淺談暖通空調(diào)系統(tǒng)的BA控制.doc

淺談暖通空調(diào)系統(tǒng)的BA控制 浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院(浙江省杭州市安吉路18號(hào) 310006) 孫濤摘要：本文通過對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施BA控制若干技術(shù)環(huán)節(jié)的探討，使BA系統(tǒng)更好地服務(wù)于受控的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，力圖使二者在技術(shù)上緊密結(jié)合成為一個(gè)密不可分的機(jī)電系統(tǒng)。通過本文的探討獲得了一些初步的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：空調(diào) 通風(fēng) 樓宇自動(dòng)化 一. 引言 21世紀(jì)信息化的時(shí)代已經(jīng)到來,以網(wǎng)絡(luò)通訊和計(jì)算機(jī)技術(shù)為背景的建筑智能化正是順應(yīng)這一時(shí)代潮流的必然趨勢(shì)。作為智能建筑3A系統(tǒng)之一的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）對(duì)大樓的水電暖通等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中的監(jiān)控和管理已日益成為現(xiàn)代建筑中必不可少的配置。根據(jù)初步的統(tǒng)計(jì)，我院目前正在設(shè)計(jì)的公建項(xiàng)目中采納樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的已超過半數(shù)。與前幾年對(duì)比，這種增長(zhǎng)的勢(shì)頭是非常強(qiáng)勁的。 實(shí)施BAS所能帶來的節(jié)能效益和管理效益是廣為人知的，并且在實(shí)施中業(yè)主往往對(duì)這一系統(tǒng)抱以很高的期望。然而，從許多已竣工的項(xiàng)目來看，并沒有到預(yù)期的效果，其中突出表現(xiàn)在以下二個(gè)方面1： a) 開通率底，距業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，不超過20%。 b) 目前已開通的BAS系統(tǒng)，多數(shù)只實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)備的自動(dòng)啟停和監(jiān)測(cè)，其節(jié)能也主要表現(xiàn)在一些設(shè)備的定時(shí)啟閉，而作為建筑耗能的重點(diǎn)空調(diào)系統(tǒng)，如何優(yōu)化運(yùn)行，如何根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)盡可能進(jìn)行節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行則遠(yuǎn)未能實(shí)現(xiàn)。 中央空調(diào)系統(tǒng)，管路復(fù)雜，運(yùn)行工況多變，是建筑物能耗大戶。為此實(shí)施BA系統(tǒng)一般將空調(diào)系統(tǒng)作為監(jiān)控的重點(diǎn)，往往投入60%以上的監(jiān)控點(diǎn)和超過水電監(jiān)控投資總和的投入。部分中小型項(xiàng)目考慮到投資能力，將BA系統(tǒng)僅僅局限于暖通空調(diào)系統(tǒng)的做法也是不鮮見的。事實(shí)上，由于中央空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)暖通空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)整體功能實(shí)現(xiàn)的好壞已成為制約BAS成敗的瓶頸因素之一。要做好BA系統(tǒng),僅靠弱電工程師的力量是不夠的，暖通工程師積極參與到系統(tǒng)方案的制訂過程中是十分必要的。二. 暖通空調(diào)BAS控制方案的優(yōu)化 1. 直接數(shù)字控制器（DDC）的選用 主流BA系統(tǒng)供貨商都能提供大中小不同處理能力的DDC，冷凍機(jī)房、熱力站監(jiān)控點(diǎn)是密集場(chǎng)合應(yīng)優(yōu)先采用大型控制器，以減少故障率和控制器間的通訊。這種控制器的典型特征是有強(qiáng)大的處理器(如：摩托羅拉的68302)和1MB以上的RAM，尤其是能夠和IO擴(kuò)展模塊連接達(dá)到輸入輸出功能的擴(kuò)展，例如SIEMENS MBC可以掛接40個(gè)I/O模塊，Trend IQ251控制器允許有8*16點(diǎn)的接口擴(kuò)展能力。對(duì)空氣處理機(jī)、新風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)一般采用中型或小型的控制器即可。近年來,可編程邏輯控制器件(PLC)進(jìn)步很快，其應(yīng)用不再局限于工業(yè)場(chǎng)合，在空調(diào)通風(fēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制工程中不應(yīng)將其排斥在外。 2. 控制器的布置 控制器一般應(yīng)靠近受控設(shè)備，宜與相應(yīng)配電箱并列布置以利于布線。同一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)通風(fēng)設(shè)備可以合用一個(gè)控制器，但應(yīng)考慮控制器的運(yùn)算能力和控制點(diǎn)是否足夠。