智能建筑电气自动化系统的分析和设计研究

张宇程

摘 要：随着人们生活水平的提升，对于建筑功能的需求不断增多，在此背景下智能建筑应运而生。为了满足建筑功能多样化的需求，就必须完成电气自动化系统建设。本文首先分析了电气自动化系统的应用优势，然后介绍了自动化系统的组成和设计要求，最后详细阐述了设计方法，以供参考。

关键词：智能建筑；电气设备；自动化系统；优势；设计方法

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0078-01

所谓智能建筑，指的是根据用户的需求，对建筑物的结构、系统、服务、管理等进行优化组合，从而提供一个高效、舒适、便利的居住环境。智能建筑具有环保、低碳、节能的优势，采用智能管理模式取代人工管理模式，并且利用自动控制系统，对设备运行进行实时监控，提高设备的舒适性，延长设备的使用寿命。以下针对智能建筑电气自动化系统的设计进行探讨。

1 电气自动化系统的应用优势

1.1 节约资源能源

在电气自动化系统中，主要是采用了通信技術、综合布线技术、楼宇自控技术、安全防范技术等，通过对设备和软件集成设计，能够对配电、排水、照明、通风、中央空调、网络通信、电梯系统等进行统一控制，提高设备的利用率，实现节约人力和资源的目标，保证各种设备安全运行。

1.2 有效控制设备

电气自动化系统的应用，借助于网络信息技术发出控制信号，能够执行用户下达的指令，完成各项控制任务目标。相比于人工管理，自动化管理能提高工作效率，减轻人员负担。智能建筑在设计期间，首先应该全面分析电气自动化系统的功能，形成完整的信息技术控制系统，实现设备控制的有效性。

1.3 实时监测故障

随着建筑行业的发展，大型建筑、高层建筑层出不穷，分析这些建筑的共同特点，在于结构复杂、功能多样，电气设备数量多，运行期间容易出现问题和故障，为楼层管理工作增加了难度。电气自动化系统的应用，采用了信息采集—处理—反馈的模式，能对建筑内部的所有电气设备进行监控，并且将运行信息反馈到控制中心，实现24小时不间断管理，从而及时发现并处理故障。

2 智能建筑电气自动化系统的分析

2.1 系统组成

在智能建筑中，电气自动化系统是由以下部分组成：①中央计算机；②主控制器和现场控制器；③通信网络；④两级网。其中，中央计算机负责交流，现场控制器负责控制；一级网络、二级网络分别对应局域网、工业控制总线。该系统的功能包括：第一，监视、控制、显示电气设备的运行状态；第二，显示并检测设备的运行参数变化，并对历史数据进行分析；第三，检测并处理突发事件和故障意外；第四，依据外界环境条件的变化，对设备运行进行调整，使其处于最佳运行状态；第五，对各种设备协调控制，实现自动化维护和管理。

2.2 重要元件

在该系统中，主要元件是现场控制器、执行器、传感器。其中，现场控制器是建筑内部各种设备的直接控制者，一方面接受中央计算机的控制，另一方面也能在中央计算机之外独立运行。控制器一般采用DDC模式和执行器、传感器相连，信号形式分为四种，即模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出。执行器属于末端控制元件，常见如电动调节阀，能将控制器输出的信号转变为阀门开度大小。传感器的类型划分，主要依据温度、湿度、压力、流量等要素。

2.3 设计要求

第一，电源。在电气自动化系统中，电源是最基本、最重要的组成部分，在设计时应该满足用电负荷要求。I类系统电源面对系统中的UPS设备，能够实现放射式供电；II类系统电源能够利用临近电源供电；如果系统中含有CPU控制器，那么电源应该满足控制器72小时运行要求，即使在特殊情况下也能保证长时间供电。

第二，布线。电源布线时，严格按照规范标准操作。网络通信系统布线时，应该分析线路周边环境，保证布线的灵活性。信号线路布设时，应该严格检查电线电缆的规格质量，优先选用分槽、分管布设方式，能提高信号线路的独立性。网络控制器和计算机等设备布线时，一方面保证设备接地，另一方面和弱电工程接地干线良好连接，满足电气设备独立运行的要求。另外，部分线路布设期间，还应该设置专门的导线，提高系统运行的稳定性。

