某工程空調(diào)智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

1引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷向前發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，越又越多的大型公共建筑出現(xiàn)

在城市的建設(shè)中。建筑行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，從某種意義來(lái)說(shuō)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的晴雨表和

溫度計(jì)。

一座大型的現(xiàn)代化建筑的成功建成，首先是離不開(kāi)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，而優(yōu)秀的設(shè)計(jì)必定是各

種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的集成C作為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分「一暖通空調(diào)工程

設(shè)計(jì)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，在很大程度上取決于對(duì)一系列技術(shù)問(wèn)題的科學(xué)決策，比如系統(tǒng)方案的

選擇，設(shè)備的選擇等。在進(jìn)行決策時(shí)，不僅要對(duì)系統(tǒng)的先進(jìn)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分

析比較，同時(shí)也需要對(duì)系統(tǒng)是成后投入使用時(shí)的營(yíng)運(yùn)管理和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析比較。隨

著暖通空調(diào)學(xué)科的發(fā)展和社會(huì)對(duì)人工環(huán)境要求的提高，使得對(duì)原本就顯得復(fù)雜、繁重的

大型建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)決策更加重要。當(dāng)前大型現(xiàn)代化建筑暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)要突出的

重點(diǎn)是什么？要解決什么難點(diǎn)？需要采用哪些新的技術(shù)？這些都是非常值得暖通空

調(diào)設(shè)計(jì)人員認(rèn)真思考的。

2項(xiàng)目空調(diào)制冷系統(tǒng)概況

該工程一期工程占地面積約70萬(wàn)平方米，建筑面積近40萬(wàn)平方米，共有16個(gè)大型的展

覽廳，以及洽談室、辦公室、會(huì)議室、餐廳等配套功能用房,工程建成后，作為中國(guó)出

口商品交易會(huì)新場(chǎng)館使用。

該工程空調(diào)系統(tǒng)共有雙級(jí)壓縮離心式冷水機(jī)組11臺(tái)，總冷量共64641KW,其中7034K

W8臺(tái)，35I7KW2臺(tái)，1136KW1臺(tái)，冷凍、冷卻水泵38臺(tái)，冷卻塔11組55臺(tái)，空調(diào)冷

風(fēng)柜機(jī)310臺(tái)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管720臺(tái)，風(fēng)機(jī)457臺(tái)，誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)1250臺(tái)，空調(diào)系統(tǒng)總裝機(jī)電容

量約25680KW?？照{(diào)設(shè)備中、冷凍二級(jí)泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)及冷風(fēng)柜風(fēng)機(jī)等均采用了先進(jìn)的

變頻控制技術(shù)控制其運(yùn)行。如此龐大單體建筑空調(diào)系統(tǒng)，其規(guī)模在國(guó)內(nèi)甚至世界來(lái)說(shuō),

都是不多見(jiàn)的，如果完全由人工來(lái)控制運(yùn)行，不但需要投入大量的人力資源，而且由于

難以做到精確控制設(shè)備的運(yùn)行而產(chǎn)生大量的電力浪費(fèi)，從而增加了運(yùn)行成本。因此，只

有采用先進(jìn)的智能化控制技術(shù)，才能從根本上解決問(wèn)題。

3冷凍機(jī)房智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

3.1智能化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

冷凍機(jī)房智能化控制系統(tǒng)由冷水機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)及兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的分控（中心）組合

構(gòu)成，即：二級(jí)冷凍泵變頻控制系統(tǒng)、冷卻塔變頻控制系統(tǒng)。并分別通過(guò)MODBUS-RT

U及PROFIBUS-DP標(biāo)準(zhǔn)通訊方式與冷凍機(jī)房控制系統(tǒng)連接集成為群控系統(tǒng)，機(jī)房群控

系統(tǒng)僅對(duì)兩分控（中心）進(jìn)行監(jiān)視和讀取數(shù)據(jù)但不進(jìn)行具體的控制。

機(jī)房群控系統(tǒng)所控制設(shè)備：冷水機(jī)組、一級(jí)冷凍泵、二級(jí)冷凍泵、冷卻泵及與設(shè)備相關(guān)

的電動(dòng)閥門(mén)。冷水機(jī)組群控系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖參見(jiàn)圖Io

圖1系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2冷水機(jī)組群控系統(tǒng)的控制原理

(1)系統(tǒng)的啟動(dòng)控制程序參見(jiàn)圖2。

信成第橋忘

±fta?

