建筑弱电应用技术 课题4 建筑设备监控系统 主 编：喻建华 陈旭平 副主编：沈永跃.

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1 建筑弱电应用技术 课题4 建筑设备监控系统 主 编：喻建华 陈旭平 副主编：沈永跃

2 课题4 建筑设备监控系统 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 4.2 空气调节基础知识 4.3 传感器 4.4 典型执行机构
课题4 建筑设备监控系统 1 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 4.2 空气调节基础知识 2 4.3 传感器 3 4.4 典型执行机构 4 1.1 计算机网络概述 4.5 BAS各子系统的监测与控制 5 4.6 BAS中央控制室 6

3 课题4 建筑设备监控系统 【知识点】 BAS的功用及构成;基本PID控制;空气调节基础知识;传感器、执行器和DDC控制器；BAS各子系统的监测参数与控制方法。 【能力目标】 1掌握BAS的构成、DDC的构造及其在楼宇设备控制中所起的作用； 2掌握各子系统的监测参数及控制方法； 3熟悉系统安装和布线的方法； 4了解BAS设备联动控制。

4 课题4 建筑设备监控系统 建筑设备监控系统又称为楼宇设备控制系统(Building Automation System，简称为BAS)，是对建筑物或建筑群内的建筑设备进行运行和节能的监测与控制。按《民用建筑电气设计规范》的划分，建筑设备共有七个子系统： (1) 冷冻水及冷却水系统； (2) 热交换系统； (3) 采暖通风及空气调节系统； (4) 给水与排水系统； (5) 供配电系统； (6) 公共照明系统； (7) 电梯和自动扶梯系统。

5 课题4 建筑设备监控系统 BAS按工作范围有两种定义方法，即广义的BAS主要包括楼宇设备控制系统、安全防范系统、消防报警系统三大部分，狭义的BAS专指楼宇设备控制系统。本课题以狭义的BAS定义来进行叙述。

6 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 将湿度、温度、压力等非电物理量通过传感器转换成电压、电流等电气信号并非最终目的，还需对被测物理量进行深入分析、比较和调整，达到对其进行有效控制的目的。 楼宇设备控制系统主要由数字控制器、传感器、执行器和被控对象组成。而数字控制器又是楼宇设备控制系统的核心部分，其控制手段、控制策略和控制方式以及调节特性决定了整个楼宇控制系统的可靠性、有效性和智能性。

7 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 4.1.1 控制系统基本原理
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 控制系统基本原理 按照控制系统是否具有反馈环节，控制系统可分为开环控制和闭环控制两种。没有反馈环节的称为开环控制系统，反之称为闭环控制系统。 1开环控制系统 如果系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，这样的系统称为开环控制系统。由于没有反馈控制作用，开环控制系统的优点是结构简单、造价低廉、容易实现，并且系统的稳定性好。对于那些输入量和输出量之间的关系固定不变，而且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或者这些扰动能预先确定并能进行补偿，则应尽量采用开环控制系统。

8 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 但是,开环控制系统的控制精度低，抗干扰能力差,所以只能用在干扰不强烈、控制精度要求不高的场合。开环控制原理如图4.1所示。 图4.1 开环控制原理图

9 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 2闭环控制系统
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 2闭环控制系统 如果系统的输出量被引回来作用于系统的控制部分，形成闭合回路，这样的系统称为闭环系统，也称反馈控制系统。其特点是由输入信号和输出信号的偏差对系统进行控制，即系统的输出量对控制量有直接的影响。将检测出来的输出量送回到系统的输入端并与输入信号相减的过程称为负反馈。输入信号(又称给定值)与反馈信号(又称测量值)之差称为偏差。偏差作用在控制器上，使系统的输出值趋近于给定值。闭环控制的实质即是利用负反馈的作用来减少系统的偏差。

10 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 应用在工程上就是通过测量元件对被控制对象的被控参数进行测量，与给定值进行比较，如有偏差，控制器就产生控制作用驱动执行机构工作，直到被控参数值满足预定需求为止。 无论造成偏差的因素是外来干扰(如环境条件等)还是内部干扰(如给定值变化)，闭环系统的控制作用总是使偏差趋向下降。因此，它具有自动修正被控量偏离给定值的能力，且精度高、适应面广，是基本的控制系统。闭环控制原理如图4.2所示。

11 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 图4.2 闭环控制原理图

12 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 4.1.2 控制系统性能指标
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 控制系统性能指标 楼控系统的控制性能指标可以用稳定性、能控性、能观测性、稳态特性、动态特性等来表征，相应地可以用稳定裕度、稳态指标、动态指标和综合指标来衡量一个控制系统的优劣。

13 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 1系统的稳定性
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 1系统的稳定性 稳定性是指控制系统在受到外界或内部各种因素的扰动作用，使得平衡状态被破坏以后，经过自动调节，使系统重新回到稳定状态的能力。当系统受到扰动后，偏离了原来的平衡状态，而在扰动消失以后，如果系统不能回到原来的平衡状态，则这种系统是不稳定的;反之，如果扰动消失后，系统经过自身的调节作用，使偏离逐渐减小，最后恢复到平衡状态，那么这种系统就是稳定的。控制系统只有稳定才有可能谈得上系统性能的优劣。

14 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 2系统的能控性和能观测性
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 2系统的能控性和能观测性 控制系统的能控性和能观测性在多变量最优控制中是两个重要的概念，能控性和能观测性从状态的控制能力和状态的测辨能力两个方面揭示了控制系统的两个基本问题。 3动态指标 在经典控制理论中，用动态时域指标来衡量系统性能的优劣。动态指标能够比较直观地反映控制系统的过渡过程特性，动态指标包括超调量σ、调节时间ts、峰值时间tp、衰减比η和震荡次数N。过渡过程特性 如图4.3所示。

15 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 图4.3 过渡过程特性图

16 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 4稳态指标
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 4稳态指标 稳态指标是衡量控制系统精度的指标，用稳态误差eSS来表征。稳态误差表征了控制精度，因此稳态误差越小越好。稳态误差与控制系统本身的特性有关，也与系统的输入信号的形式有关。 5综合指标 在现代控制理论中，如最优控制系统的设计，经常使用综合性指标来衡量一个控制系统。选择不同的性能指标，使得系统的参数、结构等也不同。所以，设计时应当根据具体情况和要求，正确选择性能指标。

17 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 4.1.3 基本PID控制
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 基本PID控制 按偏差的比例、积分、微分（PID）进行控制是连续系统控制理论中技术最成熟、应用最广泛的一种控制技术。它的结构简单，参数调整方便，是在长期的工程实践中总结出来的一套有效的控制方法。PID调节在楼控系统中有着大量的应用。针对楼宇设备控制，由于难以建立精确的数学模型，系统的参数经常发生变化，人们往往采用PID控制技术，根据经验进行在线调整，从而得到满意的控制效果。

18 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 1比例调节(P)
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 1比例调节(P) 比例调节的特性为：当被调节参数与给定值有偏差时，调节器能按被调参数与给定值的偏差大小与方向发出与偏差成正比例的控制信号。比例调节器的方程为： 式中u(t)——调节器的输出； e(t)——调节器的输入，它是测量值与给定值之差； Kp——比例常数，也就是调节器的放大倍数。

19 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 比例调节器的特点是调节速度快、稳定性高、不容易产生过调节现象。其缺点是调节过程最终有残余偏差，而且被调参数不能回到给定值，特别是负载变化幅度较大时，残余偏差更大。对于扰动大且惯性也较大的系统，若采用单纯的比例调节则很难兼顾动态和静态特性。比例调节通常用在调节精度要求不太高，调节时允许有残余偏差且工艺要求变化较快的地方，如锅炉水位控制及高容量贮罐中压力、流量的调节等。比例调节器特性如图4.4所示。

20 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 图4.4 比例调节器特性图 (a) 输入波形；(b) 输出波形

21 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 2积分调节(I)
4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 2积分调节(I) 积分调节是当被调参数与给定值发生偏差时，调节器输出使调节机构动作，一直到被调参数与给定值之间偏差消失为止。因而调节工程结束时，被调参数回到给定值，即误差残余为零，其方程为 式中u(t)——调节器输出； Ti——积分时间常数； e(t)——调节器的输入，它是测量值与给定值之差。

22 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 采用积分调节要求被调参数具有自平衡能力，自平衡能力越大，调节的质量越好。且调节速度要求较低，干扰的作用不能变化太快，因此积分调节器单独使用的场合不多，只能用在一些小型的调节上。积分调节多用于压力、流量和液位的调节，而不宜用于温度调节。积分调节器特性如图4.5所示。

23 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 图4.5 积分调节器特性图 (a) 输入波形；(b) 输出波形

24 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 3比例积分调节(PI) 要真正做到无偏差调节，更多的是用比例积分调节。比例积分调节的特点是当被调参数与给定值发生偏差时，调节器的输出信号不仅与输入偏差保持比例关系，同时还与偏差存在的时间长短成比例，比例积分调节综合了比例调节和积分调节的优点。其方程为： 式中u(t)——调节器输出； Kp——比例常数，也就是调节器的放大倍数； Ti——积分时间常数； e(t)——调节器的输入，它是测量值与给定值之差。

25 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 对于PI调节器，只要有偏差存在，积分调节就不断起作用。PI调节器能够将比例调节的快速性与积分调节消除静差的作用结合起来，所以PI调节既克服了单纯比例调节存在静差的缺点，又避免了积分调节响应慢的缺点，即静态和动态特性均得到了改善。比例积分调节器特性如图4.6所示。

26 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 图4.6 比例积分调节器特性图 (a) 输入波形；(b) 输出波形

27 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 4比例微分调节(PD) 比例微分调节的特点是:当被调参数与给定值发生偏差时，调节器的输出信号不仅与输入偏差保持比例关系，同时还与偏差的变化速度有关。其方程为 式中u(t)——调节器输出； Kp——比例常数； Td——微分时间常数； e(t)——调节器的输入，它是测量值与给定值之差。

28 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 在调节器中加入微分作用，即在偏差刚出现、偏差值尚不大时，根据偏差变化的速度，提前给出较大的调节作用，使偏差尽快消除。由于调节及时，可以大大减少系统的动态偏差及调节时间，从而改善了过程的动态品质。比例微分调节器特征如图4.7所示。

29 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 图4.7 比例微分调节器特性图 (a) 输入波形；(b) 输出波形

30 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 5比例积分微分调节(PID) 比例积分微分调节的特点是:当被调参数与给定值发生偏差时，调节器输出信号不仅与输入偏差信号大小及偏差存在时间长短有关，还与偏差变化的速度有关。其方程为 式中u(t)——调节器输出； Kp——比例常数； Ti——积分时间常数； Td——微分时间常数； e(t)——调节器的输入，它是测量值与给定值之差。

31 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 PID调节器首先是比例、微分作用，使其调节作用加强，然后再进行积分，直到最后消除静差为止。因此，PID调节器无论从静态还是从动态角度看，调节品质均得到了改善，从而使PID调节器成为一种应用最为广泛的调节器。由于微分作用发生在过渡过程的初期，可以大大改善惯性滞后较大系统的调节品质。楼宇设备控制系统中PID调节常常用在惯性滞后大的场合，如温度测量等。比例积分微分调节器特性 如图4.8所示。

32 4.1 控制系统基本原理及控制器调节特性 图4.8 比例积分微分调节器特性图 (a) 输入波形；(b) 输出波形

33 4.2 空气调节基础知识 空气调节是使室内空气的温度、湿度、洁净度、气流速度和压力等参数按不同的需求保持在一定范围的技术,由此给人们的工作、生活提供一个舒适的环境，为生产提供适宜条件。在特殊情况下，有时还要求对空气的压力、成分、气味及噪声进行调节与控制。在楼宇设备控制系统中，空调暖通设备是最复杂的部分之一，为了提高空调的舒适性，更好地发挥空调设备的性能，要对调节的对象——空气的物理特性有所了解。

