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1、智能建筑空调及其自动控制系统建设部建筑设计院 潘云钢智能建筑的概念从发达国家传入我国已有大约十年的时间，近几年来，国内在这方面有了蓬勃的发展，一大批具有智能化的建筑也开始出现。由于智能建筑的概念涵盖面广，因此至今对这一概念没有一个明确的定义或界定。总结国内这方面的建设及研究情况，可以看出：实际上我们所提到的智能建筑，只是在某些领域具备一定智能化的建筑，其智能化的程度也是深圳特区浅不一，但都自称为“智能建筑”。由于智能化本身的内容是随人们的认识和要求而不断发展和延伸的，因此笔者认为就目前而言，把智能建筑称为智能化建筑也许更为合适一些。智能化建筑从功能上看，应具有在某种程度上提供给使用都各种优良舒
2、适的内部环境、安全保障、与外界的信息交流、节省各种能源费用等基本功能。因此，当每一个基本功能和系统都设置较为完善时，再加上计算机或电子技术等的后备支持，也就可能产生出一个具备一定智能化的建筑来。笔者从事建筑空调设计，在这里以具体工程为例来谈谈有关智能化建筑中与空调设计相关的一些情况。建筑物的空调通风系统，主要目的是为建筑内部提供一个满足使用要求的舒适性环境，其具体的舒适性参数包括温度、湿度、空气的清新度等，属于人工环境的范畴，因此从广义上来说也可视为建筑智能化的一部分。但要达到上述环境参数的要求，则控制上必须由先进的电子技术来支持才能完成。下面以“北京世界金融中心”工程为例来介绍。1、 工程简
3、介“北京世界金融中心”是由中国人民保险信托投资公司投资的一幢高级办公工综合楼，地点位于北京市朝阳区朝外大街的繁华商业区内。工程总建筑面积 116000M2，总高度 165M（至金属塔尖顶），地下三层，地上三十二层。各层所设置的房间及其用途如下：地下 3 层：汽车库、冷冻机房、水处理间、水池及水泵房等；地下 2 层：汽车库、变配电室、热交换间、职工卫生间及空调机房等；地下 1 层：汽车库、自行车库、发电机房、职工餐厅及其厨房、四季门厅、超级市场等；13 层：门厅大堂、四季厅、自动扶梯厅、零售商场等；4 层：门厅大堂、四季厅、自动扶梯厅、游泳池、中西餐厅及其厨房等；5 层：门厅大堂、四季厅、自动扶
4、梯厅、保龄球室、健身娱乐室等；615 层：办公室；16 层：消防避难层；1727 层：办公室；2830 层：办公室及机电用房；31、32 层：多功能厅。2、 空调通风设计针对本工程的特点，空调通风系统设计立足于以下几个基本原则。2.1 保证各房间的空气参数要求主要房间设计参数如下：夏季：办公室： 最小新风量 30CMH/P；餐厅、商场： 最小新风量 15CMH/P；大厅： 最小新风量 15CMH/P；冬季：办公室：商场：餐厅：大厅：在决定上述参数的过程中，考虑到了人员的生活习惯和实际的使用要求。比如：商场冬季温度取值较低，主要是考虑到国内购物者大多在冬季进商场时穿衣较多；大厅标准低于其它房间则
5、是为了给进出人员提供一个环境空气的过渡区域以消除人进出时的不舒适感（甚至发生感冒等）。2.2 节省能源节能是智能化建筑的一个重要特征，也是当前和今后相当长一段时间内国家的方针政策要求。在本工程空调通风设计中，节能设计主要考虑以下计点：2.2.1 合理的加强外围护结构的热工性能节能首先应从基本能耗着手，加强外围护结构的热工性能是降低基础能耗的主要手段。本工程对主要外围护结构的热工要求如下：采光窗采用双层中空热反射玻璃，夏季传热系数不大于 3.3W/M2.；墙体夏季传热系数不大于 0.5W/M；屋面夏季传热系数不大于 0.58W/M；2.2.2 合理的设置空调系统2.2.2.1 根据对本工程各空调
