智能建筑与楼宇自控系统讲义V.docx

智能建筑与楼宇自控系统讲义V.docx

《智能建筑与楼宇自控系统讲义V.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能建筑与楼宇自控系统讲义V.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

智能建筑与楼宇自控系统讲义V

智能建筑与楼宇自控系统

一、智能建筑

1.建筑是个综合体，它可以分解为结构、系统、服务和管理四个要素。

智能建筑是通过一定方式将这四个要素有机整合达到最佳，以获得高效率、高功能与高舒适性的建筑物。

其实质是信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理。

它依托于建筑技术和信息技术的日臻成熟和不断进步，是人类社会发展到一定阶段的必然产物，其原动力来源于人们对美好生活的向往和追求。

智能建筑的内涵是变化的，从上个世纪八十年代第一座智能建筑在美国诞生始，大致经历了专有单一功能、专有多功能和系统集成三个阶段。

在前两个阶段，子系统之间是彼此独立互不联系的，后一阶段是要用系统集成的方法通过网络将各个子系统联系汇合成综合系统，以求得总体大于部分之和的高效用。

因此在当今，建筑智能化可以等同于建筑系统集成化。

智能建筑一般包含：

构筑物子系统、装备自动控制子系统、通讯自动化子系统、安全保障子系统、以及办公管理自动化子系统等五方面。

系统集成是个过程，它不仅包含对各个子系统的集成，也包含着对人的集成、组织的集成，它是全方位能力的具体展现，贯穿于设计、建设和服务的全过程。

2.智能建筑的优点

    智能建筑是社会经济发展和改善工作、生活条件要求的必然产物，是理想的办公或生活场所，能帮助人们便利地学到更多的知识，完成更多更高难度的设计和科研、更及时全面实施商贸交易，节省更多的能量，使人们获得更大的效益。

概括讲，智能建筑具有如下优点：

（1）智能建筑对温度、湿度、照度均加以自动调节，甚至控制色彩、背景噪声与味道。

创造了安全、健康、舒适宜人的活动环境，从而能大大提高工作效率；

（2）智能大厦空调与照明系统的能耗很大，约占大厦总能耗的70％。

按事先确定的日历程序，区分"工作”与“非工作”时间，尽可能利用自然光，对室内环境不同标准实施自动控制，自动升降室内照度与温湿度，并能够最大限度地节省能源；

    （3）室内办公所必需的通信与电力供应具有极大的灵活性，通过结构化综合布线系统，在室内分布多种智能建筑系统功能设计的实质是系统集成设计，是最优化综合的统筹设计，这种设计不是将各种各样的电子产品信设备及建筑设备简单的积木式地组合，而是充分体现着一种综合能力，一种思想理念，一种指导智能化信息系统的总体设计，分步实施的方法和策略，它不仅是技术更是艺术技巧，它能把现有的先进科技巧妙灵活地运用在现有的智能建筑系统，并充分发挥作用和潜力，系统集成必须从大厦、小区的整体规划、集成、服务、运营、管理几个方面出发综合考虑。

标准化的弱电与强电插座，只要改变跳线，就可简捷、快速地改变插座功能；

    （4）在智能建筑中，用户通过国际直拨电话、可视电话、电子邮件、声音邮件、电视会议、信息检索与统计分析等多种手段，可及时获得全球性最新信息和资料。

通过国际计算机通信网络，可随时与世界各地的企业或机构进行各种业务工作。

空前的高速度，大大有利于决策和竞争。

3.智能大厦的关键特征在于其智能化，而智能化的实质是信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理。

可以说，没有系统集成就没有智能化可言。

智能建筑内的各个系统都不是完全独立的，各个系统通过计算机通信网络连接在一起，互相交换数椐，共同管理大楼。

那么，要达到系统集成，解决大楼内各系统的互联问题就成为建设智能大厦的关键。

4.系统集成的基本内涵

    　智能建筑系统集成过程（建造过程）包括人的集成，组织的集成，管理与技术的集成，系统平台BAS、CAS、OAS、FAS、SAS、即5S的集成，这些集成将贯穿于设计和建设的全过程中。

1999年10月发布的《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》规定建筑智能化系统工程是指新建或已建的单位的或群体建筑中增加通信网络，办公自动化，建筑设备自动化等功能，以及这些系统的集成化管理。

总而言之，通俗地说，所谓系统集成，就是将建筑规划、建筑设备环境工程、信息工程、自动控制工程、动力工程、物业管理、人类工效学等多门技术的整合，是高新技术与传统建筑技术的整合，智能建筑的系统集成内涵，建筑现代化和系统智能化是智能建筑两大主体特征，建筑设备系统和构筑物系统是建筑主体特征的本体。