第三，控制器。在现场控制器的设计上，要考虑到智能建筑的功能，具体如下：一是远离电磁干扰设备，例如线路、管道等，以提高运行的稳定性；二是现场控制器的输入、输出上，既要满足系统设备的需要，又要预留出一定余量，一般按照20%预留；三是设计同时分析管理模式的便捷性、调试维护的经济性，不能为了智能化而盲目利用资源、增加成本。实践证实，现场控制器常设置在集中区域，并且采用防潮措施。

3 智能建筑电气自动化系统的设计方法

3.1 给排水系统

现代建筑的给水系统，主要采用以下三种方式：一是水泵给水，二是高位水箱给水，三是气压罐给水；室内排水则是利用重力自行排放，或者在泵房内设置集水坑，利用潜污泵进行排水。第一，如果采用水泵给水，控制系统的设计，应该在缓冲池设置3个液位传感器，作用是检测溢流情况、允许启泵液位、最低水位报警等。还要设置水压传感器，用来检测、报警、运行管理，实现恒压供水、水泵启停等操作。第二，如果采用高位水箱给水，控制系统的设计，应该利用DDC实现检测、报警、用电量计算、启停操作等功能。第三，如果采用气压罐给水，控制系统的设计，主要用来检测、报警、设备管理、启停操作等。在排水系统的控制上，设备包括排水泵、污水池、集水坑等，可以实现检测、报警、潜污泵启停操作等。

3.2 供电系统

智能建筑对于供电系统的要求高，系统设计时，一方面要设置备用电源，预防电力系统故障，保证各种设备正常运行，消除或减小停电对供电系统造成的影响。另一方面要对配电系统进行实时监测，检测各项运行参数，准确计量用电量，遇到故障及时报警，促使控制系统正常运行。

3.3 通风系统

通风系统的工作原理，是检测建筑内部空气中的CO、CO2含量，如果浓度超标，通风系统就会启动风机，及时排除污染空气、吸收新鲜空气，实现空气净化目标，改善建筑内部的空气质量。在智能建筑中，空调系统包括三种：一是集中式，二是局部式，三是半集中式。系统利用制冷技术，来控制设备启停、水温冷却、压差旁通等操作，并控制交换器二次热水出口的温度。另外，该系统对风机盘管、风速、电动阀门的控制，是依靠风机盘管监控系统完成的。考虑到空调系统的耗电量大，在设计时应该遵循节能原则，必要时可以利用热泵技术、末端设备，实现电能耗用的控制，提高空调系统的节能性。

3.4 照明系统

智能建筑内部的照明系统，设计时既要满足设备控制要求，又要实现节能目标。当前我国的智能建筑以高层建筑为主，对照明、电梯动力系统的要求高，其中照明耗电量占建筑总耗电量的30%以上，为节能设计创造了条件。具体来说，动力控制系统和电梯控制箱的触点采用DDC相连，能够监视系统的运行，及时发现故障情况；照明系统设计时，采用定时控制、智能控制等方式，准确控制独立光源的开关；针对楼梯、走廊等部位的照明，下班后要求全部关掉，达到人走灯灭的效果。

4 结语

综上所述，电气自动化系统的应用优势，在于节约资源能源、有效控制设备、实时监测故障。电气自动化系统的设计，主要是电源、布线、控制器具有明确要求。文中从给排水系统、供电系统、通风系统、照明系统四个方面，介绍了具体的设计方法，希望为类似工程提供一些经验，提高智能建筑的安全性、舒适性。

参考文献

[1]吴卫博.智能建筑中楼宇电气自动化系统问题与策略探究[J].科技尚品，2016，（6）：102.

[2]裴渊东.智能建筑电气自动化系统的分析及设计思路[J].建材发展导向（下），2016，14（11）：388.