詳解樓宇自控系統設計思路
技術規范2019年01月14日
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一、概述
當今，世界各地的大廈管理部門為了使其客戶擁有更舒適的環境而正在尋找創建完美室內環境的方法，他們越來越注重于通過優化控制提高管理水平和環境質量的可調性。智能建筑向人們提供全面的、高質量的、快捷的綜合服務功能，它是現代高科技的結晶，是建筑藝術與信息技術完美的結合。
樓宇自控系統(Building Automation System，簡稱BAS )是智能建筑的一個重要的組成部分。它的監控范圍通常包括冷熱源系統、空調系統、送排風系統、給排水系統、變配電系統、照明系統、電梯系統等。
高新信息技術和計算機網絡技術的高速發展，對建筑物的結構、系統、服務及管理最優化組合的要求越來越高，要求建筑物提供一個合理、高效、節能和舒適的工作環境。節能是一項基本國策，也是建筑電氣設計全面技術經濟分析的重要組成部分。樓宇自控系統正是順應了這一潮流，它的建立，對于大廈機電設備的正常運行并達到最佳狀態，以及大廈的防火與保安都提供了有力的保證。同時，依靠強大軟件支持下的計算機進行信息處理、數據分析、邏輯判斷和圖形處理，對整個系統作出集中監測和控制；通過計算機系統及時啟停各有關設備，避免設備不必要的運行，又可以節省系統運行能耗。
當前現代化大廈就空調系統而言，是一棟大樓耗能大戶，也是節能潛力最大的設備。從統計數據來看，中央空調系統占整個大樓的耗能50%以上，而大樓裝有樓宇自控系統以后，可節省能耗25%，節省人力約50%。出現故障，能夠及時知道何時何地出現何種故障，使事故消除在萌芽狀態。
當前隨著建筑物的規模增大和標準提高，大廈的機電設備數量也急劇增加，這些設備分散在大廈的各個樓層和角落，若采用分散管理，就地監測和操作將占用大量人力資源，有時幾乎難以實現。如采用樓宇自控系統，利用現代的計算機技術和網絡系統，實現對所有機電設備的集中管理和自動監測，就能確保樓內所有機電設備的安全運行，同時提高大樓內人員的舒適感和工作效率。
下面河姆渡小編根據實例為您詳解一下樓宇自控系統的設計思路，**大廈是采用西歐古典三段式的、國際化標準的智能型建筑，采用樓宇自動化系統將為大廈的管理者提供自動化水平較高的先進運行手段，并為用戶提供舒適宜人的生活和工作環境。
二、設計原則
實用性和先進性
本工程樓宇自控系統按照智能建筑設計標準的甲級標準進行設計，系統的設置既強調先進性也注重實用性，以實現功能和經濟的優化設計。
標準化和結構化
系統設計依照國家有關標準外，還根據系統的功能要求，作到系統的標準化和結構化，能綜合體現出當今的先進技術。
集成性和可擴展性
系統設計遵循全面規劃的原則，并有充分的余量，以適應將來發展的需要。
保證樓宇自控系統總體結構的先進性、合理性、可擴展性和兼容性。
三、系統設計描述
3.1 工程概況
**大廈整棟建筑物基本采用西歐古典三段式。建筑有地下一層，地上主體建筑為十二層。大樓的應用功能可以劃分為四個區，即：業務區、辦公區、科技用房區、設備管理區、機動車車庫區。根據辦公樓的結構，它分為東區和西區。
3.2 樓宇自控系統控制方式及網絡型式
**大廈樓宇自控系統采用集散型控制方式，即現場區域控制，計算機局域網通訊，最后進行集中監視、管理的系統控制方式。這種控制方式保證每個子系統都能獨立控制，同時在中央工作站上又能做到集中管理，使得整個系統的結構完善、性能可靠。
樓宇自控系統網絡結構可分為三級，第一級為中央工作站，即控制中心，控制中心內設中央工作站，中央工作站系統由PC主機、彩色大屏幕顯示器及打印機組成，是BAS系統的核心，整個大廈內所受監控的機電設備都在這里進行集中管理和顯示，它可以直接和以太網相連；第二級為直接式數字控制器，第三級為采集現場信號的傳感器和執行機構。直接數字控制器、傳感器及執行機構隨被控設備就近設置。
