第四章楼宇基本设备及其控制特性

楼宇智能化技术广东工业大学自动化学院第四章楼宇基本设备及其控制特性第一节供配电系统第二节照明系统第三节空调与冷热源系统第四节给排水系统第一节供配电系统一、典型楼宇供配电系统二、供配电系统监测三、供电品质监测及改善四、应急电源系统一、典型楼宇供配电系统⒈负荷分布及变压器的配置变电所应尽量设在负荷中心，以便于配电，节省导线，也有利于施工。负荷中心实际上是一种最佳配电点，它需要按所要达到的优化目标及不同的计算条件而列出的目标函数来确定。就负荷的竖向分布来说，负荷大部分集中在下部，因此将变压器设置在建筑物的底部是有利的40层以上的高层建筑中，电梯设备较多，宜将变压器按上、下层配置或者按上、中、下层分别配置⒉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，一般都采用双电源进线，即要求有两个独立电源，常用的供电方案如图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)主供备用我国目前最常用的主结线方案如图4-2所示。采用两路lOkV独立电源，变压器低压侧采取单母线分段的方案。例如广州东方宾馆、白云宾馆均采用这种供电方案。10kV母线S1S2市电1市电2400V母线10kV/400V变压器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lOkV电源作为主电源，400V电源作为备用电源的高供低备主结线方案，如图4-3所示。380/220V母线10kV380/220V备用10kV/400V变压器⒊低压配电方式低压配电方式是指低压干线的配线方式,低压配电的结线方式可分为放射式和树干式两大类,混合式即放射一树干的组合方式a)放射式配电系统b)树干式配电系统c)混合式配电系统...低压配电屏......低压配电屏......低压配电屏...a)b)c)二、供配电系统监测供配电系统监测有如下内容：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。⒈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4-5所示。VVV电压变送器0～5VDC交-直变换ABC电压互感器电压互感器至DDC电压检测电流变送器0～5VDC至DDCA电流互感器6～10kV电流检测图4-5高压线路的电压及电流测量方法⒉功率、功率因数的检测比较精确的测量功率方法是采用模拟乘法器构成的功率变送器，或者用数字化测量的方法（高速采样电压、电流数据，再对数字信号进行处理），直接测量功率数据。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。因此，可以先测量功率因数，然后间接得出功率数据，这是一种间接的测量功率的方法。三、供电品质监测及改善供电品质的指标通常是电压、频率和波形，其中尤以电压和频率最为重要。电压质量包括电压的偏移、电压的波动和电压的三相不平衡度等.⒈频率⒉电压偏移⒊电压波动及谐波⒋电压的不平衡度⒈频率在电气设备的铭牌上都标有额定频率。我国电力工业的标准频率为50Hz。由于频率直接影响电子设备的正常工作，因此对于频率的偏差要求很严格，国家规定电力系统对用户的供电频率偏差范围为0.5%。对电网频率的检测可在低压侧进行，在电网的频率偏差超过允许值时，监测系统应予报警，必要时应切断市电供电，改用备用电源或应急发电机供电。⒉电压偏移各种电气设备的铭牌都标有它的额定工作电压。但在实际运行中由于电力系统负荷的变化或用户本身负荷的变化等原因，往往使用电设备的端电压偏离额定值。电压低于额定值往往是发生在高峰负荷时长线路的末端，电压高于额定值往往是发生在低负荷时线路的始端。当电压过高或过低时,监测系统应予以报警，同时需要采取系统或局部的调压及保护措施。