有的系統(tǒng)集成商將不同樓層的若干個(gè)新風(fēng)機(jī)合用一個(gè)控制器，這種做法雖然節(jié)約了一定的成本，但對(duì)日后的管理和調(diào)試是不利的，不值得推薦。控制器的電源宜集中供應(yīng),有條件可以從UPS總電源引出;從受控設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)引用電源的做法不值得推薦。 3. 關(guān)于BACnet和LonWorks的支持 BACnet和LonWorks的提出是為了在不同層面解決控制系統(tǒng)的互聯(lián)互操作問題。LonWorks采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)（FCS），突破了以往的集散型控制技術(shù)（DCS）。它的提出是BA技術(shù)的一次飛躍，是今后BAS發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)。但目前受到各種條件限制LonWorks技術(shù)優(yōu)勢(shì)還不能完全發(fā)揮出來，工程實(shí)現(xiàn)并不完善。若自控系統(tǒng)規(guī)模不是很龐大，最好不用全面采用LonWorks技術(shù)2。如果仔細(xì)分析目前主流的BA產(chǎn)品，會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)它們?cè)诓煌潭壬喜糠植捎没虿糠种С脂F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，這種取長(zhǎng)補(bǔ)短的混合模式在當(dāng)前是切合工程實(shí)際的,可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)的平穩(wěn)過渡。 BACnet協(xié)議由美國(guó)ASHRAE制定并頒布，是現(xiàn)行美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及歐共體預(yù)備標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用BACnet協(xié)議，可以使空調(diào)冷熱源主機(jī)自帶的控制器直接進(jìn)入BAS控制網(wǎng)絡(luò)。但實(shí)施中應(yīng)注意空調(diào)主機(jī)和BA供貨商對(duì)BACnet的支持程度和技術(shù)協(xié)調(diào)，目前非標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通訊格式仍大量存在于主機(jī)設(shè)備中?？傊?，在設(shè)計(jì)BA系統(tǒng)的過程中切不可一味追求技術(shù)的先進(jìn)性。 4. 控制網(wǎng)絡(luò) 在滿足擴(kuò)展性和靈活性的前提下，控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化、清晰，無論基于RS485總線或基于LonTalk總線的控制網(wǎng)絡(luò)都是如此。分支、分級(jí)多的網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜、可靠性低。LonTalk總線在理論上可以組成任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，這種布線設(shè)計(jì)的隨意性如果運(yùn)用不當(dāng),在工程實(shí)踐中仍然是有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的，并可能增加系統(tǒng)的投資。小型工程盡可能運(yùn)用基于RS485總線的控制網(wǎng)絡(luò)，采用“手拉手”的布線方式，大型工程可以考慮樓層網(wǎng)絡(luò)分級(jí)。 5. 控制權(quán) 通常BA遵從的是中央控制站集中管理的原則。有時(shí)也有其不便的一面。在某些場(chǎng)合（如會(huì)議室）將空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)的設(shè)定功能放置在現(xiàn)場(chǎng)可能更符合使用者的需要。DDC本身并不提供這樣的功能，需要專門部件來實(shí)現(xiàn)。例如：Honeywell T7780A數(shù)字顯示墻掛式Lon分站，可以在液晶面板上顯示房間的溫度，通過4個(gè)按鈕完成設(shè)定房間溫度，風(fēng)機(jī)速度、啟動(dòng)/停止風(fēng)機(jī)等功能,并能通過LonTalk總線驅(qū)動(dòng)空調(diào)箱的DDC控制器執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。這類功能接近VRV控制面板的設(shè)定器給房間的使用者帶來極大的便利和舒適性，必要時(shí)應(yīng)積極采用。 6. 控制策略 PID控制:空氣處理機(jī)的DDC通常采用PID控制,選擇合適的PID參數(shù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。PID系數(shù)高，空調(diào)對(duì)室內(nèi)溫度波動(dòng)的反應(yīng)特性曲線陡，達(dá)到設(shè)定溫度的過渡過程較短；相反PID系數(shù)低，達(dá)到設(shè)定溫度的過渡過程較長(zhǎng)。但并不是PID系數(shù)越高越好，否則易引起DDC控制系統(tǒng)失穩(wěn)，表現(xiàn)為室內(nèi)溫度的振蕩和水側(cè)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥周期性的來回運(yùn)動(dòng)無法在固定開度上運(yùn)行。 