廣州國際金融中心建筑設備自動監控系統設計

文｜北京江森自控有限公司 劉麗娜

1 引言

廣州國際金融中心亦稱廣州西塔，是廣州珠江新城6大標志性建筑之一，位于珠江新城西南部核心金融商務區。項目占地面積31000m2，總建筑面積約448000m2，由地下4層、地上103層的主塔樓和28層的附樓組成，包括白金五星級酒店、智能化超甲級寫字樓、會議中心、酒店式公寓、高檔商場、高級餐廳、地下停車庫、貴賓登機通道等，樓高432m，是華南地區最頂級綜合性商務物業的代表。

廣州西塔對建筑物機電設備節能有很高的要求。其內部分布著冷水機、電梯、高低壓變配電柜、大量的空調風柜、照明配電柜、給排水泵等機電設備。要實現機電設備節能，對建筑物內的所有機電設備進行統一管理、節能控制，收集報表進行數據分析尤為重要。而西塔項目采用了VAV變風量系統和能夠實現良好節能效果的變靜壓控制方式，能否在滿足舒適性要求的前提下使VAV變風量空調系統盡可能地節能，是決定該項目建筑設備自動監控系統成功與否的關鍵。本文將介紹該項目建筑設備自動監控系統，尤其是VAV變風量空調系統監控環節的設計。

2 系統配置

圖1 西塔建筑設備監控系統結構圖

（1）建筑特點

西塔項目具有以下突出特點：

◆ 機電設備分布比較分散，要求BAS系統采用分區域監控的方式；

◆ 項目整體可按建筑結構分為地下室裙樓區域、辦公區域、酒店區域三大區域，其中辦公區域采用了VAV變風量空調系統，酒店區域采用了風機盤管系統；

◆ 各樓層建筑機電設備多且分布分散，需要充分考慮控制總線的長度問題。

（2）系統結構設計

西塔建筑設備自動監控系統采用完全集成化、網絡化的系統架構，融合了信息技術（IT）及互聯網的各種技術，在系統結構上支持BACnet協議標準，管理層上支持BACnet/IP協議，控制層上支持BACnet MS/TP協議。系統體系結構，如圖1所示。

（3）系統配置要點

為與項目的建筑特點相適應，BAS系統需具備分散控制、區域管理、集中管理的功能；由于采用了VAV變風量空調系統，BAS系統需不斷處理大量的數據，相關產品需具備較高的性能。

①控制中心配置一套先進的系統管理軟件，應用當前主流的IT技術，包括B/S結構、Web Service技術、JAVA技術、XML技術等，以應對將來與信息系統的集成。

②控制中心配置兩臺服務器，分別用于系統自動運行操作和網絡發布管理；酒店區域設置一臺服務器，用于對酒店區域系統的管理。

③根據建筑物特點，配置兩臺工作站，用于相應的操作管理。

④三大區域分別設計相應的網絡控制器。網絡控制器與DDC控制器都采用ISO標準通用協議BACnet，以滿足開放性要求。

⑤VAV控制器按相應數量要求掛在網絡控制器下，由網絡控制器完成數據處理，實現區域管理的功能，以防止因服務器直接進行所有控制器的數據處理而造成系統堵塞。

⑥要求第三方系統，如冷源系統、熱水鍋爐系統、給排水兩用變頻泵組、給水變頻泵組等，提供標準接口。所有系統接口的管理統一由網絡控制器承擔（達到硬集成的目的），可不依賴于控制中心服務器。

3 系統控制功能

西塔項目冷源系統等第三方系統配置了專用接口設備，用于實現所有第三方系統數據的集成。

3.1 冷源系統監測

冷源群控的內容包括對冷水機組、冷凍一次泵、冷凍二次泵變頻、冷卻水泵、冷卻塔等的監控以及冷源系統的群控。各設備提供統一的接口，以便將數據打包發送給BAS，實現集中監控與管理。BAS向能源管理系統開放其所控設備的狀態及設備的電流、電壓、諧波狀況、電耗等相關電能參數。BAS對冷源系統只做監視，不做控制。

3.2 冷風柜監控

冷風柜監控采用自適應控制與模糊控制原理等高級控制軟件，自動改變溫度設定值，提高控制精度，以達到節能的目的。監控的內容包括：冷風柜風機的啟停控制，風機運行狀態、故障報警、手/自動狀態監測，回風溫度、送風溫度監測，風機壓差監測，過濾網前后壓差監測，冷水閥調節，新風閥調節和回風閥調節。

監控原理，如圖2所示。

夏季室溫要求一般為最高不超過26℃，常規控制的空調系統的控制精度為±1℃，則設定值應為25℃；如果控制精度為±0.5℃，則設定值可提高至25.5℃。設定值每提高1℃可以節省8%的冷量；而中央監控同常規控制相比，控制精度有大幅提高。一般來說，用中央監控代替常規空調控制所帶來的控制精度的提高，可以節省30%左右的冷量，這對于減少運行費用與節約能源均有重要意義。

