楼宇自控系统技术方案Word下载.docx

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《建筑物防雷设计规X》〔20##版〕GB50057—94

《建筑电气工程施工质量验收规X》GB50303-2002

《建筑与住宅小区智能化工程检测验收规X》DB11/146-2002

（3）设计目标

楼宇自动化系统的目标是对环球金融中心.##洲际酒店项目相关机电设备进行全面有效的监控和管理,以确保建筑物内舒适和安全的环境,同时实现高效节能的要求.

楼宇自动化系统〔BAS〕监测或控制环球金融中心.##洲际酒店项目各机电设备的运行状况、安全状况、能源使用状况等,实现综合自动监测、通讯、控制与管理,并使之达到最佳运行状态、起到节能作用.就其功能来看,包括如下主要方面：

⏹确保建筑物〔群〕内环境舒适；

⏹通过最佳控制,保证环境舒适性和工艺空调的设计要求与有关公共场所对环境的规定；

⏹根据建筑内人员的多少和环境状况与室外环境状况,自动对空调通风和冷热源系统的运行参数进行优化；

⏹提供可靠的、经济的最佳能源供应方案,进行节能管理；

⏹提高设备运行效率、减轻人员劳动强度；

不断地、与时地提供有关设备运行情况的资料,自动集中收集、整理,作为设备管理决策的依据,实现设备维护工作的自动化.

楼宇自动化系统是建立在计算机控制和计算机网络技术基础上的分布式集散控制系统,它实时对各子系统的运行进行综合性自动化监控和管理,并与相关系统进行联动.

根据招标文件,同时参照所发图纸,我们对环球金融中心.##洲际酒店项目机电设备进行了监测或监控管理,这些机电设备包括：

1、对空调系统的监控：

包括新风机组,组合空调机组与公共区域的风机盘管等进行监控管理.

2、对给排水系统的监控：

包括生活水泵、生活水箱、潜污泵、污水井等设备的监测、监控.

3、通风系统监控：

包括送排风机设备进行监控.

4、同时考虑与楼宇智能化集成管理系统的接口：

包括变配电系统、冷水机组、锅炉系统、游泳池系统、发电机组等5个接口.

（4）系统总体要求

系统设计与配置强调先进适用.技术上应保持先进性,具有适应技术发展趋势与产品更新的能力.环球金融中心.##洲际酒店项目楼宇自动化系统的总体设计,遵循"

集中管理、分散控制、提供舒适环境、为用户服务〞的原则,为环球金融中心.##洲际酒店项目各个管理部门提供高效的、科学的和便捷的管理手段.

系统设计与配置在体现环球金融中心.##洲际酒店项目整体特色的同时注意工程投资的经济效益.除考虑建设时的一次性投资外,还应充分考虑系统的运行成本,并使之最小化.

系统设计遵循全面规划和分步实施原则.总体设计全面、周到.注意预留预埋到位并有充分冗余度,以适应未来发展的需要.设计充分考虑环球金融中心.##洲际酒店项目楼宇自动化系统与其他各个子系统的信息共享要求,确保智能化系统总体结构的先进性、合理性、兼容性和可扩展性.

除了系统的设计与配置必须依照国家和当地的有关标准外,还必须根据总体要求,对楼宇自动化系统进行结构化和标准化设计,综合体现出当今的先进技术.

系统必须具有极高的安全性、可靠性和容错性.

系统设计与配置应适应环球金融中心.##洲际酒店项目专业性、外向型的使用要求,创造高效、舒适、便利的建筑环境,达到节约能源和人力的目的.

在先进、可靠的前提下,系统的配置设计应达到性能价格比的优化目标.

2.系统设计原则

不同的建筑有不同的功能,针对不同的功能需要配置楼宇自动化系统.目

的是要切切实实为业主带来效益和回报.

一般来讲,楼宇自动化系统的设计原则可以归纳出许多项,如：

先进性、模块化、开放性、可靠性、安全性、经济合理性、易扩展性、易维护性等等.根据我们多年从事智能化弱电系统的经验和环球金融中心.##洲际酒店项目的特点,本工程的智能化楼宇自动化系统设计应充分考虑以下几项主要的基本原则：

（5）可靠性

系统必须具备在规定条件下和规定的时间内长期稳定地实现本技术文件所规定功能的能力.

