浅析建筑楼宇自控系统的设计
2021-11-17李士波
李士波
中通服咨询设计研究院有限公司
0 引言
随着社会的发展，建筑节能技术的不断进步，楼宇自控系统在建筑日常管理中的作用越来越重要。那么，如何建设一个功能完善的楼宇自控系统并充分发挥其作用，已成为当前设计方、建设方、集成方等各方共同关注的问题。
1 系统简介
建筑楼宇自动控制系统（BAS）主要用于对建筑物内的各种机电设备（如空调、新风、给排水、变配电等）进行集中监控和管理，根据实际需要对部分设备进行远程控制，提高了后勤人员的办公效率，并为人们提供健康舒适的办公环境。
2 设计原则
在满足实际需求的基础上，设计应保持一定超前性，以满足当今科技的快速发展，为此在制定系统方案时遵循下列原则：先进性；实用性；可靠性；安全性；经济性；易维护性；开放性和可扩展性。
3 系统架构
3.1 系统架构
（1）系统采用总线制（RS485）和局域网（TCP/IP）混合方式，相对于传统全部采用TCP/IP的系统更加符合建筑机电系统的需求和特点。
（2）系统采用B/S（浏览器/服务器）结构，在建筑内配置好系统服务器后，任何一台具备通用浏览器IE的电脑都可以进行全功能的操作。如图1所示。
图1 分布式系统拓扑图
3.2 各子系统
3.2.1 冷热源系统
系统的设备主要包括冷水机组、冷却水泵、冷却塔、冷冻水泵、膨胀水箱、热水机组等冷热源设备。
冷冻机房采用机房群控系统，楼宇自控系统将通过接口的方式读取设备的相关运行参数。
3.2.2 空调、新风系统
空调和新风系统的设计按照国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015规定，具体情况可见表1至表3。
表1 集中供暖系统室内温度参数的参考指标
表2 空气调节系统室内环境参数的参考指标
表3 办公楼设计新风量的参考指标
3.2.3 通排风系统
通排风系统共有送排风机、消防排烟、正压风机等设备。
在地下层设置有CO浓度监测点，作为车库空气质量控制的依据。
监控功能主要有：风机状态监测；风机手自动状态监测；风机故障报警；风机启停控制；消防排烟风机状态监测；消防排烟风机故障报警；变频器变频控制与反馈；车库CO浓度监测等。
地下车库内，CO浓度较高，实施车库空气质量控制。
3.2.4 给排水系统
系统主要实现以下部分的监控与控制：（1）生活水泵控制；（2）水流检测；（3）自来水压力监测；（4）供水压力监测；（5）频率监测；（6）污水泵控制；（7）污水液位监测。
3.2.5 变配电系统
系统仅仅监控配电柜的三相电流、三相电压、功率因数、频率等电力参数，考虑到安全因素，系统不对其进行远程控制，需要操作时，均由现场操作人员完成。
3.2.6 电梯系统
高层建筑中，电梯作为主要的通行工具，其运行状态时刻关系着建筑中的工作人员。楼宇自控系统的主要监控范围有：电梯起停控制、运行状态、电梯门状态、楼层指示、故障报警、应急报警等，同时还要保证在发生火灾时，有可靠的联动消防。
3.2.7 照明系统监控功能
为了节约能源，对建筑内照明进行智能化管理也是必不可少的一项工作，主要分为以下几个区域：（1）公共区照明监控：采用定时控制方式，在程序中设置好开关时间。（2）生活区照明监控：采用分时段控制。（3）办公区照明监控：对正常工作日、双休日、节假日采用不同的时间控制。（4）事故照明：当发生紧急事故时，自动启动事故照明，并发出报警。
4 前端点位设计参考
根据风、水、电图纸，以及各设备监控点位类型和设备所在楼层，前端点位统计格式参照表4和表5。
表4 楼宇自控系统点位表1
表5 楼宇自控系统点位表2
5 与第三方接口设计
容许通过以太网与其他子系统兼容。采用特定的网络兼容器，与多个厂家系统进行系统兼容。
采用标准的工业通讯语言，例如Modbus，欧洲M-Bus，LonTalk，OPC等。
经典做法：
变配电系统——MODBUS协议
冷热源机房群控系统——MODBUS协议
智能照明系统——MODBUS协议
子系统通过统一的接口来提供系统数据，如物理接口为RS232、RS485或RS422，软件协议支持MODBUS、BACnet、API、OPC、ODBC、DDE等方式或其中一种通讯方式；
各子系统必须提供通讯协议的格式、参数的解释、物理接口类型等；
各子系统的数据读取位置集中于楼宇自控系统机房内；
以上信号都须引至该设备的启动、停止柜端子排上，以便于系统获取信号。
6 设计建议
（1）根据室外温度，对空调机组/新风机组的送风设定温度进行调整，减少空调设备能量消耗。
（2）在春秋季节，利用凉爽的室外新风，调节新风风阀至最大开度，保证新风的充分供给，最大幅度提前降低室内的热负荷，以最大限度的节约能源。
（3）室内区域的温度控制，遵循梯度控制原则：
冬季温度：办公区域 ＞ 走道/电梯厅 ＞大堂
夏季温度：办公区域 ＜ 走道/电梯厅 ＜大堂
（4）办公大堂人流分布较规律，一般上下班和午饭时间人流最多，其他时间则较随机，热负荷也呈较规律的变化，系统将根据负荷曲线的变化趋势提前调整控制状态，以保证环境温度的舒适性。大堂空间通常较高，而人主要在离地2米的范围内活动，建议温度取样点离地高度1.5米为宜。
（5）办公楼各个区域人员分布异性较大，部分区域甚至无人员活动。应分楼层、分区域地独立控制空调设备，从而降低能源的浪费。
（6）建议在设计过程中中电对空调进行节能控制。尽可能减少电能消耗量，同时利用分时电价政策，尽可能多利用“谷段”电能，从而节省电费。
（7）通过对流量系数（CV值或KV值）计算数值来选取电动调节水阀的口径，以确保BA系统的调节品质。
（8）定期清洗空调箱过滤网和空调风管，减少细菌滋生，同时节能降耗。
7 结束语
如何做到节能建筑、绿色建筑，楼宇自控系统的设计方法及思路极为重要，在后期不断实践中总结经验，持续完善设计深度，是每一个楼宇自控系统设计者必须要考虑的问题。
