某大学教学楼BAS中空调系统的控制

概述 

某大学教学楼为全国大学校园内的一幢标志型建筑。建筑面积约70000平方米,总高度近百米。地下三层，地上二十七层。该建筑地下室为设备机房，停车场；群楼为大型的实验室及研究生教室，多媒体教室及多功能厅，活动大厅及国际会议厅和中小型会议室；主楼为办公用房。该大楼将建成一套真正的高科技、智能化的弱电系统。其BAS系统采用美国江森公司的METASYS楼宇管理系统进行设计，这里对此系统中空调系统的控制作一详细介绍。 

1.本建筑（BAS）概况

　　根据本楼使用特点和设计要求，楼宇设备自动化管理(BAS)系统要对空调机组，通风机组，冷冻站系统进行监测、控制、记录及报警；对供电系统主要参数监测、记录及报警；电梯的检测及报警、积水坑的检测及排污泵的控制；照明系统进行监控和管理，以达到舒适、方便、节能和便于管理的目的。

　　该系统主要由1个操作站、1台网络控制器、24台DDC控制器构成。如以下示意图：

操作站－网络控制器

 　　此系统可以通过Ethernet网(N1网)将中央操作站及网络控制器各节点连接起来，同时安装在建筑物各处的直接数字控制器(DDC)将通过RS485现场总线（N2网）连接到网络控制器上，与其它网络控制器上的直接数字控制器及中央操作站保持紧密联系。传感器及执行器等连接至以上各直接数字控制器(DDC)内。

2.（BAS）对空调系统的控制

本建筑内空调系统主要包括以下设备：

（1）组合式空调机组26台， 

(2) 新风机组31台；38台送风机；

（3）1个冷冻站系统；

2.1空调机组的监控

　　整个大楼共有26台组合式空调机组。其中一层8台，二层7台，三层3台，四层8台，五层3台。空调机组为舒适性空调机组，专门为会议室、办公室及教室提供舒适、优质的空气。其空气处理方式为：室外的新风经新风阀调节后，又经初效过滤器与回风混合预热段、表冷加热段、送风机高效过滤器后送入。

需要监控的内容如下：

回风管回风温度（AI）

风机运行监测（DI）

风机的故障报警信号（DI）

自动或手动状态显示（DI）

风机启停控制 （DO）

新风风门控制（AO）

两通水阀控制（AO）

室内温度（AI）

室内湿度（AI）

室内静压差（AI）

　　在操作站上，每一个空调机组都将通过彩色三维图形显示，直观的表示不同空调机组的运行状态和报警信号，动态的显示每个机组的运行状态、故障状态、回风温度，同时各个空调机组进行定时启停控制，并可以通过鼠标修改设定值或者末端设备开启度、改变设备启停状态，以求达到最佳工作环境。

　　这些空调机组由METASYS系统按每天预先编排的时间，包括假日程序对空调机组监视和控制。

2.1.1空调机组的水阀及新风阀的控制

　　水阀的控制主要是根据回风温度传感器的反馈温度信号，调节冷热水阀的开度，使送风温度趋向设定温度(PI比例调节)；当回风温度高于设定温度时，DDC自动输出关的信号，关闭冷热水阀，反之则打开冷热水阀，从而既满足室内温度的设定要求，防止温度过高过低给人工作带来的不便，又最大的节省能源。根据一般的经验，没有装调节阀之前阀门的开启度一般为85％左右，装上调节阀进行调节后，阀的开启度仅为40％～60％，因此可以减少能源损耗。 

　　新风阀的调节控制主要用途有以下三方面：（1）节约能源。对新风阀进行调节可以保证最大限度的利用新风。当新风温度接近室内温度时，新风阀门全部打开；当新风温度与设定温度相比，温差过大时，此时只需保证最低新风量，将新风阀门关到最小位置，最大限度的利用回风。（2）保护风机，由于当地空气质量的原因，新风阀处于常开状态，过滤网容易污浊，需要经常清洗。因此需要实现新风阀与风机的连锁，当风机关闭时，风门自动关闭，防止粉尘进入。（3）在每层的房间内都设有多个室内静压差传感器，可检测室内与外界环境的静压差，根据静压差值与设定值之间的比较来确定风门的开启度，使室内处于最佳的工作学习环境。

