建筑设备节能监控体系各子系统

　　3.4 建筑设备节能监控体系各子系统

　　建筑物功能的体现是受到多方面因素制约的，比如不同的设备、不同的控制系统、不同的监测系统等方面。若想使建筑物内各种机电设备最优质、可靠地运行，就要遵循点对点控制，集中统筹管理的宗旨。本文对以下 6 种子系统进行了详细的分析。

　　3.4.1 给水排水节能监控系统。

　　（1）常见的给水、排水方式。

　　目前在建筑物中普遍采用的给水方式有 3 种，即水泵供水、水箱供水以及气压罐供水。

　　所谓的水泵供水是指，通过水泵的加压将自来水输送给不同的用户。

　　因为水泵所产生的压力受到多种因素的限制，所以使得城市供水系统存在诸多的问题，但是水泵供水是最常用的供水方式。为了避免水泵供水发生意外，在工程中都会设计缓冲池，为的就是避免由于水压不稳定，带来的不变。而且不同的用户对水的需求量不同，因此缓冲池大都是存在于水泵之前。其中在现实生活中采用最多的是变频水泵，它可以根据用户的需求来调节输水的速度。

　　高位水箱供水的优势在于不需要为水加压就能实现水的正常供给，这是由于建筑物室内用水完全来自于室外的供给，所以在建筑物的最高层建造贮水池，然后利用高压泵将地面的水抽送到高层的贮水池中，然后处于高位的贮水池将池中的水输入到建筑的管网内，进行供水。

　　当室外不能满足室内的需求水压时，又或由于室外向室内供水的给水管压力低，又不能设置高位水箱时，就必须使用气压罐供水，增加气压罐内的压力推动水的流动。为了避免气和水的混合，往往采用特殊的隔膜将气和水分开，这样就将罐体分成了相对独立的两部分，在增加气室的压强时，水室的水在压力的作用下便会流动，这样便实现了对建筑物内的供水。

　　而当罐内气压下降到一定的数值时，水泵再次启动，向罐内注水加压，保证了用户用水的连续性和稳定性，这个过程将循环进行。

　　重力流直接排放方式是实现在建筑物室内排水的主要方式。如果建筑物建有地下室或者泵房，这样建筑物的积水便会都集中在此，利用潜污泵便可以将所有的积水排出。

　　（2）给水、排水监控系统的控制方式及功能。

　　1.水泵直接给水监控系统。

　　在缓水池的不同位置放置三个传感器，这样当缓水池的水位发生变动时，这些传感器便能够感受的到，也可以将两组变频泵和一组工频泵设置在系统当中，并且设置一个检测到水压的压力传感器到管道最不利的地点。

　　采用给水监控系统能够实现这些功能：

　　1）恒压供水。

　　压力传感器的作用是用来测量水管的压力，其测量值和预设值的差距可以通过 DDC 计算出来，而对于供水压力的多少，是由水泵的转速来控制的。

　　2）工频泵启/停控制。

　　对变频泵的调节是为了保持输出的水压在正常的范围内，而当工频泵开始工作时，那就说明变频泵已经达不到输水的要求了。而我们必须要注意的是，减少变频泵的转动速率，同时停止部分工频泵，能够实现对较高压力值的良好控制。

　　3）检测及报警。

　　在缓冲水池中必须要设定三个水位，即溢水位、启泵水位和上限水位，在水位达到启泵水位时，泵会自动打开，而当控制系统报警时，则说明水位已经达到设定的最高水位或者最低水位了。如果泵发生了故障，就会发出警报的信号，这样系统就能监控泵的运行。

　　4）设备运行管理。

　　系统能够将泵的运行时间累积起来，当启动泵的时候，系统会优先选择运行累计小时数较少的泵，这样主要是为了能够延长泵的使用寿命。

　　2.高位水箱给水监控系统。

　　采用给水监控系统能够实现这些功能：

　　l）生活泵启/停控制。

　　水位箱能够决定水泵的启动和停止。在每个高水位箱中都包含有四条水位线，从上往下依次是溢流水位、水泵停止水位、水泵启动水位和警报水位。其中水泵的状态是由 DDC 来管理的，当 DDC 发出启动信号时，就说明水箱水位处于缺水状态，当 DDC 发出停止信号时，就说明水位箱的水已经达到饱和，需要关闭水泵；当备用泵运行时，则表明了工作泵已经发生故障，水泵的启动和停止都可以通过系统自动的显示出来。

