樓宇自控中空調(diào)設(shè)計(jì)及DDC控制器的合理配置

樓宇自控中空調(diào)設(shè)計(jì)及DDC控制器的合理配置摘要：DDC控制器合理配置是建筑設(shè)備自動化方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，DDC控制器合理配置建立在主要控制對象——空調(diào)設(shè)備基礎(chǔ)上，文章對空調(diào)設(shè)計(jì)和DDC控制器配置原則和監(jiān)控原則提出了一些意見。1對空調(diào)設(shè)計(jì)的建議一個成功的樓宇自控設(shè)計(jì)必需滿足空調(diào)設(shè)計(jì)的要求，現(xiàn)場應(yīng)用的需求，具有可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性，達(dá)到節(jié)能、節(jié)人、延長設(shè)備壽命的目標(biāo)，為此，需各專業(yè)相互配合、互相理解并創(chuàng)造條件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。1．1多臺冷水機(jī)組配置應(yīng)優(yōu)先采用群機(jī)、群泵、群塔系統(tǒng)此種方式運(yùn)行靈活，可以滿足不對稱設(shè)備故障時系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。例如：當(dāng)1#冷水機(jī)組、2#冷卻塔發(fā)生故障時，可以啟動2#冷水機(jī)組、2#(1#)冷凍泵、2#(1#)冷卻泵、1#冷卻塔工作。1．2變流量系統(tǒng)供回水旁通閥安裝位置目前，工程多見變流量空調(diào)系統(tǒng)，而空調(diào)設(shè)計(jì)中多為2臺及2臺以上的冷水機(jī)組工程，基本都采用計(jì)算冷負(fù)荷方法實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組臺數(shù)控制，但是，冷負(fù)荷計(jì)算精度至關(guān)重要，否則不能實(shí)現(xiàn)理想控制目標(biāo)。分水器有2個及2個以上分水系統(tǒng)當(dāng)分水器有2個及2個以上分水系統(tǒng)時，在負(fù)荷回水干管上裝設(shè)流量計(jì)，用流量乘以負(fù)荷供回水溫差再乘常數(shù)就等于現(xiàn)場實(shí)際冷量。用實(shí)際冷量與單臺冷水機(jī)冷量比較，再決定增加或減少冷水機(jī)組的工作臺數(shù)。但在現(xiàn)場和很多資料中可以看到，旁通閥安裝在分水器和集水器之間，而流量計(jì)安裝在旁通閥的回水側(cè)。也就是說，流量計(jì)所測的流量是負(fù)荷水和旁通水之和，而回水溫度計(jì)檢測的也是負(fù)荷水和旁通水混合的水溫。由此計(jì)算出冷負(fù)荷誤差太大，因此，建議空調(diào)設(shè)計(jì)在考慮有樓宇控制的工程中，供回水旁通閥應(yīng)在冷凍泵供回水并連管道處兩側(cè)安裝，并且留有從集水器至旁通閥有15倍回水管徑的水平直線段的要求(負(fù)荷回水段)，這樣回水溫度探側(cè)器也安裝在此回水直線段管路上，由此計(jì)算出的冷負(fù)荷就可保證其精度。無分水器或只有1個分水用戶冷水機(jī)組工程無分水器或只有1個分水用戶時，不存在上述問題。只需保證流量計(jì)的管徑回水管15倍并水平直線段安裝這樣的條件即可。1．3多個換熱系統(tǒng)的工程盡量簡化系統(tǒng)傳統(tǒng)的多個換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，每個子系統(tǒng)都有自己的獨(dú)立膨脹水箱和補(bǔ)水泵，這樣，I／O點(diǎn)數(shù)增多，增加了DDC控制器的容量或控制器臺數(shù)。如果從工藝角度考慮，減少膨脹水箱和補(bǔ)水泵，既做到滿足系統(tǒng)需求，I／O點(diǎn)數(shù)又少，做出了各專業(yè)都合理的方案。筆者曾見過一個工程具有空調(diào)(冷熱)采暖熱水鍋爐、地?zé)?、風(fēng)幕4個系統(tǒng)采用2個膨脹水箱8臺補(bǔ)水泵，改造后為2個膨脹水箱2臺補(bǔ)水泵。使I／O點(diǎn)明顯減少，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降低，可見系統(tǒng)更加合理。1．