樓宇智能化技術(shù)第6章課件

1、本章導(dǎo)讀樓宇設(shè)備自動化是樓宇智能化的基礎(chǔ)。智能化建筑中的機(jī)電設(shè)備和設(shè)施就是樓宇自動化系統(tǒng)的對象和環(huán)境，因此，我們有必要認(rèn)識和掌握這些機(jī)電設(shè)備和設(shè)施的運(yùn)行規(guī)律和控制特性。只有這樣，才能設(shè)計出方案優(yōu)秀的樓宇自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其全局的優(yōu)化控制和管理。本章重點(diǎn)對供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)及冷熱源系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行規(guī)律和控制特性進(jìn)行了闡述。 本章目錄第6章 樓宇基本設(shè)備及其控制特性本章導(dǎo)讀6.1 供配電系統(tǒng)6.1.1 典型供配電系統(tǒng)方案6.1.2 應(yīng)急電源系統(tǒng)6.1.3 供配電設(shè)備監(jiān)控6.2 照明系統(tǒng)6.2.1 樓宇照明設(shè)計6.2.2 建筑照明設(shè)備6.2.3 照明控制6.3 空調(diào)與冷熱源系統(tǒng)6.3

2、.1 濕空氣的物理性質(zhì)6.3.2 空氣調(diào)節(jié)原理6.3.3 空氣處理的方法和設(shè)備6.3.4 冷熱源系統(tǒng)6.3.5 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)6.4 給排水系統(tǒng)6.4.1供水系統(tǒng)6.4.2 排水系統(tǒng)復(fù)習(xí)題與思考題6.1 供配電系統(tǒng)(1)典型建筑供配電系統(tǒng)(2)應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)(3)供配電設(shè)備監(jiān)控 智能化的供配電系統(tǒng)功能應(yīng)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù),對所有變配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)集中進(jìn)行監(jiān)控達(dá)到對變配電系統(tǒng)的遙測、遙調(diào)、遙控和遙信，實(shí)現(xiàn)變配電所無人值守。同時還具有故障的自動應(yīng)急處理能力,能更加可靠地保障供電。 7.1 供配電系統(tǒng)典型供配電系統(tǒng)方案 采用兩路lOkV獨(dú)立電源,再加自備發(fā)電機(jī)供電，變壓器低壓側(cè)采取單母線分段的

3、方案 某醫(yī)院外科綜合樓供電系統(tǒng)方案 市電與發(fā)電機(jī)之間的切換設(shè)自動聯(lián)鎖控制，由自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS完成 低壓配電方案 應(yīng)急電源系統(tǒng) 自備發(fā)電機(jī)容量:第一類負(fù)荷必須考慮在內(nèi)，第二類負(fù)荷應(yīng)視城市電網(wǎng)情況及大樓的功能而定:第一類保安型負(fù)荷，即保證大樓人身安全及大樓內(nèi)智能化設(shè)備安全，可靠運(yùn)行的負(fù)荷，有消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)備、應(yīng)急照明及大樓設(shè)備的管理計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、通訊系統(tǒng)設(shè)備、從事業(yè)務(wù)用的計算機(jī)及相關(guān)設(shè)備等。第二類保障型負(fù)荷，即保障大樓運(yùn)行的基本設(shè)備負(fù)荷，也是大樓運(yùn)行的基本條件，主要有工作區(qū)域的照明、部分電梯、通道照明等。 為了確保智能化大樓供電的可靠、安全，設(shè)置自備發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源系統(tǒng) 供

4、配電設(shè)備監(jiān)控 1）供配電系統(tǒng)的中壓開關(guān)與主要低壓開關(guān)的狀態(tài)監(jiān)視及故障報警；2）中壓與低壓主母排的電壓監(jiān)測；3）電流及功率因數(shù)測量；4）電能計量；5）變壓器溫度監(jiān)測及超溫報警；6）備用及應(yīng)急電源的手動自動狀態(tài)、電壓、電流及頻率監(jiān)測；7）主回路及重要回路的諧波監(jiān)測與記錄；8）電力系統(tǒng)計算機(jī)輔助監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)留有通信接口。供配電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成 供配電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)一般采用集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可分為三層：現(xiàn)場I/O、控制層和管理層。 現(xiàn)場I/O 現(xiàn)場I/O可以是智能型斷路器、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊、RTU和綜合電力測控儀等。小型供配電監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場IO與控制層之間應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)（常用的是MODBUS-RTU

