建筑电气设计全面技术经济分析的重要组成部分。

楼宇自控系统正式顺应了这一潮流，它的建立，对于综合楼机电设备的政策允许并达到最佳状态，以及大厦的防火与保安都提供了有力的保证。

同时，依靠强大软件支持下的计算机进行信息处理、数据分析、逻辑运算和图像处理，对整个系统集中监测和控制；通过计算机系统及时启、停相关设备，避免设备不必要的运行，又可以节省系统运行能耗。

整个建筑自控系统是一套完整的分布式集散控制系统，它采用标准局域网技术和众多子系统集成技术实施对建筑群内所有实时监控系统的集成监控、联动和管理，系统既可相对独立运转、又可联合成为一个有机整体，对不同工作站及现场控制器的控制权限的设定，由网络管理服务器完成。

以致力于创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的环境。

1.2工程概况

铁达综合楼是一座综合性的大楼，及娱乐办公为一体，地下一层为设备机房,地上十九层，顶层为电梯层。

每层平面为40m×60m，总面积48000平方米。

自动系统包括空调系统控制；配电系统；消防系统设计；给排水系统控制；照明系统控制；电梯系统监控。

2BAS控制结构设计

2.1系统设计原则

1.实用性和先进性

本工程楼宇自控系统按照职能建筑设计标准的甲等标准进行设计，系统的设置既强调先进性也注重实用性，以实现功能和经济的优化设计。

2.标准化和结构化

系统设计一种国家有关标准外，还根据系统的功能要求，做到系统的标准化和结构化，能综合体现当今的先进技术。

3.集成性和可扩展性

系统设计遵循全面规划的原则，并有充分的余量，以适应将来发展的需要。

保证楼宇自控系统总体结构的先进性、合理性、兼容性和可扩展性。

2.2设计标准

GB/T50314-2000《智能化建筑国家标准》

GBJ19-87《采暖通风与空调调节设计规范》

GBJ116-88《火灾自动报警系统设计规范》

GB4718-84《火灾报警设备专业名词术语》

GBJ115-87《工业电视系统工程设计规范》

JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》

GBJ303-88《建筑电气安装工程质量检验评定保证》

97X700《智能建筑弱电工程设计施工图集》

2.3系统概况

楼宇自控系统既要先进、实用、可靠，又要做到投资合理、效益最佳。

依据暖通空调、给排水及电气等专业要求，对机电设备和其它装置进行集中监视、控制和管理，使这些设备安全、可靠、高效地运行，最大限度地满足业主对现代化楼宇管理的需求，创造安全、健康、舒适宜人和能提高工作效率的优良环境，并且能够节约能源，减少维护人员。

本系统监控范围包括以下子系统：

1.空调系统设备的监控；

2.给排水系统的监控；

3.照明系统的监控制；

4.通过接口对电梯设备的监录；

5.消防系统的设计。

根据要求，在地下一层配置边缘配电室，并配置排风机房、送风机房，为了方便管理和使用。

在一楼设置了消防中心，并于屋顶配置了电梯机房和消防电梯机房。

2.4系统网络结构

2.4.1系统结构

BAS系统由四部分组成：

中央控制站、分站控制器、现场设备、通信网络。

图1BAS系统结构图

2.4.1.1中央控制站

由计算机、不间断电源UPS、总线接口器和一套图形控制软件组成，是楼宇自动化系统进行监控、数据处理和管理的中心。

中央控制站对来自各分站的数据和报警信息进行实时监测，同时向各分站发出相应的控制指令，并进行数据处理，打印各种报表，通过图形软件控制设备运行和确定报警设备信息等。

由于中央控制站中的计算机是整个BAS的核心，其重要性是不言而喻的。

普通商用个人计算机用作中央控制机显然是不合理的。

本系统中直接采用工业控制计算机（也称IPC），采用了特殊的生产工艺和手段,其稳定性是普通商用PC所无法比拟的。

2.4.1.2分站控制器

分站控制器采用直接数字控制器（DDC）它具有AI、AO、DI、DO四种输入/输出接口，能方便灵活地采集现场机电设备的运行状态数据并控制这些机电设备运行。

向下与现场设备（传感器、执行调节机构）直接相连接，对各种物理量进行测量与控制；向上通过网络介质与中央控制站相连，进行数据的传输，并接受其统一控制与优化管理。

DDC控制原理框图如图2所示。

图2DDC控制原理框图

2.4.1.2.1DDC选型

本大楼采用霍尼韦尔公司的EXCEL5000系列直接数字控制器,根据本综合楼BAS控制点数的情况,我们选择XL500与XL100组合形式。

XL500和XL100其特性比较如下表：

表1XL500和XL100特性比较表

DDC类型

微处理器位数

结构类型

输入输出点数

XL500

16位

模块化（由AI、AO、DI、DO四种构成）

128点（最多16个I/O模块）

XL100

16位

一体化（不能进行I/O模块组合）

36点（模拟或数字输入/输出各12个、数字输入12个）

XL100控制器具有降低安装成本；通用操作；减少了维修、运行和维护的费用；完全开放；极大的应用灵活性；快速应用程序控制；可靠的控制性能；网络安全；灵活的安装选项等。