圖2系統(tǒng)的啟動(dòng)控制程序圖

(2)系統(tǒng)的關(guān)閉控制程序參見(jiàn)圖3。

]沙木杭，i耀冷水浜,小妁水總.冷加塔薪

供水俾?卜k域陽(yáng)j

??-

外止冷點(diǎn)機(jī)rr陜金

圖3系統(tǒng)的關(guān)閉控制程序

3.3制冷主機(jī)房設(shè)備智能運(yùn)化行管理控制程序

會(huì)展中心空調(diào)區(qū)域按二級(jí)冷凍水系統(tǒng)劃分為六個(gè)(區(qū)域)環(huán)路，根據(jù)展覽館非二十四小

時(shí)運(yùn)行的狀況，對(duì)相關(guān)的設(shè)備分為三個(gè)控制階段：

(1)系統(tǒng)的起始控制階段根據(jù)建筑樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)(BAS)提供的所設(shè)定需要使

用的空調(diào)(區(qū)域)環(huán)路：

環(huán)路一：展館6、7、14.15：

環(huán)路二：展館1.2、9、10；

環(huán)路三：展館3、8.11.16：

環(huán)路四：展館4.5.12、13：

環(huán)路五：餐廳；

環(huán)路六：辦公室；

群控系統(tǒng)根據(jù)BAS控制系統(tǒng)確定使用的空調(diào)區(qū)域指令，打開(kāi)分水器上相關(guān)的供水支管

電動(dòng)閥門(mén)并輸出電信號(hào)，電腦確認(rèn)閥門(mén)開(kāi)啟后，群控系統(tǒng)通過(guò)通訊方式（MODBUS）指

令二級(jí)變頻冷凍泵控制系統(tǒng)開(kāi)啟相應(yīng)的二級(jí)冷凍泵組合及相關(guān)電動(dòng)閥門(mén)。各區(qū)域二級(jí)冷

凍泵開(kāi)啟的數(shù)量及電機(jī)頻率的調(diào)整，由二級(jí)冷凍泵控制系統(tǒng)自動(dòng)控制，群控系統(tǒng)監(jiān)視其

水泵的運(yùn)行狀態(tài)及讀取數(shù)據(jù)c群控系統(tǒng)在指令二級(jí)冷凍泵系統(tǒng)起動(dòng)五分鐘（待管網(wǎng)水流

相對(duì)平穩(wěn)，可根據(jù)需要調(diào)整）后，群控系統(tǒng)將根據(jù)BAS系統(tǒng)選擇的供水區(qū)域的冷量（由

設(shè)計(jì)確定）Q（KW）,計(jì)算出所要開(kāi)啟的機(jī)組類(lèi)型及數(shù)量，通過(guò)通訊方式（BROFIBUS）

指令冷卻塔變頻控制統(tǒng)開(kāi)啟與之相對(duì)應(yīng)冷卻塔。冷卻風(fēng)扇電機(jī)的頻率調(diào)整，由冷卻塔系

統(tǒng)自動(dòng)控制，群控系統(tǒng)監(jiān)視其冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及讀取數(shù)據(jù)。群控系統(tǒng)確認(rèn)冷卻風(fēng)機(jī)

運(yùn)轉(zhuǎn)后，開(kāi)啟相關(guān)的冷卻水泵、一級(jí)冷凍水泵（包括與之聯(lián)鎖的電動(dòng)閥門(mén)）.并指令開(kāi)

啟相應(yīng)的冷水機(jī)組，設(shè)備運(yùn)行正常三十分鐘（根據(jù)冷水機(jī)組安全運(yùn)需要，可調(diào)整）后，群

控系統(tǒng)將結(jié)束初始階段控制，繼而轉(zhuǎn)而進(jìn)入中間（即正?；┛刂齐A段。

（2）中間（正?；┛刂齐A段冷水機(jī)群控系統(tǒng)將根據(jù)遠(yuǎn)程傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)電

