楼宇自动化系统教案.docx

1、楼宇自动化系统教案楼宇自动化系统教案中南大学信息科学与工程学院王击2005年10月18日第一章 概 论第一讲 楼宇自动化概论第二章 专用传感器第二讲 火灾传感器及水位传感器第三章 火灾报警与消防控制系统第三讲 火灾报警系统第四讲 消防控制系统第四章 电力供应、管理、监视系统第五讲 电源质量的要求，供配电设备的选择和防雷接地系统第六讲 等电位问题和供配电设计第五章 安全防范系统第七讲 安全防范系统第六章 照明控制与管理系统第八讲 照明控制与管理系统第七章 环境控制及其它系统第九讲 环境控制及其它系统第八章 综合布线系统第十讲 综合布线系统概述和综合布线系统协议第十一讲 综合布线系统设计和综合布线

2、系统施工第九章 发展方向与应用实例第十二讲 现状、发展方向和应用实例第一章 概 论【本章主要内容】 本章从整体上讲授楼宇自动化的基本概念，让学生在宏观上把握、和向发展的趋势。【本章学时分配】 本章共一讲，每讲2学时第一讲 楼宇自动化概论一、主要内容1、建筑的发展历史原始社会用山洞或是树枝做遮风避雨的房屋农业社会有雄伟的宫殿和城墙等建筑工业社会钢筋混泥土的摩天大厦信息社会智能建筑2、智能建筑的发展历史 见图113、世界及我国典型智能建筑世界上第一幢智能大楼（ ）于1984年在美国康涅狄格州哈特福德市问世，它是一幢旧的金融大厦改建而成的。第一高楼：马来西亚的双油塔，高453米；第二高楼：芝加哥的西

3、尔斯楼，高443米；此外：“911”倒塌的美国的纽约世贸中心，高420米，84万；美国的纽约帝国大厦，高381米。我国起步较晚，直到80年代末才逐渐被重视，但发展较快。比较有名的是：上海环球金融中心：460米，95层，33万上海金贸大厦：420米，88层，28万4、智能建筑的发展趋势 见图12： 5、智能建筑的构成1）3A建筑，见图13楼宇自动化系统 包括：供配电系统、空调系统、给排水系统、安保系统、消防系统、设备管理系统、车库管理系统、音响广播系统；办公自动化系统 包括：事务处理系统、办公系统（如套件）、决策支持系统（如炒股票的软件）、信息处理系统；通信自动化系统包括：卫星通信系统、共用天线

4、系统、可是电话电视系统、语言处理系统、楼内移动通信系统。图13 3A智能建筑结构简图2）5A建筑见图14图14 5A智能建筑结构简图6、楼宇自动化的工程管理1）楼宇自动化工程实施配合关系见图15图15 楼宇自动化工程实施配合关系图2）楼宇自动化工程操作步骤流程见图16图16 楼宇自动化工程实施步骤流程图7、设计依据1）国家（际）标准（1）568A商业建筑物布线标准2A569建筑群管道和空间布线标准（2）智能建筑设计标准 中国建筑电气设计规范 工业企业通信设计规范（3）厂家产品综合布线系统设计总则（4）院标2）设计作业图建筑作业图结构作业图给排水作业图电气作业图3）主管部门特殊要求如供电局、电信

5、局、消防总队等主管部门的特殊要求。4）用户要求（1）基本型设计等级（2）增强型设计等级（3）综合型设计等级5）设备选型原则（1）当前需要的用途（2）附加的和未来的用途及用户扩展容量（3）通用性（4）改变灵活性（5）电缆有效寿命的投资回报（6）财政与安全上风险最小（7）符合总线标准即开放式原则，支持众多厂家的产品及设备8、综合布线系统的组成1）工作区子系统2）水平布线子系统3）垂直主干子系统4）管理子系统5）设备间子系统6）建筑群主干子系统9、施工布线方式1）预埋管布线方式采用金属或塑料管预埋在现浇板、柱中，用出线盒引出。2）吊顶内布线方式100X50的线槽可纳75根用户线，50X25的线槽可纳

