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BA控制系統(tǒng)在空調中的應用研究論文
摘要：本文通過對空調系統(tǒng)實施BA控制若干技術環(huán)節(jié)的探討；使BA系統(tǒng)更好地服務于受控的空調系統(tǒng)，力圖使二者在技術上緊密結合在一起；通過本文的探討獲得了一些初步的結論。
關鍵詞：BA控制系統(tǒng)空調系統(tǒng)應用研究
1引言
隨著科學技術的飛速發(fā)展，成熟的計算機檢測、控制、通信技術以及價格比較適中的相應產品不斷涌現(xiàn)；使得實現(xiàn)空調計算機集散控制系統(tǒng)(DCS)不再是什么難事；作為智能建筑3A系統(tǒng)之一的樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)對大樓的水電空調等機電設備進行集中的監(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，而且管理相當方便；但如何使空調系統(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，其中通風空調系統(tǒng)大都實現(xiàn)了計算機集散控制(DCS)，體現(xiàn)在實現(xiàn)了風機、水泵、制冷設備的自動控制及建筑物內房間溫濕度的自動檢測和控制，真正實現(xiàn)優(yōu)化控制和管理的系統(tǒng)為數(shù)甚少�？梢赃@樣說，實現(xiàn)通風空調系統(tǒng)計算機集散控制，只是建筑設備自動化的初級階級，只有將人工智能技術和專家知識引入內部環(huán)境和設備的管理系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)運行達到優(yōu)化，這樣會使建筑設備自動化達到較高的水平，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空調系統(tǒng)，筆者在實現(xiàn)其智能控制和管理自動化方面進行了初步的研究，并在實際工程的運行中取得較好的使用效果。實施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，從許多已竣工的項目來看，并沒有達到預期的效果，其中突出表現(xiàn)以下二個方面：
(1)開通率底，距業(yè)內人士的估計，不超過20％；
(2)目前已開通的BAS系統(tǒng)，多數(shù)只實現(xiàn)了建筑設備的自動啟停和監(jiān)測，其節(jié)能也主要表現(xiàn)在一些設備的定時啟閉，而作為建筑耗能的重點空調系統(tǒng)，如何優(yōu)化運行，如何根據實際系統(tǒng)盡可能進行節(jié)能經濟運行則遠未能實現(xiàn)。中央空調系統(tǒng)，管路復雜，運行工況多變，是建筑物能耗大戶。為此實施BA系統(tǒng)一般將空調系統(tǒng)作為監(jiān)控的重點，往往投入60％以上的監(jiān)控點和超過水電監(jiān)控投資總和的投入。部分中小型項目考慮到投資能力，將BA系統(tǒng)僅僅局限于暖通空調系統(tǒng)的做法也是不鮮見的。事實上，由于中央空調系統(tǒng)的復雜性，對空調監(jiān)控系統(tǒng)整體功能實現(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，冷凍機房、熱力站監(jiān)控點是密集場合應優(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擴展模塊連接達到輻人輸出功能的擴展，例如SIEMENSMBC可以掛接40個I／O模塊，TrendIQ251控制器允許有8．16的接口擴展能力。對空氣處理機、新風機、通風機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)進步很快，其應用不再局限于工業(yè)場合，在空調通風的現(xiàn)場設備編制工程中不應將其排斥在外。
控制器一般應靠近受控設備，它與相應配電箱并列布置以利于布線。同一個機房內的空調通風設備可以合用一個控制器，但應考慮控制器的運算能力和控制點是否足夠。有的系統(tǒng)集成商將不同樓層的若干個新風機合用一個控制器，這種做法雖然節(jié)約了一定的成本，但對日后的管理和調試是不利的，不值得推薦�？刂破鞯碾娫匆思泄⿷袟l件可以從UPS總電源引出；從受控設備現(xiàn)場引用電源的做法不值得推薦。
2.控制網絡
在滿足擴展性和靈活性的前提下，控制網絡的拓撲結構應盡可能簡化、清晰，無論基于IS485總線或基于LonTalk總線的控制網絡都是如此。分支、分級多的網絡管理復雜、可靠性低。TonTalk總線在理論上可以組成任意拓撲結構的網絡，這種布線設計的隨意性如果運用不當，在工程實踐中仍然是有技術風險的，并可能增加系統(tǒng)的投資。大型工程可以考慮樓層網絡分級，小型工程盡可能運用基于RS485總線的控制網絡，采用“手拉手”的布線方式。
2．3關于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(FCS)，突破了以往的集散型控制技術(DCS)。它的提出是BA技術的一次飛躍，是今后BAS發(fā)展的技術趨勢。但目前受到各種條件限制，LonWorks技術優(yōu)勢還不能完全發(fā)揮出來，工程實現(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。如果仔細分析目前主流的BA產品，會發(fā)現(xiàn)其實它們在不同程度上部分采用或部分支持現(xiàn)場總線技術，這種取長補短的混合模式在當前是切合工程實際的，可以實現(xiàn)技術的平穩(wěn)過渡。BACnet協(xié)議由美國ASHRAE制定并頒布，是現(xiàn)行美國國家標準及歐共體預備標準。運用BACnet協(xié)議，可以使空調冷熱源主機自帶的控制器直接進入BAS控制網絡。但實施中應注意空調主機和BA供貨商對BACnet的支持程度和技術協(xié)調，目前非標準的數(shù)據通訊格式仍大量存在于主機設備中�？傊�，在設計BA系統(tǒng)的過程中切不可一味追求技術的先進性。
