楼宇自控系统节能应用及系统故障判断

摘要：随着中国经济的发展，高层建筑在大中城市像雨后春笋般冒出，大楼内的空调通风系统,变配电系统，给排水,冷热源系统,照明系统等大量机电设需要进行合理地控制和运行。期间能耗又比较大，必须采用智能楼控系统才能实现，只有这样，才会创造一个舒适,环保,节能的工作生活环境。

关键词智能建筑节能空调照明故障分析

中图分类号： TE08文献标识码：A

引言：建筑设备监控系统通过对大厦内的各种机电设施进行全面的计算机监控管理，利用分散节能控制和集中科学管理技术，为建筑物用户提供良好的工作环境，为建筑物的管理者提供方便的管理手段，从而减少建筑物的能耗、延长设备使用寿命、提高劳动生产率并降低劳动力管理成本，使大楼成为建筑节能绿色大楼。下面重点对几个系统的管理和节能应用进行介绍。

照明系统

该系统作为大楼一个独立的子系统，一般包括公共区域的公共照明（比如停车场，大堂，走廊，餐厅照明），室内灯光照明（办公室，会议室等），室外景观照明（装饰照明，道路照明，泛光照明）等，大楼照明系统能耗约占整个大楼的20%左右。因此如何对照明系统进行合理控制非常必要:

1、在电力输送过程中，一般采用较高的电压输送，以确保终端设备的工作电压，但随着晚上负荷的下降，输出电压将会上升，将会损坏设备，因此通过楼宇自控系统进行动态调压控制方式，能达到节电和保护设备目的。

2、照明功能的需求每天的时间段是不同的，可以把室外照度传感器结合起来，白天尽量利用自然光，对公共区域进行分组、分片方式控制或直接全部关闭方式，比如地下车库和走廊灯光的控制。

3、随着新灯光源的发展，新型节能照明灯具不断涌现，代替传统发热的荧光灯、白炽灯、金卤灯等多种灯具的开关控制，采用数字技术的智能控制采用软启动的方式，能使灯具寿命延长。大大减少更换灯具的工作量，有效地降低了照明系统的运行费用。

4、对于具有一定组合灯光效果的场所或区域,相同场所的灯光可以组合成若干个场景,各场景之间切换平顺而容易,在设置场景模式时我们可以选择最节能方法。

5、按纽控制:对于大型建筑物，大部份公共区域的照明可以不设置手动面板，而是采用集中控制方式。但对于一些局部场所，例如办公区域，营业场所，特别房间等，还是可以采用传统手动面板控制的，不同的是手动面板全是智能的，通过软件设置可以任意改变面板控制的对象，而且面板开关没有负荷容量的概念，还可以一键多控。智能化面板具有调光或分段控制功能，就是在手动状态下，也同样能达到节能的目的。

二．空调系统

该系统又是大楼用电最多的一个子系统，他分为空气处理末端设备如新风机组，盘管系统,空调机组，VAV变风量空调机组。另一部分为冷热源系统，总体的电耗一般占整个大楼的70%左右，如何运行及管理空调的相关设备比较重要，采用先进的楼宇自控系统，在满足房间的舒适度的情况下，既可以节约电能，延长设备寿命，又可以减少设备管理人数，现重点对VAV变风量空调机组的控制方法进行详细阐述；

对于高档的建筑物目前应用比较多的是变风量系统(VAV)，它是一种新型的空调运行方式。当室内环境温度发生变化时，房间末端通过改变送风的温度或风量大小二种控制方式可以达到空调效果，空调机组的风机频率根据负荷的大小自动进行调节。采用变风量系统的中央空调系统可节能40%，而且系统只在冷热负荷达到峰值时才使用最大风量，因此可以大大降低能耗。

VAV系统一般由带变频调节电机的空调机组和变风量可调风阀末端装置组成。监控内容包括控制风机的启停，并监视风机的运行状态，根据室内温度的大小，自动调节新回风门的大小和水阀的开度来实现对温度的控制，使室温保持稳定。带有VAV装置的空调系统各环节需要协调控制，其重点和难点主要体现在以下几个方面：

1．房间末端控制设备：

对于不同设备的控制模式在不同的工况下是不同的，控制模式的种类具体分为cool，auto，heat三种。在自动调节过程中，尽量扩大单个VAV的风量可调比。对于VAV不同模式控制方法，控制器内部有专门的程序进行控制。

