作者：杨少春
出版社：电子工业出版社
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楼宇智能化工程技术试读：
前言
随着国民经济和科学技术的发展以及人民生活水平的逐步提高，智能办公大厦、智能住宅小区、智能化家居等现代化建筑大量涌现，智能楼宇自动化技术人才和日常管理维护人才的社会需求日益剧增。为了满足这些高技能应用人才的需要，我们为高等职业教育工科类编写了本教材。
本教材学习情境1为绪论，主要介绍智能楼宇的概念、组成结构和国内外发展状况。学习情境2为楼宇机电设备，主要讲授空调、电梯、配电系统的工作原理。学习情境3为消防系统，主要讲授火灾的报警原理与如何防火。学习情境4为安防系统，主要讲授闭路监控系统、防盗报警系统、智能卡系统原理。学习情境5为通信自动化系统，主要讲授电话通信、计算机网络通信以及卫星有线电视系统的工作原理。学习情境6为智能建筑集成系统，主要讲授集成系统软件的工作原理、典型BAS产品及应用。学习情境7为办公自动化，主要讲授常用办公设备的工作原理与使用。学习情境8为安全用电与智能楼宇接地，主要讲授安全用电常识和智能楼宇的接地系统。
本教材学习情境1绪论、学习情境3消防系统、学习情境5通信自动化系统和学习情境8安全用电与智能楼宇接地由武汉职业技术学院杨少春教授编写，学习情境2楼宇机电设备由泰豪科技股份有限公司武汉办事处首席代表张纪文高级工程师编写。学习情境4安防系统由武汉职业技术学院高级工程师石建华编写，学习情境6智能建筑集成系统由武汉职业技术学院高级工程师朱蔚青编写。学习情境7办公自动化由电子科技大学中山学院机电工程学院张国庆博士后编写，全书由杨少春担任主编。长江水利委员会人才资源开发中心副主任余启银副教授担任主审。
本书由立项到编写完毕时间紧迫，作者水平有限，难免会存在缺点和错误，恳请读者批评指正。
编者
2012年9月学习情境1 绪论
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1984年1月，美国联合科技集团在美国康涅狄格州哈特福德市，将一幢旧金融大厦进行改建，改建后的大厦完成了传统建筑与新兴信息技术相结合的尝试。楼内主要增添了计算机、数字程控交换机通信、文字处理、电子邮件传递、市场行情查询、情报资料检索、科学计算等服务。此外，大楼内的暖通、给排水、消防、保安、供配电、照明、交通等系统均由计算机控制，实现了自动化综合管理，使用户感到更加舒适、方便和安全，引起了世人的关注，从而导致了“智能建筑”这一名称第一次出现。这幢大厦被全世界公认为是第一栋智能建筑，以此大厦为标志，在美国、欧洲及世界其他地区相继兴起了营造智能建筑的热潮。任务1.1 智能建筑的概念
教师活动
教师第一节课要备课充分，准备现代智能楼宇的外观、结构、内部装饰、设备智能化程度的PPT课件，激发学生兴趣，引发学生的求知欲望，给整个课程的学习做好铺垫。
学生活动
第一节课结束时每个学生填写的作业单见表1-1。表1-1 作业单“智能建筑”的定义是什么?什么样的建筑才算是智能化楼宇?目前世界上的对楼宇智能化的提法很多，欧洲、美国、日本、新加坡及国际智能工程学会的提法各有不同，至今尚未形成统一的说法，各国、各行业和研究组织从不同的角度提出了对智能建筑的认识，现将部分具有代表性的解释汇集如下：
美国智能大厦协会（AIBI）认为：智能建筑通过对建筑物的四个基本要素（即结构、系统、服务、管理）以及它们之间的内在关联的最优化考虑，提供一个投资合理而又拥有高效率的舒适、温馨、便利的环境，并且帮助大楼的业主、物业管理人、租用人等关注费用、舒适、便利以及安全等方面的目标，同时兼顾到长期的系统灵活性及市场的适应能力。
新加坡政府的PWD智能大厦手册规定智能大厦必须具备三个条件：
1.先进的自动化控制系统调节大厦内的各种设施或指标，包括温度、湿度、灯光、保安、消防等，为租户提供舒适环境。
2.良好的通信网络设施，使数据能在大厦内各区域之间进行传递。
3.提供足够的通信设施。
日本智能大楼研究会认为：智能建筑提供商业支持功能、通信支持功能等在内的高度通信服务，并通过高度集成的大楼管理服务体系，来保证舒适的环境和安全，以提高工作效率。
中国一度比较流行的是以大厦内自动化设备的配备作为智能建筑的定义：如3A智能大厦内设有通信自动化设备（Communication Automation简称CA）、办公室自动化设备（Office Automatiom简称OA）与建筑自动化设备（Building Automation简称BA）。若再把消防自动化设备（Fire Automation简称FA）与安保自动化设备（Security Automation简称SA）从BA中划分出来，则成为5A智能大厦。为了在大厦中对各智能化子系统进行综合管理，又形成了大厦管理自动化系统（Management Automation简称MA）。这类以建筑内智能化设备的功能与配置为定义的方法，具有直观、容易界定等特点。
我国智能建筑专家、清华大学张瑞武教授1997年6月在厦门市建委主办的首届“智能建筑研讨会”上就智能建筑提出了下列比较完整的定义：智能建筑指利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通信技术、信息技术与建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控、对信息资源的优化组合，所获得的投资合理、适合信息社会需要并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活等特点的建筑物。这一定义特别有助于认识什么是真正的智能建筑。
