建筑楼宇智能化教案(完整版)

教案
课程：楼宇智能化技术课时：64
教师：
课程学习任务：
主要学习任务是掌握智能建筑设备自动化控制系统的组成和工作原理、安全防范系统与消防监控联网系统的组成和工作原理、通信自动化系统的组成部分和工作原理、智能建筑办公自动化系统的组成部分和工作原理、住宅小区智能化系统的组成部分和工作原理。

能够进行智能建筑系统设计、施工和组织验收。

课程目标：
1.能够对智能化工程图有初步的认识。

2.能够贯彻楼宇智能化的相关标准
3.能识读智能建筑设备自动化系统的施工图
4.能按智能化标准指导安防系统的施工
5.能够学会现场总线技术及多媒体技术的应用
6.能够具有使用办公自动化系统解决智能化工程的能力
7.具有认真细致的工作作风、较好的团队协作精神和诚实、守信的优秀品质
知识目标：
1.能够正确陈述智能建筑的发展背景及现状
2.能够真正明白智能建筑的基本概念、功能、特点及涉及的核心技术
3.能够贯彻实施智能化的相关标准
4.能够掌握智能化工程的业务范围
5.能对智能化工程图有初步的认识
6.能够了解智能建筑设备自动化系统的组成
7.能够掌握智能建筑设备自动化系统的监控功能
8.能够了解卫星与有线电视网络系统的组成、传输方式及应用
9.能够了解计算机网络中的宽、窄带接入，ADSL 技术，双向HFC 网络的电缆调制解调器接入，无线宽带网接入（LMDS），三网融合的宽带接入技术
10.能够了解办公自动化系统的基本功能
11.能够了解智能小区安全防范系统的设计相关规范和技术要求
12.能够了解智能化工程设计、施工内容
技能目标：
1.能够掌握智能建筑设备自动化系统各子系统的监控原理及功能
2.能够掌握智能建筑设备自动化系统的设备选型
3.能够识读智能建筑设备自动化系统的施工图
4.能够具有初步安全防范系统工程识图能力
5.能够按照智能化标准指导安防系统施工
6.能具有正确选用安防系统设备的能力
7.能够具有消防系统监控与联网的能力
8.能够学会现场总线技术及多媒体技术的应用
9.能够学会各类办公自动化系统的应用
10.能够具有对楼宇中智能设备的维护、管理及排除故障能力
素质目标：
培养良好的自律观念，培养认真、细心、耐心，严谨的工作态度，培养团队协作精神，培养交流、沟通的能力
教学方法：
直观教学法、讨论交流法、“教”、“学”、“做”三位一体教学法、案例法、“项目驱动”教学法。

教学资源准备：
《楼宇智能化技术》教材、电子课件、相关网站、设计标准、规范，产品资料、图纸等
智能建筑的基本涵义（20分钟）
教学过程：
一、概述
最早的智能建筑●1984年，康涅狄格州，哈特福德
●联合技术建筑系统公司
United Technology Building System Corp
●都市大厦（City Place）
●实现办公自动化、设备自动控制和通信自动化
●智能建筑
IB Intelligent Building
最早的智能建筑●1985年8月，东京青山大楼
●建筑的综合服务功能，采用了门禁管理系统、电子邮件等办公自动化系统、安全防火、防灾系统、节能系统等，建筑少有柱子和隔墙，以便于满足各种商业用途，用户可以自由分隔。

●美国和日本最早的智能楼宇为日后兴起的智能建筑勾划了其基本特征，计算机技术、控制技术、通信技术在建筑物中的应用，造就了新一代的建筑——“智能建筑”。

智能建筑的功能特征（30分钟）
九十年代，中国开始了智能建筑热：“即将到来的２１世纪，建筑界所能提供的大厦将不再是冰冷无知的混凝土建筑物了，代之而起的是温暖人性化的智慧型建筑，随着信息技术的发展，现代化的建筑已被赋予思想能力。