对于VAV控制器在实施过程中又如何确定上述三种的一种呢，依据是什么呢？首先我们要结合室外温度参数，另外还要考虑变风量空调机组的送风温度，其次对模式切换要考虑系统的平稳性，不要出现扰动现象。一般有这样的常识，送风温度与房间温度之间的温差越大，空调效果将越明显，在冬天的工况下一般送热风，将模式设置为heat,在夏天的工况下送冷风，将模式设置为cool,在过渡季日温度波动比较大的情况下，我们在实施过程中需要将空调机组送风温度设置为一个临界点，模式通过计算机将在heat与auto之间自动识别。见图所示1：

图1控制模式转换

2、房间新风量的保证：

为了保证房间内的空气质量，必须对大楼送入一定的新风量，特别是窗户为全封闭的大楼更应如此，根据卫生部规定的卫生指标人均新风量必须满足25M3/h。空调机组的新风不采用自然吸入口而是由屋顶二台并联送风机通过竖井对相应楼层的空调机组送入新风，送入每台空调机组的新风量通过倒装BOX进行风量检测，平时的新风量变化范围为设计的最小风量与VAV-BOX阀门开度100%时的风量之间，相关楼层空调机组的新风量控制具体将以回风CO2作为目标参数，根据回风CO2含量自动调节VAV-BOX的风阀开度，而屋顶的风机通过竖井2/3位置处的静压来进行变频调节。由于新风源源不断的输入，屋内的大部分空气由门口吊顶通过回风机吸入相应的空调机组内，一部分由屋顶的幕墙排风机排出去，另一部分由楼梯口，门缝等间隙中排出去。

空调机组变频风机控制法

空调器AHU的风量控制是变风量空调系统最主要的控制内容之一。在空调运行过程中，房间的负荷是不断地发生变化，随之房间的VAV风量将不断变化，当末端VAV负荷变大时，风阀将开大,此时风机的频率将自动增大，当末端VAV负荷变小时，风阀将关小，此时风机的频率将自动减小，一般采用的方法分为定静压、变静压、总风量法。3、空调机组变频风机控制法

就此对于上述的大系统，我们还是推荐总风量控制法，它是基于上述二种方法的基础上发展起来的,有着可行的理论基础，建立系统设定风量与风机设定转速的函数关系，系统设定风量相当于需求风量，就是将所有VAV的需求风量累加即可。由于我们选用的末端VAV为压力无关型，当所有VAV阀位全开，相当于图上的Oad曲线，此时管道阻力最小，风管阻力不变，a点为系统最小风量，d点为系统的最大风量，用直线ad代替曲线ad，得到下列关系式。

Ns=Nd*Gs/Gd

Ns,Nd----分别为风机的设定转速和最大转速

Gs,Gd----分别为系统的设定风量和最大风量

上述为理想化的控制公式，实际上每个VAV随时要调节风阀，风管阻力曲线将在Od与Oc之间波动，同样一个设定风量Gs将有多个风机设定转速Ns，当末端装置调节风阀的开度较小时，风管阻力曲线为Oc,所需的风速为Ns2,采用Ns将偏低，如当末端装置调节风阀的开度较大时，风管阻力曲线为Ob，采用Ns将偏高，将造成能量浪费,因此比例系数如何界定非常重要。根据实际经验，我们将所有VAV阀门开度设置为30%，而需求风量为最小风量所确定风机频率为Nf,这样以d，f二点连线，不过原点的直线为设定风量及设定转速的数学关系式。

Nx=Nd-(Nd-Nf)*(Gd-Gx)/(Gd-Gf)

Nd,Nf---分别为风机最大转速及最小转速

Gd,Gf---分别为风机最大风量和最小风量

Gx----系统设定风量

Nx----系统设定转速

在实施过程中对于阀门在不同开度的情况下，比如阀门开度40%和50%，产生不同的管网特性曲线，这样系统的控制精度将会更加准确。

图2总风量原理图

4．变风量空调机组送风温度的再设

上段介绍空调机组风量的控制方法，在平时调节过程中以风量调节为前，根据房间负荷变化情况，随时进行变频调节。送风温度调节为后，效果却比较明显。一年之内各个季节的送风温度是不一样，送风温度的范围为8---30度之间变化，而且同一个季节每天的送风温度也有差异，这样才会满足系统要求，一般通过计算机在相隔几分钟内对整个大系统进行判断，看有没有必要对送风温度进行增减。本段着重介绍一种数理统计调节法-----模糊判别法，来确定送风温度的变化，即统计本空调机组所有相关房间的有关参数：房间温度，设定温度，风量，阀位等相关参数，找出大部分房间对送风温度趋势需求分析，然后确定送风温度是增还是减，同时再辅助结合典型房间温度及回风温度的大小。

