扬州大学楼宇自动化系统毕业设计.docx

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扬州大学楼宇自动化系统毕业设计

第一章工程概况

江苏省档案馆新址将落户奥体。

江苏省档案馆新馆项目用地，位于南京河西

新城区中部，黄山路与梦都大街交汇处，规划的地铁7号线从基地西南角拐入。

档案馆新址占地面积33470平米，其中建设面积27989平米，代征绿地4162平米，代征道路1319平米。

按照设计方案，项目地下1层，地上7层，总建筑面积49843平米（地上44196平米、地下5647平米），容积率1.58，建筑高度33.3米。

空调系统采用MDV智能变频控制多联式空调系统，无论从经济、使用寿命，还是从美观、清洁的角度讲，该系统都很符合建筑用途的要求。

在暖通空调负荷计算之前，按照《公共建筑节能设计标准》的要求，配合建筑专业对建筑围护结构热工进行了详细计算。

工设计满足节能标准的要求，为暖通空调节能设计奠定基础。

GB50189-2005通过计算使建筑热

第二章设计原则及依据

第一节设计原则

1）设备保证是符合中华人民共和国最新执行标准，须为国内外知名品牌并

通过国家、行业检测中心检测合格的设备。

2）产品及其所有零部件应是技术先进、设计正确、结构合理、安全可靠、节省能源、遵守机械、电器及建筑方面的通用技术要求，维护方便。

制造产品的材料应具有足够的强度和合适的性能，且为原厂生产，并有该厂商标。

产品必须是最新制造生产，不得有生锈、陈旧、过时的配件。

第二节设计依据

GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范》

GB50333-2002《医院洁净手术部建筑技术规范》

GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》

JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》

GB/T50314-2006《智能建筑设计标准》

GB2050311-2007《综合布线系统工程规范》

GB50312-2007《综合布线工程验收规范》。

第三章中央空调系统

第一节中央空调系统原理与结构

中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。

有主机和末段系统。

按负

担室内热湿负荷所用的介质可分为全空气系统、全水系统、空气-水系统、冷剂系统。

按空气处理设备的集中程度可分为集中式和半集中式。

按被处理空气

的来源可分为封闭式、直流式、混合式（一次回风二次回风）。

主要组成设备有空调主机（冷热源）风柜风机盘管等等.制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。

制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。

全空气空调系统根据不同特征还可以进行如下分类：

一、按送风参数的数量

来分类

（1）单送风参数系统；

（2）多送风参数系统二、按送风量是否恒定分类

（1）定风量系统；

（2）变风量系统三、按所使用空气来源分类

（1）全新风系统；

（2）再循环系统；（3）回风式系统。

第二节空调系统的确定

空气调节系统一般均由空气处理设备和空气输送管道以及空气分配装置所

组成，根据需要，它能组成许多不同形式的系统。

在工程上应考虑建筑的用途和性质、热湿负荷特点、温湿度调节和控制的要求、空调机房的面积和位置、初投资和运行维修费用等许多方面的因素，选定合理的空调系统。

空调系统可以按空气处理的设置情况分为集中系统、半集中系统、全分散系

统；按负担室内负荷所用的介质种类可分为全空气系统、全水系统、空气—水系统、冷剂系统；按集中式空调系统处理的空气来源可分为封闭式系统、直流式系统、混合式系统。

在常用的中央空调设计中，一般大空间建筑物采用集中式空调系统，而小空

间建筑物一般采用风机盘管加新风系统，这两种空调系统在设计中应用广泛，适应面广，故在实际空调系统中较多采用。

集中式和风机盘管加独立新风空调方式