34 4.2 空气调节基础知识 将湿度、温度、压力等非电物理量通过传感器转换成电压、电流等电气信号并非最终目的，还需对被测物理量进行深入分析、比较和调整，达到对其进行有效控制的目的。 楼宇设备控制系统主要由数字控制器、传感器、执行器和被控对象组成。而数字控制器又是楼宇设备控制系统的核心部分，其控制手段、控制策略和控制方式以及调节特性决定了整个楼宇控制系统的可靠性、有效性和智能性。

35 4.2 空气调节基础知识 4.2.1 空气的物理性质 1空气的成分
4.2 空气调节基础知识 空气的物理性质 1空气的成分 自然界的空气主要是由干空气和水蒸气组成的，称之为湿空气。干空气按质量比是由75.55％氮(N2)、23.1％氧(O2)、0.05％二氧化碳(CO2)和一些其他的稀有气体(1.3％)所组成。另外,空气中还含有不同程度的灰尘、微生物和其他气体杂质。空气中水蒸气的不同含量将会造成不同的空气状态。湿空气是我们生活的真实空气环境，而空气调节以湿空气为对象，主要是解决空气的温度和湿度问题。

36 4.2 空气调节基础知识 2空气的状态参数 空气的物理性质不仅取决于它的组成成分，而且也与它所处的状态有关。空气的状态可用一些物理量来表示，例如温度、压力和湿度等，这些物理量统称为空气的状态参数。在空气调节的过程中，常涉及的空气状态参数有：

37 4.2 空气调节基础知识 (1) 压力 一般情况下人们把流体作用于单位面积上的垂直作用力称为压强。而在空调工程中，习惯把压强简称为压力。大气压力(P)会随着季节、天气变化而稍有变化。通常以北纬45°海平面上的平均气压作为一个标准大气压，或称物理大气压,它相当于 kPa(760 mmH2O)。由于大气压力的不同，空气的一些性质也会有所不同。

38 4.2 空气调节基础知识 任何气体分子，由于不停的热运动的结果，使它们都具有一定的压力。水蒸气当然也不例外。空气的压力是由水蒸气和干空气共同作用的结果，两种气体各有自己的压力，称为分压力，而两者之和应该是空气的总压力。由道尔顿定律可知，混合气体各成分分压力与其他气体存在与否无关，水气分压力（Pc）的大小反映了水蒸气的多少，是空气湿度的一个指标。空气越潮湿，水气分压力越大。湿空气中水蒸气的饱和压力与湿空气温度之间存在对应关系，这可以在热工手册中查到。

39 4.2 空气调节基础知识 (2) 温度 温度是表示空气冷热程度的指标，它反映了空气分子热运动的剧烈程度。一般用t表示摄氏温度(℃)，用T表示绝对温度(K),二者之间的关系为： T＝273+t 空气温度的高低对人体的舒适性和健康程度影响很大,它是衡量空气环境对人体和生产是否合适的一个重要参数。一般居住条件的室温，夏季应保持在25～27 ℃，冬季应保持在16～20 ℃。

40 4.2 空气调节基础知识 空气温度通常用干球温度(t)和湿球温度(tsh)来表示。普通的水银（或酒精）温度计的示值称为干球温度，也就是通常所说的温度。用纱布将温度计的温包裹住，并保证纱布上始终浸润着蒸馏水，由此来测量湿球温度。由于湿空气在未达到饱和之前，湿布上的水分就会蒸发，吸收了一部分汽化潜热，所以湿球温度计上的读数总比干球温度计的读数低些。空气的相对湿度愈小，湿球上的水分蒸发得就愈快，湿球温度降低的幅度就愈大。比较这两个温度值便可计算出相对湿度。

41 4.2 空气调节基础知识 (3) 露点温度 空气在某一温度下，如果水蒸气达到饱和状态即相对湿度等于100％，此时，空气中的水汽便开始结露凝结成水，对应的温度称为露点温度。 可由空气性质从表中查出饱和含湿量对应的温度，这个温度就是露点温度t1。因此，根据空气的含湿量可以确定露点温度。

42 4.2 空气调节基础知识 (4) 湿度 人体所感觉的冷热程度不仅与空气温度的高低有关，而且还与空气中水蒸气的多少有关，即与湿度有关。空气中的湿度有以下表示方法： ① 绝对湿度(X) 1 m3湿空气中含有的水气量(kg)，称为空气的绝对湿度，即 式中GC——水汽的重量，kg； VC——湿空气的体积，m3。 绝对湿度实际上是水蒸气的密度。由于湿空气的体积受许多因素的影响，很难精确测量，因此在工程上一般不采用绝对湿度。

43 4.2 空气调节基础知识 ② 含湿量 用1 kg干空气含有的水气量来代表空气湿度，这样就可以排除空气温度和水气量变化时对湿度这个概念造成的影响，这种湿度习惯上称为含湿量。 在空调技术中，含湿量和温度一样，是一个十分重要的参数，它反映了空气带有水气量的多少。在任何空气发生变化的过程中，例如加湿或干燥，可以用含湿量来反映水气量增减的情况。

44 4.2 空气调节基础知识 ③ 相对湿度(Φ) 在一定温度下，湿空气中水蒸气的含量有一最大限度，超过这个限度，多余的水蒸气就会凝结成水。相对湿度表示绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度。通常用Xb来表示饱和绝对湿度,则相对湿度可以表示为: 相对湿度的值在0～100%范围内变化。在一定的温度下，相对湿度愈大，空气就愈潮湿；相对湿度愈小，空气就愈干燥。在空调中，相对湿度是衡量空气环境的潮湿程度对人体和生产是否合适的一项重要指标。 Φ

45 4.2 空气调节基础知识 (5) 焓 焓反映了一定状态下空气所含能量的多少，也决定了空调系统加热或制冷单位空气所需的能量。它的计算以1 kg干空气为基础，一般近似认为0 ℃时干空气焓为零，这样，如果湿空气温度为t ℃，含湿量为d g/kg(干空气)，则该湿空气焓为干空气焓和水蒸气焓之和。(1+d) kg湿空气焓值用公式表达为: 式中ig——1 kg干空气焓； ip——d kg水蒸气焓； I——(1+d) kg湿空气的焓值,kJ／kg。 I＝ig+ip

46 4.2 空气调节基础知识 空气的焓主要是由与空气温度有关的t项以及与含湿量有关的d项这两部分组成。前者随温度变化，称为显热部分；后者随含湿量变化，称为潜热部分。 3空气状态参数相互间的关系 如果已知两个相互独立的空气状态参数，就可以推算出其余的状态参数。为了方便直观，工程上将它们之间的关系用一张线算图来表示，该图的横坐标为含湿量，纵坐标为温度，下方为焓，该图称为焓湿图， 如图4.9所示。每一张焓湿图都是在一定的大气压条件下绘制的，空气状态参数都可在图上表示。

47 4.2 空气调节基础知识 4.2 空气调节基础知识 图4.9 焓湿图

48 4.2 空气调节基础知识 三个状态参数中，只要知道其中两个就可在图中查得另外一个。例如,图4.9所示焓湿图上有一点A，过A点沿等湿线作一直线，向上交含湿量刻度线于B，再向上交水蒸气分压力刻度线于B′，则可从B点读出空气的焓湿量值，从B′点可读出水蒸气分压力值。将BA向下延长，交相对湿度为100％的线于点F，过点F作一条等温线，交温度坐标轴于点F′，则从F′点可读出露点温度。 过A作一条等温线，交温度坐标轴于点C，则C点读数为干球温度。 过A作一条等焓线，交相对湿度为 100％的线于点E，交焓坐标轴于点D，从D点可读出空气的焓值。过E点作一条等温线，交温度坐标轴于点E′，从E′点可读出空气的湿球温度。

49 4.2 空气调节基础知识 4.2.2 空气调节系统的组成与分类
4.2 空气调节基础知识 空气调节系统的组成与分类 空调系统一般由空气调节处理系统,冷热媒输送系统和冷、热源系统三部分组成。楼宇设备控制系统中空调控制就是针对以上几部分进行监视、测量及自动控制。

50 4.2 空气调节基础知识 4.2.2.1 空气调节处理系统 1按空气处理设备的设置位置情况分类
4.2 空气调节基础知识 空气调节处理系统 1按空气处理设备的设置位置情况分类 (1) 集中式系统 即空气处理设备(过滤、冷却、加热、加湿设备和风机等)集中设置在空调机房内，空气经处理后由风管送入各房间的系统。这种系统便于集中管理、维护。在智能建筑中，一般采用集中式空调系统。对空气的处理集中在专用的机房里，对处理空气用的冷源和热源也有专门的冷冻站和锅炉房。

51 4.2 空气调节基础知识 (2) 半集中空调系统 除了集中空调机房外，还设有分散在被调节房间的二次设备 (又称末端装置)。其功能主要是在空气进入被调节房间前对来自集中处理设备的空气做进一步的补充处理。其典型设备为风机盘管系统。 (3) 全分散系统 也称局部空调机组，这种机组通常把冷、热源和空气处理、输送设备(风机)集中设置在一个箱体内，形成一个紧凑的空调系统。常用的窗式和柜式空调属于这种情况，它们都不需要集中的机房，安装方便，使用灵活。

52 4.2 空气调节基础知识 2按负担室内热湿负荷所用输送介质分类
4.2 空气调节基础知识 2按负担室内热湿负荷所用输送介质分类 (1) 全空气系统 房间的全部负荷均由集中处理后的空气负担。由于空气的比热容较小，全空气系统需要较多的空气才能达到消除余热、余湿的目的。因此，这种系统需要较大断面的风道，占用建筑空间较多。定风量或变风量的集中式空调系统属于全空气系统。 (2) 全水系统 房间负荷全部由集中供应的冷、热水负担。由于水的比热容比空气大得多，所以在相同负荷的情况下，全水系统的输送管道占用的建筑空间较少。但这类系统仅能调节温度，不能调节湿度，并且不能解决通风换气问题，室内空气品质较差，所以用得不多。

53 4.2 空气调节基础知识 (3) 空气／水系统 即房间的负荷由集中处理的空气负担一部分，其他负荷由水作为介质在送入空调房间前对空气再次处理(加热或冷却)的系统。这种系统的优点是既可解决全空气系统风道占用空间大的问题，又可以向空调房间输送一定量的新风来换气，以改善空调房间的卫生条件。常见的空气／水系统有空气风机盘管机组系统、空气水辐射板系统。 (4) 制冷剂系统 即室内负荷由制冷和空调机组组合在一起的小型设备负担。它按直接蒸发机组的安装组合情况可分为窗式、立柜式和分体式等。

54 4.2 空气调节基础知识 3按使用空气的来源分类 (1) 全回风式系统（又称封闭式系统） 指全部采用再循环空气的系统，即室内空气经处理后再送回室内，以消除室内的热湿负荷。 (2) 全新风系统（又称直流式系统） 指全部采用室外新鲜空气的系统，即新风经处理后送入室内，消除室内的热湿负荷后，再排到室外。 (3) 新、回风混合式系统 指采用一部分新鲜空气和室内空气（回风）混合的全空气系统，它介于上述两种系统之间。

55 4.2 空气调节基础知识 4按空气流量状态分类 (1) 定风量系统即系统在运行过程中风量始终保持恒定。
4.2 空气调节基础知识 4按空气流量状态分类 (1) 定风量系统即系统在运行过程中风量始终保持恒定。 (2) 变风量系统即系统在运行过程中风量按一定的控制要求不断调整，以满足不同工况的需要。