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。⒊电压波动及谐波由于三相电气设备的三相绕组不完全对称，带有铁芯线圈的励磁装置、特别是大型可控硅装置、电力电子设备的应用，在电力系统中产生了与50Hz基波成整数倍的高次谐波，于是电压的波形发生畸变成为非正弦波。有源电力滤波器(APF--ActivePowerFilter)是消除和抑制谐波的新型技术,从理论上说,APF可以完全消除谐波,同时也可完全补偿无功电流。S非线性负载iL=i1p+in+i1qiLiF=-(in+i1q)iFis=i1pAPFi1p:基波有功电流i1q:基波无功电流in:谐波电流检测电源⒋电压的不平衡度在低压系统中一般采用Y/Y0三相四线制，单相负荷接于相电压上。由于单相负荷在三相系统中不可能完全平衡，因而三个相电压不可能完全平衡。电压的不平衡度可以通过测量三个相电压及三个相电流的数据，再经相互比较其差值来检测。差值越大则不平衡度相大。当这个不平衡电压加于三相电动机时，由于相电压的不平衡使得电动机中的负序电流增加，因而增加了转子内的热损失。在设计中应尽量使单相负荷平衡地分配在三相中，对相电压不平衡敏感的负荷如电子计算机类设备应采用分开回路的措施。同时监测系统应予报警。四、应急电源系统⑴自备发电机组容量的选择初步设计时自备发电机容量可以取变压器总装机容量的1O%～20%左右。⑵自备发电机组的机组选择1)启动装置;2)外形尺寸3)自启动方式4)冷却方式5)发电机宜选用无刷型自动励磁的方式发电机组运行流程图3s10s5min10min市电发电机发电机主开关市电消失市电恢复自启动停车主开关自动断闸ttt0⑶供电系统设计1)一路市电后备与一路自备电源2)两路市电与自备电源电梯消防事故照明自备发电机市电主供市电备用应急母线消防电梯消防设备事故照明大厅照明自备发电机市电I市电II应急母线UPS计算机保障负荷失压失压联锁G第二节照明系统一、楼宇照明设计二、楼宇照明设备三、照明控制系统一、楼宇照明设计照明设计的一般步骤：1)确定照明方式、照明种类、照度设计标准；2)确定光源及灯具类型，并进行布置；3)进行照度计算，并确定光源的安装功率；4)确定照明的配电系统；5)线路计算（包括负荷、电压损失计算，机械强度校验，功率因数补偿计算等）;6)确定导线型号、规格及敷设方式，并选择配电控制设备及其安装位置等；7)绘制照明平面布置图，同时汇总安装容量，列出主要设备及材料清单等⒈照度照度用来表示被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示。照度的单位为勒克斯(lx)，1勒克斯(lx)=1流明(lm)/1㎡。为了对照度有一个实际概念，下面举一些常见的照度数字。在40W白炽灯下l米处的照度约为30lx;加一搪瓷伞形罩后照度就增加到73lx;阴天中午室外照度约为8000～20000lx;晴天中午在阳光下的室外照度可高达80000～120000lx。一般地说，照度为llx时，人眼仅能辨别物体的轮廓;照度为5～1Olx时，看一般书籍比较困难;阅览室和办公室的照度不应低于5Olx。⒉照明方式和种类⑴工作照明正常工作时使用的室内、外照明。它一般可单独使用，也可与事故照明、值班照明同时使用，但控制线路必须分开。⑵事故照明正常照明因故障熄灭后，供事故情况下继续工作或安全通行的照明。⑶值班照明在非生产时间内供值班人员使用的照明。⑷警卫照明用于警卫地区周边附近的照明。⑸障碍照明装设在建筑物上作为障碍标志用的照明。⒊照明配电线路照明灯具的工作电压通常为220V,其配电线路采用380/220V三相四线制供电。线路一般采用放射式，由总配电盘经中央楼梯或两侧走廊处，采取干线立管的方式向各层分配电盘供电，如图4-10所示。各分配电盘引出的各支线对各房间的照明灯具供电。