智能建筑電氣自動化系統的分析和設計研究

張宇程

摘 要：隨著人們生活水平的提升，對于建筑功能的需求不斷增多，在此背景下智能建筑應運而生。為了滿足建筑功能多樣化的需求，就必須完成電氣自動化系統建設。本文首先分析了電氣自動化系統的應用優勢，然后介紹了自動化系統的組成和設計要求，最后詳細闡述了設計方法，以供參考。

關鍵詞：智能建筑；電氣設備；自動化系統；優勢；設計方法

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0078-01

所謂智能建筑，指的是根據用戶的需求，對建筑物的結構、系統、服務、管理等進行優化組合，從而提供一個高效、舒適、便利的居住環境。智能建筑具有環保、低碳、節能的優勢，采用智能管理模式取代人工管理模式，并且利用自動控制系統，對設備運行進行實時監控，提高設備的舒適性，延長設備的使用壽命。以下針對智能建筑電氣自動化系統的設計進行探討。

1 電氣自動化系統的應用優勢

1.1 節約資源能源

在電氣自動化系統中，主要是采用了通信技術、綜合布線技術、樓宇自控技術、安全防范技術等，通過對設備和軟件集成設計，能夠對配電、排水、照明、通風、中央空調、網絡通信、電梯系統等進行統一控制，提高設備的利用率，實現節約人力和資源的目標，保證各種設備安全運行。

1.2 有效控制設備

電氣自動化系統的應用，借助于網絡信息技術發出控制信號，能夠執行用戶下達的指令，完成各項控制任務目標。相比于人工管理，自動化管理能提高工作效率，減輕人員負擔。智能建筑在設計期間，首先應該全面分析電氣自動化系統的功能，形成完整的信息技術控制系統，實現設備控制的有效性。

1.3 實時監測故障

隨著建筑行業的發展，大型建筑、高層建筑層出不窮，分析這些建筑的共同特點，在于結構復雜、功能多樣，電氣設備數量多，運行期間容易出現問題和故障，為樓層管理工作增加了難度。電氣自動化系統的應用，采用了信息采集—處理—反饋的模式，能對建筑內部的所有電氣設備進行監控，并且將運行信息反饋到控制中心，實現24小時不間斷管理，從而及時發現并處理故障。

2 智能建筑電氣自動化系統的分析

2.1 系統組成

在智能建筑中，電氣自動化系統是由以下部分組成：①中央計算機；②主控制器和現場控制器；③通信網絡；④兩級網。其中，中央計算機負責交流，現場控制器負責控制；一級網絡、二級網絡分別對應局域網、工業控制總線。該系統的功能包括：第一，監視、控制、顯示電氣設備的運行狀態；第二，顯示并檢測設備的運行參數變化，并對歷史數據進行分析；第三，檢測并處理突發事件和故障意外；第四，依據外界環境條件的變化，對設備運行進行調整，使其處于最佳運行狀態；第五，對各種設備協調控制，實現自動化維護和管理。

2.2 重要元件

在該系統中，主要元件是現場控制器、執行器、傳感器。其中，現場控制器是建筑內部各種設備的直接控制者，一方面接受中央計算機的控制，另一方面也能在中央計算機之外獨立運行。控制器一般采用DDC模式和執行器、傳感器相連，信號形式分為四種，即模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出。執行器屬于末端控制元件，常見如電動調節閥，能將控制器輸出的信號轉變為閥門開度大小。傳感器的類型劃分，主要依據溫度、濕度、壓力、流量等要素。

2.3 設計要求

第一，電源。在電氣自動化系統中，電源是最基本、最重要的組成部分，在設計時應該滿足用電負荷要求。I類系統電源面對系統中的UPS設備，能夠實現放射式供電；II類系統電源能夠利用臨近電源供電；如果系統中含有CPU控制器，那么電源應該滿足控制器72小時運行要求，即使在特殊情況下也能保證長時間供電。

