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楼宇自动化系统分析方案

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2020年4月19日
文档仅供参考

楼宇自动化的介绍

一、楼宇自动化系统概述

楼宇自动化系统(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,使大楼具有智能建筑的特性。现代建筑内部有大量电气设备,如环境舒适所需的空调设备、照明设备、给排水设备、电梯设备等,这些设备多而分散。多,即数量多,被控、监视、测量的对象多,多达上千个点以上;散,即这些设备分布在各楼层和各个角落。如果采用分散管理,就地控制、监视和测量是难以想象的。为了合理利用设备,节约能源,节省人力,确保设备的安全运行,自然地提出了如何加强楼内机电设备的现代化管理问题。在九十年代末期的今天,随4C(COMPUTER,CONTROL,COMMUNICATION,CRT)的高速发展, 对建筑物的结构、系统、服务及管理的最优化组合的要求越来越高,系统控制方式由过去中央集中监控,转而由高处理能力的现场控制所取代的集散型控制系统(Total Distributed Control System),中央计算机提供图像、报表、报警等集中管理,而现场控制器实现对分散的设备分布式控制的目的。

二、系统目标

楼宇自动化系统的目标就是对大厦内所有机电设备采用现代计算机控制技术进行全面有效的监控与管理,确保大厦内所有设备处于高效节能、安全可靠的最佳运行状态,从而更好地发挥建筑物的潜能。

三、设计重点注意问题

• 由冷冻水回水温度及流量调控冷水机组的运转台数
• 在不同时段对冷冻机组设定不同的温度
• 时间程序控制:春秋交替时,直接使用新风,夏日清晨及时吸入冷空气
• BAS系统与安全防范系统的集成
• 经过智能接口实现与冷水机组通信接口的数据通信
• 经过图形软件实现管理维护的可视化

四、系统的工作范围

* 制冷与空调设备的监测,记录及控制、调节。
* 通风设备的监测,记录及控制。
* 电梯系统之运行状态的监测及记录。
* 给排水设备、消防水系统和热水锅炉系统的监测及记录及控制。
* 变配电设备运行状态的监测及记录。
* 照明设备开关状态的监测,记录及控制。
* 其它系统之干接点的监测及记录。

五、系统介绍

1、中央空调系统

包括冷冻站及空调末端设备,冷冻站的冷冻机组由空调供应商提供的控制器单独控制并经过RS232/RS485接口与BAS系统联网,空调末端设备包括空气处理机、新风处理机、下送风空气处理机,同时还包括冷热水循环泵、显热交换泵、变频器、起动箱等配套设备。总的来说,存在设备台数多,单台设备控制点多的特点。在空调末端设备不自带DDC的情况下,对于空气处理机及新风处理机,均采用单台设备配置一台DDC的方式,以满足”单台控制点数在10点以上的,不宜由一台DDC控制多台该类设备”的要求。

(1)冷冻水和冷却水系统

其监控内容为:

• 冷水机组的运行状态及故障报警
• 冷冻水泵运行状态及故障报警
• 冷却水泵运行状态及故障报警
• 冷却塔风机运行状态及故障报警
• 冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔的启/停控制
• 冷却塔水阀开关控制
• 冷冻机供水温度监测及系统供回水温度监测
• 系统供水流量监测
• 系统供回水压差监测
• 室外温/湿度监测
• 冷冻水/冷却水总供回水过滤器堵塞报警
• 冷却塔水阀状态
• 冷却塔低水位报警
• 冷冻水泵变频调速控制
• 冷却塔风机变频调速控制
• 冷负荷计算:经过冷冻水供回水温度差和回水流量计算出冷冻水系统的冷负荷,并根据实际冷负荷及时调整投入运行的冷水机组及相关设施的数量,以达到最佳的节能状态。
• 联锁控制:为了确保冷水机组及相关设备的正常运作,控制程序在设备启停次序上将作以下编排。
• 启动:冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机→冷动机
• 停止:冷冻机→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机
• 故障转机
• 制冷系统中,各台冷冻机/冷冻水泵/冷却水泵/冷却塔互为备用。当任何一台设备出现故障时,DDC控制器会停止该设备运转,并根据有关设备的运行时间累计,启动运行时间最短的同类设备,以保证整个系统的连续运作。
• 水流开关检测
• 当系统检测到任何一台冷冻机的冷却水或冷冻水的水流开关报警后将停止有关机组的运行,并投入另一机组运行。
• 压差旁通调节阀控制
• 冷冻水系统中总供回水压差值与BA系统中的差压设定值进行比较后,控制压差旁通阀的开度,以维持冷冻水系统压差在合理的水平。
• 冷却塔风机启动/停止控制
• 冷却塔风机采用分级控制的方案,冷却水回水温度与BA系统中的冷却塔回水温度各级设定值进行比较后,DDC控制器决定冷却塔风扇的启动/停止的数量。
• 冷冻机的优化运行控制
• DDC控制器根据制冷机组的运行累积时间,每次启动累积时间最少的一台制 冷机组,以达到机组运行时间的平衡。