XL100控制器如图3所示：

图3XL100控制器

XL500为模块化控制器，由于利用了lonWorks技术，监控模块可直接设置在最接近空调机组、新风机组的机房内，方便布线及维修。

XL500控制器如图4所示：

图4XL500控制器

XL500控制器其他特点：

1.平均无故障时间>50000h；

2.DDC间不需任何形式的管理站而能够直接通讯，符合JGJ/T-92的规定；

3.DDC可以离开中央独立运行，可使用手持终端在DDC进行显示和操作；

4.具有多种通讯端口，如RS-485、LonWorks及RS-232；

5.精致电容缓冲器，72小时后备电池；

6.I/O点信号均为标准的工业标准信号；

7.DDC均采用独立供电，外壳可靠接地。

2.4.1.2.2DDC配制情况

根据综合楼的机电设备分布情况，尽可能合理分区分散设置现场控制器，以便减少布线施工，提高可靠性。

按照输入输出点配置控制器的输入、输出模块，减少浪费，使控制器留有一定的控制点余量。

本大楼的DDC具体配置情况如附录表1所示，共选用4个XL500和7个XL100直接数字控制器。

2.4.2现场设备

现场设备包括：

传感器、执行器和触点开关（如继电器、接触器等）。

现场设备直接与分站控制器相连，它的运行状态和物理模拟量信号将直接送到分站，反过来分站输出的控制信号也直接作用于现场设备。

2.4.2.1传感器

楼宇自控中常用的传感器有如下几种：

1.温度传感器，用于测量水管或风管中介质的温度，以此来控制相应的水泵、风机、阀门和风门等执行元件的开度。

2.湿度传感器，用于测量风道中介质的湿度，以此来控制相应的加湿阀的开度。

3.压力或压差传感器，用来检测水管或是风管中的压力和压差，以此来控制相应的变频器以调整水泵或风机的转速，或是调节比例阀门的开度。

4.流量传感器，检测水系统中液体的流量，以此来控制相应水泵阀的数量。

除了以上常用的传感器之外，BAS中有时还会用到许多其他类型的特殊传感变送器，如用来检验空气中二氧化碳、一氧化碳浓度等的传感器，用来检测环境明暗程度的照度传感器，其通常用来控制模拟量，输出模拟量是0～10V或是4～20A。

2.4.2.2执行器

楼宇自控中常用的执行器有如下几种：

1.电动阀门执行器。

这种执行器适用于HVAC阀门（HVAC：

供热、通风和空气调节），内带一个选择正反作用插头，用于提供模拟输出DC0～10V的调制控制。

它具有安装快捷、阀门定位准确、低功耗、高的关断压力、终端推力限位开关等优点。

阀的自身还带有位置反馈的输出信号，与执行器组合在一起进行PID调节。

通常被用来对液体、气体等介质进行变量的开度控制，是自动化控制中的主要元件。

2.风门执行器。

这种执行器用于控制风门、通风百叶窗和VAV装置的调节、浮点控制，可以和标准的圆形和方形的风门连杆进行连接，被广泛地应用在风门的开度控制，特别是新风机组的回风阀、排风阀、新风阀中实行PID的控制，使之形成一定的比例连锁控制。

2.4.3系统网络

2.4.3.1系统网络选择

中央控制站与分站控制器通过分站总线连接在一起，通信协议为最常用的TCP/IP，传输网络为以太网,速率为10Mpbs。

现比较LonWorks技术和RS485：

1.LonWorks技术是一个现场总线，有一个完整的控制网络体系，它包括从物理层到应用层以至网络操作系统的全部内容；RS485仅仅是网络物理层的一种规范。

2.LonWorks技术支持多介质，如：

双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线、红外等；RS485通讯做不到支持多介质。

3.LonWorks技术具有很好的开放性，采用LonWorks技术的不同厂家的产品可在同一网络上协调工作；采用RS485技术的不同厂家的产品很难在一个网上工作。

4.LonWorks技术支持总线式、星形、自由拓扑等多种拓扑结构；RS485通讯只能是总线式拓扑结构。

5.LonWorks技术网络每段的长度可达2700米（不加中继器），每网络段可以有64个节点；RS485通讯网络每段一般只能达到1000m，且每段只有32个节点。

