樓宇自控系統的施工關鍵技術研究

詹立順

（中智海峽科技有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

樓宇自控系統作為具有代表性的建筑智能化工程，能夠實現對建筑設施內冷源控制系統、空調系統、通風、照明、給排水等機電設備進行自動化控制。劉斯堃[1]認為若想確保智能建筑的整體質量，那么要做好對智能建筑自動化技術的分析，全面展現出機電設備自動化技術的效果。孫景濤等[2]根據建筑智能化管理需求，設計了智能建筑系統以及自動化平臺。張祖剛等[3]在某樓宇自控系統的基礎上，將冷源系統與樓宇自控系統集成于一個統一的接口協議，實現了系統集成。本文依托夏商大廈實際工程案例，通過對樓宇自控系統特點進行探究并針對其技術要求制定相應的施工關鍵技術，從而使建筑智能化水平得到進一步提升。

1 工程概況

本研究以夏商大廈為例，該工程建筑面積約為102 739m2，地下4 層，地上38 層的5A 級甲級超高寫字樓，主要設置有辦公室和會議室，配套的職工餐廳等，地下4 層主要設置為停車場及設備用房，功能全面。為滿足綜合性大樓的管理需求，需在傳統施工內容的基礎上建設一套高標準智能化工程。本次研究主要就該大樓智能化工程中的樓宇自控系統的施工關鍵技術進行研究。

2 樓宇自控系統設計

樓宇自控系統設計過程中，著重對冷源控制系統、新風空調系統以及智能照明系統等系統設計，以此實現樓宇設備自動化管理，從而達到對樓宇設備集中控制、節能降耗的目的。

2.1 冷源控制系統設計

本項目冷源設于大廈的地下1 層，由2 臺800RT 離心式冷水機組和1 臺400RT 螺桿式冷水機組，供回水溫度為5℃、12℃，與其配合使用的冷水泵和冷卻水泵各5 臺（其中各2 臺備用）。對應3 臺冷水機組，配置2 臺500m3/h 和1 臺250m3/h 的冷卻塔，冷卻塔放置于裙樓屋面。制冷機、冷卻水泵、冷卻塔一一對應。空調冷卻水供回水溫度為32℃、37℃。

2.1.1 基本監控邏輯

通過冷水機組（特靈）面板干接點方式對冷機啟停狀態，故障狀態，手自動狀態及啟停命令進行監控。

（1）測量冷凍水管的供/回水溫度、流量；

（2）測量冷卻水管的供/回水溫度、壓力、流量；

（3）監測冷凍水供回水壓差，調節旁通閥開度；

（4）監測冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風扇的運行狀態、故障報警、手自動狀態；

（5）控制冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風扇的啟停；

（6）控制冷凍水泵變頻并監測水泵頻率反饋；

（7）冷水機組冷卻水、冷凍水蝶閥開關控制，蝶閥開關狀態反饋；

（8）冷卻塔進/出水管蝶閥開關控制，蝶閥開關狀態反饋；

（9）監測冷凍水、冷卻水水流開關狀態。

2.1.2 群控邏輯

根據運行時冷凍機組的出水溫度及冷水負荷（冷凍水供回水溫差×冷凍水流量）調節冷水機組的運行臺數，使供冷水負荷滿足要求。

2 臺800RT 冷水機組對應3 臺冷凍泵（CHWP-B-1、CHWP-B-2、CHWP-B-3 互為備用）及3 臺冷卻泵（CDWP-B-1、CDWP-B-2、CDWP-B-3 互為備用）；另1 臺400RT 冷凍機組對應2 臺冷凍泵（CHWP-B-4、CHWP-B-5 互為備用）及2 臺冷卻泵（CDWP-B-4、CDWP-B-5 互為備用），每臺冷水主機對應1 臺冷凍水泵及1 臺冷卻水泵。

冷凍水泵變頻調節：串級控制法。

根據冷凍水供回水溫差及供回水壓差調節冷凍泵頻率，具體的控制原理如圖1 所示。

圖1 冷凍泵頻率控制原理

測量的溫差與給定溫差進行比較，通過PID 計算輸出一個給定壓差設定值，實時供回水壓差與給定壓差進行比較，再經過PID 計算輸出冷凍泵變頻信號，實現冷凍水泵的串級控制[4]。

