解析建筑設備系統最優化運行技術

【摘 要】在節能減排要求下，各行各業制定了節能減排措施，建筑行業作為能源消耗重要行業，加強建筑設備系統的最優化處理，可節省能源，保護生態環境，本文在建筑設備儀器介紹下，分析了建筑設備中的通用與專用模型，并討論了設備系統節能最優化的運行技術。

【關鍵詞】建筑設備；系統；最優化；運行技術

在生態環保理念下，建筑設備的節能減排要求不斷提高，不僅要在設計過程，注重建筑設備節能，還要注重投入使用過程的建筑設備的優化運行，盡量獲得設備系統運行的最優化，運用能源管理的統計系統，可對多年運行的建筑設備系統數據進行保存，并利用計算機優化模擬系統數值，確保建筑設備的節能要求。

一、建筑設備儀器與設備系統模型

1.建筑設備儀器

在智能建筑樓的綜合管理當中，會涉及中央空調、風機、供配電與給排水等系統的運行數據存儲，在運行數據庫當中，能夠得到每個時刻的設備系統的運行數據，一些無能源管理的設備系統，需要到現場采集所需的實際運行數據，直接通過儀器記錄數據的有溫度、時間、濕度及室外風速等，通過計算能夠獲得建筑物的流量、耗電量及冷熱量等，所涉及數據采集儀器主要是溫度記錄儀、熱電偶的溫度采集儀與流量記錄儀等，為設備系統模型的驗證和修正提供了可靠運行數據，以確保設備系統的最優化運行。

2.設備系統模型

在建筑設備系統當中，主要包含通用模型與專用模型，其中，通用模型所涉及常用設備有冷卻塔、冷水機與風機等，是依據生產商所提供性能參數圖或者是表用最小二乘法方式所擬合的，如冷卻塔的功率、通風量與溫度間的函數關系能表示為：

ECT表示冷卻塔的輸入功率，G表示冷卻塔的通風量，Gr表示冷卻塔的額定通風量，Er表示冷卻塔的額定功率，two表示出塔的冷卻水溫度，twi表示進塔的冷卻水溫度，cp表示水比容度，h1表示空氣比焓，hw，1表示t1水溫下，空氣比焓，而V表示填料體積，Q1表示冷卻水流量，而U與Ka分別表示冷卻塔的特性值與比焓容積的傳熱系數。

與此同時，在專用模型的建設過程當中，還需要針對建筑設備系統常用設備中所涉及到的關鍵環節進行建模處理。例如：在有關蓄能空調系統的分析過程當中，為更為準確與有效的確定在電價處于低谷狀態下，蓄能空調所對應的蓄能運行時間，在白天狀態下有關蓄能空調的負荷預測有著重要意義。基于對這一問題的分析應當構建一個專門性的冷熱負荷模擬子模塊，實現對蓄能空調運行負荷的可靠性預測處理，并在此過程當中實現對蓄能介質在初始及終止狀態下所對應工作溫度指標以及總蓄能量指標的有效確定，從而為夜間狀態下，蓄能空調系統最優化的運行方式提供必要的數據支持與保障。又如地樁土壤的蓄能過程分析，可依據傳熱學的原理運用有限元法進行土壤溫度場雨混凝土地樁的建立，加強蓄冰槽分析，建立其專用模型，并掌握釋冷與蓄冷特點，獲得蓄冰槽水溫的數據值，為設備系統的優化運行打下基礎。

二、建筑系統模型驗證與數值分析

1.模型驗證

在實際建筑設備工程中，各系統模型的工作流程為首尾連接的，能組成完整建筑系統模型。依據建筑工程實際運行狀況，對水泵出口的壓力與冷水出口的溫度等參數值區間進行設定，實施程序調試，向模型當中輸入實際冷水量與冷負荷等，對設備系統總制冷量、能耗與總制熱量等進行模擬計算，然后比較模型和實際運行過程的輸出參數，對系統模型與有關部件進行修正，讓實測數據與模型輸出數據間的誤差盡量在工程所允許的誤差范圍內，從而提高系統模型的準確度，更好指導建筑設備運行。