　　2）检测及报警。

　　水池中的水位时刻被系统监测着，当水池的水在溢水位之上时，系统就会做出反应。而且，当水位在低于所设定的水位下限时，系统就会做出反应，而且在水泵工作不正常时，系统同样会做出反应。需要强调的是，最低水位并不是说水池干涸，在最低水位时，水箱中仍会保留少量的消防用水，以免有火灾发生。因此，在水池中留有少量的水是必须的，假如剩余的水不能达到消防用水的要求，那么系统就会有所反应。

　　3）设备运行时间、用电量累计。

　　系统会对设备的使用时间进行计算，同时会将计算的数据保存起来，以便确定设备的维修时间。系统会记录每台泵的运行时间，利用运行时间调整水泵电机的使用频率。这样一来就能够确保所有的设备都没有被过渡的使用，从而使得设备的使用效率大大的提高。

　　3.气压罐给水监控系统。

　　采用给水监控系统能够实现这些功能：

　　1）生活泵启/停控制。

　　系统会根据检测管网压力的大小来调节气压罐内水量的大小。当系统开始工作时，那么在气压罐中的水会慢慢的减少，随着蓄水量的减少，气室的空间在逐渐的扩大，相应的压力在减少，造成管网的压力减少。当管内的压力到达所设定的压力值时，系统便会做出反应，而且会将所搜集到数据传输给 DDC,然后 DDC 便会打开水泵，随着气压罐中水的增多，气室的压强会逐渐的增加，当压强达到设定的值后，系统便会做出反应，水泵便会停止工作。

　　2）检测及报警。

　　系统具有检测和报警的功能，系统能够自动实时检测蓄水池的水位以及生活泵的工作状态，当系统监测到水池的含水量不正常时，比如水面在最高水位之上或者低于警戒水位，那么系统便会做出反应，然后通过 DDC来调节水面的高度。

　　3）设备运行管理。

　　系统能够实现对设备的科学管理。不但要提高水泵的工作效率，还要使水泵能稳定的工作。在正式启动水泵之前，系统都会对水泵进行统计，使得每台水泵的工作时间持平，从而保证所有的设备都得到充分的使用。

　　3.排水监控系统。

　　采用给水监控系统能够实现这些功能：

　　1）潜污泵启/停控制。

　　同潜污泵的工作原理是相同的，也是通过水位达到控制潜污泵开停的目的。在集水坑中设定有 3 个水位，从上往下以此是最高水位、泵开水位和泵停水位。当集水坑中水位在泵停水位之下时，系统会做出提示，等待DDC 确认信息后，泵便会停止工作；如果坑中的水位在最高水位之上时，系统会做出提示，等待 DDC 确认信息后，泵便会开始工作。

　　（2）检测及报警。

　　当系统监测到集水坑的水面在溢流水位之上时，系统便会做出反应，同样的当潜污泵不能正常的工作时，系统也会做出反应。

　　不仅是以上的设备，当用电量累计和设备运行时间累计发生异常的时候，系统都会自动报警。

　　通过对以上内容的分析，我们可以发现，要想实现对排水系统的监控，我们工作的重点就是对排水泵、蓄水池、污水池、集水池等设备进行监控，就能够满足对排水系统监控的要求。

　　3.4.2 空调风系统节能监控系统。

　　现今，空调这一项目工程的管控方法主要包括：湿度调控、空气与新风量调控以及温度调控。为了发挥上述调控方式的效用，需要在整个系统加入温度，湿度，压力，二氧化碳传感器，变频器和电动调节阀和电气控制箱的开关触点，从而改善空气质量，改变人们的生活环境。有目前常用的几种控制方法：