施耐德电气VISTA系统的所有产品均在瑞典原厂生产,实行了严格的质量管理,每一个设备在出厂前均经过严格的产品测试,单个产品平均无故障时间最少的也可以达到达50万小时,最高的高达上百万小时,系统运行可靠,在中国的所有系统都在正常运行,

本系统的可靠性指标如下：

MTBF〔平均无故障时间〕722030小时

MTTR〔平均修复时间〕10小时

系统可利用率A[A=MTBF/〔MTBF+MTTR〕]=99.999%

（6）实用性

本系统采用通过多项工程实践检验的成熟技术,切合本工程使用目标和管理模式,在体现环球金融中心.##洲际酒店项目整体特色的同时体现现代化水准.系统应符合国家标准或者相应的国际标准、规X,符合人体工程学原理,并且符合环球金融中心.##洲际酒店项目的业务流程和使用环境,达到易于维护,操作简便的目的.

因此在设计上在我们根据环球金融中心.##洲际酒店项目的特点同时注重产品的实用价值,在控制产品上选用施耐德公司具有世界先进水平的施耐德电气VISTA系统,施耐德电气VISTA系统自1994年末推向市场以来已在全球得到了广泛的应用,实践证明这是一套成熟可靠的系统.这是因为施耐德素来以技术和产品见长,在产品的研发设计上根据用户的实际需要和世界技术的发展趋势研发产品,所以推出的产品很快就在国际市场上、包括中国市场上同时广泛应用.相对于那些宣传上和介绍上很多但实际工程运用很少的产品和系统,其实用性不言自明.

（7）专业性

施耐德电气VISTA系统独特的图形化编程可以实现各种不同的控制策略,可以根据用户需要调整用户策略.同许多厂商"

固化〞的控制管理功能不同的是,提倡的是开放的概念.众所周知,当系统投入之后,由于实际情况的复杂性和可变性,在真正的用户和管理人员的使用中往往会发现系统设计功能同实际需求不符的情况.特别是环球金融中心.##洲际酒店项目这样的建筑,可以认为当投入运行一段时间后必然需要根据实际运行情况进行必要的控制策略的调整.对于那些"

固化〞的系统讲更改系统功能需要用户投入大量的资金或者根本无法实现.使用施耐德电气VISTA系统用户完全可以没有这个顾虑,他可以随时根据需要改变各种控制策略而无需厂商的参与.

（8）先进性

本系统是满足可靠性和实用性前提下最先进的系统.适应时代发展的特点,采用国际或国内符合技术发展趋势的先进技术,特别是符合计算机和网络通信技术最新潮流,为21世纪环球金融中心.##洲际酒店项目的发展创造条件.

施耐德电气VISTA系统的产品一直位于行业产品的前列,拥有多项在行业内首先使用的技术,每年投入销售额15%用于产品的研发,确保其产品位于同行业的领先地位.其DDC控制器可以直接连接到TCP/IP以太网上,使用标准的TCP/IP协议,支持SNMP网络管理协议从而使楼宇的控制设备可以直接被网络管理部门管理.其网络控制设备可以支持XML,HTML数据发布和网页发布协议,使得其它系统可以直接从高可靠性的控制设备<

MTBF高达600,000小时,远高于计算机设备>

中直接提取需要的数据.网络节点支持LAN/WAN,容量可达4百万个节点,其先进的技术完全与环球金融中心.##洲际酒店项目这种智能著名建筑的需求相契合.

（9）经济性

本系统在设计时综合考虑建设投资与长期运营费用间的关系,满足性能价格比在各类系统和条件下达到最优,以保证整个投资项目的经济性,获得系统的全面使用价值〔TBO〕与总拥有成本〔TCO〕的高性价比.

