1、某办公楼BAS规划设计毕业设计摘要：智能建筑（Intelligent Building）是传统建筑物与现代计算机技术、信息网络技术、检测传感技术和自动控制技术相结合的产物。以某办公楼主楼内的所有机电设备如中央空调系统、变配电系统、室内外照明系统为监控对象，较详细地介绍了建筑设备自动化系统的规划设计要点。建筑设备自动化系统，既人们通常所说的“楼宇自动控制系统”。所谓楼宇自动控制系统是指：由基于微处理器的设备组成的一个网络，能实现能量管理和监控、暖通空调控制、防火控制、安保控制以及其它相应的楼宇自动控制功能。采用楼宇自控系统，就可以合理利用设备，节约能源，节省人力，确保设备的安全运行，加强楼内机电
2、设备的现代化管理, 并创造安全、舒适与便利的工作环境，提高经济效益。关键词：办公楼建筑；BA系统；规划；控制；节能 目 录引言51工程概述62 项目需求分析621系统技术概述622项目技术方法和手段623今后系统的使用情况预期73 系统设计原则和依据831系统设计原则832设计依据84 系统设计要素及技术要求941 系统网络设计942 空调冷热源系统9421冷源系统9422热源系统1343空调通风系统14431 空气处理及新风系统设备控制14432送排风机控制系统15433 空调监控系统1644电气设备系统18441配电系统18442照明监控系统20443电梯系统21444给排水系统215设备
3、选型及主要设备技术指标226 设备清单247 施工组织设计2771工程说明2772施工方案2873工程质量和安全技术措施3074现场安全管理组织网络图3175文明工程保证措施3276施工管理人员配备情况表3377主要施工机械设备表34总结35致谢36参考文献37附录38附录A：实训设计工程造价预算书38附录B：施工图38引言当今，世界各地的办公楼管理部门为了使其办公场所拥有更舒适的环境而正在寻找创建完美室内环境的方法，他们越来越注重于通过优化控制提高管理水平和环境质量的可调性。智能办公楼向人们提供全面的、高质量的、快捷的综合服务功能，它是现代高科技的结晶，是建筑艺术与信息技术完美的结合。楼宇自
4、控系统(Building Automation System，简称BAS )是智能办公楼的一个重要的组成部分。它的监控范围通常包括冷热源系统、空调系统、送排风系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯系统等进行全方位的监测控制。高新信息技术和计算机网络技术的高速发展，对建筑物的结构、系统、服务及管理最优化组合的要求越来越高，要求建筑物提供一个合理、高效、节能和舒适的工作环境。节能是一项基本国策，也是建筑电气设计全面技术经济分析的重要组成部分。楼宇自控系统正是顺应了这一潮流，它的建立，对于办公楼机电设备的正常运行并达到最佳状态，以及大厦的防火与保安都提供了有力的保证。同时，依靠强大软件支持下的
5、计算机进行信息处理、数据分析、逻辑判断和图形处理，对整个系统作出集中监测和控制；通过计算机系统及时启停各有关设备，避免设备不必要的运行，又可以节省系统运行能耗。整个建筑自控系统是一套完整的分布式集散控制系统，它采用标准化局域网技术和众多子系统集成技术实施对建筑群内所有实时监控系统的集成监控、联动和管理，系统既可相对独立运转、又可联合成为一个有机整体，对不同工作站及现场控制器的控制权限的设定，由网络管理服务器完成。1工程概述1) 项目名称：某办公楼2) 建设单位： 3) 工程地址： 4) 工程造价：63万元 5) 工程规模：总建筑面积4000平方米 6) 结构形式及层数：地上十九层，裙楼二层，地