2.2新风机组的监控

　　整个大楼共有31台新风机组，负二层1台，负一层1台，一、二、四层各一台，三层2台，五层4台，7—26层每层1台主要为房间提供高质量的新风。其空气处理方式为：室外的新风经新风阀后，又经初效过滤器、表冷加热段、送风机后送入各个楼层的房间。

监控的内容如下：

送风管送风温度（AI）

风机运行监测（DI）

风机的故障报警信号（DI）

风机自动或手动状态显示（DI）

风机启停控制 (DO)

新风风门控制（DO）

两通水阀控制（AO）

新风温度（AI）

送风温度（AI）

　　在操作站上，每一个新风机组都将通过彩色三维图形显示，直观显示不同新风机组的运行状态和报警信号。动态显示每个机组的运行状态、故障状态、送风温度。同时各个新风机组进行定时启停控制，以求达到最佳的工作学习环境。

　　新风机组由METASYS系统按每天预先编排的时间包括假日程序对机组进行监视和控制。

2.3设备选用：

（1）风管温度传感器－－选用TE-6321P-1，它是一款电阻式温度传感器，与一般的电子式温度传感器相比优点价格便宜，可以为DDC直接进行信号传送。

（2）新风阀驱动器－－选用M-9116-GGA比例式风阀驱动器，需要新风风门的阀杆做出改动，以便方便阀门驱动器的安装。

（3）调节阀及阀门驱动器－－选用双DO阀门与驱动器，它的最大优点是完全满足温湿度PID调节的需要，同时与普通的比例式调节阀(AO阀)相比，既可以节省AO点（因为一般的控制器中，AO点比较少）同时成本便宜10％～30％。

（4）压差开关－－选用P233A-10-AKC的压差开关，该产品结构轻巧，价格便宜。 

5）室外温度传感器－－选用TE-6323P-1电阻式温度传感器，该项目选用两个温度传感器，分别设于三层的南面和北面，温度值取平均值，然后通过网络将数值传输到每个空调机组的DDC。

（6）DDC控制器－－选用DX－9100－8154，它具有8DI、6DO、6AI、2AO，DX—9100—8454，它具有8DI、6DO、6AI、8AO，这样可以节省大量的布线工作，又具有较高的性价比。

2.4冷冻站的监控

　　整个系统由四台冷水机组（三用一备），六台冷冻水泵（四用两备），一台膨胀水箱，四台冷却塔，分水器和集水器，六台冷却水泵构成。

冷冻站系统监控的内容：

监测冷却水的供、回水温度（AI）

监测冷冻水的供、回水温度（AI）

监测冷冻水回水的温度（AI）

监测冷冻水的供、回水压差（AI）

压差旁通阀的控制（AO）

冷冻水泵运行状态、故障报警、手自动状态（DI）

热水泵运行状态、故障报警、手自动状态（DI）

冷却塔风机的运行状态、故障报警、手自动状态（DI）

冷水机组的运行、故障报警、手自动状态（DI）

膨胀水箱的高、低液位报警（DI）

补水泵的运行、故障报警、手自动状态（DI）

冷冻水的水流状态（DI）

冷却水的水流状态（DI）

冷冻水泵、冷却水泵的启停（DO）

冷水机组的启停（DO）

冷却塔风机的起停控制（DO）

冷却水进水电动蝶阀控制（DO）

冷冻水进水电动蝶阀控制（DO）

冷却塔进水电动蝶阀控制（DO）

冷却水泵和冷冻水泵的变频控制（AO）

　　通过安装在冷冻机房内的直接数字控制器DDC按内部预先编写的软件程序来控制冷冻机的启停和相关设备的群控。

　　检测各个设备的运行状态、故障状态、对风机进行启停控制。在操作站上，每一个机电设备都将通过彩色三维图形显示，辅以图标的颜色变化和闪烁，直观显示不同设备的运行状态和报警信号。

