|
【活动通知】6月8日 长春：《建筑电气设计疑难点解析及强制性条文》培训（结业发中勘协继续教育学时证书）：将于2016年6月8日在吉林省长春市长白山宾馆龙凤厅举办，特邀图书主编欧阳东、郭晓岩、孟焕平对全书内容进行详细讲解。了解培训详情及报名请点击这里。 超高层建筑采用楼宇自控系统可以满足建筑节能、环保与可持续发展的要求。采用理论结合实际的方法进行论述，以超高层建筑特点及工程实例作为依托，对楼宇自控系统的设计流程及要点进行探讨，旨在为后续超高层建筑中楼宇自控系统的建设提供借鉴意义，促使楼宇自控系统能够在超高层建筑中最大限度发挥其应有的作用。 0 概述楼宇自控系统又称为建筑设备监控系统（简称BAS，Building Automation System），可以系统地对机电设备进行自动管理、监视、控制其运行状况，发挥被控设备综合优势和潜力，提高被控设备的利用率，节约能源，降低维护人员的劳动强度。 建筑高度大于1OOm的民用建筑为超高层建筑。由于超高层建筑中机电设备复杂、界面接口多、场地狭窄、垂直运输强度高、安全防护难度大等特点，在进行超高层建筑楼宇自控系统设计时需要具有针对性。 昆钢科技大厦位于云南省昆明市，主体建筑为地下三层、裙房五层、塔楼五十层的超高层建筑，由酒店与办公两部分组成，建筑总高度为219.60m（室外地坪至屋顶停机坪），属于超高层建筑,大厦总建筑面积149 826m2。 1 系统设计流程1.1 用户需求分析 根据设计任务书要求，与业主进行充分的需求分析，收集相关图纸等资料，了解被监控对象的技术指标和工艺要求，绘制出相应的控制原理图，确定监控内容。 统计出准确的被控设备类型、数量以及监控内容后，将与楼宇自控系统有关的机电设备和监控内容按照楼层、房间等位置进行列表，这样可以清楚地了解整个系统的规模以及控制细节。昆钢科技大厦办公区监控点数为578点，酒店区监控点数为2 603点，监控点数总计3 181点。 1.2 系统网络结构设计 楼宇自控系统的规模可按实时数据库的硬件点和软件点的总点数来区分，总点数为3 000点及以上的系统为大型系统、总点数为1 000~2 999点的系统为中型系统、总点数为999点及以下的系统为小型系统。 楼宇自控系统网络结构可根据系统的规模、功能要求以及选用产品的特点进行设计，大型系统宜采用由管理网络层、控制网络层以及现场网络层组成的三层网络结构，中、小型系统可根据实际情况采用单层、两层或三层网络结构。 根据昆钢科技大厦监控点数情况，该项目楼宇自控系统采用三层网络结构（图1）。
管理网络层设备一般是指中央管理工作站，采用TCP/IP通信协议，具有与互联网联网的能力，提供互联网用户通信接口技术，保证用户可通过WEB浏览器查看楼宇自控系统的各种数据和进行远程操作。控制网络层由通信总线和控制器组成，通信总线的通信协议可采用TCP/IP、BACnet、Modbus等国际标准协议，民用建筑控制器大多采用直接数字控制器（DDC）。现场网络层通常也称为前端设备，由分布式智能输入/输出模块、传感器、变送器、执行器等组成，民用建筑大多采用常规现场仪表一对一连线。 1.3 配置设备清单 系统网络结构确定后，绘制楼宇自控系统的管线设备安装平面图、楼宇自控系统图、原理图和DDC接线图等。根据监控点表，结合管线设备安装图纸和楼宇自控系统的技术参数等，进行设备品牌选择，根据所选产品即可配置楼宇自控系统设备清单。 1.4 编制技术方案 根据选用产品的特点以及工程实际情况编制技术方案，包括设计说明、设计依据、设计原则、结构框图、系统控制内容、产品描述、系统指标以及与产品选型有关的计算公式等。 2 系统功能设计楼宇自控系统可对下列子系统进行设备运行和建筑节能的监控，包括冷冻水及冷却水系统、热交换系统、采暖通风及空气调节系统、给水和排水系统、供配电系统、公共照明系统、电梯和自动扶梯系统。事实上，只要被控设备能够给出监控接口，楼宇自控系统就可以对其进行监控，具体监控内容可参考规范中的规定。 