各层的分配电盘安装的位置应在同一垂直线上，便于干线立管的敷设。分配电盘干线立管总配电盘一楼二楼三楼四楼五楼二、楼宇照明设备⒈常用照明光源⑴白炽灯⑵卤钨灯⑶荧光灯（俗称日光灯）⑷荧光高压汞灯（高压水银荧光灯）⑸高压钠灯⑹金属卤化物灯（金属卤素灯）⑺管形氙灯（又称长弧氙灯）⒉照明光源的光电参数特性作照明用的光源，其主要性能指标是：光效、寿命、色温、显色指数、启动、再启动等。这些性能指标之间，有时是互相矛盾的。在实际选用时，一般应先考虑光效高、寿命长；其次才考虑显色指数、启动性能等。三、照明控制系统⒈跷板开关控制方式⒉断路器控制方式⒊定时控制方式⒋光电感应开关控制⒌智能控制方式⒈跷板开关控制方式以跷板开关控制一套或几套灯具的控制方式是采用得最多的控制方式，它可以配合设计者的要求随意布置,同一房间不同的出入口均需设置开关,单控开关用于在一处启闭照明。双控及多程开关用于楼梯及过道等场所，在上层下层或两端多处启闭照明。其接线图如图4-11所示。简单控制开关双程开关位置1位置2位置1位置2位置3onoff电源灯具多程开关位置1位置2位置3位置4⒉断路器控制方式该方式是以断路器（空气开关、交流接触器等）控制一组灯具的控制方式。此方式控制简单，投资小，线路简单，但由于控制的灯具较多，造成大量灯具同时开关，在节能方面效果很差，又很难满足特定环境下的照明要求,因此在智能化建筑中应谨慎采用该方式，尽可能避免使用。⒊定时控制方式该方式就是以定时控制灯具的控制方式。该方式可利用BAS的接口，通过控制中心来实现，但该方式太机械，遇到天气变化或临时更改作息时间，就比较难以适应，一定要通过改变设定值才能实现，显得非常麻烦。还有一类延时开关，特别适合用在一些短暂使用照明或人们容易忘记关灯的场所，使照明点燃后经过预定的延时时间后自动熄灭。⒋光电感应开关控制光电感应开关通过测定工作面的照度与设定值比较，来控制照明开关，这样可以最大限度地利用自然光，达到更节能的目的。也可提供一个较不受季节与外部气候影响的相对稳定的视觉环境。特别适合一些采光条件好的场所，当检测的照度低于设定值的极限值时开灯，高于极限值时关灯。⒌智能控制方式将楼宇内的照明设备分为若干组别，通过时间区域程序设置菜单，来设定这些照明设备的启/闭程序。当楼宇内有事件发生时，需要照明各组做出相应的联动配合。联锁控制信号照明启停信号备用电源切换信号扩展口检测，报警信息的显示，打印智能分站（DDC）系统管理中心联动输入信号照明电源故障检测报警照明系统故障检测报警扩展口通讯网(现场总线、控制局域网)上位机联锁控制信号照明启停信号备用电源切换信号扩展口检测，报警信息的显示，打印智能分站（DDC）联动输入信号照明电源故障检测报警照明系统故障检测报警扩展口第三节空调与冷热源系统一、空气的物理性质二、空气调节原理三、大气环境监测四、局部式、集中式空调系统五、中央空调六、通风系统七、集中供热、供冷系统一、空气的物理性质⒈空气的成分空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，称为湿空气,另外含有不同程度的灰尘、微生物、及其他杂质.⒉空气的状态参数⑴压力1)大气压力p2)水汽分压力pc⑵温度t或T⑶湿度1)绝对湿度xx=pc/(Rc·T)2)含湿量d3)相对湿度ψ⑷露点温度tl⒊空气状态参数相互间的关系当空气的水汽分压力pc不变时，空气温度t愈低，相对湿度ψ就愈大;t愈高，ψ愈小。当空气的相对湿度ψ不变时，空气温度t愈低，水汽分压力pc就愈小;t愈高，pc愈大。当空气温度t不变，则水汽分压力pc愈大，相对湿度ψ愈大;pc愈小，则ψ亦小。相对湿度ψ%t℃水汽分压力1020304050607080901002468101214161820222520181614121086Pc(100×Pa)二、空气调节原理空气调节主要是指空气的温度、湿度调节。居住室温夏季保持在25～27℃，冬季保持在16～2O