6、20根用户线。3）地面线槽布线方式4）地毯下布线方式采用厚度薄、性能好的扁带式电缆，布线方式方便、灵活，适用于局部少量的改建项目。10、与传统配线系统的比较序号 传统的配线系统1一套统一的、单一综合系统支持全部（图、文、声、数、像）多系统，多网络，各系统独立，相互间无联系 2现在将来兼容；各厂商产品集成兼容（仅需加相关的适配器或连接器，搭配方便系统一旦确定就不能设备兼容，也适应不了发展的需要，不可能作到将来兼容 3移动、搬迁、改变等很方便，只需将设备插到另一个信号插座（），需要时可在管理子系统中作相应的变动移动、改变或升级将牵扯到整个线改变，甚至不可以改变 4终端硬件可根据需要改变，并配置相应

7、的配件，但线路可不变，并可灵活搭配硬件变化布线也需改变 5能满足各层次用户需要，可选择等级一旦确定，不能选择等级 6随着时间的推移和科学技术的发展，系统的性能价格比更有可比性；所含系统的数量越多，初期投资相对可降低随着时间的推移和科学技术的发展，系统性能落后，因此，性能价格比更低；系统设备越多，初期投资越高11、走出误区1）建设3A、5A、7A级智能大厦的误区2）投资额度的误区3）屏蔽与非屏蔽的误区4）缺乏合理验收机制二、本讲重点1、智能建筑的发展历史。2、智能建筑的构成。3、走出误区。三、本讲难点设计依据的确定以及资料的收集利用。四、教学组织过程 本讲的教学内容以讲授为主。要做到观点概念正确

8、，体系科学合理，注意把楼宇自动化领域的最新知识和发展动向传授给学生；要做到课堂教学组织合理，逻辑严谨，因材施教，重点、难点突出，本讲在讲授11个知识点的同时，重点阐述智能建筑的发展历史、智能建筑的构成和走出误区的内容，针对设计依据这个难点，要把它分解为国家（际）标准、设计作业图、主管部门特殊要求、用户要求和设备选型原则这5个方面，并传授给学生各个方面的资料收集和使用方法，从而把难点化解并各个击破；要做到层次分明、思路清晰、讲授清楚、语言简要，本讲从发展和趋势入手，得出了智能建筑的基本结构，再在智能建筑工程实施的角度，从业主到设计部门再到施工单位的思路阐述了有关基本概念，最后辨析了几个容易混淆的

9、概念，从而走出误区；结合学生已有的知识运用交互式教学，以激发学生的学习兴趣，促进学生积极思维，培养学生的创造意识和动手能力，要教书育人，提高学生的道德水准；要积极开展教学方法和教学手段的改革，充分利用多媒体教学手段。五、课后习题1、智能建筑布线时应注意什么问题？2、何为智能家居系统？有哪些组成部分？进行系统建设时有哪些基本要求？3、如何迅速的掌握这门课的精髓？第二章 专用传感器【本章主要内容】 本章主要讲授专用于楼宇自动化系统的火灾传感器和水位传感器的工作原理、分类、设计选型和应用实例。【本章学时分配】 本章共一讲，每讲2学时第二讲 专用传感器一、主要内容1、火灾的过程 如图21所示。图21

10、火灾过程及特点2、发现火灾的途径通过检测：1） 燃烧产生的烟雾或气体（用于初起阴火阶段）2） 环境温度或温度增加速度（用于火焰燃烧阶段）3） 燃烧产生的红外、紫外线辐射（用于全燃阶段）3、火灾传感器分类及设计选型原则1）用于初起、阴燃阶段：感烟式探测器离子感烟式探测器（烟雾微粒很小时）； 光电子感烟式探测器（微粒较大时）2）用于火焰燃烧阶段：感温式探测器3）用于全燃阶段：感光式探测器（因为用于全燃阶段，故一般使用较少；但是在大展厅或是电力设备和油库用的多，尤其是油库，用离子感烟探测器会误报）4）另外，气体探测器用于可燃气体或液体蒸气场合4、火灾传感器探头及电路1）离子感烟探测器2）光电子感烟探