4采用群機(jī)、群泵、群塔系統(tǒng)對冷水機(jī)組臺數(shù)控制時必須加裝電動蝶閥采用群機(jī)、群泵、群塔系統(tǒng)對冷水機(jī)組臺數(shù)控制時，各臺冷水機(jī)組蒸發(fā)器和冷凝器進(jìn)出水手閥必須在開閥狀態(tài)下運(yùn)行，才能確保冷量負(fù)荷增大時自動增加一臺冷水機(jī)組滿足冷負(fù)荷需要。由于開機(jī)、停機(jī)都有水通過冷水機(jī)組向負(fù)荷供水，而此水為混合水，主要為蒸發(fā)器換熱后的冷水，另一部分未經(jīng)換熱的回水又混合向負(fù)荷供水，使冷凍水質(zhì)量下降，為此，應(yīng)在蒸發(fā)器和冷凝器的出口加裝電動蝶閥以確保供水質(zhì)量。1．5并連換熱器系統(tǒng)，一次加裝電動蝶閥實(shí)現(xiàn)換熱器臺數(shù)控制換熱器容量和臺數(shù)是暖通專業(yè)按最大負(fù)荷條件選擇的，而在實(shí)際運(yùn)行中，最大負(fù)荷發(fā)生的時間很短，系統(tǒng)經(jīng)常處于負(fù)荷率不高的條件下運(yùn)行，尤其是寫字樓、綜合樓等功能建筑物，只是一般工作制，員工下班后和休息日，大廈基本上處于保系統(tǒng)低溫運(yùn)行，因此，換熱器臺數(shù)可以減少為1臺工作，這樣一次加熱系統(tǒng)換熱負(fù)荷下降，甚至一次水溫也可以根據(jù)自身?xiàng)l件改變設(shè)定溫度，從而節(jié)約能源，在水—水換熱器一次回水側(cè)加裝電動蝶閥來實(shí)現(xiàn)控制(氣—水換熱器應(yīng)在一次供氣管路上加裝)。1．6北方地區(qū)冷凍泵、冷卻泵不必一定安裝備用泵筆者有先后6年參與長春兩個安裝中央空調(diào)的大廈的運(yùn)行管理。其中的冷凍泵、冷卻泵，均較冷水機(jī)組多出一臺作為備用，實(shí)踐中冷水機(jī)組沒有全部同時使用。而且泵均是屬于夏季工作，冬季停機(jī)，負(fù)荷處于最大負(fù)荷的30％~70％的時間多(詳見下表)，保養(yǎng)和維修可利用低負(fù)荷及冬季進(jìn)行，所以，安裝備用泵意義不大。冷凍泵應(yīng)與采暖循環(huán)泵分開設(shè)置。采用群機(jī)、群泵、群塔系統(tǒng)，實(shí)施應(yīng)用非常靈活。1．7提供電動調(diào)節(jié)閥兩端的壓差等參數(shù)電動調(diào)節(jié)閥口徑選擇至關(guān)重要，兩端壓差是選擇的重要依據(jù)，口徑選擇恰當(dāng)保證了流通能力，否則可能出現(xiàn)閥門開度最大或開度最小仍不能滿足調(diào)節(jié)需求。因此，空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)提供電動調(diào)節(jié)閥安裝位置、工藝管徑、媒體溫度、性質(zhì)、壓力、兩端壓力差等參數(shù)。1．8空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)臺數(shù)現(xiàn)場DDC控制器一般情況按控制2臺空調(diào)機(jī)或新風(fēng)機(jī)配置，空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)臺數(shù)愈多，DDC控制器和傳感器就愈多，甚至樓控投資要多于空調(diào)投資。例如，C樓標(biāo)準(zhǔn)層每層選用4臺5000m3／h空調(diào)機(jī)(冷熱水閥和加濕閥)每層選用2臺MEC-200控制器控制(四套設(shè)備所用驅(qū)動器、閥門、傳感器)，每層樓控較空調(diào)設(shè)備費(fèi)多2．5萬元。如果一層用一臺或二層用一臺空調(diào)機(jī)，DDC控制器仍是一臺可以控制二臺空調(diào)設(shè)備，那么驅(qū)動器、閥門、傳感隨空調(diào)設(shè)備臺數(shù)而減少，可見基建費(fèi)用差別多大。因此，如何考慮空調(diào)機(jī)和新風(fēng)機(jī)的臺數(shù)配置的是影響B(tài)AS投資的重要因素。1．9加裝旁通閥空調(diào)水系統(tǒng)根據(jù)控制的需要在不同部位安裝了電動蝶閥和電動調(diào)節(jié)閥，為了使檢修處理故障時不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)在空調(diào)設(shè)計(jì)中考慮旁通閥的設(shè)計(jì)，并為電動蝶閥和電動調(diào)節(jié)閥留有水平和垂直距離上的安裝空間。