6、末端设备的特性及水系统特性分析，其系统非线性度在 0.30.35 左右，因此，水系统采用变频控制二次泵变水量系统。与一次泵系统相比，在同样控制合理时，全年可节约空调系统总能耗的 58%左右。2.2.2.2 根据办公室的使用特点，采用变风量空调系统，与定风量系统相比，可大量节约能源。2.2.2.3 合理的划分空调内、外区，并且内区和外区各自采用独立环路水系统，可防止冷、热的相互抵消，提高能源的有效利用率。2.2.2.4 合理的采用天然冷源（新风直接冷却），减少冷水机组的运行时间。2.2.2.5 设置合理而有效的空调自动控制系统，保证前述各种系统的节能运行，同时它也是保证空调通风舒适性的一个关键因
7、素。2.3 充分考虑空调通风系统运行管理的方便性和可维护性。2.4 安全保障设置合理的防火及防排烟系统，并考虑空调自动控制系统与消防报警系统之间的联系问题。除上述之外，尽量节省投资、方便施工等也是设计中具体涉及到的一毓主要问题。3、 空调自动控制系统本工程空调自动控制系统采用 DDC 系统。3.1 防火3.1.1 防火阀与通风机的联锁根据高规的规定，当防火阀熔断关闭时，其对应的通风空调系统应关闭，风机应停止运行。这一要求是比较简单的，本设计中由 DDC 控制系统来实现。由于同一风系统中可能带有多个防火阀，为了减少 DDC 系统的 DI 点及减少编程控制的复杂性，设计中把同一风系统中的多个防火阀
8、信号进行并联后送入DDC 系统之中，这样任何一个防火阀动作后都能使对应的风机迅速停止。3.1.2 与消防中心的联系由于消防控制系统与本楼的 DDC 系统相互独立，目前在北京还不允许这两个系统联网的情况下，DDC 系统的信号无法送入消防控制系统之中。因此，本设计要求 DDC 系统采用双微机方式，其中一台设于消防控制中心，以利火灾时消防中心能够及时切断有关的空调通风设备并采取其它相应措施，也能使空调通风系统的火灾信号能在消防中心及时报警。但消防中心的管理人员除可对正常运行的空调通风设备在火灾时进行强制切除并控制排风兼排烟风机外，不能进行其它与消防无关的空调通风设备的控制（如修改设定值或修改控制软件
9、等等）。3.2 水系统控制这里所提到的水系统特指空调冷源系统，所包括的设备有冷水机组、冷却泵、初级及次级泵、冷却塔等，由于热源为独立设置和管理，其控制不在本系统中。水系统控制如图 1 所示。3.2.1 水系统初起动3.2.1.1 当室外气温 TW 时，需要起动一台内区次级泵。起动方式为：控制系统根据所测定的室外温度而发出信号，远距离键盘起动或就地人工起动。3.2.1.2 内区次级泵起动后，延迟 510S，关闭内区热水回水阀 V1 及供水阀 V3（通过阀位信号确认），然后打开内区冷水回水阀 V2 及供水阀 V4，通过水流开关确认此次级泵的运行状态是否正常。3.2.1.3 根据内区分、集水缸的压差
10、 P1 控制内区次级泵的转速。3.2.1.4 根据内区供、回水 T1、T2 及流量 F1，计算内区空调系统的耗冷量，当耗冷量达到 75RT 时，发出起动一台冷水机组及相应系统的指令。3.2.1.5 外区由供热水转向供冷水的条件是：F2 测量值为零。或根据系统管理要求由人工进行转换。3.2.1.6 外区进行上述工况转换时，起动外区次级泵，之后延时 510S，关闭外区热水供水阀 V5 及热水回水阀 V7，打开外区冷水供水阀 V6 及旁通阀V9（这时冷水回水阀 V8 仍然关闭），通过水流开关确认外区次级泵的运行状态。3.2.1.7 监测外区回水 T4，当 T4=1618 时（此温度可由管理人员在实际
11、运行后再设定），打开外区冷水回水阀 V8，关闭旁通阀 V9。3.2.1.8 在关闭 V5 及 V7 的同时，外区 15 层的各采暖支路的电动水阀应随之关闭。3.2.2 联锁控制冷水机组应与对应的冷却水泵、初级冷冻水泵及冷却塔等进行电气联锁。在计算机系统发出机组起动指令后，应按下述顺序起动：（1） 起动冷却水泵及初级冷冻水泵，冷却塔风机控制供电；（2） 延时 5S 后，打开冷却塔进水管上的电动蝶阀，根据其反馈信号确认蝶阀是否正常开启；（3） 根据水流开关信号确认水泵的运行状态；（4） 根据冷却塔回水温度 T5 决定是否起动冷却塔风机及起动的风机数量，每台冷却塔的三台风机应逐台起动，每台风机带起停