56 4.2 空气调节基础知识 4.2.2.2 冷热媒输送系统 1按冷、热水管道的设置方式划分
4.2 空气调节基础知识 冷热媒输送系统 1按冷、热水管道的设置方式划分 (1) 双管制系统 进行热湿处理的表面换热器的供、回水管在供热水或冷水时共用，即这套供、回水管内冬天供的是热水,夏天供的是冷水，管网内有冬／夏转换阀门。 (2) 三管制系 统进行热湿处理的表面换热器的供、回水管按冷、热水管分别设置，共3根管，分别为热水供水管和回水管、冷水供水管和回水管、回水管合用。 (3) 四管制系统 进行热湿处理的表面换热器的供、回水管按冷、热水管分别设置，共4根管，分别为热水供水管和回水管、冷水供水管和回水管。

57 4.2 空气调节基础知识 2按水量特征划分 (1) 定水量系统 在空调水系统中，系统水量基本不变，系统水量由水泵的运行台数决定。
4.2 空气调节基础知识 2按水量特征划分 (1) 定水量系统 在空调水系统中，系统水量基本不变，系统水量由水泵的运行台数决定。 (2) 变水量系统 在空调水系统中，终端设备常用电动二通阀，而电动二通阀的开度又是经常变化的，则系统的水量也一定是变化的。为使变化的水量系统能与恒水量工作冷水机组相适应，常用方法是在供、回水总管上设置压差旁通阀，根据供、回水总量的水压差来调节电动旁通阀的开度，以保持冷水机组的恒水量工作。

58 4.2 空气调节基础知识 3按水的性质划分 (1) 冷却水系统
4.2 空气调节基础知识 3按水的性质划分 (1) 冷却水系统 空调系统中的冷却水系统是专为冷水机组或直接蒸发式空调机组而设置的。冷却水带走机组中的热量，保证机组正常工作。 从冷却塔来的冷却水(通常为32 ℃)经冷却泵加压后送入冷水机组，带走冷凝器的热量，温度升高的冷却回水(通常设计为37 ℃)被送至冷却塔上部进行喷淋。由于冷却塔风扇的转动，使冷却水在喷淋下落过程中不断与室外空气发生热交换而冷却，冷却后的水落入冷却塔集水盘中，又重新送入冷水机组以完成冷却水循环。在冷却水的循环过程中损失的部分可通过补水箱进行补充。

59 4.2 空气调节基础知识 (2) 冷冻水系统 冷冻水系统是一个封闭的水循环系统。由冷水机组提供的7 ℃的冷冻水经冷冻泵加压后送入空调机组，在表冷器中与空气进行热湿处理，处理后的冷冻水温度升高，并重新回到冷水机组进行冷冻处理。

60 4.2 空气调节基础知识 (3) 热水系统 空调系统中的热水系统也是一个封闭的水系统。由城市管网或蒸汽锅炉提供的高温蒸汽或热水锅炉提供的高温热水经过换热器转换成空调系统所需的65～70 ℃的热水。热水经热水泵加压后送入空调机组，在表面换热器(表冷器)中与空气进行热湿处理，处理后的热水温度降低，并重新回到换热器进行加热处理。

61 4.2 空气调节基础知识 冷、热源系统 能为空调系统的空气处理设备对空气进行热湿处理提供冷热量的物质和装置，都可以作为空调的冷、热源。这样的物质有地下水、冰等，其装置主要是各种制冷设备和锅炉。 1冷源装置 冷水机组是中央空调系统采用最多的冷源，它是可向空调系统提供处理空气所需的低温水(又称为冷冻水)的制冷装置。冷水机组的类型繁多，目前常用的主要有两大类：一类是电力驱动的蒸汽压缩式冷水机组，另一类是热力驱动的吸收式冷水机组。

62 4.2 空气调节基础知识 (1) 压缩式制冷 低压制冷剂蒸汽在压缩机内被压缩为高压蒸汽后进入冷凝器，制冷剂和冷却水在冷凝器中进行热交换，制冷剂放热后变为高压液体，通过热力膨胀阀后，液态制冷剂压力急剧下降，变为低压液态制冷剂后进入蒸发器。在蒸发器中，低压液态制冷剂通过与冷冻水的热交换而发生汽化，吸收冷冻水的热量而成为低压蒸汽，再经过回气管重新吸入压缩机，开始新的一轮制冷循环。很显然，在此过程中制冷量即是制冷剂在蒸发器中进行相变时所吸收的汽化潜热。 从压缩机的结构来看，压缩式制冷大致可分为往复压缩式、螺杆压缩式和离心压缩式三大类，近年来新研制的涡旋压缩式制冷机也已开始在一些小型机组上逐渐应用。

63 4.2 空气调节基础知识 (2) 吸收式制冷 吸收式制冷与压缩式制冷一样，都是利用低压制冷剂蒸发产生的汽化潜热进行制冷的。两者的区别是：压缩式制冷以电为能源，而吸收式制冷则是以热为能源。在高层民用建筑的空调制冷中，吸收式制冷所采用的制冷剂通常是溴化锂水溶液，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。因此，通常溴化锂制冷机组的蒸发温度不可能低于0 ℃，从这一点上可以看出溴化锂制冷的适用范围不如压缩式制冷广。但在高层民用建筑空调系统中，由于要求空调冷水的温度通常为6～7 ℃，因此还是比较容易满足的。

64 4.2 空气调节基础知识 从溴化锂制冷机组的制冷循环中可以看出，它的用电设备主要是溶液泵，电量为5～10 kW，这与压缩式冷水机组数百千瓦相比是微不足道的。因此，当建筑物所在地的电力紧张且无法满足空调设备要求的前提下，可以选择溴化锂吸收式冷水机组；如果当地的电力系统允许的话，还是应优先选择压缩式冷水机组。

65 4.2 空气调节基础知识 2热源装置 (1) 热源分类 ① 按热源性质不同可分为蒸汽和热水两大类；
4.2 空气调节基础知识 2热源装置 (1) 热源分类 ① 按热源性质不同可分为蒸汽和热水两大类； ② 按热源装置不同可分为锅炉和热交换器两大类。 (2) 冷热水机组 直燃吸收式冷水机组(简称直燃机)就是把锅炉与溴化锂吸收式冷水机组合二为一，通过燃气或燃油产生制冷所需要的能量。直燃机按功能不同可分为三种形式：单冷型——只提供夏季空调用冷冻水；冷暖型——在夏季提供空调用冷冻水，而冬季供应空调用热水；多功能型——除能够提供空调用冷、热水外，还能提供生活用热水。

66 4.2 空气调节基础知识 直燃机由高／低压发生器、高／低压换热器、冷凝器、蒸发器、冷水泵、溶液泵、控制设备及辅机等主要设备组成，它的工作原理分为制冷循环、供热循环和卫生热水循环三种不同方式。 空调供热循环产生的热水温度一般为55～60 ℃，在空调供热循环中，蒸发器用作冷凝器，通过阀门的切换使高压发生器产生的冷凝水蒸气直接进入蒸发器，与热水进行热交换后变为冷水进入吸收器，高压发生器产生的中间溶液流入吸收器中，吸收由蒸发器来的经放热后的冷水而成为稀溶液，通过溶液泵重新送入高压发生器中，完成了一个供热循环过程。在这一过程中，冷水泵停止运行。

67 4.3 传感器 一个楼宇设备控制系统由测量变送装置、计算处理装置、执行装置几个部分组成。系统通过传感器完成对湿度、压力和温度等非电物理量的监测，并将其转换成相应的电学量，而变换后的电量作为被调参数送到计算处理装置。计算处理装置将被调参数与设定值进行比较，出现偏差后，按系统的不同要求进行相应的调节，输出控制信号，去控制执行机构的运行。 将非电量 (例如压力、温度、流速等) 转换为电量的器件称为传感器。把非电量转换为电量，然后进行检测，对于楼宇控制系统来说，占有极为重要的地位，其精度及可靠性在某些场合甚至成为解决实际问题的关键。

68 4.3 传感器 系统需要的被测信号以输出状态划分，一般分为开关量和模拟量两种。所谓开关量输入，是指输入信号为状态信号，其信号电平只有两种，即高电平和低电平。对于这类信号，只需经放大、整形和电平转换处理后，即可直接送入计算机系统。对于模拟量输入，由于模拟信号的电压或电流是连续变化的信号，因此对其进行处理就比较复杂，在进行小信号放大、滤波量化等处理过程中须考虑干扰信号的抑制、转换精度及非线性等诸多因素。这种信号在楼宇控制系统中主要有对温度、湿度、压力、流量、液位、浓度等的处理。同样，楼宇控制系统对外部设备进行控制也需要开关量和模拟量的输出。

69 4.3 传感器 传感器的主要作用是拾取外界有效信息，如同人类在从事生产劳动时通过五官等器官感知周围信息一样。在现代化的楼宇设备控制中，传感器是必不可少的基础组成部分，它实现两种不同形式的量值之间的变换，目的是为了便于计量和检测。传感器一般是由敏感元件、传感元件和其他辅助器件组成。 由于建筑设备监控系统处理的控制过程响应时间通常比传感器响应时间大得多，因此传感器的选择主要考虑精度和量程。

70 4.3 传感器 1传感器精度 传感器的精度应满足系统控制及参数测量的要求,必须高于要求的过程控制精度1个等级。 2传感器量程
4.3 传感器 1传感器精度 传感器的精度应满足系统控制及参数测量的要求,必须高于要求的过程控制精度1个等级。 2传感器量程 (1) 温度传感器量程应为测点温度的1.2～1.5倍。 (2) 压力（压差）传感器的工作压力（压差）应大于测点可能出现的最大压力（压差）的1.5倍，量程应为测点压力（压差）的1.2～1.3倍。 (3) 流量传感器量程应为系统最大流量的1.2～1.3倍，且应耐受管道介质最大压力，并能瞬态输出。流量传感器的安装部位应满足上游10D（管径）、下游5D的直管段要求。当采用电磁流量计或涡轮流量计时，其精度宜为1.5%。

71 4.3 传感器 (4) 液位传感器宜使正常液位处于仪表满量程的50%处。
4.3 传感器 (4) 液位传感器宜使正常液位处于仪表满量程的50%处。 (5) 成分传感器的量程应按检测气体浓度进行选择，一氧化碳气体宜为0～300 ppm或0～500 ppm，二氧化碳气体宜为0～2000 ppm或0～10000 ppm。 (6) 风量传感器宜采用皮托管风量测量装置，其测量的风速范围应为2～16 m/s,测量精度不应小于5%。 此外，传感器应能反映现场的真实情况，如湿度传感器应安装在附近没有热源、水滴且空气流通并能反映被测房间或风道空气状态的位置，其响应时间不应大于150 s。对于智能传感器，应有以太网或现场总线通信接口。

72 4.3 传感器 温度传感器 温度是楼宇控制中一个非常重要的参数，温度的自动调节不仅可给人们提供一个舒适的生活和工作环境，从节能的角度出发，温度的恰当控制还可为现代化楼宇节约大量的能源。 温度传感器按采取测量被测介质温度的方式可分为接触式和非接触式两大类。 接触式温度传感器的检测部分与被检对象有良好的热接触，通过传导或对流达到热平衡，这时，温度传感器的示值即表示被测对象的温度。如热电偶、热电阻、半导体PN结等都属于接触式温度传感器。

73 4.3 传感器 非接触式温度传感器的检测部分与被检对象互不接触。目前最常用的是通过辐射热交换实现测温，如红外测温传感器等，通常用于高温测量，如炼钢炉内温度测量。 在楼宇自动化中对温度的检测范围为： (1) 室内、室外气温-40～45 ℃。 (2) 风道气温-40～130 ℃ (3) 水管内水温0～100 ℃。 (4) 蒸汽管内蒸汽温度100～350 ℃。

74 4.3 传感器 1热电阻 利用导体电阻随温度变化而变化的特性制成的传感器，称为热电阻性传感器。它是利用金属导体的电阻随温度变化的特性进行测温的。用金属电阻作为感温材料，要求金属电阻的温度系数大，电阻与温度呈线性关系，因此在常用感温材料中首选铂和铜。