1．10送風(fēng)機(jī)在很多工程中，地下各層送風(fēng)機(jī)在火災(zāi)時兼做送風(fēng)機(jī)用(滿足規(guī)范要求50％排煙量的送風(fēng)量)，北方寒冷地區(qū)為了防止冬季凍壞空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)備，均選用帶有回風(fēng)風(fēng)閥的送風(fēng)機(jī)，新風(fēng)閥采用保溫閥關(guān)閉，回風(fēng)閥在手動打開情況下運(yùn)行。這樣系統(tǒng)就有在火災(zāi)時新風(fēng)閥需打開，回風(fēng)閥應(yīng)關(guān)閉(否則有可能因回風(fēng)而送出煙氣)，而新風(fēng)閥是由樓控有源控制，消防又不能控制，而萬一樓控不好用，就無法送風(fēng)。筆者建議此種系統(tǒng)送風(fēng)設(shè)計(jì)兩個新風(fēng)閥，1個閥由樓控有源自動控制，另一個閥則由消防有源自動控制。主管路仍然為1路，回風(fēng)閥由消防聯(lián)動控制。送風(fēng)機(jī)的啟／停由于是無源控制，樓控和消防均可以控制，使樓控與消防獨(dú)立分開各完成自己的控制功能。1．11熱負(fù)荷計(jì)量二管制系統(tǒng)，可以利用計(jì)量冷負(fù)荷的流量計(jì)和供回水溫度差，用計(jì)算冷負(fù)荷同一公式來計(jì)算熱負(fù)荷。但需要將換熱器二次供水管接在冷凍泵并連供水管路與供回水旁通閥匯合處，換熱器二次回水管接至冷凍泵并連回水管路與供回水旁通閥匯合處(此時流量計(jì)安裝于匯合點(diǎn)上游)即可。1．12冷水機(jī)組臺數(shù)設(shè)置筆者根據(jù)幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為冷機(jī)設(shè)置3臺較為合理。如果臺數(shù)多于3臺占地面積大，操作復(fù)雜，I／O點(diǎn)數(shù)多，樓控費(fèi)用增加，同時使用率低。2臺運(yùn)行不靈活，只有2種運(yùn)行方式，不利于節(jié)能。3臺應(yīng)選擇1小(總冷量1／4)2大(總冷量3／4)，共有5種運(yùn)行方式。運(yùn)行靈活，制冷效率基本能在運(yùn)行高效區(qū)工作，有利于節(jié)能。1．13空調(diào)機(jī)組回風(fēng)管道設(shè)置有的工程采用吊頂空調(diào)機(jī)組，設(shè)計(jì)中利用吊頂做靜壓箱，不專門設(shè)置回風(fēng)管道，在使用中回風(fēng)溫度檢測控測器沒有安裝位置，隨意放在吊頂上，實(shí)踐證明，這種運(yùn)行方式調(diào)節(jié)性能差，不能滿足工藝需求。從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上設(shè)置一段回路管路較為合理，在落地專用機(jī)組布置時，當(dāng)機(jī)房相鄰使用場所不設(shè)回風(fēng)管道，但需將回風(fēng)口用管道引至相鄰?fù)鈮μ旎ò逶O(shè)置回風(fēng)百頁處即可。2DDC控制器配置原則2．1設(shè)備臺數(shù)集中的場所冷站、鍋爐房、換熱站、變電所均為設(shè)備集中場所，均應(yīng)選擇大容量DDC控制器。例如：Honeywell、Excel5000、XL-500、Siemens600、MBC。XL-500I／O點(diǎn)為128、MBC，可帶I／O模塊80個(每個I／O模塊為1或2或4點(diǎn))，均可以擴(kuò)展。例如，某工程投標(biāo)書：XL-500模擬和數(shù)字輸入輸出混合用時650元／點(diǎn)，純數(shù)字輸入輸出為400元／點(diǎn)。XL-50模擬和數(shù)字輸入輸出混合用時850元／點(diǎn)(上述只考慮控制器的單價，不包括傳感器和執(zhí)行器)。從經(jīng)濟(jì)條件下考慮由上述可見，有條件選用大容量的DDC控制器是合理的。2．2流程相關(guān)的設(shè)備需求，應(yīng)配置同一控制器按流程相關(guān)的設(shè)備需求應(yīng)配置同一控制器，這樣便于調(diào)試和運(yùn)行(監(jiān)視)維修。例如：同一冷站控制器監(jiān)視、控制、管理除冷水機(jī)組、冷凍泵、冷卻泵、補(bǔ)水泵外，還應(yīng)包括距冷站安裝距離較遠(yuǎn)的冷卻塔、膨脹水箱。