武漢理工大學2013年創(chuàng)新杯獲獎信息

1、智能建筑空調及其自動控制系統(tǒng)建設部建筑設計院 潘云鋼智能建筑的概念從發(fā)達國家傳入我國已有大約十年的時間，近幾年來，國內在這方面有了蓬勃的發(fā)展，一大批具有智能化的建筑也開始出現(xiàn)。由于智能建筑的概念涵蓋面廣，因此至今對這一概念沒有一個明確的定義或界定?？偨Y國內這方面的建設及研究情況，可以看出：實際上我們所提到的智能建筑，只是在某些領域具備一定智能化的建筑，其智能化的程度也是深圳特區(qū)淺不一，但都自稱為“智能建筑”。由于智能化本身的內容是隨人們的認識和要求而不斷發(fā)展和延伸的，因此筆者認為就目前而言，把智能建筑稱為智能化建筑也許更為合適一些。智能化建筑從功能上看，應具有在某種程度上提供給使用都各種優(yōu)良舒

2、適的內部環(huán)境、安全保障、與外界的信息交流、節(jié)省各種能源費用等基本功能。因此，當每一個基本功能和系統(tǒng)都設置較為完善時，再加上計算機或電子技術等的后備支持，也就可能產生出一個具備一定智能化的建筑來。筆者從事建筑空調設計，在這里以具體工程為例來談談有關智能化建筑中與空調設計相關的一些情況。建筑物的空調通風系統(tǒng)，主要目的是為建筑內部提供一個滿足使用要求的舒適性環(huán)境，其具體的舒適性參數(shù)包括溫度、濕度、空氣的清新度等，屬于人工環(huán)境的范疇，因此從廣義上來說也可視為建筑智能化的一部分。但要達到上述環(huán)境參數(shù)的要求，則控制上必須由先進的電子技術來支持才能完成。下面以“北京世界金融中心”工程為例來介紹。1、 工程簡

3、介“北京世界金融中心”是由中國人民保險信托投資公司投資的一幢高級辦公工綜合樓，地點位于北京市朝陽區(qū)朝外大街的繁華商業(yè)區(qū)內。工程總建筑面積116000M2，總高度165M（至金屬塔尖頂），地下三層，地上三十二層。各層所設置的房間及其用途如下：地下3層：汽車庫、冷凍機房、水處理間、水池及水泵房等；地下2層：汽車庫、變配電室、熱交換間、職工衛(wèi)生間及空調機房等；地下1層：汽車庫、自行車庫、發(fā)電機房、職工餐廳及其廚房、四季門廳、超級市場等；13層：門廳大堂、四季廳、自動扶梯廳、零售商場等；4層：門廳大堂、四季廳、自動扶梯廳、游泳池、中西餐廳及其廚房等；5層：門廳大堂、四季廳、自動扶梯廳、保齡球室、健身娛

4、樂室等；615層：辦公室；16層：消防避難層；1727層：辦公室；2830層：辦公室及機電用房；31、32層：多功能廳。2、 空調通風設計針對本工程的特點，空調通風系統(tǒng)設計立足于以下幾個基本原則。2.1 保證各房間的空氣參數(shù)要求主要房間設計參數(shù)如下：夏季：辦公室： 最小新風量30CMH/P；餐廳、商場： 最小新風量15CMH/P；大廳： 最小新風量15CMH/P；冬季：辦公室：商場：餐廳：大廳：在決定上述參數(shù)的過程中，考慮到了人員的生活習慣和實際的使用要求。比如：商場冬季溫度取值較低，主要是考慮到國內購物者大多在冬季進商場時穿衣較多；大廳標準低于其它房間則是為了給進出人員提供一個環(huán)境空氣的過渡