腦計(jì)算系統(tǒng)冷量需求大小，確定所需相應(yīng)運(yùn)行冷水機(jī)組的類(lèi)型及數(shù)量，決定開(kāi)啟及關(guān)閉

相應(yīng)的冷水機(jī)組、一級(jí)冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等設(shè)備，使設(shè)備在高效率狀態(tài)中運(yùn)

行。

系統(tǒng)的開(kāi)啟次序：冷卻水泵-冷卻塔-一級(jí)冷凍泵-冷水機(jī)組。

系統(tǒng)的關(guān)閉次序：冷水機(jī)組-一級(jí)冷涼水泵-冷卻塔-冷卻水泵。

系統(tǒng)冷量計(jì)算公式:Q=4.19x（t2?tl）xV

t2-冷凍回水總管溫度℃；Q-冷負(fù)荷KW；

tl-冷凍供水總管溫度°C；V-冷凍回水總管水流量m3,/h

中間控制階段與BAS控制系統(tǒng)選擇空調(diào)區(qū)域的使用（即冷凍二級(jí)泵供水區(qū)域）無(wú)關(guān)，而

是根據(jù)系統(tǒng)的冷量需求大小進(jìn)行控制。

（3）結(jié)束控制階段當(dāng)BAS控制系統(tǒng)指令關(guān)閉所有的空調(diào)使用區(qū)域，系統(tǒng)將按關(guān)閉次序

停止全部冷水機(jī)組運(yùn)行，確認(rèn)后，群控系統(tǒng)將通過(guò)通訊方式（MODBUS）通知二級(jí)變頻

冷凍泵系統(tǒng)停止所有水泵的運(yùn)行，再確認(rèn)后，群控系統(tǒng)將關(guān)閉供水支管的閥門(mén)。

4群控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行保護(hù)控制程序

4J保護(hù)控制

安全可靠的運(yùn)行是控制系統(tǒng)必不可少的組成部分，群控系統(tǒng)在下列情況實(shí)行保護(hù)控制程

序；

（1）當(dāng)一套設(shè)備在運(yùn)行中，某一設(shè)備因故障或需維修停止運(yùn)行，在系統(tǒng)確認(rèn)后，將立即關(guān)

閉整套設(shè)備，并鎖住該套設(shè)備。同時(shí)開(kāi)啟同組中的另一套設(shè)備，被鎖住的設(shè)備在維修后,

必須由操作人員解鎖方可恢復(fù)自動(dòng)狀態(tài)。

（2）當(dāng)系統(tǒng)某一設(shè)備（例如一級(jí)水泵）處手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將芻動(dòng)鎖住與該設(shè)備相關(guān)的整

套機(jī)組，包括冷卻塔、冷卻水泵、一級(jí)冷凍水泵、冷水機(jī)組。設(shè)備恢復(fù)自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系

統(tǒng)將?自動(dòng)解鎖。

（3）為避體因冷量的計(jì)算值HI現(xiàn)震薄值時(shí)（即流量呈現(xiàn)不平滑變動(dòng)）而引起的冷水機(jī)組

頻繁開(kāi)停，計(jì)算值持續(xù)超過(guò)或低于設(shè)定值五分鐘（可調(diào)整），系統(tǒng)才會(huì)開(kāi)/關(guān)（或切換）

冷水機(jī)。

（4）為避免冷水機(jī)組的頻繁開(kāi)、停，保確冷水機(jī)組的安全運(yùn)行，在中間控制階段，當(dāng)某一

組冷水機(jī)組正常啟動(dòng)或停止，三十分鐘內(nèi)（可調(diào)整）將暫停系統(tǒng)冷量需求的控制，直至

三十分鐘后自動(dòng)恢復(fù)。

4.2故障報(bào)警

若其中一套設(shè)備在啟動(dòng)或運(yùn)夕亍中，某一設(shè)備在系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)啟指令后，無(wú)法在一定時(shí)間內(nèi)

