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樓宇自控系統(tǒng)在現(xiàn)代有機(jī)建筑中的運(yùn)用論文
0前言
所謂的有機(jī)建筑是指適應(yīng)環(huán)境的自然建筑，是其基地環(huán)境的產(chǎn)物，建筑的形成、構(gòu)成及其與之有關(guān)的任何問題的解決，都根據(jù)其內(nèi)在因素來思考，力求與環(huán)境融為一體，甚至成為環(huán)境的一部分。它屬于現(xiàn)代建筑運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)派別，其代表人物是美國(guó)的著名建筑師F.L.萊特。
目前，隨著現(xiàn)代化建筑技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)等的迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域，即智能建筑技術(shù)。當(dāng)前，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究越來越廣泛和深入，其應(yīng)用也越來越廣。其中樓宇自控系統(tǒng)是建筑智能化系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，本文將結(jié)合已有研究對(duì)現(xiàn)代有機(jī)建筑中的樓宇自控應(yīng)用進(jìn)行分析。
1有關(guān)樓宇自控系統(tǒng)的概述
所謂的樓宇自控系統(tǒng)也稱為樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS），是通過中央的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)樓宇內(nèi)的變配電、換熱站、中央冷凍站、空調(diào)機(jī)組、電梯、照明、變排風(fēng)機(jī)組、安防系統(tǒng)等機(jī)電設(shè)備和區(qū)域進(jìn)行分散控制和集中檢測(cè)、管理的綜合性監(jiān)控系統(tǒng)[1].能夠?qū)怯顑?nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視、自動(dòng)操作及自動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)樓宇內(nèi)部環(huán)境的不斷變化，當(dāng)這些設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)能自動(dòng)報(bào)警，并且能記錄設(shè)備變化的趨勢(shì)，對(duì)設(shè)備的操作和維修提供極大的便利，從而能提高管理水平，極大地節(jié)約了能源和人工成本�？偟脕碚f，樓宇自控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)。
1.1節(jié)約水、電能耗
樓宇自控系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)樓宇內(nèi)的給排水系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)樓內(nèi)的用水進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)配，合理地提高水資源的利用率及循環(huán)使用率，減少市政的供水量以及污水排放量，從而有效地達(dá)到節(jié)約水資源消耗的目的。
同樣地，樓宇自控系統(tǒng)對(duì)樓宇內(nèi)的機(jī)電設(shè)備也是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和管理，對(duì)大樓內(nèi)的設(shè)備用電情況進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，從而盡量實(shí)現(xiàn)建筑用電負(fù)荷的最小化，最大限度地減少電能消耗，以避免不必要的電能浪費(fèi)。通常情況下，建筑采用樓宇自控系統(tǒng)可以減少15%~20%的電能消耗。
1.2節(jié)省人工成本
因?yàn)闃怯钭钥叵到y(tǒng)對(duì)樓宇內(nèi)的設(shè)備采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，因此，使用時(shí)可以減少大量的設(shè)備操作人員和維護(hù)人員，并因?yàn)樽钥叵到y(tǒng)能對(duì)設(shè)備變化趨勢(shì)進(jìn)行記錄，出現(xiàn)問題時(shí)自動(dòng)報(bào)警，從而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備出現(xiàn)的問題。如果建筑物沒有采用樓宇自控系統(tǒng)，則設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)以及保養(yǎng)都需要通過人工操作來完成，這就要求配備大量的人員。因此，建筑物采用樓宇自控系統(tǒng)，上述工作均可由預(yù)先設(shè)計(jì)的程序來自動(dòng)完成，可以減少大約65%的設(shè)備操作和維護(hù)人員，大量地減少了人員配備，不僅減少了人工成本，還可以避免由于人員眾多而引起的一系列管理問題[2].