75 4.3 传感器 Rt＝R。(1+αt) 金属电阻与温度的近似线性关系如下： 式中Rt——t ℃时电阻值； R0——0 ℃时电阻值；
4.3 传感器 金属电阻与温度的近似线性关系如下： 式中Rt——t ℃时电阻值； R0——0 ℃时电阻值； α——电阻的温度系数。 铂具有耐氧化特性，在相当宽的温度范围内有相当好的稳定性，且纯度越高，电阻温度特性越稳定。但铂电阻价格很高。 铜的特点是易氧化，只能在低温及没有侵蚀性的介质中工作。另外，铜的电阻率比铂低得多，所以同样阻值的热电阻，铜电阻要更细更长，这使其机械强度差，体积也更大。 Rt＝R。(1+αt)

76 4.3 传感器 用镍制成的热电阻在性能上介于铜与铂之间。所以，在高精度、高稳定性的测量回路中通常用铂热电阻材料的传感器；要求一般、具有较稳定性能的测量回路可用镍电阻传感器；档次低，只有一般要求时，可选用铜电阻传感器。 在使用热电阻测温时，要充分注意热电阻与外部导线的连接，在传感器和控制器之间的引线过长会引起较大的测量误差。引线电阻对铂电阻不超过R0的0.2％，对铜电阻不超过R0的0.1％。精密测量中则要考虑温度误差补偿。

77 4.3 传感器 2热敏电阻 利用半导体的电阻随温度变化的属性制成温度传感器是常采用的又一种方法。目前使用的热敏电阻大多属陶瓷热敏电阻。半导体的电阻对温度的感受灵敏度特别高。上述提及的铜电阻，当温度每变化1 ℃，其阻值变化0.4％～0.6％；而热敏电阻温度每变化1 ℃，其阻值变化可达2％～6％，所以其灵敏度要比其他金属电阻高一个数量级，但是它的特性是非线性的，因此，后续的非线性校正处理比较复杂。如果是通过计算机对多个测点进行数据处理，有可能导致系统不能正常工作。此外，热敏电阻的互换性差，这给系统的维护带来一定的困难。

78 4.3 传感器 热敏电阻按其阻值随温度变化的特性可分为三类： (1) 负温度系数(NTC)热敏电阻其阻值随温度的上升呈非线性减小。
4.3 传感器 热敏电阻按其阻值随温度变化的特性可分为三类： (1) 负温度系数(NTC)热敏电阻其阻值随温度的上升呈非线性减小。 (2) 正温度系数(PTC)热敏电阻其阻值随温度的上升呈非线性增大。 (3) 临界温度电阻式(CTR)热敏电阻它具有正或负温度系数特性，且存在一临界温度，超过此临界温度，其热敏电阻的阻值会急剧变化。

79 4.3 传感器 3热电偶 两种不同导体A、B接触时，由于两边自由电子密度不同，连接成闭合回路时，在交界面上会产生电子的相互扩散，致使在A、B接触处产生电场，以阻碍电子的进一步扩散，达到最后平衡。平衡时接触电动势取决于两种材料的性质和接触点的温度。接点处温度不同，回路中出现的热电动势也不同。通过测量电动势来间接测取温度的装置称为热电偶。 热电偶是温度测量中使用最为广泛的传感器之一，其测量的温度范围在-180～2800 ℃。热电偶测量的准确度和灵敏度都较高，尤其在高温范围内有较高的精度。因此，热电偶在一般的测量和控制系统中常用于中高温区的温度检测。

80 4.3 传感器 将热电偶材料一端温度保持恒定(称为自由端)，而将另一端插在需要测温的地方，这样两端的热电势就是被测温度(工作端)的函数，测出这个电势值就能确定被测温度。热电偶在使用中需要注意的一个重要问题是如何解决自由端温度补偿的问题。通常需采用补偿导线与热电偶连接，补偿导线的作用就是将热电偶的自由端延长到距热源较远、温度比较稳定的地方。

81 4.3 传感器 对组成电偶的材料，必须是在测温范围内有稳定的化学与物理性质，且热电势要大，温度接近线性关系。
4.3 传感器 对组成电偶的材料，必须是在测温范围内有稳定的化学与物理性质，且热电势要大，温度接近线性关系。 铂及其合金属于贵金属，其组成的热电偶价格最贵，但优点是热电势非常稳定；铜、康铜价格最便宜；镍铬考铜价格居中，而它的灵敏度最高。

82 4.3 传感器 4集成温度传感器 集成温度传感器是利用集成化技术把温度传感器(如热敏晶体元件)与放大电路、补偿电路等制作在同一芯片上的功能器件。这种传感器输出信号大，与温度有较好的线性关系，且具有小型化、使用方便、测温精度高等优点，因此其应用日益广泛。 集成温度传感器按输出量的不同可分为电压型和电流型两种。这种传感器具有绝对零度时输出电量为零的特性，利用这一特性可制作绝对温度测量仪。集成电路温度传感器的工作温度范围一般在-50～150 ℃。

83 4.3 传感器 湿度传感器 智能建筑中对湿度的检测主要用于室内外空气湿度和风道空气湿度的检测。湿度测量一般用湿敏元件，常用的湿敏元件有电阻式和电容式两种。 1电阻式湿度传感器 电阻式湿度传感器主要利用高分子材料吸湿后电阻发生变化的特性制成，可以通过测出电阻值间接测出湿度。例如，硒膜湿度传感器是利用硒薄膜具有较大的吸湿面这一特点研制而成的，即在绝缘管上镀上一层铂膜作为两个电极，在两个电极之间蒸发上硒，两极间电阻大小随着吸湿面上硒的湿度大小而变化。这种传感器能在高湿度上连续使用，性能稳定，并且可以用单个元件测量0～100％RH范围的湿度。

84 4.3 传感器 2电容式湿度传感器 电容式湿度传感器主要是利用高分子薄膜在吸湿后介电常数发生变化，从而导致电容发生改变的特性制成的。由于高分子薄膜可以做得很薄，容易吸收空气中的水分，也容易将水分散发掉，这就决定了其滞后误差小和响应速度快。而且电容与湿度基本呈线性关系。电容式湿度传感器元件尺寸小，响应快，湿度系数小，有良好的稳定性，因而也是常选用的湿度传感器。

85 4.3 传感器 压力传感器 在楼宇设备控制系统中对压力的检测主要用于供回水管压力、压差，风道静压和房间微正压的检测，有时也用来测量液位，如水箱的水位等。大部分的应用属于微压测量，量程一般为0～5000 Pa。 压力传感器是将压力转成电流或电压的器件，可用于测量压力和物体的位移。由于压力测量的条件不同，测量精度的要求不同，因此所使用的传感器件也不一样。

86 4.3 传感器 利用金属材料的弹性制成弹性测压元件是常用的一种方法。在智能建筑中最常用的弹性测量元件有弹簧、弹簧管、波纹管和弹性膜片。而上述测压元件是先将压力变化转换成位移的变化，然后再将位移的变化通过磁电或其他电学的方法转成能方便检测、处理、显示的电学量。 1电阻式压差传感器 电阻式压差传感器是将测压弹性元件的输出位移变换成电阻的滑动触点的位移，因而被测压力的变化就可转换成电位器阻值的变化。若把这个电位器与其他电阻接成桥路，当阻值发生变化时，电桥输出一不平衡电压。

87 4.3 传感器 2电容式压差传感器 电容式压差传感器是最常见的一种压力传感器。它是用两块弹性性能好的金属平板作为差动可变电容器的两个活动电极，被测压力分别置于两块金属平板两侧，在压力的作用下能产生相应位移。当可动极板与另一电极的距离发生变化时，则相应的平板电容器的容量发生变化，最后由变送器将变化的电容转换成相应的电压或电流。

88 4.3 传感器 3霍尔压力传感器 霍尔压力传感器是将弹性元件感受的压力变化引起的位移通过霍尔元件转换成电压信号。霍尔元件实际上是一块半导体元件，其赖以工作的物理基础是霍尔效应。运动电荷受磁场中洛仑磁力作用产生电位，称为霍尔电势。当霍尔元件随压力变化而运动时，则作用于霍尔片上的磁场强度变化，霍尔电势也随之变化，霍尔电势的大小正比于位移的变化，这样就可间接测压力。

89 4.3 传感器 4压电传感器 有些电介材料在一定方向上受到外力作用而变形时，在其表面会产生电荷，当去掉外力时，它又会重新返回不带电的状态，这种机械能转变成电能的现象称为压电效应。利用压电现象可实现非电量的测量。压电传感器是利用某些材料的压电效应原理制成的，具有这种效应的材料有压电陶瓷、压电晶体等。 压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固，可靠性和稳定性高。压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终变换为力的非电物理量，如动态力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数测量。

90 4.3 传感器 流量传感器 流量数据是楼宇设备控制和工业生产过程控制中的一个很重要的参数。在楼宇控制系统中主要有冷冻水流量、冷却水流量、供热蒸汽流量、风道空气流量等参数需要测量。感受流量的方法很多，常用的有节流式、涡流式、容积式、电磁式和超声波式，使用时应根据精度、测量范围的不同要求来选择。

91 4.3 传感器 1节流式流量传感器 在被测管道上放一节流元件（如孔板等），流体流过这些阻挡体时流动状态会发生变化。根据流体对节流元件的推力和节流元件前后的压力差，可以测定流量的大小。再把节流元件两端的压差或节流元件上的推力转换成需求的电量。 孔板压差式流量计、靶式流量计和转子流量计均属于节流式流量传感器。

92 4.3 传感器 孔板压差式流量计是在管道中安装一孔板作为节流元件，当流体经过这一孔板时截流面缩小，测出孔板前后压力差，把压力差转换成相应的电压或电流，就可测量出液体流量。 靶式流量计则是把节流元件做成一悬挂在管道中央的一个小靶，输出信号取自作用于靶上的压力。 转子流量计是把一个转子放在圆锥形的测量管道中，当被测流体自下而上流入时，由于转子的节流作用，在转子前后会产生一压差，而转子在这个压差的作用下上下移动，把转子的位置信号转换成电信号，也就直接反映了流量的大小。

93 4.3 传感器 2涡流式流量传感器 该流量计则是在导管中心轴上安装一个涡轮装置，液体流过管道时推动涡轮转动，而涡轮的转速正比于液体的流量。涡轮在管道里转动，其转速只能通过非接触的电磁感应方法才能测出。涡轮的叶片采用导磁材料制成，在非导磁材料做成的导管外面安放一组套有感应线圈的磁铁。涡轮旋转，每片叶片经过磁铁下面都会改变磁铁的磁通量，磁通量变化感应出电脉冲。在一定流量范围内，产生的电脉冲数量与流量成正比。 为了保证流体沿轴向推动涡轮，以提高测量精度，在涡轮前后均装有导流器。尽管如此，还要求在涡轮流量计前后安装一段直管，入口直段的长度应为管径的10倍，出口长度应为管径的5倍。

94 4.3 传感器 3容积式流量传感器 常用的为椭圆齿轮流量计，它靠一对加工精良的椭圆齿轮在一个转动周期里，排出一定的液体，只要累计计出齿轮转动的圈数，就可以得知一段时间内的流体总量。这种流量计是按照固定的排出量计算流体的流量，只要椭圆齿轮加工精确，没有腐蚀和磨损，则可达到极高的测量精度，一般可达到0.2％～0.55％，所以经常作精密测量用。该流量计经常用于高黏度的流体测量。