(2)组合式空气处理机

组合式空调机由送风机、排风机两大部分组合而成,一般应用场合有人员容量大,负荷变化大的特点,我们经过变频控制送风机、排风机,还有控制冷冻水阀,热水阀,新风、回风阀,以及开机台数来达到舒适、节能的目的。同时可在软件中设定在某一特定时段(如会议前后)关闭冷冻水阀、回风阀,开启新风阀、排风阀来达到通风换气之目的。

控制内容为:

• 新风、送风、回风、排风温度监测,以及新风、回风、送风湿度监测。
• 送风机/排风机运行状态及故障报警。
• 冷水循环泵运行状态/故障报警,显热循环泵运行状态/故障报警。
• 送风管风压监测。
• 冷水供回水温度、热水供回水温度以及显热供回水温度监测。
• 送风机及排风机的供电电流、电压和频率监测。
• DDC控制器对回风温度进行PID控制。经过调节冷冻水二通阀的开度,使回风温度保持在设定值范围内,当送风机/排风机都停止时冷冻水二通阀将会关闭。
• 根据室外的空气焓值及室内空气质量调节新风阀/回风阀。新风阀/回风阀在软件中设置联锁,即开大新风阀的同时关小回风阀,反之亦然。
• 压差开关将会监察过滤网的状况,当过滤网堵塞时,压差开关便会发出讯号,以催促维护人员清洗过滤网。
• 风机运行状态与风阀联锁,因此当风机停止时,风阀便完全关上。
• 送风机/排风机的启/停可根据会议安排进行时间程序控制。
• 可根据负荷情况选择只开送风机或送/排风机都开。
• 当室内发生火灾时,火灾感测器发出消防报警信号来停止送风机工作,关闭再循环阀和送风风口,并用排风机从室内排出烟气。

(3)新风处理机

控制内容为:

• 新风、回风、送风、排风温度监测。
• 送风机运行状态及故障报警、排风机运行状态及故障报警。
• 冷水供回水温度、热水供回水、显热供回水温度监测。
• 冷水循环泵运行状态/故障报警,热水循环泵运行状态/故障报警、显热循环泵运行状态/故障报警。
• 根据室外温度来改变送风温度设定值,以求节约能源。
• DDC控制器对送风温度进行PID控制。经过调节冷水电动阀及热水电动阀的开度,使送风温度保持在设定值范围内。当新风机停止时,冷水电动阀及热水电动阀都将会关闭。
• 压差开关将会监察新风机过滤网的状况,当过滤网堵塞时,压差开关便会发出讯号,以催促维护人员清洗过滤网。
• 风机运行状态与风阀联锁,因此当风机停止时,风阀便完全关上。
• 根据室外的空气焓值及室内空气质量调节新风阀/回风阀。新风阀/回风阀在软件中设置联锁,即开大新风阀的同时关小回风阀,反之亦然。
• 可根据上下班时间制订时间控制程序。

(4)下送风处理机

控制内容为:

• 送风温度监测。
• 送风机运行状态及故障报警。
• 根据室外温度来改变送风温度设定值,以求节约能源。
• DDC控制器对送风温度进行PID控制。经过调节冷水电动阀的开度,使送风温度保持在设定值 范围内,当下送风处理机停止时冷水电动阀将会关闭。
• 送风机的启/停有预先时间程序控制。

2、通风系统

控制内容为:

A. 送排风烟机、双速排风烟机运行状态及故障报警。
B. 可根据上下班时间制订时间控制程序。
C. 送排风烟机、双速排风烟机间歇运行,当CO2浓度超过上限值,风机启动,当CO2浓度低于某一设定值,风机则停止。

3、电梯系统

根据电梯供应商提供的开关接触界面,监视以下的状态及报警:

A. 电梯的工作状态。
B. 电梯的故障状态。
C. 设备D. 运行时间的累积记录。

4、给排水系统

包括给水,污水、游泳池水系统及热水锅炉系统之监控。

监控内容为:

• 生活水池、集水井水位的监测和高/低位报警。
• 生活水泵的运行状态/故障报警和网管压力监测,及水泵的程序启／停控制和变频调速控制。
• 污水泵、潜水泵的运行状态/故障报警和启/停控制。
• 锅炉的运行状态/故障报警和启/停控制,锅炉热水泵的运行状态/故障报警和启/停控制。
• 锅炉水箱的高低水位报警。
• 游泳池水泵的运行状态/故障报警和启/停控制。

