高层建筑电气设备间智能控制管理系统的制作方法
【专利摘要】一种高层建筑电气设备间智能控制管理系统，是在中心控制室内安装计算机系统，它包括主服务器、备用服务器、显示器和通信网络设备，在高层建筑每一层电气设备间的监控柜内安装智能监控器、传感器、通信模块和通风除湿设备，所述的智能监控器与传感器连接进行数据采集；所述的传感器包括温度传感器，摄像头，湿度传感器，气体浓度传感器和电压、电流传感器；设备间内还设有各种控制执行部件，智能监控器通过网络传输模块传输数据到中心控制室的计算机系统，或接收控制中心下发的指令，并执行控制指令，对电气设备间的温度、湿度、有害气体浓度进行监控，使之在标准范围内，从而保证了高层建筑内电气设备间的电气设备安全、可靠地运行。
【专利说明】高层建筑电气设备间智能控制管理系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高层建筑电气设备间控制处理系统，特别是对高层建筑电气设备间的温度、湿度、有害气体、火灾危险环境进行集中检测和控制的计算机管理系统。
【背景技术】
[0002]随着城市人口的增加，建设速度加快，建设用地紧张，迫使大中城市建筑不断向高层发展。虽然高层建筑的建设能有效地解决城市用地紧张等问题，但高层建筑也带来一些不利因素，除对人们的生活环境产生影响外，还对高层建筑中安装着的大量电气设备产生较大的影响。高层建筑环境所带来的一些不利因素主要有:高温、低温、湿气、霉菌及有害小动物、雷电、火灾危险、静电、电磁干扰等。为了保证电气设备在这些环境中继续保持可靠的功能和对环境的适应能力，就必须根据其不同的安装环境而采取不同的防护对策。尽管电气设备在设计和制造中，就已考虑到产品的安装环境和特征而采取了一些防护措施，但对建筑工程的电气工程设计者来说，还必须根据高层建筑内特殊的环境特征，合理地选择不同的电气设备及装置，用以提高供配电系统运行的电性、可靠性以及具有合理的经济技术水平。
[0003]目前高层建筑电气设备间一般是每层设一间，为了节省空间，成垂直一列设计(一般贯穿所有楼层)，面积大约为2-5 Itl2 /间，所以又称为电气井，高层建筑电气设备间内由于安装的电器设备和线路较多，所以控制温度、湿度和防火、防漏电就比低层建筑要严格得多，以我国南方为例，广西、广东、湖南、四川、贵州、海南等气候的特点是春季空气潮湿和夏秋季气温高，春季气温多变引起设备的结露，夏秋季高温及设备发热产生的温升，容易造成设备故障(如设备损坏)及引发事故隐患(如漏电火灾)。
[0004]还有，在高层建筑中的某些场所安装有蒸汽、供暖管道或一些散发高温的设备，安装在其附近的电气设备和线路都将不同程度地受到高温辐射环境的影响，使其使用寿命大为减少，另外，一些电气设备的本身如变压器、应急柴油发电机组等设备也散发出高温，自然通风和散热条件很差，如不采取强制通风措施，对电气设备的影响较大，会使开关的容量减小，热继电器误动作，电子器件的技术性能被破坏。当电气设备和线路长时间在高温环境下工作，会使得绝缘材料软化，进而干裂；当路发生短路时，如不能及时地使保护开关跳闸，将会导致绝缘导线的外护层熔化、着火，进而引发大范围的火灾事故。
[0005]而北方，如我国北方一些严寒地区，冬季所造成的低温环境，使得电气设备的绝缘材料收缩、变硬或脆裂，油开关及充油电气设备的电气性能和机械性能降低。高层建筑中的消防水系统会因冬季的低温而结冰。如不采取有效的防冻措施，就会造成水管冻裂渗漏，酿成重大电器设备事故。
[0006]关于湿气环境，除了上述所说的天气情况外，在高层建筑内的水泵房、地下室或水蒸气较大的地方，潮湿的水汽会渗透和扩散到附近安装的电气设备内部，严重的会使电气设备的内部或外部凝露形成水膜，金属表面严重腐蚀，会引起这些元器件电气性能下降，使材料表面的绝缘电阻降和绝缘被击穿，材料强度降低，介质损失角增大，元器件失灵和电接点接触不良等。
