文｜北京江森自控有限公司 劉麗娜

1 引言

廣州國際金融中心亦稱廣州西塔，是廣州珠江新城6大標志性建筑之一，位于珠江新城西南部核心金融商務(wù)區(qū)。項目占地面積31000m2，總建筑面積約448000m2，由地下4層、地上103層的主塔樓和28層的附樓組成，包括白金五星級酒店、智能化超甲級寫字樓、會議中心、酒店式公寓、高檔商場、高級餐廳、地下停車庫、貴賓登機通道等，樓高432m，是華南地區(qū)最頂級綜合性商務(wù)物業(yè)的代表。

廣州西塔對建筑物機電設(shè)備節(jié)能有很高的要求。其內(nèi)部分布著冷水機、電梯、高低壓變配電柜、大量的空調(diào)風柜、照明配電柜、給排水泵等機電設(shè)備。要實現(xiàn)機電設(shè)備節(jié)能，對建筑物內(nèi)的所有機電設(shè)備進行統(tǒng)一管理、節(jié)能控制，收集報表進行數(shù)據(jù)分析尤為重要。而西塔項目采用了VAV變風量系統(tǒng)和能夠?qū)崿F(xiàn)良好節(jié)能效果的變靜壓控制方式，能否在滿足舒適性要求的前提下使VAV變風量空調(diào)系統(tǒng)盡可能地節(jié)能，是決定該項目建筑設(shè)備自動監(jiān)控系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。本文將介紹該項目建筑設(shè)備自動監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是VAV變風量空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控環(huán)節(jié)的設(shè)計。

2 系統(tǒng)配置

圖1 西塔建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）建筑特點

西塔項目具有以下突出特點：

◆ 機電設(shè)備分布比較分散，要求BAS系統(tǒng)采用分區(qū)域監(jiān)控的方式；

◆ 項目整體可按建筑結(jié)構(gòu)分為地下室裙樓區(qū)域、辦公區(qū)域、酒店區(qū)域三大區(qū)域，其中辦公區(qū)域采用了VAV變風量空調(diào)系統(tǒng)，酒店區(qū)域采用了風機盤管系統(tǒng)；

◆ 各樓層建筑機電設(shè)備多且分布分散，需要充分考慮控制總線的長度問題。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

西塔建筑設(shè)備自動監(jiān)控系統(tǒng)采用完全集成化、網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)架構(gòu)，融合了信息技術(shù)（IT）及互聯(lián)網(wǎng)的各種技術(shù)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上支持BACnet協(xié)議標準，管理層上支持BACnet/IP協(xié)議，控制層上支持BACnet MS/TP協(xié)議。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

（3）系統(tǒng)配置要點

為與項目的建筑特點相適應(yīng)，BAS系統(tǒng)需具備分散控制、區(qū)域管理、集中管理的功能；由于采用了VAV變風量空調(diào)系統(tǒng)，BAS系統(tǒng)需不斷處理大量的數(shù)據(jù)，相關(guān)產(chǎn)品需具備較高的性能。

①控制中心配置一套先進的系統(tǒng)管理軟件，應(yīng)用當前主流的IT技術(shù)，包括B/S結(jié)構(gòu)、Web Service技術(shù)、JAVA技術(shù)、XML技術(shù)等，以應(yīng)對將來與信息系統(tǒng)的集成。

②控制中心配置兩臺服務(wù)器，分別用于系統(tǒng)自動運行操作和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布管理；酒店區(qū)域設(shè)置一臺服務(wù)器，用于對酒店區(qū)域系統(tǒng)的管理。

③根據(jù)建筑物特點，配置兩臺工作站，用于相應(yīng)的操作管理。

④三大區(qū)域分別設(shè)計相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)控制器。網(wǎng)絡(luò)控制器與DDC控制器都采用ISO標準通用協(xié)議BACnet，以滿足開放性要求。

⑤VAV控制器按相應(yīng)數(shù)量要求掛在網(wǎng)絡(luò)控制器下，由網(wǎng)絡(luò)控制器完成數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)區(qū)域管理的功能，以防止因服務(wù)器直接進行所有控制器的數(shù)據(jù)處理而造成系統(tǒng)堵塞。

