书城教材教辅智能建筑环境设备自动化
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第6章 智能建筑和建筑设备自动化系统概述(5)

(1)直通单座调节阀

这种阀门的阀体内只有一个阀芯和阀座,特点是泄漏量小,易于保证关闭,因此在结构上有调节型和截止型两种,它们的区别在于阀芯的形状不同。直通单座调节阀的另一个特点是不平衡力大,特别在高压差、大流量的情况下更为严重。所以直通单座调节阀仅适用于低压差的场合。

①接受各类控制系统输出的断续和连续控制信号。

②阀体构造采用平衡式结构,在电动执行器输出力相同的情况下,它比单座直通调节阀适用的允许压差范围更广,并且具有体积小、重量轻、安装方便的特点。

③电动执行器使用永磁同步电动机,响应速度快、输出力大、功耗低、噪声小。

④当阀门关闭或开到最大时,限位开关切断电源,保护电动机。

(2)直通双座调节阀

阀体内有两个阀芯,流体从左侧进入,通过阀座和阀芯后,由右侧流出。在口径相同时,它比单座阀能流过更多的介质,流通能力大约可提高20%~25%。流体作用在上、下阀芯上的力可以相互抵消,因此不平衡力小,允许压差大。但是,由于结构上不容易保证上、下阀芯同时关闭,所以泄漏量较大。

(3)角形调节阀

角形调节阀的阀体为直角形结构,它流路简单,阻力小,适用于高压差、高黏度、含有悬浮颗粒物的流体的调节,可以避免堵塞,也便于自净和清洗。

(4)套筒调节阀

套筒调节阀是一种结构特殊的调节阀。套筒调节阀阀体与直通单座调节阀相似,但阀内有一个圆柱形的套筒。利用套筒导向,阀芯可以在套筒中上下移动,移动时改变了套筒上节流孔的面积,从而实现了流量的调节。由于套筒调节阀是采用平衡型的阀芯结构,因此不平衡力小,稳定性好,不易振荡,允许压差大,如果改变套筒上节流孔的形状,就能够得到不同的流量特性。

(5)三通调节阀

三通调节阀的阀体上有三个通道与管道相连,按其作用方式,三通调节阀可以分为分流型(把一路介质分为两路)和合流型(把两路介质合成一路)两种。

一般来说,三通分流阀不得用作三通混合阀,三通混合阀不宜用作三通分流阀。

3.电磁阀

电磁阀是常用电动执行器之一,其结构简单,价格低廉,多用于两位控制中。它是利用线圈通电后,产生电磁吸力提升活动铁芯,带动阀塞运动控制气体或液体流量通断。现场控制器以数字量输出信号控制电磁阀的通断。电磁阀有直动式和先导式两种。

直动式电磁阀,这种电磁阀的活动铁芯本身就是阀塞,通过电磁吸力开阀,失电后,由恢复弹簧闭阀。先导式结构,由导阀和主阀组成,通过导阀的先导作用促使主阀开闭。线圈通电后,电磁力吸引活铁芯上升,使排出孔开启,由于排出孔远大于平衡孔,导致主阀上腔中压力降低,但主阀下方压力仍与进口侧压力相等,则主阀因差压作用而上升,阀呈开启状态,断电后,活动铁芯下落,将排出孔封闭,主阀上腔因从平衡孔冲入介质使压力上升,当约等于进口侧压力时,主阀因本身弹簧力及复位弹簧作用力,使阀呈关闭状态。

4.电动蝶阀

蝶阀结构简单、体积小、重量轻,只由少数几个零件组成。而且只需旋转90°即可快速启闭,操作简单,同时该阀门具有良好的流体控制特性。蝶阀处于完全开启位置时,蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力,因此通过该阀门所产生的压力降很小,故具有较好的流量控制特性。蝶阀有弹性密封和金属密封两种密封形式。弹性密封阀门,密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边。常用的蝶阀有对夹式蝶阀和法兰式蝶阀两种。对夹式蝶阀是用双头螺栓将阀门连接在两管道法兰之间,法兰式蝶阀是阀门上带有法兰,用螺栓将阀门上两端法兰连接在管道法兰上。

5.风门

在智能楼宇的空调、通风系统中,使用最多的执行器是风门。这种执行器用于控制风门、通风百叶窗和变风量系统装置的调节、浮点控制,可以和标准的圆形和方形的风门连杆进行连接,被广泛地应用在风门的开度控制,特别是在空气处理机和新风机组的回风阀、排风阀、新风阀中实行的控制,使之形成一定比例的连锁控制。