[0007]电气设备受潮会使设备的绝缘性能下降，绝缘材料加速老化。根据介质理论，环境湿度增加会使电介质的电导率、相对介电常数、介质损失角正切值相应增大，击穿场强降低。电气设备使用过程中，其绝缘部件在热的作用下会变脆，受振动后其表面会有细小的裂纹。又由于电气设备在工作一段时间后，在其表面就会依附一定的粉尘，电气设备间受潮后，潮气就会使依附在这些裂纹上的粉尘带入裂缝。在潮气和粉尘的共同作用下，很低的电压也可能引起放电现象，使绝缘材料被损坏或击穿。
[0008]在潮气和高温的作用下，电气设备的金属导体也会被氧化腐蚀(特别是在其粘附粉尘的情况下)，使导体联接处接触电阻增大，造成局部过热。特别是在“回南天”，电气设备的金属和非金属部件会受温度、氧、湿度以及粉尘共同的作用，使得电气设备的工作条件更加恶化，严重影响电气设备的安全运行。如果高层绿色建筑电气设备间不采取防潮和温控措施，电气设备的使用寿命就会大为降低。在电气设备的绝缘材料和金属导体被腐蚀到一定程度时，如果电气设备仍工作在潮湿和高温的环境下，就会严重威胁设备间的电气设备安全运行，也会危及用户的用电设备的安全运行，并可能引起漏电、短路、导致严重电气故障和事故的产生。一旦发生电气故障，轻则会损坏电气设备，重则引起线路短路损坏其他用电设备，甚至可能引发线路、设备自燃，导致火灾事故发生，严重威胁人民群众的生命和财产安全。随着现代科技的发展和人们对智能建筑要求的提高，电气设备间的设备数量也在不断增多，并且高科技、昂贵的电子设备所占的比重也在增加。这些设备一旦发生故障或受潮损坏，将会巨大的经济损失，严重地影响人们正常的工作生活。
[0009]国内公开文献中，关于电气设备间除湿、温控处理技术防火的研究与应用的相关报道不多。其中:1)、重庆电力科学实验研究院刘华勇等介绍了重庆电力科学实验研究院和中国电科院合作共同研发的配电房运行环境调控仪。该调控仪具备专门用于远程控制配电房空调、排风扇和抽湿机等降温除湿设备的自动运行。通过运行实验，验证了温控仪能够有效的控制空调等设备的运行，达到改善配电房运行环境，减轻维护人员的工作量的目的。2)、厦门远通电子技术有限公司张昀应用运行于40MHz晶振具有8051内核的μ PSD3234A单片机利用IO 口通信和AD转换DS18B20温度测量器件和ΗΜ1500温度测量器件，并把测量结果通过单片机的RS232串口通信将数据送到计算机主站，并通过IO 口经过达林顿管输出24V直流电压，直接或者再经过DC/AC继电器控制排风扇、除湿机、空调结点、告警信号等实现变配电站温湿度的自动测控。该系统的应用，有助于改善变配电站的运行环境，促进电网设备的稳定可靠运行。但是，如何对高层智能建筑电气设备间进行统一的除湿、温控处理技术防火的研究，建立计算机控制系统，保证电气设备正常运行还没有见公开文献报道。
【发明内容】
[0010]本实用新型的目的是提供一种对高层建筑电气设备间的温度、湿度、有害气体、火灾危险环境进行集中检测和控制的计算机管理系统。
[0011]本实用新型的技术方案如下:
[0012]本实用新型所述的高层建筑电气设备间智能控制管理系统，是在中心控制室内安装计算机系统，它包括主服务器、备用服务器、显示器和通信网络设备，在高层建筑每一层电气设备间的监控柜内安装智能监控器、传感器、通信模块和通风除湿系统，所述的智能监控器与传感器连接进行数据采集；所述的传感器包括温度传感器，摄像头，湿度传感器，气体浓度传感器和电压、电流传感器；设备间内还设有各种控制执行部件，智能监控器通过网络传输模块传输数据到中心控制室的计算机系统，或接收控制中心下发的指令，并执行控制指令，对电气设备间的温度、湿度、有害气体浓度进行监控，使之在标准范围内。
[0013]本实用新型所述的高层建筑电气设备间智能控制管理系统，可对高层建筑电气设备间的门锁进行监控，需要安装和维护人员进入电气设备间时，中心控制室内或在物业管理办公室的计算机可以发出指令的装置，可以防治无关人员通过自己配钥匙进入电气设备间，这样对于机要部门尤为重要。防止无关人员进入电气设备间。
[0014]本实用新型所述的高层建筑电气设备间智能控制管理系统，可以和建筑物内消防系统建立数据共享。与消防系统结合后，启动排风功能作为排烟功能，消防隔离阀的状态进行实时监测。
