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满洲里机场楼宇自动控制系统
刘昊
（同方泰德国际科技有限公司）
摘要：
本文以满洲里西郊机场扩建工程实例为背景，从系统结构、控制器功能、末端选择、控制工艺等方面介绍Techcon楼控系统针对室外气候恶劣、大空间、多数量多类型设备、非标空调机组的情况实现航站楼类型建筑设备管理系统自动化，起到改善系统运行品质、提高管理水平、降低运行管理劳动强度、节省运行能耗的作用。
关键词：楼控系统 大空间 非标空调 集散型 总线拓扑 热交换 阻力平衡 节能

Abstract：
The article taken the example from the extension project of Manzhouli International Airport, introduced the realization of auto-control management using Techcon BAS system. The introduction focused on the aspects of system structure, control function, chosen of terminal unit and process control. The introduction work directed towards how the system realized the auto-control management of equipment in terminal building, especially under the conditions as bad outdoor weather, huge space, multi and polytypic equipment, and non-standard air conditioner system, and meanwhile reached the goal of improve system operation quality, raise management level, reduce intensity of labor in operation management , and save operation energy,
Keyword: BAS；huge space；non-standard air conditioner；diffuse type；bus topology； air to air energy recovery；resistance balance；energy saving
1 工程概述
满洲里西郊机场扩建工程投资3.2亿，新建航站楼工程总面积达1.91万平方米，共分上下两层，旅游旺季航站楼内接待游客较多，人员流动大。
满洲里位于内蒙古自治区北部，西邻蒙古国，北接俄罗斯处于草原气候区，年均温度-1.3 ℃，年均无霜期102天左右。冬季冰天雪地，历达半年之久，平均气温为摄氏零下28°C左右，最低气温可达-40 ℃，室外气候恶劣。夏、春、秋几乎相连，五月至九月气候温和。

2 系统结构
满洲里西郊机场航站楼规模庞大，虽然只有两层，但是南北跨度较大达到200多米，东西跨度也达到了100多米，而且航站楼内外机电设备数量众多较为分散，其中包括65000立方米热回收式组合式空调机组4台、80000立方米热回收式组合式空调机组1台分布在楼内南北两侧空调机房内，庞大的空调系统在送风和回风管道上每个支路都安装了风阀执行器，风冷冷水机组位于航站楼外冷源机房，全自动换热机组、全自动水处理器位于换热机房，热风幕16台分布在一层几个主要进出口以及国内进出港行李分检厅和国内进出港行李分检厅处，送排风机分部在航站楼各个送排风机房，还包括复杂的照明回路，楼控系统还需对楼内变配电机房、行李设备、登机桥、电梯等设备进行监视。针对控制区域过大、设备种类多样、数量繁多、位置分散的特点，Techcon系列楼宇自动控制系统采用先进的集中管理、分散控制的系统结构，能够应对于大规模的建筑物，大规模的设备，具有很强的区域性集散管理功能。
还考虑为航站楼工程保留足够的技术先进性、开放性和升级能力，因此建筑设备监控系统采用了具有强大拓展能力的系统架构，结构示意图如下：
 
满洲里西郊机场航站楼建筑设备监控系统采用控制层和管理层两层网络结构。航站楼内设置服务器、操作站、网络通信设备等通过管理层网络相联，管理层网络采用100M BASE-T以太网，以标准TCP/IP协议互相通信，在物理连接上利用机场已有的综合布线路由，通过网络设备的设置将管理层网络连通。所有控制器能通过控制层网络以CAN总线方式通信，允许在线增减设备，其灵活的结构为系统实施和维护带来最大的便利。本系统采用分布智能式控制系统，控制层网络中任一节点故障时均不致影响系统的正常运行和信号的传输，从而保证了这样大型系统的稳定性。
2．1 管理层网络
管理层网络除了将楼控系统自身的管理设备连接起来外，还将建筑物中冷水机组、热交换系统、电梯、变配电、机场设备等其他相关系统和独立的智能化系统连接起来，实现各系统之间的数据通信、信息共享以及其他厂商设备和系统的通讯。
同时管理层网络还将建筑设备监控系统中的所有监控信息及时地反馈到机场信息共享管理系统中的中心数据库，并获取信息共享管理系统的相关运行信息，实现相关信息的双向通讯。
管理层采用TCP/IP协议，一层中央操作站和在机场各层各区域设置的分站，数据管理服务器等设备分布其上。网上各节点之间的数据交换采用点对点（peer to peer）方式，各节点均具备动态数据访问（Dynamic Data Access）功能，机场工作人员可以在网络的任意节点添加计算机，通过数据共享，即可以轻松访问权限范围内的被控设备。应需要不在机场附近的机场人员办公大楼和宿舍也可以通过内联网或互联网进行显示和控制操作。
2．2 控制层网络
控制层网络采用标准化现场总线 CAN，采用 MS/TP 标准协议，将通用控制器、专用控制器、以及扩展模块等现场设备连接在一起。高达 38.4K 的通讯速率，对于机场航站楼这种拥有大量的数据通讯提供了硬件条件。同时系统还支持灵活的拓扑结构，易于在网络中添加或减少设备，为组网实施和今后升级改造提供了最大的便利。面对面积庞大的机场其传输距离允许 1200 米的最远端，通过中继可以扩展至4800米，同事针对机场的结构在距离过于长、位置分散的被控设备配置中继设备，保障网络的通讯质量和稳定性，还为工程节约了通讯线的造价。
在系统的两层结构中，无论是管理层还是控制层，均具有同层资源共享功能。在系统主机发生故障时，所有控制模块之间仍保持通讯和数据的交换，而倘若任何一个控制模块掉线，其余控制网络的全部现场控制器之间亦能保持直接通讯，从而保障系统不间断的可靠运行。