5、現(xiàn)場總線協(xié)議）構(gòu)建通信網(wǎng) 某綜合電力測控儀的測量參數(shù)表 序號項(xiàng) 目內(nèi) 容顯示（最大）精 度1相電壓Ua、Ub、Uc9999.9kV0.22線電壓Uab、Ubc、Uac9999.9kV0.23電流Ia、Ib、Ic99.999kA0.24功率因數(shù)cosa、cosb、cosc、cos總1.0000.55頻率Hz65.00Hz或55.00Hz1級6有功功率Wa、Wb、Wc、W總99999MW0.57無功功率vara、varb、varc、var總99999Mvar0.58視在功率VAa、VAb、Vac、VA總99999MVA0.59有功電度kWh99999999MWh1級IEC103610無功電度kva

6、rh99999999Mvarh2級IEC1268基于現(xiàn)場總線的供配電監(jiān)控系統(tǒng)6.2 照明系統(tǒng)(1)樓宇照明設(shè)計 (2)照明設(shè)備(電光源和燈具 ) (3)智能照明控制方式智能化照明控制方向發(fā)展 照明的節(jié)能:目前我國照明用電量約占全社會總用電量的12%，照明的節(jié)能對實(shí)現(xiàn)我國節(jié)能減排的目標(biāo)具有重要意義。智能照明技術(shù):除了大力推廣使用新型節(jié)能光源及高性能照明燈具措施之外，應(yīng)用信息化技術(shù)改造傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的粗放式能源使用方式，精細(xì)利用能源，是另一照明的節(jié)能技術(shù)，即所謂的智能照明技術(shù)。常用的光度量 (1) 光通量，光源在單位時間內(nèi)向周圍空間輻射出去的并能使人眼產(chǎn)生光感的能量，稱為光通量，用符號表示，單位為流

7、明(lm)。(2) 發(fā)光強(qiáng)度(光強(qiáng))，光源在空間某一方向上單位立方體角內(nèi)發(fā)射的光通量稱為光源在這一方向上的發(fā)光強(qiáng)度，簡稱為光強(qiáng)，以符號I表示，單位為坎德拉,符號為cd。(3) 照度，照度用來表示被照面上被光源照射的強(qiáng)弱程度，以被照面上單位面積所接受的光通量來表示。照度以E表示,單位是勒克斯,符號為Lx。(4) 發(fā)光效率，發(fā)光效率是描述光源的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的光學(xué)量，它反映了光源在消耗單位能量的同時輻射出光通量的多少，單位是流明每瓦(lm/W)。(5) 光源色溫，某一種光源的色度與某一溫度下的絕對黑體的色度相同時絕對黑體的溫度。(6) 光源的顯色指數(shù)，將人工待測光源下的顏色同在日光下的顏色相比較,

8、其顯示同色能力的強(qiáng)弱定義為該人工光源的顯色性。 天然光源和常見人工光源的色溫 天然光源色溫常見人工光源色溫光源色溫/K光源色溫/K晴天室外光13000蠟燭19001950全陰天室外光6500高壓鈉燈2000白天直射日光5550白熾燈(40W)270045斜射日光4800熒光燈30007500晝光色6500碳弧燈37003800月光4100氙燈5600炭精燈55006500部分電光源的色溫及顯色指數(shù) 光源色溫/K顯色指數(shù)高壓鈉燈20002025白熾燈290095100熒光燈66007080熒光高壓汞燈55003040鏑燈43008595電光源分類 常用照明電光源的主要特性1 常用照明電光源的主要

9、特性2 熱輻射光源控制特性 氣體放電發(fā)光光源控制特性 高頻交流電子型鎮(zhèn)流器 高頻交流電子型鎮(zhèn)流器實(shí)際上是一種交-交逆變電源，將熒光燈的交流工作電源從50Hz變換到2050KHz，頻率提高后，電感元件容量大大減?。◤腍降低到mH的水平），體積和重量都可以做得很小。熒光燈的調(diào)光控制 熒光燈的模擬調(diào)光系統(tǒng) 1-10V接口的控制信號是直流模擬量，按線性規(guī)則調(diào)節(jié)熒光燈的亮度，按IEC929標(biāo)準(zhǔn)，每個鎮(zhèn)流器控制信號接口的最大工作電流為1mA。 數(shù)字可尋址照明接口（DALI） DALI（Digital Addressahle Lighting Interface）“數(shù)字可尋址照明接口”，是IEC頒布的技術(shù)標(biāo)