”智能建筑发展社会背景
●在信息技术智能化、信息网络全球化和国民经济信息化的信息革命浪潮冲击下，中国社会在向信息化前进。

●金字工程与全国各地信息化/信息港工程的正式启动，为智能建筑的发展提供了优越的外部环境。

●智能建筑作为信息高速公路的节点和信息港的码头，已充分表现了它在经济、文化、科技领域中的重要作用。

美国智能大厦协会（AIBI）：智能建筑通过对建筑物的四个基本要素，即结构、系统、服务、管理以及它们之间内在关联的最优化，来提供一个投资合理且高效率的舒适、温馨、便利的环境，并帮助大楼的业主，物业管理人、租用人等注重
节省费用、便利以及安全等方面的目标，以系统灵活性来适应市场。

楼宇智能化目标
●提供安全、舒适、快捷的服务
安全：防盗、防灾
舒适：环境、空调、电视、音乐
快捷：通信、物业管理
●建立先进科学的综合管理机制
●节省能耗和降低人工成本
智能建筑有哪些新功能（30分钟）
智能化楼宇主要特征建筑智能化系统的核心3A+SCS+BMS● BA 大楼自动化系统
Building Automation System
● OA 办公自动化系统
Office Automation System
● CA 通信自动化系统
Communication Automation System
● SCS 综合布线系统
Structure Cabling System
●BMS 建筑物管理系统
Building Management System
楼宇自动化系统BAS BAS通常包括设备控制与管理自动化（BA）、安全自动化（SA）、消防自动化（FA）。

但也有时把安全自动化（SA）和消防自动化（FA）和设备控制与管理自动化（BA）并列，形成所谓的“5A”系统。

●SCS可以以各种速率，9600b/s到1000Mb/s，传送话音、图像、•数据信息。

●OA、CA、BA及SA的信号从理论上都可由SCS沟通。

●智能建筑的神经系统。

智能建筑的定义（20分钟）
美国“智能建筑学会”（AIBI）认为：
“智能建筑是将建筑、设备、服务和经营四要素各自优化、互相联系、全面综合并达到最佳组合，以获得高效率、高功能、高舒适与高安全的建筑物。

”
➢我国对智能建筑所下的定义：“以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。

” GB/T50314-2006
➢如果要我们对什么是智能建筑，什么不是智能建筑下一个准确的定义是困难的，而且也没有科学意义。

智能楼宇是一个发展中的概念（20分钟）
➢智能楼宇是一个发展中的概念，智能楼宇的内涵是其功能，内涵会随着时代的发展、实现技术的进步，而不断丰富和发展。

楼宇智能化不会是一个终极状态，而是一个不断完善的过程。

➢不同地区/使用特性/文化信仰的建筑，其功能类别有很大不同，这些个性化的功能特征很难描述得周全，而且也没有太多普遍的指导作用。

智能楼宇发展趋势
从特殊建筑标志演变为现代化楼宇的基本配置
集成化、综合化、智能化、人性化
形成一个新的学科群、产业群、人才群
概念向外延伸，形成智能城市、智能国家概念
认识智能家居（20分钟）
认识家居智能系统的组成与特征，家居智能系统基本设备，家居智能系统功能，家居智能系统都以案例的形式进行教学。

建筑智能化的实现技术（20分钟）
➢ 1.建筑信息传输网络技术
➢ 2.建筑设备自动化技术
➢ 3.建筑智能化综合应用技术
➢ 4.建筑智能化系统集成技术
楼宇智能化4大技术 1.建筑信息传输网络技术➢电话通信网(PABX,VOIP)
➢计算机局域网(万兆以太网)
➢接入网技术(FTTB,xDSL)
➢综合布线系统 (六类,光纤)
➢网络管理、安全维护
楼宇智能化4大技术 2.建筑设备自动化技术
➢分系统自动化,综合自动化,能源管理自动化
➢集散式结构 (DCS,FCS现场总线控制系统 )
➢控制系统集成 (BACnet,OPC)
➢变配电、照明、暖通空调、给排水、电梯控制等楼宇智能化4大技术 3.建筑智能化综合应用技术➢智能安防系统 ,智能消防系统
➢智能会议系统 ,公共广播系统
➢三表自动抄表系统 , VOD系统
➢一卡通系统 ,智能停车场管理系统…
楼宇智能化4大技术 4.建筑智能化系统集成技术➢解决互连性和互操作性,是关键技术。