欧洲建筑集团认为：智能建筑是使其用户发挥最高效率，同时又以最低的保养成本，最有效地管理本身资源的建筑，能够提供一个反应快、效率高和有支持力的环境以使用户达到其业务目的。
综合以上的观点，我们基本上对智能建筑有一个比较统一的定义：
智能建筑是指在结构、系统、服务运营及其相互联系上全面综合而达到最佳的组合，获得高效率、高功能、高舒适性和安全性有保障的大楼。智能建筑通常有四大主要特征，即楼宇自动化、通信自动化、办公自动化和布线自动化，也就是综合布线系统。由此可见，智能建筑是计算机技术、控制技术、通信技术、微电子技术、建筑技术和其他多种先进技术等相互结合的产物，是以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间，是具有安全、高效、舒适、便利、灵活和生活环境优良、无污染的建筑物。任务1.2 智能建筑系统的构成与功能
智能建筑的核心是3A，即建筑设备自动化系统（BA），通信自动化系统（CA），办公自动化系统（OA）。智能化建筑就是通过综合布线系统将此3个系统进行有机的综合，使大楼各项设施的运转机制达到高效、合理和节能的要求。社会上所谓的4A、5A、6A、7A等宣传，实际上是在建筑设备自动化系统的基础上再进一步细化，这种分法不但不科学，而且容易引起误解。在国内有些场合把智能建筑统称为“智能大厦”，从实际工程分析，这一名词的定义不太确切。因为高楼大厦不一定需要高度智能化，相反，不是高层建筑却可能需要高度智能化，例如航空港、火车站、江河客货运港区和智能化居住小区等房屋建筑。目前，国内有关部门在文件中明确使用智能化建筑或智能建筑这两个称谓，其名称较确切，含义也较广泛，与我国具体情况是相适应的。为了规范日益庞大的智能建筑市场，我国于2000年10月1日开始实施《智能建筑设计标准》GB/T50314—2000。
下面简要地介绍图1-1所示智能楼宇系统主要部分的作用。图1-1 智能楼宇系统组成和功能示意图1.2.1 智能化建筑系统集成中心（SIC）
智能化建筑系统集成中心（SIC）应具有各个智能化系统信息汇集和各类信息综合管理的功能，并要达到以下三方面的具体要求：
1.汇集建筑物内外各类信息，接口界面要标准化、规范化，以实现各子系统之间的信息交换。
2.对建筑物各个子系统进行综合管理。
3.对建筑物内的信息进行实时处理，并且具有很强的信息处理及通信能力。1.2.2 办公自动化系统（OAS）
办公自动化系统是把计算机技术、通信技术、系统科学及行为科学应用于传统的数据处理技术所难以处理的、数量庞大且结构不明确的业务上的所有技术的总称。可见，它通过利用先进的科学技术，不断使人的部分办公业务活动物化于人以外的各种设备中，并由这些设备与办公人员构成服务于某种目标的人机信息处理系统。其目的是尽可能利用先进的信息处理设备，提高人的工作效率，辅助决策，求得更好的效果，以实现办公自动化的目标，即在办公室工作中，以微机为中心，采用传真机、复印机、打印机、电子邮件（E-mail）等一系列现代办公及通信设施，全面而又广泛地收集、整理、加工和使用信息，为科学管理和科学决策服务。
从办公自动化系统（OAS）的业务性质来看主要有以下三项任务。
1.电子数据处理（EDP）
处理办公中大量烦琐的事务性工作，如发送通知、打印文件、汇总表格、组织会议等。将上述烦琐的事务交给机器来完成，以达到提高工作效率、节省人力的目的。
2.管理信息系统（MIS）
对信息流的控制管理是每个部门最本质的工作。MIS是管理信息的最佳手段，它把各项独立的事务处理通过信息交换和资源共享联系起来以获得准确、快捷、及时、优质的功效。
3.决策支持系统（DSS）
决策是根据预定目标做出的决定，是高层次的管理工作。决策过程包括提出问题、搜集资料、拟定方-案、分析评价、最后选定等一系列的活动。
OAS系统能自动地分析、采集信息，提供各种优化方案，为辅助决策者做出正确、迅速的决定。1.2.3 通信自动化系统（CAS）
通信自动化系统能高速进行智能建筑内各种图像、文字、语言及数据之间的通信。它同时与外部通信网相连，交流信息。通信自动化系统可分为语音通信、图文通信、数据通信及卫星通信4个子系统。
1.语音通信系统
语音通信是智能化建筑通信的基础，是人们使用最广泛、功能最多且数量日趋增多的一项业务，它包括：（1）兴起于20世纪70年代的程控电话，即把各种控制功能、步骤、方法编成程序放入计算机的存储器中，利用存储器中存储的程序控制整个电话交换机工作。（2）现代大家离不开的移动通信，这是通信的一方或双方在移动中利用无线电波实现通信的业务，它包括移动台（在汽车、火车、轮船等移动体上）与另一移动台之间的通信，并可以与有线公用电话连接，是非常方便灵活的通信手段。（3）无线寻呼，即单方向传递信息的个人选择呼叫系统，它是电话、移动交换网的延伸和补充，由寻呼中心的编码控制设备、无线电发信站和用户随身携带的寻呼机（BP机）组成。（4）磁卡电话，这是20世纪70年代后期开始使用的新型公用电话，它主要解决了公用电话自动收费问题，磁卡电话集中了计算机、通信、电磁学的先进技术，具有使用方便、灵活，易于集中维护管理，更改费率方便、保密、可防伪造、可靠耐用等优点。
2.图文通信
图文通信主要是传递文字和图像信号，共有三部分组成，一是用户电报和智能用户电报，用户电报是用户利用装设在办公室或住所的电报终端设备，由市内电信线路与电信局连通，通过电信局的用户电报网，与本地或国内外各地用户之间直接通信的一种业务。智能用户电报又称高速用户电报，是一种远程信息处理业务，其终端内有微处理机、数据存储器及报文编辑功能处理机。它的通信过程与用户电报不同，它不是双方操作人员之间的人工通信，而是双方终端存储器之间的自动通信，可在公用电话网、分组交换网和综合数字网上进行。二是传真通信，它是利用扫描技术，通过电话电路实现远距离精确传送固定的文字和图像等信息的通信技术，可以形象地形容为远距离复印技术。三是电子邮件（E-mail），是一种基于计算机网络的信息传递业务，消息可以是一般的电文、信函、数字传真、图像、数字化语音或其他形式的信息，按处理的信息不同，分为语音信箱、电子信箱和传真邮箱。
