太原第四人民医院VAV住院大楼 自控系统设计方案 0114.docx

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太原第四人民医院VAV住院大楼自控系统设计方案0114

太原第四人民医院住院大楼

自控系统设计方案

2016年1月

1.系统概述

2.楼宇自动化系统简介

楼宇自动控制系统（BAS）是建筑技术、自动控制技术与计算机网络技术相结合的产物，它使整个大厦具有了智能建筑的特性。

现代智能化建筑内含有着大量的机电设备，比如:

中央空调系统、通风系统、给排水系统、电扶梯系统、变配电系统等，这些系统中设备多而分散。

多，即数量多，被控、监视、测量的对象多，多达成千上万点；散，即这些设备分布在各楼层的各个角落。

如果采用分散管理，就地控制、监视是难以想象的。

采用楼宇自动控制系统，则可以合理地利用设备，节约能源，节省人力，确保设备的安全运行，加强楼内机电设备的现代化管理，并创造绿色环保、安全、舒适与便利的工作环境，提高经济效益。

对于大楼的智能化系统中最重要的系统－楼宇自动控制系统来说，在本工程中将完成对制冷、供热、通风和空调系统等设备或系统的监控管理，从而实现创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的工作环境，提高管理水平，达到节约能源、节约人工成本的目的。

3.需求分析

本工程为太原第四人民医院感染性疾病住院大楼，地上四层，建筑面积为5122m2，主要为办公、病房等功能区域。

和欣公司楼宇自控系统根据医院的实际需求，重点考虑并满足到用户需求的如下特点：

1）医院的温湿度十分重要，要求楼宇设备管理系统对空调通风系统高精度地控制和调节，从而能提供最合适的温度、湿度，满足使用需要；在要求环境合适的同时，又要考虑到节能和高效率的发挥楼宇设备管理系统的作用；

2）对于空调机电设备，楼宇设备管理系统能够自动地在设备的运行管理中处理好设备的平均负荷工作，同时减少设备损耗率，延长设备使用寿命。

3）对建筑整体监测控制，做到信息充分共享，同时做到信息的保护和隔离，满足易维护性，为以后的软硬件扩展提供良好平台。

4.设计原则和设计依据

5.设计原则

在该工程的设计中我们本着“设备先进、技术完备、功能齐全、配置合理、节约资金”的原则进行系统设计。

实用性和先进性

本工程楼宇自动化系统按照智能建筑设计标准的甲级标准进行设计，设备全部采用目前国际上的主流技术和系统产品，保证前期所选型的系统与今后系统性能提升在技术先进性方面的可延续性。

标准化和结构化

楼宇自控系统设计除依照国家有关的标准外，还根据系统的功能要求，作到系统的标准化和结构化，能综合体现出当今的先进技术。

集成系统是一个完全开放性的系统，通过编制相关分控制系统的接口软件，将解决不同系统和产品间接口协议的“标准化”，以使它们之间具备“互操作性”。

所有接口均基于标准的TCP/IP数据接口协议和内容。

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。

所提供的系统应用软件，严格遵循模块化的结构方式进行开发；系统软件功能模块完全根据用户的实际需要和控制逻辑来编制；

可靠性

楼宇自控系统和系统集成管理担负着整个大楼的机电设备的正常运行的责任。

出现任何故障都会给用户带来严重的损失，应是一个可靠性和容错性极高的系统，使系统能不间断正常运行和有足够的延时来处理系统的故障，以确保在发生意外故障和突发事件时，系统能保持正常运行。

综合节能管理的合理性

楼宇自控系统和BMS系统应采用准确的方法来计量、合理的算法来统计及分析大厦的能源消耗，以达到节能管理的目的。

6.设计依据

∙《智能建筑设计标准》GB/T50314-2006

∙《建筑智能化系统工程设计标准》DB32/181-1998

∙《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92

∙《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

∙《建筑智能化系统工程检测规程》DB32/365-1999

∙《建筑智能化系统工程评估标准》DB32/T367-1999

∙《建筑智能化系统工程实施及验收规范》DB32/366-1999

∙《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002

∙《电气装置安装工程施工及验收规范》GB50198-1994

∙《工业自动化仪表工程施工验收规范》GBJ93-2002

∙《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2003

7.楼宇自控系统方案设计

8.设计目的

我公司设计楼宇设备自动化系统的目的是：

首先要保证工作人员室内环境的舒适性，其二要提供最佳的能源的供应方式，达到节约能源和减少运行成本的目的，其三是实现设备管理的现代化，因为设备管理很多的数据及参数都来自楼宇设备自动化系统。