➢能实现许多联动功能。

➢能实现许多的测控管一体化的功能
➢能实现集中管理的功能，提高了效率
➢能够在软件层面上进行功能开发
智能建筑设计标准、规范应用规定（40分钟）
楼宇智能化相关的标准规范
.综合安防系统设计标准
《视频安防监控系统工程设计规范》(GB50395-2007)
《入侵报警系统工程设计规范》(GB50394-2007)
《安全防范工程技术规范》(GB50348-2004)
《出入口控制系统工程设计规范》(GB50396-2007)
《安全防范系统验收规则》(GA 308-2001)
《广播电影电视系统重点单位重要部位风险等级和安全防护级别》(GA586-2005) 《安全防范报警系统设备安全要求和试验方法》(GB 16796-1997)
《防盗报警控制器通用技术条件》(GB 12663-2001)
《银行营业场所安全防范工程设计规范》(GB/T16676-1996)
《文物系统博物馆安全防范工程设计规范》(GA166-1997)
.防雷与接地系统设计标准
《建筑物防雷设计规范》(GB50057-1994)
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)
《建筑物的雷电防护》(IEC 61024: 1990-1998)
.工程及设备质量验收规范
《建筑电气工程施工质量验收规范》(GB50303-2002)
《智能建筑工程质量验收规范》(GB50339-2003)
“楼宇智能化”技术发展展望（40分钟）
1.楼宇智能化技术的发展目标是开创新一代的生活方式
➢新一代的生活方式是和知识经济、信息时代相适应的
➢知识经济时代最先进的技术是对知识和信息进行生产制造、加工处理、存贮传输、最终消费的技术
➢是一种和工业时代大物流、大人员流动、高耗能生活方式截然不同的生活方式
➢以信息流动来最大限度减少无谓的人、车辆与物资的流动。

循环利用可再生资源。

（低碳经济）
➢新一代的生活方式以“消费信息”为特征，是一种低耗能、绿色生态、可持续、更高文明的生活方式。

2.绿色城市是绿色智能建筑发展的必然趋势
➢绿色城市的以新一代的生活方式为重要标志的。

一个地区发展的先进与弱后的差别就在于此。

➢对单个智能建筑而言，许多可再生能源的应用技术，如太阳能发电、、风力发电、水源/地源热泵、雨污水综合利用、生物质发电、垃圾无害化处
理与能量回收等技术，由于不能达到“专业化、集约化与规模化”的条件，最终因不能获得经济可行性而放弃使用。

➢可再生能源的集约化利用、废弃物质的综合利用、道路交通的规划管理、能源综合监测管理、综合通信与监控等，都是节能、环保与减排的重要组成部分，这些设施应该是城市的基础设施，要为城市的每一幢建筑物服务。

楼宇供配电系统（30分钟）
教学过程：
一、典型楼宇供配电系统 ⒈负荷分布及变压器的配置
变电所应尽量设在负荷中心，以便于配电，节省导线，也有利于施工。

负荷中心实际上是一种最佳配电点，它需要按所要达到的优化目标及不同的计算条件而列出的目标函数来确定。

就负荷的竖向分布来说，负荷大部分集中在下部，因此将变压器设置在建筑物的底部是有利的
40层以上的高层建筑中，电梯设备较多，宜将变压器按上、下层配置或者按上、中、下层分别配置
⒉供电系统的主结线
电力的输送与分配，必须由母线、开关、配电线路、变压器等组成一定的供电电路，这个电路就是供电系统的一次结线，即主结线。

智能化建筑由于功能上的需要，一般都采用双电源进线，即要求有两个独立电源，常用的供电方案如图
⒊低压配电方式
低压配电方式是指低压干线的配线方式, 低压配电的结线方式可分为放射式和树干式两大类,混合式即放射一树干的组合方式
供配电系统监测（20分钟）
供配电系统监测有如下内容：
a)
b)
c)
①各自动开关、断路器状态监测; ②三相电压、电流检测;
③有功、无功功率及功率因数检测; ④电网频率、谐波检测;
⑤变压器温度检测及故障状态报警; ⑥用电量（kwh ）检测。