熱源系統(tǒng)中的鍋爐、鍋爐一次循環(huán)泵、鍋爐給水泵、熱交換器、二次采暖循環(huán)泵及與鍋爐有關(guān)的交換器、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、膨脹水箱(其中包括各不同安裝位置)也應(yīng)放同一控制器。2．3按運(yùn)行時間和季節(jié)配置控制器按上述配置，有的設(shè)備是屬于夏季運(yùn)行、冬季停機(jī)，有的冬季運(yùn)行、夏季停機(jī)，有的全年運(yùn)行。下面分析一般工程設(shè)備的運(yùn)行季節(jié)。夏季運(yùn)行設(shè)備：冷水機(jī)組、冷凍泵、冷卻泵、冷卻風(fēng)塔、專用供冷站的變配電設(shè)備。冬季運(yùn)行設(shè)備：采暖用熱水燃油鍋爐、采暖用熱交換器、鍋爐熱水循環(huán)泵(一次)、采暖循環(huán)泵(二次)、燃油鍋爐供油泵、鍋爐給水泵(除工程中的生活熱水用蒸汽燃油鍋爐換熱時為四季用外，其余為冬季運(yùn)行)、地?zé)?、熱風(fēng)幕用熱交換器及相關(guān)的循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、膨脹水箱等。全年運(yùn)行設(shè)備：生活熱水用蒸汽燃油鍋爐及蒸汽鍋爐補(bǔ)水泵、軟化器、軟化水箱、凝結(jié)水箱、凝結(jié)水泵、空調(diào)補(bǔ)水泵、空調(diào)膨脹水箱、空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管行)、生活熱水用熱交換器及循環(huán)泵、游泳池用的加熱器、循環(huán)過濾泵、加藥器、給排水設(shè)備、送排風(fēng)機(jī)、電梯、照明、供配電設(shè)備、分水器、集水器，供回水旁通閥(指供暖地區(qū))、水池、生活與消防合用的水箱等?？蓪⑷赀\(yùn)行安置在一個控制器上，這樣便于按季節(jié)維修控制器時，系統(tǒng)運(yùn)行不受影響。2．4系統(tǒng)出現(xiàn)2條及以上通訊總線時的配置2．4．1無網(wǎng)絡(luò)控制器有的產(chǎn)品中央工作站與現(xiàn)場控制器DDC通訊中的只加轉(zhuǎn)換器無有網(wǎng)絡(luò)控制器，例如：Excel500中央工作站通過xpc-500或Q7055轉(zhuǎn)換器后，可以連接3條C—Bus總線，每條可接29臺DDC控制器。SiemensS600中央工作站通過538-675換器可接4條BLN總線，每條可接100臺DDC控制器，控制器之間工作中需要通信的，在無條件安置在一臺控制器時，要盡量安置同一條C-Bus或同一條BLN總線上，這樣可以確保通信不受工作站故障影響，仍然能滿足通信的工藝要求。例如：冷站控制器與膨脹水箱、冷卻風(fēng)塔的控制器不在同一控制器上，但兩臺控制器應(yīng)下掛在同一總線上。2．4．2有網(wǎng)絡(luò)控制器有的產(chǎn)品中央工作站與現(xiàn)場控制器DDC通訊中間需安裝網(wǎng)絡(luò)控制器。例如：Johnson產(chǎn)品中央站與DDC控制器之間需要安裝網(wǎng)絡(luò)控制器，這樣就存在不同網(wǎng)絡(luò)控制器下掛的DDC控制器在任何1個網(wǎng)絡(luò)控制器故障情況下不能通訊，因此，這樣的系統(tǒng)工作中有通訊要求的應(yīng)安置在同一網(wǎng)絡(luò)控制器下掛總線上。2．5按監(jiān)控對象的安裝地點(diǎn)進(jìn)行配置當(dāng)監(jiān)控對象安裝較集中，同一房間相鄰房間和相鄰樓層時，又是相互無關(guān)互相獨(dú)立應(yīng)充分運(yùn)用DDC控制器容量布置在一臺控制器上，如果有富裕I／0點(diǎn)，布線長度又在產(chǎn)品允許范圍內(nèi)，而且是獨(dú)立的不需要與其它DDC通訊的點(diǎn)都可以布置在一個控制器上。(SiemensI／O線最長230m，DI／DO：14AWG-22AWG、AI／AO：18AWG-20AWG)。2．6DDC控制器不同的配置比較后，再做推薦方案對工程中根據(jù)監(jiān)視、控制、管理設(shè)備的使用功能和分布地點(diǎn)，現(xiàn)場需求，采用不同的控制器配置不同方案，需要綜合比較才能決策推薦方案。例如，某工程設(shè)備分布、功能、監(jiān)控內(nèi)容管理需求己確定可以考慮DDC配置條件，采用XL-500集中配置，還是采用XL-500通過Lon-Bus總線擴(kuò)展方案，或者采用XL-500和XL-100組合方案。