11、测器3）感温探测器4）复合探测器5、传统水池水位控制6、水位传感器分类及工作原理1）浮力式液位计2）静压式液位计3）电磁式液位计4）复合式液位计7、液位监视、报警与控制 如图22所示。图22 液位监视、报警与控制框图二、本讲重点1、发现火灾的途径。2、复合探测器的工作原理。3、液位监视、报警与控制。三、本讲难点 火灾传感器的设计选型。四、教学组织过程 本讲的教学内容以讲授为主。要做到观点概念正确，体系科学合理，注意把火灾传感器和水位传感器领域的最新知识和发展动向传授给学生；要做到课堂教学组织合理，逻辑严谨，因材施教，重点、难点突出，本讲在阐述7个知识点的同时，重点讲授发现火灾的途径、复合探测器

12、的工作原理和液位监视、报警与控制的内容，针对火灾传感器的设计选型这个难点，要把它分解为火灾的过程、发现火灾的途径、火灾传感器的分类与各型号的特点等方面，从而把难点化解并各个击破；要做到层次分明、思路清晰、讲授清楚、语言简要，本讲从火灾的过程入手，讲授发现火灾的途径、从而导出火灾传感器的分类及设计选型方法，然后是讲火灾传感器探头及电路的应用，并讲授水位传感器分类及工作原理和液位监视、报警与控制等知识点；结合学生已有的知识运用交互式教学，以激发学生的学习兴趣，促进学生积极思维，培养学生的创造意识和动手能力，要教书育人，提高学生的道德水准；要积极开展教学方法和教学手段的改革，充分利用多媒体教学手段。

13、五、课后习题1、根据火灾传感器设计选型原则，为我校教学南楼和北楼选择火灾传感器。2、根据课题讲授的方法，研究并开发一新型火灾复合探测器或复合式液位计。第三章 火灾报警与消防控制系统【本章主要内容】 本章从设计规范入手，阐述了的设计、施工和运行管理等方面的内容，让学生掌握火灾报警系统和消防控制系统的基本知识。【本章学时分配】 本章共二讲，每讲2学时第三讲 火灾报警系统一、主要内容1、有关规范1）高层民用建筑设计防火规范 50045-95（2001年版）2）建筑设计防火规范 16-87（2001年版）3）火灾自动报警系统设计规范50116-984）建筑内部装修设计防火规范 50222-95 (20

14、01年修订版)5）自动喷水灭火系统设计规范50084-20016）自动喷水灭火系统施工及验收规范50261-96（2003年版）7）卤代烷1301灭火系统设计规范 50163928）二氧化碳灭火系统设计规范 50193-93（1999年版）9）低倍数泡沫灭火系统设计规范(2000修订版)10）高倍数、中倍数泡沫灭火系统设计规范（2002年版）11）建筑灭火器配置设计规范 140-90(97年修订版)12）建筑物防雷设计规范 50057-94 （2000年版）13）石油化工企业设计防火规范 50160-92(99年修订版)14）汽车库、修车库、停车场设计防火规范50067-9715）飞机库设计防

15、火规范 50284-98（以上按照一般使用从多到少的顺序排列）2、火灾自动报警系统探测器的设计1）感烟探测器、感温探测器的保护面积和保护半径 详见表31表31 探测器的保护面积和保护半径火焰探测器的种类地面面积S（m2）房间高度(h)(m)一只探测器的保护面积A和保护半径R房间坡度15153030A（m2）R(m) A(m2) R(m) A(m2) R(m) 感烟探测器S80h12806.7807.2808.0S806h12806.71008.01209.9h6605.8807.21009.0感温探测器S30h8304.4304.9305.5S30h8203.6304.9406.32）感烟探测