供电品质监测及改善（20分钟）
供电品质的指标通常是电压、频率和波形，其中尤以电压和频率最为重要。

电压质量包括电压的偏移、电压的波动和电压的三相不平衡度等. ⒈频率 ⒉电压偏移 ⒊电压波动及谐波 ⒋电压的不平衡度
应急电源系统（10分钟）
⑴自备发电机组容量的选择
初步设计时自备发电机容量可以取变压器总装机容量的1O%～20%左右。

⑵自备发电机组的机组选择 1)启动装置; 2)外形尺寸 3)自启动方式 4)冷却方式
5)发电机宜选用无刷型自动励磁的方式
⑶供电系统设计
1)一路市电后备与一路自备电源
电梯
消防
事故照明
自备发电机
市电主供
市电备用
应急母线
2)两路市电与自备电源
消防电梯消防设备
事故照明大厅照明自备发电机
市电I
市电II
应急母线
UPS 计算机
保障负荷
失压
失压联锁
G
楼宇照明设计（约30分钟）
照明设计的一般步骤：
1)确定照明方式、照明种类、照度设计标准；
2)确定光源及灯具类型，并进行布置；
3)进行照度计算，并确定光源的安装功率；
4)确定照明的配电系统；
5)线路计算（包括负荷、电压损失计算，机械强度校验，功率因数补偿计算等）;
6)确定导线型号、规格及敷设方式，并选择配电控制设备及其安装位置等；
7)绘制照明平面布置图，同时汇总安装容量，列出主要设备及材料清单等
⒈照度
⒉照明方式和种类
⒊照明配电线路线路一般采用放射式
分配电盘
常用照明光源（约20分钟）
⑴白炽灯
⑵卤钨灯
⑶荧光灯（俗称日光灯）
⑷荧光高压汞灯（高压水银荧光灯）
⑸高压钠灯
⑹金属卤化物灯（金属卤素灯）
⑺管形氙灯（又称长弧氙灯）
照明光源的光电参数特性（约30分钟）
作照明用的光源，其主要性能指标是：光效、寿命、色温、显色指数、启动、再启动等。

这些性能指标之间，有时是互相矛盾的。

在实际选用时，一般应先考虑光效高、寿命长；其次才考虑显色指数、启动性能等。

教学过程：
高层建筑给排水系统的特点（约10分钟）
（1）高层建筑内人数众多，对生活卫生及保安防火设施要求较为严格，因此必须装设具有标准较高的给排水系统，以保证供水排水的安全可靠性。

（2）高层建筑的高度大，造成给水管道内的静压力较大。

（3）高层建筑发生火灾的因素很多。

（4）高层建筑内设备复杂，各种管道交错，必须搞好综合布置。

恒压供水系统（约20分钟）
1．重力给水系统
这种系统的特点是以水泵将水提升到高处水箱中，以重力向给水管网配水。

2．压力给水系统（1）并联气压给水系统（2）水泵直接给水系统
智能楼宇
a.采用水泵电机可调速的联轴器电动机的转速不可调，在用水变化时，
通过调速的水泵电动机的联轴器，以此改变水泵的转速以达到调节水
量的目的。

b.采用调速电动机由用水量的变化而控制电动机的转速，从而使水泵的
水量得到调节。

排水系统（约30分钟）
排水监控系统通常由水位开关，直接数字控制器组成排水监控系统的监控功能：（1）污水集水井会和废水集水井的水位及超限报警。

（2）根据污水集水井与废水集水井的水位，控制排水泵的起/停。

（3）排水泵运行状态的检测以及发生故障时报警。

水泵的节能运行改变工况点的办法（约20分钟）
1)泵的性能曲线不变
2)管路特性曲线不变
3)泵的性能曲线与管 路特性曲线同时改变
n1n2
n3n4n5n6H
Q
H-Q曲线
η=80%
η=75%
η=70%
η=65%效率曲线扬程
流量
-水泵转速
A
B
C D E 管路特性Hg
Hc
Hd
Qc Qd
空调与冷热源系统（约30分钟）
教学过程：
中央空调在智能化建筑中，一般采用集中式空调系统，通常称之为中央空调系统。