的比较：

表4-1集中式与半集中式的比较

比较

项目

设

备

布

置

与

机

房

节

能

和

经

济

集中式风机盘管加新风

1.空调与制冷设备可以集中布置在机1.只需要新风空调机房面积

房

2.风机盘管可以安装在空调房间

2．机房面积较大里

3.有时可以布置在屋顶上3.分散布置，敷设各种管线较麻烦

1.可以根据室外气象参数变化实现全

年多工况节能运行1.灵活性大，节能效果好

2.对热湿负荷不一致或室内参数不同2.盘管可冬夏兼用，内壁结垢，降

的多房间不经济低传热效率

3.部分房间停止空调，系统仍运行，3.无法实现全年多工况调节不经济

风

1.空调送回风管系统复杂，布置困难

1.放室内时，不接送、回风管；

管

系

2.支风管和风口过多时不易平衡

2.当系统和新风系统联合使用时，

统

新风量较小

维护

空调与制冷设备集中在机房内，便于管

布置分散，维护与管理不便，系统

运行

理和维修

复杂，易漏水

温湿

度

可严格控制温度和相对湿度

室内要求严格时，难以满足要求。

控制

空

可以采用初效、中效和高效过滤器，满

足室内空气清洁的不同要求。

采用喷水

过滤性能差，室内清洁度要求较高

气

净

室时，水与空气直接接触，易受污染，

时难以满足

化

须经常换水

消声

可以有效的采取消声和隔震措施

必须采用低噪声风机，才能保证室

隔震

内要求

风管

空调房间之间有风管连通，使各个房间

互相

互相污染。

当发生火灾时会通过风管迅

各个房间之间不会互相污染

串通

速蔓延

使用

使用寿命长

寿命

安装

设备和风管安装工程量大，周期长

安装投产快

通过以上的两种空调系统的比较，可以对空调系统的有初步的认识。

结合实

际的空调建筑可以看出在大空间的空调房间一般都采用集中式空调系统，

大空间

要求的室内空气参数相同，集中式空调可以实现全年多工况节能运行调节，

达到

经济的，风机盘管可独立调节室温，各空调房间互相不影响。

江苏省档案馆是综合性大楼空间比较大，在考虑到实用性与节能的因素所以选用集中式的中央空调系统。

几种空气调节系统，全空气系统中的空气不仅承担室内的显热负荷而且承担着潜热负荷。

空气—水系统有几种:

一种是将新风处理到室内空气状态的等焓线，新风只承担室内显热负荷。

此时的风机盘管有凝结水容易长霉不利于室内卫生。

一种是将新风处理到室内空气状态的等湿线，新风承担显热负荷和部分潜热负

荷。

一种是将新风处理到室内空气状态的等湿线以下，空气承担室内的潜热负荷，

风机盘馆是干燥的，但此时处理空气的冷源温度较低全空气系统一般用于高大空

间，如体育馆影剧院大剧院之类的。

空气—水系统一般用于宾馆酒楼写字楼

等小空间又需新风的场所，江苏省档案馆位高大建筑及上诉原因选用全空气系

统。

因此在江苏省档案馆的空调系统的设计选用集中式的全空气空调系统。

第三节中央空调系统设计基本原则

⑴符合信息时代的技术要求，整体系统完全采用网络化结构。

系统可独立工

作,在网络故障的情况下,可临时在系统本机内存储数据。

⑵系统完全网络化，通过内部IP和地址解析，可以跨地区监控；支持多种

通讯方式在没有网络的情况下，可使用RS485或工业以太网通信协议。

⑶系统采用模块化设计，安装简单。

⑷内建WEB管理网页，客户端无需安装任何特定软件。

只要有网页浏览功

能，通过授权就可管理、浏览任意地区的监控内容；

第四节中央空调系统的冷负荷计算

1、空调冷负荷构成

吊挂式空气处理机组节省空间，不占用建筑面积。

负荷由吊挂式空气处理机组负担。

风机盘管机组加新风系统特点：

1）风机盘管机组仍是湿工况运行，产生霉菌，盘管表面积湿垢不易清除；

2）卫生条件仍然差；

3）风机盘管机组和新风机组可用一种冷水温度（7-12.C）处理达到运行简

单，当前国内多用。

冷负荷由风机盘管负担。

围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法

1）外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷

[5]

