智能建筑中暖通空調與照明系統控制策略

1、概述

　　美國卡內基-梅隆大學建筑系建筑物性能測試中心（Center for Performance and Diagnostics，Department of Architecture，Carnegie Mellon University）所籌建之智能工作區間（Intelligent Workplace，簡稱IW）是一個受美國國家科學基金委員會支持，由國際財團ABSIC（Advanced Building Systems Integration Consortium）投資興建之。陽光電子學校維修專家分析認為：ABSIC由學校、公司以及政府部門共同組建。陽光電子學校維修專家分析認為：美國政府部門括國防部、能源部、環境保護署、服務總局和國家科學基金委員會，公司中有AMP Incorporated，Johnson Controls，Siemens Energy and Automation Inc， Siemens AG等著名之大公司，學校即為卡內基-梅隆大學建筑系之建筑物性能測試中心。陽光電子學校維修專家分析認為：IW是美國第一所有關建筑物性能測試之重點實驗室，集研究、發展和商業應用于一身。陽光電子學校維修專家分析認為：實驗中心之目之是提高建筑物內部之工作環境質量和節約能源。陽光電子學校維修專家分析認為：對建筑物之各項性能指標進行測試和模擬，以期提高建筑物內辦公人員（以辦公室為實驗對象）對環境7個方面之要求：新鮮空氣，適宜之溫度，適當之光線，既有室外之景致又要有相對之隔離，獨立和安靜之工作空間，具有多媒體功能之計算機網絡系統以及電源系統，符合人體工程學之家具與環境。陽光電子學校維修專家分析認為：根據估算，僅在節約能源方面采用了一系列新技術以后，可使建筑物之節能達到75%（以美國現在使用能源之普遍情況為標準）。陽光電子學校維修專家分析認為：所以，卡內基-梅隆大學（CMU）建筑系在參照了日本、德國、法國、英國和北美之各項研究成果后，重新設計而建成之這個新型研究中心必將會推動建筑界以及智能建筑學科之發展。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　智能建筑中HVAC和照明系統之計算機控制系統，是智能建筑之重要組成部分。陽光電子學校維修專家分析認為：此系統之工作性能，直接關系到提高工作環境之舒適度而提高工作人員之工作效率，也是關系到節約能源和環境保護之重要手段。陽光電子學校維修專家分析認為：計算機控制系統根據工作區間之內部條件和外部條件，適時或按計劃自動控制室內溫度、濕度、工作區間之亮度等。陽光電子學校維修專家分析認為：計算機控制系統是體現“智能”諸因素中 重要之因素之一。陽光電子學校維修專家分析認為：一個在建筑中使用之設備被稱為“有智能”或“是一個智能單元”，或一座建筑物被稱為智能建筑，計算機控制系統之應用是必要條件。陽光電子學校維修專家分析認為：所以，計算機控制系統之應用與控制策略是評價智能建筑之重要之因素之一。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　本文以美國卡內基-梅隆大學建筑物性能測試中心之智能工作區間之HVAC和照明系統之控制系統為例，說明智能建筑控制系統結構和控制策略。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2、智能建筑集成系統中之計算機控制系統