所以我司主要从这三方面来考大楼的自控系统设计。

首先是舒适性，此项可以根据室外室内的温度进行调整控制，达到最佳的控制方案，提供一个舒适良好的环境空间。

其二从节能的角度来考虑。

根据整个大厦使用功能和区域划分，在空调通风系统上实现区域管理和控制。

使正在使用的区域和功能房间能达到设计的空调效果，而未使用的区域的功能房间不开通空调系统；其他如通风等消耗能源大的区域按时间确定启动设备，以此来实现在保证使用功能的前提下，最大限度地节约能耗和运行成本。

这样做不但能满足实际的使用效果，也能有效地节省运行成本和节约能耗。

同时对各分路做好时间及运行状态的记录，便于统一管理。

使信息大厦楼内的机电设备通过计算机技术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办公环境，同时实现高效节能的要求。

其三从管理现代化来考虑，楼宇设备自动化系统的一个重要的作用是它可以采集很多的数据，如水、电、风系统的运行数据、冷热量计量及各种传感器所采集的数据，这些数据对于管理者分析设备运行状况、维修时间、能源状况、费用计算都提供了依据。

这些数据由经集成后可以进行各种分析与处理，可以指导制定维护计划、备品备件的库存量设置、成本核算、各类的收费依据等等。

9.设计范围

我方能够为太原第四人民医院住院大楼自动化系统提供系统设计、软件和设备供货安装、系统安装调试、系统连动调试、用户培训、验收及售后服务等。

主要包括如下子系统：

Ø空调通风系统

Ø排风系统

Ø变风量控制系统

10.用户需求分析

太原第四人民医院住院大楼功能比较复杂，为此配置了大量的机电设备，以保证整个建筑良好舒适的环境和便利的工作空间。

而大量机电设备的使用，必将引起管理人员的增加、能耗费用的巨额支出和管理工作的复杂。

因此，对楼宇自动控制系统来说，必须实现以下功能要求：

3.3.1.全面监控设备运行的需求

如前所述，本工程的楼宇自动控制系统对制冷、供热、通风和空调系统、给排水系统、供配电系统、自备锅炉系统、电梯系统等实现监控管理。

因此，系统能够根据设定的参数要求、合理控制设备的运行，监视各类设备和系统的运行状态，以保证大厦中受系统监控的设备运行正常。

3.3.2.优化能源管理的需求

楼宇自动控制系统通过各现场控制器对大厦中的各类机电设备进行监视和控制，统一调配所有设备用电量，可以实现用电负荷的最优控制，有效节省电能，减少不必要的浪费。

通过目前有关本工程的相关资料和图纸并结合我们在楼宇自动控制领域多年的行业经验，我们对太原第四人民医院住院大楼配置楼宇自动控制系统的后，可以有效地调度全楼的负荷分配。

3.3.3.节省人力的需求

由于楼宇自动控制系统采用集散式的控制管理模式，在投入使用后可以大量减少运行操作人员和设备维护维修人员，并能及时处理设备出现的问题。

在没有楼宇自动控制系统的建筑物中，设备的开关、维护及保养都需要人去操作，这样不可避免地要求建筑配置庞大的人员队伍，而采用了自动控制系统的后，用户可方便清晰的获得报警事件并对其进行处理，通过中央监控系统提供所有的报警记录外，还有用户自定义的报警声音提醒、报警自动跳图等功能。