⑥要求第三方系統(tǒng)，如冷源系統(tǒng)、熱水鍋爐系統(tǒng)、給排水兩用變頻泵組、給水變頻泵組等，提供標準接口。所有系統(tǒng)接口的管理統(tǒng)一由網(wǎng)絡(luò)控制器承擔（達到硬集成的目的），可不依賴于控制中心服務(wù)器。

3 系統(tǒng)控制功能

西塔項目冷源系統(tǒng)等第三方系統(tǒng)配置了專用接口設(shè)備，用于實現(xiàn)所有第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成。

3.1 冷源系統(tǒng)監(jiān)測

冷源群控的內(nèi)容包括對冷水機組、冷凍一次泵、冷凍二次泵變頻、冷卻水泵、冷卻塔等的監(jiān)控以及冷源系統(tǒng)的群控。各設(shè)備提供統(tǒng)一的接口，以便將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給BAS，實現(xiàn)集中監(jiān)控與管理。BAS向能源管理系統(tǒng)開放其所控設(shè)備的狀態(tài)及設(shè)備的電流、電壓、諧波狀況、電耗等相關(guān)電能參數(shù)。BAS對冷源系統(tǒng)只做監(jiān)視，不做控制。

3.2 冷風柜監(jiān)控

冷風柜監(jiān)控采用自適應(yīng)控制與模糊控制原理等高級控制軟件，自動改變溫度設(shè)定值，提高控制精度，以達到節(jié)能的目的。監(jiān)控的內(nèi)容包括：冷風柜風機的啟?？刂?，風機運行狀態(tài)、故障報警、手/自動狀態(tài)監(jiān)測，回風溫度、送風溫度監(jiān)測，風機壓差監(jiān)測，過濾網(wǎng)前后壓差監(jiān)測，冷水閥調(diào)節(jié)，新風閥調(diào)節(jié)和回風閥調(diào)節(jié)。

監(jiān)控原理，如圖2所示。

夏季室溫要求一般為最高不超過26℃，常規(guī)控制的空調(diào)系統(tǒng)的控制精度為±1℃，則設(shè)定值應(yīng)為25℃；如果控制精度為±0.5℃，則設(shè)定值可提高至25.5℃。設(shè)定值每提高1℃可以節(jié)省8%的冷量；而中央監(jiān)控同常規(guī)控制相比，控制精度有大幅提高。一般來說，用中央監(jiān)控代替常規(guī)空調(diào)控制所帶來的控制精度的提高，可以節(jié)省30%左右的冷量，這對于減少運行費用與節(jié)約能源均有重要意義。

根據(jù)實際情況，西塔項目空調(diào)系統(tǒng)共設(shè)計了11項監(jiān)控內(nèi)容。

（1）回風溫度監(jiān)控

DDC控制器會監(jiān)測回風溫度并將它與預(yù)設(shè)的溫度值作比較，進行PID運算并將結(jié)果輸出至冷凍水閥，相應(yīng)地調(diào)節(jié)冷凍水量，將溫度調(diào)節(jié)至要求的范圍內(nèi)。

（2）風機開關(guān)控制

風機的開關(guān)控制主要是根據(jù)BAS系統(tǒng)預(yù)設(shè)的時間表來進行啟?？刂苹蚋鶕?jù)氣體探測器測得的氣體質(zhì)量數(shù)據(jù)來進行控制。在一些特別的情況下，如加班時，風機如需要在預(yù)設(shè)時間表之外的時間啟動，用戶還可選擇在BAS操作站上手動啟停風機。

圖2 冷風柜監(jiān)控原理圖

（3）風機狀態(tài)監(jiān)測

BAS系統(tǒng)可自動監(jiān)測風機的狀態(tài)是否與控制要求一致；如不一致，BAS系統(tǒng)會同時定義此狀態(tài)點與控制點出現(xiàn)故障，并以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員進行相應(yīng)的處理工作。BAS系統(tǒng)還會將有關(guān)的事項一一記錄，作日后檢查之用。另外，BAS系統(tǒng)允許用戶自行設(shè)定對設(shè)備累計運行時間的測量，以便維修人員在設(shè)備運行至一定時間后進行維修工作。