3.数据通信系统
数据通信技术是计算机与电信技术相结合的新兴通信技术，操作人员使用数据终端设备与计算机，或计算机与计算机之间的通信，通过通信线路和按照通信协议实现远程数据通信，数据通信实现了通信网资源、计算机资源与信息资源等共享以及远程数据处理。按照服务性质可分为公用数据通信和专用数据通信，按组网形式可分为电话网上的数据通信、用户电报网上的数据通信和数据通信网通信，按交换方式可分为非交换方式、电路交换数据通信和分组交换数据通信。
4.卫星通信
卫星通信是近代航空技术和电子技术相结合产生的一种重要通信手段。它利用赤道上空35739km高度装有微波转发器的同步人造地球卫星作中继站，与地球上若干个信号接收站构成通信网，转接通信信号，实现长距离、大容量的区域通信乃至全球通信。在地球同步轨道上的通信卫星可覆盖18000平方公里范围的地球表面，即在此范围内的地球站经卫星一次转接便可通信。卫星通信系统主要由同步通信卫星和各种卫星地球站组成。它突破了传统地域观念，实现了相距万里却近在眼前的国际信息交往联系。今天的现代化建筑已不再局限在几个有限的大城市范围内。它真正提供了强有力的缩短空间和时间的手段。因此通信系统起到了零距离、零时差交换信息的重要作用。1.2.4 楼宇自动化系统（BAS）
楼宇自动化系统（BAS）以中央计算机为核心，对建筑物内的设备运行状况进行实时控制和管理，从而使办公室成为温度、湿度、光度稳定和空气清新的办公室。按设备的功能、作用及管理模式，该系统可分为火灾报警与消防联动控制系统、空调及通风监控系统、供配电及备用应急电站的监控系统、照明监控系统、保安监控系统、给排水监控系统和交通监控系统。其中，交通监控系统包括电梯监控系统和停车场自动监控系统；保安监控系统包括紧急广播系统和巡更对讲系统。楼宇自动化系统日夜不停地对建筑的各种机电设备的运行情况进行监视，采用各处现场资料自动处理，并按预置程序和随机指令进行控制。因此，采用了楼宇自动化系统有如下优点：
1.集中统一地进行监控和控制，既可节省大量人力，又可提高管理水平。
2.可建立完整的设备运行档案，加强设备管理，制订检修计划，确保建筑物设备的运行安全。
3.可实时监测电力用量、开关控制和工作循环最优运行等多种能量监管，可节约能源、提高经济效益。任务1.3 智能建筑的发展趋势1.3.1 我国智能建筑的发展
我国智能建筑始建于20世纪90年代，起步较晚，但却以惊人的速度蓬勃发展。目前，已在北京、上海、广东、西安等地相继建成一批具有一定智能的大型公共建筑，尤其是近期以来，智能建筑在我国像雨后春笋般地拔地而起，如北京的京广中心、中华大厦，上海的上海博物馆、金茂大厦等，仅在上海市的浦东区，1997年一年之内就规划建设了上百幢智能型建筑。国内各大城市和沿海开放地区已经成为智能建筑的巨大市场，吸引了大量的国外智能系统设备商、系统建筑商、建筑设计事务所和房地产开发商。我国的城市建设正在经历一个前所未有的蓬勃发展阶段，同时也陆续兴建了一些不同智能标准的新型智能建筑。相信智能建筑将成为21世纪建筑发展的主流。
我国智能建筑快速发展，急需智能建筑方面的管理人才，据国家紧缺人才办公室的调研数据显示：2010～2015年，我国智能楼宇管理师需求量约为100万～150万人，智能楼宇管理师成为全国12种紧缺人才之一。市场对于智能楼宇管理师需求不断增加，智能楼宇管理师的薪金水平亦呈现“水涨船高”的趋势。大城市的智能楼宇管理师的平均月薪都高于一般的管理岗位，智能楼宇管理师这个职业无疑具有巨大的潜力和良好的职业前景。1.3.2 世界智能建筑的发展
智能建筑是信息时代的必然产物，随着全球信息化进程的不断加快和信息产业的迅速发展，智能建筑作为信息社会的重要基础设施，已受到越来越多的重视。近几年来，发达国家相继掀起了建设智能建筑的浪潮，目前，智能建筑已经向着“智能大厦群”、“智能街区”、“智能化城市”发展，如韩国声称在2000年已经建成“智能半岛”，新加坡政府也拨巨资进行了专项研究，准备把新加坡建设成为“光纤智能花园”，印度也将建成“加尔各答盐湖智能城”，日本则制订了从智能设备、智能家庭、智能建筑到智能城市的发展计划，计划在本世纪末将实现65%的建筑智能化。如日本大森集团设计的“塔形大楼”高1609m，共500层，可同时容纳30万人，是世界最高的海上城市；日本东京计划用14年时间建成一座有能源、水、垃圾处理等功能的自立型塔式空中城市，该项计划代号为“空中城市1000”，是一座圆锥形建筑物，高1000m，共240层，底部直径160m，可供10万人就业、3.5万人居住；美国自90年代以来新建和改建的办公大楼约有70%为智能化建筑，目前正在计划建造所谓“海上城市”、“空中城市”、“顶盖城市”和“月球城市”。美国佛蒙特州建立了一座称为“威鲁士”的带顶城市，可容纳居民1万余人，可自动控制室内温度；美国航天局曾公布拨款1000亿美元，计划在月球上建立一座“月球城市”，可容纳上万人。由此可见，建筑智能化热潮正在引发国际建筑史上的一场革命。实训
为了加深学生对智能楼宇的认识，学习情境1讲完以后，教师带领学生参观智能办公大楼和智能住宅小区，调查了解大楼每一部分智能化水平的实际状况，通过观察和操作智能楼宇设备，每位学生写一份调查报告。知识总结
学习情境1主要介绍智能楼宇的概念和普通建筑物的区别，重点是智能楼宇的组成结构。学生学习后应了解每一部分的功能，以及国内外智能楼宇的发展趋势。复习思考题
1.简述智能建筑系统的构成。
2.什么是智能建筑?智能建筑的主要特征是什么?简述世界上第一座智能建筑的诞生过程。
3.为什么说智能建筑的核心是系统集成?