2.運行數值分析

對整個建筑系統進行模型分析，對不同運行方案實施模擬計算，可實現不同參數的最優運行組合，在計算前，先選定目標函數，建筑系統整體能耗最小值作為目標，并選定總制熱能效比的最大運行參數，可對往年空調的負荷值與氣象預報的參數進行計算，以獲得第二年度所需要的冷熱量，并根據所得冷熱量，確定蓄能介質工作溫度與總蓄能，且實施最優化運行的模擬計算，獲得夜間制冷水溫與運行時間。如空調冷源各子系統的水泵、制冷劑與冷卻塔等設備，建立模擬系統之后，能夠依據全年的能耗目標，確定最優冷卻水的流量與風量，并顯示出模擬計算后的流量與風量變化，找出最優的運行方案。利用最優化的系統運行技術，能夠將各參數配置進行最優運行方案的模擬，將最優方案與實際數據結果進行比較分析，當作建筑設備節能程度的評價依據，以驗證建筑設備設計當中的一些環節，積累大量經驗，指導今后相似的建筑工程，使建筑設備符合節能減排的要求。

三、系統最優運行技術

1.多能效運行技術與分層分布結構

在建筑工程下，要實現建筑設備的節能控制，需要諸多技術支持，如計量統計技術、運行效率技術、網絡通訊、GSM故障定位、跟蹤診斷技術、跟蹤評價技術與變頻技術等，建筑設備的整體能源管理系統包含運行技術眾多，對這些技術進行集成，為設備系統運行提供了大量技術支持。而運用分層分布式的結構，實施軟件的組態化與硬件的模塊化，在建筑投資過程中，能提高建筑設備的經濟性、維修性與可靠性等，其經濟性主要是在原設備前提下，對建筑設備進行系統節能改造，并配合設計選型，構成建筑整體的節能方案，為設備系統的設計與改造提供了多種選擇途徑；可靠性是指設備系統中的各子系統互相獨立，不會影響其他系統運行，有工頻切換與雙回路節能的作用；維修性主要表現在系統當中，設置遠程的維修站，通過網絡與計算機對遠程故障與軟件升級進行監控，特別是GSM的故障定位系統應用，能有效確保系統的安全運行。

2.智能控制與網絡運行管理

在智能建筑當中，設備系統是由中央控制站來智能檢測、管理與跟蹤控制的，建筑設備現場，應該設置子系統的操作站，通過遠程控制能實現可視操作，每項子系統能獨立運行，并實現整體系統的聯網通訊，現場采集數據，通過CPU與專家系統參數進行運算比較，以確定系統最優化的控制方式，讓建筑系統一直保持在最優化的控制模式下。中央控制站的網絡設置，可把建筑設備中的各子系統實施數據運行，電水汽等數據計量進行遠程采集，以實現需求能源的統計管理與控制，將各分項的計量數據運用網絡，上傳到能源的統計管理中。同時加強設備運行數據的自動監測，讓用戶全面了解統計管理的數據與設備的運行狀況，為運行能效的分析，提供可靠的管理依據。

3.軟件功能應用

在設備系統當中，軟件功能主要包含報告生成、數據格式轉換、能效診斷與預警管理等，設備軟件的報告生成，主要涉及分項計量與能效統計，可自動生成效率審計的診斷報告，并將統計分析結果，按照標準格式，運用網絡自動上傳至建筑監管平臺，數據實時傳輸，避免了人工填報帶來的人為因素，使所得數據更為客觀準確，依據有關管理指標，對能效進行診斷，可給管理與技術節能提供依據，當設備運行出現異常狀況或者超限報警時，設備系統能夠給出預警管理。智能建筑設備，大多采用的是分類計量與統計，對建筑設備與再生資源實施跟蹤控制、節能管理等，以解決能耗統計數據不夠準確，或者節能管理與能耗診斷決策依據有效提供的問題，運用數學模型、有效資源配置與算法分析，提高設備系統的優化運行。

四、結束語：

隨著生態環保理念加深，節能減排已成為各行業的重要發展目標，建筑設備工程作為能量消耗巨大的工程，加強建筑建設的節能低耗性，不僅能避免生態污染，節省建設過程的能源消耗，還能降低建筑設備整體壽命期內的能源消耗，從建筑設備整個使用周期考慮最優運行技術，能有效降低全過程的能源消耗，實現建筑行業的生態持續發展。

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