安全工程师辅导：楼宇自动化系统设计问题分析

　　智能化大厦是写字楼等公共建筑发展的一个趋势，是科技高度发展的结晶。 它由三个子系统组成：楼宇自动化系统(Building Automation System)、通讯自动化系统(Communication Automation System)和办公自动化系统(Office Automation System)。在国内，又将消防自动化系统(Fire Automation System) 和安保自动化系统(Security Automation System)从楼宇自动化系统中独立出来，构成智能化大厦的五个子系统，这就是通常所说的5A智能化大厦。
　　楼宇自动化系统(BAS)又称建筑设备自动化系统，主要是用以对建筑物内的空调系统、给排水系统、照明系统、变配电系统以及电梯等系统设备进行集中监视、控制与管理的综合系统，一般为集散结构，即分散控制、集中管理；它是能否为人们提供一健康、舒适、高效的建筑环境的关键，故该系统的设计对一智能化大厦而言举足轻重。
　　是否采用BAS系统
　　是否采用BAS系统，是建筑发展商和设计工程师首先要面对的问题，一般可以从以下几个方面考虑：
　　(1)特别重要的，且具有—定规模的建筑，为保证其所属设备及安全系统具有较高的可靠性要求可以考虑采用BAS系统；
　　(2)BAS系统的一次性投资能控制在项目总投资2％以下时可以考虑采用BAS系统；把安全工程师站点加入收藏夹
　　(3)能耗较大的建筑(如上万平方米，采用全空调系统的建筑)，BAS系统的初投资可以在五年内收回时可以考虑采用BAS系统；
　　(4)多功能的大型租赁性建筑可以考虑采用BAS系统；
　　(5)当设备的控制与管理比较复杂，人工手动方式难以完成，必须依靠汁算机控制时，可以考虑采用BAS系统；
　　(6)当采用BAS系统时，其投资与可靠性综合指标优于其他可采用的系统时，可以考虑采用BAS系统BAS系统的优点与目前工程中存在的问题
　　3．1 BAS系统具有如下优点：
　　(1)提高大楼的管理水平
　　现代化的大楼，设备众多，且散落于大楼的各个角落，大楼的设备管理相当困难，有些设备如吊装于吊顶内部的新风机组，其送风温度靠人根本无法调节，BAS则可很容易地解决这些问题，使大楼的设备管理维持在一个较高水平；
　　(2)降低工作人员的劳动量
　　现代化大楼里的众多设备，依靠人力维持日常检修，劳动量巨大，需要相当多的工作人员，BAS系统则能自动诊断设备是否发生故障，因而只需少量工作人员即可维护设备管理；
　　(3)节约能耗
　　BAS系统通过及时调整大楼内设备的运行状况和数量，关闭不需要运行的设备，可以节约大量能耗。据国外有关资料介绍，如上万平方米以上的全空调建筑采用BAS系统，每年节省的运行费用可按l5％～20％(官方统计值)计算，乐观值可达25％～30％，保守值也有l0％～15％。
　　3．2 虽然BAS系统具有以上优点，但是由于它在国内兴起的时间不长，人们对它的认识不尽完善，目前已竣工的工程，暴漏出如下两个问题：
　　(1)系统的开通率较低
　　BAS系统是在八十年代末九十年代初在国内兴起的，到目前为止，已竣工的采用BAS系统的建筑数以百计，但开通率相当低，据业内人士估计，不超过20％。
　　(2)已开通的BAS系统节能效果不尽理想
　　目前已开通的BAS系统，多数只实现了建筑设备的自动启停和监测，其节能也主要表现在一些设备的定时启闭，而作为建筑耗能的重点空调系统，如何优化运行，如何根据实际系统尽可能进行节能经济运行则远未能实现
　　问题的分析
　　产生以上情况的原因虽然很多，且不同的楼宇又有不同的具体原因，但综合分析，仍可以找到它们的共性：
　　4．1 BAS系统的本身原因所致
　　目前市场上的BAS系统，无论是哪一家系统供应商提供的系统，都很难实现与其他任何建筑设备供应商提供的设备进行数据通讯，这一定程度上妨碍了系统的开通和系统对建筑设备的优化管理。ASHRAE在97年推出了BACnet协议，该协议适用于中央站之间经由以太网或ARCNET两类管理网的通信和文件传递，也适用于分站级控制网络中的各种设备间的通信，目前是美国建筑物自动化系统的国家标准。该协议也符合我国国标JGJ／T16—92（民用建筑电气设计规范)的规定，圾可能成为该行业的世界标准。这使得减少BAS系统本身的缺陷成为可能，相信不久以后符合该标准的BAS系统将在市场占主流。
　　4．2 设计与施工管理等因素所致
　　BAS系统涉及的知识面相对较广，系统相对复杂，对设计工程师的要求也高一些。多数控制公司的作法是由设备专业的工程师提出工艺参数要求，而由控制专业的工程师设计系统。这样的作法能满足一般的要求，但由于各工种之间难以进行较深的交流，设备的优化运行则较难实现，结果系统的节能效果不尽理想；此外，各工种各司其职，不同系统间的接口也容易被忽略，从而影响系统的开通率；在施工过程中，由于施工管理人员对系统的理解不够及其他一些因素，不同系统间的接口也容易被忽略，同样也影响系统的开通。