中央空调的空气热湿处理系统如图所示,系统主要由风门驱动器、风管式温度传感器、湿度传感器、压差报警开关、二通电动调节阀、压力传感器以及现场控制器等组成。

通风系统（约30分钟）
1.通风方式
新风
风阀风机
回风
排风
送风
风机
回风
房间
房间
空气热湿处理系统
过滤器
局部通风、全面通风 2.设计原则
地下室、厨房、卫生间、设备间、空调房间 3.通风控制
风机控制、过滤网报警、风机故障报警 5．风机的节能运行
（1） 改变风机风量，可通过改变风机转速的方法，一般采用变频调速技术。

（2） 在离心风机入口设置可调节导向叶片，通过调节叶片的开启角度来调节风
量。

（3） 采用叶片角度可变的轴流风机，叶片角的改变可改变风机风量。

（4） 通过多台风机的并联运行控制来调节风量，是一种有级差的调节方法。

集中供热、供冷系统燃气发动机驱动热泵系统（约20分钟）
模拟量输入（AI)模拟量输出（AO)
数字量输入（DI)数字量输出（DO)
1
10
23
6
7
9
5
4
8
DDC现场控制器
B
D
C
A
E
燃气发动机直接驱动热泵的压缩机，热泵冷凝器的冷凝热作为热源供采暖或供热水，蒸发器则作为冷源为建筑物供冷或制冰。

发
动
机
排气热交换器冷却水热交换器
压缩机
转速
热泵冷凝器
蒸发器
热水
冷水
楼宇设备自动化系统(BAS)的功能
教学过程：
BAS的对象环境（约20分钟）
智能化建筑中的建筑机电设备和设施就是楼宇自动化系统的对象和环境, 通常可将建筑机电设备和设施按功能划分为七个子系统:
1)电力供应系统(高压配电、变电、低压配电、应急发电);
2)照明系统(工作照明、事故照明、艺术照明、障碍灯等特殊照明);
3)环境控制系统(空调及冷热源、通风环境监测与控制、给水、排水、卫生设备、污水处理);
4)消防系统(自动监测与报警、灭火、排烟、联动控制、紧急广播);
5)保安系统(防盗报警、电视监控、出入口控制、电子巡更);
6)交通运输系统(电梯、电动扶梯、停车场、车队);
7)广播系统(背景音乐、事故广播、紧急广播) 。

BAS的功能要求（约30分钟）
BAS的整体功能可概括为四个方面：
⒈设备控制自动化
(1)变配电设备及应急发电设备测控
(2)照明设备测控
(3)通风空调设备测控
(4)给排水设备测控
(5)电梯设备测控
(6)停车场管理与控制
2.防灾自动化
(1)防火系统
(2)防盗系统
(3)防灾系统
⒉设备管理自动化
(1)水、电、煤气等使用计量和收费管理。

(2)设备运转状态记录及维护、检修的预告。

(3)定期通知设备维护及开列设备保养工作单。

(4)设备的档案管理。

(5)会议室、停车场等场所使用的预约申请、管理
3.能源管理自动化
电力设备契约用电控制
电力设备的功率因素改善
照明设备自动调节
空调系统节能控制
BAS的软件功能（约20分钟）
⒈系统软件
系统软件包括以下功能:
⑴系统操作管理。

⑵交互式系统界面
⑶报警、故障的提示和打印
⑷警报的处理
⑸系统开发环境
⑹多种控制方式
⑺系统辅助功能设定
⒉分站软件
分站软件用于现场控制器。

分站软件应包括以下系统功能模块:
⑴采样和数据处理功能
⑵报警设定
⑶控制程序
⑷数学功能
⑸通信控制
BAS的技术基础（约10分钟）
楼宇自动化系统(BAS)将各个控制子系统集成为一个综合系统，其核心技术是集散控制系统
楼宇安全防范技术（约20分钟）
概述
“安全防范”是公安保卫系统的专门术语，是指以维护社会公共安全为目的，防入侵、防破坏、防火、防暴和安全检查等措施。