5、區(qū)域以消除人進出時的不舒適感（甚至發(fā)生感冒等）。2.2 節(jié)省能源節(jié)能是智能化建筑的一個重要特征，也是當前和今后相當長一段時間內國家的方針政策要求。在本工程空調通風設計中，節(jié)能設計主要考慮以下計點：2.2.1 合理的加強外圍護結構的熱工性能節(jié)能首先應從基本能耗著手，加強外圍護結構的熱工性能是降低基礎能耗的主要手段。本工程對主要外圍護結構的熱工要求如下：采光窗采用雙層中空熱反射玻璃，夏季傳熱系數(shù)不大于3.3W/M2.；墻體夏季傳熱系數(shù)不大于0.5W/M；屋面夏季傳熱系數(shù)不大于0.58W/M；2.2.2 合理的設置空調系統(tǒng)2.2.2.1 根據(jù)對本工程各空調末端設備的特性及水系統(tǒng)特性分析，其系統(tǒng)非線性

6、度在0.30.35左右，因此，水系統(tǒng)采用變頻控制二次泵變水量系統(tǒng)。與一次泵系統(tǒng)相比，在同樣控制合理時，全年可節(jié)約空調系統(tǒng)總能耗的58%左右。2.2.2.2 根據(jù)辦公室的使用特點，采用變風量空調系統(tǒng)，與定風量系統(tǒng)相比，可大量節(jié)約能源。2.2.2.3 合理的劃分空調內、外區(qū)，并且內區(qū)和外區(qū)各自采用獨立環(huán)路水系統(tǒng)，可防止冷、熱的相互抵消，提高能源的有效利用率。2.2.2.4 合理的采用天然冷源（新風直接冷卻），減少冷水機組的運行時間。2.2.2.5 設置合理而有效的空調自動控制系統(tǒng)，保證前述各種系統(tǒng)的節(jié)能運行，同時它也是保證空調通風舒適性的一個關鍵因素。2.3 充分考慮空調通風系統(tǒng)運行管理的方便性和

7、可維護性。2.4 安全保障設置合理的防火及防排煙系統(tǒng)，并考慮空調自動控制系統(tǒng)與消防報警系統(tǒng)之間的聯(lián)系問題。除上述之外，盡量節(jié)省投資、方便施工等也是設計中具體涉及到的一毓主要問題。3、 空調自動控制系統(tǒng)本工程空調自動控制系統(tǒng)采用DDC系統(tǒng)。3.1 防火3.1.1 防火閥與通風機的聯(lián)鎖根據(jù)高規(guī)的規(guī)定，當防火閥熔斷關閉時，其對應的通風空調系統(tǒng)應關閉，風機應停止運行。這一要求是比較簡單的，本設計中由DDC控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。由于同一風系統(tǒng)中可能帶有多個防火閥，為了減少DDC系統(tǒng)的DI點及減少編程控制的復雜性，設計中把同一風系統(tǒng)中的多個防火閥信號進行并聯(lián)后送入DDC系統(tǒng)之中，這樣任何一個防火閥動作后都能使對

8、應的風機迅速停止。3.1.2 與消防中心的聯(lián)系由于消防控制系統(tǒng)與本樓的DDC系統(tǒng)相互獨立，目前在北京還不允許這兩個系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的情況下，DDC系統(tǒng)的信號無法送入消防控制系統(tǒng)之中。因此，本設計要求DDC系統(tǒng)采用雙微機方式，其中一臺設于消防控制中心，以利火災時消防中心能夠及時切斷有關的空調通風設備并采取其它相應措施，也能使空調通風系統(tǒng)的火災信號能在消防中心及時報警。但消防中心的管理人員除可對正常運行的空調通風設備在火災時進行強制切除并控制排風兼排煙風機外，不能進行其它與消防無關的空調通風設備的控制（如修改設定值或修改控制軟件等等）。3.2 水系統(tǒng)控制這里所提到的水系統(tǒng)特指空調冷源系統(tǒng)，所包括的設備有冷

9、水機組、冷卻泵、初級及次級泵、冷卻塔等，由于熱源為獨立設置和管理，其控制不在本系統(tǒng)中。水系統(tǒng)控制如圖1所示。3.2.1 水系統(tǒng)初起動3.2.1.1 當室外氣溫TW時，需要起動一臺內區(qū)次級泵。起動方式為：控制系統(tǒng)根據(jù)所測定的室外溫度而發(fā)出信號，遠距離鍵盤起動或就地人工起動。3.2.1.2 內區(qū)次級泵起動后，延遲510S，關閉內區(qū)熱水回水閥V1及供水閥V3（通過閥位信號確認），然后打開內區(qū)冷水回水閥V2及供水閥V4，通過水流開關確認此次級泵的運行狀態(tài)是否正常。3.2.1.3 根據(jù)內區(qū)分、集水缸的壓差P1控制內區(qū)次級泵的轉速。3.2.1.4 根據(jù)內區(qū)供、回水T1、T2及流量F1，計算內區(qū)空調系統(tǒng)的耗