樓宇自控系統留有與消防報警系統、綜合保安系統、閉路電視監控系統、停車場管理系統等系統的通訊接口，這有利于實現對各弱電子系統的信息集中管理，系統之間的事件聯動，提高系統總體決策能力。
3.3 樓宇自控系統監控內容
冷熱源系統、空調系統、 送排風系統、 給排水系統、 變配電系統、
照明系統、 電梯監測等。
3.3.1冷熱源系統
**大廈的冷熱源由位于11層的冷熱水系統提供。系統監控對象：6臺風冷熱泵機組、8臺離心水泵及相關溫度、壓力、流量參數。由于冷熱源系統是建筑物內的用電大戶，也是直接決定辦公環境好壞的重要系統，并且該系統設備價格昂貴、日常保養和維護工作所需的人力和物力也很大。因此，對冷/熱源系統實施有效的監控和管理是至關重要的。
樓宇自控系統能實施以下功能：
1、系統負荷控制
通過監測空調水供回水溫度和空調水流量計算出大樓的冷/熱負荷，在此基礎上對機組進行臺數控制。
2、領先/滯后的控制
在擁有多臺風冷熱泵機組的情況下，為了使每臺機組的運行時間趨于合理，通過比較各臺機組的運行時間，從而決定各臺機組開啟的順序。
對于冷熱源系統，樓宇自控系統具體監控內容如下：
1、監測
-風冷熱泵機組手／自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-風冷熱泵機組累計運行時間，發出定時檢修提示；
-離心水泵手/自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-離心水泵累計運行時間，發出定時檢修提示；
-空調水（冷凍水/空調熱水）供、回水溫度和回水流量；
-空調水供、回水壓差；
-空調膨脹水箱高、低液位報警。
2、控制
-定時控制；按預先編排的時間程序控制系統啟停。
-根據空調水供、回水溫度和回水流量，計算大樓實際冷或熱負荷，進行機組臺選控制，并控制相應的水泵；
-根據DDC內部存儲的風冷熱泵機組累計運行時間，對風冷熱泵機組進行時間均衡調節，系統為優先權設計：需要啟動時，開啟累計運行時間最短的機組；需要關閉時，關閉累計運行時間最長的機組；
-按正確順序依次聯鎖啟停設備；
啟動：離心水泵→風冷熱泵機組
停機：風冷熱泵機組→離心水泵
-根據空調水供、回水總管壓差，PID調節旁通閥開度，保持空調水供水壓力穩定。
3.3.2空調系統
**大廈空調系統監控對象為空調機組、新風機組，空調/新風機組位于各層空調機房內。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-過濾器阻塞狀態，提醒操作人員及時清洗；
-風機的手/自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-風機累計運行時間，定時發出檢修提示信號；
-對新風機組，監測送風溫度；對空調機組，監測回風溫度。
2、控制
-定時控制；按預先編排的時間程序控制機組啟停。
-新風風閥與風機聯鎖；風機停機時，新風風閥關閉。
-在冬/夏季，采用最小新風量；在過渡季，采用焓值控制方式。
-根據送風溫度（回風溫度）與設定值（可調）的偏差，通過PID運算，輸出相應的控制信號，調節回水管上電動閥的開度，以保持送風溫度（回風溫度）的恒定。
注：在大樓的典型位置，測取室外新風的溫、濕度，為整個系統使用。
3.3.3送、排風系統