6、下一层。某办公楼楼宇自控系统控制范围包括冷、热原理系统、空气处理及新风系统、新风机组、建筑供配电系统、送排风机系统、给排水系统、照明系统、电梯系统等。共配有模拟量输入（AI）71个，模拟量输出（AO）33个，数字量输入（DI）312个，数字量输出（DO）112个。整个建筑自控系统是一套完整的分布式集散控制系统，它采用标准化局域网技术和众多子系统集成技术实施对建筑群内所有实时监控系统的集成监控、联动和管理，系统既可相对独立运转、又可联合成为一个有机整体，对不同工作站及现场控制器的控制权限的设定，由网络管理服务器完成，以致力于创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的环境。2 项目需求分
7、析21系统技术概述建筑设备自动化控制系统是将大楼内的建筑设备管理与控制子系统进行分散控制、集中监视、管理，通过优化控制提高管理水平，达到节约能源和人工成本，并能方便地实现物业管理自动化。建设楼宇自控系统，首先要保证整个建筑在生活、工作环境方面的舒适性，其二要确保建筑设备与人员的安全，其三要提供最佳的能源管理方式，节省能源，其四是采集数据支持物业管理的现代化，提高工作效率。所以楼宇自控系统设计应该充分体现这些方面的功能需要。22项目技术方法和手段某办公楼主楼是一幢现代化大楼，通过BAS对大楼内机电设备的自动化监控和有效的管理，可以取得节省能源和人力资源的良好效益。分别从如下几个方面进行考虑：中央
8、空调冷热源、空调通风系统、电气设备系统。某办公楼主楼是集办公等多功能于一体的大型综合性智能化建筑，其对于楼宇自动控制系统有很高的要求，它不仅需要对大楼内的所有的机电设备如HVAC设备、供配电及照明设备、给排水设备、电梯等进行统一管理，而且这些设备还需与其它的智能化子系统进行通讯和必要的联动控制，以致力于创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的环境。某办公楼主楼的特点是设计定位较高，功能结构多样，楼宇面积大。其中一层至三层之间主要为服务的空调机房；主楼顶层除了有多功能厅外，屋顶配备有空调冷却塔、膨胀水箱等；三楼除了餐厅外，还有大包房和多个小包房；空调机、新风机分布于大楼的各个楼层。整
9、个建筑的功能复杂多样，大厅及各重要办公场的空气处理系统为四管制带加湿的组合式空调机组；大餐厅部分的大空间采用柜式空调机组（两管制），房间内采用风机盘管；办公室部分则采用风机盘管加新风系统。遍布于各大楼内所有空间的监控对象除了空调通风设施以外，还有照明、动力配电、给排水和电梯等设备，而且数量比较大。我的设计对于大楼不同功能的空间，都考虑了针对性的技术措施。对于公共大空间如首层办公楼大厅、各层办公楼等，这些人员流动频繁的区域尽可能提高通风换气次数和空气过滤等级，在过渡季节及冬季增加新风量，加大排风量，提高通风换气次数。23今后系统的使用情况预期建筑物的照明系统和空调系统，是两个耗能大户。以适当的设
10、计，实现合理的按需控制和时间调度，将可以获得可观的节能效益。本工程楼宇自控系统在投运以后，预计可以节约日常运行开支10%25%，让用户获得确定的中长期回报。就空调系统而言，从统计数据来看，中央空调系统占整个大楼的耗能50%以上，而大楼装有楼宇自控系统以后，可节省能耗25%，节省人力约50%。出现故障，能够及时知道何时何地出现何种故障，使事故消除在萌芽状态。当前随着建筑物的规模增大和标准提高，办公楼的机电设备数量也急剧增加，这些设备分散在大厦的各个楼层和角落，若采用分散管理，就地监测和操作将占用大量人力资源，有时几乎难以实现。如采用楼宇自控系统，利用现代的计算机技术和网络系统，实现对所有机电设备