95 4.3 传感器 4电磁式流量传感器 电磁流量计是基于电磁感应原理，以导电流体切割磁力线产生的感应电势为输出的。电磁流量计的使用具有局限性，主要是由于要求所测的流体必须是电的导体。然而，这种传感器具有很多优点：由于在测量管道中没有节流元件，因而其压力损失小；其输出信号与流速之间呈线性关系；在使用中具有工作可靠、精度高、测量范围大、反应速度快等特点。

96 4.3 传感器 液位检测传感器 在楼宇设备控制系统中，需要对供排水的水位、各种水箱的水位进行检测和控制。传统的浮球开关作为开关量的传感器，仍被广泛用于液位的监测，但它仅能对液位上限或下限进行监测。对液位进行实时连续监测的传感器可分为电阻式、电容式和压力式几种。

97 4.3 传感器 1电阻式液位传感器 电阻式液位传感器是利用液体的电阻作为监控的对象，在液体介质中安装几个金属接点，利用介质的导电性接通检测控制回路，检测液体液位的高低。为了更精确地连续反映液位的高低，也可在容器内置滑动电阻器，随着液位升降，滑动电阻器的阻值也相应发生变化。

98 4.3 传感器 2电容式液位传感器 电容式液位传感器是用以对液位进行连续精密测量的仪器。它用金属棒和与之绝缘的金属外筒作为两电极，被测液体能够进入内外电极之间的空间中，液位的变化会改变电容介质，从而会改变电容量。其所测量的电容量与液位值呈线性关系。

99 4.3 传感器 3压力式液位传感器 压力式液位传感器是在容器底部安装一压力传感器，当液面发生变化时，液体产生的压强也随之改变。其压力值与液位值呈对应线性关系，因此通过对压力的测量即可得到液位值，达到测量液位的目的。

100 4.3 传感器 4.3.6 气体成分传感器 气体成分传感器主要是用于检测空气中CO2、CO和煤气的含量通过与。
4.3 传感器 气体成分传感器 气体成分传感器主要是用于检测空气中CO2、CO和煤气的含量通过与。 最常用的气体成分传感器为半导体气体传感器。 正常情况下，器件对氧吸附量为一定值，即半导体的载流子浓度是一定的，如异常气体流到传感器上，器件表面发生吸附变化，器件的载流子浓度也随着发生变化，这样就可测出异常气体的浓度大小。半导体气体传感器具有制作和使用方便、价格便宜、响应快、灵敏度高的优点，因此被广泛地用在现代智能建筑的气体监控中。

101 4.4 典型执行机构 执行机构在系统中的作用是执行控制器的命令，直接控制能量或物料等被测介质的输送量，是自动控制的终端主控元件。执行机构的功能是将控制器输出的控制信号（一般是电信号）转变为机械动作（一般可以是位移或角位移），由此驱动调节器，达到改变被调量的目的。它按执行机构驱动方式不同可分为气动、电动、液动三种。在智能楼宇中常用电动执行器。在气体和液体的流动控制中，常用阀门来作为介质流动的控制手段。要想实现自动化控制，就要对一些阀门、风门等元件实现自动控制。这就需要用到阀门和电动执行器。

102 4.4 典型执行机构 电磁阀 电磁阀是电动执行器中比较常用的一种，它利用电磁铁的吸合和释放对阀门作通、断两种状态的控制。 电磁阀有直动式和先导式两种，均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。直动式电磁阀结构中，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。 常用的风机盘管电动阀为一种平衡式冷热水阀，主要应用于风机盘管的控制中。

103 4.4 典型执行机构 电动阀 电动调节阀以电动机为动力元件，将控制器输出信号转换为阀门的开度，它是一种连续动作的执行器。在结构上电动执行机构除与调节阀组装成整体的执行器外，常单独分装以适应各方面需求，因此其使用比较灵活。 电动调节阀阀杆的上端与执行机构相连接，当阀杆带动阀芯在阀体内上下移动时，就改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，流过阀的流量也就相应地改变，从而达到调节流量的目的。

104 4.4 典型执行机构 电动调节阀的流量特性是指流过阀门的相对流量值与阀门的相对开度值之间的关系，即：
4.4 典型执行机构 电动调节阀的流量特性是指流过阀门的相对流量值与阀门的相对开度值之间的关系，即： 式中 ——相对流量，是调节阀在某一开度时的流 量Q与阀门全开时的流量Qmax之比； ——调节阀在某一开度时阀杆行程与全开时 的行程之比，称为相对开度。 电动调节阀有直线、等百分比(对数)和快开(抛物线)三种流量特性。

105 4.4 典型执行机构 1直线流量特性 它是指调节阀的相对开度与相对流量成直线关系，即： 式中C——常数。
4.4 典型执行机构 1直线流量特性 它是指调节阀的相对开度与相对流量成直线关系，即： 式中C——常数。 经积分，并代入边界条件，即当L=0时,Q=Qmin(指阀在全闭时,仍有一定的泄露量)；当L＝Lmax时，Q＝Qmax。得出： 式中R——调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比，又称可调比,即：

106 4.4 典型执行机构 2等百分比流量特性 它是指单位行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即：
4.4 典型执行机构 2等百分比流量特性 它是指单位行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即： 将此式积分，并代入与直线流量特性相同的边界条件可得： 从数学关系式可看出二者呈指数关系，故等百分比流量特性又称对数特性。

107 4.4 典型执行机构 3快开流量特性 电动调节阀的这种特性是指在阀行程比较小时，流量比较大，随着行程的增大，流量很快就达到最大(呈饱和)，故称快开特性。这种特性曲线的斜率随行程而减小，当行程达到最大时，曲线斜率趋向于0，几乎与横轴平行。因此，可以假定当l＝L时斜率为0，又因为它是 一个单调递减函数，即这种特性可表示为: 将此式积分，并代入与直线流量特性相同的边界条界可得：

108 4.4 典型执行机构 快开特性的阀芯形状为平板式,此阀适用于迅速开闭。 电动调节阀的流量特性如图4.10所示。
4.4 典型执行机构 快开特性的阀芯形状为平板式,此阀适用于迅速开闭。 电动调节阀的流量特性如图4.10所示。 图4.10 电动调节阀的流量特性

109 4.4 典型执行机构 风门驱动器 在智能楼宇的空调通风系统中使用最多的执行器是风门驱动器，它用来精确控制送风风门、回风风门、新风风门、排风风门等的开度。风门由若干叶片组成，当叶片转动时改变风道的等效截面积，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，在楼宇控制系统中一般采用电动式风门。

110 4.4 典型执行机构 风门驱动器通常以交流电源为动力，接受控制器发出的0～10 VDC或4～20 mA标准信号，将其转变为0～100％的相应开度。风门执行器也可以是两位式的，即对应风门全开和全关状态。使用时应根据风门的不同面积配置具有不同标称扭矩的风门驱动器，并可选配带掉电自复位等功能。

111 4.4 典型执行机构 交流接触器 交流接触器是启停风机、水泵及压缩机等设备的执行器，它可以通过控制器的DO输出通道带动继电器，再由继电器的触头带动交流接触器线圈，实现对设备的启停控制。为了使计算机了解接触器是否真正吸合，一般要将接触器的一个辅助触头接至控制器的输入通道，从而使控制器能及时测出接触器的实际工作状况。

112 4.4 典型执行机构 变频器及可控硅 此类执行器直接改变供电频率以改变风机、水泵的电机转速，或改变供电电压以调整加热器加热量。为了能与常规仪表相连，这些变频器和可控硅调压产品一般都设计成电压式或电流式的输入信号，因此，要采用计算机控制器的模拟量输出AO与其相连。由于此类设备都是直接调整电网供电参数的，一般都会产生很大的电干扰，有时甚至会使控制计算机不能正常工作。为此，一定要注意选择干扰小的产品，并在计算机一侧采取相应的措施。

113 4.4 典型执行机构 4.4.6 DDC控制器 DDC控制器(Direct Digital Controller，直接数字控制器）
4.4 典型执行机构 DDC控制器 DDC控制器(Direct Digital Controller，直接数字控制器） 采用模块化结构，通常是由微 处理器(CPU)、内存模块、输 入输出通道、通信接口模块、 电源模块等部件组合而成，典 型的DDC控制器结构 如图4.11所示。 图4.11 DDC控制器结构图

114 4.4 典型执行机构 1CPU模块 CPU模块通过输入模块完成数据采集、滤波、非线性校正、各种补偿运算、时间累计运算等，并将结果通过输出模块驱动执行器来完成对被控量的调节。作为一种开放性控制器，现阶段新型产品大多已使用准32位或32位微处理器，还配有浮点运算协处理器，因此，其数据处理能力大大提高。它除具有先进的PID算法功能外，还可执行复杂的控制算法，如自整定、人工神经网络、模糊控制等。

115 4.4 典型执行机构 DDC控制器的控制程序已经固化在ROM中，包括系统启动、自检程序、输入输出驱动程序、通信控制管理程序等，且掉电后不丢失，确保了工作的安全可靠。RAM为程序运行提供了存储实时数据和中间参数变量的空间。用户在线操作时需修改的参数（如目标设定值、手动操作值、PID设定参数、报警界限等）也须存入RAM中。

116 4.4 典型执行机构 2输入／输出模块 DDC控制器的输入／输出信号根据物理性质通常分为模拟输入量(Analogy Input，缩写为AI) 、模拟输出量(Analogy Output，缩写为AO) 、数字输入量(Digital Input，缩写为DI)和数字输出量(Digital Output，缩写为DO)四类。 在系统设计和使用中，需要掌握DDC输入和输出的连接。

117 4.4 典型执行机构 (1) 模拟量输入的物理量有温度、湿度、压力、流量等，这些物理量由相应的传感器感应测得，往往经过变送器转变为电信号送入DDC的模拟输入口(AI)。此电信号可以是电流信号（0～10 mA），也可以是电压信号（0～ 5 V或0～10 V）。一般一个DDC控制器可有多个AI输入口。若变送器输出为电流信号，通常由接在输入端口的电阻转变为电压信号。

118 4.4 典型执行机构 (2) DDC计算机能够直接判断DI通道上的电平高低(相当于开／关)两种状态，并将其转换为数字量（1或0），进而对其进行逻辑分析和计算。对于以开关状态为输出的传感器，如水流开关、风速开关、压差开关等，可以直接接到DDC的DI通道上。除了测量开关状态外，DI通道还可以直接对脉冲信号进行测量，如测量脉冲频率及高电平或低电平的脉冲宽度，或对脉冲个数进行计数。

119 4.4 典型执行机构 (3) DDC的模拟量输出(AO)信号是0～ 5 V、0～10 V的电压或0～10 mA、4～20 mA的电流。其输出电压或电流的大小由控制软件决定。由于DDC计算机内部处理的信号都是数字信号，所以这种可连续变化的模拟量信号是通过内部数字／模拟转换器(D／A)产生的。

120 4.4 典型执行机构 通常，模拟量输出(AO)信号控制风阀、水阀等执行器动作。风阀、水阀有气动执行器和电动执行器两种类型。气动风阀、水阀动作可靠，故障率低，可以在较恶劣的环境下运行。在有现成的压缩空气源的场合，应该优先选择气动执行器。由于阀门执行机构是气动的，因此一般都没有阀位的电反馈信号，故这种控制器不能获得真实的阀门位置信号，无法判别阀门的机械故障。在选择电气转换器或阀门定位器时，一定要注意它所要求的输入信号的形式、范围。

121 4.4 典型执行机构 风阀、水阀的电动执行器一般由一台三相或单相电动机通过机械减速系统与阀连接，由此控制电动机的正转、反转或停止，使阀门开大、关小或不动。机械减速系统还与一可变电阻器相连，这样阀门的不同位置将使可变电阻器输出不同电阻值，成为反映阀位状态的电反馈信号。为了防止阀门全开或全关后电动机继续运转，执行器内还在相应位置设有限位开关。当阀门到达全开或全关位置时，可以通过机械装置直接切断限位开关，使电动机停止。