楼宇自控系统的功能设计要结合不同地区、不同行业，考虑项目特点，进行有针对性的设计。南方地区大多炎热多雨，空调系统监控应多考虑除湿功能，并且不需设置防冻开关，设备应选用防潮防湿型。北方地区大多严寒干燥，应多考虑加湿功能，在冬季运行时为避免发生空调表冷器被冻裂，应注重防冻开关的功能。 不同用途、不同功能、不同环境的建筑物需要选用不同的设备，如同样是空调系统，要求的功能并不一样，自动控制策略也不相同。如博物馆、文物库要求环境相对湿度、室内温度全年稳定不变，办公楼则根据室外焓值进行空调的控制，满足节能要求，但医院外科手术间需要温度随着手术进程而变化。可见，建筑需求的个性化决定了楼宇自控系统设计的定制性，在设计时应熟悉控制软件和算法，这样的楼宇自控系统才能达到其应有的功能和效果。 由于昆钢科技大厦办公区和酒店区在管理、服务和业务流程方面有很大的差别，所以在楼宇自控系统的应用和管理方面也分成两个独立的体系，对大厦内所有的机电设备（如通风空调设备、照明设备、给排水设备、电梯、供配电及锅炉等）进行统一管理。 3 系统接口设计楼宇自控系统接口界面涉及到所有被控设备。在超高层建筑中，机电设备复杂，经常由于系统界面问题导致楼宇自控系统发生丢项、甩项故障。因此，需要在设计阶段就提出接口界面要求，以便在被控设备制造时预留出相关接口，确保系统设计的功能全部实现。楼宇自控系统的接口包括软件接口和硬件接口。 软件接口主要指通讯接口，包括标准通讯协议Modbus和OPC等，自定义的通讯协议以及其他方式的协议。标准通讯协议可以直接拿来使用；自定义的通讯协议应提供详细的通讯控制步骤、传送控制顺序、控制符号、格式等编程所必需的资料，需要进行二次开发或定制相应的网关；其他方式的协议可以归为数据库方式，应提供数据结构，包括数据类型、格式定义及说明，并说明哪些数据是实时的，数据库接口应支持ODBC方式。当变配电系统、电梯系统、锅炉系统、冷水机组群控系统、智能照明系统等以软件接口形式纳入楼宇自控系统时，应提供标准接口。 硬件接口包括通讯硬件接口RS485或RS232等，以及由被控设备配电箱提供的接触器或继电器给出的辅助干接点接口。 4 系统性能设计楼宇自控系统的性能体现在“稳、准、快”三个方面。系统稳定性是最基本的要求，稳定的系统才能正常工作。准确性是要求系统的动态误差和稳态误差越小越好。快速性是指系统达到稳态的时间要快，但控制过程太快时动态误差也相应增大，所以在设计中要首先满足动态误差要求，再缩短控制过渡时间。 从以上的分析中，不难看出系统性能的三个目标是互相制约的。以PID控制系统为例，参数整定是经常面临的难题，要想找到合适的PID参数，需要弄清PID控制的原理。在PID控制中，积分的作用是消除残差，当有较大的扰动或大幅度改变设定值时，由于有较大的偏差及系统有惯性和滞后，故在积分项的作用下，往往会产生较大的超调和长时间的波动，特别对于温度、成分等变化缓慢的过程，这一现象更为严重，为此可以采用积分分离措施，当偏差较大时取消积分作用，当偏差较小时才使用积分作用。同时为了能够很好地适应电动调节阀动作速度的要求，要求微分作用维持多个控制周期，应采用实际微分PID控制算法，同时也增强了抗干扰能力。 为了寻找到最佳的PID控制参数，使系统“稳、准、快”的目标都达到最佳，经过理论计算得到控制参数后，这种方法还需要工程调试经验进行试凑，并经过一段时间试运行后才能得出合适的PID参数。 5 设计要点据有关调查显示，楼宇自控系统在实际运行中的效果并不是很理想，顾客对楼宇自控系统运行情况评价中好评与差评大约各占50%。纠其原因，大多问题都出自设计阶段，包括对被控对象的工艺要求了解不准确，甚至存在错误认识，没有进行针对性设计等。下面针对楼宇自控系统运行中经常出现的问题，对设计要点进行描述。 5.1 电动调节阀设计要点 水管道电动调节阀是楼宇自控系统对空调系统进行控制的重要设备，直接决定空调系统自动控制的成败。