楼宇自控系统(加拿大德尔塔)

第1章楼宇自控系统
1.1 系统概述
当前随着建筑物的规模增大和标准提高，建筑物内的机电设备数量也急剧增加,大量的机电设备运行是一栋现代建筑物耗能的主要原因，也是节能潜力最大的设备。

这些设备分散在建筑物的各个楼层和角落，若采用分散管理，就地监测和操作将占用大量人力资源，有时几乎难以实现。

如采用楼宇自控系统，利用现代的计算机技术和网络系统，实现对所有机电设备的集中管理和自动监测，就能确保建筑物内所有机电设备的安全运行，同时提高建筑物内人员的舒适感和工作效率。

从统计数据来看，中央空调系统占整个建筑物的耗能50%以上，而建筑物装有楼宇自控系统以后，可节省能耗25%，节省人力约60%。

出现故障，能够及时知道何时何地出现何种故障，使事故消除在萌芽状态。

高新信息技术和计算机网络技术的高速发展，对建筑物的结构、系统、服务及管理最优化组合的要求越来越高，要求建筑物提供一个合理、高效、节能和舒适的工作环境。

节能是一项基本国策，也是建筑电气设计全面技术经济分析的重要组成部分。

楼宇自控系统正是顺应了这一潮流，它的建立，对于建筑物机电设备的正常运行并达到最佳状态，以及建筑物的防火与保安都提供了有力的保证。

同时，依靠强大软件支持下的计算机进行信息处理、数据分析、逻辑判断和图形处理，对整个系统作出集中监测和控制；通过计算机系统及时启停各有关设备，避免设备不必要的运行，又可以节省系统运行能耗。

郑州客属文化中心作为现代化的智能建筑，需要采用一套先进的楼宇自控系统来提高建筑物内部机电设备的运行效率，降低建筑物能源的消耗，保证馆内办公、展览及会议环境的洁净度及温湿度，并通过机电设备的自动化管理，提高物业管理人员的工作效率，减轻物业管理人员的劳动强度。

1.2 用户需求分析
1.2.1 用户需求
为保证郑州客属文化中心的先进性、空气洁净度及温湿度舒适性，改善办公、珍藏及参展环境，减少日常物业管理的工作和费用，采用楼宇自控系统是唯一的选择。

由于空调、通风系统是建筑物内的用电大户，也是直接决定办公、珍藏及参展环境好坏的重要系统，并且该系统的日常保养和维护工作所需的人力和物力也很大。

因此，本方案主要针对空调、通风系统及大展厅照明实施有效的监控和管理。

从郑州客属文化中心办公、珍藏及参展人员的舒适性、各藏品区、文物店、展览区等重要场所的空气洁净度、目前全球倡导节能的大环境以及我公司多年楼宇智能化系统设计、施工经验来讲，我们认为郑州客属文化中心对楼宇自控系统有如下需求：
1.2.1.1 舒适—提供舒适空、气洁净度高的办公、珍藏及参展环境
楼宇自控系统根据季节、人员和空气流动情况的变化，将各区域的室内温度及空气质量控制在设计要求值上，同时参考国际上的通用标准（如：ASHRAE舒适标准、ISO7730的热舒适指标PMV、国标GB5701-85中的舒适温度指标等），使郑州客属文化中心内人员感觉最舒适，各藏品区、文物区及展览区空气洁净度达到预设值。

楼宇自控系统可以根据有关的环境参数随时自动地调节各种参数，使郑州客属文化中心环境始终处于最佳的条件下。

1.2.1.2 节能—降低能耗和管理成本，同时减少对环境的污染
在满足舒适性及空气洁净度的前提下，楼宇自控系统通过合理组织设备运行，使建筑物的运行费用为最低。

即以能耗值最低为控制目标，进行优化系统控制。

楼宇自控系统软件设有节能程序，可以控制设备得以合理运行。

楼宇自控系统通过电脑控制程序对全楼的设备进行监视和控制，统一调配所有设备用电量，可以实现用电负荷的最优控制，有效节省电能，减少浪费。

作为现代化智能建筑物来说，电能的消耗是非常惊人的。

建筑物内各种机电设备都是“耗电大户”。

以本工程的空调系统为例，大部分空调机组的功耗为11kW 左右，而冷/热水机组的功耗更是惊人，在建筑物配置楼宇自控系统之后，系统可根据设置在建筑物内各处的传感器所检测的数据，计算出大厦实际的冷负荷，与机组的制冷能力进行比较，如果能力富裕很多，说明设备组全部开动是没必要的，就按程序中事先指定的顺序关闭其中的一台；如果此时能力仍然富裕很多，就顺序关闭第二台。