納入樓宇自控系統的送排風機為用于地下室配電間、汽車庫、自行車庫的送/排風機；用于衛生間的屋頂排風機；用于會議室、餐廳的通風機；用于廚房的通風機。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-各風機手/自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-各風機累計運行時間，定時發出檢修提示信號。
2、控制
-定時控制：按預先編排的時間程序控制風機啟停。
3.3.4給排水系統
納入樓宇自控系統的給排水系統包括生活給水系統和生活污水系統。系統中的水泵與水箱或水池液位狀態聯動，僅在需要時才投入運轉，避免不必要的浪費，節約水源。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-各水箱高、低液位監測；
-水泵手/自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-水泵累計運行時間，定時發出檢修提示信號；
-水箱及水池超高（低）液位報警；
2、控制
-根據水箱及水池高、低液位信號，控制水泵的啟停；
3.3.5變配電系統
納入樓宇自控系統的供配電系統包括其高壓、變壓器、低壓配電。大廈內高壓進線，通常為兩路10KV獨立電源，兩路可自動切換，互為備用。電力的管理是大廈內最重要的部分之一。基于目前的技術水平和管理水平，樓宇自控系統對變配電系統只監測不控制。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-變壓器超溫報警；
-低壓進線開關狀態、三相電壓和三相電流；
-低壓母線聯絡柜開關狀態。
3.3.6照明系統
樓宇自控系統對建筑照明實行監控不僅可簡化操作，還可以按時間要求或照度要求進行控制，使被控燈具要求點亮或熄滅，利于節約電能。**大廈照明系統包括泛光/航空標志燈照明、車庫照明。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-要求控制的照明回路的手/自動狀態、開關狀態。
2、控制
-根據工作時間表進行照明回路的開關控制。
3.3.7 電梯監測
樓宇自控系統對電梯的運行狀態、故障報警進行監測，以保證電梯系統的正常運行。
3.4 管線敷設和設備安裝
從中央控制站至現場直接數字控制器之間采用專用的通訊電纜沿鍍鋅鋼管敷設，從直接數字控制器至執行機構采用屏蔽或非屏蔽線，在冷凍站、變配電所、空調機房等處線纜集中的地方采用金屬線槽進行敷設，其它零散測點線纜較少的地方采用穿鍍鋅鋼管進行敷設。
通訊系統由通訊卡、現場通訊接口和通訊線路組成，通訊卡安裝在中央管理工作站，與中央管理工作站的計算機相聯，現場通訊接口安裝在每臺現場控制機內，通訊線將中央通訊卡與現場通訊接口依次相連。
為控制器配置的控制柜可提供控制器工作所必需的電源、繼電器板、接線端子等，控制器內置于控制柜中。控制柜安裝在被控對象附近，便于操作及施工，每臺現場控制柜需提供一個220V，1000W的電源，或在附近留有電源插座。需要控制的風機或水泵等設備的配電柜內需設置手自動轉換開關，轉換開關置于手動狀態時，用手動啟停按扭控制風機或水泵啟停；轉換開關置于自動狀態時，由現場控制機提供的無源常開觸點控制風機、水泵啟停。被控風機或水泵配電柜需提供一對常開無源輔助觸點，留有現場控制機使用，以檢測風機或水泵的運行狀態。
傳感器、執行器安裝在工藝管道上，每個元件需要的電纜視不同產品而有所不同。當風道溫度傳感器與濕度傳感器一同安裝時，應注意順風走向，溫度應置濕度傳感器上測。
各個傳感器不應安裝于管路彎頭處。
風閥驅動器安裝一定要注意閥的葉片軸與驅動器軸同心。
電動閥門驅動器安裝，注意閥的實際開啟方向與驅動器指示方向相符。
流量計一定要注意于直管段豎直安裝，流量計前至少要有10倍流量計通徑的距離；流量計后至少要有5倍流量計通徑的距離。
