- 相關(guān)推薦
樓宇自控系統在現代有機建筑中的運用論文
0前言
所謂的有機建筑是指適應環(huán)境的自然建筑，是其基地環(huán)境的產(chǎn)物，建筑的形成、構成及其與之有關(guān)的任何問(wèn)題的解決，都根據其內在因素來(lái)思考，力求與環(huán)境融為一體，甚至成為環(huán)境的一部分。它屬于現代建筑運動(dòng)中的一個(gè)派別，其代表人物是美國的著(zhù)名建筑師F.L.萊特。
目前，隨著(zhù)現代化建筑技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)等的迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域，即智能建筑技術(shù)。當前，對這項技術(shù)的研究越來(lái)越廣泛和深入，其應用也越來(lái)越廣。其中樓宇自控系統是建筑智能化系統的關(guān)鍵部分，本文將結合已有研究對現代有機建筑中的樓宇自控應用進(jìn)行分析。
1有關(guān)樓宇自控系統的概述
所謂的樓宇自控系統也稱(chēng)為樓宇自動(dòng)化系統（BAS），是通過(guò)中央的計算機系統網(wǎng)絡(luò )對樓宇內的變配電、換熱站、中央冷凍站、空調機組、電梯、照明、變排風(fēng)機組、安防系統等機電設備和區域進(jìn)行分散控制和集中檢測、管理的綜合性監控系統[1].能夠對樓宇內的設備進(jìn)行自動(dòng)監視、自動(dòng)操作及自動(dòng)調節，以適應樓宇內部環(huán)境的不斷變化，當這些設備出現問(wèn)題時(shí)能自動(dòng)報警，并且能記錄設備變化的趨勢，對設備的操作和維修提供極大的便利，從而能提高管理水平，極大地節約了能源和人工成本�？偟脕�(lái)說(shuō)，樓宇自控系統的優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)。
1.1節約水、電能耗
樓宇自控系統利用計算機系統對樓宇內的給排水系統等設備進(jìn)行集中監測和控制，對樓內的用水進(jìn)行統一管理和調配，合理地提高水資源的利用率及循環(huán)使用率，減少市政的供水量以及污水排放量，從而有效地達到節約水資源消耗的目的。
同樣地，樓宇自控系統對樓宇內的機電設備也是通過(guò)計算機系統進(jìn)行監視和管理，對大樓內的設備用電情況進(jìn)行統一調配，從而盡量實(shí)現建筑用電負荷的最小化，最大限度地減少電能消耗，以避免不必要的電能浪費。通常情況下，建筑采用樓宇自控系統可以減少15%~20%的電能消耗。
1.2節省人工成本
因為樓宇自控系統對樓宇內的設備采用計算機系統進(jìn)行集中控制，因此，使用時(shí)可以減少大量的設備操作人員和維護人員，并因為自控系統能對設備變化趨勢進(jìn)行記錄，出現問(wèn)題時(shí)自動(dòng)報警，從而能夠及時(shí)發(fā)現并處理設備出現的問(wèn)題。如果建筑物沒(méi)有采用樓宇自控系統，則設備的運行、維護以及保養都需要通過(guò)人工操作來(lái)完成，這就要求配備大量的人員。因此，建筑物采用樓宇自控系統，上述工作均可由預先設計的程序來(lái)自動(dòng)完成，可以減少大約65%的設備操作和維護人員，大量地減少了人員配備，不僅減少了人工成本，還可以避免由于人員眾多而引起的一系列管理問(wèn)題[2].
