广州国际金融中心建筑设备自动监控系统设计

文｜北京江森自控有限公司 刘丽娜

1 引言

广州国际金融中心亦称广州西塔，是广州珠江新城6大标志性建筑之一，位于珠江新城西南部核心金融商务区。项目占地面积31000m2，总建筑面积约448000m2，由地下4层、地上103层的主塔楼和28层的附楼组成，包括白金五星级酒店、智能化超甲级写字楼、会议中心、酒店式公寓、高档商场、高级餐厅、地下停车库、贵宾登机通道等，楼高432m，是华南地区最顶级综合性商务物业的代表。

广州西塔对建筑物机电设备节能有很高的要求。其内部分布着冷水机、电梯、高低压变配电柜、大量的空调风柜、照明配电柜、给排水泵等机电设备。要实现机电设备节能，对建筑物内的所有机电设备进行统一管理、节能控制，收集报表进行数据分析尤为重要。而西塔项目采用了VAV变风量系统和能够实现良好节能效果的变静压控制方式，能否在满足舒适性要求的前提下使VAV变风量空调系统尽可能地节能，是决定该项目建筑设备自动监控系统成功与否的关键。本文将介绍该项目建筑设备自动监控系统，尤其是VAV变风量空调系统监控环节的设计。

2 系统配置

图1 西塔建筑设备监控系统结构图

（1）建筑特点

西塔项目具有以下突出特点：

◆ 机电设备分布比较分散，要求BAS系统采用分区域监控的方式；

◆ 项目整体可按建筑结构分为地下室裙楼区域、办公区域、酒店区域三大区域，其中办公区域采用了VAV变风量空调系统，酒店区域采用了风机盘管系统；

◆ 各楼层建筑机电设备多且分布分散，需要充分考虑控制总线的长度问题。

（2）系统结构设计

西塔建筑设备自动监控系统采用完全集成化、网络化的系统架构，融合了信息技术（IT）及互联网的各种技术，在系统结构上支持BACnet协议标准，管理层上支持BACnet/IP协议，控制层上支持BACnet MS/TP协议。系统体系结构，如图1所示。

（3）系统配置要点

为与项目的建筑特点相适应，BAS系统需具备分散控制、区域管理、集中管理的功能；由于采用了VAV变风量空调系统，BAS系统需不断处理大量的数据，相关产品需具备较高的性能。

①控制中心配置一套先进的系统管理软件，应用当前主流的IT技术，包括B/S结构、Web Service技术、JAVA技术、XML技术等，以应对将来与信息系统的集成。

②控制中心配置两台服务器，分别用于系统自动运行操作和网络发布管理；酒店区域设置一台服务器，用于对酒店区域系统的管理。

③根据建筑物特点，配置两台工作站，用于相应的操作管理。

④三大区域分别设计相应的网络控制器。网络控制器与DDC控制器都采用ISO标准通用协议BACnet，以满足开放性要求。

⑤VAV控制器按相应数量要求挂在网络控制器下，由网络控制器完成数据处理，实现区域管理的功能，以防止因服务器直接进行所有控制器的数据处理而造成系统堵塞。

⑥要求第三方系统，如冷源系统、热水锅炉系统、给排水两用变频泵组、给水变频泵组等，提供标准接口。所有系统接口的管理统一由网络控制器承担（达到硬集成的目的），可不依赖于控制中心服务器。

3 系统控制功能

西塔项目冷源系统等第三方系统配置了专用接口设备，用于实现所有第三方系统数据的集成。

3.1 冷源系统监测

冷源群控的内容包括对冷水机组、冷冻一次泵、冷冻二次泵变频、冷却水泵、冷却塔等的监控以及冷源系统的群控。各设备提供统一的接口，以便将数据打包发送给BAS，实现集中监控与管理。BAS向能源管理系统开放其所控设备的状态及设备的电流、电压、谐波状况、电耗等相关电能参数。BAS对冷源系统只做监视，不做控制。

3.2 冷风柜监控

冷风柜监控采用自适应控制与模糊控制原理等高级控制软件，自动改变温度设定值，提高控制精度，以达到节能的目的。监控的内容包括：冷风柜风机的启停控制，风机运行状态、故障报警、手/自动状态监测，回风温度、送风温度监测，风机压差监测，过滤网前后压差监测，冷水阀调节，新风阀调节和回风阀调节。

监控原理，如图2所示。

夏季室温要求一般为最高不超过26℃，常规控制的空调系统的控制精度为±1℃，则设定值应为25℃；如果控制精度为±0.5℃，则设定值可提高至25.5℃。设定值每提高1℃可以节省8%的冷量；而中央监控同常规控制相比，控制精度有大幅提高。一般来说，用中央监控代替常规空调控制所带来的控制精度的提高，可以节省30%左右的冷量，这对于减少运行费用与节约能源均有重要意义。