内涵子系统，信息系统和楼宇自动化系统是智能化主体特征的本体内涵（子系统），消防，备用电源，安全保卫，暖通空调，环境卫生，电力照明等系统为基本特征，即传统建筑和智能建筑共有的内涵（子系统）。

二、智能建筑的发展历程

1.智能建筑的出现、产生是社会发展的必然，也必将有着辉煌的未来。

在目前尚未发展成熟的时期，智能建筑的定义，有着多种的表述，对智能建筑未来的发展也有着不同的见解。

图1是对智能建筑技术演进过程的一个描述，也是比较普通的一种看法。

    在传统意义与建筑物有关的控制技术被认为是在建筑系统中的使用的空调、照明、电梯和保安等。

在过去的十几年中，叮技术已经对建筑设计产生了很大的影响，最明显的就是对建筑用户和建筑物内传统的声音、数据、图像传输系统的影响，IT技术还对建筑控制的方法产生深远的影，向。

建筑管理系统和能源管理系统早巳计算机化，它们与电话系统的相互影响已经很大。

    技术进步改变了建筑控制和运营的方式，机械方法被电子方法和集散型方法引进到建筑控制技术中，使智能系统及其电源尽可能接近被监控的物体。

向计算机集成建筑发展的过程可以从图2所示的阶段中看到。

    最早的O阶段用硬线连接，是建筑控制最原始的办法。

许多系统是液压式的，管道的绝对容量和线路限制了可以控制的装置的数量；第1阶段为封闭系统部件间的有限信息分享；第2阶段说明界面的建立是可能的，但仅限于同一制造商的系统；第3阶段表明建立不同制造商之间的界面也是可能的，但只有在使用定制的通道时才能实现；第4阶段表示了以用户IT系统为基础构造出有限集成的例子。

