樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般思路分析

 樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般思路分析
   現(xiàn)代化大樓尤其是高層大樓內(nèi)都安裝了樓宇自控（BA）系統(tǒng)，不僅極大改善了大樓的環(huán)境效率，而且也使大樓能源消耗在量化控制之下， 確保大樓能源成本降低成為可能。
但不可否認(rèn)的是，由于工程中各種原因造成一些BA項(xiàng)目不太成功甚至完全失敗。
    在本文中，將上海立航自動(dòng)化設(shè)備有限公司在上百個(gè)工程中所集累的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)以及一些新的想法寫出來和同行交流。
1、 LONWORKS技術(shù)在BA系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
　　目前，LONWORKS技術(shù)在BA業(yè)界反響較大，這控制技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)BA系統(tǒng)配置影響較大。
　　LONWORKS技術(shù)是美國ECHELON公司91年推出局域操作網(wǎng)，具有完整的開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)，包含所有設(shè)計(jì)、配置和支持控制網(wǎng)的元素，是目前**為先進(jìn)的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
lONWORKS技術(shù)由以下三個(gè)核心部分組成：
   （1）MC143150或MC143120NEURON（神經(jīng)元）芯片
   （2）LONTALK協(xié)議，執(zhí)行ISO/OSI參考模型和提供全部七層服務(wù)
   （3）網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具（LONBUILD）和節(jié)點(diǎn)開發(fā)工具（NODEBUILDER）
　　LONWORKS網(wǎng)絡(luò)**大的優(yōu)點(diǎn)是其完全的開放性，其主要表現(xiàn)在以下方面：

   （1）LONWORKS所用的通訊協(xié)議LONTALK提供ISO/OSI參考模型所定義的全部七層服務(wù)。

   （2）LONWORKS支持多種通信媒質(zhì)和任意自由拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

   （3） LONWORKS支持的通信媒質(zhì)有雙絞線、同軸線纜、光纖和無線微波等。

   （4）LONWORKS組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是任意形式，可以是星型、樹枝型、網(wǎng)狀型等，實(shí)現(xiàn)真正的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。

 
　　我們可以這樣假設(shè)：當(dāng)一幢大樓面積較大，所控機(jī)電設(shè)備（如空調(diào)機(jī)組、水泵）分散分布，如果仍舊采用傳統(tǒng)的BA聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng) DDC控制器通訊連接（“手拉手”方式）的布線不僅繁雜，甚至有的受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響無法布線。如果這時(shí)采用帶LONWORKS技術(shù)DDC，就可隨現(xiàn)場(chǎng)情況任意選擇通訊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組態(tài)靈活方便，可見LONWORKS技術(shù)優(yōu)勢(shì)所在。

2、BA工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

 　一個(gè)成功BA工程必須具有兩個(gè)要素：

·系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定可靠，發(fā)生故障概率降到**低可能限度。
 
·系統(tǒng)能提供精確的、量化的控制模式，為大樓能源控制提供可靠保證。
 
　　任一業(yè)主為大樓安裝BA系統(tǒng)直接動(dòng)因就是能實(shí)現(xiàn)大樓能源消耗大幅度降低以達(dá)到節(jié)省大樓營運(yùn)成本的目的。這就要求BA系統(tǒng)整個(gè)控制過程盡可能精確。
 
　　在下文中我們想從工程設(shè)計(jì)方面探討一下如何保證BA精確控制。

 
　　2.1 BA系統(tǒng)模型 從理論上講，一個(gè)控制系統(tǒng)主要有以下裝置組成：

    （1）檢測(cè)變送裝置：將被控對(duì)象的被調(diào)參數(shù)檢測(cè)出來，并將其轉(zhuǎn)換成各類型的能量信號(hào)。
 
    （2）控制調(diào)節(jié)裝置：將檢測(cè)裝置送來的被調(diào)參數(shù)信號(hào)與設(shè)定值相比較，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)發(fā)出一定規(guī)律的控制信號(hào)到執(zhí)行調(diào)節(jié)裝置。
 