反之，当冷负荷增加时就顺序开启设备。

通过调节设备开启，既保证正常需要，又降低能源消耗。

1.2.1.3 安全—提供突发故障的预防手段
如果郑州客属文化中心的机电设备突然发生故障而停机，将对郑州客属文化中心产生不良后果。

楼宇自控系统可以从以下几个方面预防这种局面的出现：随时检查设备的实际负载和额定负载，一旦发现设备过载，立即自动卸载同时向中央控制室发出报警信号，以防损坏贵重设备；
监视设备运行状况，一旦发现其中某台设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查，以防引起更大范围的设备故障；
自动记录设备的累计运行小时数，当累计值达到规定的维修时间时，自动报告中央控制室，及时提醒进行设备检修；
当一组设备中的某台设备出现故障不能继续运转时，自动切换到备用设备；同时，对于临时停电的情况，当恢复供电后，系统自动执行顺序启动程序，可保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。

通过这些检测、报警和处理方式，使建筑物对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保设备和财产安全。

在郑州客属文化中心内配置楼宇自控系统之后，设备的运行状态始终处于系统的监视之下，楼宇自控系统可提供设备运行的完整记录，同时可以定期打印出维护、保养的通知单，这样可以保证维护人员不超前、不误时地进行设备保养，因此可以使设备的运行寿命加长，也就是降低了建筑的运行费用。

1.2.1.4 高效—提高设备运行效率、减少管理人员数量
楼宇自控系统能够实现设备运行状况的监测、诊断和记录，早期发现和排除
故障，及时发出维护和保养的通知，保证设备始终处于良好的工作状态和建筑物的正常运营。

在没有楼宇自控系统的建筑物中，设备的开关、维护及保养都需要人去操作，而且一般建筑物内的机电设备都是比较分散的，对于人员管理很不方便，这样就不可避免地要求建筑配置庞大的人员队伍。

而采用了楼宇自控系统之后，上述工作均由楼宇自控系统根据预先设计好的程序自动完成，大批的人力将被减少下来，首先节约了管理上的开支，同时也减少了由于管理众多人员所引起的一系列问题。

根据我们的经验，在建筑内配置楼宇自控系统之后，在今后可以减少三分之二的设备运行、维护人员。

对人的管理工作是比较困难的，但有了楼宇自控系统，对工作人员的监督就变得准确、及时了。

比如：通过检测空调机组的过滤器状态就可以有效的及时地清理过滤网，并能对工作人员起到有效的监督作用。

1.2.1.5 减少初期投资，一次性设计、预留到位
郑州客属文化中心所需要的楼宇自控系统扩展性能强，实现起来极其灵活。

扩展时只需将新的控制器连接到网络通讯线上即可。

比如，工程的机房部分在本次方案中暂不作设备配置，但如果考虑未来发展的需要，就要为将来把机房的设备纳入楼宇自控系统做出准备。

这就要求业主要为将来系统的扩展提供预留、预埋管线。

由于预埋管线的费用非常的低，因此绝大多数的业主非常的愿意完成这部分工作。

这样既减少了工程的初期的投资，满足了使用上的基本要求，又为将来系统的完善做出了充分的准备。

1.2.2 可行性分析
1.2.2.1 经济可行性
对于用户来说，最关心的问题是做一个楼宇自控系统要花多少钱？这笔钱应该花在什么地方？这笔投资的益处在哪里？
1．楼宇自控系统的投资在建筑物总投资中所占的比例
楼宇自控系统投资的多少与所控制的对象、所控制的深度等要求有关,在后
面的设备清单中，为本项目投资的初步情况，这项投资在建筑物基建总投资中所占的比例是很小的。

2．投资回收期
安装了楼宇自控系统后可以节能、节省人力并延长设备的使用寿命。

将未安装楼宇自控系统的建筑物与安装了楼宇自控系统的建筑物作一比较，未安装楼宇自控系统的建筑物由于省掉了楼宇自控系统这部分的投资所以首期投资较少，安装了楼宇自控系统的建筑物的首期投资会高一些，但由于楼宇自控系统具有节省人力、节约能源及延长设备的使用寿命的特点，所以从长远的角度来看，安装了楼宇自控系统的建筑物的经济性更好。