所有报警信息都在记录在数据库中，以备查询或打印报表文件，同时根据条件过滤或权限设定，不同的操作员接受并处理不同的报警记录。

同时本系统还有强大的数据报表功能，能提供多种专业的、标准的设备运行数据报表，可以用选择的方式配置所需要表格的的形式，系统提供预置表格：

报警/事件查询、报警间隔、档案数据、点的属性、点的交叉引用等。

只需要点击相应按钮就可产生相应的报表，并可输出到指定的一台、数台或网络打印机上。

同时也将数据保存到硬盘，并可根据要求传送到其他计算机。

上述工作均由楼宇自动控制系统根据预先设计好的程序自动完成，大批的人力将被减少下来，首先节约了管理上的开支，同时也减少了由于管理众多人员所引起的一系列问题。

3.3.4.延长设备使用寿命的需求

通过对大楼配置的楼宇自动控制系统，设备的运行状态始终处于系统的监视中，楼宇自动控制系统可提供设备运行的完整记录，同时可以定期打印出维护、保养的通知单，这样可以保证维护人员及时进行设备保养，因此可以使设备的运行寿命加长，大大降低了整个大厦的运行费用。

3.3.5.系统的开放性

整个大楼的楼宇自动控制系统采用完全开放的系统结构，从而保证用户在众多产品供应商中自由选择优质的产品。

通过标准的TCP/IP协议它可以同以太网或者标准的网络设备相连接。

现场设备的通讯支持BACnet协议，该协议技术在全球范围内已经被3000个生产厂家所应用。

软件按模块形式设计，除具备基本功能外，根据用户需要还能提供各种丰富的应用开发功能，例如：

OPC、DDE、ODBC等，以利于程序的开发、扩展和修改。

3.3.6.安全性

太原第四人民医院住院大楼自控系统的安全可靠性是建筑良好运行的保证，对于发生故障的处理措施是保证系统安全运行的重要手段。

1）通讯线发生故障：

在系统运行时通讯线的故障并不影响现场控制器的正常工作。

由于每个控制器都拥有各自独立的CUP单元，控制程序事先编辑完毕下载到控制器中，控制器按照各自的程序运行，使得控制器既可以单独工作也可以作为系统中的一个控制器工作。

因此通讯线的故障并不影响控制器的运行。

2）当现场控制器的CPU发生故障时：

当现场控制器的CPU发生故障不能运行时，工作人员可在控制器柜内就地对所控制的设备进行手动控制。

3）中央控制室管理计算机使用2台，一台控制楼宇设备，一台为网关。

网关机管理着与楼控接口的自备锅炉、变配电、电梯等控制系统。

这样当控制楼宇设备的计算机故障时，网关计算机仍然能为集成系统提供楼控的数据。

4）楼宇自动控制系统中安全和授权被分为两部分：

安全：

用户必须通过登陆验证，需要输入用户名和密码正确才能进入系统。

授权：

系统管理员可以分配给用户/组以下4种权限中的一种权限

用户（user（Read））

操作管理员（operationmanager（Read/Write））

编程管理员（programmanager（Change））

系统管理员（systemmanager（fullcontrol））

同时根据权限的不同访问类型分以下几种：

无权访问（Noaccess）

只读（Read（R））

读写（Read/Write（RW））

改变（Change（RWXD））

全控（Fullcontrol）

5）楼宇自动控制系统拥有数据库备份功能，可实现完全备份，或增量备份。

可备份网络上的所有操作单元的数据库到一个普通的我网络服务器上。

从而保证了系统数据的安全性。

11.楼宇自控系统的网络结构

本工程的楼宇自控系统采用集散型控制方式，即现场区域控制，计算机局域网通讯，最后进行集中监视、管理的系统控制方式。

这种控制方式保证每个子系统都能独立控制，同时在中央工作站上又能做到集中管理，使得整个系统的结构完善、性能可靠。

楼宇设备自动化系统网络结构可分为三级，第一级为中央工作站，即控制中心，中央工作站设在控制中心机房内。

中央工作站系统由PC主机、显示器及打印机组成，是BAS系统的核心，整个大楼内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示，它可以直接和以太网相连。