    （3）執(zhí)行調(diào)節(jié)裝置：根據(jù)控制調(diào)節(jié)裝置（控制器）發(fā)來的控制信號(hào)的大小和方向，開大或開小調(diào)節(jié)閥門而改變調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)值。
 
　　顯然，組成樓宇自控系統(tǒng)（BA）主要裝置有：

-檢測(cè)裝置：有各類型傳感器（如溫度傳感器、壓力、壓差傳感器等）。 
-直接數(shù)位控制器：簡(jiǎn)稱DDC，采用計(jì)算機(jī)數(shù)字輸出信號(hào)去直接控制電動(dòng)水閥閥門的開度。 
-執(zhí)行器及電動(dòng)閥門

 　　2.2 BA系統(tǒng)精度要素 從上文可以顯而易見，以下幾個(gè)條件（因素）直接影響到BA系統(tǒng)精確控制程度： 
 
  （1）系統(tǒng)前端所測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確尤其是象溫度這樣的模擬信號(hào)必須盡可能準(zhǔn)確。如何保證系統(tǒng)前端信號(hào)準(zhǔn)確，我們采取以下措施：
 
    ·合理配置前端傳感器數(shù)量。探測(cè)點(diǎn)數(shù)設(shè)置過少，則無法取得精確的前端信號(hào)；而前端傳感器數(shù)量（點(diǎn)數(shù)表）過多的話易造成信號(hào)之間耦合，也使系統(tǒng)成本增大。
 
    ·正確選擇傳感器的安裝位置。舉例來說，安裝于送風(fēng)管道內(nèi)的溫度傳感器如果安裝在靠近機(jī)組送風(fēng)口處，則傳感器檢測(cè)得到溫度值可能偏低；如果安裝在離送風(fēng)口較遠(yuǎn)，則傳感器測(cè)得溫度值可能要高一些。這就必須根據(jù)風(fēng)管的實(shí)際情況合理選擇傳感器安裝位置。 
 
    （2）系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)少、能提供豐富的控制積算軟件。目前各BA廠商提供DDC（直接數(shù)位控制器），采用的是計(jì)算機(jī)數(shù)字輸出信號(hào)去直接控制電動(dòng)水閥閥門的開度，而無須中間調(diào)節(jié)器；另外，DDC內(nèi)含有豐富的積算控制程序，有比例（P）算法、比例積分（PI）算法、比例積分微分（PID）算法。
 
　　由于不同的PID系數(shù)，被控對(duì)象生成不同的反應(yīng)特性曲線：
 
　　PID系數(shù)較高，則對(duì)象反應(yīng)特性曲線較陡，也就是反應(yīng)過渡過程較短；PID系數(shù)較低，則對(duì)象反應(yīng)特性曲線較為平緩，也就是反應(yīng)過渡過程相對(duì)較長(zhǎng)。
 
　　理論上說，過渡過程較短的話，則系統(tǒng)響應(yīng)快，換句話說，也就是系統(tǒng)控制精度較高，但這并不說系統(tǒng)控制精度越高就越好：由于空調(diào)系統(tǒng)本身慣性較大，如BA系統(tǒng)控制精度越高，系統(tǒng)越容易引起振蕩，系統(tǒng)也就越不穩(wěn)定。

 
　　這就要求在工程設(shè)計(jì)和調(diào)試的過程中正確進(jìn)行軟件組態(tài)，選擇恰當(dāng)?shù)牟蓸又芷诤涂刂坪瘮?shù)，保證系統(tǒng)響應(yīng)輸出**優(yōu)化，在系統(tǒng)控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定度之間找到**佳平衡點(diǎn)。

 
    （3）保證閥門的“零”開度

 
　　各類電動(dòng)水閥是BA系統(tǒng)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在空調(diào)運(yùn)行控制過程中閥門開度是BA系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)內(nèi)容。其中，保證閥門“零”開度是BA系統(tǒng)控制精 度重要保證。換句話說，選擇正確流量特性和合適口徑的電動(dòng)水閥是BA系統(tǒng)成功的重要保證。 

