智能建筑通风系统的自动控制解析

[摘 要]近些年，建筑规模不断拓展，建筑数量逐年增加。人们对工作、生活条件的要求也随之提高。智能化技术是现代建筑工程中的新技术，我国建筑行业的机电工程中，积极引进智能化技术，加强对机电设备的有效控制，监督设备与系统的运行。自动控制技术的应用是比较关键的一环，正是这种自动控制技术的应用才提升了建筑智能化的应用价值，本文就重点针对建筑智能化的自动控制进行了简要的分析，并以通风系统为例，探讨了实现智能化的过程。

[关键词]建筑；变风量（VAV）；自动控制；

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0164-02

1 导言

中科院107实验楼项目的自控系统主要由网络控制器、DDC现场控制器、VAV变风量箱等设备组成。实验楼主要用于化学类研发实验，部分实验室实验产生废气不宜混合排放。根据通风设备的布置情况和该建筑的结构情况，并依据相关国家规范与国际标准，采用变风量通风与全新风空调系统，并设置中央监视系统远程监视运行状态。实验楼空调系统主要设有6台新风空调机组，14台排风机。本系统主要通过对实验楼内部通风柜、新风空调机组、排风机等机电设备进行控制，达到对房间负压控制的要求。

2 自动控制技术及其特点

所谓的自动控制技术，顾名思义也就是指在具体的控制过程中，促使其相应的控制环节具备较高的自动化程度，进而也就能够较好的解放人力资源的使用，尽可能的减少或者是避免对于人员的使用，并且还能够较好的提升其控制的效果和水平，相对于原有的人工控制模式来说，这种自动控制技术的应用具备着极为理想的作用和价值，尤其是在控制的便捷性和快速性方面，其是人工控制所不能够满足的，但是从控制的精确度和智能化程度上来讲，其确实存在着一定的问题，仍然有待于进一步的发展和完善，尤其是相对于人力控制模式来说，其更容易出现一些问题和故障，但是总的来看，这种自动控制技术的发展和应用还是具备着较强价值和优势的，并且相信随着今后自动控制技术的不断发展和完善，其所能够体现出来的应用价值必然会更为突出。

针对这种自动控制技术的具体应用过程来说，其所表现出来的特点主要有以下方面：

首先，这种自动控制技术的应用价值是比较高的，这一点从上述的一些应用优势中就能够得到较好的体现，正是因为这些应用优势的体现，才能够更好的促进自动控制技术的发展，这也是自动控制技术应用所表现出来的一个最大特点；

其次，自动控制技术所涉及到的技术内容是比较宽泛的，这主要是因为这种自动控制技术所包涉及到的技术含量是比较高的，进而也就造成了自动控制技术的整体应用技术水平比较高，当然，这种技术含量较高的特点，必然也就导致相应的自动控制技术存在着较高的复杂性，尤其是在最初的设计过程中，更是需要专业的设计人员切实提升相应的设计水平，保障其具体的自动控制技术确实能够发挥较强的应用效果。

3 自动控制系统的设计

3.1 机电设备自动化控制

楼宇智能化的实现有赖于各种设备的自动化，机电设备自动化控制是智能化楼宇自动化系统中的技术核心，能够实时监测系统的状况并及时做出调整，保证楼宇的按要求运行以及使用的安全性。自动控制系统可以对空调机组、排风机、VAV设备进行实时调控，根据环境的变化而变化，使其状态适合建筑内部的实际需要。同时，保证各系统的正常运转。机电设备的自动化能够使系统更加节能环保，避免资源的浪费。如图1，为排风机的自控逻辑流程图：

机电设备的结构组成包括：管理层、自动化层以及现场层。管理层在系统中处于控制中心，具有统筹管理的功能，利用网络以及不同的设备终端开展管理工作，进行数据交换，对系统的各个层面有效管控，同时，这一层面具有一个数据库，通过数据库对设备进行监控与管理，自动化层对所有的指令进行实时监控，将现场中不同模块进行有效管控与处理。

3.2 变风量系统

3.2.1 变风量系统简介

变风量系统（Variable Air Volume System， VAV系统）根据室内负荷变化或室内要求参数的变化，保持恒定送风温度，自动调节空调系统送风量，从而使室内参数达到要求的全空气空调系统。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行，所以，风量的减少带来了风机能耗的降低。VAV系统追求以较少的能耗来满足室内空气环境的要求。

3.2.2 变风量系统优点

①由于VAV系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，同时在确定系统总风量时还可考虑一定的同时使用情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。VAV系统与CAV系统相比大约可以节约风机耗能30%-70%。

②由于VAV系统的末端可以根据室内温度与设定值的偏差来调节送风量，所以与CAV系统相比具有一定的独立调控性能。

③系统的灵活性较好，易于改、扩建，尤其适用于格局多变的建筑。当室内参数改变或重新隔断时，可能只需要更换支管和末端装置，移动风口位置，甚至仅仅重新设定一下室内控制器。