（1）冷凍水泵變頻調節過程中，設定最低頻率以保證冷凍主機安全運行。

（2）當冷凍泵頻率持續下降，并保持在最低頻率運行時，冷機持續低流量運行，此時再根據冷凍水供回水壓差調節旁通閥的開度，保證系統需要的壓差。

（3）冷卻塔啟停臺數對應相應冷機啟停臺數，用冷卻水回水溫度控制風機變頻，使回水溫度達到設定值。

群控順序：

連鎖啟動順序：開啟蝶閥→開啟冷卻泵→開啟冷凍泵→開啟冷卻塔→開啟冷水主機；

連鎖關閉順序：關閉冷水主機→關閉冷卻塔→關閉冷卻水泵→關閉冷凍水泵→關閉蝶閥。

2.1.3 大、小機組切換

系統可劃分為過渡季節和夏季，操作人員手動設置季節模式。

在過渡季節時，操作人員手動設置為過渡季模式，然后啟動冷機系統，執行邏輯要求：先啟動400RT 小機組，若在30min（本時間可調）內冷凍水出水溫度仍然大于設定值（默認為7℃，可調），并且冷凍水負荷大于設定值（此設定值可調）（出水溫度及冷水負荷為同時滿足），則自動增加一臺大的機組，同時關閉400RT 小機組。

在夏季時，操作人員手動設置為夏季模式，然后啟動冷機系統，執行邏輯要求：先啟動一臺800RT 大機組，若在30min內（此時間長度可調節）冷凍水出水溫度仍然大于設定值（默認為5℃，可調），并且冷凍水負荷大于設定值（此設定值可調），則自動增加一臺800RT 大機組；此時若30min 內冷凍水出水溫度仍然大于設定值（默認為5℃），并且冷凍水負荷大于設定值（此設定值可調），則自動增加400RT 小機組（即大機/大機/小機模式）[5]。

減機時若有小的冷機運行，應先停止小冷機。

2.2 新風空調系統設計

新風控制空調設計需實現五方面功能：（1）新風空調機組溫度監測；（2）電動水閥的監控；（3）風機的啟停監控；（4）過濾網壓差報警監測；（5）機組狀態及報警監測。

新風空調系統控制流程如圖2 所示。

圖2 新風空調系統控制流程

為實現理想的舒適、節能效果，新風空調控制過程中需根據事先編制的程序對送風量進行控制，具體計算方式如公式（1）所示[6]。

其中，G代表送風量；Q代表室內熱量；D代表室內濕度；Tn代表室內溫度；Ts代表送風溫度；Dn代表送風空氣濕度；Ds代表排風空氣濕度。

由公式（1）可以看出，在室內參數（Tn、Ts、D）不變的情況下，Q與D發生變化時，需要通過調節送風量控制室內溫度，避免造成熱量/冷量的浪費。

2.3 智能照明系統設計

在各樓層公共區域設置人體移動探測器，探測是否人有活動，并將此干接點信號接入樓宇自控系統，保存在樓宇自控系統的數據庫內。智能照明控制對公共區域照明分回路單獨控制，保證各樓層公共區域照明設備能夠在沒人的情況下自動熄滅，以此達到節能照明的目的。智能照明系統控制過程中，需要在數據庫中定期進行數據讀取，以此對各照明設備進行有效控制。

基于這一需求，本次設計通過數據庫定時讀取模式對智能照明系統的程序運行進行周期性更新，具體流程如圖3 所示。在達到指定讀取周期后進行數據讀取，若數據庫當中無更新數據，則等待定時器下一周期開始；若數據庫有更新數據，則讀取數據并更新程序，并等待定時器下一周期開始。

圖3 智能照明系統數據讀取流程

3 樓宇自控系統施工技術

3.1 控制室施工

選擇控制室的位置時，要遠離會產生電磁干擾的地方，控制室必須保持干燥環境，選用無用水區。同時，還需要做好電磁干擾屏蔽工作，避免影響控制設備穩定。控制室必須做到避免靜電干擾，并保證各設備之間設置合適間距，進而為后續維護檢修提供空間。相關設備之間要正確連接線路，保持各設備的正常運行。所有設備安裝完成后，需進行現場調試，保證設備能夠按照預期要求完成控制操作。

3.2 控制器安裝

為避免長線路信號衰減和干擾，現場控制器盡量靠近所控設備，一般安裝在新風機控制箱附近，因此需事先在控制箱附近留出現場控制器的位置。控制器安裝過程前，需要上電模擬測試，確保控制器性能狀態良好。

3.3 線纜敷設

線纜施工過程中，接地線處理是重點問題，必須嚴格根據施工圖紙處理接地線，避免多電源供應下電源異常造成設備損壞。線纜布置過程中，需仔細清掃線槽以及電線管，避免內部存在水漬或碎屑，在最大程度上保證線纜的使用壽命。同時，為避免彼此之間產生干擾，對不同類型的線纜分開布置，并線槽內分類捆綁，捆綁方式、間距應符合安裝規范和設計要求。需要注意的是，信號線、強電電源線之間必須保持一定距離，不得放入同一管道。

