智能建筑设备自动化系统集成设计

建筑设备自动化系统（BAS）涉及多个相互关联的子系统，集成项目众多，并且随着社会的发展、使用需求的提高、设备产品的更新换代，设备集成的内涵也在不断提高。然而绝大多数BAS工程的安防系统、消防系统、变配电系统、空调系统、冷/热源系统、给排水系统、照明系统、电梯系统与停车场管理系统都是不可缺少的，其相应的弱电监控、管理与集成系统也是必须提供的。

不同BAS工程的需求和经济承受能力是不同的，其区别主要表现在上述系统的性能指标不同，例如是否选用名牌产品以及对系统集成要求等方面，而不是子系统的多少。所以系统集成设计时，应当根据系统具体要求，量力而行。除IT行业自建、自用的办公楼等特殊情况外，一般工程子系统的性能指标不需要提得很高，应用时必须考虑经济回报率是否合理。

1.冷/热源系统的集成设计

冷/热源系统除本身的合理设计外，监控与管理子系统及其相关集成系统的正确设计也是非常重要的。一般情况下，冷水机组或供热锅炉设备本身均配套提供弱电监控系统，这对保证设备的可靠运行是有利的，但是多数产品制造厂商并不提供与冷冻机（或锅炉）配套的水系统和风系统等部分的控制功能。因此，BAS及其集成控制系统必须提供整个能源系统的联锁、程序、顺序与协调等控制功能。

为实现上述功能，可以采取多种通信手段，其中最常用的有两种方式：一种是集成控制系统提供与被集成冷水机组或锅炉等设备的直接数字控制器（DDC）来实现直接数字通信的集成器，通过该集成器可迅速、全面获取被集成设备的各种状态参数与过程参数，并可直接指挥设备的起动、停车，以及修改设定值与运行工况等功能；另一种是不另加任何计算机控制的装置，只要求被集成设备提供温度等主要参数，以及运行、故障、停机等基本信号，再通过集成系统的计算机接口直接读取集成所必需的信息，也可由集成系统向被集成系统发送各种控制命令。显然，利用集成器的系统通信变量丰富、集成功能完善、硬件工作量小，但软件工作量相对要大一些，而且价格较高，所以适用于集成要求标准较高的工程。然而，直接利用被集成设备或系统所提供的开关量与模拟量信号，以及集成系统直接向被集成设备或系统发出控制命令，无需数字通信设备即可完成信息的交互，价格较低，但信息量较少，管线施工量大，不宜提出高标准的集成要求。综合考虑目前我国的实际需求与进口产品的价格因素，暂时以后者更便宜和更便于实现，但是从科学技术发展角度分析，将来应以利用集成器方案为首选。

需要注意的是，在冷/热源系统集成设计中，尤其是冷水机组的功率大、耗能多，应充分重视节约能耗，通常在该系统中可通过冷冻机台数控制、级数（负荷）控制、冷冻机出水温度控制等多种手段来节约用电。

2.空调系统的集成设计

在智能大厦中，空调系统数量多、地理位置分散，其监控很适合采用集散控制系统。而系统集成设计的基础是被集成的子系统设计的合理性，因此既不应提倡马上采取传感器与执行器均全部数字化的全分布式控制系统，以节约投资，也不宜把两个或多个空调系统合并由一台DDC实行半集中控制，因为由此节省下的投资不足以补偿系统可靠性与可维护性的降低。由此可见，采用标准型式的集散控制系统设计是空调系统集成的良好基础。

智能建筑中，不同空调控制子系统服务于不同的楼层、不同的企业（或部门）和不同的空调对象，大多数子系统之间的控制任务不存在关联特性，所以缺乏集成的要求和必要性。大多数情况下，空调控制子系统之间并不需要具备点对点通信功能，但是空调系统在建筑物中的能耗很大，所以应将集成目标主要放在节能上。为此，除空调系统设计本身应避免空气处理过程中冷量与热量抵消，并提供良好的可控性外，自控系统应采取节能工况分区与自动转换、焓值控制、变风量、变设定值与变新回风等多种节能控制手段，努力实现节能优化控制，在满足控制需求的前提下，将最佳节能作为最优化控制的主要目标函数。为实现上述目标，其系统集成设计的特点，首先表现在通过集中监测与管理，向科学管理要效益，也表现在加强协调控制，力争全面节能。

大多数智能建筑均属民用建筑，其环境控制的主要目标是力求保证人的舒适性，即舒适度是控制的主要目标函数。通过对不同职业、不同年龄段、不同性别等不同人群的人流量调研与直接测试，起码有如下因素需要设计控制系统时充分重视：

