自控系统1 智能化大楼的有关概念
“智能化大楼”的提出,首次出现于美国联合科技集团UTBS公司于1984年1月在康乃狄格州所建设完成的CITY PLACE大楼的宣传词中。由于计算机技术和通信技术的发展,使得CITY PLACE大楼可以用当时最先进的计算机技术来控制空调设备、照明设备、防火防盗系统与电梯等大楼的机电设施,提供了舒适安全的办公环境,并具有高度的效率性与经济性。在通讯和办公自动化方面,UTBS设置了当时最先进的数字式用户交换机(PBX)等设备构成大楼的数据及计算机通讯、语音通信的控制中心系统向社会展示了一种崭新的大楼形态。所谓智能化大楼是由楼宇自动化(BA)、通信自动化(CA)、办公自动化(OA)等三个系统组成,并将此三个系统予以结合,由中央监控系统的计算机进行最佳决策,使大楼的各项设施的运转机制达到最有效、最合理的程度,具备高效率的结构、系统、服务及管理。提供一个投资合理、高效、舒适、安全、便利的环境,使人们在大楼内的工作最方便、最舒适。
1.1 CA与OA系统的概念
众所周知现代社会已经进入信息化社会。以微电子、光电子、计算机、通信和信息服务业构成了信息社会的基础。随着通信与计算机密切配合,使通信技术真正实现了日新月异。作为现代信息社会基础的通信系统正向数字化、智能化、综合化、宽带化和个人化等方面发展。在智能化大楼的设计和建设中,必须充分考虑各种通信新业务。在智能大楼配置中,数字程控交换机系统是必不可少的。交换机是话音、非话音、信息交换的核心部分。由于ISDN综合业务数字网和“光纤到大楼”正逐步在我国大城市建成,选择具有ISDN功能又是光纤连接的数字程控交换机,是从长远考虑的。在语音信息服务方面。语音信箱是大楼用户所必需的,语音信箱:
(1)具有电话自动应答功能,它可以在被叫电话忙或被叫不在场时,帮助客户自动进入信箱,接受客户信息,可自动应答大量客户来话。
(2)具有语音邮件功能,即大楼用户可在任何时候,任何地点打开自己的信箱,进行语音邮件的接收、发送、存储、转发、可实现电子秘书功能、简化文件、报表、提高效率。
(3)具有强化信息处理能力。根据需要大楼的用户可以用加密或不加密来处理信息,可录制语音表格、商品广告、进行交互式信息服务等等。现代社会人们对信息的需要已逐步从听觉信息(语音)向视觉信息(文字、图形、活动图象)和计算机信息转移,即出现了许多非语音新业务。例如数据传输、数据库检索、可视图文、高速数据、电子信箱(E-mail)、电子数据交换(EDI)、传真存储转发、电子查号(DS)、可视电话、电视会议、有线电视等等。这些设备,在智能大楼中也应根据业主和用户不同的要求,予以统筹规划、增设。电子信箱(E-mail)在政府、金融、商业、集团、公用事业等部门的智能大楼是不可少的。它是办公自动化标志之一。智能大楼的用户可不受时间、空间的限制,通过计算机与分组网技术结合,利用存储转发方式向不同的对象提供信息,用户在微机终端上使用自己的密码打开自己的信箱,进入写信、发信、读信、转发、存档等操作。电子数据交换(EDI)在商业、行政事业的智能大楼中是传递商业(如订单、发票等)或行政事物文件(如商品检验单、报关单等)的一种电子话手段,它可方便智能大楼的住户,实现“无纸张贸易”的现代化办公方式。可视图文系统,是一种公用的开放式的视讯服务系统。它对智能大楼的办公室或家庭用户,以对话式(交互型)向数据库检索信息。智能大楼的业主或用户采用的终端可以是专用的,或PC机加调制解调器,电视机加调制解调器等,很方便实现电子订票、查询、银行电子转帐等业务。电视会议、可视电话在企业集团、金融、商业、政府等部门的智能大楼的设计中,往往也是需要的。它可节约大量出差费用,提高办事效率;有助于政府和专业部门(如电力、海关、石油、机要、交通、水利等等),现场指挥、调度和管理还可以用电视会议来代替商业会谈,这在国外的企业集团、商务中心等已广泛应用,相信在我国的智能大楼的建设中,也将受到青睐。有的智能大楼业主要求,在智能大楼建立专用的无线寻呼系统,特别是宾馆或企业集团。它可提高智能大楼物业管理的效率和水平,随时随地发布和接收命令和报告,在智能化的宾馆中,还可租给客户,无须让客户老在房间等待,又可提高餐厅、商务中心、健身场所的业务。卫星通信、广播系统、有线电视在智能大楼已经是司空见惯的设备,这里就不再赘述了。综合布线系统是实现智能化大楼通信自动化、办公自动化信号传输的桥梁。它必须保证上述语音、数据、图象的信号不失真的畅通无阻。在考虑综合布线设计时,不仅要考虑现在,也要着眼于未来。IBDN布线系统就是这样的布线系统。它是一种用高性能非屏蔽双绞线(UTP)或屏蔽双绞线(STP)、单模或多模光纤及有关线路转接设备等组成的线路系统。它由七个子系统连成,即工作区子系统、水平子系统、干线子系统、设备间子系统、管理子系统、建筑群子系统。各个子系统独立互补,具有开放性、灵活性、可扩性、符合国际标准,品质优良并提供十五年的保证。