PID能解決大部分場(chǎng)合的空調(diào)控制，但對(duì)于影劇院等大熱慣性空調(diào)場(chǎng)合,靠高的PID系數(shù)來提高空調(diào)機(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)速度是不足以解決問題的。這時(shí)可以采用圖1所示的雙級(jí)控制。即分別在空調(diào)的送風(fēng)道和室內(nèi)安裝溫度傳感器，室內(nèi)的溫度設(shè)定由主DDC控制器完成，水閥的驅(qū)動(dòng)由副DDC根據(jù)風(fēng)道溫度傳感器和主DDC的指令完成，由于風(fēng)道溫度變化速度快于房間溫度的變化，這一控制方式加速了系統(tǒng)對(duì)溫度波動(dòng)的響應(yīng)。必須注意的是，為防止水閥被人為關(guān)死或水系統(tǒng)供水不足等異常情況對(duì)控制系統(tǒng)的影響，副DDC通常只需采用比例控制算法(P),不可加入積分分量(I)。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中并非一定需要二個(gè)完全獨(dú)立的DDC來完成雙級(jí)控制，如果DDC內(nèi)置二個(gè)控制回路則完全可以用一個(gè)控制器勝任，例如：SIEMENS UC-2控制器。 圖1. 空氣處理機(jī)的雙級(jí)控制方式 BA系統(tǒng)對(duì)空調(diào)的節(jié)能控制有多種手段可以采用，例如室內(nèi)外焓值比較法、二氧化碳等污染物濃度檢測(cè)法確定新風(fēng)量，基于日程表的定時(shí)操作等等。工程設(shè)計(jì)中可以視需要靈活運(yùn)用，以達(dá)到最優(yōu)的效果。例如，辦公、商場(chǎng)等場(chǎng)合,夏秋季在清晨時(shí)通過程序啟動(dòng)空氣處理機(jī)(或新風(fēng)機(jī))，利用室外涼爽空氣對(duì)室內(nèi)全面換氣預(yù)冷，既節(jié)約新風(fēng)能耗又提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)。 7. 空氣品質(zhì)傳感器 一氧化碳和二氧化碳含量傳感器，應(yīng)謹(jǐn)慎采用。一氧化碳傳感器應(yīng)用于地下車庫的排風(fēng)系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)通風(fēng)機(jī)動(dòng)作。由于一氧化碳傳感器長(zhǎng)期處于污染環(huán)境中，其敏感元件受汽車尾氣的毒害，有效壽命通常2年左右。當(dāng)靈敏度下降到一定程度后即不能正確指示污染物濃度，因此在停車庫的通風(fēng)系統(tǒng)中如采用一氧化碳傳感器，仍需以日程表啟?？刂品绞阶鳛楸匾难a(bǔ)充手段，在確定BAS方案時(shí)應(yīng)避免系統(tǒng)對(duì)這類傳感器的過度依賴。 在室內(nèi)采用二氧化碳傳感器也有類似的問題。ASHARE研究表明，隨著人均占有建筑面積的增大，在類似辦公室這樣的場(chǎng)合人工合成材料正在取代二氧化碳成為首要污染物。在允許吸煙的場(chǎng)所，煙氣應(yīng)是首要污染物。除非證明采用后確能產(chǎn)生很好的節(jié)能效益（如人員密度波動(dòng)很大的商場(chǎng)、展廳），一般不應(yīng)大量采用二氧化碳傳感器作為調(diào)節(jié)新風(fēng)量的主要依據(jù)，否則在傳感器性能劣化后，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響將是長(zhǎng)期的，且很難發(fā)現(xiàn)問題癥結(jié)所在。 8. BAS監(jiān)控中心 BAS監(jiān)控中心負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)空調(diào)、通風(fēng)、動(dòng)力系統(tǒng)，一般與消防控制、安保監(jiān)控等合用一室。由于該機(jī)房通常遠(yuǎn)離冷凍機(jī)房、鍋爐房，在這里遠(yuǎn)程操作這些關(guān)鍵設(shè)備是不合適的。推薦的做法是在凍機(jī)房和鍋爐房現(xiàn)場(chǎng)控制室另設(shè)置一臺(tái)監(jiān)控分站，由該分站負(fù)責(zé)冷凍機(jī)、鍋爐監(jiān)控功能，并且該分站功能受權(quán)局限為冷熱源設(shè)備。三. 小結(jié) 本文通過對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)BA控制的傳感器、執(zhí)行器、控制器、網(wǎng)絡(luò)等若干環(huán)節(jié)的探討，力圖使BA系統(tǒng)更好地服務(wù)于受控的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，使二個(gè)系統(tǒng)在技術(shù)上緊密結(jié)合成為一個(gè)智能化的密不可分的機(jī)電系統(tǒng)。本文只是作者在工程實(shí)踐中獲得的一些淺見，希望起到拋磚引玉的作用?？偨Y(jié)上文有以下結(jié)論： 1) 按受控設(shè)備的要求選用不同處理能力的DDC控制器； 2) 空間距離較遠(yuǎn)的設(shè)備不宜合用同一DDC控制器； 3) LonWorks技術(shù)具有前瞻性，應(yīng)關(guān)注，但目前尚不完善，不宜刻意采用； 4) 訂購(gòu)設(shè)備時(shí)關(guān)注冷水機(jī)組、鍋爐對(duì)BACnet或Lon的支持； 5) 集散型控制技術(shù)向現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)轉(zhuǎn)型是技術(shù)趨勢(shì)，集散控制仍是目前主流技術(shù)； 6) 實(shí)現(xiàn)BA