　　4．3 空调工程师参与不够所致
　　空调系统是BAS系统控制的主要系统之一， 空调耗能则是建筑耗能的最大用户，空调系统的节能性能直接导致BAS系统节能性能，而很多空调工程师都认为BAS系统是弱电工程师的事情 ，对它的积极性不高， 这同样也导致BAS系统节能效果不尽理想。
　　设计中几个注意的问题
　　5．1 BAS系统与建筑设备之间的接口
　　BAS系统与建筑设备之间的接口是BA系统设计时首先要注意的问题，它关系到DDC的指令能否直接、有效地作用于各建筑设备，直接影响系统能否顺利开通。系统设计工程师在设计之初就应向发展商或建筑设备电气控制箱的供应商提出接口要求，如电气控制箱应提供手／自动转换、开／关指令、开／关状态、故／障状态等接点及对这些接点的要求，或建议发展商选购遵循哪一些协议的建筑设备；设备到货时，设计工程师和其他相关工程师按照设计要求进行验货，避免DDC的指令不能直接、有效地作用于各建筑设备，影响系统的顺利开通。
　　5．2传感器、执行器的信号类型与控制模块的信号类型一致
　　传感器、执行器的输入、输出信号类型与控制模块的输入、输出信号类型一致与否，直接关系到BA系统能否顺利开通，设计时应该予以重视。一般应注意两点：
　　(1)两者类型是否一致
　　随着传感器、执行器技术的发展，其输入、输出信号类型也在发生变化。如温度传感器的信号类型一般为模拟输入(AI)，而采用占空比技术的温度传感器的信号类型则为数字输入(DI)；电动调节阀的信号类型一般为模拟输出(AO)，而采用浮点控制技术的电动调节阀的信号类型则为数字输出(DO)，所以只凭经验想当然认为温度传感器为AI信号，电动调节阀为DO信号是不行的。
　　(2)两者类型一致时，还应注意是否匹配
　　两者类型一致时，也同样存在是否匹配的问题。如AI信号有2—10V和4—20mA的区别，DI信号则有频率大小区别。4—20mA的AI信号要经过处理才能接到2—10V的AI模块版上，而脉冲间隔为ms级的DI信号接到s级的DI模块版上后，可能就产生误报等问题。
　　5．3传感器的安装位置与方法
　　传感器是BAS系统的“眼睛”，其工作状况 如何，直接影响BA系统对被控对象的控制效果。有关文献介绍，传感器故障占系统故障的60％以上，可见传感器在系统中的地位。一般传感器对安装位置和方法都有一定的要求，设计时如果不予以重视，则会产生如下影响：
　　(1)传感器无法正常工作，系统无法调通
　　一些传感器 ，如空气流量传感器、水流量传感器、水流开关等对风速和水流速有一定要求，如果将它们安装在死角或死区，它们可能无法正常工作；又如水流开关要求不能遭水击，如果将它安装在阀的下游，则可能会由于水锤现象的发生而损坏它，它也无法正常工作；同样，传感器的安装方法不正确也会有类似的结果。
　　(2)传感器正常工作，但没有正确反映被控区域的参数
　　目前的工程中，在对空气处理机组进行控制时，许多控制厂商都是通过对回风的参数监测来控制被控区域的温度。检测回风参数的温湿度传感器常安装在机房的回风管道上。很多工程中都是吊顶回风，只是在机房内设置一段回风管。由于热空气上升，冷空气下降的原因吊顶中空气的温度比被控区域的温度高出几度，已不能代表被控区域的温度，此时，无论控制程序如何完善，都起不到良好的节能效果。
　　5．4冷源系统的群控问题
　　冷源系统包括冷水机组、冷却塔、冷冻水泵及冷却水泵等，彼此相互影响，相互作用，构成空调系统的水系统，是空调耗能的关键。其中，某些设备也配有自己的微电脑控制系统，但这只能保证该设备最佳运行，不能保证其他设备最佳运行，更不能保证整个冷源系统最优化运行。利用BAS系统各DDC之间良好的通讯功能和中央电脑强大的计算功能，在监控各设备的同时，综合考虑整个系统，给出冷源系统的数学模型，依据模型优化运行设备，是提高BAS系统节能性能，挖掘其潜力的有效手段。
　　5．5空气处理机组的优化控制
　　如前所述，利用BAS系统各DDC之间良好的通讯功能和中央电脑强大的计算功能，在确保被控区域舒适性的前提下，尽可能利用自然供冷，减少机械制冷的时间，实现空气处理机组的多工况分区运行，也是提高BAS系统节能性能，挖掘其潜力的有效手段。
　　6 结语
　　(1) BAS系统是公共建筑发展的一个趋势，随着计算机技术、信息技术及控制技术的发展，其自身的缺陷会越来越少，目前国内有关工程中出现的一些问题，主要是由于人们对它的认识局限所致，不应成为阻碍其发展和应用的理由。
　　(2) BAS系统为建筑设备的节能提供了可靠的前提，系统设计工程师和建筑设备工程师应在这一前提下，共同努力，尽可能挖掘BAS系统的潜力，优化设备的运行，节省建筑能耗。
　　(3) 空调系统是BAS系统控制的主要系统之一，空调工程师应开放思想，学习有关仪表、电气、计算机、控制及通讯等方面的知识，自己设计BAS系统，这是优化空调运行，减少空调耗能的有效手段。以上只是本人几年来从事BAS系统工作的一些体会，其目的是抛砖引玉，与同行交流，共同提高我国的BAS水平。