　　（1）一般控制。

　　传统的控制技术是通过现场控制器，检测值之间的相对偏差与给定的PID 比例值，积分和微分运算来实现调整的实施效果，满足了基本的节能效果。在室内典型位置的安装温度，湿度传感器，从而求得空调区域的内部和外部的集成环境湿度温度，合理选择冷热水开关的 PID 算法来实现对空调空气设备的有效调节，在最短的时间内使房内湿度和温度达到最适合状态，进而房间内实际温度与预期差异不大，最终实现高效控制。

　　（2）焓值控制。

　　改变空气温度的过程本质上就是热调节。对于冷却能力，新鲜的空气调节房间的温度焓值控制，该焓（热湿联合可调）的方式比一个简单的温度控制，将最大限度地节约能源和更舒适的人性。焓值控制是通过比较空气焓值控制风量的回报，它通过传感器测量空气的温度和相对湿度判断出室内的回报和焓值比外面的空气，在装置内的焓值的操作，比较空气干球温度和干球温度的相对大小，控制空气阀，回阀和排风阀的开度调节空气，并返回与空气比例排在房间温度满足要求。

　　（3）变风量控制。

　　变风量（VAV）的控制是一个复杂的自动空调技术，全变风量空调系统应通过冷水机组的连锁控制，空气处理设备，高压气流系统，终端控制单元。

　　根据空调负荷变化和内部规范变化的变风量空调系统，可以利用空调气体的自我调节功能来达到房间内空气质量良好的效果，还减少了能源消耗，由于实际的风力能协调风机运作状态，此外还大大限制风力发电的产生，降低电力损耗[9].

　　3.4.3 空调水系统节能监控系统。

　　系统通过温度、压力等装置及时采集到状态信息，通过操作相应的循环泵或换热器等设备进行相应的温度、压力等的调节操作。对于冷、热源机组，为了达到智能化控制的目的，一般采用带有自控制功能的集成接口，用于通过其他通讯装置进行可编程化的智能控制。

　　在决定设备开启冷热源机数量时，需要根据设备中的集成水器或分水器所反应的状态信息，通过设备自动进行变频来控制设备供水功能正常运行。运行此功能时，要保证水压在额定范围内，如果未能符合此范围，就会导致设备运行将消耗大量能源，造成不必要的耗能。在设备运行时，需要最大化减少运行时间和运行台数，根据设备的负荷变化进行自动调节，根据设备运行所需时间和顺序在保证机组正常运行下，以达到最大节能。

　　为了使设备中的各项功能达到最佳性能和整体调控，如：机组以冷热源为基础的能发挥调节设施温度的作用；二次水循环泵有效为设备提供谁能，需要对其应用连锁控制。

　　为设定提供额定水压和运行最低水流量，通过总管的水压和对水阀开关的控制，保证每一台的设备正常运行，保证设备的冷冻水量趋于额定水量。

　　要综合测试设备内的全部系统，密切关注设备工作时出现的各种情况，并给予记录。从而达到对设备运行的全面掌握，以便对设备运行时及时达到可控制效果。

　　为了保证供水温度趋于稳定，便于设备正常供水，需要通过设备监测器对总水管进行参数分析，通过调控换热器开关使水温稳定。对设备运行的各项参数进行记录，对其运行报告制定可随时打印的报表。

　　3.4.4 供配电系统设备节能监控系统。

　　（1）监测仪表设备。

　　通常应用在建筑完成后对其进行管理监控，但是所监测仪器不能有效的对提供的电力进行有效的控制，所以在设计监控系统中需要在其设备中安装可自行监测的系统，可供完成最设备的监控。在进行监测时，如果设备运行时出现电路故障问题，就会对设备的发电机进行控制。

　　（2）监测方法。

　　在设备开关中的高压侧所反应的数据进行记录。如设备电路中出现的电流、功率进行详细测量，如果电路中出现问题就会自行警告，并对出现的问题进行反馈。

　　根据对高压侧的检测方式，低压侧也要对反应数据进行详细记录，记录内容与高压侧数据一致，并对电路中的重要回路实际运行状况进行检测，对出现的问题进行报警。

　　设备运行时，为了防止出现高温现象导致设备损坏，在出现高温状态时，超过额定温度时立即报警。

　　监测不仅需要对设备电路进行故障报警，也需要对控制设备的总机房中的电源进行监测和管理，出现故障及时报警。

　　3.4.5 变配电设备节能监控系统。

　　（1）常见的变配电方式。

　　因为在高层建筑中，对用电设备性能的要求很高，为了能够达到这种要求，对高层建筑采用的是双回路供电系统，这两条供电线路互为备用电源。而且这两路电源同时为建筑物提供电能，当某个电路发生故障不能正常工作时，那么该路电源便会自动切断，由正常的电源为建筑物提供电能，确保建筑物的用电需求。