6.LonWorks技术支持域、子网、节点等完整的网络结构；每个LONWORKS网络的一个域最多支持32385个节点。

RS485通讯很难与此相比。

7.LonWorks技术的处理器有3个CPU，可以处理复杂的网络通讯应用程序；一般RS485通讯的处理器只有一个CPU，很难处理复杂的网络通讯、应用程序。

8.LonWorks技术的耐共模干扰的能力强，可以适应恶劣的环境；RS485通讯的抗干扰能力差。

9.LonWorks技术为对等通讯网络，各节点地位均等，无主节点，可靠性高、实时性好；RS485通讯一般为主从式结构。

10.LonWorks技术维护容易，可直接从网络上下载程序；RS485通讯很难做到这一点。

综上，本方案采用LonWorks总线技术。

2.4.3.2LonWorks总线技术

LonWorks是全分布式监控系统专用网络，它使用了具有分布控制与通信联网功能的大规模集成的神经元芯片，构成各个智能监控节点，通过网络收发器及网络通信媒体将各种节点构成全分布式局部操作网络。

LonWorks采用开放式IOS／OSI模型的全部七层通讯协议结构，被誉为通用控制网络。

LonWorks核心技术主要有LonWorks节点、路由器、LonTalk协议、LonWorks收发器、LonWorks网络和节点开发器。

LonWorks的网络技术组成介绍如下：

1.LonWorks总线节点

一个典型的现场控制节点主要包括应用CPU、I／O处理单元、通信处理器、收发器和电源等几部分功能模块。

LonWorks智能节点主要分为两种类型：

以神经元芯片为核心的控制节点和采用MIP（ModularlnformationProcessor）结构的控制节点。

前者充分利用了神经元芯片自身的强大功能，增加部分收发器便构成了一个典型的现场控制节点。

然而神经元芯片毕竟是8位总线CPU，功能有限，对于复杂控制需求显得“力不从心”。

后者采用HoseBase结构很好地解决了这一问题，将神经元芯片作为通信协议处理器，可用高性能主机实现复杂测控功能。

2.LonWorks总线路由器和神经元芯片

路由器是LonWorks技术的重要组成部分，它使LonWorks总线突破了传统现场总线的限制，其通信不受通信介质、通信距离和通信速率的限制。

在LonWorks技术中，路由器包括中继器和桥接器等。

LonWorks技术的核心是神经元芯片，它主要包括MCl43150和MCl43120两大系列，MCl43150系列支持外部存储器，适合更为复杂的应用；MCl43120则不支持外部存储器，它本身带有Rom。

3.LonWorks总线的通信协议

LonWorks技术采用LonTalk通信协议，该协议为七层协议，通过网络变量直接面向对象通信。

该协议具有发送的报文都是很短的数据（一般是几个字节到几十个字节）、通信带宽不高（一般从几kb／s到20Mb／s）、网络上各节点往往是低成本低维护的单片机，具有多节点、多介质、可靠性高、实时性高等特点。

LonTalk协议的网络地址采用三层结构，域（Domain）、子网（Subnet）和节点（Node）。

域为第一层结构，它保证在不同域中通信的彼此独立性。

子网为网络地址结构的第二层，每一个域最多有255个子网，一个子网可以是一个或多个通道的逻辑分组。

节点是网络地址的第三层，每个子网最多可以有127个节点，所以一个域最多可以有255×127=32385个节点。

4.LonWorks总线收发器

LonWorks技术的一个重要特征是它支持多种介质通信。

根据通信介质的不同，LonWorks技术可分为双绞线收发器、电源线收发器、电力线收发器等多种总线收发器。

除上述收发器外，LonWorks技术中还广泛采用无线电收发器、光纤收发器等，以满足特殊情况的需要。

5.LonWorks总线开发工具和网络管理

LonWorks技术包含了一系列开发工具，可使节点开发和系统联网开发快速有效，主要有节点开发工具NodeBuilder、节点和网络安装工具LonBuilder，网络管理工具LonManage和LNS技术。

综上所述，大楼运用LonWorks总线技术的BAS网络结构如图5：

图5大楼BAS系统网络结构图

3空调系统

3.1空调系统结构

3.1.1概述

空气调节简称空调，它的目的是创造一个合适的大气环境，使人在该环境中感到舒适；或者是保证大气环境满足生产工艺过程或科学研究，实验过程的需要。

为了实现这一目的，空气调节所以靠的技术手段主要是通风换气，具体地说，就是加工和处理一定质量的空气送入室内，使室内大气环境满足要求。

对空气的处理过程包括加温（降温），加湿（除湿），净化等，即常说的热湿处理。

空气调节主要包括温度调节和湿度调节。

3.1.1.1空气温度调节

按照人类的生理特征和生活习惯，通过空调设备，夏季将人们生活的室温保持在25℃～27℃，冬季保持在16℃～20℃，为里面生活，工作的人提供一个比较适宜的温度环境。

温度调节要注意居住和工作环境与外界的温差不宜过大。

作为工艺性空调则可能与外界环境温差很大。

3.1.1.2空气湿度调节

空气过于潮湿或过于干燥都将使人感到不舒适。

一般来说，相对湿度冬季在40％～5