10、冷量，當耗冷量達到75RT時，發(fā)出起動一臺冷水機組及相應系統(tǒng)的指令。3.2.1.5 外區(qū)由供熱水轉向供冷水的條件是：F2測量值為零?；蚋鶕?jù)系統(tǒng)管理要求由人工進行轉換。3.2.1.6 外區(qū)進行上述工況轉換時，起動外區(qū)次級泵，之后延時510S，關閉外區(qū)熱水供水閥V5及熱水回水閥V7，打開外區(qū)冷水供水閥V6及旁通閥V9（這時冷水回水閥V8仍然關閉），通過水流開關確認外區(qū)次級泵的運行狀態(tài)。3.2.1.7 監(jiān)測外區(qū)回水T4，當T4=1618時（此溫度可由管理人員在實際運行后再設定），打開外區(qū)冷水回水閥V8，關閉旁通閥V9。3.2.1.8 在關閉V5及V7的同時，外區(qū)15層的各采暖支路的電動水閥應隨之關閉

11、。3.2.2 聯(lián)鎖控制冷水機組應與對應的冷卻水泵、初級冷凍水泵及冷卻塔等進行電氣聯(lián)鎖。在計算機系統(tǒng)發(fā)出機組起動指令后，應按下述順序起動：（1） 起動冷卻水泵及初級冷凍水泵，冷卻塔風機控制供電；（2） 延時5S后，打開冷卻塔進水管上的電動蝶閥，根據(jù)其反饋信號確認蝶閥是否正常開啟；（3） 根據(jù)水流開關信號確認水泵的運行狀態(tài)；（4） 根據(jù)冷卻塔回水溫度T5決定是否起動冷卻塔風機及起動的風機數(shù)量，每臺冷卻塔的三臺風機應逐臺起動，每臺風機帶起停反饋信號；（5） 當所有外部條件及參數(shù)（如水流量、冷卻水溫等）均達到冷水機組的要求后才能發(fā)出冷水機組的起動指令；（6） 冷水系統(tǒng)起動時，應優(yōu)先起動運行小時數(shù)較少的

12、設備和系統(tǒng)。冷水系統(tǒng)的停機過程與上述相反。3.2.3 次級泵控制3.2.3.1 根據(jù)內、外區(qū)各自的供、回水壓差控制次級泵轉速，當一臺次級泵達到全轉速時，如果壓差繼續(xù)增加，則起動第二臺次級泵。3.2.3.2 內、外區(qū)控制壓差均為200KPA，次值可由管理人員進行再設定。3.2.4 冷水機組臺數(shù)控制3.2.4.1 通過溫感器及流量計分別計算內、外區(qū)耗冷量，并在計算機內進行求和而得系統(tǒng)耗冷量。3.2.4.2 在順序起動過程中，總冷量達到75RT時，起動一臺冷水機組；總冷量達到750RT時，起動第二臺冷水機組；總冷量達到1500RT時，起動第三臺冷水機組；總冷量達到2250RT時，起動第四臺冷水機組。

13、3.2.4.3 在順序停車過程中，總冷量低于2025RT時，停止一臺冷水機組；總冷量低于1350RT時，停止第二臺冷水機組；總冷量達到675RT時，停止第三臺冷水機組；總冷量低于70RT時，停止最后一臺冷水機組。3.2.5 冷卻塔風機的臺數(shù)控制根據(jù)冷卻回水溫度控制冷卻塔風機的運行臺數(shù)。3.2.6 監(jiān)測熱水系統(tǒng)的供、加水溫度和壓差。3.2.7 監(jiān)測膨脹水箱水位，在高、低水位限制時報警。同時，此高低水位信號應送至熱交換站用于控制熱水補水泵的起停。3.2.8 設置手動/自動轉換開關和冬/夏轉換開關。3.2.9 監(jiān)視旁通管AB內的水流方向，在冷水機組運行的狀態(tài)，水流反向（從B點流向A點）時報警。3.3