根据实际情况，西塔项目空调系统共设计了11项监控内容。

（1）回风温度监控

DDC控制器会监测回风温度并将它与预设的温度值作比较，进行PID运算并将结果输出至冷冻水阀，相应地调节冷冻水量，将温度调节至要求的范围内。

（2）风机开关控制

风机的开关控制主要是根据BAS系统预设的时间表来进行启停控制或根据气体探测器测得的气体质量数据来进行控制。在一些特别的情况下，如加班时，风机如需要在预设时间表之外的时间启动，用户还可选择在BAS操作站上手动启停风机。

图2 冷风柜监控原理图

（3）风机状态监测

BAS系统可自动监测风机的状态是否与控制要求一致；如不一致，BAS系统会同时定义此状态点与控制点出现故障，并以声光报警形式在操作站上报警，以提醒操作人员进行相应的处理工作。BAS系统还会将有关的事项一一记录，作日后检查之用。另外，BAS系统允许用户自行设定对设备累计运行时间的测量，以便维修人员在设备运行至一定时间后进行维修工作。

（4）风机跳闸报警监测

DDC控制器会监测风机热继电器跳闸报警，在有报警时关停风机并以声光报警形式在操作站上报警，以提醒操作人员安排有关人员进行检修。而BAS系统也会将有关的事项一一记录，作日后检查之用。

（5）风机手/自动切换状态监视

BAS系统实时对风机的手/自动运行状态进行监视，了解风机的运行状态。

（6）冷水阀联锁

冷水阀与风机状态联锁；风机关闭时，冷水阀关闭。

（7）送风温度监测

通过设置在送风口的送风温度传感器对送风温度进行监测，并对监测值与设定值进行比较。

（8）滤网状态监测

BAS系统借助压差开关监测风机前过滤网前后的压差。当压差超过压差开关的预设值（在压差开关上可调），BAS系统会以声光报警形式在操作站上报警，以提醒操作人员安排有关人员进行滤网清洗工作。而BAS系统也会将有关的事项一一记录，作日后检查和分析之用。

（9）风机压差状态监测

BAS系统借助压差开关监测风机前后的压差。当风机运行状态为开启时，如压差低于压差开关的预设值（在压差开关上可调），BAS系统会以声光报警形式在操作站上报警，以提醒操作人员安排有关人员进行维修。而BAS系统也会将有关的事项一一记录，作日后检查和分析之用。

（10）过渡季节转换设定

BAS系统通过软件设定空调系统按过渡季节工况或夏季工况运行。空调系统冬夏季以最小新风模式运行，根据回风温度控制冷水阀开度；过渡季时充分利用室外新风，降低空调能耗。

（11）新回风阀开度控制

BAS系统分别对室外温度、回风温度、送风温度与设定温度进行比较，根据结果调整新回风阀开度。在夏季模式下，在保证满足最小新风量要求的同时，充分利用回风冷量；过渡季时充分利用室外新风，降低空调能耗。

3.3 新风冷风柜监控

新风冷风柜监控的内容包括新风冷风柜风机的启停控制，风机运行状态、故障报警、手/自动状态监测，送风温度监测，风机压差监测，过滤网前后压差监测，冷水阀调节。监控原理如图3所示。

3.4 变频冷风柜监控

变频冷风柜监控的内容包括变频冷风柜风机的启停控制，风机运行状态、故障报警、手/自动状态监控，回风温度、送风温度监测，风机压差监测，过滤网前后压差监测，冷水阀调节，变频器故障监测，以及频率反馈、变频控制、新风阀调节、回风阀调节。监控原理，如图4所示。

变频器调节控制即BAS系统比较回风温度监测值与设定值，据此控制变频器，调节风机的转速，保证风管内压力恒定，同时将频率信号反馈至DDC控制器。

变频器报警监测即DDC控制器监测变频器故障报警，在有报警时关停风机并以声光报警形式在操作站上报警，以提醒操作人员安排有关人员进行检修工作；BAS系统将有关的事项一一记录，作日后检查之用。

3.5 变风量风柜监控

变风量风柜监控的内容包括变风量风柜风机的启停控制，风机运行状态、故障报警、手/自动状态监测，送风温度监测，风机压差监测，过滤网前后压差监测，冷水阀调节，风管压力监测，CO2浓度监测，变频器故障监测，以及频率反馈、变频控制、新风阀调节、回风阀调节、送风阀调节。监控原理，如图5所示。

BAS系统比较风管压力监测值与设定值，据此控制变频器，调节风机的转速，保证垂直送风总管内压力恒定，同时将频率信号反馈至DDC控制器。

CO2浓度监测即通过装设在空调机组的回风管内的CO2传感器监测室内的CO2浓度，根据CO2浓度设定要求自动调节定风量箱阀门，保证新风量满足要求。

图3 新风冷风柜监控原理图

图4 变频冷风柜监控原理图

图5 变风量风柜监控原理图

3.6 变风量新风冷风柜监控

变风量新风冷风柜监控的内容包括变风量新风冷风柜风机的启停控制，风机运行状态、故障报警、手/自动状态监测，送风温度监测，风机压差监测，过滤网前后压差监测，冷水阀调节。

