智能建筑中暖通空调和照明系统的计算机控制系统与策略
日期：2008-10-28 1:00:01 来源：中国自动化网
点击： 作者：
点击： 作者：
点击【 大 中 小 】放大字体.
摘要：以美国一大学建筑物性能测试中心的智能工作区间为例，说明了暖通空调和照明系统的计算机控制系统，以及应用设备和软件流程图，介绍了智能建筑的控制系统结构和控制策略。
关键词：智能建筑 照明系统 计算机控制系统
1 概述
美国卡内基-梅隆大学建筑系建筑物性能测试中心(Center for Performance and Diagnostics, Department of Architecture, Carnegie Mellon University)所筹建的智能工作区间(Intelligent Workplace，简称IW)是一个受美国国家科学基金委员会支持，由国际财团ABSIC(Advanced Building Systems Integration Consortium)投资兴建的。ABSIC由学校、公司以及政府部门共同组建。美国政府部门包括国防部、能源部、环境保护署、服务总局和国家科学基金委员会，公司中有AMP Incorporated, Johnson Controls, Siemens Energy and Automation Inc, Siemens AG等著名的大公司，学校即为卡内基-梅隆大学建筑系的建筑物性能测试中心。IW是美国第一所有关建筑物性能测试的重点实验室，集研究、发展和商业应用于一身。实验中心的目的是提高建筑物内部的工作环境质量和节约能源。对建筑物的各项性能指标进行测试和模拟，以期提高建筑物内办公人员(以办公室为实验对象)对环境7个方面的要求：新鲜空气，适宜的温度，适当的光线，既有室外的景致又要有相对的隔离，独立和安静的工作空间，具有多媒体功能的计算机网络系统以及电源系统，符合人体工程学的家具与环境。根据估算，仅在节约能源方面采用了一系列新技术以后，可使建筑物的节能达到75%(以美国现在使用能源的普遍情况为标准)。所以，卡内基-梅隆大学(CMU)建筑系在参照了日本、德国、法国、英国和北美的各项研究成果后，重新设计而建成的这个新型研究中心必将会推动建筑界以及智能建筑学科的发展。
智能建筑中HVAC和照明系统的计算机控制系统，是智能建筑的重要组成部分。此系统的工作性能，直接关系到提高工作环境的舒适度而提高工作人员的工作效率，也是关系到节约能源和环境保护的重要手段。计算机控制系统根据工作区间的内部条件和外部条件，适时或按计划自动控制室内温度、湿度、工作区间的亮度等。计算机控制系统是体现“智能”诸因素中最重要的因素之一。一个在建筑中使用的设备被称为“有智能”或“是一个智能单元”，或一座建筑物被称为智能建筑，计算机控制系统的应用是必要条件。所以，计算机控制系统的应用与控制策略是评价智能建筑的重要的因素之一。
本文以美国卡内基-梅隆大学建筑物性能测试中心的智能工作区间的HVAC和照明系统的控制系统为例，说明智能建筑控制系统结构和控制策略。
2 智能建筑集成系统中的计算机控制系统
2.1 主要设备
2.1.1 蒸发式冷却空调系统
此系统的3阶段供冷启动顺序为：热转轮启动，蒸发冷却器启动，备用冷却盘管启动；其两阶段供热启动顺序为：热转轮运行进行热回收，利用热水盘管加热处理空气。此空调系统主要任务是保证室内空气的清新，提供室内的基本温度保证。
2.1.2 埋管式辐射墙板
墙架上和空气中的温度传感器提供水流阀门的控制信号。它是在室内基本温度点基础上，对温度进行再调整的设备。
2.1.3 屋顶通风装置
室外温度、湿度、风力、降雨量，室内温度、湿度，提供此开关控制信号。它是室内温度、湿度调整的辅助设备，也是节约能源的重要手段。其动力是日光反射板上的太阳能电池。
2.1.4 日光反射板
阳光和温度都是照明系统和温度系统的信号源，光线反射板受控于这两个系统。既能遮光，也能将室外光线反射到室内。
2.1.5 照明系统
由房间使用状况检测、日光、阳光反射、室内光照度等检测信号，用开关、遥控器或计算机程序控制此系统。
2.1.6 个人工作环境系统
在个人工作环境系统中，温度、湿度、房间使用状况检测、空气流速、空气品质等数据均为控制因素。每人工作环境系统的温度、湿度的期望值，房间使用状况检测数据，由系统中的传感器或由人工给定，由通讯系统传送给上一级(网络工作级)和系统工作站，由网络工作级和系统工作站的计算机控制系统控制此个人工作环境系统的系统参数。
2.1.7 控制系统和主配电盘
它是控制、电源和通讯系统的神经网络。
2.2 控制系统
控制系统分为两大控制部分：
2.2.1 温度和空气品质控制系统
温度和空气品质控制系统的控制目标包括蒸发式冷却空调系统、埋管式辐射墙板、个人工作环境系统、可开启窗户、屋顶通风装置等。本系统的传感器包括室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷热水流数据、房间使用状况、空气品质(CO2)数据、露点温度，以及室外风力等。执行机构是热转轮、蒸发冷却器、水流阀门、空气处理器、加热盘管、冷却盘管、气流混合调节器、水压调节器、屋顶通风装置等。
2.2.2 照明控制系统
照明控制系统的控制目标包括环境灯、周边灯、工作灯、室内遮光设备、日光反射板等。灯光控制系统的传感器包括室外日光检测器(最大照度)、室内照度检测器、房间使用状况等。执行器是控制日光反射板的电机，控制天窗、可开启窗户、门遮阳设备的电机，数字式日光灯整流器，数字式相位灯光调节器，数字转换器等。
温度和空气品质这两个控制系统和照明控制系统是互相干扰的。譬如，为了节约能源和得到舒适的工作环境，冬天和夏天对日光的需要是不同的。
2.3 控制系统结构
总控制工作站
热冷水系统
热水系统
冷水系统
空气处理系统
空气处理单元-1(AHU1)
空气处理单元-3(AHU3)
埋管式辐射墙板
埋管式辐射墙板控制系统
埋管式辐射墙板1-26(分组)
个人工作环境系统
个人工作环境系统控制系统
个人工作环境1-30(分组)
系统接口
温度/空气品质控制系统与照明控制系统接口(两个公司产品)
控制系统的输入、输出量
控制系统的输入、输出量的监测
控制系统的硬件
控制系统的硬件工作状况监测
安全监视和检查系统
门卫磁卡检查系统
系统设备
打印机
网络设备
3 计算机控制系统的控制策略
总控制工作站的控制策略必须根据各种条件，用控制算法去协调上述设备的工作。现假定工作程序和环境为：
按照当天的室外气象参数，蒸发式冷却空调系统已根据时间或遥控命令，在工作人员到来之前开始工作，提供基本室内温度和其它条件，当个人工作环境的房间使用状况检测传感器检测到有人工作，提供启动信号给上级计算机，控制系统按照人的给定期望值，调整此个人工作环境的环境参数。见图1，2。
图1 个人工作环境控制系统流程图
T 温度 H 湿度 Ts PEM温度传感器检测值 Hs PEM湿度传感器检测值 TL 温度期望值 TD 蒸发 冷却式空调系统出口温度 TM 埋管式辐射墙板温度检测值 PEM 个人工作环境日光反射板、空气速度和温度控制流程图(图注同图1)
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
