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BA控制系統(tǒng)在空調(diào)中的應(yīng)用研究論文
摘要：本文通過對空調(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)系統(tǒng)，力圖使二者在技術(shù)上緊密結(jié)合在一起；通過本文的探討獲得了一些初步的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：BA控制系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用研究
1引言
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，成熟的計(jì)算機(jī)檢測、控制、通信技術(shù)以及價(jià)格比較適中的相應(yīng)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)；使得實(shí)現(xiàn)空調(diào)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)(DCS)不再是什么難事；作為智能建筑3A系統(tǒng)之一的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)對大樓的水電空調(diào)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；與舊的系統(tǒng)比，它不但節(jié)能，而且管理相當(dāng)方便；但如何使空調(diào)系統(tǒng)能有效地工作，卻不是件容易的事。
我國智能建筑為數(shù)不少，其中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)大都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集散控制(DCS)，體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)、水泵、制冷設(shè)備的自動(dòng)控制及建筑物內(nèi)房間溫濕度的自動(dòng)檢測和控制，真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和管理的系統(tǒng)為數(shù)甚少�？梢赃@樣說，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集散控制，只是建筑設(shè)備自動(dòng)化的初級階級，只有將人工智能技術(shù)和專家知識引入內(nèi)部環(huán)境和設(shè)備的管理系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到優(yōu)化，這樣會(huì)使建筑設(shè)備自動(dòng)化達(dá)到較高的水平，并真正體現(xiàn)其優(yōu)越性。針對廣州百貨大樓新翼大廈的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，筆者在實(shí)現(xiàn)其智能控制和管理自動(dòng)化方面進(jìn)行了初步的研究，并在實(shí)際工程的運(yùn)行中取得較好的使用效果。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)主往往對這一統(tǒng)抱以很高的期望。然而，從許多已竣工的項(xiàng)目來看，并沒有達(dá)到預(yù)期的效果，其中突出表現(xiàn)以下二個(gè)方面：
(1)開通率底，距業(yè)內(nèi)人士的估計(jì)，不超過20％；
(2)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，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。
2空調(diào)BAS控制方案的優(yōu)化
2．1直接數(shù)字控制器(DDC)的選用、布置
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IMB的RAl4，尤其是能夠和I／O擴(kuò)展模塊連接達(dá)到輻人輸出功能的擴(kuò)展，例如SIEMENSMBC可以掛接40個(gè)I／O模塊，TrendIQ251控制器允許有8．16的接口擴(kuò)展能力。對空氣處理機(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，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)場合，在空調(diào)通風(fēng)的現(xiàn)場設(shè)備編制工程中不應(yīng)將其排斥在外。
控制器一般應(yīng)靠近受控設(shè)備，它與相應(yīng)配電箱并列布置以利于布線。同一個(gè)機(jī)房內(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，但對日后的管理和調(diào)試是不利的，不值得推薦�？刂破鞯碾娫匆思泄⿷�(yīng)，有條件可以從UPS總電源引出；從受控設(shè)備現(xiàn)場引用電源的做法不值得推薦。
2.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)盡可能簡化、清晰，無論基于IS485總線或基于LonTalk總線的控制網(wǎng)絡(luò)都是如此。分支、分級多的網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜、可靠性低。TonTalk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。大型工程可以考慮樓層網(wǎng)絡(luò)分級，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。
2．3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。但目前受到各種條件限制，LonWorks技術(shù)優(yōu)勢還不能完全發(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)。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)它們在不同程度上部分采用或部分支持現(xiàn)場總線技術(shù)，這種取長補(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ASHRAE制定并頒布，是現(xiàn)行美國國家標(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。總之，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。
2．4控制權(quán)
通常Bug是按從中央控制站集中管理的原則，有時(shí)也有其不便的一面。在某些場合(如會(huì)議室)將空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定功能放置在現(xiàn)場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：HoneywellT7780A數(shù)字顯示墻掛式Lon分站，可以完成設(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Lonwork總在液晶面板上顯示房間的溫度，通過4個(gè)按鈕連線驅(qū)動(dòng)空調(diào)箱的DDC控制器執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
2．5控制策略
PID控制：空氣處理機(jī)的DDC通常采用PID控制，PID參數(shù)的合理選擇對空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常關(guān)鍵。PID系數(shù)高，空調(diào)對室內(nèi)溫度波動(dòng)的反應(yīng)特性曲線陡，達(dá)到設(shè)定溫度的過度過程短；PID系數(shù)低，達(dá)到設(shè)定溫度的過度過程長。但PID系數(shù)太高，易引起DDC系統(tǒng)失控。PID能解決大部分場合的空調(diào)控制，但對于影劇院等大熱慣性空調(diào)場合，靠高的PID系數(shù)來提高空調(diào)機(jī)組對負(fù)荷變化的響應(yīng)速度是不足以解決問題的，這時(shí)可以采用雙級控制。即分別在主調(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控制系統(tǒng)的影響，副加C通常只需采用比例控制算法(P)，不可加入積分分量①。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：SIEMENSUC—2控制器。BA系統(tǒng)對空調(diào)的節(jié)能控制有多種手段可以采用，例如室內(nèi)外燴值比較法、二氧化碳等污染物濃度檢測法確定新風(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、商場等場合，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)。
2．6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。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、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，對空調(diào)系統(tǒng)的影響將是長期的，且很難發(fā)現(xiàn)問題癥結(jié)所在。
2．7BAS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。推薦的做法是在冷凍機(jī)房和鍋爐房現(xiàn)場控制室另設(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。
3結(jié)論
本文通過對空調(diào)系統(tǒng)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)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，總結(jié)如下：
(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)BA系統(tǒng)控制器、傳感器、執(zhí)行器電源宜獨(dú)立與受控設(shè)備集中供電。
(5)根據(jù)空調(diào)現(xiàn)場和靈活運(yùn)用控制程序和控制策略；
(6)集散型控制技術(shù)向現(xiàn)場總線控制技術(shù)轉(zhuǎn)型是技術(shù)趨勢，集散控制仍是目前主流技術(shù)；
(7)實(shí)現(xiàn)BAS，應(yīng)給空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)場的用戶留下必要的控制權(quán)利，不可過度集中；
(8)冷凍房和鍋爐現(xiàn)場控制室宜另設(shè)置一臺(tái)監(jiān)控分站，負(fù)責(zé)冷水機(jī)組和鍋爐的監(jiān)控；
參考文獻(xiàn)
[1)程大章，龍惟定．智能化大樓的建筑設(shè)備．
[2]蔣澄．常州亞細(xì)亞電子技術(shù)有限公司．樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析．
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