楼宇自控中空调设计及DDC控制器的合理配置

楼宇自控中空调设计及DDC控制器的合理配置摘要：DDC控制器合理配置是建筑设备自动化方案设计的关键，DDC控制器合理配置建立在主要控制对象——空调设备基础上，文章对空调设计和DDC控制器配置原则和监控原则提出了一些意见。1对空调设计的建议一个成功的楼宇自控设计必需满足空调设计的要求，现场应用的需求，具有可靠性、安全性、经济性、灵活性，达到节能、节人、延长设备寿命的目标，为此，需各专业相互配合、互相理解并创造条件实现设计目标。1．1多台冷水机组配置应优先采用群机、群泵、群塔系统此种方式运行灵活，可以满足不对称设备故障时系统正常运转的要求。例如：当1#冷水机组、2#冷却塔发生故障时，可以启动2#冷水机组、2#(1#)冷冻泵、2#(1#)冷却泵、1#冷却塔工作。1．2变流量系统供回水旁通阀安装位置目前，工程多见变流量空调系统，而空调设计中多为2台及2台以上的冷水机组工程，基本都采用计算冷负荷方法实现冷水机组台数控制，但是，冷负荷计算精度至关重要，否则不能实现理想控制目标。分水器有2个及2个以上分水系统当分水器有2个及2个以上分水系统时，在负荷回水干管上装设流量计，用流量乘以负荷供回水温差再乘常数就等于现场实际冷量。用实际冷量与单台冷水机冷量比较，再决定增加或减少冷水机组的工作台数。但在现场和很多资料中可以看到，旁通阀安装在分水器和集水器之间，而流量计安装在旁通阀的回水侧。也就是说，流量计所测的流量是负荷水和旁通水之和，而回水温度计检测的也是负荷水和旁通水混合的水温。由此计算出冷负荷误差太大，因此，建议空调设计在考虑有楼宇控制的工程中，供回水旁通阀应在冷冻泵供回水并连管道处两侧安装，并且留有从集水器至旁通阀有15倍回水管径的水平直线段的要求(负荷回水段)，这样回水温度探侧器也安装在此回水直线段管路上，由此计算出的冷负荷就可保证其精度。无分水器或只有1个分水用户冷水机组工程无分水器或只有1个分水用户时，不存在上述问题。只需保证流量计的管径回水管15倍并水平直线段安装这样的条件即可。1．3多个换热系统的工程尽量简化系统传统的多个换热系统设计中，每个子系统都有自己的独立膨胀水箱和补水泵，这样，I／O点数增多，增加了DDC控制器的容量或控制器台数。如果从工艺角度考虑，减少膨胀水箱和补水泵，既做到满足系统需求，I／O点数又少，做出了各专业都合理的方案。笔者曾见过一个工程具有空调(冷热)采暖热水锅炉、地热、风幕4个系统采用2个膨胀水箱8台补水泵，改造后为2个膨胀水箱2台补水泵。使I／O点明显减少，系统运行费用降低，可见系统更加合理。1．4采用群机、群泵、群塔系统对冷水机组台数控制时必须加装电动蝶阀采用群机、群泵、群塔系统对冷水机组台数控制时，各台冷水机组蒸发器和冷凝器进出水手阀必须在开阀状态下运行，才能确保冷量负荷增大时自动增加一台冷水机组满足冷负荷需要。由于开机、停机都有水通过冷水机组向负荷供水，而此水为混合水，主要为蒸发器换热后的冷水，另一部分未经换热的回水又混合向负荷供水，使冷冻水质量下降，为此，应在蒸发器和冷凝器的出口加装电动蝶阀以确保供水质量。1．5并连换热器系统，一次加装电动蝶阀实现换热器台数控制换热器容量和台数是暖通专业按最大负荷条件选择的，而在实际运行中，最大负荷发生的时间很短，系统经常处于负荷率不高的条件下运行，尤其是写字楼、综合楼等功能建筑物，只是一般工作制，员工下班后和休息日，大厦基本上处于保系统低温运行，因此，换热器台数可以减少为1台工作，这样一次加热系统换热负荷下降，甚至一次水温也可以根据自身条件改变设定温度，从而节约能源，在水—水换热器一次回水侧加装电动蝶阀来实现控制(气—水换热器应在一次供气管路上加装)。