建筑设备监控系统的建筑节能分析

摘要：建筑设备监控系统又称楼宇自动化系统BAS(Building Automation System),利用计算机自动地对建筑物内的电气设备进行实时监视、测量和控制，由于它具有节能、高效、降低运行费用和改善环境等重要功能，已经成为建筑智能化系统中十分重要的组成部分。

关键词：建筑设备; 监控系统; 节能

中图分类号：TE08文献标识码： A 文章编号：

一、建筑设备监控系统的结构

集散式系统是目前BAS广泛采用的一种结构。这种系统以分布在现场 被监控设备附近的多台DDC控制器，完成设备的实时监控任务，在中央监控室设置具有很强的数字通信、显示、打印输出和丰富控制管理软件功能的管理计算机，用它来完成集中操作、显示报警、打印输出与优化控制等任务。

二、发展历史

建筑设备监控系统是随着控制、计算机和网络技术的发展而不断发展起来的。早在19世纪末, 为了对暖通、电力等设备进行控制, 西欧和美国的一些公司生产了机械控制器和电气控制器。到20世纪50年代, 出现了气动仪表控制系统; 60年展为电动单元组合仪表; 70年代出现电子仪表, 并开始应用小型电子计算机实现集中控制; 80年代出现采用微型计算机进行集中管理分散控制的分布式控制系统。随着网络技术的发展, 现在正向完全分散的现场总线控制系统( FCS)过渡。

建筑设备监控系统与常规仪表控制系统相比, 采用计算机的控制系统具有很多优点: 采用显示器代替仪表盘, 有利于监视和操作; 可用软件组态, 控制灵活; 信息可以统一上传到计算机,实现复杂过程和优化的综合控制。然而, 集中控制系统的风险高、可靠性差, 需要大量和长距离的现场连线, 安装复杂, 抗干扰能力差, 因而应用规模受到较大的限制。为克服计算机集中控制系统危险高度集中的致命缺点, 分布式控制系统( DCS)发展起来并得到广泛应用。在设备附近安装带有微处理器芯片的现场控制器, 实现分散控制, 由监控室装有应用软件的计算机(中央工作站和分站)实现集中管理。各计算机(包括中央站、分站和现场控制器)之间以一定的网络结构形式连接起来,形成控制网络。

智能传感器、智能执行器的出现, 将微处理器直接嵌入现场设备内部(本身具有独立的控制功能和通信功能) , 实现了监控功能的完全分散,最大限度地消除故障根源。同时, 随着网络通信技术的发展, 上位机可位于任何物理位置进行复杂计算, 实现系统协调。因此, 现场总线系统将会成为新一代控制系统的结构模式, 它具有高可靠性、灵活性和实用性, 而可互操作的设备也会带来更低的成本。

三、建筑设备监控系统和建筑节能的关系

建筑能耗包括建造能耗和运行能耗两部分，前者指建筑材料生产和运输用能、房屋建造和维修过程中的用能，后者即建筑物采暖、空调、照明、给排水系统，以及办公设备和电梯等设备的能耗。建筑节能具体指在建筑物的规划、设计、建造、使用和改造过程中，执行节能标准，采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热及空调制冷、制热系统的效率，加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下减少供热，空调制冷、制热，照明，热水供应的能耗。业内专家对建筑全生命周期成本的分析结果表明，规划、设计、施工成本仅占总成本的25%，而运营使用成本占到75%。因此，建筑运行能耗应是建筑节能关注的重点。据相关机构调查，民用建筑运行电能消耗情况大致如图1 所示。显然，在建筑运行能耗构成中，空调和照明能耗具有举足轻重的地位。建筑设备监控系统（BAS）是建筑智能化系统的重要组成部分，能够对建筑冷热源、通风空调、给排水、电梯、变配电、照明系统等进行实时监控、综合管理与统一协调，通过分布式的直接数字控制器（DDC）对建筑内的空调、照明等机电设备进行信号采集和控制，从而发挥改善系统运行品质、提高管理水平、节约运行管理费用、降低管理人员劳动强度、降低运行能耗的作用。