（4）風機跳閘報警監(jiān)測

DDC控制器會監(jiān)測風機熱繼電器跳閘報警，在有報警時關(guān)停風機并以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關(guān)人員進行檢修。而BAS系統(tǒng)也會將有關(guān)的事項一一記錄，作日后檢查之用。

（5）風機手/自動切換狀態(tài)監(jiān)視

BAS系統(tǒng)實時對風機的手/自動運行狀態(tài)進行監(jiān)視，了解風機的運行狀態(tài)。

（6）冷水閥聯(lián)鎖

冷水閥與風機狀態(tài)聯(lián)鎖；風機關(guān)閉時，冷水閥關(guān)閉。

（7）送風溫度監(jiān)測

通過設(shè)置在送風口的送風溫度傳感器對送風溫度進行監(jiān)測，并對監(jiān)測值與設(shè)定值進行比較。

（8）濾網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測

BAS系統(tǒng)借助壓差開關(guān)監(jiān)測風機前過濾網(wǎng)前后的壓差。當壓差超過壓差開關(guān)的預(yù)設(shè)值（在壓差開關(guān)上可調(diào)），BAS系統(tǒng)會以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關(guān)人員進行濾網(wǎng)清洗工作。而BAS系統(tǒng)也會將有關(guān)的事項一一記錄，作日后檢查和分析之用。

（9）風機壓差狀態(tài)監(jiān)測

BAS系統(tǒng)借助壓差開關(guān)監(jiān)測風機前后的壓差。當風機運行狀態(tài)為開啟時，如壓差低于壓差開關(guān)的預(yù)設(shè)值（在壓差開關(guān)上可調(diào)），BAS系統(tǒng)會以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關(guān)人員進行維修。而BAS系統(tǒng)也會將有關(guān)的事項一一記錄，作日后檢查和分析之用。

（10）過渡季節(jié)轉(zhuǎn)換設(shè)定

BAS系統(tǒng)通過軟件設(shè)定空調(diào)系統(tǒng)按過渡季節(jié)工況或夏季工況運行?？照{(diào)系統(tǒng)冬夏季以最小新風模式運行，根據(jù)回風溫度控制冷水閥開度；過渡季時充分利用室外新風，降低空調(diào)能耗。

（11）新回風閥開度控制

BAS系統(tǒng)分別對室外溫度、回風溫度、送風溫度與設(shè)定溫度進行比較，根據(jù)結(jié)果調(diào)整新回風閥開度。在夏季模式下，在保證滿足最小新風量要求的同時，充分利用回風冷量；過渡季時充分利用室外新風，降低空調(diào)能耗。

3.3 新風冷風柜監(jiān)控

新風冷風柜監(jiān)控的內(nèi)容包括新風冷風柜風機的啟停控制，風機運行狀態(tài)、故障報警、手/自動狀態(tài)監(jiān)測，送風溫度監(jiān)測，風機壓差監(jiān)測，過濾網(wǎng)前后壓差監(jiān)測，冷水閥調(diào)節(jié)。監(jiān)控原理如圖3所示。

3.4 變頻冷風柜監(jiān)控

變頻冷風柜監(jiān)控的內(nèi)容包括變頻冷風柜風機的啟?？刂?，風機運行狀態(tài)、故障報警、手/自動狀態(tài)監(jiān)控，回風溫度、送風溫度監(jiān)測，風機壓差監(jiān)測，過濾網(wǎng)前后壓差監(jiān)測，冷水閥調(diào)節(jié)，變頻器故障監(jiān)測，以及頻率反饋、變頻控制、新風閥調(diào)節(jié)、回風閥調(diào)節(jié)。監(jiān)控原理，如圖4所示。

變頻器調(diào)節(jié)控制即BAS系統(tǒng)比較回風溫度監(jiān)測值與設(shè)定值，據(jù)此控制變頻器，調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，保證風管內(nèi)壓力恒定，同時將頻率信號反饋至DDC控制器。

變頻器報警監(jiān)測即DDC控制器監(jiān)測變頻器故障報警，在有報警時關(guān)停風機并以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關(guān)人員進行檢修工作；BAS系統(tǒng)將有關(guān)的事項一一記錄，作日后檢查之用。