关键词：智能建筑 照明系统 计算机控制系统
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
1 概述
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
美国卡内基-梅隆大学建筑系建筑物性能测试中心(Center for Performance and Diagnostics, Department of Architecture, Carnegie Mellon University)所筹建的智能工作区间(Intelligent Workplace，简称IW)是一个受美国国家科学基金委员会支持，由国际财团ABSIC(Advanced Building Systems Integration Consortium)投资兴建的。ABSIC由学校、公司以及政府部门共同组建。美国政府部门包括国防部、能源部、环境保护署、服务总局和国家科学基金委员会，公司中有AMP Incorporated, Johnson Controls, Siemens Energy and Automation Inc, Siemens AG等著名的大公司，学校即为卡内基-梅隆大学建筑系的建筑物性能测试中心。IW是美国第一所有关建筑物性能测试的重点实验室，集研究、发展和商业应用于一身。实验中心的目的是提高建筑物内部的工作环境质量和节约能源。对建筑物的各项性能指标进行测试和模拟，以期提高建筑物内办公人员(以办公室为实验对象)对环境7个方面的要求：新鲜空气，适宜的温度，适当的光线，既有室外的景致又要有相对的隔离，独立和安静的工作空间，具有多媒体功能的计算机网络系统以及电源系统，符合人体工程学的家具与环境。根据估算，仅在节约能源方面采用了一系列新技术以后，可使建筑物的节能达到75%(以美国现在使用能源的普遍情况为标准)。所以，卡内基-梅隆大学(CMU)建筑系在参照了日本、德国、法国、英国和北美的各项研究成果后，重新设计而建成的这个新型研究中心必将会推动建筑界以及智能建筑学科的发展。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
智能建筑中HVAC和照明系统的计算机控制系统，是智能建筑的重要组成部分。此系统的工作性能，直接关系到提高工作环境的舒适度而提高工作人员的工作效率，也是关系到节约能源和环境保护的重要手段。计算机控制系统根据工作区间的内部条件和外部条件，适时或按计划自动控制室内温度、湿度、工作区间的亮度等。计算机控制系统是体现“智能”诸因素中最重要的因素之一。一个在建筑中使用的设备被称为“有智能”或“是一个智能单元”，或一座建筑物被称为智能建筑，计算机控制系统的应用是必要条件。所以，计算机控制系统的应用与控制策略是评价智能建筑的重要的因素之一。
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
本文以美国卡内基-梅隆大学建筑物性能测试中心的智能工作区间的HVAC和照明系统的控制系统为例，说明智能建筑控制系统结构和控制策略。
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
2 智能建筑集成系统中的计算机控制系统
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
2.1 主要设备
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
2.1.1 蒸发式冷却空调系统
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
此系统的3阶段供冷启动顺序为：热转轮启动，蒸发冷却器启动，备用冷却盘管启动；其两阶段供热启动顺序为：热转轮运行进行热回收，利用热水盘管加热处理空气。此空调系统主要任务是保证室内空气的清新，提供室内的基本温度保证。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
2.1.2 埋管式辐射墙板
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
墙架上和空气中的温度传感器提供水流阀门的控制信号。它是在室内基本温度点基础上，对温度进行再调整的设备。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
2.1.3 屋顶通风装置
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
室外温度、湿度、风力、降雨量，室内温度、湿度，提供此开关控制信号。它是室内温度、湿度调整的辅助设备，也是节约能源的重要手段。其动力是日光反射板上的太阳能电池。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
2.1.4 日光反射板
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
阳光和温度都是照明系统和温度系统的信号源，光线反射板受控于这两个系统。既能遮光，也能将室外光线反射到室内。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
2.1.5 照明系统
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
由房间使用状况检测、日光、阳光反射、室内光照度等检测信号，用开关、遥控器或计算机程序控制此系统。
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
2.1.6 个人工作环境系统
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
在个人工作环境系统中，温度、湿度、房间使用状况检测、空气流速、空气品质等数据均为控制因素。每人工作环境系统的温度、湿度的期望值，房间使用状况检测数据，由系统中的传感器或由人工给定，由通讯系统传送给上一级(网络工作级)和系统工作站，由网络工作级和系统工作站的计算机控制系统控制此个人工作环境系统的系统参数。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2.1.7 控制系统和主配电盘
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
它是控制、电源和通讯系统的神经网络。
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2.2 控制系统
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
控制系统分为两大控制部分：
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
2.2.1 温度和空气品质控制系统
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