11、的集中管理和自动监测，就能确保楼内所有机电设备的安全运行，同时提高大楼内人员的舒适感和工作效率。3 系统设计原则和依据31系统设计原则实用性和先进性本工程楼宇自控系统按照智能建筑设计标准的甲级标准进行设计，系统的设置既强调先进性也注重实用性，以实现功能和经济的优化设计。标准化和结构化系统设计依照国家有关标准外，还根据系统的功能要求，作到系统的标准化和结构化，能综合体现出当今的先进技术。集成性和可扩展性系统设计遵循全面规划的原则，并有充分的余量，以适应将来发展的需要。保证楼宇自控系统总体结构的先进性、合理性、兼容性和可扩展性。32设计依据本工程主要依据下列标准及文件：u 电气装置安装工程施工及验
12、收规范 GB50254-50259-96u 建筑智能化系统工程设计标准 DB32/181-1998u 智能建筑设计标准 GB/T50314-2000u 智能建筑工程质量验收统一标准 GB50307-2002u 民用建筑电气设计规范 JGJ/T16-92u 电气工程施工质量验收规范试验方法 GB50303-2002u 建筑设计防火规范 GBJ16-87 （95修订）u 火灾自动报警系统设计规范 GB 50116-98u 通信系统机房设计 GBKJ-90u 工业企业通信接地设计规范 GBJ79-85u 建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范 GB/T50311-2000u 高层民用建筑设计防火规范
13、GB50045-95u 建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范 GB/T 50312-2000u 锅炉房设计规定 GB50041-96u 商用建筑线缆标准 EIATIA-568Au 民用闭路监视电视系统工程设计规范 GB50198-94u 中国采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19-87 2001u 低压配电设计规范 GB50054-954 系统设计要素及技术要求41 系统网络设计本方案中，楼宇自控系统具有管理层网络和控制器网络两级网络，配置1个楼宇自控系统中央监控管理站，1条C-Bus控制网络，4只模块化楼宇控制器，10只模块化设备控制器，30只点扩展模块。近百个I/O模块，总输入输出点数大约
14、为530点（不含通讯点）。在考虑系统硬件配置时，除满足方案目前需要以外，对于DDC控制器及其扩展模块上的输入输出点数量，考虑了20%的备用量，作为将来可能的扩展之用。根据要求，在地下一层配置变压配电室，并配置了排风机房、送风机房，为了方便管理和使用。在主楼一层设置了消防中心，并于屋顶配置了电梯机房和消防电梯机房。本方案还配置了高压配电系统OPC网关1只，地源热泵机组系统OPC网关1只，详细规格配置参见设备材料清单。42 空调冷热源系统为了有利于系统满足各种不同负荷水平的需求，得到更好的节能效果，大楼空调冷冻水系统需要一套经过周密考虑的控制方案。控制方案和制冷机组设备配置和布局密切相关，为了实现
15、预定的控制目标，要对系统设计方案作优化，同时对于关键的控制技术要相应提出具体解决方案，这是楼宇自控系统工程承担者应该向用户提供的服务。基于这一认识，我们特地围绕制冷机的控制技术，进行简明扼要的讨论。空调水系统指由集中设备供应的冷（热）水为介质并送至末端空气处理设备的水路系统。按水的性质可划分为冷冻水系统、冷却水系统和热水系统。421冷源系统1) 冷冻水系统的监控空调系统需要冷源，制冷是必不可少的。夏季供给表冷器的冷水就是由制冷系统提供的。空调制冷系统有压缩式制冷、吸收式制冷和蓄冰制冷三种。下面主要介绍压缩式制冷系统的监控：压缩式制冷系统实行监控的目的u 保证冷冻机蒸发器通过稳定的水量以使其正常
