楼宇自控系统的施工关键技术研究

詹立顺

（中智海峡科技有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

楼宇自控系统作为具有代表性的建筑智能化工程，能够实现对建筑设施内冷源控制系统、空调系统、通风、照明、给排水等机电设备进行自动化控制。刘斯堃[1]认为若想确保智能建筑的整体质量，那么要做好对智能建筑自动化技术的分析，全面展现出机电设备自动化技术的效果。孙景涛等[2]根据建筑智能化管理需求，设计了智能建筑系统以及自动化平台。张祖刚等[3]在某楼宇自控系统的基础上，将冷源系统与楼宇自控系统集成于一个统一的接口协议，实现了系统集成。本文依托夏商大厦实际工程案例，通过对楼宇自控系统特点进行探究并针对其技术要求制定相应的施工关键技术，从而使建筑智能化水平得到进一步提升。

1 工程概况

本研究以夏商大厦为例，该工程建筑面积约为102 739m2，地下4 层，地上38 层的5A 级甲级超高写字楼，主要设置有办公室和会议室，配套的职工餐厅等，地下4 层主要设置为停车场及设备用房，功能全面。为满足综合性大楼的管理需求，需在传统施工内容的基础上建设一套高标准智能化工程。本次研究主要就该大楼智能化工程中的楼宇自控系统的施工关键技术进行研究。

2 楼宇自控系统设计

楼宇自控系统设计过程中，着重对冷源控制系统、新风空调系统以及智能照明系统等系统设计，以此实现楼宇设备自动化管理，从而达到对楼宇设备集中控制、节能降耗的目的。

2.1 冷源控制系统设计

本项目冷源设于大厦的地下1 层，由2 台800RT 离心式冷水机组和1 台400RT 螺杆式冷水机组，供回水温度为5℃、12℃，与其配合使用的冷水泵和冷却水泵各5 台（其中各2 台备用）。对应3 台冷水机组，配置2 台500m3/h 和1 台250m3/h 的冷却塔，冷却塔放置于裙楼屋面。制冷机、冷却水泵、冷却塔一一对应。空调冷却水供回水温度为32℃、37℃。

2.1.1 基本监控逻辑

通过冷水机组（特灵）面板干接点方式对冷机启停状态，故障状态，手自动状态及启停命令进行监控。

（1）测量冷冻水管的供/回水温度、流量；

（2）测量冷却水管的供/回水温度、压力、流量；

（3）监测冷冻水供回水压差，调节旁通阀开度；

（4）监测冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风扇的运行状态、故障报警、手自动状态；

（5）控制冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风扇的启停；

（6）控制冷冻水泵变频并监测水泵频率反馈；

（7）冷水机组冷却水、冷冻水蝶阀开关控制，蝶阀开关状态反馈；

（8）冷却塔进/出水管蝶阀开关控制，蝶阀开关状态反馈；

（9）监测冷冻水、冷却水水流开关状态。

2.1.2 群控逻辑

根据运行时冷冻机组的出水温度及冷水负荷（冷冻水供回水温差×冷冻水流量）调节冷水机组的运行台数，使供冷水负荷满足要求。

2 台800RT 冷水机组对应3 台冷冻泵（CHWP-B-1、CHWP-B-2、CHWP-B-3 互为备用）及3 台冷却泵（CDWP-B-1、CDWP-B-2、CDWP-B-3 互为备用）；另1 台400RT 冷冻机组对应2 台冷冻泵（CHWP-B-4、CHWP-B-5 互为备用）及2 台冷却泵（CDWP-B-4、CDWP-B-5 互为备用），每台冷水主机对应1 台冷冻水泵及1 台冷却水泵。

冷冻水泵变频调节：串级控制法。

根据冷冻水供回水温差及供回水压差调节冷冻泵频率，具体的控制原理如图1 所示。

图1 冷冻泵频率控制原理

测量的温差与给定温差进行比较，通过PID 计算输出一个给定压差设定值，实时供回水压差与给定压差进行比较，再经过PID 计算输出冷冻泵变频信号，实现冷冻水泵的串级控制[4]。

