第二章 建筑设备监控系统

第二章建筑设备监控系统课程目标：熟悉建筑设备监控系统的功能与组成掌握建筑设备监控系统各子系统的监控原理了解建筑设备监控系统在智能建筑中的作用一、建筑设备监控系统概述智能建筑首先是从建筑设备监控系统开始的，建筑设备监控系统也被称为建筑自动控制系统，它综合运用自动控制、计算机、通信、传感器等技术对建筑物或建筑群内的电力、照明、空调、给排水等系统进行有效的控制与管理，以保证建筑设施的节能、高效、可靠、安全运行，为用户提供良好的工作和生活环境。1.建筑设备监控系统组成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。监控系统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。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，对变配电、空调、照明等系统进行有效的监控和操作管理，以便发挥各系统的最大功效并且最大限度地节约能源。它是一个能够完成多种控制及管理功能的网络系统，是随着现场控制总线技术发展起来的一种智能化控制管理网络。(1)建筑设备监控系统的作用能提供整体监测，即时察觉并分析机电设备故障，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，事先维修可能发生问题的设备。提高对楼宇的整体管理效率，节省人力和时间。(2)建筑设备监控系统的范围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、运输设备。2.建筑设备监控系统标准目前国际上常用的两种开放式标准是LonMARK标准和BACnet标准。(1)LonMARK标准LonMARK标准是1991年由美国Echelon公司以LonWorks技术为基础推出。LON(localoperatingnetwork)为Echelon公司推出的局部操作网，采用Lon-Talk协议的局部操作网称为LonWoks网。它是一种工控网技术，也叫现场总线技术。LonWorks技术最大的优点是具有完全的开放性并具有高可靠性和低成本的优点，其主要特点:采用LonTalk通信协议，该协议遵循开放系统互联OSI(opensysteminterconnect)全部七层协议，网络协议开放。可在任何通信介质下通信，且多种介质可以在同一网络中混合使用;网络操作系统结构可以使用主从式、对等式或客户机/服务器式结构;支持多种通信媒质和任意自由拓扑网络结构。楼宇自动化有其显著的特点:一是测控点分散;二是被控设备种类多。LonWorks技术是专为实时控制设计，是在控制层提供互操作的现场总线，可随现场情况任意选择通信网络拓扑结构，使系统组态灵活方便。(2)BACnet标准BACnet标准是由美国暖通空调制冷工程师学会(ASHRAE)发起制定并得到美国国家标准协会(ANSI批准的网络通信协议标准。BACnet标准也是由楼宇自动化系统的生产商、用户参与制定的一个开放式标准，是由ASHRAE综合几个局域网(LAN)的协议而制定的。(3)建筑设备监控系统的构成设备监控系统多为分布式计算机系统，硬件一般由监控主机、现场直接数字控制器、现场仪表和通信网络四个主要部分组成。软件包括系统软件、图形显示组态软件和应用软件等。二、供配电及电源监控系统供配电监控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。两个独立电源同时供电，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。1.智能建筑中电力负荷的分类在智能建筑的用电设备中，用电负荷分为以下三类：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，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等。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.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，约占用电负荷总量的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、洗衣机等设备的负荷。普通建筑的动力负荷都比较小，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。三、照明监控系统1.照明监控系统的任务照明监控系统的任务主要有两个方面:一是为了保证建筑物内各区域的照度及视觉环境而对灯光进行控制，称为环境照度控制，通常采用定时控制、合成照度控制等方法来实现;二是以节能为目的对照明设备进行的控制，简称照明节能控制，有区域控制、定时控制、室内检测控制三种控制方式。2.照明监控系统的组成与监控原理在照明监控系统中，室外天然光传感器等检测元件将各部位检测的相关值送到DDC的模拟输人点(AI)。走廊、楼梯、景观等照明开关的状态送到DDC的数字输人点(DI),DDC智能照明控制器依据检测来的信号，经过综合分析发出相应的控制信息，经由DDC的输出信号(DO)联动控制走廊、楼梯、景观、照明器、紧急事故照明等照明开关。四、暖通空调监控系统暖通空调系统是智能建筑设备系统最主要的组成部分，其作用是保证建筑物内具有舒适的工作、生活环境和良好的空气品质。