第1章 樓宇自控系統

1. 系統概述

樓宇設備自動控制系統是將建筑物內的電力、照明、空調、電梯、給排水、送排風等設備，進行集中監視、控制和管理，而構成的一個綜合系統。它的目的是保證建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活環境和高效的工作環境，并保證系統運行的經濟性和管理的智能化。

2. 需求分析

XXX大廈樓宇自控系統主要管理區域內升降設備監視，電力設備監控，照明設備監控，冷源系統監控，空調機組監控，新風系統監控，風機盤管系統監控，送/排風系統監控，給排水監控。采用目前國際上流行的網絡結構，合乎最新的市場走向，具有結構簡單、選型簡單和施工簡單的優點。系統采用全modbus的通訊方式，控制器與控制器之間采用手拉手進行連接，現場設備通過分布在各個區域的DDC控制器來控制，控制器通過modbus與上位機繪圖軟件進行通訊。

樓宇設備自動化系統包括以下子系統，它們包括的范圍如下表所示：

 

樓宇自控系統采用的是集散型計算機控制系統，也稱分布式控制系統。它的特征是“集中管理，分散控制”，即以分布在現場被控設備處的微型計算機控制裝置（DDC），完成被控設備的實時檢測和控制任務，克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中和常規儀表控制功能單一的局限性。安裝于中央控制室的具有很強的數字通信、LCD顯示、打印輸出和豐富管理軟件功能的中央管理計算機，完成集中操作、顯示、報警、打印與優化控制等功能，避免了常規儀表控制分散后人機聯系困難，無法統一管理的缺點。樓宇自控系統采用的是集散型計算機控制系統，也稱分布式控制系統。它的特征是“集中管理，分散控制”，即以分布在現場被控設備處的微型計算機控制裝置（DDC），完成被控設備的實時檢測和控制任務，克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中和常規儀表控制功能單一的局限性。安裝于中央控制室的具有很強的數字通信、LCD顯示、打印輸出和豐富管理軟件功能的中央管理計算機，完成集中操作、顯示、報警、打印與優化控制等功能，避免了常規儀表控制分散后人機聯系困難，無法統一管理的缺點。

3. 系統設計說明

樓宇自控系統（或稱樓宇管理系統）是由中央管理站、各種DDC控制器及各類傳感器、執行機構組成，并能夠完成多種控制及管理功能的網絡系統。它是隨著計算機在環境控制中的應用而發展起來的一種智能化控制管理網絡。

樓宇自控（BA）系統的選擇要遵循“高性價比”原則，要充分考慮其技術的先進性、系統的開放性、可靠性及可擴展性（或靈活性）。

在選用產品時，首先應從該XXX項目的要求出發，要充分分析和考慮市場可供商品的特性及其產品的市場定位，選擇適合于自己特性的產品。業主在選擇樓宇自控系統產品時首先要對產品進行性能/價格比較，其次一定要與自控集成商和使用單位一起對XXX的自控系統方案進行優化，根據自己的投資預算和實際需求，合理選擇最具有節能功能、方便管理的自控方案，使自控系統達到先進、完善、易用的水平。

3.1 系統架構

系統采用了多層網絡結構（區域、系統、設備、點），是徹頭徹尾的集散系統；DDC之間采用同層對等通訊方式（Peer To Peer）；全部DDC采用32位CPU，這些特點使得系統集散系統無論在可靠性和技術上都是世界領先的水平。

ü  管理級（可選）

通過國際互連網建立虛擬數據通道，這樣可以在世界各地查詢、操作多個樓控系統。只需要普通的網頁瀏覽器軟件即可。

ü  監控和系統級

采用以太網進行數據交換，實現區域性高速數據聯網。在這一級中配置系統級控制器（DSC），對點數相對集中的機組進行監測和控制；同時，中央監控站通過交換機以以太網（通訊速率10M）方式與系統級控制器連接，進而與整個BA系統進行通訊。