（1）冷冻水泵变频调节过程中，设定最低频率以保证冷冻主机安全运行。

（2）当冷冻泵频率持续下降，并保持在最低频率运行时，冷机持续低流量运行，此时再根据冷冻水供回水压差调节旁通阀的开度，保证系统需要的压差。

（3）冷却塔启停台数对应相应冷机启停台数，用冷却水回水温度控制风机变频，使回水温度达到设定值。

群控顺序：

连锁启动顺序：开启蝶阀→开启冷却泵→开启冷冻泵→开启冷却塔→开启冷水主机；

连锁关闭顺序：关闭冷水主机→关闭冷却塔→关闭冷却水泵→关闭冷冻水泵→关闭蝶阀。

2.1.3 大、小机组切换

系统可划分为过渡季节和夏季，操作人员手动设置季节模式。

在过渡季节时，操作人员手动设置为过渡季模式，然后启动冷机系统，执行逻辑要求：先启动400RT 小机组，若在30min（本时间可调）内冷冻水出水温度仍然大于设定值（默认为7℃，可调），并且冷冻水负荷大于设定值（此设定值可调）（出水温度及冷水负荷为同时满足），则自动增加一台大的机组，同时关闭400RT 小机组。

在夏季时，操作人员手动设置为夏季模式，然后启动冷机系统，执行逻辑要求：先启动一台800RT 大机组，若在30min内（此时间长度可调节）冷冻水出水温度仍然大于设定值（默认为5℃，可调），并且冷冻水负荷大于设定值（此设定值可调），则自动增加一台800RT 大机组；此时若30min 内冷冻水出水温度仍然大于设定值（默认为5℃），并且冷冻水负荷大于设定值（此设定值可调），则自动增加400RT 小机组（即大机/大机/小机模式）[5]。

减机时若有小的冷机运行，应先停止小冷机。

2.2 新风空调系统设计

新风控制空调设计需实现五方面功能：（1）新风空调机组温度监测；（2）电动水阀的监控；（3）风机的启停监控；（4）过滤网压差报警监测；（5）机组状态及报警监测。

新风空调系统控制流程如图2 所示。

图2 新风空调系统控制流程

为实现理想的舒适、节能效果，新风空调控制过程中需根据事先编制的程序对送风量进行控制，具体计算方式如公式（1）所示[6]。

其中，G代表送风量；Q代表室内热量；D代表室内湿度；Tn代表室内温度；Ts代表送风温度；Dn代表送风空气湿度；Ds代表排风空气湿度。

由公式（1）可以看出，在室内参数（Tn、Ts、D）不变的情况下，Q与D发生变化时，需要通过调节送风量控制室内温度，避免造成热量/冷量的浪费。

2.3 智能照明系统设计

在各楼层公共区域设置人体移动探测器，探测是否人有活动，并将此干接点信号接入楼宇自控系统，保存在楼宇自控系统的数据库内。智能照明控制对公共区域照明分回路单独控制，保证各楼层公共区域照明设备能够在没人的情况下自动熄灭，以此达到节能照明的目的。智能照明系统控制过程中，需要在数据库中定期进行数据读取，以此对各照明设备进行有效控制。

基于这一需求，本次设计通过数据库定时读取模式对智能照明系统的程序运行进行周期性更新，具体流程如图3 所示。在达到指定读取周期后进行数据读取，若数据库当中无更新数据，则等待定时器下一周期开始；若数据库有更新数据，则读取数据并更新程序，并等待定时器下一周期开始。

图3 智能照明系统数据读取流程

3 楼宇自控系统施工技术

3.1 控制室施工

选择控制室的位置时，要远离会产生电磁干扰的地方，控制室必须保持干燥环境，选用无用水区。同时，还需要做好电磁干扰屏蔽工作，避免影响控制设备稳定。控制室必须做到避免静电干扰，并保证各设备之间设置合适间距，进而为后续维护检修提供空间。相关设备之间要正确连接线路，保持各设备的正常运行。所有设备安装完成后，需进行现场调试，保证设备能够按照预期要求完成控制操作。

3.2 控制器安装

为避免长线路信号衰减和干扰，现场控制器尽量靠近所控设备，一般安装在新风机控制箱附近，因此需事先在控制箱附近留出现场控制器的位置。控制器安装过程前，需要上电模拟测试，确保控制器性能状态良好。

3.3 线缆敷设

线缆施工过程中，接地线处理是重点问题，必须严格根据施工图纸处理接地线，避免多电源供应下电源异常造成设备损坏。线缆布置过程中，需仔细清扫线槽以及电线管，避免内部存在水渍或碎屑，在最大程度上保证线缆的使用寿命。同时，为避免彼此之间产生干扰，对不同类型的线缆分开布置，并线槽内分类捆绑，捆绑方式、间距应符合安装规范和设计要求。需要注意的是，信号线、强电电源线之间必须保持一定距离，不得放入同一管道。

