4章楼宇基本设备及其控制特性

第四章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统4.1.1典型建筑供配电系统4.1.2供配电系统监控4.1.3供电品质监测及改善4.1.4应急电源系统4.2照明系统4.2.1建筑照明设计4.2.2建筑照明设备4.2.3照明控制系统4.3空调与冷热源系统4.3.1空气的物理性质4.3.2空气调节原理4.3.3大气环境监测4.3.4局部式、集中式空调系统4.3.5中央空调4.3.6通风系统4.3.7集中供热、供冷系统4.4给排水系统4.4.1恒压供水系统4.4.2排水系统4.4.3水泵的节能运行本章简介第四章建筑基本设备及其控制特性建筑智能化首先是从楼宇建筑设备自动化开始的。智能化建筑中的机电设备和设施就是楼宇自动化系统的对象和环境，因此，我们有必要认识和掌握这些机电设备和设施的运行规律和控制特性。只有这样，才能设计出方案优秀的楼宇自动化系统，实现其全局的优化控制和管理。本章重点对供配电系统、照明系统、空调及冷热源系统、给排水系统的设备运行规律和控制特性进行了阐述。本章的难点在于这些系统设备种类很多，涉及多个学科和应用领域，要全面掌握所学需要有宽广的知识面基础。4.1供配电系统供配电系统简介：电力是现代文明的基础，没有电力就没有电气化和信息化。一所建筑如果没有自备发电机，则供配电系统就是其最主要的能源来源，一旦供电中断，建筑内的大部分电气化和信息化系统将立即瘫痪。因此，可靠和连续的供电是智能建筑得以正常运转的前提。与常规的供配电系统相比，智能化的供配电系统应能自动、连续、实时地监控所有变、配电设备的运行\故障状态和运行参数，还应具有故障的自动应急处理能力。第四章建筑基本设备及其控制特性电力系统（一）电力系统电力系统又常称为输配电系统或供配电系统，由发电厂、电力网（输电、变电、配电）和用户组成的统一整体。电力系统能够提高供电的安全性、可靠性、连续性、运行的经济性，并提高设备的利用率，减少整个地区的总备用容量。（二）电力网1、定义：电力网是电力系统的有机组成部分，它包括变电所、配电所及各种电压等级的电力线路。它能够实现电能的经济输送和满足用电设备对供电质量的要求。2、分类：输电网（大于35kV）和配电网（小于35kV）（三）电压等级0.22、0.38、3、6、10、35、110、220、330、550kV等10级第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统中大型楼宇的供电电压一般采用10kV，有时也可采用35kV。为了保证供电可靠性，应至少有两个独立电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立电源运行方式，原则上是两路同时供电，互为备用。此外，必要时还需装设应急备用发电机组。1、负荷分布及变压器的配置①用电负荷及分布高层建筑的用电负荷一般可分空调、动力、电热、照明等。空调在全空调商业楼宇中属大宗用电，约占40-50%，冷热源设备一般放在大楼的地下室、首层或下部。动力负荷主要指电梯、水泵、排烟风机等设备。普通建筑动力负荷较小，超高层建筑中，由于电梯负荷和水泵容量增大，负荷增加，就负荷竖向分布来说，大部分集中在下部。在40层以上高层建筑中，电梯设备较多，此类负荷大部分集中于大楼顶部，竖向中段层数较多，通常设有分区电梯和中间泵站。一、典型楼宇供配电系统第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统典型楼宇供配电系统②变压器配置负荷在下部的，变压器设置在建筑物的底部是有利的。负荷集中在顶部，竖向中段层数较多的，宜将变压器按上、下层配置或者按上、中、下层分别配置。2、供电系统的主结线电力的输送与分配，必须由母线、开关、配电线路、变压器等组成一定的供电电路，这个电路就是供电系统的一次结线即主结线。智能化建筑由于功能上的需要，一般采用双电源进线。常用供电方案：①两路高压电源，正常时一用一备②两路电源同时工作第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统10kV母线S1S2市电1市电210kV母线S1S2市电1市电2母线联络开关(a)(b)主供备用(a)一备一用(b)同时供电①两路高压电源，正常时一用一备当正常工作电源事故停电时，另一路备用电源自动投入中。