3.7 变频送风机系统监控

变频送风机系统监控的内容包括变频送风机的启停控制，运行状态、故障报警、手/自动状态监测，风机压差监测。监控原理如图6所示。

3.8 送排风机系统监控

送排风机系统监控的控制设备及控制内容，如表1所示。

3.9 给排水系统监控

给排水系统监控的控制设备及控制内容，如表2所示。

（1）潜污泵、水景循环泵状态、故障报警监测即DDC控制器监测潜污泵、水景循环泵状态及跳闸报警，在有报警时以声光报警形式在操作站上报警，以提醒操作人员安排有关人员进行检修。

图6 变频送风机系统监控原理图

表1 送排风机系统监控对象及监控内容表

表2 给排水系统监控对象及监控内容表

（2）生活水泵状态监测即DDC控制器监测生活水泵状态及跳闸报警，在有报警时以声光报警形式在操作站上报警，以提醒操作人员安排有关人员进行检修。

（3）液位报警监测即BAS系统对污水井的超高液位报警进行监测；对生活水池的超高、高、低、超低液位报警进行监测；对补水箱、水景池的超高、超低液位报警进行监测；在有报警时，以声光报警形式在操作站上报警，以提醒操作人员安排有关人员进行检修。

3.10 热交换系统监控

热交换系统监控的内容，如表3所示。

表3 热交换系统监控内容表

监控原理：

◆ 根据事先排定的工作及时间表，定时启停供热水泵；

◆ 根据热水供回水温差和供水流量测量值，自动计算所需热负荷量，调整供热水泵运行台数；

◆ 电动蝶阀与热水泵联络启停；

◆ 根据热水供回水压差自动调节旁通阀，维持供回水压差恒定；

◆ 根据二次侧供回水温差调节一次侧电动调节阀，控制热交换器的热水输入量，使之满足实际要求。

3.11 VAV末端控制

西塔项目采用“与压力无关型”的VAV末端单元。

变风量系统的空气分配的控制由末端单元（又称变风量箱，或VAV BOX）负责，根据房间或区域内温度传感器探测到的温度对进入房间或区域的送风量进行控制。

末端单元可以是与压力有关型（如图7所示），也可以是与压力无关型（如图8所示）。由于大多数与VAV系统相连的风道的静压是变化的，因此与压力无关的控制模式比较适合西塔项目。与压力无关的末端单元控制模式能提供极准确的风量控制；在该模式下各房间或区域的送风量根据相应温度传感器的信号进行调整，不受送风管道内压力变化的干扰。

图7 与压力有关型末端单元示意图

图8 与压力无关型末端单元示意图

与压力无关的末端单元由一组DDC控制器、进风口差压变送器、风阀驱动器和温度传感器等控制部件组成。

DDC控制器通过进风口风道传感器来监视供风量，以便保证提供恒定的空气流量来满足使用要求。当该空间内的空调负荷改变时，DDC控制器将根据该空间内的温度传感器的信号来改变送风量的设定值，以适应该空间的需要。对于任一给定的设定值，不论进风口的静压是否改变，DDC控制器都将保持送风量的恒定。这一模式被称为“与压力无关”型，这一类型的末端单元在由最小到最大的任何设定值下均能进行恒定送风量控制。

变静压控制的指导思想是尽量使每个VAV末端的风阀保持在全开状态（70%～90%），尽量减少系统所需静压，从而最大限度地降低风机转速，以获得更佳的节能效果。另外，由于风阀保持较大开度，变静压控制还能降低VAV末端的再生噪音。

变静压控制的原理是：首先根据室内温度设定值计算出所需风量（送风温度一定时），将其与风速传感器计算出的实际风量比较，调节风阀开度；当所有风阀开度中的最大值，即POSmax过小（小于70%）时，表明系统静压过大，降低风机转速；当POSmax过大（大于90%）时，表明系统静压过小，加大风机转速；当VAV末端送风量达到最大值或最小值仍不能满足室温要求时，调节水路上的电动二通调节阀，改变送风温度。

4 结束语

广州国际金融中心以创造高效节能、绿色环保、舒适、高性价比、温馨而安全的环境为目标，其建筑设备自动监控系统的设计突出体现了“以人为中心”，创建高效、节能、安全、舒适、健康的工作、生活环境的绿色智能建筑思想。该项目的建筑设备自动监控系统所具备的分散控制、区域管理、集中管理的功能，与其建筑特点相匹配。该项目的VAV变风量空调系统有近3000套VAV BOX，建筑设备监控系统需不断处理大量的数据，其系统产品的高性能保证了大量VAV设备在一套系统上的稳定运行。该项目的VAV系统采用变静压控制方式，获得了比常规的定静压控制方式更好的节能效果。

1 李玉云.建筑设备自动化[M].机械工业出版社，2006.

2 吴兴.楼宇自动化系统概述[J].科技情报开发与经济，2008，18（29）：189-190.