122 4.4 典型执行机构 图4.12(a)为常见的电动执行器的控制电路原理框图。与要求的阀位输出成正比的控制信号以0～5 V、0～10 V电压信号或0～10 mA、4～20 mA电流信号的形式送入比较器，与测出的实际阀位进行比较。当实际阀位小于设定值时，正转开关打开，电动机正转，开大阀门直到比较器输出为0时电动机停止；反之，则电动机反转使阀门关小。计算机控制器必须将内部的数字信号通过D／A转换，成为模拟量输出信号AO，送到比较器。为了使计算机了解阀门的实际位置，识别机械故障，一般将阀位的测量信号接到控制器的模拟量输入通道AI中。有些电动阀门的控制器还允许将全开和全关的限位开关信号作为控制器DI口的输入信号接入计算机，以使计算机可以辨认。

123 4.4 典型执行机构 图 电动执行器的控制原理图 (a) 常规的电动执行器控制原理图

124 4.4 典型执行机构 计算机输出的控制阀位模拟量信号就是为了在比较器中与实测的阀位信号进行比较，以决定电动机的正转或反转。将阀位信号接入计算机，在计算机内直接进行比较和分析，决定阀门电动机应该正转、反转还是停止，通过开关量输出通道直接由继电器驱动阀门电动机，这样做可以直接用两个开关量输出通道DO和一个模拟量输入通道AI带动一个电动阀，省去计算机内D／A转换的环节和阀门控制器内的比较器部分［图4.12(b)］，此过程的简化可减少成本和提高可靠性。其缺点是计算机内控制阀门的程序比较复杂，并且需具有很好的实时性。

125 4.4 典型执行机构 图4.12 电动执行器的控制原理图 (b) 直接用开关量输出控制电动执行器

126 4.4 典型执行机构 (4) 数字量输出DO也称开关量输出，它可由控制软件将输出通道变成高电平或低电平，通过驱动电动机电路即可带动继电器或其他开关元件动作，也可使指示灯处于显示状态。 开关量输出信号可用来控制开关、交流接触器、变频器以及晶闸管等执行元件动作。交流接触器是启停风机、水泵及压缩机等设备的执行器。控制时，可以通过DDC的DO输出信号带动继电器，再由继电器的触头带动交流接触器线圈，实现对设备的启／停控制。为了使 DDC了解接触器是否真正吸合，一般要将接触器的一个辅助触点接至DDC的输入通道，使DDC能随时测出接触器的实际工作状况。

127 4.4 典型执行机构 DDC作为BA系统前端的直接控制设备，设置时应考虑管理方式和安装调试维护的便利和经济性，一般按机电系统的平面布置设置在冷冻站、热交换站、空调机房、新风机房等控制参数较为集中的地方，也可根据要求布置在弱电竖井中，箱体一般挂墙明装。 每台DDC的输入输出接口数量和种类应与所控制的设备要求相适应，并留有10％～15％的余量。

128 4.4 典型执行机构 4.4.7 上位机监控软件 上位机监控软件实现了用户对楼宇控制系统的三大功能要求：
4.4 典型执行机构 上位机监控软件 上位机监控软件实现了用户对楼宇控制系统的三大功能要求： (1) 监视功能用户可通过动态图形(动画功能)、趋势图等应用程序对所控制设备的运行状态、被控对象的控制效果进行实时和历史的监视。 (2) 控制功能用户可通过控制命令、控制程序和控制日程表等应用程序控制楼宇自控设备的启停或调节。

129 4.4 典型执行机构 (3) 管理功能包括用户账户管理、系统设备管理、程序下载管理等。用户还能通过系统活动记录、报表等应用程序了解楼宇控制系统自身的状态。

130 4.5 BAS各子系统的监测与控制 BAS系统中的中央操作站与DDC及现场控制器之间采用截面积为1.0 mm2的RVVP聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套铜芯电缆或DJYP2V计算机专用通信电缆。DDC与现场控制设备如传感器、阀门之间的控制电缆一般采用1.5 mm2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。DDC与就地仪表、阀门的信号线的规格和芯数，亦随具体控制系统设备与控制要求而定。后面电缆现场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。

131 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.1 冷冻水及冷却水系统的监测与控制
冷冻水及冷却水系统的监测与控制 制冷系统主要有压缩式制冷系统、溴化锂吸收式制冷系统和冰蓄冷系统，这里重点说明压缩式制冷系统的监控原理。冷冻站一般由一台或多台压缩式冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、分水器、集水器、补水装置及其他辅助设备组成。 冷水机组通常分为冷冻水和冷却水两个分系统，它们共同工作才能完成冷冻水的供应。

132 4.5 BAS各子系统的监测与控制 冷冻水系统把冷水机组所制冷冻水经冷冻水泵送入分水器，由分水器向各空调分区的新风机组、空调机组或风机盘管供水后，返回到集水器经冷水机组循环制冷。 冷却水系统中的冷却水是指制冷机的冷凝器和压缩机的冷却用水。冷却水由冷却水泵送入冷水机组进行热交换，水温提高后循环进入冷却塔进行冷却处理。

133 4.5 BAS各子系统的监测与控制 1控制原理与要求 (1) 冷水机组监控系统组成 冷冻系统的监控原理如图4.13所示。
其中，温度传感器、流量传感器、压差传感器、液位传感器等检测元件将各部位检测的相关值送到DDC的模拟输入点(AI)；水流开关、水泵运转状态等信号被送到DDC的数字输入点(DI)，而DDC的输出信号(DO)被送到水泵的电气控制箱控制水泵的启停运转。

134 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.13 冷冻系统监控系统图

135 4.5 BAS各子系统的监测与控制 控制中心对冷水机组工作状态的监测内容包括：冷却塔冷却风扇的启、停，冷却塔进水蝶阀的开度，冷却水进、回水温度，冷却水泵的启、停，冷水机组的启、停，冷水机组的冷却水以及冷水出水蝶阀的开度，冷水循环泵的启、停，冷水供、回水的温度、压力及流量，冷水旁通阀的开度等。控制中心根据上述监测的数据和设定的冷水机组工作参数自动控制设备的运行。

136 4.5 BAS各子系统的监测与控制 控制中心通过对冷水机组、冷却水泵、冷却水塔、冷水循环泵台数的控制，可以有效地、大幅度地降低冷源设备的能量消耗。控制中心可根据冷水供、回水的温度与流量，参考当地的室外温度计算出空调系统的实际负荷，并将计算结果与冷水机组的总供水量作比较，若总供水量减去空调系统的实际负荷小于单台冷水机组供冷量，则自动维持一台冷水机组运行而停止其他几台冷水机组的工作。

137 4.5 BAS各子系统的监测与控制 2冷水机组监控系统功能 (1) 设备启停顺序控制
为保证整个制冷系统安全运行，设备启／停需按照一定的顺序进行。只有当润滑油系统启动，冷却水、冷冻水流动后，压缩机才能最后启动。该系统通过软件程序实现设备启／停顺序控制。 (2) 冷水机组开启台数控制 根据实际冷负荷调整冷水机组投入台数与相应的循环水泵投入台数。 (3) 压差旁通控制 调节位于供、回水总管之间的旁通管上的电动调节阀的开度，实现进水与回水之间的旁通，以保持供、回水压差恒定。

138 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (4) 水流检测、水泵控制
如果水流流量太小甚至断流，则自动报警并自动停止相应制冷机的运行，且当某一台水泵出现故障时，备用水泵将自动投入运行。 (5) 冷却水温度控制。 (6) 水箱补水控制。 (7) 工作状态显示与打印。 (8) 机组启／停时间控制及工作时间累计。 (9) 设备用电量累计。

139 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.2热交换系统的监测与控制
热交换系统的作用是给建筑物提供采暖、空调及生活用热水。热交换系统的主体设备是热交换器。空调系统的热源通常为蒸汽或热水，它由城市热网或锅炉提供。 空调系统终端热媒通常是65～70 ℃的热水，而锅炉或市政管网提供的通常是高温蒸汽。在空调系统中常用热交换器完成高温蒸汽与空调热水的转换，这种换热器称气／水换热器。也有提供高温热水的热水锅炉，提供90～95 ℃的高温热水，同样需要热交换器把高温热水转换成空调热水，这种换热器称为水／水换热器。 热交换器交换后的空调热水经热水循环泵(有的系统与冷冻水泵合用)送到各空调机组等终端负载中，在各负载中进行热湿处理后，水温下降的空调水回流，经集水器进入热交换器再加热，依次循环。

140 4.5 BAS各子系统的监测与控制 1控制原理和要求 (1) 热交换机组的节能控制
根据分水器、集水器的供、回水温度及回水流量，实时计算二次侧所需热负荷，按实际热负荷自动投运相应台数的热交换器及热水循环泵。 (2) 热交换器的自动控制 当一次热媒为热水时，用温度传感器测量热交换器二次出口温度，送入控制器与给定值比较，根据温度偏差由控制器调节一次回水电动阀，使二次出口温度保持设定值。电动阀调节性能亦采用等百分比型。当一次热媒的水系统为变水量系统时，控制其流量可采用电动两通阀;若一次热媒不允许变水量，则应采用电动三通阀。

141 4.5 BAS各子系统的监测与控制 当一次热媒为蒸汽时，用温度传感器测量热交换器二次水出口温度,送入控制器与给定值比较，根据温度偏差由控制器调节一次蒸汽电动阀，使二次出口温度保持设定值。电动阀宜采用直线型。 当系统内有多台热交换器并联使用时，应在每台热交换器二次热水进口处加电动蝶阀，以便把不使用的热交换器水路切断，保证系统要求的供水温度。

142 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (3) 膨胀水箱的补水控制
热水系统在运行过程中，由于泄漏等原因会损失部分热水，需及时补充。在空调系统中，由于水温的变化必然引起水的体积变化，因此在系统中设置有膨胀水箱，系统在运行过程中损失部分热水，可以从膨胀水箱中补充。在膨胀水箱中设有液位开关，当水位降到下限值时，液位开关下限接点闭合，补水泵启动;当水箱水位回升至上限时，液位开关上限接点闭合，补水泵停机。

143 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (4) 热水循环泵累计运行时间控制
在换热站，一般热水循环泵为一用一备或两用一备。当一台设备损坏时，备用设备能自动投入使用。每次初启动系统时，优先启动累计运行小时数量少的水泵，从而延长水泵的使用寿命。 (5) 设备的开／关控制 系统应有对设备进行远程启停控制的功能，如补水泵的启停控制。

144 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (6) 热交换站的连锁控制
实现对热水循环泵启动顺序的控制，即二次侧电动蝶阀→热水循环泵→一次侧电动调节阀；以及停机顺序的控制，即一次侧电动调节阀→热水循环泵→二次侧电动蝶阀。 2热交换系统监测与控制原理 热交换系统监测与控制原理如图4.14所示。

145 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.14 热交换系统监测与自动控制原理图

146 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.3 空调机组的监控及功能 1空调机组监控系统组成 空调机组的监控原理如图4.15所示。
空调机组的监控及功能 1空调机组监控系统组成 空调机组的监控原理如图4.15所示。 控制中心对空调机组工作状态的监测内容主要包括过滤器阻力(ΔP)，冷、热水阀门开度，加湿器阀门开度，送风机与回风机的启、停，新风、回风与排风风阀开度，新风、回风以及送风的温、湿度(T、H)等。根据设定的空调机组工作参数与上述检测的状态参数情况，监控中心控制送、回风机的启停，新风与回风的比例调节，换热器盘管的冷热水流量，加湿器的加湿量等，以保证空调区域空气的温度与湿度既能在设定的范围内并满足舒适要求，又能使空调机组以最低的能耗方式运行。