（10）开放性

本系统遵循开放性原则.遵循国际标准、国家标准和通信协议,采用标准化、模块化设计和产品,采用开放的技术与标准,包括SQLServer,HTML,XML,BACnet,Lonwroks,OPC,SNMP,ODBC,提供符合国际标准的软件,硬件、通信、网络,操作系统和数据库管理系统等诸方面的接口与协议,保证系统互联或扩展时的无障碍和高效率,使系统具备良好的灵活性、兼容性,扩展性和可移植性.采用开放、标准的数据库和标准的通讯协议为实现整个智能化系统的数据共享提供方便,从而使环球金融中心.##洲际酒店项目BMS集成管理系统的建立成为可能并最大限度的减少开发的工作量.

（11）可扩展性

为便于分步实施,也有利于长远发展,我们为将来系统的扩展留有充分的扩展的空间,以适应未来发展的需要.所有的软硬件均考虑了预留以后扩展时的接口开放性和协议一致性.

施耐德电气VISTA系统支持400万个网络节点的容量,从系统规模上讲扩展完全没有问题.从现场控制设备上讲,只需增加相应的控制模块或控制器,就可以实现系统扩展的目的.而无需更换系统设备硬件.从软件上讲,无论系统容量增加多少均可使用相同的同一套软件系统,不存在因大小容量系统需要更换软件的问题.

（12）易用性

系统均采用中文菜单和图形化界面,今后运行操作管理非常方便.

从管理界面上讲,系统提供了类似windows资源管理器的管理工具,可以方便的对系统进行设置,管理,编程等高级操作.从用户界面上讲,提供图形化的动态界面方便用户察看实时信息,提供清晰的动态报警列表方便用户快速浏览所有当前的警报,提供各种自定义的报表供用户察看和打印,等等.从系统功能管理上讲,施耐德电气VISTA系统开放所有的管理权限给用户,同时提供给用户PlainEnglish这个强大的管理工具,用户可以根据需要更改控制策略,可以扩展系统,可以改变图形界面,可以自定义报告.

总之,正如一句话说的那样：

每个建筑都是不一样的,每个用户的要求也是不一样的.采用施耐德电气VISTA系统的目的就是满足每个用户不同的需要.施耐德电气VISTA系统的目的就是让系统适应用户,而不是用户去适应系统.

（13）可集成性

楼宇自动化系统具有强大的集成能力,可以将其它弱电子系统集成在楼宇自动化系统的平台之上,如：

智能照明系统、安全防X系统、火灾自动报警系统等,通过集成功能的实现,使环球金融中心.##洲际酒店项目机电设备的运行管理避免了管理上的交叉,提高了管理者的工作效率.

施耐德电气VISTA系统本身就是一个集成技术平台,可实现对各子系统的集成.其中由于施耐德电气VISTA产品的独特优势,环境监视、数字监控、灯光控制、电梯控制、能耗管理、门禁系统、防盗报警、巡更系统都可以采用其自身的控制器实现功能,系统本身就是施耐德电气VISTA系统的组成部分之一.另外,其它系统作为第三方设备将通过施耐德电气VISTA的X-DIRVER接口等方式纳入施耐德电气VISTA系统集成.

（14）适用性和快速性

环球金融中心.##洲际酒店项目环境控制具有大型开放空间的特点,特别是酒店,人员数量的急剧变化从而导致了某个区域的冷热负荷急剧增加和下降的情况,这就要求空调自控系统对环境情况的变化具有快速反应的能力,如果反应太慢,必然导致负荷急剧增加时不能满足现场工艺空调的要求,在负荷急剧减少时必然会造成能源的浪费.

系统的反应的快慢与否取决于系统的通讯能力和现场DDC的处理运算的速度,施耐德电气VISTA系统的DDC具有32位的CPU,因此具有足够快的处理速度,系统扫描时间短至0.01秒,能够根据现场的变化快速做出正确的判断,完全能够满足环球金融中心.##洲际酒店项目环境条件的急剧变化对控制系统的要求.

（15）低成本

本方案设计力求通过合理的设计思想、先进的技术手段,为环球金融中心.##洲际酒店项目配置先进的楼宇自动化系统,通过有效的控制策略,可以大大降低环球金融中心.##洲际酒店项目的运行费用.特别是对环球金融中心.##洲际酒店项目这样的建筑来说,综合能耗只要节约几个百分点,就是非常可观的回报.