16、器、感温探测器的安装间距根据探测器的保护面积A和保护半径R确定安装间距。3）一个探测区域内所需设置的探测器数量不应小于下式的计算值：式中：N探测器数量(只)，N应取整数；S该探测区域面积(m2)；A探测器的保护面积(m2)；K修正系数，特级保护对象宜取0.70.8，一级保护对象宜取0.80.9，二级保护对象宜取0.91.0。3、火灾自动报警系统的设计1）火灾自动报警系统保护对象的分级根据其使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等分为特级、一级和二级，（1）特级建筑高度超过100m的高层民用建筑（2）一级不超过100m的一类建筑（19层及以上）地下民用建筑（使用面积超过1000平方米及地铁、礼堂等

17、重要场所）建筑高度不超过24m的重要民用建筑（3）二级高度不超过100m的二类建筑地下民用建筑（使用面积不超过1000平方米）建筑高度不超过24m的相对次要的民用建筑2）火灾自动报警系统的分类及适用对象（1）区域报警系统，宜用于二级保护对象（2）集中报警系统，宜用于一级和二级保护对象；（3）控制中心报警系统，宜用于特级和一级保护对象。3）区域报警系统的设计（1）一个报警区域宜设置一台区域火灾报警控制器或一台火灾报警控制器，系统中区域火灾报警控制器或火灾报警控制器不应超过两台。（2）区域火灾报警控制器或火灾报警控制器应设置在有人值班的房间或场所。（3）系统中可设置消防联动控制设备。（4）当用一台

18、区域火灾报警控制器或一台火灾报警控制器警戒多个楼层时，应在每个楼层的楼梯口或消防电梯前室等明显部位，设置识别着火楼层的灯光显示装置。（5）区域火灾报警控制器或火灾报警控制器安装在墙上时，其底边距地面高度宜为1.31.5m，其靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m，正面操作距离不应小于1.2m。4）集中报警系统的设计（1）系统中应设置一台集中火灾报警控制器和两台及以上区域火灾报警控制器，或设置一台火灾报警控制器和两台及以上区域显示器。（2）系统中应设置消防联动控制设备。（3）集中火灾报警控制器或火灾报警控制器，应能显示火灾报警部位信号和控制信号，亦可进行联动控制。（4）集中火灾报警控制器或火灾报警控

19、制器，应设置在有专人值班的消防控制室或值班室内。（5）集中火灾报警控制器或火灾报警控制器，消防联动控制设备等在消防控制室或值班室内的布置。5）控制中心报警系统的设计（1）系统中至少应设置一台集中火灾报警控制器、一台专用消防联动控制设备和两台及以上区域火灾报警控制器；或至少设置一台火灾报警控制器、一台消防联动控制设备和两台及以上区域显示器。（2）系统应能集中显示火灾报警部位信号和联动控制状态信号。（3）系统中设置的集中火灾报警控制器或火灾报警控制器和消防联动控制设备在消防控制室内的布置，应符合本规范第6.2.5条的规定。二、本讲重点1、正确认识国家规范的重要性2、火灾自动报警系统保护对象的分级3

20、、火灾自动报警系统的分类及适用对象三、本讲难点 一个探测区域内所需设置的探测器数量四、教学组织过程 本讲的教学内容以讲授为主。要做到观点概念正确，体系科学合理，注意把火灾自动报警系统的最新知识和发展动向传授给学生；要做到课堂教学组织合理，逻辑严谨，因材施教，重点、难点突出，本讲在讲授国家的有关消防规范、火灾自动报警系统探测器的设计和火灾自动报警系统的设计等内容的同时，重点阐述正确认识国家规范的重要性、火灾自动报警系统保护对象的分级和火灾自动报警系统的分类及适用对象等内容，针对一个探测区域内所需设置的探测器数量的难点，先介绍有关基本概念及有关参数的选取方法，然后讲解计算公式，从而把难点化解并各个