第二级为直接式数字控制器，第三级为采集现场信号的传感器和执行机构。

直接数字控制器、传感器及执行机构随被控设备就近设置。

管理层网络支持TCP/IP协议，中央站可以通过网络把信息传送到任何需要的地方。

现场控制网络则采用符合BACnet通信协议的网络，同时现场控制器可以独立于网络完成控制功能，如下图所示：

楼宇自控系统既可以作为一个平台集成电梯系统、锅炉系统、变配电系统等，又提供开放的接口被智能化系统集成所集成，与其他子系统形成联动功能。

本系统采用最新技术的视窗图形用户界面，形象地监控各机电设备，有关的图形是动态显示，将采集到的模拟量/数字量等数据在图形相位置中实时显示运行工况。

同时采用多任务、多用户实时操作系统方式，操作员可在屏幕上观察不同的任务视窗信息，并在视窗之间进行切换。

收集和分析采样数据，系统自动生成图表，包括历史数据、进行数据传输。

设置在控制中心的中央工作站可显示整个大厦的楼层平面图、各系统工艺流程图、自动控制系统图等，直观显示受控设备的位置，同时自动记录各种参数、状态、报警、记录启停时间、累计运行时间，可预定、调整日程功能表以及节能控制，并记录其它历史数据等。

一旦报警，显示器立即显示相应的图形界面，系统记录报警时间和地点，并自动在打印机上输出打印报告，可设置系统报警类别的优先权，按轻重缓急来处理异常事件。

为保证系统运行的安全性，系统监控软件采用当代最先进且符合业界标准的软件技术，运行在多任务多线程主流的操作系统之上。

具有功能强大的可扩展的人机接口图形界面，能够对设备系统进行完善的集成监控和管理。

采用面向对象的图形界面，操作界面和相关的文档采用简体中文描述。

系统监控软件包含运行该软件所需的操作系统和其他相关软件平台。

12.楼宇自控系统的控制器

楼宇自控系统的控制器DDC是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器，它是一个完整的控制器，具备应有的固件及硬件，能完全独立运行，不受到网络或其它控制器故障的影响。

DDC控制器既可作为智能控制器独立运行，控制现场设备，监视现场环境，也可接入LON总线，从而成为控制网络的一部分，与其它系统实现智能集成。

13.楼宇自控系统传感器及执行器

✧插入式水道温度传感器

✧插入式水道压力传感器

✧插入式流量计

✧风管温度传感器

✧风管温湿度传感器

✧风道压力传感器

✧液位开关

✧压差开关

✧防冻开关

✧电流、电压、功率检测

✧电动阀及阀门执行器

✧电动风阀执行器

✧BAS其他所需设备

14.楼宇自控系统的监控内容

14.1.1空调系统

医院二层到四层采用12台空调机组与12台排风机配套使用，保证各房间的相对压差。

ØBAS主要监控点如下：

a.送风、回风温湿度；

b.过滤器压差状态；

c.防冻开关状态；

d.送风机控制及运行、故障手自动状态等；

e.新风阀的控制；

f.冷、热水盘管水阀的控制；

g.加湿的控制；

Ø监控内容和方式：

⏹启停控制：

空调机组根据预先设定的时间程序自动启/停机组送风机，每台机组都有每周工作天数的设定，每天4-8条工作时间通道设定，并另有特殊工作日及节假日的时间设定。

开机后检测风机的运行状态、故障状态，如异常发出报警信息。

⏹顺序控制：

开机：

依次开新风阀、送风机、盘管水阀；关机：

依次关盘管水阀、送风机，回风阀、新风阀。

⏹过滤器的检测：

空调机组设有过滤器，分别在其两端设置压差开关，当风机启动后，在过滤器前后会产生风压差，当过滤器堵塞时，风压差将大于压差开关的设定值，其接点闭合发出过滤器堵塞报警信号。

⏹防冻报警：

当冬季因某种原因造成盘管温度过低时（通常在+5℃左右），低温防冻开关将发出报警信号，系统接收到报警信号后，立刻停止风机的运行，关闭新风阀，将热水阀开至100%，以防止盘管冻裂。