风门由若干叶片组成,当叶片转动时改变流道的等效截面积,即改变了风门的阻力系数,其流过的风量也就相应地改变,从而达到了调节风流量的目的。

叶片的形状将决定风门的流量特性,同调节阀一样,风门也有多种流量特性供应用选择,风门的驱动器可以是电动的,也可以是气动的,在智能楼宇中一般采用电动式风门。在建筑设备自动化系统中,除可实现PID控制的连续调节的风门,还有通断式的风门。

1.3.3现场控制器

建筑设备自动化系统通过通信网络系统将不同数目的现场控制器,与中央管理计算机连接起来,共同完成各种采集、控制、显示、操作和管理功能。现场控制器一般采用直接数字控制器(DDC)。直接数字控制器由CPU、内存和输入输出通道及通信接口等部件组合而成。

根据现场应用的情况,直接数字控制器可分为独立控制器结构和模块化结构两种形式。

所谓独立控制器结构是指它的所有输入输出控制点全部在一台控制器中;而模块化结构是指其输入输出控制点设计成模块的方式,根据监控要求选择配置。直接数字控制器一般采用模块化结构,通常包含电源模块、计算机模块、通信模块和输入输出模块等。系统配置时设计者应根据系统在该区域监控点的数量和类型来配置模块的数量和类型。

直接数字控制器通常可以通过通信接口与计算机或其他直接数字控制器通信,也可以独立运行。直接数字控制器是建筑设备自动化系统的核心。

对于直接数字控制器在楼宇智能化工程中的应用,关注的不是直接数字控制器内部的结构原理,而是直接数字控制器的外在特性和应用。这类似于数字电路中集成器件的应用。直接数字控制器利用传感器和检测设备通过数字量输入和模拟量输入通道监测空调机组的有关数据和状态,直接数字控制器通过数字量输出和模拟量输出通道将控制命令送给执行机构实施对空调机组的控制。

在实际的控制回路中,直接数字控制器常常不能直接控制相关设备,中间还要用到其他各种类型的辅助控制器以完成动作,如变频器、继电器等。

1.4建筑设备自动化系统的实施

1.4.1建筑设备自动化系统的设计流程

建筑设备自动化系统要为使用者提供一个安全、高效、节能而又舒适的环境,必须根据建筑物的使用功能和业主的具体需求进行系统设计。

1.工程需求分析

研究建筑物的使用功能,了解业主的具体需求以及期望达到的目标;确定建筑物内实施自动化控制及管理的各功能子系统;根据各功能子系统所包含的设备,制作出需纳入楼宇自控系统实施监控管理的被控设备一览表。

2.确定系统的控制方案

对于需进行自动化控制的功能子系统,给出详细的控制功能说明,并说明每一系统的控制方案及达到的控制目的,以指导工程设备的安装、调度及工程验收;根据系统大致的规模及今后的发展,确定监控中心位置和使用面积,并预留接口,与智能化系统设计形成和谐的统一整体。

3.系统选型

选型时需要综合技术、经济各项指标,进行全面、客观的分析比较和实地考察,才能最终选出合适的产品。

4.确定中央控制室

和土建专业共同确定中央控制室的位置、面积,确定竖井数量、位置、面积、布线方式等,以使建筑设计满足智能化系统正常运行的要求,与智能化系统设计形成和谐的统一整体,并为智能化系统留有可扩充余地。

5.画出大楼建筑设备自动化系统控制网络图

根据建筑设备自动化系统网络拓扑结构和现场楼宇设备的具体布置,画出的建筑设备自动控制网络图。

6.设备选型

(1)设备选型要结合各设备布局的平面图,进行监控点划分;根据监控范围,确定系统网络结构和系统软件。

(2)根据各设备的控制要求,选用相应的传感器、阀门及执行机构,并配备满足要求的楼宇控制器。

(3)配合强电专业,完成配电设备的二次回路设计。

7.画出各子系统被控设备的监控原理图及表达各层管线敷设的施工平面图

在各子系统的监控原理图基础上,可以作出建筑设备自动化系统监控点位总表。

8.开列设备材料表,写出设计、施工要点

开列建筑设备自动化系统设备、材料表,写出设计、施工要点,进行各专业图纸会签。

1.4.2建筑设备自动化系统的设计依据

1.建筑设备自动化系统相关的设计规范和标准图集相关的规范标准有:

