樓宇自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

張源 李淑展

鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南鄭州，450001

樓宇自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

張源 李淑展

鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南鄭州，450001

樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑的重要組成部分，它是實現(xiàn)智能建筑“智能”的關(guān)鍵所在，樓宇自動化系統(tǒng)通過自動控制系統(tǒng)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑內(nèi)相關(guān)電氣設(shè)備的遠程控制以及協(xié)調(diào)管理。本文主要介紹了樓宇自動化系統(tǒng)的作用與目的、組成、控制技術(shù)以及發(fā)展趨勢。

樓宇自動化；現(xiàn)場總線；發(fā)展趨勢

日新月異的科技發(fā)展，促進了建筑技術(shù)的進一步提升。與此同時，計算機技術(shù)與電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，以及與其他技術(shù)的交叉融合，智能建筑在這樣的時代背景以及技術(shù)支持下應(yīng)運而生。樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑的重要組成部分，它是實現(xiàn)智能建筑“智能”的關(guān)鍵所在，樓宇自動化系統(tǒng)通過自動控制系統(tǒng)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑內(nèi)相關(guān)電氣設(shè)備的遠程控制以及協(xié)調(diào)管理。本文主要介紹了樓宇自動化系統(tǒng)的作用與目的、組成、控制原理以及技術(shù)。

1 樓宇自動化系統(tǒng)概述

1.1 樓宇自動化的作用與目的

設(shè)計樓宇自動化系統(tǒng)的主要目的在于將建筑內(nèi)各種機電設(shè)備的信息進行分析、歸類、處理和判斷，采用最優(yōu)化的控制手段，對各系統(tǒng)設(shè)備進行集中監(jiān)控和管理，使各子系統(tǒng)設(shè)備始終處于有條不紊、協(xié)同一致和高效有序的狀態(tài)下運行，在創(chuàng)造出一個高效、舒適、安全的工作環(huán)境中，降低各系統(tǒng)造價，盡量節(jié)省能耗和日常管理的各項費用，保證系統(tǒng)充分運行，從而提高智能建筑高水平的現(xiàn)代化管理和服務(wù)，使投資能得到一個良好的回報。

1.2 樓宇自動化系統(tǒng)組成

一個典型的樓宇自動化系統(tǒng)通常包括給排水、照明、空調(diào)、電梯、消防、安全防范、供配電等子系統(tǒng).

給排水系統(tǒng)：其主要功能是實現(xiàn)建筑物內(nèi)的排水泵、給水泵以及潛污泵等給排水設(shè)備的實時監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來進行對應(yīng)的水泵開啟或者關(guān)閉的操作指令，確保建筑物內(nèi)供水排水正常。

照明系統(tǒng)：主要是對公共空間的照明開啟、關(guān)閉，實現(xiàn)無人開燈和熄燈控制。

空調(diào)系統(tǒng)：主要是對建筑空間內(nèi)的空調(diào)機組進行溫度控制和流量控制，以實現(xiàn)最節(jié)能的情況下保證建筑物內(nèi)的最佳舒適度，并盡可能的降低設(shè)備消耗。

電梯系統(tǒng)：主要保證建筑物內(nèi)的交通安全，實現(xiàn)對建筑物內(nèi)的電梯與總控制之間的數(shù)據(jù)通信以及運行狀態(tài)監(jiān)測，從而做出相關(guān)的有效控制。

消防系統(tǒng)：消防系統(tǒng)與樓宇自動化中其他的各個部分相對獨立，它的設(shè)置主要是為了突發(fā)自然災(zāi)害、或者是特殊環(huán)境下保證建筑物短時間的運行正常，從而起到保護建筑物類居民的生命財產(chǎn)安全的作用。

目前，常用的浮選方案主要有兩種：浮選機分選和浮選柱分選工藝?？紤]到公司選煤廠空間狹窄，旋流微泡浮選柱設(shè)備占地面積小，無運動部件，磨損小，維護工作量小，維護費用低，操作簡單，調(diào)整容易，并且精煤灰分調(diào)整幅度大，可根據(jù)煤質(zhì)和市場生產(chǎn)灰分不同的精煤等因素，決定采用FCMC-4500型旋流微泡浮選柱工藝。

1.3 樓宇自動化系統(tǒng)技術(shù)

現(xiàn)階段樓宇自動化系統(tǒng)技術(shù)最為核心的技術(shù)為現(xiàn)場總線技術(shù)。目前我國樓宇自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以簡單分為現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)與集散式結(jié)構(gòu)，集散式結(jié)構(gòu)的主要特征在于集中管理、分散控制，一般具有2層網(wǎng)絡(luò)和3級控制設(shè)備，集散式結(jié)構(gòu)是上個世紀我國智能化樓宇主要的結(jié)構(gòu)形式。進入21世紀后，現(xiàn)場總線技術(shù)伴隨著高速發(fā)展的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，成為新時代最具有控制優(yōu)勢的控制系統(tǒng)。它首先克服了集散式網(wǎng)絡(luò)的封閉性缺陷，采用了更加標(biāo)準(zhǔn)化的解決方法解決了專用網(wǎng)絡(luò)的局限問題，其次它改善了集散式控制系統(tǒng)中分散的分布式特點，而是形成了新興全分布結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒖刂片F(xiàn)場徹底的置入現(xiàn)場環(huán)境中。