环球金融中心.##洲际酒店项目建筑面积大,配置了大量的空调机组、新风机组、送排风机以与相应的冷热源设备以保证适宜的室内空气温度和清新度.这些设备经常处于运行状态,不可避免地需要耗费大量的能源.通过楼宇自动化系统的集中管理可以使这些机电设备处于最佳工作状态下.

3.系统设计内容

根据环球金融中心.##洲际酒店项目楼宇自动化系统招标书与相关图纸中所规定的技术性能要求与说明,本方案对以下设备或系统加以监视和控制：

□通风系统监控

送排风机的监控

□空调系统的控制

1、空调机组监控

2、新风机组监控

3、公共区域风机盘管监控

□给排水系统的控制

1、生活给水系统

2、排污系统

二、HVAC系统控制方案分析

1、简单系统原则

确定环球金融中心.##洲际酒店项目空调自控系统的解决方案,首先要面对繁多的系统变量.例如：

如何补偿人数的变化和不同季节要求下的负荷变化〔即热湿负荷的变化〕对空调系统风量和冷量的影响；

为了节能而减小新风量对环球金融中心.##洲际酒店项目空气环境的影响等等.其中可以引入控制论中的简单系统原则--即系统越简单,变量越少,则整个系统越稳定,过渡期也越短.即自控系统实施方案,应该尽量简化系统变量,减少控制环节.

2、负荷性质分析

不同人数、朝向和建筑材料造成的显热、潜热负荷变化和电气设备的发热变化是环球金融中心.##洲际酒店项目主要的空调负荷变化.与通常的空调系统不同,这种变化并不是时刻存在的,在特定时间〔工作时间〕内负荷是相对稳定的.这种负荷性质使得自控系统对系统内的风机调控处于一种微小的、稳定的状态上,即引入分时段、分工况的不同的控制模式.

3、冷〔热〕阶段

环球金融中心.##洲际酒店项目在营业前经过预冷〔热〕阶段后,室内空气温度达到设计送风温度所要求的温度.此后,自控系统再根据冷热负荷进行调节控制,这样就避免了系统极限调节的工况,降低了对控制系统、空调设备参数的要求.在正常工作过程中,楼内空调系统受外界影响较小.通过预冷预热时间的酌情缩短,经过调试和试运行阶段,使操控人员会掌握不同季节时大楼所需的预冷预热时间,并写入控制程序中.

4、风量平衡

在空调系统中,维持风量平衡和室内正压是保证空调调节效果的必要条件,是控制排风机启停和空调机组送风机转速的基本依据.如果因新风量减少或排风量增加过多,打破了风量平衡,会造成外界热空气渗入室内、回风温度升高,冷冻水盘管阀门开度不断增大,使得能耗持续增加.如回风温度过高,超出系统调控X围,会使系统各部件在极限状态工作,失去控制作用.

在系统设计时,注意温度测量点的选取,提高温度采样的可信度.

5、新风使用策略

基于楼宇自控系统的节能策略很大程度上取决于室外新风的合理利用,合理的使用室外新风可以大幅度的节省能源,同时使室内空气质量得到明显改善,创造一个舒适同时节能的工组环境.

在冬季和夏季时,由于室外温度与室内温度偏差较大,为了节省能源,我们采取多用室内回风,少用室外新风的原则,一般情况下只需保证室内需要的最小新风量,以节省能源.

当热水阀已全关时,如果室温仍超过设定值下限,则说明系统已不需要外界热源,室温由控制热水阀改为控制新回风比,通过调节新风、回风和排风电动阀的开度来实现,这一季节即是冬季过渡季的控制方式.

新风阀全开后,如果室温仍超过设定值上限,则说明只靠新风冷源已不能承担室内全部冷负荷,因此必须对空调机组供冷水.在这时有两种情况将决定新回风比的控制：

〔1〕通过测量新/回风温湿度,计算出室内外空气焓值,当室内空气焓值大于室外空气焓值时,很显然机组处理全新风的耗冷量小于利用回风时的耗冷量,因此这时应采用全新风,新风与排风电动阀全开,回风电动阀全关,同时室温控制冷水阀.这种情况即是夏季过渡季的控制方式；

〔2〕如果这时室内空气焓值小于室外空气焓值,则说明利用回风是更节能的方式.这时应采用最小新回风比,室温仍然控制冷水阀,自控系统由此进入夏季工况的控制.