16、工作；u 向空调冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求；u 在满足使用要求的前提下，心可能提高供水温度，从而提高机组的COP值，同时减少系统的冷量损失，实现系统的经济运行；压缩式制冷系统的监控功能：u 启停控制和运行状态显示；u 冷冻水进出口温度、压力测量u 冷却水进出口温度、压力测量；u 过载报警；u 水流量测量及冷量记录；u 运行时间和启动次数记录；u 制冷系统启停控制程序的设定；u 冷冻水旁通阀压差控制；u 冷冻水温度再设定；u 台数控制启动顺序为：冷却塔风机、闸阀冷却水 闸阀冷却水泵冷冻水闸阀冷冻水泵冷水机组停止顺序为：冷水机组冷冻水泵冷冻水闸阀冷却水泵冷却水闸阀冷却塔风机、 闸阀图1
17、-1为采用一级泵系统的压缩式制冷系统的计算机直接控制（DDC）原理图。图1-1冷冻水系统由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发品及各类冷水用户（如空调节器机和风机盘管）组成。冷冻水系统监控功能：1） 水流状态显示；2） 水泵过载报警；3） 水泵启停控制及运行状态显示；冷冻机系统监控功能描述：看图1-11） 流监测冷冻水泵启动后，通过水流开关FS（1路DI信号）监测水流状态，当流量太小甚至断流时，发出报警信号并自动停止相应制冷机运行。2） 冻水泵启停、运行状态显示及过载报警冷冻水泵与制冷系统设备连锁控制启停。DDC通过1路DO通道控制冷冻水泵的启停。将水泵电机主电路上交流接触器的辅助触点作为开
18、关量输入（DI信号），输入DDC监测冷冻水泵的运行状态，主电路上热继电器的辅助触点信号（1路DI信号）作为冷冻水泵过载停机报警信号。冷水机组的监控原理如图1-1DDC的模拟输入点（AI）温度传感受器、流量传感器、压差传感器、液位传感器、液位传感器等检测元件将各部分检测的相关值DDC的数字输入点（DI）水流开关、水泵运转状态等信号DDC的数字输出点（DO）送到水泵的电气控制箱控制水泵的启停动转控制中心对冷水机组工作状态的监测内容有：u 冷却塔冷却风扇的启、停；u 冷却塔进水碟阀的开度；u 冷却水进、回水温度；u 冷却水泵的启、停；u 冷水机组的启、停；u 冷水机组的冷却水以及冷水出水蝶阀的开度u
19、 冷水循环泵的启、停；u 冷水供、回水的温度；u 压力及流量；u 冷水旁通阀的开度等。控制中心根据上述监测的数据和设定的冷水机组工作参数，自动控制设备的运行。控制中心通过对冷水机组、冷却水泵、冷却水塔、冷水循环泵台数的控制，可以有效地、大幅度地降低冷源设备的能量消耗。例如，当空调系统冷水供水量减少而供水压力升高时，可通过冷水旁通阀调节供水量，确保系统压差稳定。若冷水的旁通流量超过了单台冷水循环泵的流量时，则自动关闭一台冷水循泵。控制中心可根据冷水供、回水的温度与流量，参考当地的室外温度，计算也空调系统的实际负荷，并将计算结果与冷水机组的总供水量作比较，若总供水量减去空调系统的实际负荷小于单台冷
20、水机组供冷量，则自动维持一台冷水机组运行而停止其他几台冷水机组的工作。冷水机组监控系统功能：u 设备启停顺序控制。为保证整个制冷系统安全运行，设备启/停需按照一定的顺序进行。只有当润滑油系统启动，冷却水、冷冻水流动后，压缩机才能最后启动。该系统通过软件程序实现设备启/停顺序控制u 冷水机组开启台数控制。根据实际冷负荷，调整冷水机组投入台数与相应的循环不泵投入台数u 压差旁通控制。调节位于供、回水总管之间的旁通管上的电动调节阀的开度，实现进水与回水之间的旁通，以保持供、回水压差恒定u 水流检测、水泵控制。如果水流流量太小甚至断流，则自动报警并自动停止相应制冷机运行。当某一台水泵出现故障，备用水泵