每个房间都安装了变风量末端设备，计算机通过通信的方法采集相关数据并进行处理，先对房间温度设定值进行鉴别，房间温度设定值由房主根据需求自行设定，夏天温度设定有效范围为25—28度之间，超过上限或低于下限以上下限界定。冬天温度设定有效范围为20---25度之间，超过上限或低于下限以上下限界定，然后计算每个房间温度与设定温度的绝对差值，差值为＆，一般该系数为0。8----1。0之间，第一个房间温度为t1,温度设定为t1set,第n个房间温度为tn,温度设定为tnset,每个房间的数学表达式必将出现有如下三种之一：

A:│tn-tnset│≤＆

B: tn-tnset>＆

C: tnset-tn>＆n=1-----J(J为房间数)

如果满足上述三种条件，结果依次表示为0，1，-1。

下面对另一条件VAV风量进行判断，第一个房间的风量为Q1,阀位为MV1,最大风量为Q1max,最小风量为Q1min,第n个房间的风量为Qn,阀位为MVn,最大风量为Qnmax,最小风量为Qnmin,有关风量的表达式同样出现以下几种：

A: Qnmin＜Qn＜Qnmax

B: Qn≥Qnmax（或MVn=100%）

C: Qn≤Qnminn=1-----J(J为房间数)

如果满足上述三种条件，结果依次表示为0，1，-1。将上述二种判断结果进行与门一下，即二组相同结果保持不变，不同的话显示为0，这样同样出现三种现象A,B,C,结果依次表示为0，1，-1。

针对上述判断结果，在某一采样时间内，通过计算机进行分析决策，当房间出现B类总数占全部房间的数量大于15%，且B/C≥2，那么我们对送风温度再设减0.5度。同样当房间出现C类总数占全部房间的数量大于15%，且C/B≥2时，那么我们对送风温度再设加0.5度。若不满足上述条件，送风温度设定将保持不变，过一段时间以后又对系统参数重新进行计算判断，重复上面所做的工作。

上述描述有关楼控系统对机电设备的控制以及节能的应用，着重在于大楼内空调系统的应用，下面介绍楼控系统对设备和系统故障进行判断及分析。

三．楼控系统故障分析法

常用的故障判断排除法，我们采用数理统计方法中的因果分析图法的应用，也称为质量特性要因分析法，其基本原理是对每一个质量特性或问题，采用如图的方法，从最主要的一项做起，逐层深入排查所有可能发生的原因，对每一事件进行处理，这就是我们采用计算机处理排查故障分析法的基本原理。

机电故障的判断：在平常的工作生活中，我们对简单的大楼照明发生的问题如何判断呢？首先从结果入手，公共照明灯不亮了。进行下面分析

事件1 事件2

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事件1----电源，平时我们第一印象必然想到电源的出处是配电箱，检查总闸有没有合上，通过楼控系统检测电源通断状态。

事件2----楼宇控制，现在楼宇系统的照明回路都是采用计算机控制的。必须检查楼控的信号有没输出。

事件3----强电配电箱，配电箱的接触器有没吸上。有没吸上通过楼控予以监视。

事件4----照明灯具。在有电的情况下，照明灯具不亮，最后更换灯具，问题就解决了。

在楼控系统中，根据上述的描写，我们很方便地通过编制软件进行故障分析和提醒，有利于使用人员很直观发现和查询。

会议室温度感觉不好，这一结果由以下几个事件引起的。按照上述的方法我们具体加以罗列。

事件1----楼控系统的控制方法不对。在控制过程中，控制参数设置不当，与控制参数有关的一般为比例系数，积分时间。

事件2----控制阀门故障，在空调运行过程中阀门由于机械或电子故障不能自动调节。

事件3----传感器检测不准，因各种原因不能准确反映房间的温度。

事件4----温度设定不合适，人体对温度的适应不同季节是不一样的，夏天温度设定为26度，冬天设定为23度。

事件1 事件2

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四、结束语

在中国城市化的今天，楼控系统的应用方兴未艾，由于采用先进开放的楼宇自控系统，符合国际的最新潮流，在系统维护及升级方面可以有多种设备选择余地，包括各厂家的DDC控制器，路由器等产品，有效控制运行成本，保护现有投资，发挥很大的作用。采取综合管理判断的方法,楼宇自动化的作用将会充分地发挥，有利于大楼的管理、节能、造福于人类,前景将会越来越广。

参考文献：

1、《智能建筑设计标准》，中国计划出版社。

2、《空气调节用制冷技术》，高等学校试用教材。

3、《采暖通风与空气调节设计规范》，GB50019-2003),北京：中国计划出版社。2004