水管道的二通调节阀宜选择等百分比流量特性，调节阀的口径应通过计算阀门流通能力来确定。电动调节水阀选型计算具有很强的技术性，而且电动调节阀选型的合理性与暖通专业工艺有很大的关系。电动调节阀门的实际流量特性与阀权度S关系密切，设计时S的取值应合理选定，S越大，实际流量特性与理想流量特性越接近，电动调节阀门的控制能力就越好，S为1时，电动调节阀门具有最好的可控性，但这种情况在实际使用中不可能出现；S越小，电动调节阀门的控制能力就愈差，实际流量特性趋向两位阀，当S为0时，电动调节阀门失去调节能力。在阀门的流量特性确定之后，接下来就要确定调节阀的口径，首先根据S值确定调节阀的压差，然后根据公式（1）计算调节阀的流通系数 Cv。
再根据流通系数Cv值，从调节阀产品规格中选取流通系数大于或等于计算出的流通系数的产品，进而选出调节阀的规格或口径。 5.2 风阀执行器设计要点 风阀执行器的选型主要是计算风门总扭矩，总扭矩与风阀面积以及风量有关。执行器扭矩应能可靠关闭风阀，风阀面积过大时，可选用多台执行器并联工作。 在设计时能得到的数据是风门形式、风门面积以及风量。根据风阀面积S(m2)及风量Q（m3/h），可以根据公式（2）计算出风阀迎面风速V（m/s）。
总扭矩为风门面积与负载扭矩系数的乘积，计算方式如公式（3）。
5.3 系统电源设计 超高层建筑中楼宇自控系统供电根据系统网络结构以及建筑特点进行设计，管理网络层的中央管理工作站及打印机等设备应按市电加配UPS模式，控制网络层的通信总线、控制器及现场网络层的传感器等设备采用集中供电，电源统一取自控制室，由于供电线路过长，避免电缆线径过粗，在楼体中部弱电间应加装电源转换箱。 5.4系统节能设计 超高层建筑内耗能较多的系统是公共照明和空调系统，使这些设备能够高效运行是楼宇自控系统设计时必须考虑的问题，采用最优化的控制模式来满足建筑功能要求可以带来很大的经济效益。 系统节能设计优先考虑的是室外环境的充分利用。室外环境的变化直接影响室内环境和设备的工作负荷，楼宇自控系统设计时必须考虑机电设备的运行模式与室外气候的联动模式。在超高层建筑中合理利用自然通风和采光可以节约大量能源，当室外光线充足时可以关闭照明，室外温度适宜且空气质量良好时可关闭空调，采用开窗通风等。 其次，超高层建筑中楼宇自控系统的设计应保证建筑内能源需求平衡，避免能源浪费。机电设备运行所供应的能量与大厦内环境所需求的能量相等是最佳状态，若不足则不能满足舒适环境的需求，若过量则产生浪费。楼宇自控系统的统计模块功能应实现相应数据的统计，对投入产出的数据进行定量考核，得出精确的数值。 第三，保证机电设备最佳运行状态，减少设备维修费用。通过楼宇自控系统的软件功能设计，可以自动累计被控机电设备的运行时间，可以自动实现在使用设备和备用设备之间的工作转换。 6 结束语超高层建筑由于其自身特点，对楼宇自控系统依赖性很强，想要使其发挥应有的作用，需要在设计方面下足功夫，要求系统功能齐全、性能合理、界面接口设计易于实现、节能环保达标并方便施工。由于楼宇自控系统在设备监控、能量采集、节能环保等方面的积极作用，随着智慧城市由概念炒作到悄然出现，楼宇自控系统已经逐渐融入到智慧城市的建设中。 文章载于《智能建筑电气技术》杂志2015年第6期，《超高层建筑楼宇自控系统的设计探讨》，文章版权归《智能建筑电气技术》杂志所有，转载请注明出处。 ================== 【活动通知】6月8日 长春：《建筑电气设计疑难点解析及强制性条文》培训（结业发中勘协继续教育学时证书）：将于2016年6月8日在吉林省长春市长白山宾馆龙凤厅举办，特邀图书主编欧阳东、郭晓岩、孟焕平对全书内容进行详细讲解。了解培训详情及报名请点击这里。 ================== 《智能建筑电气技术》微信历史检索 |
|
|
来自： xiacheng588 > 《配电设计》