1.3延長(cháng)設備的使用年限
建筑物采用樓宇自控系統后，各項設備的運行情況都處在計算機系統的完全監控之下，樓宇自控系統不但能提供設備運行趨勢的完整變化記錄，還能定期打印設備的保養、維護等的通知單，提醒維護人員對設備進(jìn)行及時(shí)保養，從而可以有效延長(cháng)各項設備的使用壽命，降低運行費用。
1.4有效保證建筑及人員安全
建筑物采用樓宇自控系統除了上面的優(yōu)點(diǎn)之外，還因其將建筑物內的安防系統和停車(chē)管理系統等進(jìn)行統一管理，并同消防報警系統進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，不但有效提高了建筑物的管理水平及管理效率，減少了各個(gè)環(huán)節、部門(mén)之間的協(xié)調，還有效保證了建筑及建筑物內人員的安全。
2現代有機建筑中樓宇自控系統的系統架構
現代有機建筑中的樓宇自控系統的結構形式主要分為集散式和現場(chǎng)總線(xiàn)式這兩種。所謂的集散式即DCS（Distrib-uted Control System），它是通過(guò)兩層網(wǎng)絡(luò )對三個(gè)層級的設備進(jìn)行控制的一種結構形式，具有集中管理、分散控制的特征，這種結構形式應用較為普及。系統中央管理工作站是集散式控制結構的核心，它主要包括中央管理工作站、網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)、現場(chǎng)控制器（包括人機交互平臺和控制處理中心）、傳感器、變送器以及電動(dòng)執行機構等多個(gè)部分[3].
而現場(chǎng)總線(xiàn)式即FCS（Fidlebus Control System），是指將有機建筑中的現場(chǎng)受控設備的儀器、儀表、現場(chǎng)總線(xiàn)及控制計算機這三部分組成的一種現場(chǎng)總線(xiàn)控制的結構形式，現場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)是它的核心，其特點(diǎn)為實(shí)時(shí)、便捷、穩定、價(jià)格低廉等等，能彌補集散式的不足。當前主流的樓宇自控系統大部分采用這種結構形式[4].
3現代有機建筑中的設備監控
根據現代有機建筑的特點(diǎn)，與傳統的監控范圍相結合，現代有機建筑中樓宇自控系統的監控內容應包括電氣系統、空調與通風(fēng)系統、給排水系統等的監控，具體情況有以下幾點(diǎn)[5].
3.1電氣系統監控
3.1.1變配電系統的監控
樓宇自控系統中對變配電系統的監控內容主要有：
1）對變配電系統運行時(shí)的參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測；
2）對變配電系統的相關(guān)設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，若發(fā)現異常自動(dòng)發(fā)出警報，并顯示發(fā)生異常的位置及參數；
3）對樓內的所有用電設備的用電量進(jìn)行統計，進(jìn)行電費的計算和管理，并通過(guò)對用電量的時(shí)間與區域分布進(jìn)行分析繪制樓內的用電負荷曲線(xiàn)圖；
4）建立管理電氣設備檢修與保養記錄的設備檔案。根據變配電系統的監控內容可以得知其應監測的參數如下：
進(jìn)線(xiàn)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電壓、電流、功率因素、跳閘報警；主要出現的電流、電量、電壓、功率因素；母聯(lián)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)及故障信號；柴油發(fā)電機的電流、電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、運行狀態(tài)、故障報警等等。
3.1.2照明系統的監控
照明監控系統監控的主要內容有公共區域的照明、室外的泛光照明，監控各個(gè)照明回路的運行狀態(tài)等等，系統每天按照預先的時(shí)間程序進(jìn)行照明系統的開(kāi)關(guān)控制，但對建筑內部的房間以及辦公室等的照明不作監控。