21、将自动投入运行u 冷却水温度控制u 水箱补水控制u 工作状态显示与打印u 机组启/停时间控制及工作时间累计u 设备用电量累计2) 冷却水系统的监控冷却水系统是通过冷却塔、冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷却水的系统。对它实行监控的主要作用是：u 保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行；u 确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过；u 冷却水泵启停控制及运行状态显示；u 冷却塔风机运行状态显示；u 进出品水温测量及控制；u 水温再设定；u 冷却塔风机启停控制；u 冷却塔风机过载报警；一个装有4台冷却塔及2台冷却水循环泵的冷却水系统监控原理图如图1-2所示。图1-2422热源系统空调热源系统由一台成套的换热机
22、组，1只凝结水箱、2台凝结水泵及辅助设备组成。监控设备数量监 控 内 容蒸汽分汽缸1只一次蒸汽温度、压力，二次蒸汽温度、压力（分汽缸）汽水热交换器2台蒸汽供汽温度、压力，二次热水出水温度及调节阀热水循环泵2台启停控制、运行状态、故障状态、手自动状态、水流开关等凝结水箱1只水箱液位（AI）检测及报警凝结水泵2台启停控制、运行状态、故障状态、手自动状态、水流开关等本方案配置了检测设备采集分汽缸蒸汽一次、二次压力和温度参数，一次、二次蒸汽的减温减压控制由专业的阀门厂家成套供应，系统可以根据设定值进行超限报警。汽水热交换器配置蒸汽调节阀，根据热水出水温度的设定值自动调节空调热水供水温度。热水循环泵根据
23、热水用量和运行时间进行启停控制，检测水泵运行状态、故障报警、手自动状态信号，同时监测热水供水管的水流状态。采用超声波液位计连续测量凝结水箱液位，控制凝结水泵启停及超高、超低液位报警。凝结水管安装水流开关，反映凝结水管水流状态，以取得水泵真实运行信号。43空调通风系统空调通风系统包括空气处理机系统和送、排风系统。431 空气处理及新风系统设备控制u 新风机、空调机组启停控制及运行状态显示；u 过载报警监测；u 送、回风温度监测；u 室内外温、湿度监测；u 过滤网状态显示及报警；u 风机故障报警；u 冷（热）水流量调节；u 加湿度控制；风门调节；u 风机、风阀、调节阀连锁控制；u 室内CO2浓度或
24、空气品质监测；u （寒冷地区）防冻控制；u 送回风机组与消防系统联动控制。新风机监控内容：送风温度控制以送风温度设定值作为控制目标，以送风温度测量值作为过程变量，以控制阀门作为执行器，采用前面所述的闭环控制方案进行PID调节，使送风温度保持在设定值的附近。在夏季工况时，当送风温度高于设定值时，增大阀门开度；当送风温度低于设定值时，减少阀门开度。在冬季工况时，当送风温度高于设定值时，减少阀门开度；当送风温度低于设定值时，增大阀门开度。使送风温度始终控制在设定值范围内。联锁控制新风风门与风机和水阀联锁控制，停风机时自动关闭新风门及水阀，风机启动前，自动打开风门。防冻控制在盘管上安装防冻开关，检测空
25、调水温度，当低于防冻温度时给出开关报警信号，DDC连锁水阀和循环水泵，保持一定的水流，从而防止盘管水冻。消防联动控制l 当接收到消防报警信号时，立即停止新风机运行l 中央对系统中各种温度进行监测和设定l 过滤网的压差报警，提醒清洗过滤网l 检测风机前后压差开关信号，获取风机运行真实状态l 监测设备的运行状态、故障状态、手/自动状态l 编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间l 依据室外温湿度，对新风机组作最优的启停及节能控制（具体详见新附录风机组监控原理图）432送排风机控制系统送排风系统的风机启停控制和运行状态显示；风机故障报警；风机与消防系统联动控制；参照图送排风控制原理图所示（图1-