與集散式分布技術(shù)相比，現(xiàn)場總線技術(shù)不僅有效提升了自動控制的智能化操作水平，增加了控制系統(tǒng)的公開性和開放性，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性，同時還有效的節(jié)約了硬件使用數(shù)量、安裝費用以及維護開銷，并提升了測量與控制的準(zhǔn)確度和可靠性。

2 我國樓宇自動化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

2.1 我國樓宇自動化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

從我國樓宇自動化系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用的現(xiàn)狀來看 ，我國智能建筑發(fā)展仍處于初始階段 ，與國外相比 ，其應(yīng)用水平相當(dāng)?shù)?，系統(tǒng)的控制性能還沒有得到優(yōu)化 ，各系統(tǒng)接口處的系統(tǒng)還沒有實現(xiàn)自動化操作，一些偏遠地區(qū) ，甚至還沒有實現(xiàn)樓宇自動化系統(tǒng)的接通。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，樓宇自動化系統(tǒng)的本土自主開發(fā)程度存在一定的局限性，目前，我國智能建筑工程大部分選擇了國外的樓宇化自動化控制品牌。一方面，我國自主研發(fā)的相關(guān)系統(tǒng)存在一定的硬件缺陷，另一方面，我國樓宇自動化學(xué)術(shù)理論研究起步較晚，許多研究方面的深度達不到國外的前瞻性發(fā)展。

第二，智能建筑對于樓宇自動化控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用層次較低，從理論上來講，樓宇自動化系統(tǒng)的具體應(yīng)用并不局限于對建筑內(nèi)的相關(guān)電氣設(shè)備的智能化監(jiān)測和控制，而更深層次的作用是為了進一步降低相關(guān)設(shè)備的運營損耗、節(jié)約能源以及運行成本。目前，我國對于樓宇自動化系統(tǒng)的研究大多停留在如何去保證實現(xiàn)對建筑物內(nèi)的各項功能達到標(biāo)準(zhǔn)，滿足人們對建筑物安全、舒適的功能性需求，而沒有進行更層次的研究和探討。

第三，現(xiàn)階段樓宇自動化控制精度存在較為明顯的缺陷，相關(guān)控制性能并沒有達到最優(yōu)。例如，我國樓宇自動化系統(tǒng)的控制精度只能達到±2%，且閥門極易反復(fù)振蕩。閥門反復(fù)振蕩不僅會增加流體的阻力 ，增加能耗 ，而且會造成執(zhí)行機構(gòu)與閥門的磨損，增加了設(shè)備維護的成本。除此之外 我國樓宇自控系統(tǒng)中至少有 10% 或更多的傳感器準(zhǔn)確性不高。另外，部分傳感器安裝位置有偏差 ，使得測量精度降低。

第四，樓宇自動化系統(tǒng)對于建筑物內(nèi)部的自動控制存在盲區(qū)，不能夠?qū)崿F(xiàn)對所有運行設(shè)備的監(jiān)控與檢測，其檢測手段存在不足現(xiàn)象。例如熱源檢測、鍋爐用氣檢測、樓層空調(diào)能耗計量、冷卻塔運行消耗計量等都不能夠達成，這些潛在的因子實際上是會造成智能建筑物內(nèi)部存在一定的管理盲區(qū)，在進行控制管理中無法消除這些因素的影響，因此，其控制和管理的決策存在一定的片面性，無法達到全面性。

2.2 我國樓宇自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景

隨著我國城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)的愈演愈烈，城市土地資源極為緊張的實際背景下，開發(fā)高層建筑以及超高層建筑已經(jīng)成為極為平常的事情。為了進一步實現(xiàn)高層建筑的智能化控制，樓宇自動化系統(tǒng)必然成為現(xiàn)階段高層建筑的主流選擇之一，將會擁有極為廣闊的發(fā)展空間。但隨著國家發(fā)展觀念以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，樓宇自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

低碳節(jié)能化發(fā)展：目前情況下，盡管每個建筑樓控系統(tǒng)的投標(biāo)書上都有節(jié)能管理的措施 ，但在實際運行中 ，沒有一棟樓將節(jié)能管理措施落到實處。低碳節(jié)能化發(fā)展是堅持科學(xué)發(fā)展觀樓宇自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景。一方面，在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，應(yīng)該加強人才培養(yǎng)，應(yīng)積極借鑒外國的優(yōu)秀經(jīng)驗，自主研發(fā)更加低碳環(huán)保節(jié)能的控制技術(shù)，另一方面，應(yīng)該進一步的提升樓宇化自動控制系統(tǒng)的控制全面性。

智能化發(fā)展：計算機技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)以及網(wǎng)路技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線局域網(wǎng)技術(shù)、智能卡技術(shù)、可視化技術(shù)、控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、家庭智能化技術(shù)、流動辦公技術(shù)、數(shù)據(jù)衛(wèi)星通訊技術(shù)、雙向電視傳輸技術(shù)等都將會被廣泛地應(yīng)用于智能建筑領(lǐng)域內(nèi)。以上這些都給樓宇自動化系統(tǒng)帶來了良好的發(fā)展機遇 ，樓宇自動化的內(nèi)涵也必將隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷變化 ，可以說 ，智能建筑中的樓宇自動化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。

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張源/1995年生/男/河南駐馬店人/本科/研究方向為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程