1．6北方地区冷冻泵、冷却泵不必一定安装备用泵笔者有先后6年参与长春两个安装中央空调的大厦的运行管理。其中的冷冻泵、冷却泵，均较冷水机组多出一台作为备用，实践中冷水机组没有全部同时使用。而且泵均是属于夏季工作，冬季停机，负荷处于最大负荷的30％~70％的时间多(详见下表)，保养和维修可利用低负荷及冬季进行，所以，安装备用泵意义不大。冷冻泵应与采暖循环泵分开设置。采用群机、群泵、群塔系统，实施应用非常灵活。1．7提供电动调节阀两端的压差等参数电动调节阀口径选择至关重要，两端压差是选择的重要依据，口径选择恰当保证了流通能力，否则可能出现阀门开度最大或开度最小仍不能满足调节需求。因此，空调设计应提供电动调节阀安装位置、工艺管径、媒体温度、性质、压力、两端压力差等参数。1．8空调机、新风机台数现场DDC控制器一般情况按控制2台空调机或新风机配置，空调机、新风机台数愈多，DDC控制器和传感器就愈多，甚至楼控投资要多于空调投资。例如，C楼标准层每层选用4台5000m3／h空调机(冷热水阀和加湿阀)每层选用2台MEC-200控制器控制(四套设备所用驱动器、阀门、传感器)，每层楼控较空调设备费多2．5万元。如果一层用一台或二层用一台空调机，DDC控制器仍是一台可以控制二台空调设备，那么驱动器、阀门、传感随空调设备台数而减少，可见基建费用差别多大。因此，如何考虑空调机和新风机的台数配置的是影响BAS投资的重要因素。1．9加装旁通阀空调水系统根据控制的需要在不同部位安装了电动蝶阀和电动调节阀，为了使检修处理故障时不影响系统的正常运行，应在空调设计中考虑旁通阀的设计，并为电动蝶阀和电动调节阀留有水平和垂直距离上的安装空间。1．10送风机在很多工程中，地下各层送风机在火灾时兼做送风机用(满足规范要求50％排烟量的送风量)，北方寒冷地区为了防止冬季冻坏空调水系统的设备，均选用带有回风风阀的送风机，新风阀采用保温阀关闭，回风阀在手动打开情况下运行。这样系统就有在火灾时新风阀需打开，回风阀应关闭(否则有可能因回风而送出烟气)，而新风阀是由楼控有源控制，消防又不能控制，而万一楼控不好用，就无法送风。笔者建议此种系统送风设计两个新风阀，1个阀由楼控有源自动控制，另一个阀则由消防有源自动控制。主管路仍然为1路，回风阀由消防联动控制。送风机的启／停由于是无源控制，楼控和消防均可以控制，使楼控与消防独立分开各完成自己的控制功能。1．11热负荷计量二管制系统，可以利用计量冷负荷的流量计和供回水温度差，用计算冷负荷同一公式来计算热负荷。但需要将换热器二次供水管接在冷冻泵并连供水管路与供回水旁通阀汇合处，换热器二次回水管接至冷冻泵并连回水管路与供回水旁通阀汇合处(此时流量计安装于汇合点上游)即可。1．12冷水机组台数设置笔者根据几年的运行经验认为冷机设置3台较为合理。如果台数多于3台占地面积大，操作复杂，I／O点数多，楼控费用增加，同时使用率低。2台运行不灵活，只有2种运行方式，不利于节能。3台应选择1小(总冷量1／4)2大(总冷量3／4)，共有5种运行方式。运行灵活，制冷效率基本能在运行高效区工作，有利于节能。1．13空调机组回风管道设置有的工程采用吊顶空调机组，设计中利用吊顶做静压箱，不专门设置回风管道，在使用中回风温度检测控测器没有安装位置，随意放在吊顶上，实践证明，这种运行方式调节性能差，不能满足工艺需求。