在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：

LQ1=F·K·（tln-tn）

式中LQ1——外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；

F——外墙和屋面的传热面积，m2；

K——外墙和屋面的传热系数，W/（m2·℃），可根据外墙和屋面的不同构造，查取：

——室内计算温度，℃；

——外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，℃，根据外墙和屋面的不

同类型分别查取。

必须指出：

（4-1）式中的各围护结构的冷负荷温度值都是以北京地区的气象参数

为依据计算的，因此对不同地区和不同情况应按下式进行修正：

t′ln=（tln+td）·ka·kp

式中t

d——地区修正系数，℃；

a——不同外表面换热系数修正系数；

p——不同外表面的颜色系数修正系数。

1）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

在室内外温差的作用下，玻璃窗瞬变传热形成的冷负荷可按下式计算：

LQ3=F·K·（tl-tn）

式中F——外玻璃窗面积，㎡；

K——玻璃的传热系数，W/（㎡·k）;

本设计单层玻璃窗K=6.26W/（㎡·k）；

tl——玻璃窗的冷负荷逐时值，℃；

tn——室内设计温度，℃。

不同地点对t1按下式修正：

t1,′=t1+td

式中td——地区修正系数，℃。

2、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷

透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算：

LQ4=F·Cz·Dj.max·CLQ

式中F——玻璃窗的净面积，是窗口面积乘以有效面积系数Ca，本设计单层钢窗

Ca=0.85；

Cz——玻璃窗的综合遮挡系数Cz=Cs·Cn;