反饋正確的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)將發(fā)出該設(shè)備開(kāi)啟失敗的警報(bào)，同時(shí)關(guān)閉該套設(shè)備，并鎖定

該套設(shè)備。若其中一套設(shè)備在關(guān)閉過(guò)程中，某一設(shè)備在系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閉信號(hào)后，無(wú)法在一

定時(shí)間內(nèi)反鎖確認(rèn)停止?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出該設(shè)備關(guān)閉失敗的警報(bào)，停止關(guān)閉該套設(shè)備

中的后續(xù)設(shè)備。

4.3備用水泵的控制

當(dāng)某?冷卻水泵或一級(jí)冷凍水泵因故障無(wú)法使用.導(dǎo)致與之相關(guān)的整套設(shè)備無(wú)法使用，此

時(shí)，操作人員可以人為的選擇備用泵，但備用泵不可同時(shí)為兩套設(shè)備所選用。

5系統(tǒng)的連接方式與系統(tǒng)集成

群控系統(tǒng)-BAS系統(tǒng)的連接采用基于以太網(wǎng)絡(luò)，提供TCP/IP的微軟（MICROSOFT）系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)OPC通訊方式（協(xié)議），光纖電纜連接。

群控系統(tǒng)一冷卻塔控制系統(tǒng)的連接采用RS-485（EIA）卡雙絞屏蔽線，通訊方式：

PROFIBUS-DP。

群控系統(tǒng)一二級(jí)冷凍泵變頻控制系統(tǒng)連接方式采用RS-485（EIA）卡雙絞屏蔽線。通訊

方式采用MODBUS-RTU.

6系統(tǒng)硬件信號(hào)選擇的類(lèi)型

群控系統(tǒng)所選用的直接數(shù)字式控制器（DDC）接受的硬件信號(hào)點(diǎn)類(lèi)型：

（1）模擬輸入、模擬輸出（AI）：溫度：10K熱敏電阻：其它：0—5VDC、1—5VDC、

420mAo

（2）模擬輸入、模擬輸出（AO）：0-l（）VDCo

（3）數(shù)字輸入（DI）：無(wú)電壓干觸點(diǎn)。

（4）數(shù)字輸出（DO）：24VDCo

7結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)三年多來(lái)的系統(tǒng)運(yùn)行，證明「冷凍機(jī)房智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的，目前系統(tǒng)

運(yùn)行狀況良好。該工程作為中國(guó)出口商品交易會(huì)的新場(chǎng)館，其主要特點(diǎn)是展覽館單體面

積大，空調(diào)運(yùn)行冷負(fù)荷變化大，非:十四小時(shí)運(yùn)行且無(wú)固定規(guī)律。若采取人」:控制，需投

入大量的管理人員，也難以準(zhǔn)確根據(jù)負(fù)荷的變化控制設(shè)備的啟動(dòng)與停止數(shù)量，容易造成

能源浪費(fèi)。啟用冷凍機(jī)房智能化系統(tǒng)后，通過(guò)中央控制室BAS控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程指令，實(shí)現(xiàn)

了冷凍機(jī)房無(wú)人值班管理（由BAS系統(tǒng)監(jiān)控），不但減少大量的管理人員，也節(jié)省了大

量的能源。冷凍機(jī)房設(shè)計(jì)總冷量共64641KW,啟用冷凍機(jī)房智能化控制系統(tǒng)后，由于能

較準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)，精確地控制設(shè)備在高效率卜運(yùn)行，即使?jié)M負(fù)荷運(yùn)行時(shí)開(kāi)機(jī)冷量仍保

持在42203K左右，其節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的。而冷凍機(jī)房智能化群控系統(tǒng)所投入

的費(fèi)用僅占冷凍機(jī)房設(shè)備（不含安裝費(fèi)）費(fèi)用的百分之六左右，在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備總

費(fèi)用中，更是只占很小的比例（一般來(lái)說(shuō)系統(tǒng)越大，設(shè)備