1.3延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限
建筑物采用樓宇自控系統(tǒng)后，各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行情況都處在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的完全監(jiān)控之下，樓宇自控系統(tǒng)不但能提供設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)的完整變化記錄，還能定期打印設(shè)備的保養(yǎng)、維護(hù)等的通知單，提醒維護(hù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)保養(yǎng)，從而可以有效延長(zhǎng)各項(xiàng)設(shè)備的使用壽命，降低運(yùn)行費(fèi)用。
1.4有效保證建筑及人員安全
建筑物采用樓宇自控系統(tǒng)除了上面的優(yōu)點(diǎn)之外，還因其將建筑物內(nèi)的安防系統(tǒng)和停車管理系統(tǒng)等進(jìn)行統(tǒng)一管理，并同消防報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，不但有效提高了建筑物的管理水平及管理效率，減少了各個(gè)環(huán)節(jié)、部門之間的協(xié)調(diào)，還有效保證了建筑及建筑物內(nèi)人員的安全。
2現(xiàn)代有機(jī)建筑中樓宇自控系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)
現(xiàn)代有機(jī)建筑中的樓宇自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要分為集散式和現(xiàn)場(chǎng)總線式這兩種。所謂的集散式即DCS（Distrib-uted Control System），它是通過兩層網(wǎng)絡(luò)對(duì)三個(gè)層級(jí)的設(shè)備進(jìn)行控制的一種結(jié)構(gòu)形式，具有集中管理、分散控制的特征，這種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用較為普及。系統(tǒng)中央管理工作站是集散式控制結(jié)構(gòu)的核心，它主要包括中央管理工作站、網(wǎng)絡(luò)總線、現(xiàn)場(chǎng)控制器（包括人機(jī)交互平臺(tái)和控制處理中心）、傳感器、變送器以及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等多個(gè)部分[3].
而現(xiàn)場(chǎng)總線式即FCS（Fidlebus Control System），是指將有機(jī)建筑中的現(xiàn)場(chǎng)受控設(shè)備的儀器、儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線及控制計(jì)算機(jī)這三部分組成的一種現(xiàn)場(chǎng)總線控制的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)是它的核心，其特點(diǎn)為實(shí)時(shí)、便捷、穩(wěn)定、價(jià)格低廉等等，能彌補(bǔ)集散式的不足。當(dāng)前主流的樓宇自控系統(tǒng)大部分采用這種結(jié)構(gòu)形式[4].
3現(xiàn)代有機(jī)建筑中的設(shè)備監(jiān)控
根據(jù)現(xiàn)代有機(jī)建筑的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的監(jiān)控范圍相結(jié)合，現(xiàn)代有機(jī)建筑中樓宇自控系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容應(yīng)包括電氣系統(tǒng)、空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等的監(jiān)控，具體情況有以下幾點(diǎn)[5].
3.1電氣系統(tǒng)監(jiān)控
3.1.1變配電系統(tǒng)的監(jiān)控
樓宇自控系統(tǒng)中對(duì)變配電系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容主要有：
1）對(duì)變配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
2）對(duì)變配電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)異常自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并顯示發(fā)生異常的位置及參數(shù)；
3）對(duì)樓內(nèi)的所有用電設(shè)備的用電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行電費(fèi)的計(jì)算和管理，并通過對(duì)用電量的時(shí)間與區(qū)域分布進(jìn)行分析繪制樓內(nèi)的用電負(fù)荷曲線圖；
4）建立管理電氣設(shè)備檢修與保養(yǎng)記錄的設(shè)備檔案。根據(jù)變配電系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容可以得知其應(yīng)監(jiān)測(cè)的參數(shù)如下：
進(jìn)線的開關(guān)狀態(tài)、電壓、電流、功率因素、跳閘報(bào)警；主要出現(xiàn)的電流、電量、電壓、功率因素；母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)及故障信號(hào)；柴油發(fā)電機(jī)的電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警等等。
3.1.2照明系統(tǒng)的監(jiān)控