26、3）图1-3以下是送、排风机的详细监控说明：监控内容u 控制：启停控制u 监测：设备的运行状态、故障状态、手/自动状态、空气质量传感器u 功能：联锁控制u 编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间；u 送、排风机和相关空调机组、新风机组的连锁启、停控制。u 空调通风设备的共同要求当分区火灾警报发生时，对应区域的暖通空调设备被消防报警设备所控制，BAS对平时监控的设备不起作用；消防报警信号接入系统集成管理工作站，如果有需要，消防报警系统可以和BAS系统之间通过集成系统协调。但消防报警系统和BAS的联动必须符合国家和地方的消防规范。系统将通过时间调度作最优启停控制或其他的节能控制。各送、排风机
27、的连锁或定时调度可以由中央工作站进行设定，由DDC进行自动控制。中央工作站用彩色图形显示上述各参数，记录各参数、状态、报警、启停时间(手动时)、累计运行时间和其它历史参数，且可通过打印机输出。433 空调监控系统空气调节系统的监控在智能楼宇中央空调系统中是起着重要的作用。1) 定风量空调系统的监测定风量空调系统的使用有着增多的趋势，这主要是建筑物内办公自动化（OA）和通信自动化（CA）系统的设备比较贵重，为防止空调水管结露或滴水损坏设备而采用全空气系统。全空气送风方式中，水管不进入空调房间，从而避免了一些意外发生。（具体详见附录定风量空调系统的监控原理图）定风量空调系统运行参数的监测：u 空调
28、机新风温、湿度。采用TS501、HE501风道温、湿度传感器测量新风温、湿度，并在DDC上显示。u 空调机回风温、湿度。采用TS502、HE502风道温、湿度传感器测量回风温、湿度，并在DDC上显示。u 送风出口温、湿度。采用TS503、HE503风道温、湿度传感器测量送风温、湿度，并在DDC上显示，当超温、超湿报警。u 过滤器压差报警。采用DPS501压差开关测量过滤器两端差压，当差压超限时，压差开关闭合报警，提醒维护人员清洗过滤器。u 防冻报警。采用FZS501防冻开关监测表冷器前温度，当温度低于5度报警，提醒维护人员（或联锁）采取防冻措施。u 送风机、回风机状态显示、故障报警。送风机的工
29、作状态是采用压差开关监测的，风机启动，风道内产生风压，送风机的送、回风管差压增大，差压开关闭合，空调机开始执行顺序启动程序。联锁控制：1空调机组启动顺序控制：送风机启动新风阀开启回风机起动排风阀开启回水调节阀开启加湿阀开启 2空调机组停机顺序控制：送风机停机关加湿阀关回水阀停回风机新风阀、排风阀全关回风阀全开。3火灾停机：火灾时，由建筑物自动控制系统实施停机指令，统一停机。2) 变风量空调系统的监测由于建筑物内空调系统耗电很大，节能运行在建筑物自动化系统中就显得格外重要。采用变风量系统节电率可达50%。因此，近几年国内一些超高层建筑物中均采用变风量空调系统。变风量空调系统属于全空气送风方式，系
30、统的特点是送风温度不变，用改变送风量来满足房间对冷热负荷的需要，就是说表冷器回水调节阀开度恒定不变，用改变送风机的转速来改变送风量。由于送风机的电机多为三相交流异步电动机，因此工程上通常采用变频调速器调节电动机的转速。（具体详见附录变风量空调系统的监测与自动控制原理图）变风量空调系统的运行参数监测“为使空调机组在合理的参数下运行，适时监测其运行状态是十分必要的，在机组中需要监测的参数如下：u 送风主干风道末端静压。采用DPT601差压传感器，测量送风主干风道末端静压信号，通过变频器调节风机转速以改变送风量。u 送、回风前后风道差压。采用DPT601、DPT602差压传感器，测量送、回风机前后的风道差压。当送、回风量出现超差时，调节阀风机转速来维持给定的风量差。u 回风管道的温度。采用TE60