3.5 系統供電
中央控制室設專用配電盤，采用末端自動切換的雙回路供電方式，直接數字控制器由現場供電。
3.6 接地
樓宇自控系統采用聯合接地，接地電阻不大于1歐姆。
對于正常情況下不帶電的儀表外殼、設備及控制箱均應接地。
當今，世界各地的大廈管理部門為了使其客戶擁有更舒適的環境而正在尋找創建完美室內環境的方法，他們越來越注重于通過優化控制提高管理水平和環境質量的可調性。智能建筑向人們提供全面的、高質量的、快捷的綜合服務功能，它是現代高科技的結晶，是建筑藝術與信息技術完美的結合。
高新信息技術和計算機網絡技術的高速發展，對建筑物的結構、系統、服務及管理最優化組合的要求越來越高，要求建筑物提供一個合理、高效、節能和舒適的工作環境。節能是一項基本國策，也是建筑電氣設計全面技術經濟分析的重要組成部分。樓宇自控系統正是順應了這一潮流，它的建立，對于大廈機電設備的正常運行并達到最佳狀態，以及大廈的防火與保安都提供了有力的保證。同時，依靠強大軟件支持下的計算機進行信息處理、數據分析、邏輯判斷和圖形處理，對整個系統作出集中監測和控制；通過計算機系統及時啟停各有關設備，避免設備不必要的運行，又可以節省系統運行能耗。
當前現代化大廈就空調系統而言，是一棟大樓耗能大戶，也是節能潛力最大的設備。從統計數據來看，中央空調系統占整個大樓的耗能50%以上，而大樓裝有樓宇自控系統以后，可節省能耗25%，節省人力約50%。出現故障，能夠及時知道何時何地出現何種故障，使事故消除在萌芽狀態。
當前隨著建筑物的規模增大和標準提高，大廈的機電設備數量也急劇增加，這些設備分散在大廈的各個樓層和角落，若采用分散管理，就地監測和操作將占用大量人力資源，有時幾乎難以實現。如采用樓宇自控系統，利用現代的計算機技術和網絡系統，實現對所有機電設備的集中管理和自動監測，就能確保樓內所有機電設備的安全運行，同時提高大樓內人員的舒適感和工作效率。
下面河姆渡小編根據實例為您詳解一下樓宇自控系統的設計思路，**大廈是采用西歐古典三段式的、國際化標準的智能型建筑，采用樓宇自動化系統將為大廈的管理者提供自動化水平較高的先進運行手段，并為用戶提供舒適宜人的生活和工作環境。
實用性和先進性
本工程樓宇自控系統按照智能建筑設計標準的甲級標準進行設計，系統的設置既強調先進性也注重實用性，以實現功能和經濟的優化設計。
標準化和結構化
系統設計依照國家有關標準外，還根據系統的功能要求，作到系統的標準化和結構化，能綜合體現出當今的先進技術。
集成性和可擴展性
系統設計遵循全面規劃的原則，并有充分的余量，以適應將來發展的需要。
保證樓宇自控系統總體結構的先進性、合理性、可擴展性和兼容性。
三、系統設計描述
3.1 工程概況
**大廈整棟建筑物基本采用西歐古典三段式。建筑有地下一層，地上主體建筑為十二層。大樓的應用功能可以劃分為四個區，即：業務區、辦公區、科技用房區、設備管理區、機動車車庫區。根據辦公樓的結構，它分為東區和西區。
3.2 樓宇自控系統控制方式及網絡型式
**大廈樓宇自控系統采用集散型控制方式，即現場區域控制，計算機局域網通訊，最后進行集中監視、管理的系統控制方式。這種控制方式保證每個子系統都能獨立控制，同時在中央工作站上又能做到集中管理，使得整個系統的結構完善、性能可靠。
樓宇自控系統網絡結構可分為三級，第一級為中央工作站，即控制中心，控制中心內設中央工作站，中央工作站系統由PC主機、彩色大屏幕顯示器及打印機組成，是BAS系統的核心，整個大廈內所受監控的機電設備都在這里進行集中管理和顯示，它可以直接和以太網相連；第二級為直接式數字控制器，第三級為采集現場信號的傳感器和執行機構。直接數字控制器、傳感器及執行機構隨被控設備就近設置。