照明監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的主要內(nèi)容有公共區(qū)域的照明、室外的泛光照明，監(jiān)控各個(gè)照明回路的運(yùn)行狀態(tài)等等，系統(tǒng)每天按照預(yù)先的時(shí)間程序進(jìn)行照明系統(tǒng)的開關(guān)控制，但對(duì)建筑內(nèi)部的房間以及辦公室等的照明不作監(jiān)控。
3.1.3電梯系統(tǒng)的監(jiān)控
由于電梯系統(tǒng)大多是由電梯廠家設(shè)計(jì)的獨(dú)立的控制系統(tǒng)，因此樓宇自控系統(tǒng)對(duì)于電梯系統(tǒng)只進(jìn)行監(jiān)視不作任何控制，電梯系統(tǒng)須通過標(biāo)準(zhǔn)接口和網(wǎng)關(guān)將有關(guān)電梯的運(yùn)行狀態(tài)、故障警報(bào)、開列歷史記錄以及維護(hù)和保養(yǎng)清單等內(nèi)容傳至樓宇自控系統(tǒng)。
3.2空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)控
3.2.1空調(diào)冷熱源系統(tǒng)的監(jiān)控
對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控包括空調(diào)冷源系統(tǒng)監(jiān)控和空調(diào)熱源系統(tǒng)監(jiān)控�？照{(diào)冷源系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)根據(jù)其所監(jiān)測(cè)到的參數(shù)計(jì)算整棟建筑物的空調(diào)負(fù)荷，以此對(duì)空調(diào)冷凍機(jī)組進(jìn)行群控，其監(jiān)控的主要內(nèi)容有：對(duì)冷水機(jī)組的進(jìn)水口和出水口的冷凍水溫度進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)集水器和分水器的供水溫度進(jìn)行測(cè)量；對(duì)冷凍水的供回水流量和溫度進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)分水器和集水器的壓力壓差進(jìn)行測(cè)量等。
空調(diào)熱源系統(tǒng)監(jiān)控的主要內(nèi)容有：監(jiān)控板式換熱器及水泵狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警；對(duì)集水器進(jìn)出口的熱水溫度進(jìn)行測(cè)量；控制熱水循環(huán)泵的交替運(yùn)行；對(duì)水流開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控；對(duì)測(cè)量參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示并轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)圖像等。
3.2.2空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控
樓宇自控系統(tǒng)對(duì)本系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容有：對(duì)空調(diào)新風(fēng)和傳感器各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)控；對(duì)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓差的監(jiān)測(cè)、對(duì)送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)；對(duì)送風(fēng)機(jī)啟停開關(guān)進(jìn)行控制；對(duì)新風(fēng)門的開度進(jìn)行控制；對(duì)循環(huán)水管道冷/熱水閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)；對(duì)送風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)等等。
3.3送排風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控本系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容主要有：對(duì)送排風(fēng)系統(tǒng)的手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)以及故障報(bào)警等的監(jiān)測(cè)；對(duì)送排風(fēng)機(jī)的開關(guān)控制；對(duì)送排風(fēng)機(jī)的風(fēng)速的監(jiān)測(cè)；對(duì)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示并轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)圖像。
3.4給排水系統(tǒng)監(jiān)控
本系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容主要有：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水流狀態(tài)；監(jiān)測(cè)潛污泵、中水泵、生活水泵等的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警及手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)，并控制其啟停；對(duì)集水坑的高、低和報(bào)警液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)水泵的運(yùn)行時(shí)間；監(jiān)測(cè)屋頂水箱、生活水池和水箱、中水水箱以及消防水池的高、中、低水位；泵故障時(shí)自動(dòng)投切備用泵等等。
3.5監(jiān)測(cè)建筑表面的溫度