优：减少中间母线联络柜和一个电压互感器柜，可节省投资、减小高压配电室建筑面积。缺：这种结线要求两路都能保证100%负荷用电，当清扫母线或母线故障时，将会造成全部停电。应用：常用在大楼负荷较小，供电可靠性要求相对较低的建筑中。第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统②两路电源同时工作10kV母线S1S2市电1市电210kV母线S1S2市电1市电2母线联络开关(a)(b)主供备用(a)一备一用(b)同时供电当其中一路故障时，由母线联络开头对故障回路供电。该方案增加了母线联络柜和电压互感器柜，变电所面积也要增大。应用：常用于大楼安装容量大，变压器台数多的商用性楼宇、高级宾馆、大型办公楼等。第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统双电源主结线方案10kV母线S1S2市电1市电2400V母线10kV/400V变压器自备发电机应急母线我国目前最常用的主结线方案：两路10kv独立电源，变压器低压侧采取母线分段。第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统高供低备主结线方案对于规模较小的建筑，由于用电量不大，当地获得两个电源又较困难，附近又有400V的备用电源时，可采用一路10KV电源作为主电源，400V电源作为备用电源。第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统智能化建筑高压供电只是将高压电源移至大楼附近而已，大楼内的用电设备仍是以低压为主。3、低压配电方式...低压配电屏.........低压配电屏.........低压配电屏......(a)放射式配电系统(b)树干式配电系统(C)混合式配电系统(a)(b)(c)第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统①定义：指低压干线的配线方式。低压配电干线一般指从变电所低压配电屏分路开关至各大型用电设备或楼层配电盘的线路。②低压配电的结线方式：放射式和树干式两大类。a、放射式配电：一独立负荷或一集中负荷均由一单独的配电线路供电。应用场所：供电可靠性高的场所；单台设备容量较大的场所；容量比较集中的地方。eg：大型消防泵、生活水泵、中央空调冷冻机组b、树干式配电：一独立负荷或一集中负荷按它所处的位置依次连接到某一条配电干线上。优：所需配电设备及有色金属消耗量较少，系统灵活。缺：干线故障时影响范围大。应用场所：适于用电设备比较均匀，容量不大，又无特殊要求的场合。c、混合式配电：放射一树干的组合方式，国内外智能楼宇低压配电方案基本上都采用放射式，楼层配电则为混合式。d、高层住宅中住户配电箱多采用单极塑料小型开关（一种自动开关组装的组合配电箱）。对一般照明及小容量插座采用树干式接线，即住户配电箱中每一分路开关带几盏灯或几个小容量插座；而对电热水器、窗式空调器等大宗用电量采用放射式供电。低压配电结线方式第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统1、目的：根据对测量所得的数据进行统计、分析，以查找供电异常情况、预告维护保养，并进行用电负荷控制及自动计费管理。电网的供电状况随时受到监视，一旦发生电网全部断电的情况，控制系统作出相应的停电控制措施，应急发电机自动投入，确保消防、安保、电梯及各通道应急照明用电，而类似空调、洗衣房等非必要用电负荷可暂时不与供电。同样，复电时控制系统也将有相应的复电控制措施。2、供配电系统监测内容：①各自动开关、断路器状态监测。②三相电压、电流检测。③有功、无功功率及功率因数检测。④电网频率、谐波检测。⑤变压器温度检测及故障状态报警。⑥用电量（kWh）检测。二、供配电系统监测第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统①高、低压端电压及电流自动检测对6～10kV高压线路的电压及电流测量方法如图所示。低压端（380／220V）的电压及电流测量方法与高压侧基本相同，只不过是电压和电流互感器的电压等级不同。②功率、功率因数的检测通过测量电压与电流的相差可测得功率因数，有了功率因数、电压、电流数值即可求得有功功率和无功功率。