向第5阶段完成集成建筑方向发展是比较缓慢的，其原因有以下几点：

（1）不同部件由不同的供应商提供，即所谓“产业破碎”；

（2）缺乏标准及向标准化努力的支持，使大多数系统都是独有的；

    （3）随着系统集成数量的增加，集成要求综合性网关；

    （4）在业主和住户的心目中，以前在集成方面所作的努力，产生了一些不必要的复杂的系统，它们并不能够为他们带来金钱方面的价值。

    目前，已经建成的第5阶段智能建筑表明，完全集成建筑要求采用新的程序以改善用户组织机构运作的有效性，并通过一个数据网络和适应于开放系统标准和管理平台而实现集成。

    建筑智能化集成发展缓慢的另一个主要原因是其设计和运行的复杂性。

实际上，要实现集成必须满足以下几个条件：

（1）在界面标准的使用上必须达成协议，上世纪未超过2000家公司开发了LonMark协议的产品，使设计沟通更有效率；

（2）传输媒介将更加标准化，不同传输媒介使用相同的金属电缆和光纤也是可行的；

    （3）要达到集成的目的，需要不同的设计方法和建筑技术。

来自控制和n行业的工程师、顾问公司、制造商需要组成一个团队来协调一致地工作。

一个集成目必须由一个懂得系统集成技术复杂性的个人或机构来领导；

    （4）将不同系统集成并清晰地定义界面是今天必须面对的挑战，这一点有望在近几年内解决。

另一个挑战是创建一个统一的数据库并开发中间设备，最终控制数据和实施系统的管理功能

2.世界上第一幢智能建筑出现于1984年，在美国康涅格州哈特福德市。

我国的智能建筑兴起于1990年。

现在，我国的智能建筑正在蓬勃发展，特别在上海、北京、广州、深圳等经济发达地区。

如上海，已建和在建的大楼中带有智能色彩的，约有400幢，投资近1000亿元。

上海市的智能建筑正在向智能化商业街、智能小区（广度）和智能家庭（深度）发展。

三、智能建筑系统的构成

1.在国际上，通常将一个综合的智能建筑物管理系统分解为若干个子系统，这些子系统分别是：

    中央计算机管理系统（CentralComputerManagementSystem-CCMS）

    办公自动化系统（OfficeAutomationSystem-OAS）

    楼宇设备自控系统（BuildingAutomationSystem-BAS）

    保安管理系统（SecurityManagementSystem-SMS）

    智能卡系统（SmartCardSystem-SCS）

    火灾报警系统（FireAlarmSystem-FAS）

    内部通信系统（Inter-CommunicationSystem-ICS）

    卫星及共用电视系统（CentralAntennaTelevision-CATV）

    车库管理系统（CarparkingManagementSystem-CPS）

    综合布线网络系统（PremisesDistributionSystem&Network-PDS&NET）

    这些集成系统为大厦提供了一种高度安全和防御灾害的能力，制造了一个舒适的小气侯，同时可以对于大厦进行科学、高效的综合管理，并且达到节省能源的目的。

    从上面的讨论，我们可以归纳出，智能化建筑通常具有四大主要特征，即楼宇自动化（BuildingAutomation,缩写BA）、通信自动化（CommunicationAutomation,缩写CA）、办公自动化（OfficeAutomation,）缩写OA）、布线综合化。

前三化就是所谓“3A”智能建筑（智能大厦）。

四、典型的集成系统结构

五、楼宇自控系统概述

1.市场背景

●建筑物越盖越高、面积越盖越大，动辄几万、几十万平米；

●建筑物的功能分区越来越多，同一栋建筑有的要分办公、酒店、商场、公寓、娱乐等几个使用功能；

●使用者对建筑物的服务要求多样化，对环境的舒适性、便捷性、安全性、设施的完备性的要求日趋提高；

●为了满足以上几条要求，需要在建筑物内设置空调通风设备、冷热源设备、给排水、污水处理设备、变配电设备、应急供电设备、照明设备、电梯、自动扶梯等建筑装备；

●这些装备数量庞大，大型建筑就要成千上万台，它们分布区域广，需要实时监视和控制的参数也有成千上万之多，造成了运行操作和管理上的困难；

●各类设备运行工艺复杂程度不一当多台设备构成系统时，运行状态相互关联相互影响，例如空调系统末端的负荷变化时要造成水压、水量、风压、冷量的波动，导致水泵、风机、调节阀、风阀等状态的相应调整。