樓宇自控系統留有與消防報警系統、綜合保安系統、閉路電視監控系統、停車場管理系統等系統的通訊接口，這有利于實現對各弱電子系統的信息集中管理，系統之間的事件聯動，提高系統總體決策能力。
3.3 樓宇自控系統監控內容
冷熱源系統、空調系統、 送排風系統、 給排水系統、 變配電系統、
照明系統、 電梯監測等。
3.3.1冷熱源系統
**大廈的冷熱源由位于11層的冷熱水系統提供。系統監控對象：6臺風冷熱泵機組、8臺離心水泵及相關溫度、壓力、流量參數。由于冷熱源系統是建筑物內的用電大戶，也是直接決定辦公環境好壞的重要系統，并且該系統設備價格昂貴、日常保養和維護工作所需的人力和物力也很大。因此，對冷/熱源系統實施有效的監控和管理是至關重要的。
樓宇自控系統能實施以下功能：
1、系統負荷控制
通過監測空調水供回水溫度和空調水流量計算出大樓的冷/熱負荷，在此基礎上對機組進行臺數控制。
2、領先/滯后的控制
在擁有多臺風冷熱泵機組的情況下，為了使每臺機組的運行時間趨于合理，通過比較各臺機組的運行時間，從而決定各臺機組開啟的順序。
對于冷熱源系統，樓宇自控系統具體監控內容如下：
1、監測
-風冷熱泵機組手／自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-風冷熱泵機組累計運行時間，發出定時檢修提示；
-離心水泵手/自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-離心水泵累計運行時間，發出定時檢修提示；
-空調水（冷凍水/空調熱水）供、回水溫度和回水流量；
-空調水供、回水壓差；
-空調膨脹水箱高、低液位報警。
2、控制
-定時控制；按預先編排的時間程序控制系統啟停。
-根據空調水供、回水溫度和回水流量，計算大樓實際冷或熱負荷，進行機組臺選控制，并控制相應的水泵；
-根據DDC內部存儲的風冷熱泵機組累計運行時間，對風冷熱泵機組進行時間均衡調節，系統為優先權設計：需要啟動時，開啟累計運行時間最短的機組；需要關閉時，關閉累計運行時間最長的機組；
-按正確順序依次聯鎖啟停設備；
啟動：離心水泵→風冷熱泵機組
停機：風冷熱泵機組→離心水泵
-根據空調水供、回水總管壓差，PID調節旁通閥開度，保持空調水供水壓力穩定。
3.3.2空調系統
**大廈空調系統監控對象為空調機組、新風機組，空調/新風機組位于各層空調機房內。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-過濾器阻塞狀態，提醒操作人員及時清洗；
-風機的手/自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-風機累計運行時間，定時發出檢修提示信號；
-對新風機組，監測送風溫度；對空調機組，監測回風溫度。
2、控制
-定時控制；按預先編排的時間程序控制機組啟停。
-新風風閥與風機聯鎖；風機停機時，新風風閥關閉。
-在冬/夏季，采用最小新風量；在過渡季，采用焓值控制方式。
-根據送風溫度（回風溫度）與設定值（可調）的偏差，通過PID運算，輸出相應的控制信號，調節回水管上電動閥的開度，以保持送風溫度（回風溫度）的恒定。
注：在大樓的典型位置，測取室外新風的溫、濕度，為整個系統使用。
3.3.3送、排風系統
納入樓宇自控系統的送排風機為用于地下室配電間、汽車庫、自行車庫的送/排風機；用于衛生間的屋頂排風機；用于會議室、餐廳的通風機；用于廚房的通風機。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-各風機手/自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-各風機累計運行時間，定時發出檢修提示信號。