控制原理为:

根据屋顶生活水池的高、低水位控制地下水泵房生活水泵的启停。同时,当地下水池水位降到消防水位时,自动停给水泵。地下水池水位超过消防水位时,才能启动给水泵。

根据锅炉供应商提供的开关接触界面,监测锅炉、锅炉热水泵和锅炉水箱 的状态,并根据实际需要启停锅炉及锅炉热水泵。锅炉、锅炉热水泵及锅炉水箱的故障报警将在楼宇自动化系统(BAS)的显示屏上显示。

楼宇自动化系统记录全部运行状态及报警信息,监视生活水池及集水井的水位状态,并统计全部水泵的运行时间。在有备用时,根据运行时间的统计,启动运行时间最短的设备,平衡有关设备的运行时间,降低维护及保养开支。

5、消防水系统

监控内容为:

• 消防拴及喷淋泵的状态/故障报警和管网压力监测,消防拴及喷淋稳压泵的状态/故障报警。
• 消防水池的高/低位报警。
• 消防水电动阀的状态。
• 消防送风排烟机的运行状态/故障报警,消防卷闸的状态/故障报警。

6、变配电系统

具体的监测内容为:

• 配电房10KV进线的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因素、用电量及频率监测,以及其工作状态/故障报警。
• 配电房10KV出线的三相电流及用电量监测,以及其工作状态/故障报警。
• 10KV出线开关的三相电流、用电计量监测,以及其工作状态/故障报警。
• 10KV母联开关的三相电流以及其工作状态/故障报警。
• 10KV环网进出线三相电压、单相电流监测,以及其工作状态/故障报警。
• 高压电容器的工作状态/故障报警。
• 低压母联进线的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因素、用电量监测,以及其工作状态/故障报警。
• 低压母联开关、联络开关的三相电流监测以及其工作状态/故障报警。
• 发电机的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因素、用电量、频率及电池电压监测,以及其工作状态/故障报警。
• 发电机并车出线的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因素、用电量及频率监测,以及其工作状态/故障报警。
• 发电机配出开关的三相电流和用电量监测,以及其工作状态/故障报警。
• 发电机日用油箱的高/低液位报警。
• 变压器的超温报警。
• 发电机电源进线开关的三相电流监测,以及其工作状态/故障报警。

7、照明系统

它主要包括公共区域照明、室外照明和屋盖照明。

其监控内容为:

• 能源中心、技术通道照明灯的开关状态及开关控制。
• 室外照明状态及开关控制。
• 公共区域照明状态及开关控制。
屋盖照明状态及开关控制。

六、能量管理系统的节能功能

据统计,空调系统的能耗约占整个大厦能耗的40%,因此BAS系统在对空调系统的监控与调节过程中体现节能,意义十分重大。本项目在节能方面采取了如下措施:

冷负荷计算

综合从厂家得到的冷冻机电能消耗和工作指标,由冷冻水的供回水温度和流量,计算出制冷量Q = F×△T,根据系统实际冷负荷,控制冷水机组数及水泵的运行台数,以达到节能效果。

冷却塔控制

根据冷却水温度调节冷却塔风机的开启数量。

焓值控制

充分考虑空气潜热,调节新风与回风的比例,最大限度地利用

室外空气进行室内温度控制,尽量减少空调设备运行时的能

耗。

零能量冷却

在凉爽季节,用夜间新风充满建筑物,以节约空调能耗。

间歇运行

在满足舒适度与卫生度的前提下,使用设备合理间歇运行,

以减少空调能耗。例如在炎热天气,新风机、排风机间歇运行:

当CO2浓度超过上限值,风机启动,当CO2浓度低于某一设定

值,风机停止。这样既保证了室内空气质量,又将对室外热空

气的冷处理量降至最少,节省了能源。

设定值再设定

根据不同季节的气候变化,自动改变新风机和空调机的送风或回风温度设定值,尽量扩大空调对象的温湿度控制范围。例如:夏季温度设定值每升高1℃,约可节省8%的冷量,对减少建设投资与节约能源均有重要意义。

提高控制精度

采用自适应控制与模糊控制等高级控制软件,提高控制精度;在设置PID控制模块的各个参数时,为了避免温度变化很小时动作缓慢或温度变化很大时积分饱和,采用积分压制:在PID输出量＜25%或＞85%时,禁用积分。从而进一步扩大温度允许控制范围,达到优化节能的目的。例如:一般舒适空调要求夏季最高室内温度不超过26℃,假如控制精度为±1℃,则设定值为25℃,如果控制精度为±0.5℃,则设定值可提高0.5℃,从而可节省投资和运行费用。

最佳启停

根据建筑物人员使用情况,提前开启和关闭空调设备,达到舒适节能目的。