3.5 變風量風柜監(jiān)控

變風量風柜監(jiān)控的內(nèi)容包括變風量風柜風機的啟?？刂?，風機運行狀態(tài)、故障報警、手/自動狀態(tài)監(jiān)測，送風溫度監(jiān)測，風機壓差監(jiān)測，過濾網(wǎng)前后壓差監(jiān)測，冷水閥調(diào)節(jié)，風管壓力監(jiān)測，CO2濃度監(jiān)測，變頻器故障監(jiān)測，以及頻率反饋、變頻控制、新風閥調(diào)節(jié)、回風閥調(diào)節(jié)、送風閥調(diào)節(jié)。監(jiān)控原理，如圖5所示。

BAS系統(tǒng)比較風管壓力監(jiān)測值與設(shè)定值，據(jù)此控制變頻器，調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，保證垂直送風總管內(nèi)壓力恒定，同時將頻率信號反饋至DDC控制器。

CO2濃度監(jiān)測即通過裝設(shè)在空調(diào)機組的回風管內(nèi)的CO2傳感器監(jiān)測室內(nèi)的CO2濃度，根據(jù)CO2濃度設(shè)定要求自動調(diào)節(jié)定風量箱閥門，保證新風量滿足要求。

圖3 新風冷風柜監(jiān)控原理圖

圖4 變頻冷風柜監(jiān)控原理圖

圖5 變風量風柜監(jiān)控原理圖

3.6 變風量新風冷風柜監(jiān)控

變風量新風冷風柜監(jiān)控的內(nèi)容包括變風量新風冷風柜風機的啟?？刂疲L機運行狀態(tài)、故障報警、手/自動狀態(tài)監(jiān)測，送風溫度監(jiān)測，風機壓差監(jiān)測，過濾網(wǎng)前后壓差監(jiān)測，冷水閥調(diào)節(jié)。

3.7 變頻送風機系統(tǒng)監(jiān)控

變頻送風機系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容包括變頻送風機的啟?？刂疲\行狀態(tài)、故障報警、手/自動狀態(tài)監(jiān)測，風機壓差監(jiān)測。監(jiān)控原理如圖6所示。

3.8 送排風機系統(tǒng)監(jiān)控

送排風機系統(tǒng)監(jiān)控的控制設(shè)備及控制內(nèi)容，如表1所示。

3.9 給排水系統(tǒng)監(jiān)控

給排水系統(tǒng)監(jiān)控的控制設(shè)備及控制內(nèi)容，如表2所示。

（1）潛污泵、水景循環(huán)泵狀態(tài)、故障報警監(jiān)測即DDC控制器監(jiān)測潛污泵、水景循環(huán)泵狀態(tài)及跳閘報警，在有報警時以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關(guān)人員進行檢修。

圖6 變頻送風機系統(tǒng)監(jiān)控原理圖

表1 送排風機系統(tǒng)監(jiān)控對象及監(jiān)控內(nèi)容表

表2 給排水系統(tǒng)監(jiān)控對象及監(jiān)控內(nèi)容表

（2）生活水泵狀態(tài)監(jiān)測即DDC控制器監(jiān)測生活水泵狀態(tài)及跳閘報警，在有報警時以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關(guān)人員進行檢修。

（3）液位報警監(jiān)測即BAS系統(tǒng)對污水井的超高液位報警進行監(jiān)測；對生活水池的超高、高、低、超低液位報警進行監(jiān)測；對補水箱、水景池的超高、超低液位報警進行監(jiān)測；在有報警時，以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關(guān)人員進行檢修。

3.10 熱交換系統(tǒng)監(jiān)控

熱交換系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容，如表3所示。

表3 熱交換系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容表

監(jiān)控原理：

◆ 根據(jù)事先排定的工作及時間表，定時啟停供熱水泵；

◆ 根據(jù)熱水供回水溫差和供水流量測量值，自動計算所需熱負荷量，調(diào)整供熱水泵運行臺數(shù)；

◆ 電動蝶閥與熱水泵聯(lián)絡(luò)啟停；

◆ 根據(jù)熱水供回水壓差自動調(diào)節(jié)旁通閥，維持供回水壓差恒定；

◆ 根據(jù)二次側(cè)供回水溫差調(diào)節(jié)一次側(cè)電動調(diào)節(jié)閥，控制熱交換器的熱水輸入量，使之滿足實際要求。

3.11 VAV末端控制

西塔項目采用“與壓力無關(guān)型”的VAV末端單元。

變風量系統(tǒng)的空氣分配的控制由末端單元（又稱變風量箱，或VAV BOX）負責，根據(jù)房間或區(qū)域內(nèi)溫度傳感器探測到的溫度對進入房間或區(qū)域的送風量進行控制。