147 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.15 空气调节系统监控系统图

148 4.5 BAS各子系统的监测与控制 2空调系统监控功能
(2) 将回风管内的温度与系统设定值进行比较，用控制器控制冷水／热水电动阀开度，调节冷冻水或热水的流量，使回风温度保持在设定的范围之内。

149 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (3) 对回风管、新风管的温度与湿度进行检测，计算新风与回风的焓值，按回风和新风的焓值比例控制回风门和新风门的开启比例，从而达到节能的效果。 (4) 检测送风管内的湿度值，并与系统设定值进行比较，由控制器控制湿度电动调节阀，从而使送风湿度保持在所需要的范围之内。 (5) 测量送风管内接近尾端的送风压力，调节送风机的送风量，以确保送风管内有足够的风压。

150 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (6) 风机启动／停止的控制、运行状态的检测及故障报警。
(7) 过滤网堵塞报警。采用压差开关测量过滤器两端的差压，当差压超限时，压差开关闭合，并将报警信号传至上位机，提示物业人员及时进行清扫。 (8) 防霜冻保护。采用防冻开关检测盘管的温度，当防冻开关检测值低于某一定值(一般设为5 ℃)时，关闭新风门，热水阀全开并停风机，以防盘管受冻爆裂致使设备损坏，同时将报警信号送至中央管理站。

151 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (9) 风机运行状态检测。在风机的前后风道处分别安装压差开关测压导气管。当风机运行时，风机前后形成压力差，压差开关检测到有压力差存在后，内部常开触点闭合，上位机显示风机状态为运行;当风机停止时，风机前后压差消失，触点又断开，上位机显示风机状态为停止。通过这种方式检测风机运行状态比直接从动力柜上取点更为可靠。 (10) 空气质量保证。采用空气质量传感器保证空调房间的空气质量。当房间中CO2、CO浓度升高时，传感器输出信号到DDC，经计算后输出控制信号，控制新风门开度以增加新风量。

152 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (11) 系统应能实现对设备开／关的远程控制。一般在控制中心上位机通过监控软件能实现对现场设备的控制。
(12) 建立风机、风门状态连锁程序。 启动顺序：启动风机→调节冷热水阀→调节风阀开度。 停机顺序：停止风机→关风阀→关水阀。并且在冬季防霜冻保护装置开始工作。 (13) 与消防系统联动。火灾报警后，组合式空气处理机组的送、回风机停止运行，并向消防控制中心反馈信号。

153 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.4 新风机组的监测与控制 新风机组是一种没有回风装置的空调机组，其检测与控制和空调机组基本相同。
新风机组的监测与控制 新风机组是一种没有回风装置的空调机组，其检测与控制和空调机组基本相同。 新风机组监测与自动控制系统原理如图4.16所示。 1新风机组的节能控制 新风机组的节能控制通常以送风风道温度或房间温度为调节参数，即把送风风道温度或房间温度传感器测量的温度送入DDC控制器与给定值比较，产生的偏差由DDC按PID规律调节表冷器回水调节阀开度以达到控制冷热水量，使夏天房间温度低于28 ℃，冬季则高于16 ℃。

154 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.16 新风机组监测与自动控制系统图

155 4.5 BAS各子系统的监测与控制 2风机、风门状态连锁程序
在定风量系统中，新风风门一般为全开或全关状态。新风机组启动时，先将新风风门全开，然后再启动送风机；新风机组关闭时，先停止送风机，然后再关闭新风风门，以防止新风机组内部负压过大对机组造成损害。 此外，新风机组送风湿度调节、基准参数的再设控制、过滤器堵塞报警、防霜冻保护、风机运行状态检测、空气质量保证、设备的开／关控制、与消防系统联动等与空调机组的控制原理和要求相同。

156 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.5 风机盘管的监测与控制
风机盘管的监测与控制 风机盘管的控制通常不纳入楼宇控制系统内，而作为独立的现场控制器去控制现场的风机盘管，也有个别系统把风机盘管的控制纳入楼宇控制系统内，供应商也提供带有通信接口的风机盘管控制器，只要把这种控制器接在系统的控制总线上，就能完成远程联网控制。这种控制器带有数字输出接口，并带有温度传感器，检测现场温度后与设定值比较，产生偏差时控制风机盘管的回水电动阀，达到控制室温的目的。一般风机盘管的控制由带三速开关的室内温控器来完成，它不带通信接口，安装在需要调温的房间内。温控器上有通／断两个工作位置，当温控器打到通的工作位置，风机盘管的回水电动阀全开，并为房间提供经过冷热处理的空气；当温度达到设定值时，复位弹簧会使阀门关闭。

157 4.5 BAS各子系统的监测与控制 当拨动温控器上三速开关“高、中、低”档的任意键，风机盘管内的风机按对应的风速向房间送风。另外，在温控器上设有冷、热运行选择开关，降温运行时将选择开关拨在冷档，加温运行时选择热档。当选择开关拨在关档时，电动阀因失电而关闭，风机电源亦同时被切断，风机盘管停机。

158 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.6 生活给水、中水与排水系统的监测与控制
生活给水、中水与排水系统的监测与控制 建筑内部给水系统的任务是将室外给水管网的水经济合理、安全可靠地输送到安装在室内不同场所的各个配水龙头、生产用水设备或消防用水设备等处，并满足用户对水量、水压和水质的要求。

159 4.5 BAS各子系统的监测与控制 目前，我国绝大多数建筑内部给水系统是根据给水用途进行系统划分和布置的，一般可分为三种类型：
（1） 生活给水系统:供建筑物内所有人员饮用、烹调、盥洗、淋浴等方面的用水。 （2） 消防给水系统：供应用于扑灭火灾的消防用水。 （3） 生产给水系统：供应工业企业车间各种生产设备、生产工艺过程等所需的用水。

160 4.5 BAS各子系统的监测与控制 对某一特定用途的建筑物而言，以上三种给水系统一般不是一应俱全的。传统的建筑内部给水系统常常根据水量、水压、水质及安全方面的需要，结合室外给水系统的布局情况，组成不同的共用水系统。一般情况下，当两种或两种以上用水的水质相近时，通常采用共用的给水系统,如生活与消防共用水系统、生活与生产共用水系统、生产与消防共用水系统、三合一共用水系统等。由于消防用水对水质没有特殊要求，又只是在发生火灾时才使用，所以民用建筑一般都采用生活与消防共用水系统。

161 4.5 BAS各子系统的监测与控制 根据用户对水质、水温等的不同要求，生活给水系统还可再分为冷水供应系统和热水供应系统，而冷水系统又可细分为生活直饮水系统和生活杂用水系统。 消防给水系统根据消防给水方式的不同可分为消火栓系统和自动喷水灭火系统。传统的消防给水系统以消火栓系统为主，自动喷水灭火系统只是在一些重要建筑或人员密集、物品贵重且集中的公共建筑中才设置。

162 4.5 BAS各子系统的监测与控制 1生活给水系统 在智能建筑中，生活给水常采用变频调节恒压供水的方式。
变频调节恒压供水系统是用水泵直接向终端用户提供一定水压的供水方式。通常在水泵前也需有个储存水箱，以防水泵大水量供水时对城市管网的影响，这种供水通常选用变频供水方式，即根据终端用户的用水量调整水泵的转速来满足用户用水量的需要，而水泵的转速调整是依靠调频来完成的，如图4.17所示。

163 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.17 生活给水系统监测与自动控制系统图

164 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (1) 水泵节能控制。
用水管式压力传感器检测水泵输出口管网压力，在现场控制器中与设定值比较，比较后即控制变频器的输出频率，达到控制水泵转速的目的。如给水管网用户用水量增多，管网压力减小，控制器控制变频器输出频率增加，水泵转速随之增加，增加供水量，以满足用户的需求。如果水泵全速运行时仍达不到供水压力，则启动另一台水泵变频运行，并将原来水泵由变频状态切换到工频状态。如给水管网用户用水量减少，管网压力增加，控制器控制变频器输出频率降低，水泵转速随之减小，减少供水量，以达到节能的目的。

165 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (2) 水泵累计运行时间控制。
一般水泵为一用一备或两用一备。当一台设备损坏时，备用设备能自动投入使用。每次初启动系统时，优先启动累计运行小时数量少的水泵，从而延长水泵的使用寿命。 (3) 设备的开／关控制。 在控制中心能实现对现场设备进行远程控制，实现对水泵的开／关控制。

166 4.5 BAS各子系统的监测与控制 2生活排水系统的监测与控制
对于生活污水的排放，通常是把污水集中于地下室的污水坑内，然后通过排污泵进行排水，如图4.18所示。

167 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.18 生活排水系统监测与自动控制系统图

168 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (1) 水泵节能控制。
在污水坑中设置液位开关，分别检测高限报警水位、低限报警水位、停泵水位和启泵水位。DDC根据液位开关送入信号来控制生活泵的启／停：当污水液面高于启泵水位时，DDC送出启动信号，使污水泵投入运行，进行排污；当污水液面达到停泵水位时，DDC送出信号自动停止排污泵。如果液面低于停泵水位而排污泵并没有停止排水，液面继续下降达到低限报警水位时，监控界面发出声光报警信号，提醒工作人员及时处理。同样,如污水液面高于启泵水位时，污水泵没有及时启动，当水位达到最高限报警水位时，监控界面也要发出声光报警信号。

169 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (2) 设备累计运行时间控制及设备的开／关控制与给水系统相同。

170 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.7 供配电系统的监测
供配电系统的监测 作为城市供电网的一个终端，供配电系统的安全运行关系到城市的供电网安全。一般情况下，通常只对该系统运行状态参数进行必要的监测，而不进行相应控制。 根据供配电系统的供电电压，通常把系统分成高压段和低压段两部分。一般以大楼的变压器为划分界限，变压器的一次侧（6～10 kV高压线路）为高压段，变压器的两次侧(电压380／220 V)为低压段。

171 4.5 BAS各子系统的监测与控制 常通过相应的互感线圈、隔离变压器等器件，将测量参数转换为标准信号，送入DDC进行数据监测。由于现代建筑的高低压配电系统通常有独立的测控软件系统，也可通过网关协议转换，将高低压配电系统与楼宇控制系统之间直接进行数据通信，把各种电参数通信存储到楼宇控制软件数据库中，直接供程序调用。

172 4.5 BAS各子系统的监测与控制 1低压配电系统监控及功能
低压供配电监控系统由现场设备即电流变送器、电压变压器、功率因数变送器、有功功率变送器等各类传感器及直接数字控制器组成。控制器通过温度传感器、电压变送器、电流变送器、功率因数变送器自动检测变压器线圈温度、电压、电流和功率因素等参数，并将各参数转换成电量值，经由数字量输入通道送入计算机，显示相应的电压、电流数值和故障位置，并可检测电压、电流、累计用电量等。图4.19所示为低压配电监控系统图。

173 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.19 低压配电系统监控原理图

174 4.5 BAS各子系统的监测与控制 2低压配电监控系统功能 (1) 检测运行参数。
对电气运行参数的检测包括高、低压进线电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数的检测,变压器温度检测,直流输出电压、电流等参数的检测以及发电机各参数的检测，并为正常运行时的计量管理、事故发生时的故障原因分析提供数据。

175 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (2) 监视电气设备运行状态。
它包括高、低压进线断路器及母线联络断路器等各种类型开关的当前分、合状态，是否正常运行；变压器断路器状态监测和故障报警；直流操作柜断路器状态监测与报警；发电机运行状态与故障报警；提供电气主接线图开关状态画面；如发现故障，自动报警，并显示故障位置及相关电压、电流数值等。 (3) 火灾时，切断相关区域的非消防电源。

176 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (4) 对建筑物内所有用电设备的用电量进行统计及电费计算与管理。
它包括空调、电梯、给排水、消防喷淋等动力用电和照明用电；绘制用电负荷曲线(如日负荷、年负荷曲线)；实现自动抄表、输出用户电费单据等。 (5) 对各种电气设备的检修、保养维护进行管理，如建立设备档案，包括设备配置、参数档案，设备运行、事故、检修档案，生成定期维修操作单并存档，避免维修操作时引起误报警等。

