智能建筑中楼宇自动化系统的再认识和发展趋势？

建筑设备监控系统通过对建筑内各种机电设施进行全面的计算机监控和管理，采用分散控制和集中管理技术，为建筑用户提供良好的工作环境，为建筑管理者提供便捷的管理手段，从而降低建筑能耗，延长设备使用寿命，提高劳动生产率，降低劳动管理成本。

虽然目前的楼宇自动化系统已经发展到一定程度，无论是硬件还是软件都是先进可靠的，但是要达到预期的目标还有很多工作要做。笔者根据多年的工作经验，在此提供一些新的认识和看法。

1.基于楼宇自动化系统对投资和效益的认识

从2000年开始，智能建筑的楼宇自动化系统初期投资大幅度下降，从BA控制的2000元/点下降到不到1000元/点，仍处于下降趋势，而房地产价格却不断上涨，至今平均涨幅3倍，仍处于高位。由此可见，智能建筑中楼宇自动化系统的初期投资占整个建筑投资的比例越来越小，现代高层建筑的平均寿命在100年以上。虽然楼宇自动化设备会继续落后，但是整个布线框架是存在的，升级会非常方便。

智能建筑的楼宇自动化系统是节能的重要手段，我们必须认识到它的紧迫性。第一，加强建筑节能的宣传，让大家认识到节能不仅仅是一个金钱和环境的问题，更是国家持续稳定发展的前提。目前，智能建筑中楼宇自动化系统的节能效果并不理想，原因有很多。第一，有些管理人员因为认识上的误区，认为楼宇自动化系统没用，还不如几个人手动打开。这就进入了一个误区。事实上，依靠人工控制是无法实现建筑设备节能、高效、安全运行的。因此，必须转变认识，加强物业队伍的培训和建设，保修期满后委托专业公司对设备进行保管，提高设备的使用寿命，充分发挥制度的作用。否则，由于设备管理水平低，运行成本居高不下，造成投资浪费。

楼宇自控系统的节能必须从细节做起，形成习惯。谈到节能设计，电气设计师通常会想到选择合适的变压器、变频器、软启动器、灯具节能镇流器。盘管系统采用三速风机和电动阀门，这是建筑自控系统中常见的设计内容。此外，节能设计还体现在因地制宜的细节上，比如酒店房间节能开关的设计，人走了就打开电源，人走了就切断电源，达到节能的目的。

2.智能建筑自动化系统对建筑机电设备提出了更高的要求。

智能建筑的楼宇自动化系统需要各专业的配合，而楼宇自动化的节能不仅仅是某个专业的事，还需要智能化、建筑结构、暖通、电力、给排水等专业的配合，并提出具有节能潜力的方法。照明系统作为建筑的一个独立子系统，包括公共区域的公共照明(如停车场、大堂、走廊、餐厅照明、室内照明(办公室、会议室等。)、室外照明(装饰照明、道路照明、泛光照明)等等。建筑照明能耗约占整个建筑的20%，照明系统具有以下特点:

第一，在电力传输过程中，需要保证较高电压传输的终端设备的工作电压。随着设备负载的降低，输出电压会增加。因此，利用楼宇自控系统进行动态调压控制，以达到节电的目的。

二是每天不同时间段对照明功能的需求不同，特别是可以结合室外光照传感器对公共区域进行分组，分段控制或者直接关闭，比如地下车库灯的控制。

再次，随着新型照明光源的发展，新型节能照明灯具不断涌现，取代了传统的荧光灯、节能灯、白炽灯、金属卤化物灯等灯具的开关控制。充分结合数字技术和计算机技术的智能控制采用软启动方式，控制电网冲击电压和浪涌电压，保护灯丝免受热冲击，延长灯具使用寿命。智能照明系统通常可以延长灯具寿命2-4倍，不仅节省了大量的灯具，而且大大减少了更换灯具的工作量，有效降低了照明系统的运行成本，对于灯具应用广泛、安装困难的地区具有特殊意义。此外，智能照明系统具有潜在的价值回报，使整个系统工作在最舒适的状态，从而保证人们的身心健康，提高工作效率。

空调系统是另一个子系统，分为新风机组、空调机组、VAV变风量等空气处理末端设备，另一部分是冷源系统，其耗电量一般占整个建筑的70%左右。如何操作管理空调相关设备比较重要。使用先进的楼宇自控系统不仅可以节约用电，延长设备寿命，还可以在满足会议室舒适度的情况下减少设备管理人员的数量。现逐一分析阐述。

(1)新风系统的主要作用是根据建筑面积输送一定温度的新风，保证室内的空气质量。新风系统的自动控制设计一般确定一个送风温度点，如果有较高的湿度要求，需要增加一个湿度点。如果空调管道采用两控，冬季供应热水，夏季供应冷水，选择电动调节阀。对温湿度要求高的建筑，空调管道一般配四管，冷热水管道分开安装，各配一个电动调节阀。为了防止冬季冷凝器冻裂，安装了防冻开关和新风电动阀。室外温度较低时，空调不直接使用新风门或启动热水循环泵，热水小流量运行。