4.“3A”指什么?简述其主要功能和发展前景。
5.智能建筑与传统建筑的区别是什么?学习情境2 楼宇机电设备
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楼宇机电设备是现代楼宇建筑的核心组成部分，是维持智能楼宇正常运作的重要设备。现代楼宇机电设备的主要功能是满足楼宇建筑内的人员设备的使用需求，为楼宇提供电力保障、保证楼宇内照明、调节楼宇内的温度和湿度、解决人员和设备的输运等。任务2.1 楼宇机电设备简介
教师活动
第一节课教师要准备现代智能楼宇的空调通风设备、电梯和扶梯设备和配电照明设备的PPT课件，激发学生兴趣，引导学生的求知欲望，给楼宇机电设备整个课程的学习做好铺垫。
学生活动
第一节课结束时每个学生填写的作业单见表2-1。表2-1 作业单2.1.1 楼宇机电设备组成
楼宇机电设备是现代楼宇正常运作的基础，具体包含：空调通风设备、电梯和扶梯设备以及配电照明设备。
1.空调通风设备
空调通风设备包含中央空调设备和通风设备。中央空调设备主要有制冷主机（锅炉）、空调水管和风管、空调水泵和风机等，通风设备主要有通风口、通风风管、通风风机等。
2.电梯设备
电梯指的是用电力拖动轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于15°的两列刚性导轨之间，运送乘客或货物的固定设备。电梯属于起重机械，是一种间歇动作的升降机械，主要担负垂直方向的运输任务。
3.配电照明设备
配电设备包含低压配电箱、配电柜、低压配电保护装置（包含刀开关、熔断器、自动空气开关、断电保护器等），照明供电系统是由室外架空线路供电给照明灯具和其他用电器具使用的供电线路的总称，一般由进户线、配电箱、电源的支线和干线组成。2.1.2 楼宇机电设备的主要功能
楼宇机电设备主要功能是保证人员和设备的正常运作，为楼宇提供一个舒适、快捷的环境，具体地讲，楼宇机电设备的主要功能有：
1.楼宇通风空调设备的主要功能是保证室内正常的温度和湿度条件，保证室内工作人员的舒适度和维护设备正常工作。另外，为了保证室内空气清洁，楼宇通风设备还需要保证室内的换气次数，利用送风或者排风的方式降低室内污染物的浓度。
2.电梯的主要功能是保证人员或者货物正常上下楼宇，减少人员上下楼需要的时间。
3.配电照明设备的作用主要有两个方面。一方面，配电设备为楼宇内的设备（例如电梯、计算机、打印机等）提供电力，保障楼宇的用电安全；另一方面，照明系统的主要功能是当楼宇内照明度不足时，开启照明设备，保证人员正常工作。任务2.2 楼宇空调与通风系统2.2.1 空调与通风的基本知识
1.与空调相关的基本概念（1）空调的处理对象
空调系统的调节对象是室外的自然界的空气，它是由干空气和水蒸气组成的混合物，因此在空调处理过程中又称为湿空气。（2）重要的空气处理参数
1）空气的压力
空调处理的空气即为室外大气，其压力即为大气压力，工程中一般用千帕（kPa）或者毫巴（mBar）来表示。大气压力随着地域海拔的变化略有变化，同一地区在不同的气象条件下，大气压力也存在细微的差别。
在一定的温度条件下，水蒸气的含量是有一定限度的，当湿空气中水蒸气的含量达到一定值后，水蒸气就会从湿空气中析出，此时空气达到饱和状态，对应的水蒸气的分压力就是该温度条件下的饱和压力。
2）含湿量
湿空气的含湿量的定义为空气中水蒸气的密度与干空气的密度之比，即1kg的干空气中对应的水蒸气的质量，含湿量的单位为kg/kg（干空气）或者g/kg（干空气）。
3）温度
空调工程中常用的温标为摄氏温标t（℃），热力学温标T（K）以及华氏温标F（℉）。各个温标的换算关系见公式（2-1）和公式（2-2）：
4）相对湿度
相对湿度是一种间接地表征空气中水蒸气含量的指标，其定义是湿空气中水蒸气的压力与同温度下对应的饱和水蒸气的压力之比，见公式（2-3）：
其中：P—水蒸气分压力；q
P—该温度下饱和水蒸气分压力。q·b
由此可见，相对湿度用于表征湿空气中水蒸气的含量接近饱和状态的程度，相对湿度越大，湿空气越接近饱和，当相对湿度达到100%时，湿空气达到饱和状态。（3）空调工程中常用的单位
1）功的单位
国际上通用的功的单位是焦耳（J）。空调工程中常用的功的单位还有千焦（kJ）、卡（Cal）、千卡（kCal）、度（千瓦时，kWh）、匹等。它们都用于描述做功的多少，具体的换算关系见式（2-4）～式（2-6）。
2）功率单位
功率用于描述单位时间内做功的多少，即描述做功的快慢。功率的国际单位是瓦（W）。空调工程中常用的功率单位还有千瓦（kW）、大卡（kCal/h）、美国冷砘（USRT）等。它们之间的换算关系见式（2-7）～式（2-9）：
3）压力单位
空调工程中常用的压力其实是压强的单位，也就是指单位面积上受到的压力，常用的压力单位有帕斯卡（Pa）、巴（Bar）、毫巴（mBar）、米水柱（mHO）、毫米水柱（mmHO）、毫米汞柱22（mmHg）等。它们之间的换算关系见式（2-10）～式（2-12）：（4）冷/热负荷、湿负荷
1）瞬时冷负荷
瞬时冷负荷是指为了维持房间的温度恒定，空调设备在单位时间内必须从室内取走的热量，也就是空调设备必须向室内提供的冷量。
2）热负荷
热负荷与冷负荷刚好相反，是指为了维持房间温度恒定，空调设备单位时间必须向室内提供的热量。
3）湿负荷
湿负荷是指为了维持房间内湿度的平衡，单位时间内空调设备必须从室内带走或者向室内提供的湿量。
2.空调系统的分类
