1、智能大厦 BAS 中空调系统的监控设计天津大学建筑设计院 孙绍国摘要：本文就楼宇自控系统设计中关于空调系统的监控设计的原理、方法及系统功能做了详细介绍。随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断引进到建筑中，使得智能化大厦成为现代化建筑的发展趋势。所谓智能化大厦，就是综合电子计算机、信息通讯方面最先进的技术，实现楼宇综合管理自动化、通讯及办公自动化，使建筑物内的电力、照明、空调、防灾、防盗、电梯等高效地运行。其中，空调系统的最优监控则是智能化大厦自动化管理及节能等功能的基本要求。本文简单阐述空调系统的监控设计。一、中央空调系统的监控设计：在现代化的大型建筑中，一般都采用中央空高
2、调系统。众所周知，空调系统的作用就是对室内空气进行处理，使空气的温度、流动速度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或加热、减温或加湿，以及过滤等处理措施。其相应设备有制冷机组、热水炉、风机盘管系统、风管系统、水管系统等。例如，空调系统中，冷水机组是由设备生产厂成套供应的，它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成，压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸收，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气
3、中的热量，如此循环不已，把房间的热量带出。因此，中央空调系统的监控设计，可从以下三个方面考虑：1、机组基本参数的测量、设备的启停控制；2、基本的能量调节；3、冷热源及水管系统的全面调节与控制。图 1 所示就是大厦自动化管理系统（BAS）对中央空高调系统的制冷系统关键点进行监视与控制的原理图。整个系统是由三部分组成的。一是主机系统；二是冷却水系统；三是冷冻水系统。目前，主机系统大多数均带有以微处理器为核心的单元控制器，该单元控制提供有关蒸发器及冷凝器的进出口温度和水流开关压缩机的进出气压力和温度等。同时，可根据命令启停压缩机，根据冷冻机房出口设定值调整压缩机入口导叶阀等并可设定冷冻水出口温度等。
4、由于目前世界上在控制领域还没有统一的标准通讯协议，不同品牌的产品不能通讯，因此设计中一般另外考虑安装水温传感器，流量传感器等以监视这些主机的工作善。所以，在制冷机房的 DDC控制器中应能控制冷冻机的启停、监测冷冻机的运行状态、故障状态及供回水温度和流量值，并通过 BA 系统主机计算出整个大厦的实际冷负荷，并由此决定开启冷冻机的台数，以达到节能的目的。另外，冷却水系统是通过冷却塔和冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷却水，它的监控系统的作用是保证冷却塔风机和冷却水泵安全运行、确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过以及根据室外气候情况及冷负荷，调整冷却水运行情况，使冷却水温度在要求的设定温度范围内。实际
5、上，每台冷却塔风机的启停控制、状态监测及水路电动阀的开断控制均是通过现场 DDC 控制器来完成的。所有冷却塔的启停台数控制是根据冷却机开启台数，室外温湿度、冷却水泵开启台数，经过 BA 系统主机的参数计算来确定的。再有，冷冻水系统是由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器及用户各种冷水设备（如空调和风机盘管等）而组成的。其 BA 系统的监控任务是保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作，防止冻坏；向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求，以及在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗等。实际上，BA 系统中心还可显示、报警、打印各设备的运行情况，故障报警；显示冷冻水、冷却水供回水温