1.2 BA系统的概念
楼宇管理自动化往往是业主对智能化大楼最开始、最主要的要求。这是因为,许多建筑的特点是高度高、层次多、设备多(品种、数量),这就必然要求提高设备的利用率,节约能源,加强对各种设备运行状态的监控,而BA的目的就是将各种设备的监视、测量、控制融为一体,使大楼内设备的运行状态、事故状态、能源消耗、负荷变化等等都能适时反馈,并使其处于最佳控制状态。目前国际上主要的BA系统均采用集散系统,由中央操作站、通讯网络、直接数字控制器及现场传感器、电动或气动执行器等组成,(如: JOHNSON、HONYWELL、ANDOVE等。)均是将大楼各子系统进行集中管理和最佳控制,最大限度提高楼宇管理水平,完善各子系统功能,降低维护费用,延长设备寿命,大大减少能耗。例如加拿大温哥华酒店采用BA系统后,其投入BA系统资金为57万美元,BA系统运行后,每年仅能源费用就节省17万美元。仅这一项就给业主带来了可观的效益。这就是BA系统为什么在国内外得到广泛应用和迅速发展的原因之一。有关资料和专家认为,到本世纪末,美国将建成数万座智能化大楼,日本将有65%的建筑实现智能化,上海也约有25%~30%大楼智能化。BA系统包括两个子系统:设备运行与控制系统和防火、保安系统。每个子系统又包括若干个受监控的对象系统。也有人将火灾报警控制系统(FA)、保安系统(SA)从BA中分离出来,称为5A(CA、OA、BA、FA、SA)智能化大楼。
2 楼宇自控系统的设计体会
2•1 为何要实施BA系统
由于现代化的高层建筑内部均配套一系列先进的系统:空调、通风系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、防火、公共安全系统等等。这些设备多而散。多:即数量多,需要控制、监视、,测量的对象多。散:即这些设备分散在各个层次和角落,若采用人工方式控制,则主观因素多,无法完成有效的连锁控制,也不能对某一变量进行准确连续调节。在需要时,各系统设备之间难以做到联动配合。各种信息极为庞杂、繁琐,人工汇总很难全面地反映整个建筑的运转情况,非常不利于长期运营、管理。同时,现代化的大楼电能消耗非常巨大,在能源缺乏和环境问题令人困扰的今天,上述系统的设备若没有有效的手段协调、管理,不仅难以物尽其用,还会造成巨大的能源浪费。为了合理利用设备、节约能源、确保设备的安全运行,实施BA也就成了业主的首选系统。在《民用建筑电气设计规范》第26章中,强调了新技术运用的同时,对BA系统进行设计时提出了六个“宜采用”的综合依据。之所以称为“综合依据”是因为这六条既不需要全部满足方可采用,也不是只要其中的一条满足即可采用。我认为BA系统是一个多学科的交叉领域,以建筑电气的自控设计为主,涉及空调、暖通、给排水、动力与照明、变配电等几乎所有建筑设计各类设备专业,以后增加比较困难。因此,在建造时,尽量一次性实施BA系统。
2•2 如何实施BA系统
BA系统在实施时的监控范围和参数内容,根据建筑投资者的资金,建筑物所要达到的标准等具体情况,可以采取以下三种方案:
(1)在建造大楼时一次性实施BA的线路、设备软件。这种方案的特点是一次到位,缺点是投资大。
(2)在建造大楼时一次性实施BA的现场设备、线路,有条件时再上中央操作站和通讯网络。这种方案的特点是投资略省,日后稍经改造即可升级。
(3)建造大楼时,在投资能力可支持的限度之内,选定一部分对象系统纳入BA系统之中。例如:如果是金融建筑内则应首先考虑把安全子系统纳入;如果是全空调的宾馆,则应首先把采暖、通风与空气调节系统纳入;如果是多家租赁的多功能建筑,则应首先把能源供应管理、能源自动计费等系统纳入。这种方案的特点是投资省,日后增加子系统困难。
2•3 BA系统的设计要素
设备运行与控制系统的三大设计要素是自动控制、监视、测量。
(1)自动控制大楼的建筑设备自动控制以空调系统的控制为中心,还包括给排水系统、热力系统的控制。①空调系统的控制主要包括冷热源机组的运行控制、空调设备的工况优化控制、空调房间的有关参数的控制、温湿度分区控制及新风系统的控制。②给排水系统的监控主要是对有关水位、水泵的控制、调节。③热力系统的控制主要是对锅炉、热水交换器等的温度、流量、压力水位的控制。
(2)监视建筑设备中受监视的设备有:配电设备、空调、给排水的动力设备、照明设备