比较如下：
由于楼宇自控系统中采用了优化控制和能量管理程序，所以安装了楼宇自控系统后可使建筑物的机电设备达到明显的节能。

按以前经验，安装了楼宇自控系统后可实现节能15-30%，设某建筑物，变压器输出合计为3850KVA，建筑物内设备按每天工作10小时，每年工作100天，节能按20%，每度电按0.5元计，则每年节省的电费为3850×10×200×0.2×0.5=770000元人民币。

由于楼宇自控系统采用了集散式的控制方式，透过中央控制室的监视器屏幕可观察到分布在建筑物内各个角落的设备的状态，设备维护人员不再需要频繁地巡视分布中的各个设备，维修检查的工作量下降，不再需要大量的设备维护人员。

据北京某建筑物提供的资料，在未定楼宇自控系统时，设备维护、物业管理及保安等共需78人，安装了楼宇自控系统后经定编所需设备维护、物业管理及保安人员只需21人。

楼宇自控系统通过对楼内机电设备状态的监测，使设备始终处于最佳的运行状态，保证了设备良好的工作，从而延长了设备的使用寿命。

设备使用寿命的延长等于节省投资（节省了维护费用）。

按以往的经验，安装了楼宇自控系统的建筑物能减少能耗、节省人力，节省的这些费用在1—2年内的累计值即相当于楼宇自控系统的初期投资。

1.2.2.2 技术可行性
楼宇自控系统在技术上十分成熟，这一点从国外、国内已经安装大量的楼宇自控系统并良好地运行可以说明。

楼宇自控系统的主要设备是：中央控制软件、现场控制器及设备。

技术上的
主要问题是中央控制软件运行可靠性、现场控制器的控制精度及各种特殊规格的传感及执行器的供货。

中央控制软件的可靠性主要取决于支撑软件的操作系统，现在的控制软件不仅有基于WINDOWS2000、WINDOWSXP，也有基于WINDOWS NT及UNIX，能保证系统运行的可靠性。

楼宇自控系统的生产厂家的产品现已十分齐全，包括各种特殊规格的传感器和执行元件，这些产品的供货在目前将不成为问题。

另外，楼宇自控系统所采用的集散式控制方式也保证了系统安全可靠地运行。

1.2.2.3 管理体制上的可行性
管理体制上的可行性主要指是否有行业限制，比如入网问题。

目前这些问题在楼宇自控行业暂时还无具体要求。

1.3 系统设计
1.3.1 设计目标
1．为业主创造一个安全、方便、舒适、高洁净度、高品质的办公、珍藏及参展环境，保证郑州客属文化中心室内的洁净度和温湿度适宜。

2．为建筑物的运营尽量降低能耗、要把耗能大户暖通空调、冷热源装置、照明等机电设备严格进行监控、以降低运营成本。

3．要确保各类机电设备的安全可靠地运行、及时维护、延长其使用寿命、把楼内的机电设备纳入楼宇机电设备自动管理系统，以实现对每一台设备的在线实时监控、进行科学的管理。

4．实现物业管理现代化、BAS的主要任务之一是对建筑设备实现优化管理、包括管理功能、显示功能、报警功能、设备操作功能、实时控制功能、统计分析功能及故障诊断功能，并使这些功能自动化、智能化，从而实现优化物业管理、节约能源、降低人工成本，为物业管理提供方便并节省人力物力。

5．采用国际标准、开放型BACnet、TCP/IP协议的BA产品为楼内其它弱电系统的集成提供软件、硬件平台。

6．楼宇自控系统的设计与产品的选型应符合国家及行业的相关规范，满足甲方的需求。

7．在合理的投资下要尽量提高建筑物的智能化与现代化的形象。

1.3.2 系统组成及结构
楼宇自控系统是由操作站、网络控制器、各种直接数字控制器及现场传感器、执行器所构成的一种智能化控制网络。

本系统的设计遵循分散控制、集中管理、信息资源共享的基本思想。

采用分布式计算机监控技术，计算机网络通信技术完成。

本系统结构分为管理层和现场总线层两级网络。

监控管理和跨系统联动功能集中于管理层网络，实时性强的控制和调节功能由现场控制器完成。

中控中心的任何一台或者全部BAS工作站/服务器停止工作不会影响现场控制器的功能和设备运行，也不会中断其所在地局域网络通信控制和其他工作站。

现场总线上的任意一台控制器的故障或者中止运行，都不会影响其他控制器、其他受本BA系统控制的机电设备的正常运行，也不会影响全部或者局部的网络通讯功能。

现场控制层采用总线形的网络拓扑结构。

1.3.3 系统工作原理
通过各类传感器采集现场温度、湿度、压力等信号，然后将采集到的信号传输到现场DDC控制器，DDC控制器根据我们事先编制好的程序计算输出来控制现场设备的启停以及阀门执行器的输出。