空调系统可以分为多种不同的组织形式。在实际的使用中，应该根据建筑物的结构特点、建筑物的使用特性以及投资运行费用等综合因素考虑选取合适的系统组织形式。（1）按照空气处理设备的集中情况分类
1）集中式空调系统
集中式空调系统将所有的空气处理设备，包含风机、水泵、冷却器、加湿器、过滤器等都集中设置在一个空调机房内，将空气处理到设置的状态并通过风机经过风道集中输送到各个空调房间内，这种处理形式处理空气量大，需要设置比较大的集中机房和冷热源系统。
2）半集中系统
半集中系统通常称为混合式系统，对空气的处理既有集中的处理也有局部的处理，除了设置集中处理的机房以外，还在局部设置了二次处理系统，其中末端多数设置有冷热源交换设备（又称二次盘管），其主要功能是在空气进入房间以前，对来自集中处理设备的空气进行二次处理，例如诱导空调系统和风机盘管加独立新风系统。
3）全分散系统
全分散系统又称为局部空调系统，由分散在各个空调房间的空调机组来承担空气处理的任务。这种机组将冷/热源和空气处理、空气输送设备集中在一个箱体内，可以根据实际使用的需要灵活地分布在空调房间内。全分散系统不需要集中设置的机房。目前在家庭中使用的空调例如窗机、挂机和柜机就属于全分散系统。
集中式和半集中式空调系统又称为中央空调系统，中央空调系统是目前绝大多数智能楼宇采用的空调形式。（2）按照承担室内负荷的介质来分类
1）全空气系统
全空气系统是指室内的热湿负荷全部由经过处理的空气来承担的空气调节系统。室内的热湿负荷为正值时，用低于室内焓值的空气送入房间内，消除房间内余热和余湿；或者将高于室内空气焓值的空气送入房间内，向房间内补充热量的同时补充室内的湿量。由于空气的比热很小，单位质量的空气处理能力有限，需要较大的空气量才能达到处理空气的目的，因此全空气系统往往需要很大的风管或者较大的送风风速。
2）全水系统
空调系统的负荷全部依靠水作为冷热介质来承担的系统称为全水系统。由于水的比热比空气大得多，因此在同样的负荷条件下只需要较少的水量，减少管道系统的截面积。但是单纯的依靠将水送入室内调节房间的温湿度，不能同时解决房间通风换气的需求，因此通常不单独使用全水系统。
3）空气-水系统
空气-水系统采用空气和水来作为承担室内热湿负荷的介质。目前的智能楼宇中，空调使用的区域越来越广，这种系统可以减少风管的截面积，节省建筑的空间，典型的系统是诱导空调系统和带独立新风的风机盘管系统。利用水作为介质通过风机盘管承担室内多数的负荷，新风机组只承担少数的室内负荷，因此只需要较小的风量。
4）制冷剂系统
制冷剂系统将系统的蒸发器直接放在空调末端，通过制冷介质的蒸发来调节室内的温度和湿度。制冷剂系统通常用于局部的空调系统，例如窗式空调器。近年来，随着VRV（变制冷剂流量）系统的发展，制冷剂系统也使用到集中式空调系统中，其室外管道可以达到100m，最大高度差为50m。
常见的空调系统组成如图2-1所示，其中虚线框内为空调的风系统，其余的为水系统和主机系统。图2-1 常见的空调系统组成图
3.通风系统的分类
楼宇通风系统按照空气流动的动力来分，有自然通风和机械通风两种。自然通风是指依靠室外热压和风压为动力而不依靠机械的通风组织形式。
利用风机进行通风的系统可以分为机械进风系统和机械排风系统。那么对于特定的房间或者区域，就有几种不同的组织形式：既有机械进风又有机械排风；只有机械排风系统，依靠门窗的缝隙进行渗透进风；机械进风系统和局部排风系统结合；机械排风与空调系统结合；机械通风与空调系统相结合。2.2.2 空调主机和水系统的主要设备
空调系统中的冷热源的作用是为空气处理设备提供冷冻水或者热水。冷源和热源可以是不同的设备，也可以利用同一台设备根据使用的需求，灵活地调整工况进行制冷或者制热。
1.冷水主机设备
空气调节系统中常用的制冷机组有蒸汽压缩式制冷机组和吸收式制冷机，另外还有近年来发展比较快的冰蓄冷。压缩式制冷以消耗电能作为补偿，通常以氟利昂或氨为制冷剂。溴化锂吸收式制冷以消耗热能作为补偿，以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，可以利用低位热能和高温冷却水。冰蓄冷让制冷设备在电网低负荷时工作，将“冷量”贮存在蓄冷器中，供空调系统高峰负荷时使用。蒸汽压缩式制冷机组的基本组成如图2-2所示。图2-2 蒸汽压缩式制冷原理图
蒸汽压缩式制冷工程又称为机械制冷，其主要的制冷原理是利用制冷剂（氨、氟利昂及其替代物）在相变过程中吸热和放热来冷却或者加热空调用循环水。储液器内的制冷剂经过节流阀节流降压后，由冷凝压力降低到蒸发压力，然后流向蒸发器内的换热盘管，空调系统的回水流经蒸发器，制冷剂在蒸发器内蒸发吸热，将回水温度降低，变为冷冻水。制冷剂在蒸发器冷蒸发后，变为蒸汽，高温高压的制冷剂蒸汽由压缩机处理后，经过冷凝器冷凝后成为液态，然后完成下一个制冷循环。
压缩机是蒸汽压缩式制冷循环的重要设备，根据压缩机压缩原理的不同，制冷机又可以分为活塞式、离心式、螺杆式、蜗旋式和滚动转子式等。
根据制冷剂的不同，冷凝器可以分为四类：水冷、空气冷、水-空气冷却（蒸发式和淋水式）以及靠制冷剂蒸发或者其他工艺介质进行冷却的冷凝器。空气调节系统中，主要使用的是前三种冷凝器。冷凝介质通常需要使用冷却塔来冷却。