ü  應用級

通過Peer To Peer Network（同層總線共享無主從方式），可以連接多臺控制器組成一個區域性應用。在系統級控制器下面下掛應用級控制器，分別監測和控制系統中的空調、新風機組、送排風機、水泵水箱、照明等，他們之間以485無主從（Peer To Peer）方式進行通訊，速率為76.8K。變配電系統采用智能型電量檢測設備，它也屬應用級。

ü  網絡拓撲圖

 

3.2 操作軟件

操作員工作站軟件（OWS），針對使用者而言，它的圖形化人機界面非常簡單，但同時也為高級用戶準備了強有力的實時系統工具。軟件在Windows平臺（Windows2000/Win7/Win8）上運行，并結合了許多Windows易于使用的特性，例如：右鍵下拉菜單和按F1鍵打開幫助菜單等。使用軟件的時候，可以在系統中任何地方通過按鍵盤上的F1功能鍵打開與該處相關的幫助。

軟件內置被控對象的導航和操作工具，被稱作導航器（NAVIGATOR）。它可對控制器進行程序的實時編制和編輯，并且通過托拽和鏈接技術同Delta的圖形編輯器一起使用。

3.3 DDC控制器

Delta的控制器種類較多，這樣可以使用戶有充分的選擇余地，做到物盡其用，現場控制器的綜合特點如下：

?  DDC種類豐富

    管理級、系統級、應用級、擴展級。

?  點數設置合理

    適合各種被控對象，甚至只監不控。

?  具備本地/遠程 I/O 擴展功能

    增加DDC虛擬I/O，遠程可達1200m。

?  具有通用 I/O 接口

    便于設計和現場調整，增強系統靈活性，即使修改了現場信號類型，也不至于重新訂貨。

?  具備服務端口且使用通用便攜設備

    便于編程調試和系統維護維修。

?  CPU的處理能力強

全部為32位CPU，領先于同類產品。

4. 系統功能描述

規避風險

物業可對京地大廈樓宇自控系統下的樓宇自控系統等眾多分散設備的運行、安全狀況以及能源使用狀況、節能管理實行集中監視、管理和控制。所有機電設備的使用狀態進行監控，能夠有效規避由設備故障或其他風險造成經濟上的損失。

1.運行優化控制，降低能耗

對京地大廈內樓宇自控管轄下的機電設備或機電系統按需運行，根據控制策略確定運行模式，運行數量，運行負荷，啟停時間。

2.降低勞動強度

樓宇自控管轄下的各個機電設備或機電系統實現由電腦根據程序實現集中管理（監測、遠程控制）?？纱蟠蠼档途S護員工的勞動強度和減少設備管理人員，有效降低勞動力成本。

3.設備運行參數管理

樓宇自控實現電子化管理，設備運行記錄，報警記錄，操作日志，歷史曲線可形成電子分類報表，可任意查詢和打印。

4.設備電子臺帳明細記錄

應包含設備屬性，維修保養情況，設計壽命，啟用時間，更換情況等報表。

5. 系統設計

冷水機組系統

監測內容

冷水、熱水機組啟停次數，累計運行時間，發出定時檢修提示；

冷水機組回水流量；

冷水機組工作狀態，故障報警，手動自動狀態；

冷凍水供，回水溫度；

冷凍水供回水壓力檢測；

監測冷卻水泵運行狀態,故障報警及手自動狀態;

監測冷凍水泵運行狀態,故障報警及手自動狀態;

監測冷卻塔風機運行狀態、故障報警及手/自動狀態；

控制內容

冷水機組、熱水機組啟停；

通過冷凍水的總供／回水溫度和回水流量，計算出空調系統的冷負荷，

根據總供或者回水溫度值決定冷凍機的啟停組合及臺數,以便達至最佳的節能狀態；

根據冷卻塔運行臺數及運行方式控制相關碟閥開關；

冷凍、冷卻、熱水水泵的啟停；

根據供回水壓差，調節旁通閥開度，使供回水壓差穩定；

 

