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建筑智能化技术基础第二章建筑设备监控系统建筑设备管理系统包含建筑设备监控系统、消防报警系统和安全防范系统三个子系统。建筑设备监控系统是智能建筑之一个重要系统，是将与建筑物有关暖通空调、给排水、电力、照明、运输等设备集中监视、控制和管理的综合性系统。建筑设备监控系统由设备监控网络和所支撑的应用系统组成，按功能可分为空调与通风监控、变配电监控、照明监控、给排水监控、热源和热交换监控、冷源监控和电梯、自动扶梯监控等子系统，各子系统符合GB/T50314。2.1建筑设备监控系统概述建筑设备监控系统是以计算机局域网为通信基础、以计算机技术为核心的计算机控制系统，它具有分散控制集中管理的功能。监控系统用于对建筑及居住区中的各种机电设备进行监视、控制及自动化管理，达到安全、可靠、节省能源、节省人力和综合管理的目的。2.1建筑设备监控系统概述建筑设备监控系统所管理的设备主要是楼宇内所有的机电设备，包括暖通空调系统设备、给排水系统设备、电气系统设备、照明设备、运输设备等。2.1建筑设备监控系统概述暖通空调系统包括–空调系统：对各冷源系统（冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、制冷机组）进行监控，完成最佳台数运作；对冷冻水、冷却水之温差、压差及流量等进行监控；并在确保空气温度及新鲜度的情况下，实现最佳新风及外气节能调节。此外，还对楼宇空气进行相应监测。–通风系统：由常规通风系统及防排烟系统组成，包括厕所排烟系统、地下室机房及车库送排风系统以及空调新风进风系统、防烟系统、排烟系统及加压送风系统。2.1建筑设备监控系统概述给排水系统包括–给排水系统：对给排水系统的运行状态与故障状态实行监控、记录，自动调整投入水泵台数。–中水系统：对中水系统的运行状态与故障状态实行监控。电气设备系统包括–电力设备监控：系统对电力设备采用监测的方式，对高低压配电柜、干式变压器、紧急发电机、各设备的状态及相关电力参数进行监测，有效容量控制、停复电自动切换控制、负荷投入的控制及报警等–照明监控：对楼宇景观照明、公共区域分组照明等按照照度或预设时间表对公共照明设备等进行监控。电梯设备系统包括：系统对客梯、货梯、消防梯等的楼宇电梯的起停控制、运转状态、紧急状况及故障报警监测。1.建筑设备监控系统组成建筑设备监控系统通常包含暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯四个子系统，如图2.1所示。图2.1建筑设备监控系统结构操作站操作站操作站N1LAN数字控制器¡空调机N2busN2busN2bus配电照明¡¡数字控制器电梯冷冻机组智能控制器智能控制器智能控制器2.建筑设备监控系统的主要功能建筑设备监控系统的主要功能可归纳如下：能提供整体监测，对机电设备故障作出即时察觉及分析，减少因小故障而引起的其他问题，同时节省时间和资金。配合自控系统的节能程式操作，减少不必要的能源浪费。提供防范性保养，对可能发生的设备问题作出事先维修，提高对楼宇的整体管理效率，节省人力和时间。2.2供配电系统•供配电子系统保证楼宇的动力供应，是楼宇的生命线。供配电监控子系统的工作目标是保证电能供应，提高负荷效率，节省能源，能够对供配电子系统的运行状况进行监视和控制，记录有关状况和参数。•大中型楼宇的供电电压一般采用10KV，有时也可采用35KV，变压器装机容量一般大于5000KVA。为保证供电可靠性，应至少有两个独立电源供电。两路独立电源同时供电，自动切换、互为备用，必要时应配备应急备用发电机组，以便在24小时内保证事故照明、消防用电等。2.2供配电系统1.智能建筑中电力负荷的分类在智能建筑的用电设备中，用电负荷分为以下3类：–一级负荷设备：消防控制室、消防水泵、消防电梯、排烟设备、火灾自动报警、自动灭火装置、火灾事故照明、疏散指示标志和电动的防火门帘、卷帘、阀门等消防用电设备，保安设备，主要业务部门用的计算机及外设，管理用的计算机及外设，通信设备，重要场所的应急照明。