①《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000

②《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2003

③《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-2002

④《建筑与建筑群综合布线系统设计规范》GB/T50311-2000

⑤《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-1992

⑥《高层民用建筑防火设计规范》GB50045-1995

⑦《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》GB/T18141-2000

⑧《智能建筑工程设计技术规定》

⑨《智能建筑弱电工程设计施工图集》97X700

⑩《建筑智能化系统集成设计图集》03X801-1

2.建设单位对建筑设备自动化系统的要求

(1)建筑设备自动化系统监控范围、控制功能、监控点数

(2)建筑设备自动化系统中央控制室的要求

①中央控制室的位置应远离电磁干扰源(如变配电室等),并尽量安排在控制负荷中心处。注意防潮、防振;

②中央控制室室内设备布置,应留有足够的操作距离、检修距离等;

③室内宜采用抗静电活动地板,土建及装修要求同计算机房。

(3)现场控制器的设置原则及布线方式

①现场控制器的设置,应考虑系统管理方式、安装、调试、维护方便和经济性。一般,按机电系统的平面布置,设置在冷冻站、空调机房等控制参数较为集中的地方,或弱电竖井中。

②每台现场控制器的输入输出接口数量与种类,应与所控制的设备要求相适应,并留有10%~15%的余量。

(4)电缆选择与敷设要求

①电缆选择原则:中央操作站至现场控制器及现场控制器之间采用截面积为1.0mm2的RVVP聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套、铜芯电缆或计算机专用通信电缆;现场控制器与现场设备(如传感器、阀门)之间的控制电缆,一般采用1.0~1.5mm2聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套、铜芯电缆,是否需要采用软线及屏蔽线应根据具体设备而定;现场控制器与就地仪表、阀门的信号线的规格应随具体控制系统设备与控制要求而定。

②电缆敷设方式:以沿桥架或线槽明敷为主,出桥架后,穿金属管保护。

(5)建筑设备自动化系统的电源

①应由变电所引出专用回路向中央控制室供电,供电回路采用保安电源供电。

②中央操作站应设UPS装置,其容量应包括系统内用电设备的总和并考虑预计的扩展容量,UPS供电时间不得低于30min。

③建筑设备自动化系统宜采用中央控制室集中供电方式,以放射式供给各现场控制器,若采用就地供电,则由就近的保安电源供给。

(6)建筑设备自动化系统的接地要求

①一般采用建筑物总体接地方式,要求总体接地电阻不大于1Ω。

②如果建筑设备自动化系统单独设置接地极,应采用一点接地方式,要求接地电阻不大于4Ω,并且要注意与建筑物防雷接地系统的接地板之间距离不得小于20m。

1.4.3建筑设备自动化系统设计的深度要求及内容

建筑设备自动化系统的设计步骤与其他的工程设计一样,其设计深度应符合建设部2003年颁布的《建筑工程设计文件编制深度规定》,具体分为方案设计、初步设计和施工图设计3个阶段。

注:本小节中的设计深度是指建筑设备自动化系统作为整体工程项目设计的一个专业,与建筑等各专业同时进行的设计工作,与各集成商所作的建筑设备自动化系统投标方案设计有较大差异,建筑设备自动化系统的投标方案设计应根据招标书的要求完成。

1.建筑设备自动化系统的方案设计内容

在方案设计阶段,主要是规划建筑设备自动化系统系统的大致功能和主要目标,并提出详细的可行性报告。方案设计文件应满足编制初步设计文件的需要。建筑设备自动化系统设计在方案设计阶段通常无需图纸,只须完成设计说明书和系统投资估算。

①设计说明书中应包括:设计依据、设计范围和内容、建筑设备自动化系统的规模、控制方式和主要功能。

②根据建筑设备自动化系统系统的规模和内容完成系统投资估算。常采用面积估算法,如5万m2办公业务综合楼的建筑设备自动化系统,按30元/m2造价估算,共需约150万元。

建筑设备自动化系统方案设计如为投标方案的一部分,应满足招标书中有关要求。

2.建筑设备自动化系统的初步设计内容

在初步设计阶段,作为建筑设备自动化系统系统的设计承包者,应向用户提供以下一些资料。

(1)该工程项目的设计说明书

其内容包括:建筑设备自动化系统的设计依据、系统功能、系统组成、总监控点数及其分布,系统网络结构,系统硬件及其组态,软件种类及功能,系统供电(包括正常电源和备用电源),线路及其敷设方式。

(2)设计图纸

其内容包括:图纸目录、主要设备材料表、建筑设备自动化系统图、各子系统的建筑设备自动化系统监控原理图、控制室设备平面图等。

(3)设备(硬/软件)选型要求说明

3.建筑设备自动化系统的施工图设计内容

施工图设计文件应满足工程项目的施工需要,施工图文件的主要内容为图纸。施工图设计文件应包含以下内容。

(1)图纸目录

图纸目录中应包括:图纸名称、图号、图幅等。