蒸发器根据供液方式的不同可以有四种不同的类型，即满液式、非满液式、循环式、淋激式。满液式蒸发器内充满了液态制冷剂，这样可以使传热介质尽可能地与制冷剂接触，换热系数较高；非满液式蒸发器中液态制冷剂经膨胀阀直接进入蒸发器管内（最好从下部进入），随着制冷剂在管内流动，不断吸收管外被冷却介质的热——逐渐气化，此时蒸发器内的制冷剂处于气、液共存状态，循环式蒸发器靠泵使制冷剂在蒸发器内进行循环，其循环量为制冷剂蒸发量的4～6倍，淋激式蒸发器中只充灌少量制冷剂，借助于泵将液态制冷剂喷淋在传热面上，这样可以减少系统中制冷剂的充注量，并且还可以消除蒸发器内静液高度对蒸发温度的影响。
节流机构是组成制冷装置的重要部件，是制冷系统四大部件之一，在功能上它具有两个方面的作用：对高压液体制冷剂进行节流降压，保证冷凝器与蒸发器之间的压力差，以便使蒸发器中的气态制冷剂在要求的低压下蒸发吸收，从而达到制冷降温的目的。同时，使冷凝器中的气态制冷剂在给定的高压下放热、冷凝；调整供入蒸发器的制冷剂流量以适应蒸发器热负荷的变化，使制冷装置更加有效地运转。下面以溴化锂吸收式制冷机组为例来说明。
溴化锂吸收式制冷机主要由蒸发器，吸收器，发生器，冷凝器及节流阀，输送泵等组成。在全部密闭近似真空的蒸发器中，制冷剂水汽化，汽化时吸收了空调回水中的热量，从而使空调回水得到冷却。汽化的制冷剂水蒸气进入吸收器后，被溴化锂水溶液所吸收。
吸收器输出稀溴化锂溶液，由溶液泵输送至发生器。稀溶液被流动的蒸汽加热而沸腾，产生制冷剂蒸汽，溶液被浓缩。制冷剂蒸汽流经冷凝器，被管中流动的冷却水冷却变成冷剂水。聚集在冷凝器中的冷剂水经节流阀减压后进入蒸发器，再进行蒸汽吸热制冷，完成了一个制冷循环。制冷过程不断地进行，蒸发器就能不断地输出低温冷冻水，以供空调使用。溴化锂吸收式制冷机组原理如图2-3所示。图2-3 溴化锂吸收式制冷机组原理图1—蒸发器；2—吸收器；3—输送器；4—发生器；5—冷凝器；6，7—节流阀；8，9—输送泵
由于单效溴化锂机组需要较高的驱动温度，使用受到较大的限制，目前普遍采用的是双效溴化锂吸收式制冷机组。
双效溴化锂吸收式制冷机的工作原理如图2-4所示。蒸发器中产生的制冷剂蒸汽，被吸收器中的溴化锂溶液吸收，使溶液稀释。吸收器内的稀溴化锂溶液由发生器泵分别经过高、低温热交换器及凝水热交换器，送到高、低压发生器。在高压发生器中，稀溶液被蒸汽加热而沸腾，产生冷剂蒸汽，溶液被浓缩。高压发生器产生的冷剂蒸汽加热低压发生器中的溶液后，凝结成冷剂水。经节流后，压力降低，进入冷凝器，并与低压发生器中产生的冷剂蒸汽一起，被冷凝器管内流动的冷却水所冷却而成为冷剂水。冷凝器中冷剂水进入蒸发器，在蒸发器内有部分冷剂水蒸发，吸收管内空调回水的热量，使得冷冻水温度降低，提供空调冷冻水。图2-4 双效溴化锂吸收式制冷机组原理图1-高压发生器；2-低压发生器；3-冷凝器；4-蒸发器；5-吸收器；6-高温热交换器；7-发生器泵；8-吸收器泵；9-蒸发器泵；10-低温热交换器；11-凝水热交换器；12-过冷器；13-冷却水泵；14—冷却塔
由高、低压发生器出来的浓溶液，分别经高、低温热交换器降温后，进入吸收器，并与吸收器中稀溶液混合，再由吸收器泵输送，喷淋在吸收器管簇上，被冷却水冷却。温度降低后，提高了吸收效率，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，成为稀溶液。如此，喷淋溶液不断地吸收蒸发器中产生的冷剂水蒸气，使蒸发器保持低压，制冷过程不断地进行。溴化锂稀溶液由发生器泵分别送到高、低压发生器内沸腾和浓缩，这样，便完成了一个制冷循环。
2.供热热源设备
空气调节系统常用的热源是锅炉和热泵机组。
锅炉根据其使用燃料的不同可以分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉以及电锅炉。锅炉根据系统负荷的变化，生产蒸汽或者高温热水，然后通过换热器与空调回水进行换热，提高空气回水的温度。
热泵机组随着近年来热泵技术的发展和进步，其使用也越来越广泛。热泵机组为冬季和夏季双效机组，夏季通过正常的制冷循环制备冷冻水，冬季通过换向阀，改变制冷剂流进蒸发器和冷凝器的顺序，使系统进入制热工况。热泵机组根据其使用的换热能源的来源不同，可以分为地源热泵、水源热泵以及空气源热泵。
3.循环水系统设备
空调循环水系统是指用于调节室内空气的冷冻水或者热水，经过循环水泵，与空气处理设备进行热交换然后返回制冷主机或者锅炉的系统。
一级泵系统和二级泵系统是目前两种常用的空调水系统，一级泵系统比较简单，控制元件少，运行管理方便，使用于中小型系统。一级泵系统利用旁通管解决了空调末端设备要求变流量与冷水机组蒸发器要求定流量的矛盾，不能节省冷冻水泵的耗电量。二级泵系统能显著地节省空调冷冻水循环和输配电耗，在高层建筑空调系统中得到越来越广泛地运用。
一级泵系统原理图如图2-5所示。图2-5 一级泵系统原理图
二级泵系统的原理如图2-6所示。图2-6 二级泵系统原理图
二级泵系统冷冻水的制备往往采用一泵对一机的配置，保证通过冷水机组的水量恒定。与冷水机组对应的泵称为一级泵，末端装置、管路系统和旁通管组成了二级环路，二级环路的水量是根据实际负荷而变化的。
空调循环水系统的主要设备有：
① 水泵：水泵是循环水流动的动力源。循环水在流动的过程中会遇到各种阻力，同时循环水通常需要提升到一定的高度，需要克服较大的重力势能。水泵的作用就是保证循环水管道内的水的流速在设计范围内，同时给循环水加压，保证循环水能够送达最远端的设备。
② 阀门：空调循环水系统阀门种类很多，作用也各不相同。常用的阀门有手动调节阀、蝶阀、止回阀、电动调节阀等。手动调节阀和蝶阀都是通过手动调节阀门的开度来控制通过阀门的介质流量；止回阀用于控制介质由于压差的波动产生的回流；电动调节阀由电动机牵引阀杆来调节流量，由于电动调节阀一般较昂贵，一般用于自动化要求较高的系统中。