在报警信号没有排除之前，系统无法自动开启。

当盘管温度达到正常时，自动重新启动风机、打开新风阀，恢复机组的正常工作。

⏹夏季、冬季工况时,室外温度值远高于或低于新风温度值时,新风风门按最小换气次数来决定其最小开度,并与风机同步开启,在保证室内空气的卫生标准的前提下,最大限度地节约能源。

⏹在过渡季节时,调整新风阀的预设开度,最大程度地利用室外空气的焓值（热能之总和）。

⏹新风的控制要求：

根据新风温度、回风温度和设定温度能够形成多种情况。

无论出现那种情况，均可以采用PID进行粗调节，使其送风温度趋近于设定温度。

⏹温度控制：

盘管水阀控制：

夏季关机时，机组盘管的电动水阀关闭。

开机时，根据回风温度与设定温度的偏差，对冷盘管的电动水阀进行自动PID调节，控制电动水阀的开度，使回风温度控制在设定的范围之内。

冬季当室外温度不过低（一般高于+5摄氏度），停机时热盘管均关闭。

开机时，根据回风温度与设定温度的偏差，对热盘管的电动水阀进行自动PID调节，控制电动水阀的开度，使回风温度控制在设定的范围之内。

⏹湿度控制：

开机后根据回风的相对湿度和设定值之差来确定何时开启加湿，有开机信号的情况下并且当湿度低于35%时，开启加湿装置直到湿度达到65%后关闭加湿，周而复始的工作。

⏹运行时间的累计：

运行状态符合要求，开始累计设备的运行时间，每满1小时将自动记录，累加的时间自动显示在动态画面上。

⏹趋势记录：

空调机组的各动态运行参数可自动记录、储存、列表，并定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。

⏹控制机组的监测：

回风、送风温湿度、空调机组的送风机状态、故障状态、手自动状态、初效过滤器状态，中效过滤器状态、防冻开关状态等各监测参数超限或异常均自动发出声光报警，并可以同步打印。

⏹系统可以根据预设程序自动或手动进行季节转换。

⏹所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央管理工作站上调整修改，以满足用户的使用。

14.1.2排风机系统

医院二层到四层采用12台排风机与12台空调机组配套使用，保证各房间的相对压差。

ØBAS主要监控点如下：

a.检测排风机的运行状态、故障状态、手、自动状态反馈；

b.控制排风机的启停。

c.排风排与空调机组联动，保证各房间的相对压差。

Ø监控内容和方式：

⏹启停控制：

风机根据预先设定的时间程序自动启/停风机，每台机组都有每周工作天数的设定。

⏹风机每次开机前先行检查机组的状态，符合要求按时序开机，如有异常则发出报警。

开机后检测风机的运行状态、故障状态，如异常发出报警信息。

⏹运行时间的累计：

风机运行状态符合要求，开始累计风机运行时间，每满1小时将自动记录，累加的时间自动显示在风机组的动态画面上。

⏹趋势记录：

风机的各动态运行参数可自动记录、储存、列表，并可以作到定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。

⏹风机的监测：

监测风机的状态、故障状态、各监测参数超限或异常均自动发出声光报警，并可以同步打印。

⏹所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央管理工作站上调整修改，以满足用户的使用。

14.1.3VAV系统控制

一、变风量空调系统（VAV）的优势

变风量空调系统区别于其它空调形式的优势主要在以下几个方面:

　　1、节能

　　由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。

据模拟测算，当风量减少到80%时，风机耗能将减少到51%；当风量减少到50%时，风机耗能将减少到15%。

全年空调负荷率为60%时，变风量空调系统（变静压控制）可节约风机动力耗能78%。

　　2、新风作冷源

　　因为变风量空调系统是全空气系统，在过渡季节可大量采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，能大幅度减少制冷机的能耗，亦可改善室内空气质量。

　　3、无冷凝水烦恼

　　变风量空调系统是全空气系统，冷水管路不经过吊顶空间，避免了风机盘管系统中令人烦恼的冷凝水滴漏和污染吊顶问题。

　　4、系统灵活性好

　　现代建筑工程中常需进行二次装修，若采用带VAV空调箱装置的变风量空调系统，其送风管与风口以软管连接，送风口的位置可以根据房间分隔的变化而任意改变，也可根据需要适当增加风口。

