绿色建筑中楼宇自控系统的应用及前景分析

黄 芳 北京国信鑫业工程咨询有限责任公司上海分公司，上海 200070

绿色建筑在国内的建筑行业成为了节能减排的主流，而楼宇自控系统以它优越的条件在绿色建筑中得到了广泛的应用。为了达到节能减排、和谐发展的目标，楼宇自控系统的应用促进了绿色建筑的智能化发展，通过建筑物的自控化发展，实现了绿色建筑行业的蓬勃发展。

1 楼宇自控系统的概念与特点

1.1 概念

楼宇自控系统(BAS)综合运用计算机网络技术、传感器技术和自动控制等多种技术对建筑中的机电设备如空调、通风、照明、供配电、给排水以及电梯等设备进行有效的自动化控制，最终达到建筑设施更有利于人们居住的要求。

1.2 系统的特点

1.2.1 节省能源

现代建筑物消耗能源非常大，建筑物的能耗占整个能耗的三分之一以上。楼宇自控系统充分利用了先进的焓值最佳控制、自动照度控制、最优设备启停控制等有效节能措施后，极大的减少了建筑物的能耗。

1.2.2 节省运营成本

楼宇自控系统是计算机集中控制的，大大的减少操作人员和设备维护人员，很多控制都是系统根据预先设定好的编程程序进行，减少了管理人员的监督，节省了大量的人力。以及通过一些节能管理方案，在满足建筑环境舒适性的条件下，进一步降低日常营运支出，节能建筑的运行成本，提供效益。

1.2.3 延长设备的使用寿命

楼宇自控系统可实时监测建筑设备的运行状况，通过程序控制实现机电设备的使用时间，及时发现设备故障和定期提示维护、保养，从而延长设备的使用寿命，降低维护费用，进一步提高投资回报效果。

2 绿色建筑中的监控系统及案例分析

楼宇自控系统可以对设备的运行情况、能量的变化动态进行及时的掌控，节省了大量的人力资源。楼宇自控系统有很多的综合功能，这些功能有对建筑各个系统的监视和控制;对系统的即时运行参数通过图像表现出来;打印各系统的表格，对设备的运行时间、设备维护周期和保养管理情况进行统计等。

系统是以中央管理工作站为核心，由网络控制器、现场控制器、传感器及执行机构等几个部分组成。下面以苏宁·天御国际广场项目进行案例分析。苏宁·天御国际广场是集写字楼、酒店、餐饮于一体的现在化商业综合体，项目按写字楼和酒店功能区设置了2 套独立的楼宇自控系统，本论文仅对写字楼办公部分进行详细分析。

办公楼中设计大量的空调设备、给排水设备、变配电设备等机电设备，这些设备分散在办公楼的各个楼层，利用楼宇自控系统进行分散管理集中控制，最终达到各种系统有序的工作。办公部分BAS 监控点位设计了2200 个物理监控点。

具体监控系统如下:

2.1 冷热源系统

苏宁·天御国际广场项目办公区的设计了4 套独立的冷热源系统，设置情况如下:地下室商业用房+A1#楼商业区域+A2#楼商业区域采用2 台空气源热泵型冷温水机组;地下室健身会所+B1#楼商业区域+B2#楼商业区域+B3#楼商业区域采用2 台空气源热泵型冷温水机组，提供全年空调冷热源;A1#楼办公区域，采用3 台空气源热泵型冷温水机组，提供全年空调冷热源;A2#楼办公区域采用2 台制冷量为612KW 的空气源热泵型冷温水机组，提供全年空调冷热源;4 套冷热源系统均由空气源热泵型冷温水机组、循环泵、稳压泵、加药泵等组成，控制原理相同，冷热源群控系统的控制由BAS 设置独立的DDC 进行监测和控制。

控制策略:

(1)机组运行参数:具有标准通信接口，通过网关可监测机组内的风机运行状态、故障、冷媒压力、油温、油压差等运行参数;

(2)冷热负荷需求计算:根据冷热水供、回水温度和供水流量测量值，自动计算建筑空调实际所需冷热负荷量;

(3)机组台数控制:根据用户使用情况计算建筑所需冷热负荷，通过智能模糊控制算法自动调整机组运行台数，达到最佳节能目的;

(4)水压差控制:根据冷热水的供回水压力的差值来调节旁通调节阀，保持供回水压差恒定;

(5)机组开关控制:根据预先安排的节假日作息的时间表，实现机组的定时启停;

(6)机组连锁控制:连锁开启程序:“冷冻水电动阀→冷冻水泵→观察水流状态→冷温水机组”;停机程序:“冷温水机组→冷冻水泵→冷冻水电动阀”。

2.2 空调通风系统

苏宁·天御国际广场项目的空调及通风系统设计了定风量空调机组、新风机组、送风机、排风机等设备，分散在办公楼的各个楼层。楼宇自控系统通过设置DDC 控制器对这些设备进行控制;

2.2.1 定风量空调机组AHU

控制策略:

(1)温度控制:监测机组的回风温度，与预设温度比较，对水阀进行PID 调节。通常夏季温度设定值为24～26℃，冬季温度设定值为20～22℃;

(2)湿度控制:根据湿度传感器的实测值对加湿阀开关进行自动控制，保证送风湿度达到湿度设定值;

