綠色建筑中樓宇自控系統的應用及前景分析

黃 芳 北京國信鑫業工程咨詢有限責任公司上海分公司，上海 200070

綠色建筑在國內的建筑行業成為了節能減排的主流，而樓宇自控系統以它優越的條件在綠色建筑中得到了廣泛的應用。為了達到節能減排、和諧發展的目標，樓宇自控系統的應用促進了綠色建筑的智能化發展，通過建筑物的自控化發展，實現了綠色建筑行業的蓬勃發展。

1 樓宇自控系統的概念與特點

1.1 概念

樓宇自控系統(BAS)綜合運用計算機網絡技術、傳感器技術和自動控制等多種技術對建筑中的機電設備如空調、通風、照明、供配電、給排水以及電梯等設備進行有效的自動化控制，最終達到建筑設施更有利于人們居住的要求。

1.2 系統的特點

1.2.1 節省能源

現代建筑物消耗能源非常大，建筑物的能耗占整個能耗的三分之一以上。樓宇自控系統充分利用了先進的焓值最佳控制、自動照度控制、最優設備啟停控制等有效節能措施后，極大的減少了建筑物的能耗。

1.2.2 節省運營成本

樓宇自控系統是計算機集中控制的，大大的減少操作人員和設備維護人員，很多控制都是系統根據預先設定好的編程程序進行，減少了管理人員的監督，節省了大量的人力。以及通過一些節能管理方案，在滿足建筑環境舒適性的條件下，進一步降低日常營運支出，節能建筑的運行成本，提供效益。

1.2.3 延長設備的使用壽命

樓宇自控系統可實時監測建筑設備的運行狀況，通過程序控制實現機電設備的使用時間，及時發現設備故障和定期提示維護、保養，從而延長設備的使用壽命，降低維護費用，進一步提高投資回報效果。

2 綠色建筑中的監控系統及案例分析

樓宇自控系統可以對設備的運行情況、能量的變化動態進行及時的掌控，節省了大量的人力資源。樓宇自控系統有很多的綜合功能，這些功能有對建筑各個系統的監視和控制;對系統的即時運行參數通過圖像表現出來;打印各系統的表格，對設備的運行時間、設備維護周期和保養管理情況進行統計等。

系統是以中央管理工作站為核心，由網絡控制器、現場控制器、傳感器及執行機構等幾個部分組成。下面以蘇寧·天御國際廣場項目進行案例分析。蘇寧·天御國際廣場是集寫字樓、酒店、餐飲于一體的現在化商業綜合體，項目按寫字樓和酒店功能區設置了2 套獨立的樓宇自控系統，本論文僅對寫字樓辦公部分進行詳細分析。

辦公樓中設計大量的空調設備、給排水設備、變配電設備等機電設備，這些設備分散在辦公樓的各個樓層，利用樓宇自控系統進行分散管理集中控制，最終達到各種系統有序的工作。辦公部分BAS 監控點位設計了2200 個物理監控點。

具體監控系統如下:

2.1 冷熱源系統

蘇寧·天御國際廣場項目辦公區的設計了4 套獨立的冷熱源系統，設置情況如下:地下室商業用房+A1#樓商業區域+A2#樓商業區域采用2 臺空氣源熱泵型冷溫水機組;地下室健身會所+B1#樓商業區域+B2#樓商業區域+B3#樓商業區域采用2 臺空氣源熱泵型冷溫水機組，提供全年空調冷熱源;A1#樓辦公區域，采用3 臺空氣源熱泵型冷溫水機組，提供全年空調冷熱源;A2#樓辦公區域采用2 臺制冷量為612KW 的空氣源熱泵型冷溫水機組，提供全年空調冷熱源;4 套冷熱源系統均由空氣源熱泵型冷溫水機組、循環泵、穩壓泵、加藥泵等組成，控制原理相同，冷熱源群控系統的控制由BAS 設置獨立的DDC 進行監測和控制。

控制策略:

(1)機組運行參數:具有標準通信接口，通過網關可監測機組內的風機運行狀態、故障、冷媒壓力、油溫、油壓差等運行參數;

(2)冷熱負荷需求計算:根據冷熱水供、回水溫度和供水流量測量值，自動計算建筑空調實際所需冷熱負荷量;

(3)機組臺數控制:根據用戶使用情況計算建筑所需冷熱負荷，通過智能模糊控制算法自動調整機組運行臺數，達到最佳節能目的;

(4)水壓差控制:根據冷熱水的供回水壓力的差值來調節旁通調節閥，保持供回水壓差恒定;

(5)機組開關控制:根據預先安排的節假日作息的時間表，實現機組的定時啟停;

(6)機組連鎖控制:連鎖開啟程序:“冷凍水電動閥→冷凍水泵→觀察水流狀態→冷溫水機組”;停機程序:“冷溫水機組→冷凍水泵→冷凍水電動閥”。

2.2 空調通風系統

蘇寧·天御國際廣場項目的空調及通風系統設計了定風量空調機組、新風機組、送風機、排風機等設備，分散在辦公樓的各個樓層。樓宇自控系統通過設置DDC 控制器對這些設備進行控制;

2.2.1 定風量空調機組AHU

控制策略:

(1)溫度控制:監測機組的回風溫度，與預設溫度比較，對水閥進行PID 調節。通常夏季溫度設定值為24～26℃，冬季溫度設定值為20～22℃;

(2)濕度控制:根據濕度傳感器的實測值對加濕閥開關進行自動控制，保證送風濕度達到濕度設定值;