暖通空调系统由制冷系统、冷却水系统、空气处理系统和热力系统组成。暖通空调系统的监控包括对空调机组、新风机组、变风量末端风机盘管进行的监控，是节能、节电的关键。对楼宇暖通空调设备进行全面管理和监控，可以实现楼宇的温度调节、湿度调节、通风气流速度的调节以及空气洁净度的调节，营造良好的工作环境。1.空调系统的监控空气调节的任务，在于按照使用的目的，对房间或公共建筑物内的空气状态参数进行调节，关键是对空气温度、湿度的控制。空气调节系统一般均由被调对象、空气处理设备、空气输送设备和空气分配设备所组成。空气调节系统的任务是对空气进行加热、冷却、加湿、干燥和过滤等处理，然后将其输送到各个房间，以保证房间内空气的温度、湿度与洁净度等稳定在一定的范围内，满足生产和生活的需要。空调处理机组监控系统主要由风门驱动器、风管式温度传感器、湿度传感器、压差报警开关、电动调节阀、压力传感器及区域控制器等组成。(1)空调系统设备组成：进风部分空气过滤设备空气的热湿处理设备空气的输送和分配设备冷热源部分(2)新风机组的监控：检测功能控制功能保护功能集中管理功能(3)空调机组的监控空调机组的调节对象是相应区域的温、湿度，因此送人装置的信号包括被调区域内的温、湿度信号。在控制方式上一般采用串级调节形式，以防室内外的热干扰、空调区域的热惯性以及各种调节阀门的非线性等因素的影响。(4)变风量系统的监控变风量(VAV)系统是一种新型的空调方式。当室内环境温度变化时，改变送风的温度(定风量)和改变送风量(变风量)两种控制方式均可达到相同的控制效果，采用变风量系统的中央空调系统可节能20%左右。VAV系统一般由带变频调节电机的空调机组和变风量末端装置组成。送入各房间风量是变化的，因此应采用调速装置对送风机转速进行调节，使之与变化风量相适应。调节送风机速度时，需引人送风压力检测信号参与控制，从而使各房间内压力不出现大的变化，保证装置正常工作。对于VAV系统，需要检测各房间风量、温度及风阀位置等信号，并经过统一的分析处理后才能给出送风温度设定值。在进行送风量调节的同时，还应调节新、回风阀，以使各房间有足够的新风。2.暖通系统的监控暖通系统主要包括热水锅炉房、换热站及供热网。供暖锅炉房的监控对象可分为燃烧系统及水系统两大部分，其监控系统可以由若干台DDC及一台中央管理机构成。1.锅炉燃烧系统的监控热水锅炉燃烧系统的监控任务主要是根据对产热量的要求控制送煤链条速度及进煤挡板高度。2.锅炉水系统的监控锅炉水系统监控的主要任务有以下三个方面。保证系统安全运行。计量和统计。运行工况调整。3.冷热源及其输系统的监控冷热源主要包括冷却水、冷冻水及热水制备系统。冷却水系统的监控冷冻水系统的监控热水制备系统的监控五、给排水监控系统给排水监控系统是智能楼宇中的一个重要系统，它的主要功能是通过计算机控制及时地调整系统中水泵的运行台数，以达到供水量和需水量或来水量和排水量之间的平衡，实现泵房的最佳运行，实现高效率、低能耗的优化控制。建筑设备监控系统给排水监控对象主要是水池、水箱的水位和各类水泵的工作状态，例如水泵的启停状态、水泵的故障报警以及水箱高低水位的报警等。这些信号可以用文字及图形在显示屏上显示，并可通过打印机将其记录打印出来。系统可对各类水箱的高低水位越限报警，以及对各种水泵的启停状态、水泵的故障报警。1.给排水系统分类(一)给水系统分类按照给水系统的性质和用途来分，高层民用建筑给水系统可以分为以下几类:①生活给水系统;②生活热水系统;③消防给水系统;④生活饮用水系统;⑤软化水系统;⑥游泳池给水系统;⑦重复用水系统。(二)排水系统分类高层民用建筑排水系统主要担负着盟洗及洗涤废水、粪便污水、雨水，以及附属设施的餐厅、车库和洗衣房的排水任务，主要分为以下几类:①生活污水排水系统;②雨水排水系统;③附属设施排水系统。2.给水系统的监控功能给水系统设备主要有地下储水池、楼层水箱和天台水箱、生活给水泵、气压装置、消防给水泵。给水系统的控制功能主要包括以下几个。地下储水池水位、楼层水池、天台水池水位的检测及当高/低水平超限时的报警。对于生活给水泵，根据水池(箱)的高/低水位控制水泵的启/停，检测生活给水泵的工作状态和故障，如果使用水泵出现故障，备用水泵会自动投人工作。气压装置压力的检测与控制。3.排水系统的监控功能排水系统设备主要有排水水泵、污水集水井、废水集水井。排水系统的控制功能主要包括以下两个。污水集水井和废水集水井水位检测及超限报警。根据污水集水井与废水集水井的水位，控制排水泵的启/停。当集水井的水位达到高限时，连锁启动相应的水泵。排水泵运行状态的检测以及发生故障时报警。4.热水系统的监控功能热水系统的设备主要有自动燃油/燃气热水器、热水箱、热水循环水泵(回水泵)。热水系统的控制功能主要包括以下几个。热水循环泵按时间程序启动/停止。热水循环泵状态检测及故障报警(当发生故障时，相应备用泵自动投入运行)。热水器与热水循环连锁控制，当循环泵启动后，热水器(炉)才能加热，控制热水温度。热水供水温度和回水温度及检测。对于热水部分，当热水箱水位降至低限时，连锁开启热水器冷水进口阀，以补充系统水源;当热水水位达高限时，连锁关闭冷水进水阀。六、电梯监控系统分类：可分为直升电梯和手扶电梯，而直升电梯按其用途又可分为客梯、货梯、客货梯、消防梯等1.电梯正常工作流程电梯是要求频繁地正反转、调速范围较大，并能准确停车的拖动装置。直升电梯的轿厢在固定的支架内作垂直方向的往返运动，行驶在始发站与终端站之间。2.电梯监控系统(1)电梯的控制方式与对象电梯的控制方式可分为层间控制、简易自动、集选控制、有/无司机控制以及群控等。对电梯的监控是通过电梯的串行