③ 管道：循环水管道是循环水系统的重要组成部分。空调中常用的水管为镀锌钢管。另外，为了防止管内的介质与周围环境换热造成热损失，管道需要做严格的保温和防腐处理。另外，为了表明管道内介质种类和流量，许多冷冻站都用不同颜色的箭头在水管的保温防腐层外做了标记。
④ 换热器：换热器主要使用在冬季热水系统中，冬季锅炉房生产的高温热水或者蒸汽通过换热器与循环水换热，加热系统的回水，保证循环水系统正常运行，常用的换热器有板式换热器和管壳式换热器。
4.冷却水设备
空调冷却水系统的主要作用是及时地带走冷凝器的热量，冷却水系统的主要设备有冷却塔、冷却水泵等。（1）冷却塔：冷却塔其实是一个热交换器。根据冷却介质的不同，冷却塔可以分为风冷式冷却塔和水冷式冷却塔，根据冷却水的闭合形式不同可以分为开式冷却塔和闭式冷却塔。空调系统中常用的多为成品玻璃钢低温型冷却塔。冷却塔根据冷却方式的不同，主要分为机械通风冷却塔和喷射式冷却塔。机械通风冷却塔又分逆流式和横流式，逆流式又分圆形和方形两种；喷射式冷却塔又分喷雾填料型和喷雾通风型两种，具有无风机、低噪声的特点。（2）冷却水泵：冷却水泵与循环水泵的作用基本相同，只是工作的温度和压力的范围不同而已，常用的冷却水供水和回水温度为37℃～32℃。2.2.3 空调系统的风系统设备
空调的风系统设备主要有：空气处理机组设备、风机盘管设备、风管、风机、风阀等。
1.空气处理机组设备
空气处理设备由对空气进行加热/冷却设备、加湿/减湿设备以及对空气进行净化处理的初效、中效、高效过滤器组成。目前，智能楼宇中大多采用的是集中式或者半集中式空气处理系统，为了节约能源，通常采用回风，因此，空气处理设备又包含风阀调节设备。
由上述设备以及送风机和过滤器组装在一起可以组成一个集中式空气处理机组，常用的是用于处理新风的新风机组以及用于处理新回风混合空气的组合式空气处理机组。对于楼宇中央空调最常用的组合式空气处理机组来讲，主要组成部分如图2-7所示。图2-7 常见空气处理机组结构原理图（1）回风机段
回风机段用于放置回风机，其主要的作用是为回风和排风提供动力，保证足够的回风量和排风量。（2）新回风混合段
对于绝大多数空调机组而言，为了最大限度地节约能源，一般都采用混合式系统，即处理的空气一部分来源于新鲜空气，一部分来源于室内的回风。夏季和冬季共用一条风道，为了控制噪声，风管内的风速都较低（一般不高于8m/s），因此风管的截面积都较大。（3）空气过滤段
空气过滤段的主要功能是对新、回风进行过滤处理，以满足室内空气洁净度的需求。为了保证正常的过滤效果，应该对过滤器两端的压力进行检测，实施压差报警装置，及时更换和清洗过滤器。过滤器按照过滤等级分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器。（4）喷水室段
喷水室利用水与空气直接接触来对空气进行热湿处理的设备，主要用于对空气进行冷却、除湿和加湿处理。喷水室的主要优点是只要通过改变水温就可以改变对空气的处理过程，可以实现同时对空气进行冷却除湿、冷却加湿、升温加湿等过程的调节，同时还能够有净化空气的作用。其缺点是体积大，约为表冷器体积的3倍，水系统复杂，并且由于水系统为开式系统，容易对金属产生腐蚀，水容易受到污染，耗水量大。（5）表冷段
表冷段的功能主要是对空气进行冷却除湿处理。表冷段的结构一般为装有铜管套铝翅片的盘管。常用的有4排、6排、8排盘管。表冷器的迎面风速一般控制在2.5m/s以内，过大的风速会使得冷却后的风速夹带水滴，从而增大空气湿度，为了避免这种情况，通常在表冷器的出风段设置挡水板。（6）送风机段
送风机段用于放置送风风机，保证送往末端的空气有足够的速度和压力，保证末端的设计风量和风速。
2.风机盘管设备
对于目前使用较多的风机盘管-独立新风系统，常用的做法是由风机盘管承担室内负荷，新风机承担新风负荷，室外空气经过新风机处理到室内焓值状态后，通过新风管道进入室内。常用的风机盘管的主要结构为铜管套铝翅片管，冷冻水/热水在管内流动，空气通过轴流风机在管外流动，经过热湿交换后进入房间以调节房间的温度和湿度。风机盘管一般都带有三速开关，通过调节风机的转速来调节房间的温度。
3.空气输送设备
对于全空气系统而言，空气是进行热湿交换的介质，空气输送设备包含风机、风管、调节阀门和其他附属设备比如消声器、减震器等组成。
风机是输送空气的核心动力装置，在空调系统中常用的风机有离心式风机和轴流式风机。离心式风机旋转轴与流体流动方式垂直，常用于大流量的场合，轴流式风机旋转轴与空气流动方向平行，常用于小流量和小压差的场合。
调节风阀是空调系统中用于调节风量的装置，利用改变风阀的开度来改变局部阻力和风量，通常使用的风阀有多叶顺开式和多叶对开式两种，也可以使用单叶阀。
风管是空气传输的通道，根据建筑的结构特点和使用需求，合理的布置分管，将处理后的空气输送到空调房间，用于调节房间的温湿度。
4.空气分布设备
空气分布设备又称为空气分布器，具体是指各种类型的风口和散流器。为了保证室内的温湿度分布均匀，空调系统在设计时应该保证室内一定的气流组织形式。2.2.4 楼宇通风系统设备
楼宇通风系统按照空气流动的动力来分，有自然通风和机械通风两种。
自然通风是指依靠室外热压和风压为动力而不依靠机械的通风组织形式。