其中，Cs——玻璃窗的遮挡系数；

Cn——窗内遮阳设施的遮阳系数；

Dj.max——日射得热因数的最大值，W/㎡；

CLQ——冷负荷系数。

3、设备散热形成的冷负荷

设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算：

LQ=Q·CLQ

式中Q——设备和用具的实际显热散热量，W；

CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数。

根据这些设备和用具开始使用后的

小时数及从开始使用时间算起到计算冷负荷的小时数、以及有罩和无罩情况不同而

定。

设备和用具的实际显热散热热量按下式计算

1）电动设备

当工艺设备及其电动机都放在室内时：

Q=1000nnnN/

123

当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时：

Q=1000nnnN

123

当工艺设备不在室内，而只有电动机在室内时：

Q=1000nn

式中N——电动设备的安装功率，KW；

——电动机效率，可由产品样本查得；

n1——利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0.7～0.9

可用以反映安装功率程度；

n2——电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计时最大

实耗功率之比；

n3——同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总安装功率之

比，一般取0.5～0.8。

2）电热设备散热量

对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算：

Q=1000nnnn

1234

式中

——考虑排风带走热量的系数，一般取

0.5；

其他符号意义同前。

3）电子设备散热量

计算公式为

Q=1000nn12

N，其中系数

n的值根据使用情况而定，对已给出实测2

的实好功率值的电子计算机可取

1.0。

一般仪表取

0.5～0.9。

4、照明散热形成的冷负荷

根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式[6]分别为：

白炽灯：

LQ5=1000·N·CLQ

荧光灯：

LQ5=1000·n1·n2·N·CLQ

式中LQ5——灯具散热形成的冷负荷，W；

N——照明灯具所需功率，KW；

n1——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取

n1=1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n1=1.0；本设计取n1=1.0；

n2——灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通

风散热与顶棚内时，取n2=0.5～0.8；而荧光灯罩无通风孔时，取n2=0.6～0.8；

CLQ——照明散热冷负荷系数。

本设计照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，功率

为30W/㎡。

5、人体散热形成的冷负荷

人体散热引起的冷负荷计算式为：

LQ6=qs·n·n′·CLQ

式中qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W；

n——室内全部人数；n′——群集系数；

CLQ——人体显热散热冷负荷系数。

《实用供热空调设计手册》经过计算

第一层的总冷负荷为4003w

第二层的总冷负荷为2182w

第三层的总冷负荷为3182w

第四层的总冷负荷为3682w

第五层的总冷负荷为2982w

第六层的总冷负荷为2482w

第七层的总冷负荷为1882w

第四章中央空调监控系统设计

第一节控制装置的方案选择及系统构成

中央空调监控系统主要包括对空调冷、热源系统、空气处理机系统、新风空

调机系统、末端风机盘管系统的自动控制。

其自动控制系统一般由敏感元件、控

制器、执行机构、调节机构等几部分组成。

直接数字控制器（DDC）

（1）DDC系统组成原理

DDC系统是用一台计算机取代模拟控制器，对生产过程中多种被控参数进

行巡回检测，并按预先选用的控制规律（PID、前馈等），通过输出通道，直接

作用在执行器上，以实现对生产过程的闭环控制。

它作为一个独立的数字控制器，

安装在被控生产过程设备的附近，能够完成对不同规模的生产过程的现场控制。

（2）组成：

直接数字控制器是一种多回路的数字控制器，它以计算机微处理器为核心，

加上过程输入、输出通道组成。

（3）DDC系统具有如下的特点：

计算机运算速度快，能分时处理多个生产过程（被控参数），代替几十台模拟控制器，实现多个单回路的PID控制。

计算机运算能力强，可以实现各种比较复杂的控制规律，如串级、前馈、选择性、解耦控制以及大滞后补偿控制等。

空调系统自控工艺采用DDC控制系统，以正常工况的室内温度控制与非正常工况的室内空气质量控制为辅助实施选择控制。

空气处理机采用变频调节，根据各个VAV-DDC所提供的参数实施变静压风量控制，同时该楼层排风机采用随动控制变频调节。

温度控制通过PI调节处理机的冷水阀来实现，温温度设定值依据投票法确定，设定值调节量采用最大负荷法进行调整。

新风调节是该系统的设计重点，由于竖向通道没有典型性静压点可做参照，而且传感器的安装与检修也极其困难，因此不采用静压点控制技术。

新风阀以正常工况的总风量与最大固定新风与非正常工况下的最不利点的空气质量构成选择控制系统来调节新风

阀开度，保持排风阀与混风阀的比例随动。

新风机采用总新风量控制阀实施变频调节，根据各楼层的新风量需求实施随动控制。

在过度季节，采用全新风控制策略，关闭新风阀与混风阀，全开排风阀与过度季节新风阀。

通过对系统风量、送风温度、新风量等３个方面的自动控制，可以实现变风量系统的设计目标，但是要求变风量系统本身具有一定的系统控制裕量，同时保持系统传递函数的时间特性在一定范围之内。

针对全空气变风量空调，系统规模

过大则由于容积滞后较大而无法及时响应负荷变化，系统规模过小则系统裕量偏低而容易波动失稳，且无法实现全空气空调系统的规模效益与优势。

要求空调控制系统按照合理的同时使用系数进行设计，在空气处理机、新风量、风管容量上按照恰当比例留出控制裕量。

此外，应针对室外的季节性负荷变化室内突发性高密度负荷变化采取补充性空调策略，避免整个系统的传递函数发生突变而引起系统过载失控。

扰

动

给定值

执行

执行机构

调节

控制器

调节对象

信号

作用

被调参数

敏感元件

典型的单回路自动控制系统控制流程图

第二节监控设计

创造舒适宜人的生活和工作环境。

它能对室内空气的湿度、相对湿度、清晰度等加以自动控制，保持空气的最佳品质。

具有防噪音措施，提供给人们舒适的空气环境。

对工艺性空调而言，可提供生产工艺所需要的空气的温度、湿度、洁净度的条件，从而保证了产品的质量。

节约能源。

在建筑物的电气设备中，制冷空调的能耗是很大的。

因此，对这类电气设备需要进行节能控制。

现在已从个别环节控制，进入到综合能量控制，形成基于计算机控制的能量管理系统，达到最佳控制，其节能效果非常明显。

创造了安全可靠的生产条件。

自动控制的监测与安全系统，使空调系统正常上作，能及时故障并进行处理，能够创造出安全可靠的生产条件。

1、全空气空调机组的监测控制

在空调系统中，全空气系统是利用室内空气循环的方式将盘管内水的热量或冷量带入室内，并且排出少量的污浊空气，而通过空调机组设备适量补充所需的新风，全空气空调机组控制方案如图14所示。