–二级负荷设备：客梯、生活供水泵房等。–三级负荷设备：空调、照明等。2.2供配电系统2.智能建筑中用电负荷的分布及变压器的配置高层建筑的用电负荷一般可分为空调、动力、照明三大类。对于全空调的各种商业性楼宇，空调负荷属于大宗用电，约占40％-50％。冷热源设备一般放在大楼的地下室、首层或下部。动力负荷主要指电梯、水泵、排烟风机、洗衣机等设备。普通建筑的动力负荷都比较小，随着建筑高度的增加，在超高层建筑中，由于电梯负荷和水泵容量的增大，动力负荷的比重将会明显的增加。动力负荷中的水泵、洗衣机等亦大部分放在下部，因此，就负荷的竖向分布来说，负荷大部分集中在下部，因此将变压器设置在建筑物的底部是有利的。但在40层以上的高层建筑中，电梯设备较多，此类负荷大部分集中于大楼顶部。竖向中段层数较多，通常设有分区电梯和中间泵站。在这种情况下，宜将变压器按上、下层配置或者按上、中、下层分别配置。供电变压器的供电范围大约为15—20层。为了减少变压器台数，单台变压器的容量一般都大于1000kVA。由于变压器深入负荷中心而进入楼内，从防火要求考虑，不应采用一般的油浸式变压器和油断路器等在事故情况下能引起火灾的电气设备，而应采用干式变压器和真空断路器。负荷中心是供配电设计一个重要的概念。变电所应尽量设在负荷中心，便于配电，节省导线，也有利于施工。负荷中心实际上是一种最佳配电点，它需要按所要达到的优化目标不同的计算条件而列出的目标函数来确定。事实上，负荷的大小不是恒定不变的，因此负荷中心常会变动。在设计时也往往由于各种实际因素而不能将配电点布置在计算而得的负荷中心上。只有在负荷比较平稳的部门，才可将变电所设在负荷中心或大负荷的近旁。3.智能建筑中的供电方式智能楼宇一般采用双电源进线，即要求有两个独立的电源。常用的供电方案有以下四种：–双电源明备用方式，如图2.2所示。•正常时，两路高压电源，一路备用，一路使用。•当正常电源发生事故停电时，另一路备用电源自动投入使用。–双电源暗备用方式，如图2.3所示。•正常时，两路高压电源互为备用，同时工作。•当其中一路发生事故停电时，由母线联络断路器对故障回路供电。市电2主供S1S210KV母线市电1主供常用的供电方案图2.2双电源明备用方案图2.3双电源暗备用方案S2S110kV/400V变压器10kV母线市电1市电2400V母线母线联络断路器–双电源环网供电方式，如图2.4所示，两路电源来自变电所的不同母线或不同的变电所。•正常时，1QF、2QF断路器闭合、3QF断路器断开，形成运行状态。•当某一环节发生事故时，合上3QF断路器，操作其相应的开关，恢复对故障部位的供电。–双电源闭式环网供电方式，如图2.5所示，每一变电所内两台变压器来自不同电源的闭式环。同时变压器低压侧再联络开关，因此供电可靠性大大提高。图2.4双电源环网供电接线1QF2QF3QF图2.5双电源闭式环网供电接线2QF1QF3QF4QF–网络式供电方式，如图2.6所示。为了提高供配电系统的可靠性，目前国外采用一种网络式供电方案。网络式供电是以2～4台变压器为核心，连接在同一母线上，组成一个网络，向一个电能用户供电。YYY图2.6网络式供电方案大厦供配电系统主要由高压配电柜、低压配电柜、电力变压器、空调动力配电柜、应急发电机组、直流操作柜等设备组成。通常大厦为一类用电负荷，采用两路高压供电，两路电源互为备用，当工作电源断电后，备用电源自动投入运行，确保整座大厦的供电。当两路电源均断电的情况下，自备发电机组自动投入运行，向大厦负荷供电。智能建筑中，供配电监控系统的主要是对供配电设备和发电机组的运行状态进行实时的监视、测量，并将各种检测信号通过计算机网络传到中央管理计算机。2.2供配电监控子系统的监控方式供配电及电源监控子系统的实现方式有：–读取信号方式：即从供配电子系统的断路器线圈或辅助接点读取有关断路器的状态信号；从电源主回路上的电流表、电压表、电流互感器、电压互感器等处通过变送器读取模拟量或数字量信号，或由多功能仪表取得。