當(dāng)采用MBC擴(kuò)展方案還是采用MBC和MEC組合方案，甚至于還有MEC擴(kuò)展與多個MEC配置方案，都需要做一定工作后，從性能價格比，使用維修等綜合比較后再做推薦方案。2．7DDC控制器監(jiān)控目標(biāo)為空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)時的配置在高層建筑中，有很多相同的功能、相同平面的樓層，空調(diào)設(shè)備布置為同一平面位置同一設(shè)備臺數(shù)。DDC控制器一般都選擇1臺中型控制器控制2臺空調(diào)機(jī)或新風(fēng)機(jī)，或設(shè)備臺數(shù)多時應(yīng)選用大型控制器。此種配置采用不同控制器分別監(jiān)視、控制、管理朝南和朝北較為合理。這樣在編制開機(jī)、停機(jī)時間上，設(shè)定溫度上均能按組(朝向)，甚至于按樓層和朝向分組編制時間表運(yùn)行更加便捷。3DDC控制器監(jiān)視、控制、管理原則DDC控制器是建筑設(shè)備自動化最重要的組成部分，它能編制存儲程序，使設(shè)備按程序運(yùn)行，可采集設(shè)備各種準(zhǔn)備、運(yùn)行、故障狀態(tài)傳輸?shù)焦ぷ髡?，并接受工作站的各種命令及時傳輸給設(shè)備及執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成命令，由此可以看到DDC控制器在系統(tǒng)中的重要作用。DDC控制器對建筑物內(nèi)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，熱源和交換系統(tǒng)、冷凍和冷卻系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、公共照明系統(tǒng)、電梯和扶梯等系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制、管理。但在設(shè)計(jì)中要執(zhí)行國家、各部委規(guī)程、規(guī)范、規(guī)定的要求，下面談?wù)劰P者的看法。3．1與消防設(shè)施的界面3．1．1DDC控制器不能監(jiān)控消防專用設(shè)備及設(shè)施屬于消防專用設(shè)備及設(shè)施的有：水滅火用消火栓、噴淋水泵、防排煙用排煙機(jī)、正壓送風(fēng)機(jī)、防火卷簾、電梯回降首層、消防電梯、消防電梯集水坑污水泵、火災(zāi)應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志燈、應(yīng)急廣播、供消防設(shè)施供電電源、消防專用貯水池和專用高位水箱。3．1．2DDC控制器監(jiān)控正常工作與火災(zāi)發(fā)生用的設(shè)備及設(shè)施(1)地下層排煙機(jī)：通常設(shè)計(jì)中在正常工作時兼作排風(fēng)機(jī)。但一種為雙速電機(jī)單風(fēng)道系統(tǒng)，低速為正常工作時排風(fēng)用，DDC控制器應(yīng)該監(jiān)控。高速為火災(zāi)時用，由火災(zāi)控制器監(jiān)控。另外一種為雙電機(jī)，兩臺電機(jī)不等容量時，往往小風(fēng)量電機(jī)為正常工作時排風(fēng)用，DDC控制器應(yīng)該監(jiān)控。另一臺大風(fēng)量與小風(fēng)量風(fēng)機(jī)均在火災(zāi)時用，由火災(zāi)控制器監(jiān)控；(2)地下室送風(fēng)機(jī)：有些工程將地下室送風(fēng)機(jī)兼作火災(zāi)時送風(fēng)用，滿足規(guī)范要求50％排煙量。這類設(shè)備DDC控制器在正常工作時應(yīng)監(jiān)控，作為送風(fēng)機(jī)用。在火災(zāi)時由火災(zāi)控制器監(jiān)控起、停，并打開專用新風(fēng)閥，關(guān)閉回風(fēng)閥；(3)生活與消防合用貯水池或高位水箱；當(dāng)生活和消防合用貯水池時，水位下降到稍高于消防水位信號，由DDC控制器檢測后發(fā)出低水位報(bào)警，并且停止生活給水，值班人員查找原因，應(yīng)向水池內(nèi)注水，并設(shè)稍低于溢流水位時DDC控制器發(fā)高水位報(bào)警(如果設(shè)置給水電動閥，接到高位信號后，應(yīng)立即關(guān)閉