夏季状态向冬季状态过渡时的转换过程与上述正好相反.为了防止系统振荡,在工况转换过程中,各转换边界条件留有适当的不灵敏区.

在夏季：

夜间室外温度低,室内负荷变化相对稳定,所需冷量较少,可采取多用夜间新风来清洁室内空气.

冬季时中午室外温度高,室内负荷变化相对稳定,室内空气质量一般较差,可采取多用中午新风来清洁室内空气,增加新风量,保证室内舒适度.

在早上空调预冷〔热〕时,可适当增加新风量,使室内空气质量得到改善.

6、风机控制

组合空调器送风机的控制

控制送风机的转速就是控制送风量.如不考虑个体差异,消除大楼内每个人或设备的热负荷需要固定的送风温度和风量,因此,空调机组送风机转速要靠平均室温调整.考虑到楼内的风量平衡,调节量不宜太大,也不能过低.为满足空气调节对送风机的要求,我们选用能连续调节风机转速的变频调速器.

同时根据大楼内的工作作息时间,合理的制定机组开关机时间,一方面保证工作时间时大楼的舒适度,同时也节省了大量的能源.

7、温度控制

冷/热水盘管阀门开度控制

在通常的空调自控系统中,冷/热水盘管阀门开度一般由回风温度或室内温度控制.对于大空间或有二次热交换的区域,也可采用送风温度来控制冷/热水盘管阀门开度.

基于楼宇自控系统中水阀调节的节能策略中,首要要做到的是保证阀门的"

零〞开度.　　各类电动水阀是BA系统主要执行机构,在空调运行控制过程中阀门开度是BA系统主要调节内容.其中,保证阀门"

零〞开度是BA系统控制精度的重要保证.换句话说,选择正确流量特性和合适口径的电动水阀是BA系统成功的重要保证.·

电动调节水阀的流量特性是指空调水流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的函数关系,目前工程上常用的主要有直线流量特性、等百分比流量特性的电动水阀.　　单位行程变化所引起的相对流量变化与点的相对流量成正比关系的是等百分比流量特性水阀.该类型水阀可调X围相对较宽,比较适合具有自平衡能力的空调水系统,因此BA系统中大量应用的是等百分比流量特性的电动水阀.本次为本工程选用的水阀就是等百分比流量特性的电动水阀.·

电动水阀的口径决定了阀门的调节精度.水阀口径选择过大,不仅增大业主投资成本,而且使阀门基本行程单位变大导致阀门调节精度降低,达不到节能目的；

水阀口径选择过小,往往会出现即使水阀全部打开系统也难以达到设定温度值,无法实现控制目标.我们常用的是通过计算电动阀门的流量系数〔Kv/Cv〕值来推导电动水阀口径,因为流量系数和水阀口径是成对应关系的,换句话说,流量系数确定了,水阀口径大小也就确定了.　　水阀流量系数〔Kv/Cv〕采用以下公式计算：

　　Cv=Q/〔ΔP〕1/2　　其中Q-设备〔空调/新风机组〕的冷量/热量或风量　ΔP-为调节阀前后压差比　　理论上讲,在不同的空调回路中,ΔP值是不同的,是一个动态变化的值,取值X围一般在1-7之间.但由于在流量系数的计算过程中ΔP是开根号取值,所以对Cv计算影响并不是很大.因此,在工程设计中一般选ΔP值为4.根据计算出来的流量系数Kv/Cv选用与其相适应口径的调节水阀.

8、温度补偿

在大楼的空调自控系统设计中,我们主要考虑了两种温度补偿措施.