2．4控制權
通常Bug是按從中央控制站集中管理的原則，有時也有其不便的一面。在某些場合(如會議室)將空調、通風系統(tǒng)的參數(shù)設定功能放置在現(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，需要專門部件來實現(xiàn)。例如：HoneywellT7780A數(shù)字顯示墻掛式Lon分站，可以完成設定房間溫度，風機速度、啟動／停止風機等功能，并能通過Lonwork總在液晶面板上顯示房間的溫度，通過4個按鈕連線驅動空調箱的DDC控制器執(zhí)行相應的動作。
2．5控制策略
PID控制：空氣處理機的DDC通常采用PID控制，PID參數(shù)的合理選擇對空調系統(tǒng)的穩(wěn)定運行非常關鍵。PID系數(shù)高，空調對室內溫度波動的反應特性曲線陡，達到設定溫度的過度過程短；PID系數(shù)低，達到設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控制，但對于影劇院等大熱慣性空調場合，靠高的PID系數(shù)來提高空調機組對負荷變化的響應速度是不足以解決問題的，這時可以采用雙級控制。即分別在主調的送風道和室內安裝溫度傳感器，室內的溫度設定由主DDC控制器完成，水閥的驅動由副DDC根據風道溫度傳感器和主DDC的指令完成，由于風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)對溫度波動的響應。必須注意的是，為防止水閥被人為關死或水系統(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。在實際的工程設計中并非一定需要二個完全獨立的DDC來完成雙級控制，如果DDC內置二個控制回路則完全可以用一個控制器勝任，例如：SIEMENSUC—2控制器。BA系統(tǒng)對空調的節(jié)能控制有多種手段可以采用，例如室內外燴值比較法、二氧化碳等污染物濃度檢測法確定新風量，基于日程表的定時操作等等。工程設計中可以視需要靈活運用，以達到最優(yōu)的效果。例如，辦公、商場等場合，夏秋季在清晨時通過程序啟動空氣處理機(或新風機)，利用室外涼爽空氣對室內全面換氣預冷，既節(jié)約新風能耗又提高了室內空氣品質。
2．6空氣品質傳感器
一氧化碳和二氧化碳含量傳感器，應謹慎采用。一氧化碳傳感器應用于地下車庫的排風系統(tǒng)，用于驅動通風機動作。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充手段，在確定BAS方案時應避免系統(tǒng)對這類傳感器的過度依賴。
在室內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，煙氣應是首要污染物。除非證明采用后確能產生很好的節(jié)能效益(如人員密度波動很大的商場、展廳)，一般不應大量采用二氧化碳傳感器作為調節(jié)新風量的主要依據，否則在傳感器性能劣化后，對空調系統(tǒng)的影響將是長期的，且很難發(fā)現(xiàn)問題癥結所在。
2．7BAS監(jiān)控中心
BAS監(jiān)控中心負責監(jiān)控整個空調、通風、動力系統(tǒng)，一般與消防控制、安保監(jiān)控等合用一室。由于該機房通常遠離冷凍機房、鍋爐房，在這里遠程操作這些關鍵設備是不合適的。推薦的做法是在冷凍機房和鍋爐房現(xiàn)場控制室另設置一臺監(jiān)控分站，由該分站負責冷凍機、鍋爐監(jiān)控功能，并且該分站功能受權局限為冷熱源設備。
3結論
本文通過對空調系統(tǒng)的傳感器、執(zhí)行器、控制器、網絡等若干環(huán)節(jié)的探討，力圖使BA系統(tǒng)更好地服務于受控的空調系統(tǒng)，使二個系統(tǒng)在技術上緊密結合成為一個智能化的密不可分的機電系統(tǒng)。本文只是作者在工程實踐中獲得的一些淺見，總結如下：
(1)按受控設備的要求選用不同處理能力的DDC控制器；
(2)空間距離較遠的設備不宜合用同一DDC控制器；
(3)LONWORKS技術具有前瞻性，應關注，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)行器電源宜獨立與受控設備集中供電。
(5)根據空調現(xiàn)場和靈活運用控制程序和控制策略；
(6)集散型控制技術向現(xiàn)場總線控制技術轉型是技術趨勢，集散控制仍是目前主流技術；
(7)實現(xiàn)BAS，應給空調通風系統(tǒng)的現(xiàn)場的用戶留下必要的控制權利，不可過度集中；
(8)冷凍房和鍋爐現(xiàn)場控制室宜另設置一臺監(jiān)控分站，負責冷水機組和鍋爐的監(jiān)控；
參考文獻
[1)程大章，龍惟定．智能化大樓的建筑設備．
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[3]吳建兵．上海眾慧科技實業(yè)公司．樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)的優(yōu)化設計．
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