其監(jiān)控的內(nèi)容主要是保溫墻體的內(nèi)表面和外表面的溫度、種植屋面的內(nèi)表面和外表面的溫度、非種植屋面的內(nèi)表面和外表面的溫度、節(jié)能窗玻璃的內(nèi)表面和外表面的溫度、節(jié)能窗窗框的內(nèi)表面和外表面的溫度等等。
4現(xiàn)代有機(jī)建筑的樓宇自控系統(tǒng)的節(jié)能控制方案
因?yàn)椴煌ㄖ锏氖覂?nèi)外環(huán)境及設(shè)備的使用情況有所不同，所以樓宇自控系統(tǒng)的控制策略應(yīng)從節(jié)能以及舒適的角度出發(fā)，根據(jù)樓宇內(nèi)機(jī)電設(shè)備之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)樓宇系統(tǒng)的連鎖控制。并應(yīng)根據(jù)從各個(gè)計(jì)量系統(tǒng)取得的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，以此來制定設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，優(yōu)化系統(tǒng)控制的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)在機(jī)電設(shè)備正常及穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)最大可能地節(jié)省能源，從而降低其運(yùn)行及維護(hù)的成本。
4.1提高建筑物室內(nèi)溫度和濕度控制的精度
沒有采用樓宇自控系統(tǒng)的建筑，往往會(huì)出現(xiàn)夏季建筑物室內(nèi)溫度過低，冬季室內(nèi)溫度過高的現(xiàn)象，這不僅造成對(duì)能源的浪費(fèi)，對(duì)于人體的健康也是非常不利的。而采用樓宇自控系統(tǒng)的建筑可以按照預(yù)先的設(shè)定對(duì)室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，還能根據(jù)室外溫度及濕度的實(shí)時(shí)變化和四季變幻等來改變其室內(nèi)的溫度及濕度的設(shè)定。進(jìn)而滿足人們對(duì)室內(nèi)溫度及濕度的需求，更充分地發(fā)揮空調(diào)應(yīng)有的功能�？照{(diào)系統(tǒng)溫度和濕度控制的精度越高，人體的舒適性就越好，更重要的是還能節(jié)省能源消耗，一舉多得。
4.2新風(fēng)量控制
我國(guó)地處北半球的中緯度地區(qū)，大部分地區(qū)夏季高溫多雨，冬季寒冷而干燥，春季和秋季短促，因此，應(yīng)在適當(dāng)條件下大量使用新風(fēng)，以實(shí)現(xiàn)既不犧牲舒適性還能節(jié)省能源消耗的目的。
建筑物內(nèi)每人都應(yīng)有一定的新風(fēng)量才能滿足衛(wèi)生要求，然而，新風(fēng)量獲取過多會(huì)增加能源消耗。因此應(yīng)在滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求的基礎(chǔ)上控制新風(fēng)量，其節(jié)能效果很是顯著，具體措施有以下幾種：
1）根據(jù)室內(nèi)允許的二氧化碳的濃度來確定新風(fēng)量。就是根據(jù)室內(nèi)或者回風(fēng)中二氧化碳的濃度，對(duì)新風(fēng)量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而確保室內(nèi)空氣的新鮮度；
2）通過在房間安裝壓力傳感器，據(jù)此來控制房間的正壓（一般為50~100kPa），防止外界環(huán)境中的空氣進(jìn)入室內(nèi)，保持房間的潔凈度，保持系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
4.3春季和秋季過渡控制模式
這種模式以室外的日平均氣溫或氣候狀況作為判斷依據(jù)來進(jìn)行人工切換。這個(gè)時(shí)候，冷凍站和換熱站的運(yùn)行已經(jīng)停止，是通過將外部空氣和室內(nèi)空氣進(jìn)行混合來對(duì)室內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來達(dá)到節(jié)約能源消耗的目的。比如，秋季過渡控制模式就是采用夜間吹掃的方式，將室外的涼爽空氣帶入房間以凈化室內(nèi)空氣，并且散發(fā)房間余熱[6].
5結(jié)束語(yǔ)
樓宇自控系統(tǒng)是現(xiàn)代有機(jī)建筑的重要組成部分，它的設(shè)計(jì)涉及建筑設(shè)計(jì)、工程技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、管理等多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，且各個(gè)方面都是獨(dú)立的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。樓宇自控系統(tǒng)在現(xiàn)代有機(jī)建筑的應(yīng)用，不僅能對(duì)建筑物中的各種機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高控制的精度，還能降低人工成本和能源消耗，確保建筑物的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，為人們營(yíng)造一個(gè)安全、舒適、高效及節(jié)能的環(huán)境。
目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)現(xiàn)代有機(jī)建筑的研究較少，通過有機(jī)建筑標(biāo)識(shí)認(rèn)證的項(xiàng)目寥寥無幾，其市場(chǎng)發(fā)展的潛力大。在當(dāng)前社會(huì)大力提倡低碳環(huán)保和節(jié)能減排的大背景下，樓宇自控系統(tǒng)在現(xiàn)代有機(jī)建筑中的應(yīng)用將越大越廣，其發(fā)展前景不容小覷。
參考文獻(xiàn)：
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