从运行经验上设置一段回路管路较为合理，在落地专用机组布置时，当机房相邻使用场所不设回风管道，但需将回风口用管道引至相邻外墙天花板设置回风百页处即可。2DDC控制器配置原则2．1设备台数集中的场所冷站、锅炉房、换热站、变电所均为设备集中场所，均应选择大容量DDC控制器。例如：Honeywell、Excel5000、XL-500、Siemens600、MBC。XL-500I／O点为128、MBC，可带I／O模块80个(每个I／O模块为1或2或4点)，均可以扩展。例如，某工程投标书：XL-500模拟和数字输入输出混合用时650元／点，纯数字输入输出为400元／点。XL-50模拟和数字输入输出混合用时850元／点(上述只考虑控制器的单价，不包括传感器和执行器)。从经济条件下考虑由上述可见，有条件选用大容量的DDC控制器是合理的。2．2流程相关的设备需求，应配置同一控制器按流程相关的设备需求应配置同一控制器，这样便于调试和运行(监视)维修。例如：同一冷站控制器监视、控制、管理除冷水机组、冷冻泵、冷却泵、补水泵外，还应包括距冷站安装距离较远的冷却塔、膨胀水箱。热源系统中的锅炉、锅炉一次循环泵、锅炉给水泵、热交换器、二次采暖循环泵及与锅炉有关的交换器、循环泵、补水泵、膨胀水箱(其中包括各不同安装位置)也应放同一控制器。2．3按运行时间和季节配置控制器按上述配置，有的设备是属于夏季运行、冬季停机，有的冬季运行、夏季停机，有的全年运行。下面分析一般工程设备的运行季节。夏季运行设备：冷水机组、冷冻泵、冷却泵、冷却风塔、专用供冷站的变配电设备。冬季运行设备：采暖用热水燃油锅炉、采暖用热交换器、锅炉热水循环泵(一次)、采暖循环泵(二次)、燃油锅炉供油泵、锅炉给水泵(除工程中的生活热水用蒸汽燃油锅炉换热时为四季用外，其余为冬季运行)、地热、热风幕用热交换器及相关的循环泵、补水泵、膨胀水箱等。全年运行设备：生活热水用蒸汽燃油锅炉及蒸汽锅炉补水泵、软化器、软化水箱、凝结水箱、凝结水泵、空调补水泵、空调膨胀水箱、空调机、新风机、风机盘管行)、生活热水用热交换器及循环泵、游泳池用的加热器、循环过滤泵、加药器、给排水设备、送排风机、电梯、照明、供配电设备、分水器、集水器，供回水旁通阀(指供暖地区)、水池、生活与消防合用的水箱等。可将全年运行安置在一个控制器上，这样便于按季节维修控制器时，系统运行不受影响。2．4系统出现2条及以上通讯总线时的配置2．4．1无网络控制器有的产品中央工作站与现场控制器DDC通讯中的只加转换器无有网络控制器，例如：Excel500中央工作站通过xpc-500或Q7055转换器后，可以连接3条C—Bus总线，每条可接29台DDC控制器。SiemensS600中央工作站通过538-675换器可接4条BLN总线，每条可接100台DDC控制器，控制器之间工作中需要通信的，在无条件安置在一台控制器时，要尽量安置同一条C-Bus或同一条BLN总线上，这样可以确保通信不受工作站故障影响，仍然能满足通信的工艺要求。例如：冷站控制器与膨胀水箱、冷却风塔的控制器不在同一控制器上，但两台控制器应下挂在同一总线上。2．4．2有网络控制器有的产品中央工作站与现场控制器DDC通讯中间需安装网络控制器。例如：Johnson产品中央站与DDC控制器之间需要安装网络控制器，这样就存在不同网络控制器下挂的DDC控制器在任何1个网络控制器故障情况下不能通讯，因此，这样的系统工作中有通讯要求的应安置在同一网络控制器下挂总线上。