21、击破；要做到层次分明、思路清晰、讲授清楚、语言简要，本讲从国家消防规范入手，从器件设计再到系统设计，让学生对火灾报警系统有一个较全面的认识；结合学生已有的知识运用交互式教学，以激发学生的学习兴趣，促进学生积极思维，培养学生的创造意识和动手能力，要教书育人，提高学生的道德水准；要积极开展教学方法和教学手段的改革，充分利用多媒体教学手段。五、课后习题1、区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统各以何特点？分别适用于何对象？2试设计我校教学南楼和北楼的火灾探测器布置图。第四讲 消防控制系统一、主要内容1、自动灭火系统设计 目前主要采用的自动灭火系统为喷水灭火系统、卤代烷灭火系统和二氧化碳灭火系统

22、，在该知识点中先分别阐述这三种方案，然后比较他们的控制系统。1）自动喷水灭火系统的设计 自动喷水灭火系统（ ）是指由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置(水流指示器或压力开关)等组件，以及管道、供水设施组成，并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。（1）自动喷水灭火系统的类型 A、闭式系统（ ） 采用闭式洒水喷头的自动喷水灭火系统。 如用于：超过1500个座位的剧院和超过2000个座位的会堂观众厅、舞台上部。 B、雨淋系统（ ） 由火灾自动报警系统或传动管控制，自动开启雨淋报警阀和启动供水泵后，向开式洒水喷头供水的自动喷水灭火系统。亦称开式系统。 如用于：超过1500个座位的剧院和超过2000个座位的

23、会堂舞台的葡萄架下部 C、水幕系统（ ） 由开式洒水喷头或水幕喷头、雨淋报警阀组或感温雨淋阀，以及水流报警装置(水流指示器或压力开关)等组成，用于挡烟阻火和冷却分隔物的喷水系统。 如用于：超过1500个座位的剧院和超过2000个座位的会堂、礼堂的舞台口，以及与舞台相连的侧台、后台的门窗洞口。 D、自动喷水-泡沫联用系统（ ） 配置供给泡沫混合液的设备后，组成既可喷水又可喷泡沫的自动喷水灭火系统。（2）自动喷水灭火系统不适用的场所 A、遇水发生爆炸或加速燃烧的物品 B、遇水发生剧烈化学反应或产生有毒有害物质的物品 C、洒水将导致喷溅或沸溢的液体（3）喷头与障碍物的距离 应按以下公式确定：a(20

24、0) 式中：a喷头与障碍物的水平距离()； b喷头溅水盘与障碍物底面的垂直距离() e障碍物横截面的边长()2）卤代烷1301灭火系统设计 卤代烷1301：三氟一溴甲烷，化学分子式为3,1301依次代表化合物分子中所含碳、氟、氯、溴原子的数目。（1）可用于扑救下列火灾 A、煤气、甲烷、乙烯等可燃气体火灾 B、甲醇、乙醇、丙酮、苯、煤油、汽油、柴油等甲、乙、丙类液体火灾 C、木材、纸张等固体火灾 D、变配电设备、发电机组、电缆等带电的设备及电气线路火灾（2）不得用于扑救含有下列物质的火灾 A、硝化纤维、炸药、氧化氮、氟等无空气仍能迅速氧化的化学物质与强氧化剂 B、钾、钠、镁、钛、锆、铀、钚、氢化

25、钾、氢化钠等活泼金属及其氢化物 C、某些过氧化物、联氨等能自行分解的化学物质 D、磷等易自燃的物质3）二氧化碳灭火系统设计（1）可用于扑救下列火灾 A、灭火前可切断气源的气体火灾 B、液体火灾或石蜡、沥青等可熔化的固体火灾 C、固体表面火灾及棉毛、织物、纸张等部分固体深位火灾 D、电气火灾（2）不得用于扑救下列火灾 A、硝化纤维、火药等含氧化剂的化学制品火灾 B、钾、钠、镁、钛、锆等活泼金属火灾 C、氢化钾、氢化钠等金属氢化物火灾4）控制系统 共同点：自动灭火系统的以上三种方案均应设有自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式。 不同点：（1）自动喷水灭火系统 A、湿式、干式的闭式系统系统的