3 空调系统控制
 根据满洲里地区的气候条件和使用情况,采用超大型组合式空调机组非标化设计，空调系统也十分复杂，以下针对大空间空调系统的特殊性，Techcon楼宇自动化控制系统对其运行中容易出现的问题给予了很好的解决方案。
3．1 空调系统中风阀的控制
满洲里的气候特征不同于其它城市，特点是昼夜温差很大。冬季室外环境恶劣，气候寒冷，而夏、春、秋气候温和。机场航站楼的建筑结构和使用功能也很特殊。根据其气候特征和使用要求，我们在楼控系统深化设计过程中对满洲里机场空调系统进行优化运行方案。
3．1．1板式换热器旁通阀门
如下图航站楼空调机组采用了板式热回收装置，利用热回收装置回收排风中的冷热量是一种有效节能的方式,。影响排风热回收效果的有热交换器的换热效率、排风装置运行时间、室内外温差(焓差) 等几个因素，所以在具体应用时要根据当地的实际温湿度、空调运行时间等来分析,合理确定回收装置运行的时间等,以使得系统具有最好的节能性。通过验证，根据满洲里的气候特征冬季气候寒冷、湿度较小，室内外温差大，较适宜用热回收装置。
而其夏季和过渡季，室外气候温和，应尽量将新风作为“免费冷源” 来抵偿负荷，节省空气处理的能耗，缩短制冷机的运行时间。同时，当使用板式换热器时，新风、排风通过热回收装置时会增加空气阻力，从而增加动力消耗，在空调夏季和过渡季中，室内外焓差很小，热回收的冷（热）量不足以抵偿其动力消耗，这种情况下使用热回收装置是不经济的。所以，在过渡季节根据室内外的焓差控制板换热回收两侧的旁通阀门，尽量利用外界天然冷源不仅可以满足全年空调的温、湿度要求，提高空调室内的空气品质，而且还能节省空调系统运行能耗。
冬季情况下，室外环境恶劣，机组板式换热器段，新风旁通内阀门开启，外阀门关闭，排风旁通外阀门关闭；新风经过过滤段过滤，预热盘管后，在板式换热器与排风进行热交换，然后经过混风段与回风混合，再进入热盘管段加热，最后送风；排风则经过过滤段和板式换热器，最后排风。
在夏季和过渡季节情况下，机组板式换热器段，新风旁通内阀门关闭，外阀门开启，排风外阀门开启；新风和排风都不经过板式换热器。
 

3．1．2空调系统中各支路阀门的控制
机场航站楼内主要房间为综合迎送厅，几乎占据了整个航站楼的面积，而且贯穿了整个一层和二层，空间非常大。综合迎送厅也是航站楼内负荷最大的区域，航站楼内的大量的乘客和工作人员都聚集在综合迎送厅内。所以，综合迎送厅是空调系统中最重要的调节区域。通过图纸看到，综合迎送厅周围多是机场工作人员办公室、各类设备机房、商店、急诊室等小房间，规模和设计负荷都远远小于综合迎送厅，而受到预算和机房面积的原因，没有为小房间单独配置空调机组，而是综合迎送厅和周伟小房间公用1台大型空调机组。负荷的差异带来了到不同区域的各支路通风管道横断面积相差悬殊，通风管道阻力不平衡的问题。
 