14、 空調機組控制本樓設有各種空調機組100多臺，由于使用性質不同，其功能也不一致，因此在控制上也存在較大的差別。這里取四種主要的有代表性的機組來介紹。3.3.1 雙速新風機組控制雙速新風機組的使用要求是：在夏季與風機盤管同時運行，對房間進行供冷，風機低速運行保證最小新風量；在過度季，為充分利用室外空氣，采用風機高速運行，減少中央系統(tǒng)冷量，同時，為防止房間正壓過大而運行排風機；在冬季，則風機生新轉為低速，開始供熱。3.3.1.1 室外溫度TW 18.5JF ，送風溫度T1控制冷水電動閥，T1=18.5 ，風機低速運行。3.3.1.2 18.5 TW12時，風機高速運行，典型房間溫度T2控制熱水電動

15、閥，T2=25；3.3.1.3 TW12時，轉為冬季工況，送風溫度T1控制冷水電動閥，T2=20，風機低速運行。3.3.1.4 典型房間相對濕度控制加濕器，冬季設定值40%。3.3.1.5 送風機高速運行時，與對應的排風機聯(lián)鎖起停；送風機低速運行時，排風機停止運行。送風機起動后（不論高、低速），均應打開新風電動閥（雙位控制）。3.3.1.6 冬季運行盤管防凍保護。3.3.1.7 防火閥狀態(tài)監(jiān)視，動作報警。3.3.1.8 過濾器狀態(tài)監(jiān)視，高壓差報警，設定壓差125PA。3.3.1.9 風機狀態(tài)監(jiān)視，故障報警。3.3.1.10 設置手動/自動轉換及冬/夏轉換開關。3.3.2 焓值控制空調機組（圖3

16、）3.3.2.1 回風溫度控制兩通電動閥，冬、夏切換。TS=24，TD=22。3.3.2.2 冬季回風相對濕度控制加濕器， 。3.3.2.3 室外焓值IW大于室內焓值IN（IW IN）時，新風閥MD1為最小開度，回風閥MD2全開，排風閥MD3全關，回風機停止運行。3.3.2.4 IW IN且盤管供冷水（夏季工況）時，MD1及MD3全開，MD2全關，排風機開始運行，回風溫度控制冷水閥。3.3.2.5 當冷水閥全關后，如果回風溫度繼續(xù)下降，則回風溫度由控制冷水閥改為控制MD1、MD2和MD3的開度，調節(jié)新、回風混合比。3.3.2.6 當MD1為最小開度、MD2全開及MD3全關時，若回風溫度繼續(xù)下降

17、，則盤管改為供熱水的冬季工況（此點應與水系統(tǒng)的轉換結合進行），由回風溫度控制電動熱水閥。3.3.2.7 送、回風機及風閥聯(lián)鎖。3.3.2.8 冬季運行盤管防凍保護。3.3.2.9 防火閥狀態(tài)監(jiān)視，動作報警。3.3.2.10 風機狀態(tài)監(jiān)視，故障報警。3.3.2.11 過濾器狀態(tài)監(jiān)視，高壓差報警，設定壓差125PA。3.3.2.12 設置手動/自動轉換及冬/夏轉換開關。3.3.3 外區(qū)VAV機組控制（圖4）3.3.3.1 系統(tǒng)設置最小送風量LMIN限制。3.3.3.2 各VAV BOX獨立控制各區(qū)域溫度，DDC控制器對各VAV BOX的風量LI進行累計求和：L=。3.3.3.3根據(jù)系統(tǒng)送風壓力控制

18、風機轉速。壓力設定值應以風系統(tǒng)高度完成后的實測值為準，不得隨意設定。3.3.3.4根據(jù)各VAV BOX風量的累計求和值L與系統(tǒng)設計送風量LS（見設備表）的比值L/LS，控制回風電動風閥的開度，保持新風量LX不變。此點應根據(jù)回風電動風閥的特性來編寫控制軟件。3.3.3.5當L LS時，送風溫度T1控制冷水電動閥。3.3.3.6各系統(tǒng)中，VAV BOX最小風量比的設定值為LMIN/LS。3.3.3.7當L=LS時，VAV BOX最小開度運行，冷水電動閥由送風溫度控制改為由回風溫度或典型房間溫度T2控制，T2=24。3.3.3.8冬季運行方式與上述相似。3.3.3.9送風機應與新風閥聯(lián)鎖，新風閥為雙