(3)风机压差监测:监测送风机两端的压差，使风机运行在最佳的平衡点工作;

(4)过滤网报警:检测空气过滤器两侧压力变化，压差超限发生报警，提醒空气过滤器需清洗或更换;

(5)CO2浓度控制:实时监测CO2浓度，通过比例积分调节新风阀/回风阀的开度，使回风CO2浓度保持在设定值;

(6)机组定时启停控制:根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停机组自动统计机组工作时间，提示定时维修;

(7)联锁保护:新风、回风调节风阀、调节水阀与风机启停联动

2.2.2 新风机组PAU

办公楼标准楼层空调系统采用新风机组PAU 加风机盘管的空调模式。

监控策略:

(1)温度控制:监测机组的送风温度，PID 调节水阀，使温度达到设定值;

(2)风机压差监测:控制同空调机组;

(3)过滤网堵塞报警:控制同空调机组;

(4)防冻保护:在冬季，为了防止盘管冻裂，当盘管出水温低于设定的保护温度时(设定5℃)，停风机，关新风阀，热水阀全开;

(5)机组定时启停控制:控制同空调机组;

(6)联锁保护:新风风阀和水阀是联锁保护，自动关闭新风阀后，在风机启动前，自动打开风阀。防冻报警与风机和盘管水阀连锁，秋冬季节防冻报警发生时停风机，关闭新风阀并全开加热水阀，防止冬季盘管冻裂;

2.2.3 送排风系统

监控策略:

(1)自动控制:根据事先排定的工作及节假日作息时间表，启停机组，提示定时维修;

(2)CO 浓度控制:地下室区域根据CO 浓度，控制相应的送排风机的启停;

(3)保护要求:风机运行发生故障时自动报警并停机;

2.3 给排水系统

本项目给排水系统由生活水箱、消防水箱、排污泵、集水坑等组成。系统通过DDC 控制器对给排水系统只监测不控制。

监测策略:

(1)液位监测:自动监视生活水箱、消防水箱的高、低、超高、超低液位，当液位超限时，自动显示报警信号;

(2)监测变频装置运行情况、故障报警等，有报警时，在屏幕上显示停水泵并以声光报警形式显示，提示有关人员做检查并记录下，以便维修;

(3)对排污系统监测集水坑的超高液位，同时监视水泵的运行状态、故障状态等。有故障时发出报警信号。

2.4 公共照明系统

随着经济的发展，公共照明成为建筑物中重大耗能系统之一，本项目通过DDC 控制器对地下车库照明、办公楼公共走道照明、室外景观照明进行集中监测。

监测策略:

(1)照明控制:根据预设的时间程序表进行启停控制，在特殊情况用户可在预先设定时间表之外在控制中心手动启停。

(2)系统的界面显示照明回路的开关以及手自动状态，显示的各路照明累积运行时间，以便及时对系统进行维护。

2.5 其他系统

苏宁·天御国际广场项目楼宇自控系统除了通过DDC 控制器对相关机电设备进行直接控制外，还可通过网关接口与第三方子系统进行监控。如电梯系统、变配电系统、能耗计费系统、VRV 空调系统、智能照明系统。

3 楼宇自控系统在绿色建筑中的前景

3.1 现场设备智能化

具有集成性质的楼宇自控系统的概念提出不久，智能化自控系统就获得了很多人的青睐。智能化的水平逐渐提高，控制的要求也越来越高，于此会带来巨大的历史数据存储，复杂的参数计算，这都要求DDC 控制器具备高速的处理能力和巨大的存储容量。随着半导体的应用越来越成熟，DDC 的字节长度已经从8 字节、16 字节逐渐过渡到现今主流的32 字节，已经形成了包括霍尼韦尔、江森自控、西门子等一线楼宇自控产品，其中西门子的PXC 控制器内置无模型自适应闭环控制算法，可以满足各种复杂的控制应用。

3.2 标准化发展

随着技术不断发展，BAS 系统产品的规格、技术性能等将逐步按照一定的标准生产，网络通信的接口和协议等趋于采用开放性的标准，如OPC，BACnet 标准的通讯接口等等，使得BAS 产品和系统集成商间实现信息共享，通过计算机网络，将各系统运行的重要指标、工作状态、报警状态等信息汇集到统一的系统平台上，实现集中监视、控制和管理功能集成的目标。

3.3 系统向IP 化发展

BAS 系统在现场各种设备之间的通信网络平台是以太网构建的，使得信息网络与控制网络融合在一起，保证了从信息系统到控制系统的是通过以太网来连接起来的，从根本上简化了网络的结构，BAS 系统向IP 化发展的方向，是解决控制和信息网络在多种现场总线技术同时存在但是相互不兼容的问题的最佳的必选之路。

4 结论

随着能源紧缺与环保问题被人们持续关注，人们对节能产品追求，而绿色建筑作为近些年来新推出一个术语，其越来越引起人们的关注，绿色建筑是能够满足人们居住、日常活动的基本要求外，在整个使用寿命过程中实现各种资源的高效利用与减少对环境影响的建筑。绿色建筑最终以节能、环保、绿色为目标，提供安全、健康的舒适居住和环境。楼宇自控系统在绿色建设中最终实现了建筑设施的高效和人性化，得到大量的应用。

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