6、度及冷冻水的流量及压力；冷冻机组启停运行记录及运行时间累计，以及各管路上电动阀开关显示等等。需要进一步说明的是图 1 中这些监控点信息的采集和控制（实际是数字量和模拟量的输入和输出）是由一台或几台微处理器系统（DDC 控制器）来实现的。该系统是由微处理器、RAM、ROM 等构成的系统，可采集被监控点的各种信息，通过中央总线（C-BUS），采用 RS485 通讯协议，将信息传送至大厦自动化系统（BAS）主机，同时，可接受主机指令，完成控制任务。由于各种品牌的控制系统不同，现场 DDC 控制器的 I/O 不同，这里不做介绍。二、新风机组的监测控制：在中央空调系统中，为了提高室内舒适度及空气新鲜度、
7、洁净度等，需补充适量新风。并且新风量在空调冷热负荷中所占的比重很大，因此，新风量控制在合适范围内是很有意义的。 一幢建筑物可以有很多台新风机组，每台新风机组负责制一个区域（可为一层或若干层），该新风机组就要保证这一区域的新风要求。如图 2 就是新风机组的监控原理图。空气水换热器夏季通入冷水对新风降温除湿，冬季通入热水对空气加热。干蒸汽加湿器则在冬季对新风加湿。因此，现场 DDC 控制器要完成如下几项功能：1、根据要求启停新风机。根据新风温度，PID 调节水阀，保持送风温度为设定值，控制干蒸汽加湿阀，使冬季风机出口空气相对温度达到设定值。2、监测新风机的工作状态和故障状态；测量风机出口空气温湿度
8、参数并使之达到控制要求；测量新风过滤器两侧压差，当其达到一定值时，产生过滤网堵塞报警，并在中控室有报警显示。3、在冬季，当热盘管后的温度低于某个设定值时，防冻保护器动作，控制器将停止风机运行并将新风风门关闭，并将热水阀开至 100%，以防止盘管冻裂，同时，中控室有报警。另外，关于如何实现上述各信号现场 DDC 控制器的输出输入问题，这里不做赘述。三、全空气空调系统的监测控制：在中央空调系统中，全空气空调系统实际上是通过室内空气循环方式将盘管内水的热量或冷量带入室内，同时，适量补充新风的空调机组设备。因此，设计中，我们首先了解空调机组需要监控的设施，图 3 是一套空调机组监控原理图。与新风机组不
9、同的是，控制调节对象是房间内的温湿度，而不是送风参数，并且需要考虑房间的夏季温度及节能的控制方法，和新回风比可以变化调节等等。因此，房间内要设一个或若干个温湿度传感器，以这些测点温湿度的平均值作为控制调节参照值。由于存在回风，需测量新风与回风的温湿度，但该参数仅供参考，因为回风空气状态不完全等同于室内平均空气状态。为了调节新回风比，对新风、回风二个风门都要进行单独的连续调节，因此，每个风门都要一个 AO 点来控制。总之，现场 DDC 控制器能完成以下几项功能：1、风机定时启停控制，也可人工在 BAS 中心远方遥控启停，风机运行状态可在 BAS 中心显示。2、夏季，根据回风温度设定值和回风温度的
10、偏差，对盘管调节阀进行控制。冬季，根据回风温度控制加热器的水阀开度，保证回风温度精度。3、风机停止时，根据送风机状态信号，所有蒸汽阀及水阀关闭，并关闭所有风门，回风机同送风机联锁启停。4、冬季，当热盘管后的温度低于某个改定值时，防冻保护器动作，DDC 控制器将停止风机运行，并将新风风门关闭，将热水阀全部开通，以防止盘管冻裂，并在 BAS 中心报警。5、过滤器两侧压差到一定时，产出过滤网堵塞报警并通知 BAS 中心。当风机运行过载时，在 BAS 中心可报警。四、风机盘管的监测控制：在中央空调系统中，各种用房冷暖设备除新风机组和空调机组外，还大量使用风机盘管。它的作用类似于空调机组，只是简单了许多
11、。它只有盘管、三速风机、电动调节阀，感温元件、控制器等组成。一般三速风机开关，感温元件、控制器等制成一个整件设备，目前，市场上有三种，一种是盘管控制器为DDC 控制，并具备与主机通讯功能。这种控制器可通过计算原则中心控制，并且可调节冷水及冷机，这种控制器价格较贵，使用不多。另一种是不具备通讯功能的盘管控制器，可以按照水系统的连接情况的将风机盘管分为若干组，如图 4。每组的支路入口处安装流量计、供回水压差变送器及供回水温度传感器。从而可计算出风机盘管水阀的开度，并给电动调节阀一个指令，从而将电动阀调节至相应的开启度，使盘管中流过所需要的水流量。一般地，BAS 中心对风机盘管的控制不予监测。综上所述，楼宇自控系统设计中，中央空调系统的监控设计是较为复杂的，而这一系统的设计主要是由电气专业完成的，因此，设计人必须对中央空调系统有较深入的了解并需具有自动控制专业知识，才能出色地完成智能化大厦中央空调系统的监控设计。参考文献：1、陈一才大楼自动化系统设计手册中国建筑工业出版社 1994 年2、江亿“暖通空调系统的计算机控制管理”暖通空调 1997 年第 4 期3、霍尼韦公司EXCEL 5000 系统应用手册4、江森公司设计手册。