通风管道是空调系统的主要组成之一，通风管道的阻力平衡问题非常重要，它关系到整个系统的造价、运行的经济性以及运行效果。面对现有无法改变的的条件，我们制定了很好的空调系统控制方案。
如图通过Techcon节能分析软件和在航站楼内布置的温度传感器，可以很容易地看出各区域的温度范围。机场的主要调节区域风口形式都为远程投射喷口，机场工作人员利用此软件看出哪些区域需要开启喷口，哪些区域关闭喷口，减少空调的负荷，从而达到节能的目的。
 
在控制远程投射喷口减少空调负荷的基础上，在各风道主管和主要支路上安装风道压差传感器，根据各通风管道压力调节其入口处的风阀执行器开度，平衡整个风系统阻力。空调机组变频风机还根据主送风管道上风道压差传感器PID控制风机转速，节省了空调机组主要的能耗。
3．2空调机组时间程序
众所周知，空调是大型建筑内最主要耗能设备之一，在满足室内环境的前提下，合理地控制空调的启停能够很大程度地节省能源。根据满洲里航班的特点，我们为航站楼内空调机组制定了一套科学合理的定时启停程序，实现了很好的节能效果。
机场每天航班时间固定，夏季和过渡季为旅游旺季，客流量较大，而冬季每天只接待两班飞机，并且上下午分开。根据这一特点，利用Techcon楼控系统内嵌的时间程序，机场工作人员可以在上位机中直接定制空调程序的启停时间。空调时间程序插件可以设置几个时段供用户使用，而每个时间段除了占用和费占用模式，还可以选择半开机模式。这一功能很好地用在冬季，当第一班飞机到达之前开启空调机组，为房间送热风，满足第一班飞机乘客需要，乘客中午离开航站楼后将空调进入半开机模式，直到下午第二班飞机到达前再开启空调机组，为第二班飞机客人服务，第二班飞机离开后航站楼内无人进入，此时可以彻底关闭空调机组。
3．3空调机组过滤器堵塞得问题
板式热回收装置内部容易被空气中的杂质堵塞，不仅会增大风阻增加空调风机能耗，还会降低热回收装置的换热效率，甚至会损坏空调设备，加之航站楼内部需要一定的空气洁净度，所以在空调的新风和回风口处都设置了过滤装置，过滤段成为空调很重要的一个功能段。随着时间的积累，过滤装置也会发生堵塞，是空调系统中发生频率最高的问题之一，如图，过滤器堵塞导致风机运行工况从A变到B，送风量减少，风机效率降低和电耗增加。

                                  
 
   可以看出，过滤器的脏堵，对机组的送风量影响很大，最终将导致航站楼内的新风得不到保证。所以在空调调试及运行过程中应在必要时清洗或更换堵塞的过滤器。航站楼空调机组中设置过滤网压差报警对过滤网两侧的压力进行监控使过滤网及时得到清洗和更换，保证了机组正常的运行。
3．4冬季防止盘管冻裂的问题
 面对满洲里冬季室外的恶劣环境，外界气温最低可达-40 ℃，空调机组在预热盘管段配置了防冻开关，特别是机组夜间停止运行或小负荷运行期间，监测新风温度过低时报警，关闭风阀并开启调节阀，加大热水流量，防止热水盘管冻裂，造成不必要的损失

4 照明系统
 照明也是建筑物内主要耗能的部分，我们在楼控深化设计中给予了优化建议，对于大面积场所的照明设计,采取分区控制方式,这样可增加照明分支回路控制的灵活性,使不需照明的地方不开灯,有利节电。
航站楼内部采光非常好，能够很好地分利用自然光代替室内定光照明。楼控系统很好的利用了这种采光条件，在外窗区域单独设置照明回路并配备照度传感器，根据自然光的照度变化,分组分片控制。

5 结语
楼宇自动化控制系统是一个涉及面非常广泛的学科，除了在控制领域下功夫，能够在设计和调试过程中认真对建筑、设备等专业工艺进行研究是十分重要的，根据被控设备的工艺流程制定出一套科学合理的控制方案，达到节能的效果，为建设资源节约型社会做出贡献。

参考文献
[1] 李冬辉 邹宝兰.集散型楼宇自动化系统结构与集成技术,2002.
[2] 袁旭东 柯莹 王鑫.空调系统排风热回收的节能性分析,2007.
[3] 赵然勃 李雪涛.空调、通风风管系统设计,2004.
[4] 陈兆祺.建筑电气节能技术的应用分析,2007.