樓宇智能化技術(shù)第6章

樓宇智能化技術(shù)第6章第一頁，共98頁。本章導(dǎo)讀樓宇設(shè)備自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)的對(duì)象和環(huán)境，因此，我們有必要認(rèn)識(shí)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(jì)出方案優(yōu)秀的樓宇自動(dòng)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(duì)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。

第二頁，共98頁。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(jì)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)6.3.1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)題與思考題第三頁，共98頁。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

第四頁，共98頁。智能化的供配電系統(tǒng)功能應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控技術(shù),對(duì)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(duì)變配電系統(tǒng)的遙測(cè)、遙調(diào)、遙控和遙信，實(shí)現(xiàn)變配電所無人值守。同時(shí)還具有故障的自動(dòng)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)第五頁，共98頁。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)采取單母線分段的方案第六頁，共98頁。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(dòng)聯(lián)鎖控制，由自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS完成第七頁，共98頁。低壓配電方案

第八頁，共98頁。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(jì)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(jì)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)第九頁，共98頁。供配電設(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(bào)警；2）中壓與低壓主母排的電壓監(jiān)測(cè)；3）電流及功率因數(shù)測(cè)量；4）電能計(jì)量；5）變壓器溫度監(jiān)測(cè)及超溫報(bào)警；6）備用及應(yīng)急電源的手動(dòng)／自動(dòng)狀態(tài)、電壓、電流及頻率監(jiān)測(cè)；7）主回路及重要回路的諧波監(jiān)測(cè)與記錄；8）電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)留有通信接口。第十頁，共98頁。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(chǎng)I/O、控制層和管理層。第十一頁，共98頁?，F(xiàn)場(chǎng)I/O

現(xiàn)場(chǎng)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(cè)控儀等。第十二頁，共98頁。小型供配電監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)I／O與控制層之間應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（常用的是MODBUS-RTU現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議）構(gòu)建通信網(wǎng)第十三頁，共98頁。某綜合電力測(cè)控儀的測(cè)量參數(shù)表

序號(hào)項(xiàng)目?jī)?nèi)容顯示（最大）精度1相電壓Ua、Ub、Uc9999.9kV±0.2％2線電壓Uab、Ubc、Uac9999.9kV±0.2％3電流Ia、Ib、Ic99.999kA±0.2％4功率因數(shù)cosφa、cosφb、cosφc、cosφ總1.000±0.5％5頻率Hz65.00Hz或55.00Hz1級(jí)6有功功率Wa、Wb、Wc、W總99999MW±0.5％7無功功率vara、varb、varc、var總99999Mvar±0.5％8視在功率VAa、VAb、Vac、VA總99999MVA±0.5％9有功電度kWh99999999MWh1級(jí)IEC103610無功電度kvarh99999999Mvarh2級(jí)IEC1268第十四頁，共98頁?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線的供配電監(jiān)控系統(tǒng)第十五頁，共98頁。6.2照明系統(tǒng)(1)樓宇照明設(shè)計(jì)

(2)照明設(shè)備(電光源和燈具

)

(3)智能照明控制方式第十六頁，共98頁。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(huì)總用電量的12%，照明的節(jié)能對(duì)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)。第十七頁，共98頁。常用的光度量

(1)光通量，光源在單位時(shí)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(hào)Φ表示，單位為流明(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(jiǎn)稱為光強(qiáng)，以符號(hào)I表示，單位為坎德拉,符號(hào)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(hào)為L(zhǎng)x。(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(shí)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(duì)黑體的色度相同時(shí)絕對(duì)黑體的溫度。(6)光源的顯色指數(shù)，將人工待測(cè)光源下的顏色同在日光下的顏色相比較,其顯示同色能力的強(qiáng)弱定義為該人工光源的顯色性。第十八頁，共98頁。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1900～1950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3000～7500晝光色6500碳弧燈3700～3800月光4100氙燈5600炭精燈5500～6500第十九頁，共98頁。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200020～25白熾燈290095～100熒光燈660070～80熒光高壓汞燈550030～40鏑燈430085～95第二十頁，共98頁。電光源分類

第二十一頁，共98頁。常用照明電光源的主要特性1第二十二頁，共98頁。常用照明電光源的主要特性2第二十三頁，共98頁。熱輻射光源控制特性

第二十四頁，共98頁。氣體放電發(fā)光光源控制特性

第二十五頁，共98頁。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20～50KHz，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。第二十六頁，共98頁。熒光燈的調(diào)光控制

第二十七頁，共98頁。熒光燈的模擬調(diào)光系統(tǒng)

1-10V接口的控制信號(hào)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(gè)鎮(zhèn)流器控制信號(hào)接口的最大工作電流為1mA。第二十八頁，共98頁。數(shù)字可尋址照明接口（DALI）

DALI（DigitalAddressahleLightingInterface）“數(shù)字可尋址照明接口”，是IEC頒布的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)IEC60929）第二十九頁，共98頁。照明控制方式(1)斷路器控制方式

；(2)定時(shí)控制方式

；(3)光電感應(yīng)開關(guān)控制

；(4)智能控制方式第三十頁，共98頁。照明智能控制方式智能控制方式是將計(jì)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(chǎng)景預(yù)設(shè)、亮度調(diào)節(jié)，軟啟動(dòng)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(yíng)造室內(nèi)舒適的視覺環(huán)境，更能節(jié)約大量能源。第三十一頁，共98頁。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)第三十二頁，共98頁?？照{(diào)系統(tǒng)的功能和組成空調(diào)系統(tǒng)就是完成對(duì)空氣環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，也就是對(duì)空氣進(jìn)行加熱、冷卻、加濕、減濕、過濾、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(dòng)控制系統(tǒng)等四個(gè)子系統(tǒng)組成。第三十三頁，共98頁。濕空氣熱力學(xué)基礎(chǔ)第三十四頁，共98頁。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(gè)B:氣壓（一般討論是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，101325Pa）t:干球溫度（-45℃-99℃)φ:相對(duì)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(℃)第三十五頁，共98頁。濕空氣的焓濕圖（h-d）