控制

啟?？刂?/span>

按程序編制的時間和順序控制直燃機、冷凍水泵、冷卻水泵、和管路上的電動蝶閥、冷卻塔風機的啟、停和電氣聯鎖：

● 啟動：

機組啟動時，首先開冷卻塔蝶閥、啟動冷卻塔風機，再開冷卻水蝶閥、啟動冷卻水泵，開冷凍水蝶閥、啟動冷凍水泵，根據冷卻水流信號和冷凍水流信號啟動冷水機組。

● 停機：

當停機命令發出時，首先停冷水機組，接著關冷卻塔風機，再關冷卻水泵和冷凍水泵。

壓差控制

根據分水器和集水器的壓差，調節分水器和集水器間的旁通調節閥的開度，使分、集水器的壓力差保持在設定值附近。

冷水機組群控

Delta控制系統可以對系統編程，通過完成特定的操作順序，如：設備自動操作、設備保護、數據轉發和報警，來實現冷水機組的高效運行。為機組提供適當的控制，其中包括：

⑴自適應啟/停

根據冷凍水溫度和過去的冷負荷慣性/反應時間，來自動調節冷水機---泵---冷卻塔的啟/停時間，來逐個控制冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔和冷水機組。

⑵冷水機排序/選擇

DDC自動預測冷負荷需求/趨勢，并根據過去的能效、負荷需求、冷水機---泵---冷卻塔的功率和待命冷水機的情況來自動選擇設備的最優組合。用戶可以交替的選擇最優/同等的冷水機組運行時間。冷凍水和冷卻水閥將根據冷水機的選定情況來開/關。任何冷水機得到開機命令卻未能啟動的，應按指定要求發出報警?？刂破鞯玫綀缶?，啟動下一臺最合適的機組。

⑶低負荷控制

不允許單臺冷水機在低于可選工況點（如30%的負荷）下運行，除非只有單臺冷水機用于承擔負荷。當冷負荷低于25%時，將選擇冷水機啟?？刂疲员愠浞职l揮其能效；或根據冷負荷慣性/反應時間和檔案數據來選擇連續運行。

⑷斷電后自動啟動

當發生斷電時，所有設備將停機一段時間，這段時間的長短可以選定。然后，設備將依次啟停，以最大幅度的減少功率的峰值需求。

⑸冷卻塔控制

冷卻塔風機將按照冷水機組的運行來自動啟停。為了實現能效最優，冷卻塔風機的啟/?？筛鶕鋮s水供回水溫度、室外溫濕度參數來自動選擇。

根據冷溫水供水總管溫度、回水總管溫度和回水總管的流量，計算出大樓的平均負荷，確定機組及水泵的啟停組合及運行臺數自動減載、加載，實現優化運行，以適應冷機負荷的變化、達到最佳節能的目的。

    冷熱負荷Q的計算:    Q=C*M*(T1-T2)

    其中T1:回水溫度, T2:出水溫度, M:回水流量

加載流程

（1）運行機組的負載大于某個設定值(比如該機組負荷的80%)。

（2）當系統所測的冷凍水供水溫度高于當前的冷凍水供水溫度設定點與一個可調整的溫度偏差值相加后的所得值。

以上要求（1）~（2）均能滿足，才進入以下機組加載程序。

（3）新冷水機組啟動的延遲時間已經結束（延遲時間可以設定）。

（4）新冷水機組禁止運行的命令未激活。

（5）新冷水機組沒有處于出錯或斷電重啟階段。

以上要求（3）~（4)均能滿足，新冷水機組立即啟動。

卸載流程

（1）目前運行的機組臺數多于一臺。

（2）運行機組的平均負載小于某個設定值(比如機組負荷的30%)。

（3）當系統溫度傳感器所測的冷凍水供水溫度小于當前的冷凍水供水溫度設定點與一個可調整的溫度偏差值相加后的所得值。

以上要求（1）~（3）均能滿足，才進入以下機組卸載程序。

（4）機組停機的延遲時間已經結束（延遲時間可以設定）。

以上要求（4）能滿足，設定機組馬上停機。

系統將自動記錄單臺冷水機組的累積運行時間，根據機組的累積運行狀況來采取超前或滯后控制，盡量使冷水機組達到平均使用，來達到冷水機組的群控，便于用戶進行統一的維護和保養。