末端單元可以是與壓力有關(guān)型（如圖7所示），也可以是與壓力無關(guān)型（如圖8所示）。由于大多數(shù)與VAV系統(tǒng)相連的風道的靜壓是變化的，因此與壓力無關(guān)的控制模式比較適合西塔項目。與壓力無關(guān)的末端單元控制模式能提供極準確的風量控制；在該模式下各房間或區(qū)域的送風量根據(jù)相應(yīng)溫度傳感器的信號進行調(diào)整，不受送風管道內(nèi)壓力變化的干擾。

圖7 與壓力有關(guān)型末端單元示意圖

圖8 與壓力無關(guān)型末端單元示意圖

與壓力無關(guān)的末端單元由一組DDC控制器、進風口差壓變送器、風閥驅(qū)動器和溫度傳感器等控制部件組成。

DDC控制器通過進風口風道傳感器來監(jiān)視供風量，以便保證提供恒定的空氣流量來滿足使用要求。當該空間內(nèi)的空調(diào)負荷改變時，DDC控制器將根據(jù)該空間內(nèi)的溫度傳感器的信號來改變送風量的設(shè)定值，以適應(yīng)該空間的需要。對于任一給定的設(shè)定值，不論進風口的靜壓是否改變，DDC控制器都將保持送風量的恒定。這一模式被稱為“與壓力無關(guān)”型，這一類型的末端單元在由最小到最大的任何設(shè)定值下均能進行恒定送風量控制。

變靜壓控制的指導(dǎo)思想是盡量使每個VAV末端的風閥保持在全開狀態(tài)（70%～90%），盡量減少系統(tǒng)所需靜壓，從而最大限度地降低風機轉(zhuǎn)速，以獲得更佳的節(jié)能效果。另外，由于風閥保持較大開度，變靜壓控制還能降低VAV末端的再生噪音。

變靜壓控制的原理是：首先根據(jù)室內(nèi)溫度設(shè)定值計算出所需風量（送風溫度一定時），將其與風速傳感器計算出的實際風量比較，調(diào)節(jié)風閥開度；當所有風閥開度中的最大值，即POSmax過?。ㄐ∮?0%）時，表明系統(tǒng)靜壓過大，降低風機轉(zhuǎn)速；當POSmax過大（大于90%）時，表明系統(tǒng)靜壓過小，加大風機轉(zhuǎn)速；當VAV末端送風量達到最大值或最小值仍不能滿足室溫要求時，調(diào)節(jié)水路上的電動二通調(diào)節(jié)閥，改變送風溫度。

4 結(jié)束語

廣州國際金融中心以創(chuàng)造高效節(jié)能、綠色環(huán)保、舒適、高性價比、溫馨而安全的環(huán)境為目標，其建筑設(shè)備自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計突出體現(xiàn)了“以人為中心”，創(chuàng)建高效、節(jié)能、安全、舒適、健康的工作、生活環(huán)境的綠色智能建筑思想。該項目的建筑設(shè)備自動監(jiān)控系統(tǒng)所具備的分散控制、區(qū)域管理、集中管理的功能，與其建筑特點相匹配。該項目的VAV變風量空調(diào)系統(tǒng)有近3000套VAV BOX，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)需不斷處理大量的數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)產(chǎn)品的高性能保證了大量VAV設(shè)備在一套系統(tǒng)上的穩(wěn)定運行。該項目的VAV系統(tǒng)采用變靜壓控制方式，獲得了比常規(guī)的定靜壓控制方式更好的節(jié)能效果。

1 李玉云.建筑設(shè)備自動化[M].機械工業(yè)出版社，2006.

2 吳興.樓宇自動化系統(tǒng)概述[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2008，18（29）：189-190.