建築設備監控系統的設計
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摘 要: 本文闡述了建築設備監控系統的基本概念和系統構成,根據實踐經驗總結了該系統的設計方法和設計時應注意的問題, 並提供了工程設計實例, 為設計出經濟合理、技術先進、實用性強的好作品提供了有益的借鑒。 關鍵詞: 建築設備監控系統 現場匯流排 現場控制器 就地儀錶 1.引言 隨著人類社會從工業化時代進入到信息時代,一方面人們對建築的要求已不局限於使用空間，而是更加註重建築的舒適、安全、方便等方面的要求。另一方面，隨著網路技術、通訊技術、電子技術、計算機技術、自動控制技術、人工智慧技術等的迅速發展，使得建築物自動化管理成為可能。因此，強大的經濟效益驅動與信息技術的良好機遇相結合，建築設備監控系統便應運而生。 目前,建築設計院在建築設備監控系統的設計中存在許多問題:首先,設計前不進行項目投資評估,而過於追求系統的規模和檔次,認為規模大、檔次高就是水平的體現,這是片面的；其次,不遵循設計標準和製圖規範,隨意性強,給深化設計帶來不必要的麻煩；再次,是設計深度不夠,表面上看,系統是有了,但離設備選型和安裝的要求還相差很遠,比如:未提供橋架穿樓板、牆體條件,該預埋的主幹線路未預埋等等；最後,就是設計的系統實用性差,工程實踐的調查表明:目前,大多數智能建築達不到節能的目的,有的甚至不能正常運行。這固然有很多原因,但作為建築設備監控系統的設計者,我們應避免在設計院設計環節上可能出現的問題。所以,我們有必要對該系統的設計方法和步驟進行探討和研究。建築設備監控系統是運用自動化儀錶、計算機過程式控制制和網路通信技術,對建築物內部的環境參數和建築物內機電設備運行狀況進行自動化檢測、監視、優化控制及管理，為建築物內提供良好環境，節省建築物能耗和提高工作人員效率，減少運行人員及費用，實現科學化和自動化管理。目前現代化辦公大樓、智能大廈的建築設備監控系統根據主要監控對象一般可分為如下幾個子系統: (1)暖通空調(HVAC)系統 包括空調系統、冷凍系統、送排風系統、熱交換系統等。 (2)給水排水系統 包括生活熱水、中水站、生活水池、水箱、集水池、污水池及各種水泵。 (3)變配電及照明系統 包括供配電系統、電力變壓器、柴油發電機組、蓄電池、照明系統等。 建築設備監控系統一般由監控主機、現場控制器、就地儀錶和通信網路四個主要部分構成。監控主機是設備監控系統的核心,由主機、外設和軟體構成,其主要功能為:自動監視系統中每台設備的運行狀態和系統的運行參數,使其在合理化的狀態下工作,對設備故障和異常參數及時報警和自動紀錄,自動紀錄、存儲和查詢歷史運行數據等。通信網路的核心技術是現場匯流排,其結構示意圖如圖。現場匯流排是連接智能現場設備（包括感測器、控制器、智能閥門、微處理器、儀錶等）和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網路。它使不同廠家的產品互操作,目前的開放性標準主要有
onWorks標準和BACnet標準。現場控制器是安裝於現場監控對象附近的小型化專用計算機控制設備,它對現場儀錶信號作數據採集和轉換,接受監控主機命令或獨立工作,輸出控制信號至現場執行機構。就地儀錶分為監測儀錶和執行儀錶兩大類。其中,檢測儀錶包括: 溫度、濕度、壓力、壓差、流量、水位、一氧化碳、二氧化碳、照度、電量等測量儀錶,它們能將被檢測的參數穩定準確可靠的轉換為現場控制器可接受的電信號(數字量和模擬量) ；執行儀錶包括: 對被調量可進行連續調節的調節閥類儀錶(如電動調節閥)和對被調量進行通、斷兩種狀態控制的切斷閥類儀錶(如電動蝶閥、電磁閥、電動風門執行機構等),它們接受現場控制器的信號,對現場參數進行穩定準確可靠的調節。2. 建築設備監控系統設計 近幾年，國民經濟快速發展，固定資產投資與規模不斷提高，高檔次現代化的辦公大樓、酒店、智能大廈不斷興建，這些大廈都要求有建築設備監控系統對其運行管理提供保障，我負責設計的中關村銀科大廈(5.7萬平方米) 、佳程廣場(14萬平方米) 、中服總公司富盛大廈(8.3萬平方米) 、上地軟體園鑽石大廈(3萬平方米) 、兵器部辦公樓(10萬平方米)等都設有建築設備監控系統。通過這些工程，我積累了一些經驗，現對此類工程的設計做一下總結： 2.1 設計依據 建築設備監控系統不屬於國家強制標準，因此，首先要根據建築物的使用功能和物業運行管理需要，各相關專業的監控要求，以及項目投資狀況等實際需求，做出投資估算，一般應將建築設備監控系統一次投資控制在總投資的2%以下，按每年節省運行費用10%~15%計算，5年內可收回初投資。根據投資估算和建築主要設備測量控制要求，確定建築設備監控系統的規模和標準。 2.2 系統的選擇原則 (1)技術的先進性，為了延長建築物及其設備的壽命，在可能的條件下盡量採用國際上先進的、成熟的、實用的技術和設備。 (2)開放性和互操作性：一個完整的建築設備監控系統往往由不同廠家的產品構成，如果選擇的系統是封閉的，不能和別的廠家產品互聯，就會給系統的維護、擴展和更新帶來麻煩。 (3)可集成性：為實現信息共享，提高大廈的全局服務功能和物業管理效率，BAS，OAS及CNS可能集成到一個圖形操作界面上對整個大廈全面監視、控制和管理。 (4)可靠性：系統必須具有保證可靠運行的自檢試驗與故障報警功能，主要包括：交流電源故障報警、通信故障報警、接地故障報警和外部設備控制單元故障報警等。 2.3 各專業間的配合 建築設備監控系統必須與大樓主體建築的各專業設計同時進行,具體內容如下： 土 建：控制室、豎井面積和位置，土建裝修條件。電纜橋架、管線的預埋件、預留孔洞。 暖 通：有關工藝流程圖，測量控制要求，所帶設備的控制要求。 給排水：有關工藝設備的測量控制要求、數量，所帶設備的控制要求。 電 氣：有關變配電、照明電氣系統圖及測量控制要求，動力、照明配電箱的平面位置。2.4 子系統控制功能的設計 建築設備監控系統由多少子系統構成、各子系統的設計標準如何、控制功能如何。例如：對於要求高的，要對系統和設備實施完善的監測、控制和管理功能；對於要求較高的，要採取必要的控制和管理功能以及完善的監測功能；對於要求標準一般的，對系統和設備採取必要的控制和監測功能，以節省投資，使系統物盡其用。根據各子系統功能確定其相應的測控原理圖, 如空調機組系統、冷凍系統、給、排水系統、熱交換系統、照明系統、電梯系統、高、低壓變配電系統等。並製作出需納入建築設備監控系統的被監控設備一覽表。 2.5 系統監控點數的確定 在確定被控設備的數量及相應的控制方案後，確定每一被控設備的監控點數及監控點的性質，核定對指定監控點實施監控的技術可行性，編製監控點表。在建築設備監控系統中，現場控制器輸入、輸出信號有四種類型。AI：模擬量輸入，如溫度、濕度、壓力等，一般為0V-10V或4mA-20mA信號；AO：模擬量輸出，作用於連續調節閥門、風門驅動器，一般為0V-10V或4mA-20mA信號；DI：數字量輸入，一般為觸電閉合、斷開狀態，用於起動、停止狀態的監視和報警；DO：數字量輸出，一般用於電動機的起動、停止控制，兩位式驅動器的控制等。確定控制點要參考《智能建築設計標準》建築設備監控系統甲級、乙級、丙級設計標準。要與暖通、給排水專業工程師協調，參考其設計圖紙，共同研究確定控制點，編製控制點表。 2.6 設備選擇 首先應進行監控點的劃分，然後根據監控範圍選擇現場控制器(其監控點容量應留有20%的餘量) ，再根據現場控制器台數和系統結構形式，確定系統中央站使用的設備，整個系統應滿足系統響應時間要求，通訊子站、現場控制器的數量要求，系統總點數限制要求；在智能大廈中，需要監控的設備品種繁多，分布在大廈的各個部位，這就要求建築設備監控系統是一個集中管理與分散控制相結合的匯流排制集散控制系統。現場控制器應設置在被監控設備較集中的場所，以盡量減少管線敷設，一般設置在電控箱內掛牆明裝。最後，根據選定的系統結構和現場監控設備的具體布置，繪製整個大廈的設備監控系統豎向系統圖。2.7 線路設計 建築設備監控系統的線路設計可分為兩部分進行。一部分是從控制中心或弱電豎井至各機房的現場控制器之間的連接線路，即幹線線路。一般採用電纜橋架或穿金屬管在弱電豎井內敷設和暗敷設相結合的方式。另一部分是現場控制器以下的線路，是連接閥門、風門、感測器、變送器、電氣開關接點的支線路，在機房內敷設一般採用明管或明線槽敷設。具體敷設方式可根據線纜數量和敷設場所確定。電纜橋架敷設時應使強、弱電電纜分開，當在同一橋架中敷設時，應在中間設置金屬隔板；電纜截面積總和不超過橋架內截面積的40％。現場控制器及監控主機之間的通訊線宜採用控制電纜或計算機專用電纜中的屏蔽雙股線，截面積為0.5～1mm2；儀錶控制電纜宜採用截面為1～1.5mm2的控制電纜，模擬量輸入、輸出採用屏蔽電纜，開關量輸入、輸出採用普通無屏蔽電纜。在此基礎上，設計出幹線、支線平面圖及監控中心的平面布置圖。 2.8 系統電源 系統的監控中心需從變配電所引來專用迴路供電。為提高用電可靠性供電迴路宜採用末端自動切換的雙迴路供電方式。系統用電負荷的總容量應為現有設備總容量與預計擴展總容量之和(可按現有容量的20%估算) 。分站電源宜從監控中心專用配電盤上以放射式供電。 2.9 系統接地方式 建築設備監控系統的接地方式可採用集中接地或單獨接地方式，將本系統中所有接地點連接在一起後在一點接地，採用聯合接地時, 接地電阻應小於1Ω，採用單獨接地時, 接地電阻應小於4Ω。 3.工程實例： 中國出國人員服務總公司富盛大廈，總建築面積83410平方米，地上27層，105米高，為辦公，其中首、二層為銀行、會議和展廳; 地下四層為機房和車庫，中控室設在地下一層，建築面積70平方米。建築物設備監控系統包括：空調機組系統、冷凍系統、給、排水系統、熱交換系統、照明系統、電梯系統、高、低壓變配電系統等子系統，並留有與火災自動報警系統、公共安全防範系統和車庫管理系統的通訊介面。共設監控點1059 個；分站63台；中央站一個。現場控制器設置在被監控設備機房，掛牆明裝，幹線電纜在弱電豎井內敷設採用電纜橋架，由弱電豎井至設備機房採用穿金屬管暗敷設的方式。系統接地方式採用聯合接地, 接地電阻小於1Ω
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