空調機組

監測內容：

送、回風溫度檢測；

空調機組送風機運行狀態、故障報警、風機手/自動狀態及風機壓差檢測；

空調機組新、回風閥開度；

空調機組過濾器堵塞狀態，提醒運行操作人員及時清洗或更換；

空調機組防凍報警狀態；

空調機組風道CO2濃度檢測；

控制內容

通過對測量所得新/回風溫濕度計算確定室內/外空氣焓值,根據室內外新風情況，聯合調節新、回風閥及排風開度，保證全年節能調節，最大限度利用自然冷源；

根據回風溫度設定值，調節表冷器電動調節閥開度，以使送風溫度保持設定要求，減少能源浪費；

通過對安裝于水盤管回水側電動調節閥的自動調整，實現對回風溫度設定點（可調整）的控制，保證空調機組供冷/熱量與所需冷/熱負荷相當，減少能源浪費；

采用最佳啟?？刂瞥绦驅照{機組進行最佳時區啟?？刂?，保證上班前對房間進行預冷（夏季）或預熱（冬季）；

新風閥與送風機連鎖，風機停止時自動關閉新風閥。

防凍報警保護，冬季表冷器溫度過低防凍報警后關閉新風閥、打開熱水閥以防止表冷器凍壞；

新風機組

監測內容

新風機組送風溫/濕度；

新風機組風機運行狀態、故障報警、風機手/自動狀態，確認空調機組是否處于樓宇自控系統控制之下，當機組處于樓宇自控系統控制時，可控制風機的啟停；

過濾器堵塞狀態，提醒運行操作人員及時清洗或更換；

新風機組防凍報警狀態；

控制內容

根據送風溫度控制表冷器電動調節閥開度，以滿足室內溫度精度及節能的最佳平衡，減少能源浪費；

對安裝于水盤管回水側電動調節閥的自動調整，實現對送風溫度設定點（可調整）的控制，保證新風機組供冷/熱量與所需冷/熱負荷相當，減少能源浪費.

新風閥與風機連鎖，風機停止時自動關閉新風閥；

防凍報警保護，冬季表冷器溫度過低防凍報警后關閉新風閥、打開熱水閥以防止表冷器凍壞；

送排風系統

監測內容

送、排風機運行狀態及故障報警；

送、排風機累計運行時間。當累計值達到設定值時，發出檢修報警信號。

控制內容

送、排風機啟停；

給排水系統

排水監測內容

水泵工作狀態、故障報警；

集水坑超高液位檢測和報警；

給水監測內容

水泵工作狀態、故障報警、變頻器故障；

水箱高、低液位檢測和報警；

供水壓力檢測；

供配電系統

高壓柜監測要求：

開關狀態（合或斷）

開關跳閘報警

測量電壓

變壓器監測要求

測量變壓器的溫度和風機的運行狀態

低壓柜檢測要求

低壓柜開關狀態

開關控制

變壓器的超溫度報警

低壓出線電流檢測

低壓出線電壓檢測

低壓出線功率因子檢測

低壓出線功率檢測

 

電梯系統

電梯系統的檢測：對電梯的運行狀態、故障報警、上/下行狀態進行監視。

 