10、準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號IEC60929） 照明控制方式 (1)斷路器控制方式 ；(2)定時控制方式 ；(3)光電感應(yīng)開關(guān)控制 ；(4)智能控制方式照明智能控制方式 智能控制方式是將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用到照明工程的控制方式,能實(shí)現(xiàn)場景預(yù)設(shè)、亮度調(diào)節(jié)，軟啟動軟關(guān)斷等復(fù)雜的照明控制功能。智能控制方式不僅能營造室內(nèi)舒適的視覺環(huán)境，更能節(jié)約大量能源。6.3 空調(diào)與冷熱源系統(tǒng)(1)濕空氣熱力學(xué)基礎(chǔ)(2)空氣調(diào)節(jié)原理 (3)空氣處理的方法和設(shè)備 (4)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(5)空調(diào)運(yùn)行控制方式(6)冷熱源系統(tǒng)/節(jié)能技術(shù)空調(diào)系統(tǒng)的功能和組成空調(diào)系統(tǒng)就是完成對空氣環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，也就是對空氣進(jìn)行加熱、冷卻、加濕、減濕、過濾、

11、輸送等各種處理的設(shè)備裝置?？照{(diào)系統(tǒng)的基本構(gòu)成，由冷熱源系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)、能量輸送分配系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等四個子系統(tǒng)組成。濕空氣熱力學(xué)基礎(chǔ)濕空氣的狀態(tài)參數(shù) 濕空氣可以看作干空氣和水蒸氣的混合物,濕空氣的狀態(tài)參數(shù):濕空氣的獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)應(yīng)該是三個B:氣壓（一般討論是在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，101325Pa）t:干球溫度（-45-99 ):相對濕度（5%-100%）d:含濕量（kg/Kg）h:焓（J/Kg），h=1.01t+d(2500+1.84t)td:露點(diǎn)()tw:濕球溫度()濕空氣的焓濕圖（h-d） 濕空氣熱力學(xué)基礎(chǔ)空氣的狀態(tài)參數(shù) t、Pc關(guān)系圖 等Pc加熱升溫過程 空氣調(diào)節(jié)的過程實(shí)際上是空氣從一

12、個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程，當(dāng)被調(diào)節(jié)的空氣狀態(tài)（溫度、相對濕度）偏離了設(shè)定值時，就需要進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。 若空氣的溫度變化范圍在露點(diǎn)以上，則空氣中的含水量始終保持不變，且為不飽和狀態(tài)，為等濕過程，過程線為垂直線。等濕氣溫變化濕空氣熱力學(xué)基礎(chǔ)表冷器冷卻減濕 上述冷卻過程當(dāng)進(jìn)行至露點(diǎn)，空氣即達(dá)到飽和狀態(tài)，繼續(xù)冷卻時，水蒸氣就在冷卻壁面上凝結(jié)出來，而且溫度不斷降低，但空氣始終在飽和狀態(tài)。不同狀態(tài)空氣的混合熱濕比實(shí)際濕空氣的處理過程中，很少有含濕量不變的過程，往往在溫度變化的同時伴隨著含濕量的變化，因此有必要定義一個新的參數(shù)來幫助解決問題。即熱濕比：對于區(qū)因此對于區(qū)因此對于區(qū)因此對于區(qū)因此 根據(jù)(t,

13、) 計算其它參數(shù)a=17.27,b=237.7B=101325空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)原理典型空氣狀態(tài)變化過程空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)原理流動空氣狀態(tài)過程h-d圖的表示夏季空氣處理過程h-d圖的表示冬季空氣處理過程h-d圖的表示夏季、冬季室內(nèi)參數(shù)不同的處理過程空氣狀態(tài)調(diào)節(jié)過程 空氣調(diào)節(jié)處理流程 冬季新空氣加熱加濕處理 夏季新空氣減溫去濕處理 空氣加熱/冷卻方法 空調(diào)系統(tǒng)中所用的加熱器一般是以熱水或蒸汽為熱媒的表面式空氣加熱器和電熱絲發(fā)熱加熱器。 空氣的降溫可以通過表冷器來實(shí)現(xiàn)。以制冷劑為冷媒的表冷器稱為直接蒸發(fā)式表冷器（又稱蒸發(fā)器），多用于局部的分體空調(diào)中。以冷水作為冷媒的表冷器稱為水冷表冷器，多用于集中式空調(diào)系統(tǒng)和

14、半集中式空調(diào)系統(tǒng)的末端設(shè)備中。 中央空調(diào)系統(tǒng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng) 集中空調(diào)系統(tǒng) 集中空調(diào)系統(tǒng)的所有空氣處理設(shè)備（包括風(fēng)機(jī)、冷卻器、加熱器、加濕器、過濾器等）都設(shè)在一個集中的空調(diào)機(jī)房內(nèi) 集中式空調(diào) 分類集中空調(diào)系統(tǒng)分類 集中空調(diào)（全空氣系統(tǒng)）半集中空調(diào)（空氣-水系統(tǒng)）半集中空調(diào)（全水/制冷劑系統(tǒng)）集中空調(diào)（全空氣系統(tǒng)）分類 零新風(fēng)，最節(jié)能全新風(fēng)，最健康優(yōu)化組合，最常用戶式中央空調(diào)大樓中央空調(diào)集中式空調(diào)的空氣熱濕處理系統(tǒng) 定風(fēng)量控制原理定風(fēng)量控制原理框圖末端加熱定風(fēng)量控制系統(tǒng) 末端調(diào)節(jié)變風(fēng)量系統(tǒng) （TRAV，Terminal Regulation Air Volume），如圖所示，根據(jù)末端風(fēng)量的變化實(shí)時控