1）大多数人对温度变化并不十分敏感，温度在18～26℃范围内变化，一般人是可以接受的，如果将温度控制指标提高到在20～24℃范围内将更为舒服。当然，不同年龄段与不同人种对舒适度的要求不同，年轻人比年长者要求温度低一些；欧美地区比亚非地区冷，一般白种人要求的环境控制温度也低一些。为适应不同使用者的不同要求，控制系统允许的温度设定值调节范围应大于上述要求的变化范围，并保证在工作时段内达到上述指标。

2）人们对室内人工环境中温度的控制目标值要求，还与室外气象条件有关。夏天室外温度很高时，提高室内温度的设定值接近上限；冬季室外温度很低，降低室内温度设定值接近下限，这样不仅节能，而且有利于健康与舒适。但是，当冬季室外温度突降并伴随大风时，反而要求适度提高温度设定值，除用于补偿通过门窗的热量泄漏外，也会使人感到更温馨、舒适。

3）大多数人对湿度变化并不十分敏感，在35%～75%RH范围内变化是可以接受的，如果将人工环境状态控制在40%～70%RH范围内将更舒服。相对湿度太低，使人们感到口干舌燥；相对湿度太高，使人感到很闷，也不舒服，因此高标准的建筑应设置湿度控制系统。还需要说明的是，湿度控制与保证产品及系统安全运行是直接相关的。在智能建筑中的电子产品，无论是品种或数量都多，而且多数连网运行。当室内环境湿度低于30%RH时，若工作人员的衣着或办公室内的地毯、座椅等为皮毛或化纤等材料时，相互摩擦将产生高达几百伏以上电压值的静电，身带数百伏电位的工作人员一旦触及或接近产品，均可能发生放电现象，从而对IC芯片的安全构成致命威胁。因此，除在计算机房采取防静电地板等措施外，还应控制环境湿度在35%RH或40%RH以上。当然，相对湿度也不能过高，否则易产生氧化锈蚀等危害。

4）上班时间有人工作与下班之后无人工作时的环境温、湿度控制指标不同。上班时，应同时保证人们要求的舒适度与设备安全所要求的温湿度控制指标；下班后，只要求保证设备安全与通信系统能正常运行即可，控制指标下降，从而节省能量。

根据上述特点，空调系统若与办公管理系统实现集成，则可根据办公室的工作状态自动改变相应空调系统的运行工况，以达到节能运行的目的。

5）在现代化建筑中，照明用电量很大，是空调系统冷负荷的重要组成部分之一。若通过集成技术，将办公状态及照明负荷状况与空调系统之间实现协调控制，则可大大节省能源。

6）空调系统必须通过空气的运动来实现人工环境的控制，而在火灾事故情况下的空气的流通无疑是“火上加油”，不利于灭火。系统集成的重要目标之一是确保建筑物的安全性，因而在火灾事故状态下，相应区域的通风与空调系统应能自动停止运行。

3.变配电系统的集成设计

高科技深入变配电系统后，出现了很多电子类新产品，传统的继电保护装置也迅速电子化，今日商品化的电子式继电保护装置性能优良，完全适用于智能建筑，但因其价格偏高，暂时不宜大量推广。换句话说，短期内智能建筑的变配电系统仍可选用可靠、价廉的继电保护系统。但是，为了便于管理与系统集成，多数工程的变配电系统均需加装计算机监测装置，对关键的变压器及开关等设备的状态与系统的主要运行参数进行实时监测，并以此为依据进行能量管理。

变配电系统为整个建筑物提供正常运行所必需的电力，保证安全可靠供电是系统集成的主要目标。根据具体工程的功能需求，该系统分别设置不同的多路电源输入、后备发电机与UPS，除保证它们相互之间的自动切换外，还应将全部运行状态实时反映至IBMS与（或）BAS集成工作站，以便于全局的能量管理、计费以及在事故等特殊情况下的紧急处理。

4.照明系统的集成设计

照明系统的耗电量极大，灯具发热又直接影响到智能建筑的其他功能，因此在系统集成设计中，均应在确保工作照度要求的前提下，力争最大限度地节电，例如照明系统应在一般办公区域做到人走灯熄。

照明系统与安防系统的关系也十分密切。用于电视监控系统的CCTV摄像头正常工作的前提是必须保证足够的照度，因此照明系统的集成要求之一，是当工作区内出现非法闯入等事件后，应将相应区域，尤其是公共通道的照明自动打开，以便CCTV系统自动录像。在智能住宅的边界防卫系统设计中，往往提出在发生非常侵入时，自动打开聚光灯和自动录像等要求。