第二，布線。電源布線時，嚴格按照規范標準操作。網絡通信系統布線時，應該分析線路周邊環境，保證布線的靈活性。信號線路布設時，應該嚴格檢查電線電纜的規格質量，優先選用分槽、分管布設方式，能提高信號線路的獨立性。網絡控制器和計算機等設備布線時，一方面保證設備接地，另一方面和弱電工程接地干線良好連接，滿足電氣設備獨立運行的要求。另外，部分線路布設期間，還應該設置專門的導線，提高系統運行的穩定性。

第三，控制器。在現場控制器的設計上，要考慮到智能建筑的功能，具體如下：一是遠離電磁干擾設備，例如線路、管道等，以提高運行的穩定性；二是現場控制器的輸入、輸出上，既要滿足系統設備的需要，又要預留出一定余量，一般按照20%預留；三是設計同時分析管理模式的便捷性、調試維護的經濟性，不能為了智能化而盲目利用資源、增加成本。實踐證實，現場控制器常設置在集中區域，并且采用防潮措施。

3 智能建筑電氣自動化系統的設計方法

3.1 給排水系統

現代建筑的給水系統，主要采用以下三種方式：一是水泵給水，二是高位水箱給水，三是氣壓罐給水；室內排水則是利用重力自行排放，或者在泵房內設置集水坑，利用潛污泵進行排水。第一，如果采用水泵給水，控制系統的設計，應該在緩沖池設置3個液位傳感器，作用是檢測溢流情況、允許啟泵液位、最低水位報警等。還要設置水壓傳感器，用來檢測、報警、運行管理，實現恒壓供水、水泵啟停等操作。第二，如果采用高位水箱給水，控制系統的設計，應該利用DDC實現檢測、報警、用電量計算、啟停操作等功能。第三，如果采用氣壓罐給水，控制系統的設計，主要用來檢測、報警、設備管理、啟停操作等。在排水系統的控制上，設備包括排水泵、污水池、集水坑等，可以實現檢測、報警、潛污泵啟停操作等。

3.2 供電系統

智能建筑對于供電系統的要求高，系統設計時，一方面要設置備用電源，預防電力系統故障，保證各種設備正常運行，消除或減小停電對供電系統造成的影響。另一方面要對配電系統進行實時監測，檢測各項運行參數，準確計量用電量，遇到故障及時報警，促使控制系統正常運行。

3.3 通風系統

通風系統的工作原理，是檢測建筑內部空氣中的CO、CO2含量，如果濃度超標，通風系統就會啟動風機，及時排除污染空氣、吸收新鮮空氣，實現空氣凈化目標，改善建筑內部的空氣質量。在智能建筑中，空調系統包括三種：一是集中式，二是局部式，三是半集中式。系統利用制冷技術，來控制設備啟停、水溫冷卻、壓差旁通等操作，并控制交換器二次熱水出口的溫度。另外，該系統對風機盤管、風速、電動閥門的控制，是依靠風機盤管監控系統完成的。考慮到空調系統的耗電量大，在設計時應該遵循節能原則，必要時可以利用熱泵技術、末端設備，實現電能耗用的控制，提高空調系統的節能性。

3.4 照明系統

智能建筑內部的照明系統，設計時既要滿足設備控制要求，又要實現節能目標。當前我國的智能建筑以高層建筑為主，對照明、電梯動力系統的要求高，其中照明耗電量占建筑總耗電量的30%以上，為節能設計創造了條件。具體來說，動力控制系統和電梯控制箱的觸點采用DDC相連，能夠監視系統的運行，及時發現故障情況；照明系統設計時，采用定時控制、智能控制等方式，準確控制獨立光源的開關；針對樓梯、走廊等部位的照明，下班后要求全部關掉，達到人走燈滅的效果。

4 結語

綜上所述，電氣自動化系統的應用優勢，在于節約資源能源、有效控制設備、實時監測故障。電氣自動化系統的設計，主要是電源、布線、控制器具有明確要求。文中從給排水系統、供電系統、通風系統、照明系統四個方面，介紹了具體的設計方法，希望為類似工程提供一些經驗，提高智能建筑的安全性、舒適性。

參考文獻

[1]吳衛博.智能建筑中樓宇電氣自動化系統問題與策略探究[J].科技尚品，2016，（6）：102.

[2]裴淵東.智能建筑電氣自動化系統的分析及設計思路[J].建材發展導向（下），2016，14（11）：388.