19、位控制。3.3.3.10冬季回風相對溫度控制加濕器。3.3.3.11冬季運行盤管防凍保護。3.3.3.12防火閥狀態(tài)監(jiān)視，動作報警。3.3.3.13風機狀態(tài)監(jiān)視，故障報警。3.3.3.14過濾器狀態(tài)監(jiān)視，高壓差報警，設定壓差152PA。3.3.3.15設置手動/自動轉換及冬/夏轉換開關。3.3.4內區(qū)VAV機組控制（圖5）3.3.4.1系統(tǒng)設置最小送風量LMIN限制。3.3.4.2各VAV BOX獨立控制各區(qū)域溫度，DDC控制器對各VAV BOX的風量LI進行累計求和：L=LI。3.3.4.3根據(jù)系統(tǒng)送風壓力控制風機轉速。壓力設定值應以風系統(tǒng)調試完成后的實測值為準，不得隨意設定。3.3.4.4

20、根據(jù)各VAV BOX風量的累計求和值L與系統(tǒng)設計送風量LS（見設備表）的比值L/LS，控制回風電動風閥的開度，保持新風量LX不變。此點應根據(jù)回風電動風閥的特性來編寫控制軟件。3.3.4.5當LLS時，送風溫度T1控制冷水電動閥。3.3.4.6各系統(tǒng)中，VAV BOX最小風量比的設定值為LMIN/LS。3.3.4.7當L=LS時，VAV BOX為最小開度運行，冷水電動閥由送風溫度控制改為由回風溫度或典型房間溫度T2控制，T2=24。3.3.4.8冬季運行方式與上述相似。3.3.4.9送風機應與新風閥聯(lián)鎖，新風閥為雙位控制。3.3.4.10IWIN時，MD1為最小開度，MD2按上述要求控制，排風機

21、停止運行。3.3.4.11IWIN且盤管供冷水（夏季工況）時，MD1全開，MD2全關，排風機運行， T2控制冷水電動閥。3.3.4.12當冷水電動閥全關而回風溫度繼續(xù)下降時，盤管轉為供熱水的冬季工況（此轉換應與水系統(tǒng)協(xié)調進行），這時T2控制熱水閥，風閥仍保持前述狀態(tài)（MD1全開，MD2全關）。3.3.4.13當冬季狀態(tài)熱水閥全開而回風溫度繼續(xù)下降或室外溫度低于5時，MD1改為最小開度，MD2全開，排風機停止運行，T2控制熱水電動閥。3.3.4.14冬季回風相對濕度控制加濕器。3.3.4.15冬季運行盤管防凍保護。3.3.4.16防火閥狀態(tài)監(jiān)視，動作報警。3.3.4.17風機狀態(tài)監(jiān)視，故障報警。

22、3.3.4.18過濾器狀態(tài)監(jiān)視，高壓差報警，設定壓差125PA。3.3.4.19設置手動/自動轉換及冬/夏轉換開關。4 總結DDC系統(tǒng)屬于樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）的一種形式，其具有控制性能好、控制速率快、便于集中管理以及可控制除空調設備外的其它機電設備等優(yōu)點，因此近年在我國許多智能化建筑中得到廣泛的應用。在其整個系統(tǒng)構成中，空調通風系統(tǒng)是它的主要內容，也是其控制的重點和難點，我想這也就是暖通專業(yè)涉及智能化建筑的一個主要原因，從目前已使用的建筑來看，采用此系統(tǒng)的建筑在使用過程中表現(xiàn)出的情況并不相同，其中一些不盡人意的問題筆者認為有以下幾個主要原因。4.1專業(yè)配合目前絕大多數(shù)民用建筑設計院對自動控制的涉及較少，當要求做空調自控時，大多數(shù)直接交給