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1、,楼宇智能化技术 第3版,许锦标,广东工业大学自动化学院 ,第6章 楼宇基本设备及其控制特性,本章导读,楼宇设备自动化是楼宇智能化的基础。智能化建筑中的机电设备和设施就是楼宇自动化系统的对象和环境，因此，我们有必要认识和掌握这些机电设备和设施的运行规律和控制特性。只有这样，才能设计出方案优秀的楼宇自动化系统，实现其全局的优化控制和管理。 本章重点对供配电系统、照明系统、空调及冷热源系统、给排水系统的设备运行规律和控制特性进行了阐述。,本章目录,第6章 楼宇基本设备及其控制特性 本章导读 6.1 供配电系统 6.1.1 典型供配电系统方案 6.1.2 应急电源系统 6.1.3 供配电设备监控 6
2、.2 照明系统 6.2.1 楼宇照明设计 6.2.2 建筑照明设备 6.2.3 照明控制 6.3 空调与冷热源系统 6.3.1 湿空气的物理性质 6.3.2 空气调节原理 6.3.3 空气处理的方法和设备 6.3.4 冷热源系统 6.3.5 空气调节系统 6.4 给排水系统 6.4.1供水系统 6.4.2 排水系统 复习题与思考题,6.1 供配电系统,(1)典型建筑供配电系统 (2)应急发电系统 (3)供配电设备监控,智能化的供配电系统功能,应用计算机网络测控技术,对所有变配电设备的运行状态和参数集中进行监控 达到对变配电系统的遥测、遥调、遥控和遥信，实现变配电所无人值守。 同时还具有故障的自
3、动应急处理能力,能更加可靠地保障供电。,7.1 供配电系统,典型供配电系统方案,采用两路lOkV独立电源,再加自备发电机供电，变压器低压侧采取单母线分段的方案,某医院外科综合楼供电系统方案,市电与发电机之间的切换设自动联锁控制，由自动转换开关ATS完成,低压配电方案,应急电源系统,自备发电机容量:第一类负荷必须考虑在内，第二类负荷应视城市电网情况及大楼的功能而定:第一类保安型负荷，即保证大楼人身安全及大楼内智能化设备安全，可靠运行的负荷，有消防水泵、消防电梯、防排烟设备、应急照明及大楼设备的管理计算机监控系统设备、通讯系统设备、从事业务用的计算机及相关设备等。 第二类保障型负荷，即保障大楼运行
4、的基本设备负荷，也是大楼运行的基本条件，主要有工作区域的照明、部分电梯、通道照明等。,为了确保智能化大楼供电的可靠、安全，设置自备发电机作为应急电源系统,供配电设备监控,1）供配电系统的中压开关与主要低压开关的状态监视及故障报警； 2）中压与低压主母排的电压监测； 3）电流及功率因数测量； 4）电能计量； 5）变压器温度监测及超温报警； 6）备用及应急电源的手动自动状态、电压、电流及频率监测； 7）主回路及重要回路的谐波监测与记录； 8）电力系统计算机辅助监控系统应留有通信接口。,供配电设备监控系统的构成,供配电设备监控系统一般采用集散系统结构，可分为三层：现场I/O、控制层和管理层。,现场I
5、/O,现场I/O可以是智能型断路器、远程数据采集模块、RTU和综合电力测控仪等。,小型供配电监控系统的结构,现场IO与控制层之间应用现场总线技术（常用的是MODBUS-RTU现场总线协议）构建通信网,某综合电力测控仪的测量参数表,基于现场总线的供配电监控系统,6.2 照明系统,(1)楼宇照明设计 (2)照明设备(电光源和灯具 ) (3)智能照明控制方式,智能化照明控制方向发展,照明的节能:目前我国照明用电量约占全社会总用电量的12%，照明的节能对实现我国节能减排的目标具有重要意义。 智能照明技术:除了大力推广使用新型节能光源及高性能照明灯具措施之外，应用信息化技术改造传统照明系统的粗放式能源使
6、用方式，精细利用能源，是另一照明的节能技术，即所谓的智能照明技术。,常用的光度量,(1) 光通量，光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并能使人眼产生光感的能量，称为光通量，用符号表示，单位为流明(lm)。 (2) 发光强度(光强)，光源在空间某一方向上单位立方体角内发射的光通量称为光源在这一方向上的发光强度，简称为光强，以符号I表示，单位为坎德拉,符号为cd。 (3) 照度，照度用来表示被照面上被光源照射的强弱程度，以被照面上单位面积所接受的光通量来表示。照度以E表示,单位是勒克斯,符号为Lx。 (4) 发光效率，发光效率是描述光源的质量和经济效益的光学量，它反映了光源在消耗单位能量的同时辐射
7、出光通量的多少，单位是流明每瓦(lm/W)。 (5) 光源色温，某一种光源的色度与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度。 (6) 光源的显色指数，将人工待测光源下的颜色同在日光下的颜色相比较,其显示同色能力的强弱定义为该人工光源的显色性。,天然光源和常见人工光源的色温,部分电光源的色温及显色指数,电光源分类,常用照明电光源的主要特性1,常用照明电光源的主要特性2,热辐射光源控制特性,气体放电发光光源控制特性,高频交流电子型镇流器,高频交流电子型镇流器实际上是一种交-交逆变电源，将荧光灯的交流工作电源从50Hz变换到2050KHz，频率提高后，电感元件容量大大减小（从H降低到mH的水平