全空气空调机组与新风机组相比，房间中的温湿度是主要的控制调节对象，

而不是送风参数，全空气空调机组还需考虑房间中夏季的温度以及需要怎样节能

的控制方法。

所以，房间中必须得设置一个或多个温湿度传感器，将这些测点温

湿度的平均值作为控制调节参照值，此传感器也可在要求不高的情况下在回风口

设置。

我们要对新风、回风、排风三个风门进行单独的连续调节，主要是为了调

节新回风比。

所以，每个风门都要接一个模拟点。

全空气空调机组的运行参数有:

回风湿度、风机运行状态、温度、过滤器堵塞状态和过载报警。

空调机组的水阀

开度是根据温度来调节的。

室室室

室室室室室室室室室

室室室

室室室室室

室室室

室室

室室室

室室

室室室

图14全空气空调机组的监测控制

2、新风空调机与风机盘管的自动控制

在中央空调系统中，通常是通过补充适量的新风来提高室内空气新鲜度及舒适度等，而且在空调冷热负荷中新风量所占的比重是很大的，因此将新风量控制在适宜的范围内是具有很大意义的。

新风空调机的主要作用是通过调整新风的供应情况，来保证智能建筑中的空气清新，排除因空气循环而积蓄的污浊空气。

新风空调机具有控制新风的温湿度以及调节空调系统中的新风量的比例的重要功

能，还可以根据新风温度值来改变送风温度的设定值。

除此之外，从卫生方面考虑，智能建筑中的每个人都应该保证有一定的新风量，但是如果新风量取得过多的话，这就会增加新风机的耗能量。

我们可以根据室内CO2的浓度来确定新风量的大小。

所以，我们可以考虑用控制CO2浓度的方法来控制新风量的大小。

在中央空调系统中，风机盘管系统是末端设备，因此，我们要调节室内的温度可以通过改变经过盘管的水流量且不改变送风量，或者是改变送风量而不改变

水流量的两种方法来实现。

我们可以通过末端风机盘管系统来控制室内的温度，从而来满足用户的空气环境需求。

我们对风机盘管系统的供电电源的监控是由楼宇自动化系统集中进行监控的，而我们采用独立的末端控制器来对风机盘管系统设备进行控制。

风机盘管加新风的控制原理图如图15所示。

空调房间

冷热回水

风机盘管

冷热供水

新风

冷

风

热

防

送

风M

新

回

电

机

火

门

风

压

防

动

风运

故

风

水

调

温

调

温

差

冻

调

机行

障

节

湿

节

湿

开

节

启状

报

阀

阀度

关

阀

停态警

度

图15风机盘管加新风控制设计原理图

对新风机进行监控的具体实现方法：

使用控制模块对新风机进行监控，DDC

控制模块通过控制新风机控制箱的启停触点实现对新风机的启停控制，回风风管

温度传感器检测回风温度，送到控制模块与设定值比较，控制模块根据PI运算

结果，输出信号控制冷水电动二通阀的开度和新风/回风阀门的开度，同时输出

信号控制变频器的输出频率，调节风机转速，使回风温度保持在设定范围内。

通

过写入时序和与大厦数据库的数据交流，根据实际需要进行实时调整，来完成新

风机的定时控制；同时将有关的数据送信息集成系统。

第三节机房监控系统设计

一、机房监控点位的布置

CO2

温湿

浓

空回过

中央监控机

度度

度

工程人员用

传传

传

调风滤

网

数字设定器

·调出监控点

感感

感

络

·启停·设定·状态·报警

器器

器

机机器

干

·瞬时/积算

线

·程序数据

～至别的控制器

（相互通信）

输入接口

文数

文通

据

控制演算单元

设

件定

件信

输出接口

DDC控制

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