　　冷冻站系统由METASYS系统按每天预先编排的时间包括假日程序对冷站系统进行控制和监视。

2.4.1冷冻站主要设备的监控

（1）检测各个机电设备的手自动状态。功率较大的设备，出于安全的考虑需要增加手自动转换开关，当打到手动时，自动不起作用，这便于系统进行调试和维修或对紧急状况进行处理。

（2）检测冷冻水的供回水温度和回水流量。根据供/回水温度差和回水流量来调节冷冻机组的运行台数，同时相应的循环水泵和冷却塔连锁启停。 

（3）根据程序或工作日程安排自动开关冷冻机组。通过程序控制冷冻机组，达到最低能耗，达到最低的主机折旧率。

（4）检测冷冻水的供回水压差，同时在冷冻水供回水总管（或集水器与分水器）之间安装压差旁通调节阀。当冷冻水管路的供回水压差超过设定值时，压差旁通阀自动打开，DDC调节其开启度，使其供回水压差符合设定的要求，防止压差过高而损坏冷冻机。从而保证冷冻机侧的冷冻水流量恒定，保证冷冻机的安全工作。

（5）检测膨胀水箱的高低液位。当膨胀水箱的液位低于低液位开关时，DDC自动控制补水泵为膨胀水箱补水，当液位到达高液位开关时，补水泵停止。

（6）当冷却水、冷冻水管的水流开关监测到有水流通过时，冷机才允许启动，防止冷机的空负荷运转，从而损坏冷冻机。

（7）对冷冻水的进水、冷却水进行电动蝶阀控制，减少系统的负荷运行。当系统开启一台冷机时，只需要开启一台冷机的冷却水、冷冻水供水阀控制。相应的开启该机组的冷却水、冷冻水蝶阀，反之则关闭该机组的蝶阀。

当一台冷冻水泵、冷却水泵或补水泵发生故障时，备用泵会自动投入运行。

（8）各联动设备的启停程序包括一个可调整的延迟时间功能，以配合冷冻系统内各装置的特性。

（9）检测冷却水的供、回水温度。当温度高于设定值37℃时，冷却塔风机自动启动，不满足时再启动下一台冷却塔风机，直到满足使用设定温度为止；当温度低于设定值25℃时，冷却塔风机自动关闭一台，温度还低时，再关闭下一台冷却塔风机，直到满足使用设定温度。这样可以最大限度的节省风机的运行时间，减少能耗。

（10）对冷却塔的进水进行电动蝶阀控制，减少系统的负荷运行。此时只需要给进水安装蝶阀，再安装一般的浮球冷却塔进行补水控制控制即可。因为冷却塔属于一个敞开的连通器，彼此水位一样，不存在抽空或灌满的可能，安装进水蝶阀只是在于对冷却水泵进行优化启停控制。

2.5换热站系统

　　整个大楼由两台换热机组提供热源，整个换热站系统包括两台换热机组，与冷站系统共用六台循环水泵（四用两备），分水器、集水器和一个膨胀水箱。

换热站系统监控的内容：

监测两次热水的供水温度（AI）

检测水管压力（AI）

热水供水的水流状态（DI）

一次热水供水电动蝶阀开关控制（DO）

二次热水供水电动蝶阀开关控制（DO）

其他监控内容同冷站系统。

通过安装在冷冻机房内的直接数字控制器DDC按内部预先编写的软件程序来控制换热设备的群控。

（1）根据程序或工作日程安排自动开关换热机组的进出水阀。程序控制换热机组，以求达到最低能耗，最低的主机折旧率。

（2）于指定管道位置设置温度传感器，以测量空调水供回水温度。

（3）当膨胀水箱的液位低于低液位开关时，DDC自动控制补水泵为膨胀水箱补水。

（4）当热水管的水流开关监测到有水流通过时，循环泵才允许启动，防止其空负荷运转。

（5）各联动设备的启停程序包括一个可调整的延迟时间功能，以配合热站系统内各装置的特性。

结束语 

采用了BAS后，对于空调系统具有以下显著的优点： 
1．节省能源： 
2．节省管理费用： 
3．延长设备使用寿命： 
4．提高管理可靠性： 
5．使得管理规范化： 

　　BAS本身可以依据管理惯例对设备进行自动控制，也具有自动分析人员管理指令的能力，使得一些不规范的管理规范化。