(3)風機壓差監測:監測送風機兩端的壓差，使風機運行在最佳的平衡點工作;

(4)過濾網報警:檢測空氣過濾器兩側壓力變化，壓差超限發生報警，提醒空氣過濾器需清洗或更換;

(5)CO2濃度控制:實時監測CO2濃度，通過比例積分調節新風閥/回風閥的開度，使回風CO2濃度保持在設定值;

(6)機組定時啟?？刂?根據事先排定的工作及節假日作息時間表，定時啟停機組自動統計機組工作時間，提示定時維修;

(7)聯鎖保護:新風、回風調節風閥、調節水閥與風機啟停聯動

2.2.2 新風機組PAU

辦公樓標準樓層空調系統采用新風機組PAU 加風機盤管的空調模式。

監控策略:

(1)溫度控制:監測機組的送風溫度，PID 調節水閥，使溫度達到設定值;

(2)風機壓差監測:控制同空調機組;

(3)過濾網堵塞報警:控制同空調機組;

(4)防凍保護:在冬季，為了防止盤管凍裂，當盤管出水溫低于設定的保護溫度時(設定5℃)，停風機，關新風閥，熱水閥全開;

(5)機組定時啟?？刂?控制同空調機組;

(6)聯鎖保護:新風風閥和水閥是聯鎖保護，自動關閉新風閥后，在風機啟動前，自動打開風閥。防凍報警與風機和盤管水閥連鎖，秋冬季節防凍報警發生時停風機，關閉新風閥并全開加熱水閥，防止冬季盤管凍裂;

2.2.3 送排風系統

監控策略:

(1)自動控制:根據事先排定的工作及節假日作息時間表，啟停機組，提示定時維修;

(2)CO 濃度控制:地下室區域根據CO 濃度，控制相應的送排風機的啟停;

(3)保護要求:風機運行發生故障時自動報警并停機;

2.3 給排水系統

本項目給排水系統由生活水箱、消防水箱、排污泵、集水坑等組成。系統通過DDC 控制器對給排水系統只監測不控制。

監測策略:

(1)液位監測:自動監視生活水箱、消防水箱的高、低、超高、超低液位，當液位超限時，自動顯示報警信號;

(2)監測變頻裝置運行情況、故障報警等，有報警時，在屏幕上顯示停水泵并以聲光報警形式顯示，提示有關人員做檢查并記錄下，以便維修;

(3)對排污系統監測集水坑的超高液位，同時監視水泵的運行狀態、故障狀態等。有故障時發出報警信號。

2.4 公共照明系統

隨著經濟的發展，公共照明成為建筑物中重大耗能系統之一，本項目通過DDC 控制器對地下車庫照明、辦公樓公共走道照明、室外景觀照明進行集中監測。

監測策略:

(1)照明控制:根據預設的時間程序表進行啟?？刂?，在特殊情況用戶可在預先設定時間表之外在控制中心手動啟停。

(2)系統的界面顯示照明回路的開關以及手自動狀態，顯示的各路照明累積運行時間，以便及時對系統進行維護。

2.5 其他系統

蘇寧·天御國際廣場項目樓宇自控系統除了通過DDC 控制器對相關機電設備進行直接控制外，還可通過網關接口與第三方子系統進行監控。如電梯系統、變配電系統、能耗計費系統、VRV 空調系統、智能照明系統。

3 樓宇自控系統在綠色建筑中的前景

3.1 現場設備智能化

具有集成性質的樓宇自控系統的概念提出不久，智能化自控系統就獲得了很多人的青睞。智能化的水平逐漸提高，控制的要求也越來越高，于此會帶來巨大的歷史數據存儲，復雜的參數計算，這都要求DDC 控制器具備高速的處理能力和巨大的存儲容量。隨著半導體的應用越來越成熟，DDC 的字節長度已經從8 字節、16 字節逐漸過渡到現今主流的32 字節，已經形成了包括霍尼韋爾、江森自控、西門子等一線樓宇自控產品，其中西門子的PXC 控制器內置無模型自適應閉環控制算法，可以滿足各種復雜的控制應用。

3.2 標準化發展

隨著技術不斷發展，BAS 系統產品的規格、技術性能等將逐步按照一定的標準生產，網絡通信的接口和協議等趨于采用開放性的標準，如OPC，BACnet 標準的通訊接口等等，使得BAS 產品和系統集成商間實現信息共享，通過計算機網絡，將各系統運行的重要指標、工作狀態、報警狀態等信息匯集到統一的系統平臺上，實現集中監視、控制和管理功能集成的目標。

3.3 系統向IP 化發展

BAS 系統在現場各種設備之間的通信網絡平臺是以太網構建的，使得信息網絡與控制網絡融合在一起，保證了從信息系統到控制系統的是通過以太網來連接起來的，從根本上簡化了網絡的結構，BAS 系統向IP 化發展的方向，是解決控制和信息網絡在多種現場總線技術同時存在但是相互不兼容的問題的最佳的必選之路。

4 結論

隨著能源緊缺與環保問題被人們持續關注，人們對節能產品追求，而綠色建筑作為近些年來新推出一個術語，其越來越引起人們的關注，綠色建筑是能夠滿足人們居住、日?；顒拥幕疽笸?，在整個使用壽命過程中實現各種資源的高效利用與減少對環境影響的建筑。綠色建筑最終以節能、環保、綠色為目標，提供安全、健康的舒適居住和環境。樓宇自控系統在綠色建設中最終實現了建筑設施的高效和人性化，得到大量的應用。

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