●再比如，办公楼日间使用和夜间停用对空调设备、照明设备的联动控制；

●特定空间对环境指标的超常规要求，如医院的手术室、生产集成电路的超净厂房等，空气的温度、湿度、洁净度必须严格控制。

●建筑物内的机电设备越多，能耗越大，如能有效管理和使用节能效果会非常显著。

●综上所述，对大型建筑物和建筑物群的装备使用人工方式进行操作、控制与管理已经不可能，采用楼宇自控系统已是必然的趋势。

2.发展方向

●实现开放式的系统通信，向上能与以太网接口，或者通过网关与其它网络联系，构成综合管理系统，也就是有些系统集成商或厂家开发的楼宇管理系统。

●向下支持标准、开放的现场总线，使得过程控制或现场的智能变送器、执行器和本地控制器之间实现可靠的实时数据通信，也就是现场总线控制系统。

●目前认为比较有前景、有可能被广泛采用的现场总线标准有Lonwork协议和Bacnet协议等。

一些厂家已经开发出了基于这两种协议的现场总线控制系统。

3．典型系统结构：

4．功能概述

（1）、.变配电设备及应急发电设备

•高低压主开关动作状态监视及故障报警；

•变压器与配电柜运行状态及参数自动监测、报警；

•主要设备供电控制；

•停电复电自动控制；

•应急电源供电顺序控制。

（2）、照明设备

•各楼层照明定时开关控制；

•泛光照明灯定时开关控制；

•停车场照明灯定时开关控制；

•航空障碍灯点灯状态状态显示及故障报警；

•事故照明应急灯控制；

•照明设备的状态检测。

（3）、通风空调设备

•空调机组状态检测与运行参数测量；

•空调机组的最佳启/停控制；

•空调机组预定程序控制与温湿度控制；

•室内/外空气温、湿度，co、co2等参数测量；

•新风机组启/停时间控制；

•新风机组预定程序控制与温湿度控制；

•新风机组状态检测与运行参数测量；

•送排风机组的状态检测和控制。

（4）、给排水设备

•给排水系统的状态检测；

•污水池、集水井水位检测及异常报警；

•地下、中间层、屋顶水箱水位检测；

•公共饮水过滤、杀菌设备控制、给水水质监测；

•给排水泵的状态控制；

•卫生、污水设备运行监测、控制。

（5）、交通设备

•电梯自动扶梯运行状态检测；

•停电及紧急状况处理；

•语音报告服务系统。

（6）、冷热源设备

•冷冻机、热泵、锅炉、热交换器等运行状态监视与参数检测；

•冷冻机、热泵、锅炉、热交换器的启停与台数控制；

•冷冻机房设备、锅炉房设备的自动连锁控制；

•冷冻水、热水的温度、压力控制；

•能量计量。

5．软件功能概述

（1）、系统软件

•对操作人员赋予操作权限，记录访问系统的人员的身份识别字、访问时间和内容。

•图形窗口式的人机界面，中文下拉菜单，仿真动画显示，具有系统图、系统结构图、设备控制原理图、控制流程图、联动图、建筑平面图、报警、文件报表、帮助等画面。

•对被监控设备的状态报警和故障具有报警画面弹出、音响提示，打印报警和故障发生的时间、地点、类别、设备类型等。

•系统发生故障或异常报警，系统控制软件除了记录、提示、打印报警信点以外，还将对警报进行处理。

按照故障、异常紧急状态的情况作出诊断与反应，自动控制相关设备的启停；发出切断电源、关闭设备、投入备用设备等各种控制指令，避免事故扩大、尽可能的保证服务设施的正常运转。

•系统提供给程序员进行系统应用设计的工具软件，包括系统网络配置、系统组态参数设定、系统图形制作模块等。

•系统控制软件提供多种控制方式，如直接数字控制模式、逻辑判断模式等。

系统软件提供组合控制设定模式，可将需要同时控制的若干不同控制对象组合在一起。

•提供采样点信息数据库、控制流程、报表文件的资料复制或储存。

（2）、现场监控站软件

•对模拟量和开关状态按一定的速率进行采样，具有显性化、单位量转换、数字滤波等功能。

•对设备的状态、运行参数、上下限进行设定。

•根据设定参数，自动进行各种控制程序的运行，包括时间/事件的控制、区域控制、PID控制、焓值控制等。

•提供供热、通风、空调等系统与设备各种不同类型的数学模型与功能软件。

•对现场控制站与其它设备如上位机或其它现场控制站之间的通信进行管理。

6．典型系统结构

7．部分产品介绍

特点

•16/32位处理器

•独立或联网操作

•输入/出功能模块，按实际需要组合

•有多种操作员接口

•点趋势监察

•LED显示控制器工作状况

•报警处理功能

•后备电池保护RAM数据

•快擦存贮器FlashMemory

•无须电池支持的缓冲寄存器GoldCapicitor“金电容”，平均无故障时间MTBF高达12万小时。

六、楼宇自控系统的设计

1．基本背景

●建筑智能化归根到底是电气技术（包括强电和弱电）的革新和发展，使之具有“智能”功能。

尤其是上个世纪末期以来，大量与计算机有关的不同使用功能的新技术的出现和相关设备的开发生产，以及1T业的长足发展，加之这些新技术与自动控制技术的巧妙结合，才使现代智能建筑以令世人瞩目的速度变成现实并迅猛发展。

在实际工程实践中，电气设计通常分为强电设计和弱电设计两大部分。

●强电设计可分变配电系统、照明、动力系统和防雷接地系统的设计。

是传统的电气设计内容。

一般说来，强电的处理对象是能源（电力），具有电压高、电流大、功率大、频率低的特点，主要考虑的问题是减少损耗，供电安全可靠，提高效率的问题。

●弱电的处理对象是信息，即信息的传送与控制，具有电压低、电流小、功率小、频率高等特点。

它是一门综合性的技术，涉及的学科十分广泛，发展迅猛，正朝着综合化、智能化、集成化的方向发展，它主要考虑的问题是信息传送的效果，即信息传送的保真度、速度、广度和可靠性等。

●建筑弱电根据其使用环境、要求不同名目繁多，在设计中不可能面面俱到，除非建筑单位提出要求，一般均按常规设计，即按照建筑类别和类型遵照规范进行设计。

由于弱电设计面广、难度大、很难要求设计者全面掌握，所以设计院只需完成总体方案与系统设计，并解决好与其他专业设备及管线间的配合。

●智能建筑是一个正在迅速发展的领域，各种规范跟不上发展也属正常。

在这种情况下，设计者把一些细节问题交给了设备商，设计单位只完成总体方案及系统设计，并解决好与其他专业设备、管线间的施工配合。

因为弱电部分设计面广、难度大，设计人员很难全面掌握。

各生产商在详细技术数据上更为专业，由他们在设计单位所设计的总体方案及系统上配备主、辅设备及器件是比较妥当的，也是无可奈何的。

●智能大厦的关键特征在于其智能化，而智能化的实质是信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理。