[0015]以上所述的通风除湿系统包括通风装置和除湿装置，所述的通风装置有鼓风机和抽风机，采用竖向通风进行内外空气循环，所述的除湿装置装在电气设备间的进口，对气体进行除湿，它包括冷凝室和活性炭吸附室，两室中间安装有半导体制冷凝器和隔热材料，冷凝室安装有冷凝器，冷凝室下部有湿气出气口和装有阀门，将除去部分冷凝水的空气通到活性炭吸附室，活性炭吸附室安装有散热器和活性炭，干燥气体从活性炭吸附室上部的出气口排出进入电气设备间，活性炭吸附室下部安装有超声波雾化器。
[0016]所述的除湿和温度控制过程如下:当室内潮湿空气从进气口进入冷凝器中，水汽冷凝，由阀门将冷凝水排出，流入到超声波雾化器中，在超声波的作用下雾化，通过排风从室外排风口排放到室外；冷凝后的空气经过散热器加热，同时活性炭吸潮室的活性炭再吸附其中残留水汽，最后干热空气通过出气口排放到室内；这个过程不断循环，把室内潮湿空气转变为干燥空气，即除湿过程。当电气设备间温度较室外高时，水汽是不会在室内凝结的，温度升高到一定程度后，需要降温，就要关闭阀门，从进气口进入的空气被冷却后从出气口排放，输送回室内；而散热器的热量则通过雾化排风从室外排风口排除到室外，同时加热活性炭进行活性炭活化过程；这个过程即制冷过程。当需要制热时，可控制半导体制冷器的直流输入极性反转，制冷过程就转变为制热过程
[0017]以上所述的中心控制室和电气设备间监控柜的智能监控器软件采用“工业组态软件”开发平台进行设计，使用可编程逻辑控制器(PLC)，通信方式采取工业控制总线RS485、TCP/IP和无线数字(ZigBee)传送器，温度传感器，摄像头，湿度传感器，气体浓度传感器和电压、电流传感器均采用智能型传感器。数据采集后传输到监控中心，中心控制电脑和PLC根据数据的变化实施自动化控制，消防水龙头自动控制开关采用电磁阀。
[0018]本实用新型中心控制室内安装的计算机系统，有主服务器和备用服务器，能够保证主服务器万一出现故障的情况下，立刻切换备用服务器，以保证大楼电气设备的运行安全。
[0019]本实用新型的突出的实质性特点和显著的进步:
[0020]1、系统应用领域广，适用于多种类型的建筑，特别是除湿、温控与消防系统紧密结合为一体，竖向通风处理、多模式控制相结合的集控技术，使系统始终处于节能运行模式。系统不仅监控电气设备间的湿度、温度等参数，还检测C0、C02、烟雾、低压配电柜的电压、电流等参数，进一步预防设备间的火灾发生。受控对象需24小时运作，而横向除湿系统是利用建筑的中央空调系统，从时间运作方面不匹配，且风机盘管易结露而影响下方的设备安全系统可以和消防系统结合后，排风功能可做排烟功能，消防隔离阀的状态可实时监测，增加消防系统的可靠性。
[0021]2、避免分散式系统(指为单个设备间独立设置的除湿机)能耗高问题，避免横向除湿系统与受控对象不匹配的问题。分散式系统无法根据受控对象的需求及对象环境情况(如设备间门的开/关状态)进行监控，另外系统与受控对象不匹配(针对2-5 Hf /间的民用除湿机很少)，系统利用率低，能耗高。
[0022]3、本实用新型可以改善设备间电气设备的工作环境、延长电气设备的使用寿命和降低电气设备的事故率，研究高层绿色建筑电气设备间除湿、温控处理措施，利用现场检测、竖向通风处理、多模式控制相结合的集控技术，使受控对象(楼层配电间、楼层弱电间，下同)的温度、湿度控制在标准范围内，避免造成设备故障和隐患，保障高层绿色建筑电气设备间电气设备的安全运行。
[0023]4、系统采用现场检测、竖向通风处理、多模式控制相结合的集控技术，使系统始终处于节能运行模式，解决了横向除湿系统与受控对象不匹配的问题。
[0024]5、采用ZigBee无线通信、RS485总线和TCP/IP相结合的通信方式，在线监测系统的运行状况；使用PLC对设备间环境进行实时监控，确保运行安全，维护方便。
[0025]6、本实用新型除湿、温控处理系统不仅能保证电气设备在干燥和适宜的温度下工作，保障电气设备安全运行，而且还能实现节能环保的要求。按照本系统的初步设计:本系统可以节约电气设备更换成本，实现高效地除湿、温控效果。同时，除湿、温控设备与利用半导体制冷降温除湿、分散式除湿温控系统、横向除湿温控系统和一般的中央空调除湿技术相比，至少能够节约50%以上的能源。并且，该系统采用智能控制技术，大大降低设备对人力维护的需求，降低人力成本至少50%。