现场的各类数据、开关信号均通过楼宇网络传输到中控室数据库进行记录和显示，所有的信号都可以通过中控平台进行监测和控制。

1.3.4 系统特点
1．本工程总IP/OP容量为1000余点、根据相关标准应按中小型规模的BA 系统定位为宜；
2．本工程对电量参数监控点数相对较多、为提高系统的可靠性而且降低安
装等成本、选用传感器、变送器、通讯为一体的多功能变送器产品，直接接入通讯总线。

3．对送排风系统采用标准监控方案、对排风兼排烟系统设备提出火警时的要求。

我们对所有纳入BA系统的送排风机都同时纳入消防的监控之下为宜，而且消防的级别高于楼控。

消防与楼控以及与电气专业的界面，届时通过对电控箱线路的联合设计来实现。

4．BA系统中央监控管理中心对相关的设备实行信息共享的综合管理。

中控中心对中心建筑内各机电设备的运行、安全、能源使用状况及节能等实现综合监测和管理。

建筑设备自动监控系统管理员在中控中心屏幕上可直接看到所有关设备的网络结构和物理布局，能保证操作权限管理和监测内容的直观性。

5．本系统自身的通讯标准选用当今世界最流行的BACNET开放协议，以实现与安防、消防等专项系统间的通信联网，联动控制和实现信息资源共享的要求。

6．本系统软件采用动态中文图形界面，软件平台运行稳定可靠。

能快速进行信息检索，并对监控点参数进行查询、修改、控制等。

7．本系统能及时反映故障的部位，记录和打印发生事件的时间、地点和故障现象，故障报警自动恢复，且能提供故障排除的方法和措施。

与其他系统配合，根据故障级别，能够自动完成向不同级别管理人员发送故障报警信息，并根据管理要求将维修内容发送给相关人员。

系统能够进行设备故障的智能预测，制定维护计划。

8．本系统可对所有设备工作状态、运行参数、运行记录、报警记录等作模拟趋势实时显示、打印报表、存档，并定期打印各种汇总报告。

1.3.5 系统点位图
1.3.6 系统监控范围
本方案根据有关规范，结合本项目特点，并考虑成本，对本建筑内的以下设施进行监控：
1．冷、热源系统；
冷热源系统是建筑物内的耗能大户，各种设备繁多，包括冷/热水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备。

自动控制主要目的是协调设备之间的连锁控制关系进行自动启停，同时根据供回温度、流量、压力等参数计算系统冷量，控制机组运行以达到节能目的。

热源包括锅炉、换热器、热水循环泵等设备，主要依据送回水温度控制换热器两侧阀门和热水循环泵的运行以达到节约热能的目的。

系统同时监测各机电设备状态以便及时检修。

2．空调、新风系统；
空调、新风机组系统控制特定区域提供经过处理的空气，达到特定区域的环境保持舒适性条件的目的，通过监测温度参数，根据设定值，经DDC计算以控制水阀开度、设备启停达到保持舒适性环境和节能目的，同时监测各设备状态报警及时对设备进行检修维护。

3．送排风系统；
对送排风机进行控制，保持建筑物内空气的流动，排掉污浊空气，使空气新鲜。

尤其是地下、卫生间、楼梯间等区域。

同时监测设备运行状态、报警状态，及时对设备进行检修。

4．给排水系统；
给水系统通过市政管道压力供水；排水系统必须通畅，系统主要对污水井的液位进行监视报警，避免污水溢出，同时监视污水泵的工作状态、报警状态。

有问题及时发现并进行处理。

5．变配电系统；
监视变配电系统的主要参数，如主开关工作状态，报警状态；各种电力参数，如电压、电流、功率因数等，祥见点表。

使物业人员远程掌握建筑物的供配电状态，对配电系统可有效管理，并及时发现问题，及时处理。

对重要参数可记录下来。

6．照明系统；
对展厅、电梯厅、过道等公共区域部分照明进行监控。

1.3.7 系统供电及防雷接地
系统主机房位于地下一层冷冻机房值班室，系统中控供电采用220VAC交流电，此外需加500VA不间断电源UPS，网络控制器需接一根地线到控制箱，然后引到现场控制铁柜；现场DDC由200VAC变为24VAC，DDC盘箱地线需接到现场桥架或其它金属物。