温度和空气品质控制系统的控制目标包括蒸发式冷却空调系统、埋管式辐射墙板、个人工作环境系统、可开启窗户、屋顶通风装置等。本系统的传感器包括室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、冷热水流数据、房间使用状况、空气品质(CO2)数据、露点温度，以及室外风力等。执行机构是热转轮、蒸发冷却器、水流阀门、空气处理器、加热盘管、冷却盘管、气流混合调节器、水压调节器、屋顶通风装置等。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
2.2.2 照明控制系统
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
照明控制系统的控制目标包括环境灯、周边灯、工作灯、室内遮光设备、日光反射板等。灯光控制系统的传感器包括室外日光检测器(最大照度)、室内照度检测器、房间使用状况等。执行器是控制日光反射板的电机，控制天窗、可开启窗户、门遮阳设备的电机，数字式日光灯整流器，数字式相位灯光调节器，数字转换器等。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
温度和空气品质这两个控制系统和照明控制系统是互相干扰的。譬如，为了节约能源和得到舒适的工作环境，冬天和夏天对日光的需要是不同的。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
2.3 控制系统结构
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
总控制工作站
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
热冷水系统
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
热水系统
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
冷水系统
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
空气处理系统
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
空气处理单元-1(AHU1)
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
空气处理单元-3(AHU3)
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
埋管式辐射墙板
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
埋管式辐射墙板控制系统
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
埋管式辐射墙板1-26(分组)
plcjs.技.术_网
个人工作环境系统
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
个人工作环境系统控制系统
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
个人工作环境1-30(分组)
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
系统接口
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
温度/空气品质控制系统与照明控制系统接口(两个公司产品)
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
控制系统的输入、输出量
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
控制系统的输入、输出量的监测
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
控制系统的硬件
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
控制系统的硬件工作状况监测
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
安全监视和检查系统
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
门卫磁卡检查系统
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
系统设备
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
打印机
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
网络设备
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
3 计算机控制系统的控制策略
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
总控制工作站的控制策略必须根据各种条件，用控制算法去协调上述设备的工作。现假定工作程序和环境为：
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
按照当天的室外气象参数，蒸发式冷却空调系统已根据时间或遥控命令，在工作人员到来之前开始工作，提供基本室内温度和其它条件，当个人工作环境的房间使用状况检测传感器检测到有人工作，提供启动信号给上级计算机，控制系统按照人的给定期望值，调整此个人工作环境的环境参数。见图1，2。
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
图1 个人工作环境控制系统流程图
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
T 温度 H 湿度 Ts PEM温度传感器检测值 Hs PEM湿度传感器检测值 TL 温度期望值 TD 蒸发 冷却式空调系统出口温度 TM 埋管式辐射墙板温度检测值 PEM 个人工作环境日光反射板、空气速度和温度控制流程图(图注同图1)
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
本新闻共2页,当前在第1页1 2
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
上一篇: 建筑物自动化系统和综合布线系统下一篇: 智能建筑中局域网的组网与实现
评论内容
载入中...
载入中...
P
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
·最新招聘信息
·最新求职信息
·推荐产品
·推荐厂商
·栏目热门排行
·站内热门排行