安全防范技术系统功能
●图像监控
视频图像监控、图像识别、影像验证
●探测报警
楼内探测、周边红外报警、报警点监控
●控制功能
图像控制、出入口控制、报警响应与联动
●辅助功能
内部通信、电子巡更、员工考勤
一、智能楼宇对安全防范系统的要求
(1) 防范
(2) 报警
(3) 监视与记录
二、安全防范系统的组成
(1)出入口管制系统
(2) 防盗报警系统
(3) 电视监视系统
出入口管制系统（约20分钟）
一、出入口管制系统的基本结构
二、出入口管制系统的辨识装置
（1）磁卡及读卡机它是目前最常用的卡片系统，它利用磁感应对磁卡中磁性材料形成的密码进行辨识。

（2）智能卡及读卡机卡片内装有集成电路（IC）和感应线圈，读卡机产生一特殊振荡频率，当卡片进入读卡机振荡能量范围时，卡片上感应线圈的感应电动势使IC所决定的信号发射到读卡机，读卡机将接收的信号转换成卡片资料，
送到控制器加以比较识别。

（3）指纹机每个人的指纹均不完全相同，因而利用指纹机把进入人员的指纹与原来预存的指纹加以对比辨识，可以达到很高的安全性，但指纹机的造价要比磁卡机或IC卡系统高。

（4）视网膜辨识机利用光学摄像对比原理，比较每个人的视网膜血管分布的差异。

停车场自动管理系统（约10分钟）
停车场车辆的自动管理系统主要有两个作用：一是防盗，所有在停车场的车辆均需“验明正身”才能放行。

二是实施自动收费
可视对讲系统（约10分钟）
可视对讲系统由主机（室外机）、分机（室内机）、不间断电源和电控锁组成
出入口管制系统的计算机管理（约20分钟）
出入口管制系统将由计算机软件完成管理控制工作:
（1）控制方式
1）授权人开门后，关门即锁。

这种方式适用于大多数门; 2）授权人一旦开门，就一直保持其自由出入状态，直到授权人把门关闭; 3）授权人在开门后，在设定时间内必须关门，否则报警。

（2）授权等级这里的授权等级主要是指除了指纹、声音、视网膜等生物识别系统外的磁卡和感应卡（IC卡、智能卡）的授权。

包括：
1）插卡进入；2）插卡加密码进入；3）插卡加密码再加授权人被保安人员确认后进入；4）插卡加密码再加授权人被自动识别系统确认后进入。

（3）系统管理
（4）管理报告每个智能控制器将实时信息送中央管理数据库
（5）与其他子系统间的通信多个子系统间通信的支持，
防盗报警系统（约30分钟）
一、防盗报警系统的基本结构
防盗报警系统一般由探测器、区域控制器和报警控制中心的计算机三个部分组成
二、防盗报警装置
1. 电磁式探测报警装置
2. 主动红外线探测报警装置
（1）遮断式主动红外线探测报警装置
（2）反射式主动红外探测报警装置
3. 被动式红外线报警装置
4. 微波防盗报警装置
5. 防盗报警装置的选用
（1）保护对象的重要程度
（2）保护范围的大小
（3）防预对象的特点和性质
楼宇巡更系统（约10分钟）
1. 巡更系统的功能要求
1）巡更系统必须可靠连贯动作，停电后应能24h工作。

2）备有扩展接口，应配置报警输入接口和输入信号接口。

3）有与其他子系统之间可靠通信的联网能力，具备网络防破坏功能。

4）应具备先进的管理功能
电视监视系统（约40分钟）
一、电视监视系统的基本结构
电视监视系统按其工作原理可分为：摄像、传输、控制、显示与记录四个部分二、摄像设备
摄像设备包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台，其作用是对被摄体摄像并转换成电信号
1．摄像机摄像机的主要参数及其选用
2．镜头
常用镜头的分类。