可以说，没有系统集成就没有智能化可言。

智能建筑内的各个系统都不是完全独立的，各个系统通过计算机通信网络连接在一起，互相交换数椐，共同管理大楼。

那么，要达到系统集成，解决大楼内各系统的互联问题就成为建设智能大厦的关键。

●.随着网络互联技术的发展和因特网（Internet）在全球范围的盛行，开放、互联和信息共享已成为信息时代的潮流，构造不同厂家的产品能够互联、互换和互操作并可以与因特网无缝连接的新一代楼宇自动控制系统已成为业主、系统集成商和最终用户的迫切要求。

2．系统设计原则

●系统统一规划原则

楼宇自动化系统BAS是一个宏大的集散型控制系统即DCS，是以中央计算机为核心，与多种多样楼宇设备控制子系统集成的综合体系，通过信息通信网络组成分散控制与集中监视和管理功能模式，各子系统之间通过交换信息相互联动，实现最优化控制管理，提高智能建筑的安全性、舒适性、节省能源降低费用。

●系统协调管理原则

开放型结构的楼宇自动控制系统BAS与楼宇管理的上位计算机进行信息交换，便能实现全智能建筑各子系统的总体协调，管理与服务。

其中包括各种运营管理服务，防火与安全防范，消费管理等各种授权IC卡应用系统，建筑环境的温度、湿度、压力、噪声的控制，能耗的降低，以及人事财务及物资的管理等。

●可持续发展原则

建筑是百年大计，一座建筑从设计寿命到实际使用跨越50年到100年以上，在现代建筑技术，电子信息及网络技术高速发展且其速度和模式不可预测（如纳米技术，量子计算机等的应用）的未来，建筑作为智能化的载体要具有长远的发展余地和空间，这种余地和空间要处理好投入与产出、投入与发展的关系，要有通过少量投入和技术改造，适时地与当时的智能技术匹配的技术措施，即长远适应智能化发展的需求和随市场变化的能力。

●系统开放性原则

接口遵循开放、通用的国际标准，互换性好，可维护性好。

●实用性原则

遵循“以人和自然为本”的原则，根据建筑物的实际情况进行系统配制并注意与建筑物所处的整体环境相融合，为客户营造安全的生活和工作环境，各子系统的使用界面简单明了，方便各种层次的客户的使用。

●先进性原则

坚持高起点，系统必需采用符合国际技术发展潮流的技术和产品，避免短期内因技术陈旧造成整个系统性能不高和过时淘汰。

●可靠性原则

系统所选取用的技术及配套设备成熟可靠，以保证整个系统的长期正常运行

●经济性原则

在考虑整个系统先进、可靠的同时，还着重考虑系统的经济实用性，并且从系统目标和用户需求出发，经过流分论证选择合适的技术和产品。

●可扩充性原则

系统的设计要考虑将来扩容的需要，无论系统设备还是网络拓扑结构，都具有很好的开放性，建立一个可扩展的平台，以保护前期工程和后继先进技术的衔接，使系统具有持续的先进性。

●集中管理原则

各子系统进行集中统一式监视和管理，将各集成子系统的信息统一存储、显示和管理在同一平台上，并为其他信息系统提供数据访问接口。

重点是要准确、全面的反映各子系统运行状态，并能提供建筑物关键场所的各子系统综合运行报告。

●分散控制原则

各子系统进行分散式控制，保持各子系统的相对独立性，以分离故障、分散风险、便于管理。

●系统联动原则

以各集成子系统的状态参数为基础，实现各子系统之间的相关软硬件联动。

●优化运行原则

在各集成子系统的良好运行基础上，提供设备节能控制、节假日设定等情景模式。

七、结束语

智能建筑和知识经济是信息时代的重要标志。

智能建筑是“国际信息高速公路”和智能化城市的网络节点,其所具有的作用、功能和效益,决定着它在现代信息社会中的重要角色。

人类追求美好生活环境的脚步一刻也不会停留。

随着网络互联技术的发展和因特网（Internet）在全球范围的盛行，开放、互联和信息共享已成为信息时代的潮流，构造不同厂家的产品能够互联、互换和互操作并可以与因特网无缝连接的新一代楼宇自动控制系统已成为业主、系统集成商和最终用户的迫切要求，也是我国建筑智能化系统开发生产与世界接轨和同步发展的最佳时机。

因此，我们认为开发中国自己的智能化系统产品已是刻不容缓，必须紧跟国际主流技术，高起点高标准迎头赶上，努力铸就民族工业品牌，打破国外专用系统的垄断，摆脱受制于外的局面，促使我国智能建筑市场走向良性循环和健康持续发展的道路。