3.4 设备安装

首先，仔细检查施工图纸与设计文件，保证所有文件图纸均已完成会审工作，且涉及图纸修改的内容均已得到主管签字。施工前，施工人员需要进一步明确施工图纸及相关资料，完成与设计人员的技术交底，明确图纸中的特殊问题。

其次，为保证施工的连续性，应对施工所需的设备、材料、仪器进行检查。施工人员进入场地后，需根据现场实际情况确定施工方案。例如，若在室内施工，应保证综合大楼主体工程建设完毕且未开始内装修，或在主体施工过程中已完成系统预埋管道的情况下开始施工。对于改造性工程，需在施工前与甲方确定好安装方式以及管线走向。若在室外施工，则需摸查施工沿途情况，例如杆架、道路以及管道电缆等情况。

最后，进行设备安装。设备施工主要分为三方面：

（1）安装执行器。如电动水阀，根据安装环境及设备情况选择电动水阀安装位置，保证水流流出方向与电动水阀箭头方向一致。同时，根据设备安装说明选择输入电压数据，并在完成安装后进行调试，保证设备能够正常运行；

（2）安装传感器。传感器安装应根据标准、规范、设计要求及产品的特性和技术要求。如各类传感器安装位置要能正确反映其检测性能，远离有强磁场或剧烈振动的场所，同时要便于调试和维护。同时需根据不同流质形态，设置流体流量计的取源口方位，测量液体流量时，应在管道的下半部与管道水平中心线成0°～45°夹角范围内。安装温度传感器时，应在空调机组风管保温后进行施工。

（3）系统接地。系统接地是楼宇自控系统设备施工中至关重要的一环，联合接地需要保证接地电阻小于1Ω。同时，为确保系统安全性，所有监控设备应选用相同电源。

3.5 系统调试

调试应按先单体后区域，最后综合的次序依次进行，同时协调被控设备的调试人员密切配合楼宇自控系统的调试人员，做好调试记录。

3.5.1 空调机组调试

空调机组调试过程中，需根据调试计划逐一进行控制器的单点调试，并对调试数据进行详细记录。控制器单点调试前，需对监控点的类型进行确认，避免因监控点错误而导致测试结果失真。在此过程中需要注意，需对控制器常用点的信号类型进行确认，并严格规范不同控制器常用点的信号类型，为避免对电源及机组设备造成损坏，在保证能够实现标准电阻转换的同时，需限制各信号类型的最大电流。

3.5.2 冷源系统调试

冷源系统调试是楼宇自控系统调试的关键环节，关系着整个系统的正常运行，主要分为两方面调试内容：

①系统内部单机调试。首先，检查通信指示灯，确定是否存在异常闪烁情况。若正常闪烁，则代表电源接入正常，反之则代表电源接入异常，需进一步检查电源接入异常原因。其次，检查传感器以及执行器的运行情况，进而确定系统接线是否正常。即通过手动控制方式启动各电气设备，利用万能表对各设备的运行状态进行测量，并记录测量结果，通过结果分析是否存在运行异常情况。

②系统整体调试。在系统各设备处于自动控制状态下，通过计算机控制调试过程。根据所得结果进行软件程序的编制，并在此基础上确定控制器的输入点数据，同时构建相关的系统模板以及用户接口界面，确定相关点之间的具体联系。

3.5.3 联动调试

与系统整体调试相同，正式联通调试前需保证所有设备均处于自动控制状态，并着重检查各控制器是否处于正常工作状态，同时分析控制器的运行参数与设定参数是否相同。检查整体系统运行是否正常，每个功能能否正常实现，这是关键步骤。必须严格重视联动调试状态下各参数的设定是否合理，是确保整体系统正常运行的保证。

4 结论

本研究以夏商大厦为例，对综合性大楼自动系统的设计及施工进行研究，具体结论如下。

（1）结合建筑控制需求，对冷源控制系统、新风空调系统以及智能照明系统进行设计，以此实现楼宇设备自动化管理，从而达到对楼宇设备集中控制、节能降耗的目的。

（2）从控制室施工、线缆敷设、设备安装、系统调试等方面对关键施工技术的应用进行研究，以期能够为智能建筑建设质量提升提供参考和借鉴。