15、制送風(fēng)機(jī)，末端裝置（VAV Box）隨室內(nèi)負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)風(fēng)量維持室溫。 VAV自適應(yīng)控制模型圖6-54 VAV自適應(yīng)控制模型VAV末端調(diào)加熱節(jié)系統(tǒng) 半集中空調(diào)系統(tǒng) 半集中式空調(diào)運(yùn)行控制 半集中式空調(diào)中的新風(fēng)機(jī)組一般采用定風(fēng)量控制方法，未端風(fēng)機(jī)盤管可采用CAV、 VAV控制方法,系統(tǒng)運(yùn)行控制方式如圖所示。 集中供冷/熱，分散控制式空調(diào)系統(tǒng) 空調(diào)原理h-d圖表示濕空氣熱力學(xué)基礎(chǔ)冷熱源系統(tǒng) 空氣調(diào)節(jié)的過程是一個熱濕交換過程，對空氣升溫或降溫調(diào)節(jié)均離不開冷熱源。最常用的冷熱源是冷凍水和熱水。空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的能耗是建筑能耗的大戶,應(yīng)用熱泵技術(shù)制備智能化樓宇的冷凍水和熱水是一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。有條件的地方可

16、采用效率更高的地源熱泵技術(shù)、水源熱泵技術(shù)。 冷源熱泵技術(shù) 所謂“熱泵”是一種是通過消耗一定量的高品位能量（電能），能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，并提高其品位，提供可被人們所用的高品位熱能的熱力學(xué)裝置。 冷源熱泵技術(shù) 壓縮式制冷方式是“熱泵”的工作方式。通過流動媒介(以前一般為氟利昂，現(xiàn)用氟利昂替代物)在蒸發(fā)器、壓縮機(jī)，冷凝器和膨脹閥等部件中的氣相變化(沸騰和凝結(jié))的循環(huán)來將低溫物體的熱量傳遞到高溫物體中去。 熱量傳遞過程壓縮式制冷機(jī)根據(jù)壓縮機(jī)的不同，分為離心式冷水機(jī)、螺桿式冷水機(jī)、活塞式冷水機(jī)，根據(jù)冷凝器的冷卻介質(zhì)不同，分為水冷式和風(fēng)冷式兩類。 中央空調(diào)熱量傳遞過程大氣冷卻塔實(shí)際

17、圖冷凍水泵機(jī)組實(shí)際圖地源熱泵熱量傳遞原理 如果最終的熱量是散發(fā)到大氣中,它就是氣源熱泵,家用分體空調(diào)機(jī)就是氣源熱泵。如果最終的熱量是傳遞到大地中，它就是地源熱泵 溴化鋰吸收式制冷方式直燃吸收式溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組實(shí)物圖直燃吸收式溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組原理 太陽能非電空調(diào)機(jī)組冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)驅(qū)動熱泵系統(tǒng) 高溫的發(fā)動機(jī)廢熱回收（80的發(fā)動機(jī)冷卻水排熱和500600的排氣排熱），與熱泵冷凝熱一起用于供熱，或者作為吸收式冷水機(jī)組的驅(qū)動熱源，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的制熱性能。 冷源系統(tǒng)的監(jiān)控 熱源系統(tǒng)的監(jiān)控 冷量和熱量計量 集中空調(diào)系統(tǒng)的冷量和熱量計量和我國北方地區(qū)的采暖熱計量一樣，是一項(xiàng)重要的建筑節(jié)能措施?？照{(diào)按用戶實(shí)際用量收費(fèi)是今后的一個發(fā)展趨勢。它不僅能夠降低空調(diào)運(yùn)行能耗，也能夠有效地提高公共建筑的能源管理水平。 6.4 給排水系統(tǒng) 6.4.1供水系統(tǒng)-重力給水系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是以水泵將水提升到樓層最高處水箱中，以重力向給水管網(wǎng)配水，如圖6-57所示。 6.4 給排水系統(tǒng) 恒壓力給水系統(tǒng) 恒壓力供水系統(tǒng)不需設(shè)置水箱，僅在地下室或某些空余之處設(shè)置水泵機(jī)組、氣壓水箱等設(shè)備，采用壓力給水來滿足建筑物的供水需要。壓力給水可用并聯(lián)氣壓水箱給水系統(tǒng)，也可