3.1.3電梯系統的監控
由于電梯系統大多是由電梯廠(chǎng)家設計的獨立的控制系統，因此樓宇自控系統對于電梯系統只進(jìn)行監視不作任何控制，電梯系統須通過(guò)標準接口和網(wǎng)關(guān)將有關(guān)電梯的運行狀態(tài)、故障警報、開(kāi)列歷史記錄以及維護和保養清單等內容傳至樓宇自控系統。
3.2空調與通風(fēng)系統的監控
3.2.1空調冷熱源系統的監控
對空調系統的監控包括空調冷源系統監控和空調熱源系統監控�？照{冷源系統監控應根據其所監測到的參數計算整棟建筑物的空調負荷，以此對空調冷凍機組進(jìn)行群控，其監控的主要內容有：對冷水機組的進(jìn)水口和出水口的冷凍水溫度進(jìn)行檢測；對集水器和分水器的供水溫度進(jìn)行測量；對冷凍水的供回水流量和溫度進(jìn)行檢測；對分水器和集水器的壓力壓差進(jìn)行測量等。
空調熱源系統監控的主要內容有：監控板式換熱器及水泵狀態(tài)的運行狀態(tài)和故障報警；對集水器進(jìn)出口的熱水溫度進(jìn)行測量；控制熱水循環(huán)泵的交替運行；對水流開(kāi)關(guān)狀態(tài)的監控；對測量參數的實(shí)時(shí)顯示并轉換成動(dòng)態(tài)圖像等。
3.2.2空調新風(fēng)系統監控
樓宇自控系統對本系統的監控內容有：對空調新風(fēng)和傳感器各項參數的監控；對過(guò)濾網(wǎng)兩側壓差的監測、對送風(fēng)機的運行狀態(tài)及故障進(jìn)行監測；對送風(fēng)機啟停開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制；對新風(fēng)門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行控制；對循環(huán)水管道冷/熱水閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調節；對送風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行檢測等等。
3.3送排風(fēng)系統監控本系統監控內容主要有：對送排風(fēng)系統的手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)、運行狀態(tài)以及故障報警等的監測；對送排風(fēng)機的開(kāi)關(guān)控制；對送排風(fēng)機的風(fēng)速的監測；對測量參數進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示并轉化為動(dòng)態(tài)圖像。
3.4給排水系統監控
本系統監控內容主要有：監測系統水流狀態(tài)；監測潛污泵、中水泵、生活水泵等的運行狀態(tài)、故障報警及手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)，并控制其啟停；對集水坑的高、低和報警液位進(jìn)行監測；監測水泵的運行時(shí)間；監測屋頂水箱、生活水池和水箱、中水水箱以及消防水池的高、中、低水位；泵故障時(shí)自動(dòng)投切備用泵等等。
3.5監測建筑表面的溫度
其監控的內容主要是保溫墻體的內表面和外表面的溫度、種植屋面的內表面和外表面的溫度、非種植屋面的內表面和外表面的溫度、節能窗玻璃的內表面和外表面的溫度、節能窗窗框的內表面和外表面的溫度等等。
4現代有機建筑的樓宇自控系統的節能控制方案
因為不同建筑物的室內外環(huán)境及設備的使用情況有所不同，所以樓宇自控系統的控制策略應從節能以及舒適的角度出發(fā)，根據樓宇內機電設備之間存在的內在聯(lián)系，實(shí)現對整個(gè)樓宇系統的連鎖控制。并應根據從各個(gè)計量系統取得的能耗數據進(jìn)行分析和處理，以此來(lái)制定設備維護計劃，優(yōu)化系統控制的參數，從而實(shí)現在機電設備正常及穩定運行的前提下，實(shí)現最大可能地節省能源，從而降低其運行及維護的成本。
4.1提高建筑物室內溫度和濕度控制的精度