2．5按监控对象的安装地点进行配置当监控对象安装较集中，同一房间相邻房间和相邻楼层时，又是相互无关互相独立应充分运用DDC控制器容量布置在一台控制器上，如果有富裕I／0点，布线长度又在产品允许范围内，而且是独立的不需要与其它DDC通讯的点都可以布置在一个控制器上。(SiemensI／O线最长230m，DI／DO：14AWG-22AWG、AI／AO：18AWG-20AWG)。2．6DDC控制器不同的配置比较后，再做推荐方案对工程中根据监视、控制、管理设备的使用功能和分布地点，现场需求，采用不同的控制器配置不同方案，需要综合比较才能决策推荐方案。例如，某工程设备分布、功能、监控内容管理需求己确定可以考虑DDC配置条件，采用XL-500集中配置，还是采用XL-500通过Lon-Bus总线扩展方案，或者采用XL-500和XL-100组合方案。当采用MBC扩展方案还是采用MBC和MEC组合方案，甚至于还有MEC扩展与多个MEC配置方案，都需要做一定工作后，从性能价格比，使用维修等综合比较后再做推荐方案。2．7DDC控制器监控目标为空调机、新风机时的配置在高层建筑中，有很多相同的功能、相同平面的楼层，空调设备布置为同一平面位置同一设备台数。DDC控制器一般都选择1台中型控制器控制2台空调机或新风机，或设备台数多时应选用大型控制器。此种配置采用不同控制器分别监视、控制、管理朝南和朝北较为合理。这样在编制开机、停机时间上，设定温度上均能按组(朝向)，甚至于按楼层和朝向分组编制时间表运行更加便捷。3DDC控制器监视、控制、管理原则DDC控制器是建筑设备自动化最重要的组成部分，它能编制存储程序，使设备按程序运行，可采集设备各种准备、运行、故障状态传输到工作站，并接受工作站的各种命令及时传输给设备及执行机构去完成命令，由此可以看到DDC控制器在系统中的重要作用。DDC控制器对建筑物内的空调通风系统，热源和交换系统、冷冻和冷却系统、变配电系统、公共照明系统、电梯和扶梯等系统进行监视、控制、管理。但在设计中要执行国家、各部委规程、规范、规定的要求，下面谈谈笔者的看法。3．1与消防设施的界面3．1．1DDC控制器不能监控消防专用设备及设施属于消防专用设备及设施的有：水灭火用消火栓、喷淋水泵、防排烟用排烟机、正压送风机、防火卷帘、电梯回降首层、消防电梯、消防电梯集水坑污水泵、火灾应急照明、疏散指示标志灯、应急广播、供消防设施供电电源、消防专用贮水池和专用高位水箱。3．1．2DDC控制器监控正常工作与火灾发生用的设备及设施(1)地下层排烟机：通常设计中在正常工作时兼作排风机。但一种为双速电机单风道系统，低速为正常工作时排风用，DDC控制器应该监控。高速为火灾时用，由火灾控制器监控。另外一种为双电机，两台电机不等容量时，往往小风量电机为正常工作时排风用，DDC控制器应该监控。另一台大风量与小风量风机均在火灾时用，由火灾控制器监控；(2)地下室送风机：有些工程将地下室送风机兼作火灾时送风用，满足规范要求50％排烟量。这类设备DDC控制器在正常工作时应监控，作为送风机用。在火灾时由火灾控制器监控起、停，并打开专用新风阀，关闭回风阀；(3)生活与消防合用贮水池或高位水箱；当生活和消防合用贮水池时，水位下降到稍高于消防水位信号，由DDC控制器检测后发出低水位报警，并且停止生活给水，值班人员查找原因，应向水池内注水，并设稍低于溢流水位时DDC控制器发高水位报警(如果设置给水电动阀，接到高位信号后，应立即关闭