[0026]7、本实用新型采用烟雾传感器、摄像头，能够对电气设备间发生火灾进行监控，火灾危险环境是高层建筑中最主要和最不可忽视的一种环境。由于高层建筑内部的使用功能较为复杂，设备繁多，存在着多种着火源和大量的可燃物。另外，电气设备或线路超负荷运行或短路，照明灯具和电热设备靠近可燃物等，如设计不合理，再加上管理不善，很容易发生火灾而酿成严重后果。由于高层建筑内一旦发生火灾，其火灾蔓延速度快，楼内人员疏散困难，扑救难度大，不但对楼内人员的生命和财产的安全造成严重危害，而且对电气设备的破坏性也极大。
[0027]8、除了上述的对温度、湿度、气体成分、门锁和发生火灾以外，还可以根据需要对电磁波强度、腐蚀和爆炸危险的介质进行监控。在智能型高层建筑中，采用了大量的微机及微机监控和电控装置，它们的工作电源都是由电力系统提供的。由于供电网上接有一些整流和逆变装置，从而使得供电电源中产生并混杂有大量高次谐波(主要是二次谐波)的干扰电压，若不采取有效的抗干扰措施，将会导致微机和电控系统地线"浮置"，逻辑和程序混乱、死机和误动作等故障，严重的会使微机系统不能正常工作。另外，高层建筑周围的外部电磁干扰(如雷击所引起的电磁脉冲)或临近的一些工、科、医等的高频设备、广播电视发射装置、微波辐射装置、高压架空线等都会产:生电磁辐射，使得高层建筑内的电子装置、计算机、通讯和视听等信息系统设备受到不同程度的干扰，而不能正常工作，如综合布线系统区域内存在的电磁干扰场强大于3V/m时,就应米取防电磁干扰措施。具体的实施方式也可以采用ZigBee无线通信、RS485总线和TCP/IP相结合的通信方式，在线监测系统的运行状况。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本实用新型高层建筑电气设备间智能控制管理系统总体结构示意图。
[0029]图2是除湿系统的“去湿、制冷、加热”原理示意图。
[0030]图3是本实用新型采用的PLC监控软件流程图。
[0031]系统各个部件序号如下:
[0032]主服务器1、备用服务器2、打印机3、大屏幕显示系统4、通信网络5、监控柜6、检测总线7、控制总线8、送风设备9、制冷设备10、除湿设备11、排风设备12、其它设备(排烟防火阀、门控开关等)13、智能气体传感器14、智能温度传感器15、智能湿度传感器16、智能电参数传感器17、其它传感器(烟感开关、热释电传感器等)18、摄像头19、柜门锁20。
[0033]【具体实施方式】
[0034]由于高层建筑的特点和其本身具有的环境特征，特别是在智能化高层建筑中安装有大量的电力设备和信息系统的设备及线路，其使用场合和用途各有不同，而且也较为复杂。因此，本实用新型设计了最佳的防护措施，使之做到实用、合理，能够很好保证高层建筑内的电气设备包括信息系统设备安全、可靠地运行。
[0035]图2是除湿系统的“去湿、制冷、加热”原理示意图。
[0036]进气口 21、冷凝器22、半导体制冷器23、出气口 24、散热器25、活性炭26、出气口27、超声波雾化器28、室外排风口 29、阀门30、冷凝水31、雾化排风32、隔热材料33。
[0037]室内潮湿空气从进气口 21进入冷凝器22中，水汽被冷凝成为水珠31，由阀门30下的管道排出，流入到超声波雾化室28中，在超声波的作用下雾化，通过排风从室外排风口 29排放到室外；冷凝(除湿)后的空气经过阀门30，散热器25加其加热，同时活性炭26再吸附其中残留水汽，最后干热空气通过出气口 27排放到室内；这个过程不断循环，把室内潮湿空气转变为干燥空气，即除湿过程。散热器25和冷凝器22之间装有隔热材料33 ；当电气设备间温度较室外高时，水汽是不会在室内凝结的，温度升高到一定程度后，需要降温，就要关闭阀门30，从进气口 21进入的空气被冷却后从出气口 24排放，输送回室内；而散热器的热量则通过雾化排风32从室外排风口 29排除到室外，同时加热活性炭26进行活性炭26活化过程；这个过程即制冷过程。当需要制热时，可控制半导体制冷器23的直流输入极性反转，制冷过程就转变为制热过程。