沒(méi)有采用樓宇自控系統的建筑，往往會(huì )出現夏季建筑物室內溫度過(guò)低，冬季室內溫度過(guò)高的現象，這不僅造成對能源的浪費，對于人體的健康也是非常不利的。而采用樓宇自控系統的建筑可以按照預先的設定對室內的溫度和濕度進(jìn)行自動(dòng)調節，還能根據室外溫度及濕度的實(shí)時(shí)變化和四季變幻等來(lái)改變其室內的溫度及濕度的設定。進(jìn)而滿(mǎn)足人們對室內溫度及濕度的需求，更充分地發(fā)揮空調應有的功能�？照{系統溫度和濕度控制的精度越高，人體的舒適性就越好，更重要的是還能節省能源消耗，一舉多得。
4.2新風(fēng)量控制
我國地處北半球的中緯度地區，大部分地區夏季高溫多雨，冬季寒冷而干燥，春季和秋季短促，因此，應在適當條件下大量使用新風(fēng)，以實(shí)現既不犧牲舒適性還能節省能源消耗的目的。
建筑物內每人都應有一定的新風(fēng)量才能滿(mǎn)足衛生要求，然而，新風(fēng)量獲取過(guò)多會(huì )增加能源消耗。因此應在滿(mǎn)足室內衛生要求的基礎上控制新風(fēng)量，其節能效果很是顯著(zhù)，具體措施有以下幾種：
1）根據室內允許的二氧化碳的濃度來(lái)確定新風(fēng)量。就是根據室內或者回風(fēng)中二氧化碳的濃度，對新風(fēng)量進(jìn)行自動(dòng)調節，從而確保室內空氣的新鮮度；
2）通過(guò)在房間安裝壓力傳感器，據此來(lái)控制房間的正壓（一般為50~100kPa），防止外界環(huán)境中的空氣進(jìn)入室內，保持房間的潔凈度，保持系統運行的經(jīng)濟性。
4.3春季和秋季過(guò)渡控制模式
這種模式以室外的日平均氣溫或氣候狀況作為判斷依據來(lái)進(jìn)行人工切換。這個(gè)時(shí)候，冷凍站和換熱站的運行已經(jīng)停止，是通過(guò)將外部空氣和室內空氣進(jìn)行混合來(lái)對室內的溫度進(jìn)行調節，以此來(lái)達到節約能源消耗的目的。比如，秋季過(guò)渡控制模式就是采用夜間吹掃的方式，將室外的涼爽空氣帶入房間以?xún)艋覂瓤諝�，并且散發(fā)房間余熱[6].
5結束語(yǔ)
樓宇自控系統是現代有機建筑的重要組成部分，它的設計涉及建筑設計、工程技術(shù)、計算機技術(shù)、管理等多個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識，且各個(gè)方面都是獨立的知識結構體系。樓宇自控系統在現代有機建筑的應用，不僅能對建筑物中的各種機電設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，提高控制的精度，還能降低人工成本和能源消耗，確保建筑物的安全運轉，為人們營(yíng)造一個(gè)安全、舒適、高效及節能的環(huán)境。
目前，國內有關(guān)現代有機建筑的研究較少，通過(guò)有機建筑標識認證的項目寥寥無(wú)幾，其市場(chǎng)發(fā)展的潛力大。在當前社會(huì )大力提倡低碳環(huán)保和節能減排的大背景下，樓宇自控系統在現代有機建筑中的應用將越大越廣，其發(fā)展前景不容小覷。
參考文獻：
[1]周兵，張穎。綠色建筑中的樓宇自控應用分析[J].智能建筑與城市信息，2014,21（8）：63-65.
[2]付長(cháng)青，付曉蘭。綠色建筑智能化與數字技術(shù)[A].第八屆國際綠色建筑與建筑節能大會(huì )論文集[C].北京：城市發(fā)展研究，2012:1-7.
[3]吳恒之。智能大廈中樓宇自控系統的設計與實(shí)現[D].長(cháng)沙：湖南大學(xué)，2013:1-68.
[4]王璐。北京主語(yǔ)城辦公樓樓宇自控系統工程設計與實(shí)現[D].天津：天津大學(xué)，2010:1-76.
[5]周兵，張穎。綠色建筑中的樓宇自控應用分析[J].智能建筑與城市信息，2014,21（8）：63-65.
【樓宇自控系統在現代有機建筑中的運用論文】相關(guān)文章：
樓宇智能化在現代建筑的發(fā)展的論文06-29
傳統建筑材料在現代建筑的運用論文09-12
玻璃在現代環(huán)境藝術(shù)中的運用論文05-16
建筑設計中BIM技術(shù)的運用論文05-09
建筑節能中相變材料的運用論文09-06
建筑設計中建筑節能運用思考論文10-07