根據實際情況，西塔項目空調系統共設計了11項監控內容。

（1）回風溫度監控

DDC控制器會監測回風溫度并將它與預設的溫度值作比較，進行PID運算并將結果輸出至冷凍水閥，相應地調節冷凍水量，將溫度調節至要求的范圍內。

（2）風機開關控制

風機的開關控制主要是根據BAS系統預設的時間表來進行啟停控制或根據氣體探測器測得的氣體質量數據來進行控制。在一些特別的情況下，如加班時，風機如需要在預設時間表之外的時間啟動，用戶還可選擇在BAS操作站上手動啟停風機。

圖2 冷風柜監控原理圖

（3）風機狀態監測

BAS系統可自動監測風機的狀態是否與控制要求一致；如不一致，BAS系統會同時定義此狀態點與控制點出現故障，并以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員進行相應的處理工作。BAS系統還會將有關的事項一一記錄，作日后檢查之用。另外，BAS系統允許用戶自行設定對設備累計運行時間的測量，以便維修人員在設備運行至一定時間后進行維修工作。

（4）風機跳閘報警監測

DDC控制器會監測風機熱繼電器跳閘報警，在有報警時關停風機并以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關人員進行檢修。而BAS系統也會將有關的事項一一記錄，作日后檢查之用。

（5）風機手/自動切換狀態監視

BAS系統實時對風機的手/自動運行狀態進行監視，了解風機的運行狀態。

（6）冷水閥聯鎖

冷水閥與風機狀態聯鎖；風機關閉時，冷水閥關閉。

（7）送風溫度監測

通過設置在送風口的送風溫度傳感器對送風溫度進行監測，并對監測值與設定值進行比較。

（8）濾網狀態監測

BAS系統借助壓差開關監測風機前過濾網前后的壓差。當壓差超過壓差開關的預設值（在壓差開關上可調），BAS系統會以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關人員進行濾網清洗工作。而BAS系統也會將有關的事項一一記錄，作日后檢查和分析之用。

（9）風機壓差狀態監測

BAS系統借助壓差開關監測風機前后的壓差。當風機運行狀態為開啟時，如壓差低于壓差開關的預設值（在壓差開關上可調），BAS系統會以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關人員進行維修。而BAS系統也會將有關的事項一一記錄，作日后檢查和分析之用。

（10）過渡季節轉換設定

BAS系統通過軟件設定空調系統按過渡季節工況或夏季工況運行。空調系統冬夏季以最小新風模式運行，根據回風溫度控制冷水閥開度；過渡季時充分利用室外新風，降低空調能耗。

（11）新回風閥開度控制

BAS系統分別對室外溫度、回風溫度、送風溫度與設定溫度進行比較，根據結果調整新回風閥開度。在夏季模式下，在保證滿足最小新風量要求的同時，充分利用回風冷量；過渡季時充分利用室外新風，降低空調能耗。

3.3 新風冷風柜監控

新風冷風柜監控的內容包括新風冷風柜風機的啟停控制，風機運行狀態、故障報警、手/自動狀態監測，送風溫度監測，風機壓差監測，過濾網前后壓差監測，冷水閥調節。監控原理如圖3所示。

3.4 變頻冷風柜監控

變頻冷風柜監控的內容包括變頻冷風柜風機的啟停控制，風機運行狀態、故障報警、手/自動狀態監控，回風溫度、送風溫度監測，風機壓差監測，過濾網前后壓差監測，冷水閥調節，變頻器故障監測，以及頻率反饋、變頻控制、新風閥調節、回風閥調節。監控原理，如圖4所示。

變頻器調節控制即BAS系統比較回風溫度監測值與設定值，據此控制變頻器，調節風機的轉速，保證風管內壓力恒定，同時將頻率信號反饋至DDC控制器。

變頻器報警監測即DDC控制器監測變頻器故障報警，在有報警時關停風機并以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關人員進行檢修工作；BAS系統將有關的事項一一記錄，作日后檢查之用。

3.5 變風量風柜監控

變風量風柜監控的內容包括變風量風柜風機的啟停控制，風機運行狀態、故障報警、手/自動狀態監測，送風溫度監測，風機壓差監測，過濾網前后壓差監測，冷水閥調節，風管壓力監測，CO2濃度監測，變頻器故障監測，以及頻率反饋、變頻控制、新風閥調節、回風閥調節、送風閥調節。監控原理，如圖5所示。

BAS系統比較風管壓力監測值與設定值，據此控制變頻器，調節風機的轉速，保證垂直送風總管內壓力恒定，同時將頻率信號反饋至DDC控制器。

CO2濃度監測即通過裝設在空調機組的回風管內的CO2傳感器監測室內的CO2濃度，根據CO2濃度設定要求自動調節定風量箱閥門，保證新風量滿足要求。

圖3 新風冷風柜監控原理圖

圖4 變頻冷風柜監控原理圖

圖5 變風量風柜監控原理圖

3.6 變風量新風冷風柜監控

變風量新風冷風柜監控的內容包括變風量新風冷風柜風機的啟停控制，風機運行狀態、故障報警、手/自動狀態監測，送風溫度監測，風機壓差監測，過濾網前后壓差監測，冷水閥調節。