12、反馈信号；（5） 当所有外部条件及参数（如水流量、冷却水温等）均达到冷水机组的要求后才能发出冷水机组的起动指令；（6） 冷水系统起动时，应优先起动运行小时数较少的设备和系统。冷水系统的停机过程与上述相反。3.2.3 次级泵控制3.2.3.1 根据内、外区各自的供、回水压差控制次级泵转速，当一台次级泵达到全转速时，如果压差继续增加，则起动第二台次级泵。3.2.3.2 内、外区控制压差均为 200KPA，次值可由管理人员进行再设定。3.2.4 冷水机组台数控制3.2.4.1 通过温感器及流量计分别计算内、外区耗冷量，并在计算机内进行求和而得系统耗冷量。3.2.4.2 在顺序起动过程中，总冷量达到
13、75RT 时，起动一台冷水机组；总冷量达到 750RT 时，起动第二台冷水机组；总冷量达到 1500RT 时，起动第三台冷水机组；总冷量达到 2250RT 时，起动第四台冷水机组。3.2.4.3 在顺序停车过程中，总冷量低于 2025RT 时，停止一台冷水机组；总冷量低于 1350RT 时，停止第二台冷水机组；总冷量达到 675RT 时，停止第三台冷水机组；总冷量低于 70RT 时，停止最后一台冷水机组。3.2.5 冷却塔风机的台数控制根据冷却回水温度控制冷却塔风机的运行台数。3.2.6 监测热水系统的供、加水温度和压差。3.2.7 监测膨胀水箱水位，在高、低水位限制时报警。同时，此高低水位信
14、号应送至热交换站用于控制热水补水泵的起停。3.2.8 设置手动/自动转换开关和冬/夏转换开关。3.2.9 监视旁通管 AB 内的水流方向，在冷水机组运行的状态，水流反向（从 B 点流向 A 点）时报警。3.3 空调机组控制本楼设有各种空调机组 100 多台，由于使用性质不同，其功能也不一致，因此在控制上也存在较大的差别。这里取四种主要的有代表性的机组来介绍。3.3.1 双速新风机组控制双速新风机组的使用要求是：在夏季与风机盘管同时运行，对房间进行供冷，风机低速运行保证最小新风量；在过度季，为充分利用室外空气，采用风机高速运行，减少中央系统冷量，同时，为防止房间正压过大而运行排风机；在冬季，则风
15、机生新转为低速，开始供热。3.3.1.1 室外温度 TW 18.5JF ，送风温度 T1 控制冷水电动阀，T1=18.5 ，风机低速运行。3.3.1.2 18.5 TW12 时，风机高速运行，典型房间温度 T2 控制热水电动阀，T2=25；3.3.1.3 TW12 时，转为冬季工况，送风温度 T1 控制冷水电动阀，T2=20，风机低速运行。3.3.1.4 典型房间相对湿度控制加湿器，冬季设定值 40%。3.3.1.5 送风机高速运行时，与对应的排风机联锁起停；送风机低速运行时，排风机停止运行。送风机起动后（不论高、低速），均应打开新风电动阀（双位控制）。3.3.1.6 冬季运行盘管防冻保护。3
16、.3.1.7 防火阀状态监视，动作报警。3.3.1.8 过滤器状态监视，高压差报警，设定压差 125PA。3.3.1.9 风机状态监视，故障报警。3.3.1.10 设置手动/自动转换及冬/夏转换开关。3.3.2 焓值控制空调机组（图 3）3.3.2.1 回风温度控制两通电动阀，冬、夏切换。TS=24，TD=22。3.3.2.2 冬季回风相对湿度控制加湿器， 。3.3.2.3 室外焓值 IW 大于室内焓值 IN（IW IN）时，新风阀 MD1 为最小开度，回风阀 MD2 全开，排风阀 MD3 全关，回风机停止运行。3.3.2.4 IW IN 且盘管供冷水（夏季工况）时，MD1 及 MD3 全开，MD2 全关，排风机开始运行，回风温度控制冷水阀。3.3.2.5 当冷水阀全关后，如果回风温度继续下降，则回风温度由控制冷水阀改为控制 MD1、MD2 和 MD3 的开度，调节新、回风混合比。3.3.2.6 当 MD1 为最小开度、MD2 全开及 MD3 全关时，若回风温度继续下降，则盘管改