2、控制
-定時控制：按預先編排的時間程序控制風機啟停。
3.3.4給排水系統
納入樓宇自控系統的給排水系統包括生活給水系統和生活污水系統。系統中的水泵與水箱或水池液位狀態聯動，僅在需要時才投入運轉，避免不必要的浪費，節約水源。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-各水箱高、低液位監測；
-水泵手/自動狀態、運行狀態和故障狀態；
-水泵累計運行時間，定時發出檢修提示信號；
-水箱及水池超高（低）液位報警；
2、控制
-根據水箱及水池高、低液位信號，控制水泵的啟停；
3.3.5變配電系統
納入樓宇自控系統的供配電系統包括其高壓、變壓器、低壓配電。大廈內高壓進線，通常為兩路10KV獨立電源，兩路可自動切換，互為備用。電力的管理是大廈內最重要的部分之一。基于目前的技術水平和管理水平，樓宇自控系統對變配電系統只監測不控制。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-變壓器超溫報警；
-低壓進線開關狀態、三相電壓和三相電流；
-低壓母線聯絡柜開關狀態。
3.3.6照明系統
樓宇自控系統對建筑照明實行監控不僅可簡化操作，還可以按時間要求或照度要求進行控制，使被控燈具要求點亮或熄滅，利于節約電能。**大廈照明系統包括泛光/航空標志燈照明、車庫照明。
樓宇自控系統具體監控內容包括：
1、監測
-要求控制的照明回路的手/自動狀態、開關狀態。
2、控制
-根據工作時間表進行照明回路的開關控制。
3.3.7 電梯監測
樓宇自控系統對電梯的運行狀態、故障報警進行監測，以保證電梯系統的正常運行。
3.4 管線敷設和設備安裝
從中央控制站至現場直接數字控制器之間采用專用的通訊電纜沿鍍鋅鋼管敷設，從直接數字控制器至執行機構采用屏蔽或非屏蔽線，在冷凍站、變配電所、空調機房等處線纜集中的地方采用金屬線槽進行敷設，其它零散測點線纜較少的地方采用穿鍍鋅鋼管進行敷設。
通訊系統由通訊卡、現場通訊接口和通訊線路組成，通訊卡安裝在中央管理工作站，與中央管理工作站的計算機相聯，現場通訊接口安裝在每臺現場控制機內，通訊線將中央通訊卡與現場通訊接口依次相連。
為控制器配置的控制柜可提供控制器工作所必需的電源、繼電器板、接線端子等，控制器內置于控制柜中。控制柜安裝在被控對象附近，便于操作及施工，每臺現場控制柜需提供一個220V，1000W的電源，或在附近留有電源插座。需要控制的風機或水泵等設備的配電柜內需設置手自動轉換開關，轉換開關置于手動狀態時，用手動啟停按扭控制風機或水泵啟停；轉換開關置于自動狀態時，由現場控制機提供的無源常開觸點控制風機、水泵啟停。被控風機或水泵配電柜需提供一對常開無源輔助觸點，留有現場控制機使用，以檢測風機或水泵的運行狀態。
傳感器、執行器安裝在工藝管道上，每個元件需要的電纜視不同產品而有所不同。當風道溫度傳感器與濕度傳感器一同安裝時，應注意順風走向，溫度應置濕度傳感器上測。
各個傳感器不應安裝于管路彎頭處。
風閥驅動器安裝一定要注意閥的葉片軸與驅動器軸同心。
電動閥門驅動器安裝，注意閥的實際開啟方向與驅動器指示方向相符。
流量計一定要注意于直管段豎直安裝，流量計前至少要有10倍流量計通徑的距離；流量計后至少要有5倍流量計通徑的距離。
3.5 系統供電
中央控制室設專用配電盤，采用末端自動切換的雙回路供電方式，直接數字控制器由現場供電。
3.6 接地
樓宇自控系統采用聯合接地，接地電阻不大于1歐姆。
對于正常情況下不帶電的儀表外殼、設備及控制箱均應接地。
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