3.7 變頻送風機系統監控

變頻送風機系統監控的內容包括變頻送風機的啟停控制，運行狀態、故障報警、手/自動狀態監測，風機壓差監測。監控原理如圖6所示。

3.8 送排風機系統監控

送排風機系統監控的控制設備及控制內容，如表1所示。

3.9 給排水系統監控

給排水系統監控的控制設備及控制內容，如表2所示。

（1）潛污泵、水景循環泵狀態、故障報警監測即DDC控制器監測潛污泵、水景循環泵狀態及跳閘報警，在有報警時以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關人員進行檢修。

圖6 變頻送風機系統監控原理圖

表1 送排風機系統監控對象及監控內容表

表2 給排水系統監控對象及監控內容表

（2）生活水泵狀態監測即DDC控制器監測生活水泵狀態及跳閘報警，在有報警時以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關人員進行檢修。

（3）液位報警監測即BAS系統對污水井的超高液位報警進行監測；對生活水池的超高、高、低、超低液位報警進行監測；對補水箱、水景池的超高、超低液位報警進行監測；在有報警時，以聲光報警形式在操作站上報警，以提醒操作人員安排有關人員進行檢修。

3.10 熱交換系統監控

熱交換系統監控的內容，如表3所示。

表3 熱交換系統監控內容表

監控原理：

◆ 根據事先排定的工作及時間表，定時啟停供熱水泵；

◆ 根據熱水供回水溫差和供水流量測量值，自動計算所需熱負荷量，調整供熱水泵運行臺數；

◆ 電動蝶閥與熱水泵聯絡啟停；

◆ 根據熱水供回水壓差自動調節旁通閥，維持供回水壓差恒定；

◆ 根據二次側供回水溫差調節一次側電動調節閥，控制熱交換器的熱水輸入量，使之滿足實際要求。

3.11 VAV末端控制

西塔項目采用“與壓力無關型”的VAV末端單元。

變風量系統的空氣分配的控制由末端單元（又稱變風量箱，或VAV BOX）負責，根據房間或區域內溫度傳感器探測到的溫度對進入房間或區域的送風量進行控制。

末端單元可以是與壓力有關型（如圖7所示），也可以是與壓力無關型（如圖8所示）。由于大多數與VAV系統相連的風道的靜壓是變化的，因此與壓力無關的控制模式比較適合西塔項目。與壓力無關的末端單元控制模式能提供極準確的風量控制；在該模式下各房間或區域的送風量根據相應溫度傳感器的信號進行調整，不受送風管道內壓力變化的干擾。

圖7 與壓力有關型末端單元示意圖

圖8 與壓力無關型末端單元示意圖

與壓力無關的末端單元由一組DDC控制器、進風口差壓變送器、風閥驅動器和溫度傳感器等控制部件組成。

DDC控制器通過進風口風道傳感器來監視供風量，以便保證提供恒定的空氣流量來滿足使用要求。當該空間內的空調負荷改變時，DDC控制器將根據該空間內的溫度傳感器的信號來改變送風量的設定值，以適應該空間的需要。對于任一給定的設定值，不論進風口的靜壓是否改變，DDC控制器都將保持送風量的恒定。這一模式被稱為“與壓力無關”型，這一類型的末端單元在由最小到最大的任何設定值下均能進行恒定送風量控制。

變靜壓控制的指導思想是盡量使每個VAV末端的風閥保持在全開狀態（70%～90%），盡量減少系統所需靜壓，從而最大限度地降低風機轉速，以獲得更佳的節能效果。另外，由于風閥保持較大開度，變靜壓控制還能降低VAV末端的再生噪音。

變靜壓控制的原理是：首先根據室內溫度設定值計算出所需風量（送風溫度一定時），將其與風速傳感器計算出的實際風量比較，調節風閥開度；當所有風閥開度中的最大值，即POSmax過小（小于70%）時，表明系統靜壓過大，降低風機轉速；當POSmax過大（大于90%）時，表明系統靜壓過小，加大風機轉速；當VAV末端送風量達到最大值或最小值仍不能滿足室溫要求時，調節水路上的電動二通調節閥，改變送風溫度。

4 結束語

廣州國際金融中心以創造高效節能、綠色環保、舒適、高性價比、溫馨而安全的環境為目標，其建筑設備自動監控系統的設計突出體現了“以人為中心”，創建高效、節能、安全、舒適、健康的工作、生活環境的綠色智能建筑思想。該項目的建筑設備自動監控系統所具備的分散控制、區域管理、集中管理的功能，與其建筑特點相匹配。該項目的VAV變風量空調系統有近3000套VAV BOX，建筑設備監控系統需不斷處理大量的數據，其系統產品的高性能保證了大量VAV設備在一套系統上的穩定運行。該項目的VAV系統采用變靜壓控制方式，獲得了比常規的定靜壓控制方式更好的節能效果。

1 李玉云.建筑設備自動化[M].機械工業出版社，2006.

2 吳興.樓宇自動化系統概述[J].科技情報開發與經濟，2008，18（29）：189-190.