而在采用定风量系统或风机盘管系统的建筑工程中，任何小的局部改造都显得很困难。

　　5、系统噪声低

　　风机盘管系统存在现场噪声，而变风量空调系统噪声主要集中在机房，用户端噪声较小。

　　6、不会发生过冷或过热

　　带VAV空调箱的变风量空调系统与一般定风量系统相比，能更有效地调节局部区域的温度，实现温度的独立控制，避免在局部区域产生过冷或过热现象。

　　7、提高楼宇智能化程度

　　采用DDC数字控制的变风量空调系统，可以实现计算机联网运行，接入到楼宇自控系统中，从而提高楼宇智能化程度。

　　8、减少综合性初投资

　　由于增加了系统静压控制以及VAV空调箱等环节，设备控制上的造价会有所提高。

但由于变风量空调系统可以根据冷热负荷的分布，使送风量在建筑物内各个控制区域间平衡转移，从而使系统的设计总送风量减少，因此可以减小空调系统的设备容量，系统综合性初投资不一定会增加，甚至可以降低。

　　9、变风量空调系统结构简单，维修工作量小，使用寿命长。

二、系统的三种控制方式

1、VAV系统定静压控制

VAV系统定静压控制是在送风系统管网适当位置（标准规定在离风机2/3处）设置静压传感器，在保持该点静压为一定值的前提下（一般在250Pa~375Pa之间），通过调节风机转速来改变空调系统的送风量。

当空调负荷减少，部分VAV箱风阀开度减小，系统末端阻力增加，管路综合阻力系数增加，管路特性变陡，根据理论分析，对于定静压控制系统，风机功率的减少率基本上等于风机风量的减少率。

当风机风量全年平均在60%的负荷下运行时，此时风机功率节约不到40%。

采用定静压法，系统运行控制状态点会随送风量的变化，风机的运行点也会随之变化，改变风机动力。

其不足之处是静压传感器的位置和数量很难确定，而且节能效果较差。

2、VAV系统变静压控制

VAV系统变静压控制，是在使风阀尽可能全开和使风管中静压尽可能减小前提下，通过调节风机转速来改变空调系统的送风量。

在调节过程中，风道内的静压根据变风量末端机组的风门开度（或送风量）进行调整。

自动控制系统测量每个变风量末端机组的风门开度（或送风量），风道内的静压应使最大开度（或送风量）的风门（或送风量）接近全开位置（或最大送风量）。

当最大开度的变风量末端机组的风门开度小于某一下限值时（例如85%），则减少风道的静压设定值，反之，当最大开度的变风量末端机组的风门开度大于某一上限值时（例如98%），则加大风道的静压设定值。

通常不应使风门长期处于100%开度，以免引起风门执行机构损坏。

由于阀门始终处于85%~98%之间，VAV箱局部阻力系数变化很小（可能增加一点,也可能减小一点），相应地管路综合阻力系数也变化很小，综合阻力曲线上升或下幅度微小，根据理论分析，对于变静压控制系统，风机功率的减少率基本上等于风机风量减少率的三次方，当风机风量全年平均在60%的负荷下运行时,此时风机功率节约78.4%（1-0.63=0.784）。

3、VAV系统总风量控制（另一种VAV系统变静压控制）

此种控制方法是基于每个变风量末端机组实时的风量要求，采用各风量求和得到总风量，对送风机转速进行跟踪调节，使总送风量不断变化以满足实时的风量要求，而不去考虑送风系统管道静压变化。

Hysine公司的变风量箱控制器，也完全支持这种控制方式。

本方案将总风量控制法作为被选方案。

三、VAV空调机组监控

变风量控制和定风量控制不同，当控制区域热、湿负荷变化时，不是在送风量不变的条件下依靠改变送风参数（温度、湿度）来维护室内所需要的温、湿度，而是保持送风参数不变，通过改变送风量来维持室内所需温、湿度。

用调节风机转速控制风量取代风门或档风板的节流