建筑设备监控系统自上世纪引入我国后，发展迅速。目前我国的大型公共建筑中约有90% 安装了这类系统，在节能降耗方面取得了明显的效果。

图一

四、建筑设备监控系统的节能技术措施

1、空调系统节能

空调系统包括冷热站、空调机组、空调末端。空调系统能耗是建筑物能耗中最大的一项。BAS 能够使之得到最大可能的降低。

1.1台数控制：BAS 能够根据实际供冷量需求，实时加减冷水机组运行的台数，从而实现节能。

1.2变频控制：对设有冷冻水二次泵的系统，BAS 可采用变频技术，实时调节水泵的转速，降低其能耗。

1.3变风量系统（VAV）：采用压力无关型变风量箱构成变风量系统，基于变风量箱（末端）的送风量与风道压力无关的特点，在保证处于“最不利点”处末端的送风量足够的前提下，依据令各使用中的变风量箱风阀开度均保持为85%~95% 的原则，调整变风量空调机组的转速（此即变静压自动控制），可降低变风量空调机的风机能耗。

1.4采用节能设定值：从节能角度出发来确定室内温、湿度的设定值，通过BAS 来保证室内温、湿度维持在设定值范围内。国务院办公厅《关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知》规定：夏季室内空调温度设置不得低于26℃，冬季室内空调温度设置不得高于20℃。据测算，夏季空调室温设定值每提高1℃可节电5%~10%。

1.5热交换控制：夏季，由于新风温度较高而排风温度较低，可利用两者的风道热交换降低新风温度，以节约能源。

2、照明系统节能

照明系统包括室内照明、走道和应急照明、室外景观照明等。照明系统的能耗在大型建筑中往往仅次于空调系统。BAS 可以对照明系统进行灵活的自动控制和管理，在保证照度的同时尽可能地使照明系统更节能。例如，BAS 可以根据预设的时间表自动定时开闭灯光；可以充分利用光照度传感器感知现场的光亮度，并据此自动调整区域内开闭的照明回路数量；可以根据节假日分级管理，变换预设的场景亮灯模式；还可与门禁系统联动，结合梯控，根据人员进出情况控制照明等。引入BAS 进行照明控制后，通常可使用电量减少30% 以上。

五、建筑设备监控系统在建筑节能工作中的优化措施

1、相关部门应重视BAS 的作用，在设计、施工图审查、监理、检测、验收等各个环节把好关，推动系统建设水平的提高。

2、建筑设备监控系统专业设计、调试人员应及时学习理解政府建筑节能相关规范、要求和行业技术发展，以节能的理念实施最佳的控制。

3、应由专门的机构和人员对已竣工验收、投入使用的BAS 进行管理操作。BAS 涉及暖通、电气、给排水等多个专业，其管理人员不但需要精通自控专业知识，还需要了解暖通空调、给排水、变配电等方面的系统知识。只知其然而不知其所以然的操作人员只能按照操作手册对设备进行简单的监控。

在绿色建筑评价及建筑能效测评的相关标准中，建筑设备监控系统运行数据及系统运行管理情况是重要的评价对象之一。建筑运营管理应注重专业人才的培养，在建筑设备的运行与维护中采用先进、科学的方法与手段实施专业的管理，才能使BAS 在建筑节能中发挥最大的作用。

结束语

绿色建筑是建筑业将来发展的必然方向，也是推进可持续发展的重要手段。为了节省能源就需要在绿色建筑中采用新的自动化、智能化技术，利用智能系统的“智慧”，最大限度地减少能源消耗。建筑设备监控系统智能化技术满足开放性原则的要求，对于系统中增加或更新设备都有适应性和兼容性，具有超前性、扩张性和灵活性。

参考文献

[1] 夏东培. 论国产楼宇自动化系统的应用[ J] . 智能建筑, 2011( 6): 32-33

[2] 李玉云. 建筑设备自动化[M ]. 北京: 机械工业出版社, 2009.