1.4 设备选型及主要产品介绍
1.4.1 产品选型及原因
楼宇自控系统设备的选择必须要满足标书及业主的要求，同时要符合“智能建筑设计标准”（GB/T50314-2000），要充分考虑其技术的先进性，系统的可靠性及可扩展性。

根据本工程楼宇自控系统设计的总体要求，其功能需要达到国际先进、国内一流的水平，而楼宇控制系统是实现大楼弱电系统集成的关键。

在本工程中我们选择了加拿大DELTA控制公司的ORCA（OPEN REALTIME CONTROL ARCHITECTURE开放实时控制结构）系统，我们采用该产品基于以下原因：更专业：加拿大DELTA控制公司是一家专业的楼控产品生产商，具有二十多年的楼控经验，该公司的产品涵盖了楼控的所有需求，值得一提的是该公司除了楼控产品没有其他产业。

注重技术：DELTA控制公司是技术型企业，在该公司的发展历程中，没有并购、重组等商业运作，一直是技术发展走在市场宣传之前。

例如在进入中国市场之前，已经在研发层次对产品进行了调整，增加了一种DDC和一种扩展模块，针对中国用户习惯修改了软件界面等，以确保满足中国用户的需求。

可靠的产品：ORCA系统是非常健壮的，任何一个控制器故障都不会使系统瘫痪，甚至在网络接线出现故障时，每个控制器都可以单独运行。

网络通讯是完全对等的点对点无主从方式，系统运行不依赖任何一个硬件设备。

该公司及所有产品已经通过以下认证：ISO9001、FCC、UL916、CE，完全能够满足业主的技术要求。

全面的开放：ORCA系统的基础是公开的BACNET网络协议，任何生产商都可以获得该协议，这从根本上确保了设备集成的可行性，保护了最终用户的投资，因为所有的符合该协议的设备都可以无缝的接入ORCA系统，地位和DELTA公司的DDC一样。

DELTA公司是BACNET协会（非赢利的民间组织，推进楼控系统的开放）的创始会员，正是由于DELTA公司开放的态度，才迫使一些保守的楼控产品生产商部分地‘支持’BACNET协议。

面向系统集成：ORCA系统基于WINDOWS NT/98/95/2000平台的系统软件包，可直接进入大厦的计算机网络集成系统，并且公开DDE协议，与其他进入集成系
统的各子系统进行信息交换，这是系统集成中重要的环节，这也是该系统开放性的充分表现。

以人为本：ORCA系统处处体现了对人的关怀，从系统的研发直到售后服务，先进的技术无处不在，但决非仅仅为了‘先进’，而是带来实际的方便。

例如：远程I/O模块降低了布线的工作量、服务接口避免维修工程师在各楼层跑来跑去、多媒体的采用使报警不再是‘嘟嘟嘟’，而是‘请注意，一号通风机不转了’等等。

优秀的业绩：DELTA产品的业绩遍布世界各地，在加拿大占有50%以上的市场份额，在美国有20%以上的市场份额。

具有代表性的工程有：加拿大温哥华机场、加拿大国家档案馆、美国比列弗商务中心、泰国皇后会议中心等，该公司产品进入中国市场较晚，在北京的业绩（保利剧场、科技会堂和新侨饭店）主要是由香港的工程公司设计调试的。

1.4.2 主要产品介绍
1.4.
2.1 ORCA系统结构
第三方接口
暖通空调给排水系统照明系统
ORCA系统采用了多层网络结构的先进技术，使得ORCA集散系统无论在可靠
性和技术上都是世界领先的水平。

管理网（可选）：通过国际互连网建立虚拟数据通道，这样可以在世界各地
查询、操作多个楼控系统。

只需要普通的网页浏览器软件即可。

一级网：采用以太网进行数据交换，实现区域性高速数据联网。

二级网：通过Peer To Peer Network（同层总线共享无主从方式），可以连
接多台控制器（如DAC、BACstats等），组成一个区域性应用系统。

远程I/O扩展网：每台DSC或DAC的LINKnet网可连接多台独立式单元控制
器或扩展模块。

为系统扩展及连接分散的I/O提供了方便，同时减少了布线材料
和工作量，提高了可靠性。

1.4.
2.2 ORCA网络结构
ORCA系统共有4种级网络组成：区域级、系统级、子网级和LINKnet级。

区。