3、供配电系统监测第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统供电品质指标：电压、频率和波形。电压质量包括电压的偏移、波动和三相不平衡度。1、频率：电力工业标准频率＿＿＿国家规定电力系统对用户的供电频率偏差范围±0.5%。对电网频率的检测在低压侧进行。2、电压偏移：电力系统负荷的变化或用户本身负荷的变化引起。电压低于额定值往往发生在高峰负荷时长线路的＿＿，电压高于额定值往往发生在低负荷时线路的＿＿。对电压偏移的改善一般要求在电网的高压侧采取措施，使电网的电压随负荷的增大而升高，反之负荷减少电压降低。对于重要的负荷，宜在受电或负荷端设置调压及稳压器。按稳定对象分，可分为交流稳压器和直流稳压器。是交流稳压器，还是直流稳压器，要看稳压器的输出电压是交流还是直流。直流稳压器也常用交流电网供电。变压器、整流器、滤波器通常被看成是稳压器的一部分。三、供电品质的监测及改善第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统3、电压波动及谐波电压波动：短时间内的电压变化。eg：电动机的启动，电梯、电焊类冲击负荷工作。照明和电子设备对电压波动敏感。谐波：电力系统中交流电的波形理论上应为正弦波，但实际上由于三相电气设备的三相绕组不完全对称，带有铁心线圈的励磁装置，特别是大型可控硅装置、电力电子设备的应用，在电力系统中可产生与50Hz基波成整数倍的高效谐波，于是电压波形畸变成为非正弦波。消除和抑制谐波方法：______传统无源型LCR滤波器、有源电力滤波器APF4、电压的不平衡度低压Y/Y0三相四线制系统中，单相负荷接于相电压，三个相电压不可能完全平衡而产生的电压不平衡。不平衡电压加于三相电动机会使其负序电流增加，因而增加了转子内的热损失。在设计时应尽量使三相负荷平衡地分配在三相中。供电品质的监测及改善第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统四、应急电源系统第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统智能建筑中的用电负荷种类繁多，但并不是所有的用电负荷都必须在任何情况下保证供电，也就是说可以把用电负荷分成保证负荷和非保证负荷。保证负荷包括一级负荷和那些在非消防停电时仍要求保证的负荷，其余则为非保证负荷或一般负荷。一级负荷：智能高层建筑中的消防设备（消防水泵、消防电梯、应急照明等。民用高层建筑中的许多部位（银行证券大楼业务用的大型计算机、主机及大量工作站、微机；保安用的一些监控设备、大楼设备管理用和一些智能型设备及一些重要部分的照明等）供电要求：根据电气设计规范，一级负荷要求有两路电源供电，二级负荷当条件许可时也宜由两路电源供电，特别是属于消防用的二级负荷。为保障智能建筑供电安全可靠，设置自备发电机。1、自备发电机组容量的选择第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统自备发电机组容量的选择，目前尚无统一的计算公式，因此在实际工作中所采用的方法也各不相同。有的简单的按照变压器容量的百分比确定，例如用放大器容量的10—20%确定，有的根据消防容量相加，也有的根据业主的意愿确定。自备发电机容量选得太大，会造成一次投资的浪费，大功率电动机起动困难。选得太小，事故时满足不了使用要求。一般按自备发电机的计算负荷选择。在计算自备发电机容量时，智能建筑用电负荷分类：①保安型：保证大楼人身安全及大楼内智能化设备安全、可靠运行的负荷。eg：消防水泵、消防电梯、防排烟设备、应急照明及大楼设备的管理计算机监控系统设备、通信系统设备、从事业务用的计算机及相关设备等。②保障型：保障大楼运行的基本设备负荷，主要有工作区照明、部分电梯、通道照明等。自备发电机组容量的选择第4章建筑基本设备及其控制特性4.1供配电系统③一般负荷：除上述负荷外的负荷。eg：舒适用的空调、水泵及其他一般照明、电力设备。第一类负荷必须考虑在内，第二类负荷是否考虑应视城市电网情况及大楼的功能而定。考虑保安型负荷和部分保障型负荷不同时使用，择其大者作为发电机组的设备容量。在初步设计时自备发电机容量可取变压器总装机容量的10％-20％左右。2、自备发电机组的机组选择①启动