8、），体积和重量都可以做得很小。,荧光灯的调光控制,荧光灯的模拟调光系统,1-10V接口的控制信号是直流模拟量，按线性规则调节荧光灯的亮度，按IEC929标准，每个镇流器控制信号接口的最大工作电流为1mA。,数字可寻址照明接口（DALI）,DALI（Digital Addressahle Lighting Interface）“数字可寻址照明接口”，是IEC颁布的技术标准（标准号IEC60929）,照明控制方式,(1)断路器控制方式 ； (2)定时控制方式 ； (3)光电感应开关控制 ； (4)智能控制方式,照明智能控制方式,智能控制方式是将计算机网络控制技术应用到照明工程的控制方式,能实现场景
9、预设、亮度调节，软启动软关断等复杂的照明控制功能。智能控制方式不仅能营造室内舒适的视觉环境，更能节约大量能源。,6.3 空调与冷热源系统,(1)湿空气热力学基础 (2)空气调节原理 (3)空气处理的方法和设备 (4)空气调节系统 (5)空调运行控制方式 (6)冷热源系统/节能技术,空调系统的功能和组成,空调系统就是完成对空气环境进行调节和控制，也就是对空气进行加热、冷却、加湿、减湿、过滤、输送等各种处理的设备装置。 空调系统的基本构成，由冷热源系统、空气处理系统、能量输送分配系统和自动控制系统等四个子系统组成。,湿空气热力学基础,湿空气的状态参数,湿空气可以看作干空气和水蒸气的混合物,湿空气的
10、状态参数:,湿空气的独立状态参数应该是三个,B:气压（一般讨论是在一个标准大气压下，101325Pa） t:干球温度（-45-99 ) :相对湿度（5%-100%） d:含湿量（kg/Kg） h:焓（J/Kg），h=1.01t+d(2500+1.84t) td:露点() tw:湿球温度(),湿空气的焓湿图（h-d）,湿空气热力学基础,空气的状态参数 t、Pc关系图,等Pc加热升温过程,空气调节的过程实际上是空气从一个状态变化到另一个状态的过程，当被调节的空气状态（温度、相对湿度）偏离了设定值时，就需要进行空气调节。,若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，
11、为等湿过程，过程线为垂直线。,等湿气温变化,湿空气热力学基础,表冷器冷却减湿,上述冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。,不同状态空气的混合,热湿比,实际湿空气的处理过程中，很少有含湿量不变的过程，往往在温度变化的同时伴随着含湿量的变化，因此有必要定义一个新的参数来帮助解决问题。即热湿比：,对于区 因此 对于区 因此 对于区 因此 对于区 因此,根据(t, ) 计算其它参数,a=17.27,b=237.7 B=101325,空气调节基础原理,典型空气状态变化过程,空气调节基础原理,流动空气状态过程h-d图的表
12、示,夏季空气处理过程h-d图的表示,冬季空气处理过程h-d图的表示,夏季、冬季室内参数不同的处理过程,空气状态调节过程,空气调节处理流程,冬季新空气加热加湿处理,夏季新空气减温去湿处理,空气加热/冷却方法,空调系统中所用的加热器一般是以热水或蒸汽为热媒的表面式空气加热器和电热丝发热加热器。,空气的降温可以通过表冷器来实现。以制冷剂为冷媒的表冷器称为直接蒸发式表冷器（又称蒸发器），多用于局部的分体空调中。以冷水作为冷媒的表冷器称为水冷表冷器，多用于集中式空调系统和半集中式空调系统的末端设备中。,中央空调系统,空气调节系统,集中空调系统,集中空调系统的所有空气处理设备（包括风机、冷却器、加热器、加
13、湿器、过滤器等）都设在一个集中的空调机房内,集中式空调 分类,集中空调系统分类,集中空调（全空气系统）,半集中空调（空气-水系统）,半集中空调（全水/制冷剂系统）,集中空调（全空气系统）分类,零新风，最节能,全新风，最健康,优化组合，最常用,户式中央空调,大楼中央空调,集中式空调的空气热湿处理系统,定风量控制原理,定风量控制原理框图,末端加热定风量控制系统,末端调节变风量系统,（TRAV，Terminal Regulation Air Volume），如图所示，根据末端风量的变化实时控制送风机，末端装置（VAV Box）随室内负荷的变化自动调节风量维持室温。,VAV自适应控制模型,图6-54
14、VAV自适应控制模型,VAV末端调加热节系统,半集中空调系统,半集中式空调运行控制,半集中式空调中的新风机组一般采用定风量控制方法，未端风机盘管可采用CAV、 VAV控制方法,系统运行控制方式如图所示。,集中供冷/热，分散控制式空调系统,空调原理,h-d图表示,湿空气热力学基础,冷热源系统,空气调节的过程是一个热湿交换过程，对空气升温或降温调节均离不开冷热源。 最常用的冷热源是冷冻水和热水。 空调系统冷热源的能耗是建筑能耗的大户,应用热泵技术制备智能化楼宇的冷冻水和热水是一项节能技术。有条件的地方可采用效率更高的地源热泵技术、水源热泵技术。,冷源热泵技术,所谓“热泵”是一种是通过消耗一定量的高品位能量（电能），能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，并提高其品位，提供可被人们所用的高品位热能的热力学装置。,冷源热泵技术,压缩式制冷方式是“热泵”的工作方式。通过流动媒介(以前一般为氟利昂，现用氟利昂替代物)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部件中的气相变化(沸腾和凝结)的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。,热量传递过程,压缩式制冷机根据压缩机的不同，分为离心式冷水机、螺杆式冷水机、活塞式冷水机，根据冷凝器的冷却介质不同，分为水冷式和风冷式两类。,中央空调热量传递过程,大气,冷却塔实际图,冷冻水泵机组实际图,地源热泵热