177 4.5 BAS各子系统的监测与控制 3应急柴油发电机与蓄电池组的监测方法

178 4.5 BAS各子系统的监测与控制 高层建筑物中的高压配电室对继电保护要求严格，一般的纯交流或整流操作难以满足要求，必须设置蓄电池组，以提供控制、保护、自动装置及事故照明等所需的直流电源。镉镍电池以其体积小、质量轻、不产生腐蚀性气体、无爆炸危险、对设备和人体健康无影响而获得广泛应用。对应急柴油发电机组及镉镍电池组的监测包括电压监视、过流过电压保护及报警等，如图4.20所示。

179 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.20 备用用电系统控制原理图

180 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.8 公共照明系统的监测与控制
公共照明系统的监测与控制 电气照明是建筑物的重要组成部分，其中景观照明还可以烘托建筑造型、美化环境。工作场所照明质量的好坏直接影响人们的工作效率和视力保护。如何做到既保证照明质量又节约能源是照明控制的重要内容。

181 4.5 BAS各子系统的监测与控制 正确的控制方式是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有效措施。目前设计中常用的控制方式有跷板开关控制方式、断路器控制方式、定时控制方式、光电感应开关控制方式和智能控制方式。在智能楼宇中照明控制系统对整个楼宇的照明系统进行集中控制和管理。 照明监控系统的任务可以分为两个方面: 一是为了保证建筑物内各区域的照度及视觉环境而对灯光进行的控制，即环境照度控制； 二是以节能为目的对照明设备进行的控制，以期实现最大限度的节能，即照明节能控制。

182 4.5 BAS各子系统的监测与控制 1环境照度控制
智能建筑中的视觉环境必须与建筑师的总体构思相符合，应当与室内的色彩、家具等环境相协调。除了在设计时确定灯具及其布置和照明方式外，还必须对光源(灯具)进行控制。在智能化照明系统中，通常采用以下方法对环境照度进行控制： （1） 定时控制 这种方式是事先设定好各照明灯具的开启和关闭时间，以满足不同阶段的照度需要。由于它采用计算机系统作为监控装置，通常在监控站设定，所以很容易实现。但是，这种方式灵活性较差，如遇到天气变化或临时更改作息时间，则必须修改设定时间。

183 4.5 BAS各子系统的监测与控制 （2） 将照明范围划分为若干个区域，在照明配电盘上对应于每个区域均设有开关装置，这些开关装置接收照明监控DDC系统的控制,这样就可根据不同区域的使用情况合理地开启、关闭其照明灯具。对于那些未使用的区域，可以用指令及时地进行关断控制，以达到节能的目的。 （3） 利用光电、红外等传感器检测照明区域内的人员活动情况，一旦人员离开该区域，照明监控DDC系统则依照程序中预先设定的时间延时，待人员离开该区域一段时间后，自动切断照明配电盘中相应的开关装置。

184 4.5 BAS各子系统的监测与控制 2照明监控系统及功能 照明监控系统原理如图4.21所示。
其中，室外自然光传感器等检测元件将各部位检测的相关值送到DDC的模拟输入点 (AI)，各照明开关的状态送到DDC的数字输入点(DI)，而DDC的输出信号(DO)则控制照明开关。 在图4.21所示的照明控制电路中，通过交流接触器1KM、2KM控制照明回路的关、断，如庭院照明回路、走廊照明回路等。在控制方式上，可以通过手动和自动两种方式控制回路的供电。在自动方式下，现场控制器DDC根据上位计算机的指令或DDC本身控制规律(如定时控制)的结果，通过中间继电器KA1、KA2的控制来实现照明回路的供电控制。

185 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.21 照明监控系统原理图

186 4.5 BAS各子系统的监测与控制 另一方面，通过将操作开关1WH、2WH的辅助触点接入DDC，实现对控制柜中操作开关1WH、2WH的状态进行监测；同样，通过将控制照明回路的接触器1KM、2KM的辅助触点接入DDC，其实现对照明回路的供电状态进行监测。 照明系统的监控内容： (1) 室内照明：指大厅、走廊、会议室等处的照明。按照预先设定的时间表，自动监控照明开关的开启和关闭。在人流高峰时，打开全部灯，夜间打开少量灯，紧急情况下打开事故照明灯。

187 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (2) 户外照明：泛光照明、广告灯、喷泉灯、庭院灯、航空障碍灯等照明。可根据室外照度自动控制其调光器，调整室外照明度。泛光照明、广告灯可根据要求分组控制，产生特殊效果。 障碍灯应根据要求进行闪烁控制。 此外，照明系统监控的内容还包括供电回路状态、各种照明的累计工作时间和供电回路故障报警等，并列出设备保养及维修报告。照明监控系统利用照度传感器将光照强度转化为电流信号，再经过运算放大器转换为标准信号与DDC控制器相连。

188 4.5 BAS各子系统的监测与控制 4.5.9 电梯和自动扶梯系统监测与控制
电梯和自动扶梯系统监测与控制 电梯是高层楼宇的重要设备之一，一座大厦的电梯少则几部，多则几十部。电梯可分为直升电梯和手扶电梯两大类，而直升电梯按其用途又分为客梯、货梯、客货梯、消防梯等，自动扶梯则主要是用于连续运送大量的人流。 智能建筑对电梯的启动加速，制动减速，正、反向运行，调速精度，调速范围和动态响应都提出了更高的要求。具有智能化控制的电梯系统已成为人们日常工作与生活中不可缺少的设备。

189 4.5 BAS各子系统的监测与控制 在有多台电梯的场合，一般都采用电梯群控系统。 群控系统能对运行区域进行自动分配，自动调配电梯至运行区域的各个不同服务区段。服务区域可以随时变化，它的位置与范围均由各台电梯通报的实际工作情况确定，并随时监视，以满足大楼各处不同候梯厅站的召唤。群控管理可大大缩短候梯时间，改善电梯交通的服务质量，最大限度地发挥电梯的作用，使之具有比较好的适应性和交通应变能力。这是单靠增加电梯台数和调整电梯行驶速度所不易做到的，在经济上也是最可取的。

190 4.5 BAS各子系统的监测与控制 群控电梯是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯，常用以下两种控制方式：
(1) 梯群的程序控制:控制系统按预先编制好的交通模式程序集中调度和控制。 (2) 梯群的智能控制:智能控制电梯有数据的采集、交换、存贮功能，还有进行分析、筛选、报告的功能。

191 4.5 BAS各子系统的监测与控制 电梯的监控功能有如下五个方面：
(2) 对各部电梯的运行状态进行检测。 (3) 故障检测与报警，包括厅门、厢门的故障检测与报警，轿厢上下限超限故障报警以及钢绳轮超速故障报警等。

192 4.5 BAS各子系统的监测与控制 (4) 各部电梯的开/停控制及电梯群控。例如，当任一层用户按叫电梯时，最接近用户的同方向电梯将率先到达用户层，以缩短用户的等待时间；自动检测电梯运行的繁忙程度以及控制电梯组的开启/停止的台数，以便节省能源。 (5) 当发生火警时，由电梯升降控制器控制所有的电梯，包括将直升客梯和直升货梯降至底层，并切断电梯的供电电源。 电梯运行状态监控原理如图4.22所示。

193 4.5 BAS各子系统的监测与控制 图4.22 电梯运行状态监视原理图

194 4.5 BAS各子系统的监测与控制 通过主电路接触器的辅助触点，由DI模块将信号送入DDC来监视电梯的运行状态、运行方向、故障报警情况,由DO模块的输出信号来控制电梯的启停。电梯系统须与消防系统进行联动：当发生火灾时，普通载客电梯停靠到一层，并切断供电电源，消防电梯则立即投入使用。

195 4.6 BAS中央控制室 在一个中央监控室内实施对大厦内的消防、安防、各类机电设备、照明、电梯等的监视与控制，切实做到三位一体、集中管理。这样，一方面可以提高管理和服务效率，节省人工成本；另一方面由于采用一个操作系统的计算机平台和统一的监控管理界面环境，实施全局事件和事务的处理，使物业管理更趋现代化，同时可以进一步降低大厦的运行和维护费用。这个集建筑设备自动化(BA)、保安监控自动化(SA)和消防自动化 (PA)于一体的集成监控系统称为中央控制室。

196 4.6 BAS中央控制室 监控中心的用途 监控中心安装有多种设备，主要作为建筑物自动化系统的中心，故应按照系统的要求设置中央站控制设备。监控中心应安装中央站打印机、显示控制台，且应有必要的检查与维修的空间。 设备监控室可以与消防控制室及保安监控室安排在相邻或同一个控制室内。因为建筑设备自动化系统是一个综合性系统，该系统可以做到设备监控、消防、安防综合在同一个监控系统内管理，从而起到防灾指挥中心的作用。这样可以做到全面监控，相互协调，充分发挥各系统的功能，及时、快速地响应各类突发事件，提高防灾的能力和智能化物业管理的效率。同时也可以减少管理人员数量，克服以往那种各子系统分散布置且占用大量空间的缺点。

197 4.6 BAS中央控制室 中央监控管理室的功能通常用以下四个方面来概括： (1) 作为防火管理中心的作用； (2) 作为安防管理中心的作用；
(3) 作为设备管理中心的作用； (4) 作为信息情报咨询中心的作用。

198 4.6 BAS中央控制室 监控中心的位置 监控中心通常要求环境安静，宜设在主楼低层接近负荷中心的地方，也可以在地下一层。监控中心要求无有害气体、蒸汽及烟尘，远离变电所、电梯、水泵房等电磁波干扰场所，远离易燃、易爆场所，无虫害和鼠害，上方无厨房、洗衣房、厕所等潮湿场所。 监控中心的设置应符合消防的一般规定，即监控室的门应向疏散方向开启，并应在入口处设置明显标志。 监控中心内应有本建筑物内重要区域和部位的消防、保安、疏散通道及相关设备所在位置的平面图或模拟图。

199 4.6 BAS中央控制室 监控中心的设备布置 为了满足综合功能要求和智能化管理的需要，最好应设置综合性的中央监控室。大型的监控中心一般设有空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安防、公共广播等监视控制计算机及各种控制操作盘，还有闭路电视监视器、打印机等设备。

200 4.6 BAS中央控制室 监控中心的布置通常由两部分组成:一部分是中央监控与管理工作台，工作台长度为5～6 m，主要放置系统网络监控计算机及操作控制盘面；另一部分是闭路监视器和模拟显示屏(如供配电系统模拟显示屏)。工作台与监视屏之间的空间应在1.5 m以上。一些智能化功能较强的监控中心不需要模拟显示屏，所有的监控功能均在监控计算机上完成。

201 4.6 BAS中央控制室 4.6.4 监控中心的环境要求 (1) 空调:可用自备专用空调或中央空调。
监控中心的环境要求 (1) 空调:可用自备专用空调或中央空调。 (2) 照明:平均最低照度150～200 lx。一般天棚采用暗装照明，最好是反光照明。 (3) 消防:用二氧化碳固定式或手提式灭火装置，禁止用水灭火装置,此外还要有火灾报警设备。

202 4.6 BAS中央控制室 (4) 地面和墙壁:中央监控室的装饰应进行专门的设计并符合消防规定。中央控制室宜用架空防静电活动地板，高度不低于0.2 m，以便敷设线路。如果线路不是很多，也可以不用架空活动地板，改用扁平电缆等。地面和墙壁要有一定的耐火极限。 图4.23为BAS及消防、保安监控等综合设置的楼宇控制中心平面布置示意图，图中还考虑了电源及备用电源的设置。

203 4.6 BAS中央控制室 图4.23 楼宇控制中心平面布置示意图

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