26、喷头动作后，应由压力开关直接连锁自动启动供水泵。 雨淋系统、水幕系统和自动喷水-泡沫联用系统在火灾报警系统报警后，立即自动向配水管道供水。 B、快速排气电动阀，应在启动供水泵的同时开启。 C、消防控制室(盘)应能显示水流指示器、压力开关、信号阀、水泵、消防水池及水箱水位、有压气体管道气压，以及电源和备用动力等是否处于正常状态的反馈信号，并应能控制水泵、电磁阀、电动阀等的操作。（2）卤代烷1301灭火系统设计 A、自动控制装置应在接到两个独立的火灾信号后才能启动；手动控制装置应设在防护区外便于操作的地方；机械应急操作装置应设在钢瓶间内或防护区外便于操作的地方。机械应急操作应能在一个地点完成施放卤

27、代烷的全部动作。 手动操作点均应设明显的永久性标志。 B、卤代烷灭火系统的操作和控制，应包括与该系统联动的开口自动关闭装置、通风机械和防火阀等设备的操作和控制。 C、备用贮存容器与主贮存容器，应联接于同一集流管上，并应设置能切换使用的装置。（3）二氧化碳灭火系统设计 A、当局部应用灭火系统用于经常有人的保护场所时可不设自动控制。 B、自动控制应在接收到两个独立的火灾信号后才能启动。根据人员疏散要求，宜延迟启动，但延迟时间不应大于30。 C、手动操作装置应设在防护区外便于操作的地方，并应能在一处完成系统启动的全部操作。局部应用灭火系统手动操作装置应设在保护对象附近。2、火灾报警与联动控制的工程实

28、现1）火灾报警A、传感器 楼层火灾报警箱声、光报警B、传感器 消防中心声、光报警C、音响D、电源控制，疏散显示2）联动控制A、音响与广播启动 为避免混乱，也可分层启动或关闭。B、电梯迫降至一层 消防电梯可用。C、延迟一定时间后，正常供电电源跳闸，（避免火灾触电事故及火灾进一步扩大）；保留消防电源，（提供消防电梯、消防泵、通风机等）。D、停电后，低压安全疏散指示灯联锁启动 （如“”、“出口”、“”、“安全门”及“楼梯口”等）E、启动消防水泵，喷淋灭火；或启动惰性气体灭火系统F、启动楼梯、走廊的消防排烟风机G、关闭分区防火卷闸门，（防止火灾扩大）3、的现状及趋势1）消防自动化大多呈独立状态。2）有

29、的呈独立状态，但有与联网功能 。3）少量已纳入为子系统。4）随着计算机、网络技术的发展，有融入的趋势。4、应用实例1）传统火灾报警联动系统 如图31所示。2）现代火灾报警及联动系统 如图32所示。二、本讲重点1、自动喷水灭火系统的设计2、火灾报警与联动控制的工程实现3、的现状及趋势三、本讲难点 联动控制的工程实现。四、教学组织过程 本讲的教学内容以讲授为主。要做到观点概念正确，体系科学合理，注意把消防控制系统领域的最新知识和发展动向传授给学生；要做到课堂教学组织合理，逻辑严谨，因材施教，重点、难点突出，本讲在讲授自动灭火系统设计、火灾报警与联动控制的工程实现、的现状及趋势和应用实例等知识点的同时，重点阐述自动喷水灭火系统的设计等内容，针对联动控制的工程实现这个难点，要把它分解为广播、电梯、电源、安全疏散指示灯、消防水泵、消防排烟风机和分区防火卷闸门7个部分的内容进行讲解，并从设计、施工和运行维护的角度进行阐述，从而把难点化解并各个击破；要做到层次分明、思路清晰、讲授清楚、语言简要，本讲从消防控制系统的设计入手，深入分析了该系统的设计、施工和运行维护等工程实现方面的内容，最后给出应用实例；结合学生已有的知识运用交互式教学，以激发学生的学习兴趣，促进学生积极思维，培养学生的创造意识和动手能力，要教书育人，提高学生的道德