利用风机进行通风的系统可以分为机械进风系统和机械排风系统。那么对于特定的房间或者区域，就有几种不同的组织形式：既有机械进风又有机械排风；只有机械排风系统，依靠门窗的缝隙进行渗透进风；机械进风系统和局部排风系统结合；机械排风与空调系统结合；机械通风与空调系统相结合。
1.机械进风系统
机械进风系统典型的组成结构图如图2-8所示。风机的作用就是提供整个系统运行的动力，风机的压力应该能够克服系统的压力损失，包含沿程阻力和局部阻力。风管以及风阀主要用于系统空气的输送和流量调节；风管通常由钢板制，目前也有利用负荷材料制作的。
楼宇的送风系统通常与空气调节系统配合使用，也就是说，楼宇的进风通常是作为空气调节系统的新风送入室内的。因此，室外空气入口又称为新风口，新风口设置有百页窗，用于遮挡雨雪。为了避免新风口吸入室内的排风，新风口应该设置在主导风向的上风侧并低于排风口。在寒冷地区，新风口入口处还应该设置有电动密封阀，密封阀与风机联动，当风机停转时密封阀自动关闭，避免室外的冷空气进入新风机而损坏设备。如果没有电动密封阀时，也应该设置手动的密封阀。图2-8 机械送风系统
2.机械排风系统
机械排风系统由风机、进风口、风管、阀门和排风口等组成，排风的作用是将室内的污染物浓度较高的气体排到室外。机械排风系统如图2-9所示。图2-9 机械排风系统
进风口是收集室内污染空气的地方，为了全面提高排风系统的工作效率，进风口应该设置在污染物浓度较高的地方，如果污染物的浓度高于室内空气的密度，进风口应该设置在室内下方，如果污染物浓度低于室内空气的密度，进风口的位置应该设置在室内的上方。如果房间的污染物浓度不高或者房间的空间很小时，可以只设一个风口，否则就需要设置多个风口。排风口是排风的室外出口，同机械进风一样，机械排风系统也需要设置电动或者手动的密封阀。
3.空调建筑中的通风
为了减小室内空调的负荷，空调建筑或者房间都有很好的密封性能。如果空调房间不能有良好的通风，尽管室内的温度和湿度条件较好，但是室内的污染物浓度过高，室内空气品质往往不如通风良好却没有空调的房间。
在空调建筑中，除了工艺过程的污染物需要单独的通风系统来处理之外，室内的通风都是通过空调系统来实现的。空调建筑中的通风系统如图2-10所示。在空气-水系统中，典型的风机盘管加独立新风系统，由室内的风机盘管承担室内的热湿负荷外，都需要专门设置新风系统，通过向室内输送新风来改善室内的空气品质。对于全空气系统，除了从室内引回风外，还需要单独从室外引入新风，在空气处理机组前端与回风混合后送入室内，稀释室内的污染物。图2-10 空调建筑中的通风系统2.2.5 空调自动控制原理
空调自动控制的任务就是在最大限度节能与安全生产的条件下，自动调节各种装置的实际输出量与实际负荷，使它们相适应，以满足生产工艺和人们在工作和生活中对空气参数（温度、湿度、压力以及清新度等）的要求。空调系统的控制分为制冷机组控制、空气处理机组控制和冷冻水控制等。
1.直接数字控制器的基本原理
空调系统控制通常采用的是直接数字控制器（DDC）。直接数字控制器是以一种多回路的控制器，它以数字处理器为核心，加上过程输入输出通道组成。DDC组成原理如图2-11所示。图2-11 直接数字控制器（DDC）组成原理图
图中：AO表示DDC的模拟输出量，DO表示DDC的数字输出量，DI表示DDC的数字输入量。
2.空调冷热源监控（1）蒸汽压缩式制冷机组控制
制冷主机的控制是空调系统控制的主要部分，对于蒸汽压缩式制冷机组，其控制的主要内容有：设备启停顺序控制：为保证整个制冷系统安全运行，设备启/停需要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。启动顺序为：冷却塔风机、蝶阀→冷却水蝶阀→冷却水泵→冷冻水蝶阀→冷冻水泵→冷水机组。停止顺序为：冷水机组→冷冻水泵→冷冻水蝶阀→冷却水泵→冷却水蝶阀→冷却塔风机、蝶阀。
冷水机组开启台数控制。为使设备容量与变化的负荷相匹配以节约能源，通过供水总管上的温度传感器检测冷（冻）水供水温度，通过回水管上的温度传感器检测冷（冻）水回水温度以及供水总管上的流量传感器检测冷（冻）水流量，送入DDC，计算出实际的空调冷负荷，在根据实际冷负荷及压差旁通阀的开度自动调节冷水机组投入的台数与相应的循环水泵投入台数。
旁通阀控制。由压差传感器ΔP检测冷水供、回水总管之间的压差，送入DDC，与压差设定值比较后，DDC 送出相应信号，调节位于供、回水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。
水流检测、水泵控制。冷冻水泵、冷却水泵启动后，通过水流开关检测水流状态，如果流量太小甚至断流，则自动报警并自动停止相应制冷机运行。当某一台水泵出现故障，备用水泵将自动投入运行。
冷却水温度控制。利用温度传感器检测冷却塔出水温度，实时控制冷却塔风机的启停台数。
工作状态显示与打印。包括工作参数、设备状态及报警显示，如冷水机组启停状态、故障显示，冷（冻）水供回水温度遥测，冷（冻）水流量，冷负荷；冷冻水泵与冷却水泵启停状态、故障显示；冷却塔风机启停状态、故障显示等信息分别送入DDC中，并与监控中心进行信息交换。
水箱补水控制。通过液位传感器检测膨胀水箱水位，DDC根据水位信号控制进水电磁阀LV的开、闭，以维持水位在允许范围内，水位越限时发出报警信号。
机组运行时间自动累计，用电量自动累计，为收费和管理提供依据，实现自动监测、控制和节能。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]