　　（2）变配电系统的控制方式及要求。

　　采用该监控系统能够实现这些功能：

　　1、故障警报以及检测的功能。

　　在供电系统中，自身带有检测功能的设备会进行性能的检测，如：系统的温度、系统的电压、系统的电流等，然后将检测到所有数据都传给DDC.DDC 将以上的种种数据有系统的设定数据相比较后，发现故障并且及时报警，显示出电流数值、相应的电压和故障的位置[10].而且，这些数据还有其他方面的作用，比如能够反映出开关的状态、以及断路器的工作状态，能够对整个系统起到强大的保护作用。

　　2.电量计量。

　　系统所搜集的所有数据都会传送给 DDC,然后 DDC 会根据所传输的数据进行功率和用电量的计算。这些数据是绘制负荷曲线及电费计算的有力依据。

　　3.4.6 照明与电梯节能监控系统。

　　一、常见的照明与电梯系统。

　　1、智能楼宇照明系统。

　　建筑物外观造型、建筑物工作环境的照明质量，智能楼宇的照明系统，可直接影响生活和工作在建筑物里的人们的工作效率和视力保护也会因此受到照明系统的直接影响。对于智能化建筑来说，照明电量的需求和空调电量的需求水平是相当的。所以照明实施有效管控的核心就在于提升照明质量，以最少的资源消耗获取最大的效用。在智能化建筑内可将照明分成这 3 种类型：景观类照明、公共场所照明以及工作场所照明，智能化建筑照明体系是基于照明需求以及照明管控方法而构建的，场景存在差异其照明需求也会有所不同。

　　2、智能楼宇电梯系统。

　　电梯在所有的电气内也是一种常见设备，在此就以电梯作为实例论证。

　　在只能楼宇中，电梯成为人们不可或缺的行动工具，也是只能楼宇中重要的动力设备之一。电梯构造包括导轨、控制体系、轿厢、对重、曳引部位以及安全设备。电梯按其用途，分为：观光类电梯、自动扶梯、一般客梯和货梯等类型。

　　所以说因为电梯整个体系性能和人的安全有直接紧密的联系，所以对建立电梯控制体系的整个过程都有很高的要求。现今，基于电梯不同的类型其自有的计算机控制体系也是对应匹配的，而且都已相当健全完善。普遍看来，各个电梯配置的都有一个适合的监视端口，也就是通信协议或者触点。为了有效的进行集成和监控管理，这就需要控制系统的集成公司在电梯厂家给予的相关数据或是监视接口的基础上进而实现。

　　二、照明与电梯系统控制手段和需求。

　　1、照明监控系统。

　　这一控制体系体现的作用主要有以下几个方面：

　　一般的照明体系内，其中不包括楼梯、走廊以及值班等必要的照明需求，其余的工作场所照明设备要在一个工作日结束之后及时断开开关，进而减少能源损耗。然而，在工作期间，也有很多工作区域的照明未被合理利用。这就造成了能源的浪费。而这方面的不足就能够由照明监控体系来加以化解。在照明监控体系内要先把预期时间、光照强弱程度、职工人数等一些相关特征值编入系统程序中，进而来控制照明开关，还能实时掌握照明的不同状态，进而对不同场地照明需求进行最优配置。例如：安装照度传感器采集到外界光线变化的数据，传输到系统中，利用白天和傍晚，通过设定好的程序进行运算，再通过通信协议传给照明终端，对终端进行开、关的控制。

　　目前，城市的美观越来越受到人们的重视。而景观类照明就普遍存在于各不同类建筑物中，其对建筑物起着美化的效用。随着高层建筑物的高度不断增加，航管部门也会要求开发商设置航空障碍灯。这些灯具的增加，造成了能源的消耗。这是，照明节能系统就更加重要。可以在系统中根据预先设定的程序对这些灯具进行定时开、关控制。甚至可以进行闪烁，制造出华美的灯光效果。