④VAV系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点，例如过渡季和冬季可以利用新风消除室内冷负荷，能够对负荷变化迅速响应，室内也没有风机盘管凝水问题和霉菌滋生问题。

3.2.3 变风量系统缺点

虽然VAV系统有很多优点，但是伴随着VAV系统的诞生，大部分系统或多或少地也暴露出如下问题：

①室内噪声偏大。

②系统的初投资比较大。

3.3 变风量通风柜的控制方法

3.3.1 通风柜控制目标及环境要求

①变风量通风柜必须保持当通风柜调节窗在任何位置均保持通风柜调节T开口面风速为0.5m/s±20%，以保证人员的安全。

②通风柜操作面面风速均匀，导流设计合理，调节窗全开时取9点测量面风速，各点测量值距平均值偏差不超过±15%。

③针对变风量系统，通风柜结构能有效地配合VAV系统进行操作。

3.3.2 台式通风柜控制方式与功能

①变风量台式通风柜排风采用TEL变风量控制系统，面风速控制方式（即通过面风速检测对通风柜面风速进行控制）。当通风柜调节门移动时，面风速传感器实测通风柜面风速，进行精确微调变风量排风阀开大或关小，面风速到达设定值。

②通风柜面风速传感器类型及安装位置，适合各种不同标准、规格、厂家的通风柜结构，同时能够合理代表通L柜的平均面风速。面风速传感器安装方便，且不会发生精度漂移，可避免定期校核，降低维护的复杂性。

③通风柜监控器，可通过监控器就地进入参数设定状态，方便用户依据实际使用状况就地修改控制参数（如改变设定面风速等）。

④面风速超过设定范围或者设备故障时声光报警。

⑤当通风柜调节窗关至最低位置时，需维持通风柜的最小排风量，以满足实际房间换气次数要求，以及通风柜安全排风要求。

⑥最大限度地节省能耗。在充分保证面风速控制的前提下，通过风机变频，大幅降低风机运行能耗。

台式通风柜变风量控制原理图见图2：

3.4 房间微负压的实现

实验楼主要用于化学类研发实验，部分实验室实验产生废气不宜混合排放。自控系统主要通过对实验楼内部通风柜、新风空调机组、排风机等机电设备进行控制，达到对房间微负压控制的要求，以保证使用人员的安全。实验室微负压控制的逻辑流程图如图3：

实验室由于布置有通风柜，因此，在实现微负压时，需要考虑通风柜使用时对室内气压的影响，其控制原理图如图4：

通过压差传感器，实时监测房间负压状态值，并发送给DDC控制器。DDC控制器根据室内压差实测值与设定值的比对结果调整送风量，使之与房间的排风量达到一定的匹配值，从而控制房间的负压。具体的实现方法如下：

①压差传感器实时测量房间，并把该信号传递给房间的DDC控制器，控制器根据实测值与设定值进行比对，根据比对结果调整送风量，以维持设定负压差。

②持续地监测实验室送风气流，通过调整新风量来恒定压差。

③控制器采集负压信号等通过通讯上传至上位机进行实时监测。

④变风量阀与通风柜联动，并按通风柜要求调节排风机，不受负压值影响。

4 自动控制系统的现场单点调试

（1）提供220V电源给现场控制盘箱，并通过通讯总线下传控制程序。

（2）对各监控点位进行调试并对调试结果和问题进行记录。各类型点位的调试方法如下：

*模拟量输入点（AI）：观察笔记本中的显示值。同时在传感器安装位置通过“手持式温湿度测量计”对被测区域的温度、湿度进行测量，并对比测量值与笔记本中的显示值。偏差不宜超过±1℃或±10%。

*数字量输入点（BI）：通过在被控对象的信号输出端进行短接或故障模拟等方式改变相应点位的状态并观察笔记本中显示值是否正确；

*模拟量输出点（AO）：在笔记本上发出相应的控制命令，同时折算出此命令对应的电压或电流值，通过万用表在DDC盘箱的信号输出端进行测量，看万用表显示值是否与折算值相符。另，再对现场执行器的动作进行开度和开启方向确认；

*数字量输出点（BO）：在笔记本上发出相应的控制命令，倾听继电器是否会有开/关动作的声音发出。如果受控设备可以投入运行，则只需观察设备是否按控制命令进行动作。

（3）对调试遗留的问题进行汇总，并更新后期的工作计划。

5 结束语

综上所述，随着生活应用中，对环境要求的逐步提高，单纯靠人力调节室内各部分的机电设备，变得越来越繁重复杂。我们需要通过自动控制的手段，来实现建筑的智能化，在满足人们需求的前提下，最大限度的解放人力。在我国建筑行业的未来发展中，需要在机电工程中积极落实智能化技术，结合系统的设计和应用，推进自动控制系统在智能建筑楼宇项目中的发展，以便在楼宇中，开发更多的自动化控制功能。

参考文献

[1] 云洁.建筑智能化系统网络安全研究[J].数字技术与应用，2017，01：211+213.

[2] 吴涛.智能建筑楼宇自动控制系统的几点探讨[J].电子世界，2017，05：105+107.