3.4 設備安裝

首先，仔細檢查施工圖紙與設計文件，保證所有文件圖紙均已完成會審工作，且涉及圖紙修改的內容均已得到主管簽字。施工前，施工人員需要進一步明確施工圖紙及相關資料，完成與設計人員的技術交底，明確圖紙中的特殊問題。

其次，為保證施工的連續性，應對施工所需的設備、材料、儀器進行檢查。施工人員進入場地后，需根據現場實際情況確定施工方案。例如，若在室內施工，應保證綜合大樓主體工程建設完畢且未開始內裝修，或在主體施工過程中已完成系統預埋管道的情況下開始施工。對于改造性工程，需在施工前與甲方確定好安裝方式以及管線走向。若在室外施工，則需摸查施工沿途情況，例如桿架、道路以及管道電纜等情況。

最后，進行設備安裝。設備施工主要分為三方面：

（1）安裝執行器。如電動水閥，根據安裝環境及設備情況選擇電動水閥安裝位置，保證水流流出方向與電動水閥箭頭方向一致。同時，根據設備安裝說明選擇輸入電壓數據，并在完成安裝后進行調試，保證設備能夠正常運行；

（2）安裝傳感器。傳感器安裝應根據標準、規范、設計要求及產品的特性和技術要求。如各類傳感器安裝位置要能正確反映其檢測性能，遠離有強磁場或劇烈振動的場所，同時要便于調試和維護。同時需根據不同流質形態，設置流體流量計的取源口方位，測量液體流量時，應在管道的下半部與管道水平中心線成0°～45°夾角范圍內。安裝溫度傳感器時，應在空調機組風管保溫后進行施工。

（3）系統接地。系統接地是樓宇自控系統設備施工中至關重要的一環，聯合接地需要保證接地電阻小于1Ω。同時，為確保系統安全性，所有監控設備應選用相同電源。

3.5 系統調試

調試應按先單體后區域，最后綜合的次序依次進行，同時協調被控設備的調試人員密切配合樓宇自控系統的調試人員，做好調試記錄。

3.5.1 空調機組調試

空調機組調試過程中，需根據調試計劃逐一進行控制器的單點調試，并對調試數據進行詳細記錄。控制器單點調試前，需對監控點的類型進行確認，避免因監控點錯誤而導致測試結果失真。在此過程中需要注意，需對控制器常用點的信號類型進行確認，并嚴格規范不同控制器常用點的信號類型，為避免對電源及機組設備造成損壞，在保證能夠實現標準電阻轉換的同時，需限制各信號類型的最大電流。

3.5.2 冷源系統調試

冷源系統調試是樓宇自控系統調試的關鍵環節，關系著整個系統的正常運行，主要分為兩方面調試內容：

①系統內部單機調試。首先，檢查通信指示燈，確定是否存在異常閃爍情況。若正常閃爍，則代表電源接入正常，反之則代表電源接入異常，需進一步檢查電源接入異常原因。其次，檢查傳感器以及執行器的運行情況，進而確定系統接線是否正常。即通過手動控制方式啟動各電氣設備，利用萬能表對各設備的運行狀態進行測量，并記錄測量結果，通過結果分析是否存在運行異常情況。

②系統整體調試。在系統各設備處于自動控制狀態下，通過計算機控制調試過程。根據所得結果進行軟件程序的編制，并在此基礎上確定控制器的輸入點數據，同時構建相關的系統模板以及用戶接口界面，確定相關點之間的具體聯系。

3.5.3 聯動調試

與系統整體調試相同，正式聯通調試前需保證所有設備均處于自動控制狀態，并著重檢查各控制器是否處于正常工作狀態，同時分析控制器的運行參數與設定參數是否相同。檢查整體系統運行是否正常，每個功能能否正常實現，這是關鍵步驟。必須嚴格重視聯動調試狀態下各參數的設定是否合理，是確保整體系統正常運行的保證。

4 結論

本研究以夏商大廈為例，對綜合性大樓自動系統的設計及施工進行研究，具體結論如下。

（1）結合建筑控制需求，對冷源控制系統、新風空調系統以及智能照明系統進行設計，以此實現樓宇設備自動化管理，從而達到對樓宇設備集中控制、節能降耗的目的。

（2）從控制室施工、線纜敷設、設備安裝、系統調試等方面對關鍵施工技術的應用進行研究，以期能夠為智能建筑建設質量提升提供參考和借鑒。