空调运行时，控制目标参数为送风温度和送风湿度。与设定值比较，由DDC计算偏差值输出信号，控制冷(热)电动两通阀的开度。新风机组温度设定点的楼宇控制系统可以根据室外温度自动调节，冬季为30-32℃，夏季为18-20℃。

(2)公共区域(大堂、餐厅)温湿度环境的改善主要通过空调机组的空气处理来实现，其工艺流程图比新风机复杂，并增加了回风管。

自动控制配置的设备一般为冷热水阀、加湿阀、新回风阀、送风温度、回风温度，部分需要在公共区域安装温度传感器。送风量可通过变频调节。目标控制参数的确定一般以回风温度为依据，但不一定合适。比如回风出口靠近门，采样的数据会很不准确。也可以在公共区域布置多个温度传感器，然后取平均值。至于控制策略，比新风机的送风温度控制更复杂，本身的特点就是纯滞后，反应慢。如果采用常规PID控制，被控阀门会频繁开关，温度波动较大。因此，采用非常规控制策略，如死区模式。当目标参数进入设定值认可的偏差范围DT1(一般为0.5度)时，冷(热)水阀将保持不变。变PID控制模式是指当目标参数和设定值较大时，控制效果较强，当目标参数和设定值较小时，控制效果较弱。你也可以根据温度偏差和上升或下降速度采用模糊控制方法。当温度与设定值在正偏差DT2(1度)内，但在下降过程中，水阀会慢慢打开，当温度与设定值在负偏差DT2内，但在上升和下降过程中，水阀会慢慢关闭。总之，对于目标参数的控制，要充分考虑单位时间内的实测温度值、设定值和温度偏差值，只有“多看少动”，才能真正控制目标参数。为了节能，根据室外温度，冬季可以将设定温度降低1度，夏季可以将设定温度提高1度。同时，要充分利用新回风阀的联锁功能，在过渡季节充分开启新风阀，在盛夏或严冬时关闭到最小，可节能12%。

楼宇自控系统不仅具有丰富的控制功能，还具有强大的管理功能和人性化的界面设计。当滤网堵塞，风机出现故障时，会发出声光报警，提醒管理人员进行清洁维护，统计设备运行时间，定期维护设备。在使用过程中，充分利用楼宇控制系统的功能和新风机组空调机组的特性，按照时间程序启动/停止运行，具体体现在:

间歇运行:使设备合理间歇启停，但不影响环境舒适度和工艺要求。

最优启动:根据使用人员或生产流程，提前开启空调设备，夏季采用大风量低温度；冬季取风量大、温度高；室温稳定后，在低风量下运行。

最佳停机:根据人员下班情况或生产过程，提前停止空调设备。

(3)变风量系统(VAV)是一种新型的空调系统，越来越多地应用于智能建筑的空调中。当室内环境温度发生变化时，通过改变送风温度和改变送风量，可以达到同样的效果。采用变风量系统的中央空调系统可以节能40%，系统只在冷热负荷达到峰值时使用最大风量，因此可以大大降低能耗。

变风量系统一般由带变频调节电机的空调机组和变风量可调风阀的末端装置组成。监控内容包括控制风机的启停，监控风机的运行状态。根据室内温度自动调节新回风门的大小和水阀的开度来控制温度，保持室温稳定。带有变风量装置的空调系统的各个环节都需要协调控制，其内容主要体现在以下几个方面:

(1)由于各个房间的负荷不同，那么送入各个房间的风量是变化的，空调机组的风量也会相应变化，所以要通过调节变频来控制风机。

(2)调节风机转速时，可采用恒静压或变静压的控制方式，保持各室压力稳定，保证装置正常运行。

(3)对于变风量系统，需要检测各房间的风量、温度、风阀位置等信号，综合分析处理后才能给出送风温度的设定值。

(4)在送风调节的同时，应调节新、回风阀门，使每个房间有足够的新风量，保证房间的空气质量。

(4)冷源系统是暖通空调系统的核心部分，如何协调管理至关重要，对能耗影响很大。一般体现为数量调整和质量调整两种调整方式。量调节是根据负荷的变化来调节冷冻水泵的台数，或者通过水泵的变频来调节水量，然后根据冷源系统的总负荷(供回水温差与总流量的乘积)来控制冷水机组的台数。品质调节是调节冷冻水的出口温度。一般在低负荷情况下，适当提高冷水机组出口温度几度，实现机组最佳启停时间控制，使设备交替运行，优化设备运行时间。

以某建筑为例，制冷站系统有四台制冷机组、五台冷冻水泵(一台备用)、五台冷却水泵(1备用)、四台冷却塔和膨胀水箱。楼宇自动化系统通过安装在制冷机房的直接数字控制器DDC来完成制冷机组的控制要求:实现冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、冷却塔进水阀及相关设备的联动控制。检测冷冻水供回水温度、压力、流量，冷却水供回水温度、压力，计算空调系统冷负荷。

实现联动控制:

开启冷冻水阀门→开启冷冻水循环泵(延时1分钟)→开启冷却水阀门→开启冷却水循环泵→开启冷却塔风机→开启冷水主机。

联动停止顺序:

冷水主机关→(延时5分钟)冷却塔风机关闭→冷却水循环泵关闭(延时20分钟)→冷却水阀关闭→冷冻水循环泵关闭→冷冻水阀关闭。

除了上述严格的联锁外，为了保护运行中的冰箱，一旦冷冻水泵发生事故，水泵停止运行，冰箱必须停止运行，冷却水泵也必须停止运行。

楼宇自控系统不仅完成上述基本功能，而且主要实现冷柜的优化控制。中心站采集现场DDC的数据进行整体计算，不断分析和确定建筑在各个时间段的实际负荷情况，确定冷水机组运行的台数，并通过通讯方式向现场DDC发送指令。目前重点解决以下问题。

①如何确定冷水机组的初始数量？

在系统运行的初始阶段，系统运行的冷水机组的初始数量是手动设置的。系统自动记录所有运行日的气候条件和逐时冷负荷，并开始执行负荷预测和优化控制软件。监测系统积累到一定程度后，会对以往的气候条件、负荷条件以及系统运行数据的经验数据进行分析，得出一定的规律，逐步实现冷水机组系统运行控制的优化。从而确定冷水机组的初始数量。

②如何控制冷水机组数量的增减？

第一，增加冷水机组的控制方式。

当系统负荷增加时，监控系统检测到供水和回水两端之间的压差减小，冷水量增加。此时，机组可根据自身负荷进行调整。当这台冷水机组的系统负荷上升到其当前百分比FLA(可根据实际情况调整)的95%时，说明单台机组的满负荷运行和水泵的满负荷运行都不足以满足系统负荷值，冷冻水出口温度不会稳定在出口温度的设定值，这样第二台机组的电动阀门就会立即打开，通过某个阀门，

下面对k的计算比较突兀，要明确是什么样的规则，才能判断是否开放。

其中:△ t = chwt-chwt.stp。

CHWT冷冻水的出水温度

CHWT。STP冷冻水出口温度设定值(7℃)

也就是说，冷冻水的出口温度设定为7℃。当△ t大于或等于0.3℃(可根据实际情况调整)，且冷水机组当前百分比大于或等于95%时，第二台机组(运行时间最短)将自动启动。

第二，自动减仓策略。

假设两台机组在运行，当系统负荷减小时，供回水两端的压差增大，即反映到机组上的负荷相应减小。当两台机组的总负荷仅或甚至小于一台机组的负荷时(假设Fla

3.智能建筑设备自动化系统的最新发展趋势。

起初，在建筑物中引入自动控制的目的是为了解决一些具体的实际问题:温度控制和设备启动。随着楼宇中智能设备的日益增多，自动控制系统的局限性也不断显露出来:首先，传统的楼宇系统仍然是一个相对封闭的系统，表现在通信协议上，厂商之间仍然是各自为政，互不兼容，系统设备之间无法无缝连接。所以对于一个封闭的系统来说，在一个系统平台上集成楼宇内的所有设备，会有大量的工作要做，不仅成本高，而且性能差；第二，由于系统是封闭的，设计、供货、安装、调试、升级只能由厂家垄断，业主只能被动接受，所以前期投入得不到保障；第三，当今世界计算机飞速发展，产品的更新周期越来越短，楼宇自动化新产品必然层出不穷。对于一个封闭的系统，产品的更新会受到厂商的抵制和垄断，阻碍技术的发展。事实上，低成本跟踪先进技术的发展是不可能的。

因此，采用开放、标准的通信协议是楼宇自动化系统的发展趋势，需要各厂商共同实施才能彻底改变现状。真正开放的系统必须采用标准的通信协议，协议必须是主流的，被各个厂商接受。目前楼宇自动化系统广泛采用美国Echelon公司推出的LonWorks技术协议，一般采用双绞线连接，通信速度为76.8K，通信距离手动总线可达2500m，使用自由拓扑可达500m。LonTalk是唯一的点对点通信，它的使用为完全实现开放性和互操作性提供了解决方案，使整栋楼的自动化系统更加现代化和高效。现场设备(如阀门、传感器等)也可以通过网络传输，可以减少现场的管道和施工量。对于目前的非标设备，可以定义一个过渡期。只要能提供设备的相关协议，楼宇控制中心站本身就有Modbus、BACnet、DDE、OPC等接口插件功能。通过编程接口软件，相关设备(如锅炉和冰柜)可以连接到楼宇自动化系统。随着互联网的普及，整个楼宇设备的运行情况可以在办公室或家里通过密码管理查看，也可以在任何有互联网接入的地方查看。

由于采用了先进、开放的楼宇自动化系统，符合国际最新潮流，产品选择更加多样化。在系统维护和升级方面，可以有多种设备选择，包括各厂商的DDC控制器、路由器等产品，可以有效控制运营成本，保护现有投资，发挥更大作用。同时，更加注重认知、设计和工程建设的细节，采用综合管理的方法，使建筑自动化的功能得到充分发挥，有利于整个建筑的管理和节能，真正造福人类，前景会越来越广阔。

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