经过变配电DDC而送往楼宇控制中心。–采用智能型开关方式：智能型开关内由微处理器，它能够从流过开关的主回路上监测到电源的各种参数，即通过断路器数字通信接口来获取电气量、报警及断路器情况信息，或者通过它接收由控制中心发送的对断路器的操作命令，实现遥测，通信和遥控功能。供配电及电源监控子系统的监测内容供配电及电源监控子系统的监测包括：–高、低压进线、出线与中间联络断路器状态检测和故障报警；电压、电流、功率、功率因数的自动测量、自动显示及报警。–变压器二次电压、电流、功率、温升的自动测量、自动显示及高温报警。–直流操作柜中交流电源主进线开关状态监视，直流输出电压、电流等参数的测量、显示与报警。–备用电源系统，包括发电机启动及供电断路器工作状态监视与故障报警，电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、油箱液位、进口油压、冷却出水水温和水箱水位等参数的自动测量、自动显示及报警。供配电及电源监控子系统的控制电力供应监控装置根据检测到的现场信号或上级计算机发出的控制命令产生开关量输出信号，通过接口单元驱动某个断路器或开关设备的操作机构来实现供配电回路的接通或分断。通常包括以下几方面的内容：–高、低压断路器、开关设备按顺序自动接通、分断。–高、低压母线联络断路器按需要自动接通、分断。–备用柴油发电机组及其配电柜开关设备按顺序自动合闸，转换为正常供配电方式。–大型动力设备定时启动、停止及顺序控制。–蓄电池设备按需要自动投入及切断供配电及电源监控子系统除了实现上述保证安全、正常供配电的控制之外，还可根据监控装置中计算机软件设定的功能，以节约电能为目标对系统中的电力设备进行管理，主要包括：变压器运行台数的控制，节约用电量经济值监控，功率因数补偿控制及停电复电的节能控制。补充内容：低压配电方式低压配电方式是指低压干线的配线方式。–低压配电输出干线一般是指从变电所低压配电屏分路开关至各大型用电设备或楼层配电盘的线路。–用电负荷分组配电系统是指负荷的分组组合系统。智能楼宇由于负荷的种类较多，低压配电系统的组织是否得当，将直接影响大楼用电的安全运行和经济管理。补充内容：低压配电方式低压配电的接线方式可分为放射式和树干式两大类。放射式配电是一独立负荷或一集中负荷均由一单独的配电线路供电，它一般用在下列低压配电场所：①供电可靠性高的场所。②单台设备容量较大的场所。③容量比较集中的地方。对于大型消防泵、生活水泵和中央空调的冷冻机组，一是供电可靠性要求高，二是单台机组容量较大，因此考虑以放射式专线供电。对于楼层用电量较大的大厦，有的也采用一回路供一层楼的放射式供电方案。树干式配电是一独立负荷或一集中负荷按它所处的位置依次连接到某一条配电干线上。树干式配电所需配电设备及有色金属消耗量较少，系统灵活性好，但干线故障时影响范围大，一般适用于用电设备比较均匀，容量不大，又无特殊要求的场合。•下图所示分别是放射式和树干式接线图。补充内容：低压配电方式补充内容：低压配电方式低压配电屏······低压配电屏······低压配电屏······放射式配电系统树干式配电系统混合式配电系统插图1低压配电方案补充内容：低压配电方式国内外智能楼宇低压配电方案基本上都采用放射式，楼层配电则为混合式。混合式即放射一树干的组合方式，如下图所示。有时也称混合式为分区树干式。在高层住宅中，住户配电箱多采用单极塑料小型开关：一种自动开关组装的组合配电箱。对一般照明及小容量插座采用树干式接线，即住户配电箱中每一分路开关带几盏灯或几个小容量插座；而对电热水器、窗式空调器等大宗用电量的家电设备，则采用放射式供电。补充内容：低压供配电监控系统控制器通过温度传感器、电压变送器、电流变送器、功率因数变送器自动检测变压器线圈温度、电压、电流和功率因数等参数，并将各参数转换成电量值，经由数字量输入通道送入计算机，显示相应的电压、电流数值和故障位置，并可检测电压、电流，累计用电量。监控原理是将各种传感器接至相应监测点，各点信息经由传感器转