照明系統

室外照明

 對總體范圍內的建筑物外形泛光照明按時間設定進行自動控制。

室內照明

辦公室照明系統：根據業主對大空間辦公室劃分的區域，實行辦公室照明系統自動控制。

公共照明實行按時間設定的自動控制。

樓宇自控系統與機電設備的聯網

ORCA系統可以通過預留的網關實現與其他系統進行聯網通信，實現控制要求；

節能及能源控制

主要控制功能：

焓值控制：對每種空氣源進行全熱值計算，并進行比較決策，自動選擇空氣源，使被冷卻盤管除取的冷量或增加的熱量最少，來達到所希望的冷卻或加熱溫度。焓值就是單位質量空氣含有的總熱量，包括顯熱和汽化潛熱，其中顯熱直接與空氣溫度有關，汽化潛熱與濕度有關。Delta Controls的DDC內部包含成熟的焓值計算模塊。

焓值控制的目的是在保證舒適度的前提下節約能源。空氣越干燥，維持在舒適溫度所花費的能源越少。

在春秋季節的很多日子里建筑物需要制冷，而室外的空氣比室內溫度低而且更干燥（焓值低）。在這種狀況下，新風比例可以提高（經常開到100%）來提供部分或全部冷量。在節能程序中，新風比例可以從最小新風量到100%之間調整。通過合理利用室外新風，冷水機組的能耗可以節省10% 到15%。

焓值控制的優點：

溫度節能控制程序在建筑需要制冷并且室外空氣溫度比室內低時把新風開到最大。這種面向溫度的控制策略沒有考慮濕度。結果是當室外空氣濕度大時反而更加浪費能源，或者當室外空氣比較干燥時浪費了節能的機會。焓值控制同時測量室內和室外空氣的溫度和濕度，根據加熱/冷卻室外、室內混合空氣所需的能源總和來決定節能程序運行方式。焓值控制程序可以在DDC中獨立運行，也可以作為能源管理系統（EMS）的一部分。焓值控制程序可以使業主和物業人員精確的達到節能目的，這是手動操作無法實現的。

最佳啟動：根據人員使用情況，提前開啟HVAC設備。在保證人員進入時環境舒適的前提下，提前時間最短為最佳啟動時間。

最佳關機：根據人員使用情況，在人員離開之前的最佳時間，關閉HVAC設備，既能在人員離開之前維持舒適的水平，又能盡早地關閉設備，減少設備能耗。

減小再加熱控制：對于使用集中供冷、分區再加熱方法進行溫度控制多區單位空調系統，根據區域狀態計算再加熱需要量，并據此進行優化，重新設定冷凍水最佳溫度（或冷盤管出口最佳溫度）的控制算法，最大程度地減少冷熱抵消所引起的能源消耗。

設定值再設定：根據室外空氣的溫度、濕度的變化對新風機組和空調機組的送風或回風溫度設定值進行再設定，使之恰好滿足區域的最大需要，以將空調設備的能耗降至最低。

負荷間隙運行：在滿足舒適性要求的極限范圍內，按實測溫度和負荷確定循環周期與分斷時間，通過固定周期性或可變周期性間隙運行某些設備來減少設備開啟時間，減少能耗。

分散功率控制：在需要功率峰值到來之前，關閉一些事先選擇好的設備，以減少高峰功率負荷。

夜間循環程序：分別設定低溫極限和高溫極限，按采樣溫度決定是否發出“供熱”或“制冷”命令，實現加熱循環控制或冷卻循環控制。在涼爽季節，夜間只送新風，以節約空調能耗。

零能量區域：設置冷卻和加熱兩個設定值，有一個既不用冷也不用熱的區域，實現空間溫度在該舒適范圍內不消耗冷、熱能源的控制。

循環啟停程序：自動按時間循環啟停工作泵及備用泵，維護設備。

非占用期程序：在非占用期編制專門的非占用期程序，自動停止一些可以停止運行的設備，以節約能源。

例外日程序：為特殊日期、如假日提供時間例外日程序安排計劃，中斷標準系統處理，只運行少數必須運行的設備。

臨時日編程：如遇特殊情況可編制臨時日編程，提前編制下一天的臨時日程序，停止運行一些不必要運行的設備。臨時日程序優先于其他時間程序。