〔1〕设定温度的补偿：

考虑到大楼内空气各项参数受每天的日照量影响和季节变换的影响较大.因此,在冬季时,将楼内平均温度和送风平均温度适当降低,节约能耗.此外,在夏季,当楼内人数较少时,送风机工作在最低允许转速,而楼内平均温度仍在继续降低时,适当提高送风平均温度的设定值,保证人员的舒适性；

对于为不同朝向区域送风的空调机组,根据其送风区域的朝向不同设定不同的温度设定值,##空间的空调机组温度设定值可相对低一些,阴面房间的空调机组温度设定值可相对低一些.

〔2〕送风温度的补偿：

主要为获得较高的调节品质,克服系统运行和调节中存在的滞后现象.这种补偿可以较早地根据测到的室内温度、送风量等参数的变化做出较高的校正和调节动作〔微分调节〕,减少这些干扰对楼内送风平均温度的影响,防止控制系统产生振荡.

9、按区域设计定量控制方案

楼宇自动控制系统可以全面地灵活地设计和规划控制方案,做到既经济又合理,并可充分地满足机电设备节能的各种要求.

针对一个区域〔譬如说,一层楼或一层楼再分为两个区〕,在这个区域的总供水管和总回水管上各安装一只温度传感器,另外还需安装一只流量计,把所采集的该时刻3个模拟量数据输入到该传感器附近的DDC〔直接数字控制器〕中,根据供回水温差和流量的乘积计算出本区域的冷/热负荷.将该负荷值通过控制总线传送到工作站〔Workstation〕,存入数据库.系统管理员就可以从系统的数据库中直接取得相应的数据,再进行必要的分配与调整,可以统计出该区域消耗的冷/热量.

因为流量计的价格与口径大小的关系,不仅仅是比例关系,几乎成为平方的比例关系.为了进一步降低一次性投资,还可以采取一些措施,譬如说,在不影响使用的条件下,用变径的方法,适当减小安装流量计部分的供水管的尺寸,尽量选用口径小一些的流量计,就可以降低工程的成本.此外,由于〔以夏季为例〕冷冻水集水器中的水温Tw与数据采集单元的供水温度Tin之间并没有有效负载,仅仅是冷冻水在管道中流动而引起的自然损耗,因此这两者之间可以近似地用简单的线性关系来表达：

Tin=Tw±

kt×

1

式中：

Tin——数据采集单元的供水温度；

Tw——冷冻水集水器中的水温；

kt——自然损耗系数〔接近于0,用实验方法测定；

如果距离短或管道保温条件好,也可忽略不计〕；

l——从冷冻水集水器到该数据采集单元的距离；

±

——夏季取+,冬季取-.Tw是已知的〔从冷冻水集水器中的温度传感器得到〕,这样就可用简单的方法得到Tin,所以在每个数据采集单元中可以少用一只温度传感器.在基本不影响精度的情况下,进一步降低了成本.

本方案的优点是一目了然的,它是精确性和实用性的比较完美的结合.配置灵活方便,不需要专门的能量计量系统,大大降低了工程的造价.这里也充分显示出安装的楼宇自动控制系统的巨大潜力和优越性.

10、精确的控制

任一业主为大楼安装BA系统直接动因就是能实现大楼能源消耗大幅度降低以达到节省大楼营运成本的目的.这就要求BA系统整个控制过程尽可能精确.

理论上的BA系统模型,一个控制系统主要有以下装置组成：

〔1〕检测变送装置：

将被控对象的被调参数检测出来,并将其转换成各类型的能量信号.〔2〕控制调节装置：

将检测装置送来的被调参数信号与设定值相比较,当出现偏差时发出一定规律的控制信号到执行调节装置.〔3〕执行调节装置：

根据控制调节装置〔控制器〕发来的控制信号的大小和方向,开大或开小调节阀门而改变调节参数的数值.显然,组成楼宇自控系统〔BA〕主要装置有：

检测装置：

有各类型传感器〔如温度传感器、压力、压差传感器等〕.

直接数位控制器：

简称DDC,采用计算机数字输出信号去直接控制电动水阀阀门的开度.

执行器与电动阀门

以下几个条件〔因素〕直接影响到BA系统精确控制程度：

〔1〕系统前端所测信号准确尤其是象温度这样的模拟信号必须尽可能准确.如何保证系统前端信号准确