[0038]图3是本实用新型采用的PLC监控软件流程图:
[0039]过程如下:
[0040]监控柜需要对高层建筑电气设备间内的各种参数进行监测，包括对各种安装在电气设备间内的电压、电流是否正常，如果不正常则启动报警，当电压、电流都正常，则监测电气设备间内的温度、湿度和气体浓度是否合格，当温度不正常则启动调温系统；当湿度不正常则启动除湿系统；当气体不合格，例如二氧化碳、一氧化碳等含量不正常(发生火灾)则启动通风系统，如果温度、湿度和气体浓度超出设定值太多，也将进行报警，这样就可以避免造成设备故障和隐患，保障高层绿色建筑电气设备间电气设备的安全运行。
[0041]具体应用实施例[0042]2010年南宁市某单位建设了一栋31层高楼，电气控制室一到2_4月份的潮湿和25度天气就很容易出现跳闸现象，2011年，该单位委托本发明人重新改造高层建筑电气设备间，采用本实用新型的智能控制管理系统，在中心控制室内安装包括主机、主控制台、总控制室显示屏和路由器构成的计算机，在高层建筑电气设备间每一层的入口安装通风装置和除湿装置，除湿装置安装在空气入口处，监控柜6内安装智能气体传感器14、智能温度传感器15、智能湿度传感器16、智能电参数传感器17、其它传感器(烟感开关、热释电传感器等)18、摄像头和电气柜6内的电压、电流计连接，然后通过网络传输到中心控制室内，2011年-2012年运行I年多以来，特别经历2-3月份的潮湿天气，使用状况良好，没有一次电路跳闸现象。
【权利要求】
1.高层建筑电气设备间智能控制管理系统，其特征在于:在中心控制室内安装计算机系统，它包括主服务器、备用服务器、显示器和通信网络设备，在高层建筑每一层电气设备间的监控柜内安装智能监控器、传感器、通信模块和通风除湿系统，所述的智能监控器与传感器连接进行数据采集；所述的传感器包括温度传感器，摄像头，湿度传感器，气体浓度传感器和电压、电流传感器；设备间内还设有各种控制执行部件，智能监控器通过网络传输模块传输数据到中心控制室的计算机系统，或接收控制中心下发的指令，并执行控制指令，对电气设备间的温度、湿度、有害气体浓度进行监控，使之在标准范围内。
2.根据权利要求1所述的高层建筑电气设备间智能控制管理系统，其特征在于:智能控制管理系统还包括对高层建筑电气设备间的门锁进行监控的装置。
3.根据权利要求1所述的高层建筑电气设备间智能控制管理系统，其特征在于:智能控制管理系统能够与建筑物内消防系统连接。
4.根据权利要求1所述的高层建筑电气设备间智能控制管理系统，其特征在于:所述的通风除湿系统包括通风装置和除湿装置，所述的通风装置有鼓风机和抽风机，采用竖向通风进行内外空气循环；所述的除湿装置装在电气设备间的进口，对气体进行除湿，它包括冷凝室和活性炭吸附室，两室中间安装有半导体制冷凝器和隔热材料，冷凝室安装有冷凝器，冷凝室下部有湿气出气口和装有阀门，将除去部分冷凝水的空气通到活性炭吸附室，活性炭吸附室安装有散热器和活性炭，干燥气体从活性炭吸附室上部的出气口排出进入电气设备间，活性炭吸附室下部安装有超声波雾化器。
5.根据权利要求1一 3任一项所述的高层建筑电气设备间智能控制管理系统，其特征在于:中心控制室和电气设备间的监控柜的智能监控器使用可编程逻辑控制器，通信方式采取工业控制总线RS485、TCP/IP和无线数字传送器，温度传感器，摄像头，湿度传感器，气体浓度传感器和电压、电流传感器均采用智能型传感器。
【文档编号】G05B19/418GK203422658SQ201320536818
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年8月31日 优先权日:2013年8月31日
【发明者】范斯远, 肖丹宁, 张海明, 蒋幸昌, 徐群英, 李小瑜, 吴广意, 粟卫权, 陈肖梅 申请人:广西华蓝设计(集团)有限公司