 
　　·電動(dòng)調(diào)節(jié)水閥的流量特性是指空調(diào)水流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度之間的函數(shù)關(guān)系，目前工程上常用的主要有直線流量特性、等百分比流量特性的電動(dòng)水閥。

 
　　單位行程變化所引起的相對(duì)流量變化與點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系的是等百分比流量特性水閥。該類型水閥可調(diào)范圍相對(duì)較寬，比較適合具有自平衡能力的空調(diào)水系統(tǒng)，因此BA系統(tǒng)中大量應(yīng)用的是等百分比流量特性的電動(dòng)水閥。
 
　　·電動(dòng)水閥的口徑?jīng)Q定了閥門的調(diào)節(jié)精度。水閥口徑選擇過大，不僅增大業(yè)主投資成本，而且使閥門基本行程單位變大導(dǎo)致閥門調(diào)節(jié)精度降低，達(dá)不到節(jié)能目的；水閥口徑選擇過小，往往會(huì)出現(xiàn)即使水閥全部打開系統(tǒng)也難以達(dá)到設(shè)定溫度值，無法實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。
 
　　那么如何計(jì)算選擇電動(dòng)水閥口徑？ 工程上我們常用的是通過計(jì)算電動(dòng)閥門的流量系數(shù)（Kv/Cv）值來推導(dǎo)電動(dòng)水閥口徑，因?yàn)榱髁肯禂?shù)和水閥口徑是成對(duì)應(yīng)關(guān)系的，換句話說，流量系數(shù)定了，水閥口徑大小也就確定了。

 
　　水閥流量系數(shù)（Kv/Cv）采用以下公式計(jì)算：
 
　　Cv=Q/ΔP1/2

　　其中Q-設(shè)備（空調(diào)/新風(fēng)機(jī)組）的冷量/熱量或風(fēng)量　ΔP-為調(diào)節(jié)閥前后壓差比
 
　　理論上講，在不同的空調(diào)回路中，ΔP值是不同的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的值，取值范圍一般在1-7之間。但由于在流量系數(shù)的計(jì)算過程中ΔP 是開根號(hào)取值，所以對(duì)Cv計(jì)算影響并不是很大。因此，在工程設(shè)計(jì)中一般選ΔP值為4
　　舉例來說，假設(shè)1臺(tái)空調(diào)機(jī)組技術(shù)指標(biāo)值如下： 風(fēng)量：8000 M3/H 冷量：47.17 KW 熱量：67.55 KW 余壓：410 PA 功率：2KW 如何選用調(diào)節(jié)水閥？
 
　　**，我們計(jì)算流量系數(shù)Kv/ Cv值 Cv=Q/Δ
 
    P1/2=67.55*0.685/2=23.14 
 
    Kv=Cv/1.17=43.92/1.17=19.8

　　然后計(jì)算出來的流量系數(shù)Kv/ Cv選用與其相適應(yīng)口徑的調(diào)節(jié)水閥。 樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般思路分析

     3、業(yè)主應(yīng)該注意的幾個(gè)問題

 　　3.1 以實(shí)是求是的眼光看待BA的節(jié)能

 　　業(yè)主為大樓投資安裝BA系統(tǒng)主要是看在BA系統(tǒng)能夠節(jié)省能源成本，降低大樓運(yùn)行支出，提高大樓經(jīng)濟(jì)效率。

　　但有相當(dāng)數(shù)量的業(yè)主存在著錯(cuò)誤觀點(diǎn)：以為大樓節(jié)能就是靠BA系統(tǒng)，有了BA系統(tǒng)就能省很多錢。存在這種觀點(diǎn)雖然可以理解，但顯然忽視了BA系統(tǒng)節(jié)能 的前提條件：只要在暖通設(shè)計(jì)合理的前提下，結(jié)合合理有效的BA自動(dòng)控制，才能真正達(dá)到節(jié)省人力、節(jié)省能源的目的。換句話說，大樓的節(jié)能是一項(xiàng)綜合性系統(tǒng)工程，不是單靠BA系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)的。有關(guān)大樓節(jié)能與BA系統(tǒng)關(guān)系已有專門文獻(xiàn)作出分析，本文不做討論。

　　3.2