5.电梯系统的集成设计

电梯是一种专业性很强的产品，又直接关系到乘梯人的生命安全，所以一般智能建筑的系统集成不直接干预电梯的实时控制。一般情况下，电梯的控制系统，除提供单个电梯的全套控制装置外，多台电梯的群控系统也由设备制造厂商配套提供。目前，国内外多数建筑的电梯系统很少全面参与弱电系统集成，经常在BAS（或IBMS）操作站加装电梯运行状态显示屏，该显示屏可以通过数字通信接口传送集成信息，也可以通过无源的继电器触点，相互传递系统集成所需的信息。

电梯系统与其他系统的集成要求，目前主要表现在建筑物发生火灾事故时，除消防梯外的全部电梯均应迅速驶至底层，并停止继续运行，直到火灾事故报告信号解除为止。(www.xing528.com)

在较重要的电梯轿厢内，通常装有监视用摄像头，并接到CCTV系统，正常情况下，CCTV系统与电梯系统分别独立运行；特殊情况下，如发生安全事件时，安防中心可以手动或自动干预电梯的正常运行程序。但是，上述集成要求应慎重考虑，不宜轻易推广。

6.停车场的集成设计

出入控制与计费管理是必需的，但在具体功能指标上不要强求一致。

一般停车场多同时为长期（月租、季租）和短期（时租）两种用户服务，所以必须提供两种计费方式：长期用户用感应式ID卡或IC卡，寿命长，使用方便；短期用户用ID类的磁卡、纸卡，价格低。

目前，我国的停车场有两类管理方式：一种是停车场完全独立核算，独立运营；另一种是独立核算，但作为智能大厦或智能街区的一个组成部分。前者不需要集中收费，只需就地收费即可，也没有集成要求；而后者为了方便不同的用户，既需要对临时停车者直接收取停车费，又应允许长期的客户通过办公自动化系统直接划拨停车相关费用。实现电子商贸已是大势所趋，为此需要实现停车场管理系统与中央收费管理系统的集成。

7.出入控制系统的集成设计

随着非接触式智能卡与ID卡技术的高速发展与价格的急剧降低，出入控制的应用已从大型智能建筑迅速普及至智能住宅小区。该系统除直接控制人流的方向外，其集成功能日益增强，通常可包括如下内容：

1）兼作办公人员上下班考勤用；

2）智能卡可支持在智能建筑中的消费，即在指定的建筑（或建筑群）中具有“一卡通”的电子钞票功能，该消费范围包括住房、餐饮、娱乐、交通与停车费用等诸多内容；

3）当发生消防事故时，除自动解除“出”方向的控制外，还将相应区域内人员状况迅速提供给消防系统，以保证事故区人员的生命安全，又能正确有效地实施灭火控制，将火灾损失减到最小；

4）出入控制系统遭到非法侵犯时，除自动报警功能外，还应及时报告安防工作站与中央集成管理系统，以便采取自动打开灯光照明系统与自动录像等措施；

5）发生严重安全事件时，通过公众网络自动向所在区域或城市的公安等部门自动报警。

8.消防报警系统的集成设计

在我国，消防系统属公安部门负责的特殊行业管理范畴，所以任何集成设计都必须首先符合中国消防法及其相关行业管理的规定。但是，参照国外管理模式，为适应未来消防管理的进一步需要，在系统集成设计时应留有足够的发展余地。

当前，消防报警与控制系统必须独立运行，并设置专门的消防监控中心，任何其他系统都不允许直接干预消防系统的控制，但允许消防系统联动控制其他设备或系统，也允许将消防系统的某些工作状态参数提供给机电设备自动控制等系统，并进而实现各种集成功能。间接实现的系统集成功能可以包括：

1）火灾事故发生时，除消防梯外，将其他电梯自动直接停在底层，并禁止使用；

2）火灾事故发生时，自动切断事故区域及相关区域内的动力电源与照明电源；

3）火灾事故发生时，自动关断事故所在楼层及下一层的通风与空调系统，当消防加压风机与排烟风机自动投入运行后，方可关断上一层的通风与空调系统；

4）火灾事故发生时，自动启动相关区域的CCTV录像系统；

5）火灾事故发生时，除自动启动紧急广播系统与事故照明系统外，将客房中的电视机屏幕显示强切到消防事故报警状态火区，并指示逃离方法与路线等，此外还可以通过CCTV系统，即在电视机屏幕上警告旅客迅速逃离火区；

6）火灾事故发生时，通过公众电信网或专门网络迅速向城市消防部门报告，以便及时组织力量灭火；

7）火灾事故发生时，通过公众电信网或专门网络迅速报告至城市交通管理部门，以便为消防车尽快抵达创造良好的交通环境；

8）火灾事故发生时，通过公众电信网或专门网络迅速报告至城市公安部门，以便及时调查原因，搞好现场安全环境和做好善后处理。

BAS的其他子系统均需根据实际工程的需求，进行各种不同的系统集成设计，此处不再一一叙述。