　　综上述系统，照明的控制也可以通过 DDC 控制器来实现，不同区域、不同功能、不同需求来达到预期而又节能的效果。

　　2、电梯监控系统。

　　当电梯控制箱和 DDC 电控制箱两者的设备触点结合之后就完成了电梯监控这一程序。但对于电梯，我们只考虑监视功能。而系统可以实现监控不同类型的电梯，包括自动扶梯、一般客梯、观光类电梯、运货的货梯等，还对电梯运转情况、发生故障原因等都能实时掌握。

　　3.5 建筑设备节能监控体系可行性分析。

　　若想使建筑设备达到运行稳定又节能的效果，就要自动控制系统和网络集成系统相结合。以上内容分析了自动控制系统，下面，要结合节能监控网络的技术性能指标，对建筑设备节能监控提醒的可行性进行分析。

　　（1）网络模型与通信协议的标准化与适用性。

　　现今 BA 产品在通信协议及网络模型方面的发展趋向于分散化。网络结构从最初的集中式控制、集散式控制向着分布式控制网络系统方向发展。

　　同时也从单一的控制网络向控制网络与数据网络集成的方向发展。促使智能化建筑内信息在不同子系统间的融合。BA 系统的操作站与更高层的基于 Internet/Intranet 的集成服务器间采用 OPC 接口技术，利用 TCP/IP 网络协议来交换和传输数据指令，实现系统内部的信息交换[11].

　　（2）硬件设施与控制系统开放能力。

　　开放能力是指网络中存在的通信协议在相对较为开放的条件下，完成信息在智能设备内部的充分共享，设备内部可进行操控以及相互的协调处理。在 BA 网络系统的控制层，越来越多的基于开放性技术和协议（如LonWorks 技术、BACnet 协议）、符合相关国际/国家/行业协会标准（如LonMark 标准）的产品被开发和应用。厂家特性差异导致其适用的控制运用体系也会有所不同。但是，由于不同的用户会对控制设备和用户的管理模式之间存在差异，以及许多其他因素也会影响到系统的使用效率，必要在使用时进行的控制策略的调整，或者需要准备一些小应用软件接口改善系统的使用方法，这需要更多的控制和灵活性的控制中的应用。一些现在已经公布或部分公布了一些控制应用软件的代码，为用户提供编辑和更改控制程序使整个系统更加个性化。

　　（3）现场控制器（DDC）的 CPU 处理能力。

　　建筑节能设备监控系统与工业产品控制相比，其对精度的要求相对较低，CPU 处理能力还相对较低，早期的 8 位 CPU 为基础的 DDC 的产品工程设计仍然是广泛使用的。但随着 DDC 控制对象的不断变化，不同的精度和控制 DDC 不同 CPU 处理能力的设备/号码（位数）也不同。目前，DDC16 位 CPU 的使用十分普遍，DDC 的 32 位 CPU 的应用也广泛出现，对 DDC的处理能力也在不断提高，使得这类产品的升级也发生了巨大的变化。

　　（4）易于维护。

　　建筑节能控制系统是一个复杂的，当你修改一个监控参数的时候，往往需要在熟悉 DDC 控制器的很多参数功能的基础之上可以完成，因此，这给 DDC 控制器的维护带来了很大的挑战。早期技术受到的网络架构和DDC 控制器本身结构的限制，需要在现场进行语音通信手段与中央控制室操作相结合的方式进行维修，这对维修人员的个人素质有很高的要求。为了能更好的推广，许多产品制造商推出了用于维护 DDC 接口和连接的笔记本电脑，可以使用图形化的界面完成比较复杂的 DDC 控制器参数操作。

　　（5）现场控制器（DDC）的输入/输出节点的通用性。

　　在 DDC 控制器早期技术中，受到 I/O 点的类型的限制，不能获得更详细的 I/O 节点扩展接口，一旦设备发生变化，如果 DDC 控制器的 I/O 节点或类型与原始设计数量不匹配，即使你已经有相应的工具代码，也难以和DDC 控制器相结合。