　　2.1主要設備

　　2.1.1蒸發式冷卻空調系統此系統之3階段供冷啟動順序為：熱轉輪啟動，蒸發冷卻器啟動，備用冷卻盤管啟動；其兩階段供熱啟動順序為：熱轉輪運行進行熱回收，利用熱水盤管加熱處理空氣。陽光電子學校維修專家分析認為：此空調系統主要任務是保證室內空氣之清新，提供室內之基本溫度保證。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.1.2埋管式輻射墻板墻架上和空氣中之溫度傳感器提供水流閥門之控制信號。陽光電子學校維修專家分析認為：它是在室內基本溫度點基礎上，對溫度進行再調整之設備。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.1.3屋頂通風裝置室外溫度、濕度、風力、降雨量，室內溫度、濕度，提供此開關控制信號。陽光電子學校維修專家分析認為：它是室內溫度、濕度調整之輔助設備，也是節約能源之重要手段。陽光電子學校維修專家分析認為：其動力是日光反射板上之太陽能電池。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.1.4日光反射板陽光和溫度都是照明系統和溫度系統之信號源，光線反射板受控于這兩個系統。陽光電子學校維修專家分析認為：既能遮光，也能將室外光線反射到室內。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.1.5照明系統由房間使用狀況檢測、日光、陽光反射、室內光照度等檢測信號，用開關、遙控器或計算機程序控制此系統。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.1.6個人工作環境系統在個人工作環境系統中，溫度、濕度、房間使用狀況檢測、空氣流速、空氣品質等數據均為控制因素。陽光電子學校維修專家分析認為：每人工作環境系統之溫度、濕度之期望值，房間使用狀況檢測數據，由系統中之傳感器或由人工給定，由通訊系統傳送給上一級（網絡工作級）和系統工作站，由網絡工作級和系統工作站之計算機控制系統控制此個人工作環境系統之系統參數。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.1.7控制系統和主配電盤它是控制、電源和通訊系統之神經網絡。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.2控制系統控制系統分為兩大控制部分：

　　2.2.1溫度和空氣品質控制系統溫度和空氣品質控制系統之控制目標括蒸發式冷卻空調系統、埋管式輻射墻板、個人工作環境系統、可開啟窗戶、屋頂通風裝置等。陽光電子學校維修專家分析認為：本系統之傳感器括室內溫度、室內濕度、室外溫度、室外濕度、冷熱水流數據、房間使用狀況、空氣品質（CO2）數據、露點溫度，以及室外風力等。陽光電子學校維修專家分析認為：執行機構是熱轉輪、蒸發冷卻器、水流閥門、空氣處理器、加熱盤管、冷卻盤管、氣流混合調節器、水壓調節器、屋頂通風裝置等。陽光電子學校維修專家分析認為：2.2.2照明控制系統照明控制系統之控制目標括環境燈、周邊燈、工作燈、室內遮光設備、日光反射板等。陽光電子學校維修專家分析認為：燈光控制系統之傳感器括室外日光檢測器（ 大照度）、室內照度檢測器、房間使用狀況等。陽光電子學校維修專家分析認為：執行器是控制日光反射板之電機，控制天窗、可開啟窗戶、門遮陽設備之電機，數字式日光燈整流器，數字式相位燈光調節器，數字轉換器等。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　溫度和空氣品質這兩個控制系統和照明控制系統是互相干擾之。陽光電子學校維修專家分析認為：譬如，為了節約能源和得到舒適之工作環境，冬天和夏天對日光之需要是不同之。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　2.3控制系統結構總控制工作站熱冷水系統熱水系統冷水系統空氣處理系統空氣處理單元-1（AHU1）

　　空氣處理單元-3（AHU3）

　　埋管式輻射墻板埋管式輻射墻板控制系統埋管式輻射墻板1-26（分組）

　　個人工作環境系統個人工作環境系統控制系統個人工作環境1-30（分組）

　　系統接口溫度/空氣品質控制系統與照明控制系統接口（兩個公司產品）

　　控制系統之輸入、輸出量控制系統之輸入、輸出量之監測控制系統之硬件控制系統之硬件工作狀況監測安全監視和檢查系統門衛磁卡檢查系統系統設備打印機網絡設備

　　3、計算機控制系統之控制策略總控制工作站之控制策略必須根據各種條件，用控制算法去協調上述設備之工作。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　現假定工作程序和環境為：按照當天之室外氣象參數，蒸發式冷卻空調系統已根據時間或遙控命令，在工作人員到來之前開始工作，提供基本室內溫度和其它條件，當個人工作環境之房間使用狀況檢測傳感器檢測到有人工作，提供啟動信號給上級計算機，控制系統按照人之給定期望值，調整此個人工作環境之環境參數。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　4、總結

　　溫度控制系統、空氣品質控制系統和照明控制系統之某些控制目標是相關之，被控制目標和設備之間存在互相干擾。陽光電子學校維修專家分析認為：且智能建筑集成系統之各個部分是由一些不同廠家生產之，這些產品中存在很多不同標準，像數據傳輸總線、硬件接口、軟件接

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