第三十六頁，共98頁。濕空氣熱力學(xué)基礎(chǔ)第三十七頁，共98頁。空氣的狀態(tài)參數(shù)

t、ψ、Pc關(guān)系圖

第三十八頁，共98頁。等Pc加熱升溫過程空氣調(diào)節(jié)的過程實(shí)際上是空氣從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的過程，當(dāng)被調(diào)節(jié)的空氣狀態(tài)（溫度、相對(duì)濕度）偏離了設(shè)定值時(shí)，就需要進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。第三十九頁，共98頁。

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)第四十頁，共98頁。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(shí)，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)。第四十一頁，共98頁。不同狀態(tài)空氣的混合第四十二頁，共98頁。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(shí)伴隨著含濕量的變化，因此有必要定義一個(gè)新的參數(shù)來幫助解決問題。即熱濕比：對(duì)于Ⅰ區(qū)因此對(duì)于Ⅱ區(qū)因此對(duì)于Ⅲ區(qū)因此對(duì)于Ⅳ區(qū)因此

第四十三頁，共98頁。根據(jù)(t,φ)計(jì)算其它參數(shù)a=17.27,b=237.7B=101325第四十四頁，共98頁?？諝庹{(diào)節(jié)基礎(chǔ)原理第四十五頁，共98頁。典型空氣狀態(tài)變化過程空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)原理第四十六頁，共98頁。流動(dòng)空氣狀態(tài)過程h-d圖的表示第四十七頁，共98頁。夏季空氣處理過程h-d圖的表示第四十八頁，共98頁。冬季空氣處理過程h-d圖的表示第四十九頁，共98頁。夏季、冬季室內(nèi)參數(shù)不同的處理過程第五十頁，共98頁?？諝鉅顟B(tài)調(diào)節(jié)過程

第五十一頁，共98頁。空氣調(diào)節(jié)處理流程第五十二頁，共98頁。冬季新空氣加熱加濕處理第五十三頁，共98頁。夏季新空氣減溫去濕處理第五十四頁，共98頁?？諝饧訜?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?？諝獾慕禍乜梢酝ㄟ^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)和半集中式空調(diào)系統(tǒng)的末端設(shè)備中。第五十五頁，共98頁。中央空調(diào)系統(tǒng)第五十六頁，共98頁?？諝庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)第五十七頁，共98頁。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(gè)集中的空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)第五十八頁，共98頁。集中式空調(diào)分類第五十九頁，共98頁。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)）第六十頁，共98頁。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，最常用第六十一頁，共98頁。戶式中央空調(diào)第六十二頁，共98頁。大樓中央空調(diào)第六十三頁，共98頁。集中式空調(diào)的空氣熱濕處理系統(tǒng)

第六十四頁，共98頁。定風(fēng)量控制原理第六十五頁，共98頁。定風(fēng)量控制原理框圖第六十六頁，共98頁。末端加熱定風(fēng)量控制系統(tǒng)

第六十七頁，共98頁。末端調(diào)節(jié)變風(fēng)量系統(tǒng)

（TRAV，TerminalRegulationAirVolume），如圖所示，根據(jù)末端風(fēng)量的變化實(shí)時(shí)控制送風(fēng)機(jī)，末端裝置（VAVBox）隨室內(nèi)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量維持室溫。第六十八頁，共98頁。VAV自適應(yīng)控制模型圖6-54VAV自適應(yīng)控制模型第六十九頁，共98頁。VAV末端調(diào)加熱節(jié)系統(tǒng)

第七十頁，共98頁。半集中空調(diào)系統(tǒng)

第七十一頁，共98頁。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。第七十二頁，共98頁。集中供冷/熱，分散控制式空調(diào)系統(tǒng)

第七十三頁，共98頁?？照{(diào)原理第七十四頁，共98頁。h-d圖表示濕空氣熱力學(xué)基礎(chǔ)第七十五頁，共98頁。冷熱源系統(tǒng)

空氣調(diào)節(jié)的過程是一個(gè)熱濕交換過程，對(duì)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?？照{(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)。有條件的地方可采用效率更高的地源熱泵技術(shù)、水源熱泵技術(shù)。第七十六頁，共98頁。第七十七頁，共98頁。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。第七十八頁，共98頁。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(dòng)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。第七十九頁，共98頁。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。第八十頁，共98頁。中央空調(diào)熱量傳遞過程大氣第八十一頁，共98頁。冷卻塔實(shí)際圖第八十二頁，共98頁。冷凍水泵機(jī)組實(shí)際圖第八十三頁，共98頁。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，它就是地源熱泵第八十四頁，共98頁。溴化鋰吸收式制冷方式第八十五頁，共98頁。直燃吸收式溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組實(shí)物圖第八十六頁，共98頁。直燃吸收式溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組原理第八十七頁，共98頁。太陽能非電空調(diào)機(jī)組第八十八頁，共98頁。冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)第八十九頁，共98頁。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵系統(tǒng)

高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收（80℃的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水排熱和500～600℃的排氣排熱），與熱泵冷凝熱一起用于供熱，或者作為吸收