如何控制智能建筑中暖通空調(diào)和照明系統(tǒng)

姜棣

引言

當(dāng)前階段，在新型理念的影響下，節(jié)能已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的基本屬性，而建筑節(jié)能的關(guān)鍵點(diǎn)則在于能量效率的提高。智能建筑是近些年來(lái)興起的一種新型建筑形式，其特點(diǎn)就是可以在保障高度現(xiàn)代化和舒適度的同時(shí)大幅度降低能源消耗，以此實(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)營(yíng)成本的節(jié)省。建筑的智能化是通過(guò)其內(nèi)部系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此探究智能建筑中暖通空調(diào)和照明系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式具有一定的實(shí)踐意義。

1 智能建筑計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

1.1 主要設(shè)備介紹

1.1.1智能建筑空調(diào)控制系統(tǒng)

建筑空調(diào)系統(tǒng)的主體包括蒸發(fā)式冷卻系統(tǒng)和兩段式供熱系統(tǒng)，蒸發(fā)式冷卻的空調(diào)系統(tǒng)的三階段供冷啟動(dòng)順序分別是熱轉(zhuǎn)輪啟動(dòng)、蒸發(fā)冷卻器啟動(dòng)以及備用冷卻盤(pán)啟動(dòng)。兩階段供熱啟動(dòng)順序分別是熱轉(zhuǎn)輪運(yùn)行進(jìn)行熱回收、利用熱水盤(pán)管對(duì)空氣進(jìn)行加熱處理。通過(guò)智能建筑空調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行智能自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)效果：分別是保障室內(nèi)維持穩(wěn)定的基本溫度和保證室內(nèi)空氣的清新度（即溫度控制和空氣品質(zhì)控制）。在空調(diào)系統(tǒng)中，通過(guò)安裝在埋管式輻射墻板的墻架上和直接放置在空氣中的溫度傳感器采集相關(guān)溫度參數(shù)信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)按照相應(yīng)算法計(jì)算后輸出控制信號(hào)至電子控制供水流量閥門(mén)，通過(guò)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)整空調(diào)供水流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的適當(dāng)調(diào)整。同時(shí)，安裝在屋頂?shù)耐L(fēng)裝置中的傳感器可以對(duì)室外的溫度、濕度、降水量、室內(nèi)溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，為自動(dòng)控制提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，以此控制新風(fēng)機(jī)輸入合理的新風(fēng)量既能保證室內(nèi)空氣清新，又能避免新風(fēng)量過(guò)大造成額外的能耗，還可以起到輔助室內(nèi)溫度和濕度調(diào)整的作用。另外該系統(tǒng)的電力供應(yīng)設(shè)計(jì)還可以進(jìn)一步進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，即設(shè)計(jì)成由照明系統(tǒng)中日光反射板上的太陽(yáng)能電池提供動(dòng)力，具備更進(jìn)一步的節(jié)能效果。而日光反射板上也可以安裝光照傳感器和溫度傳感器來(lái)作為照明系統(tǒng)和溫度系統(tǒng)的信號(hào)源。

1.1.2 智能照明控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)依據(jù)房間使用狀況檢測(cè)、日光強(qiáng)度、陽(yáng)光反射程度、室內(nèi)光照度等各方面的檢測(cè)信號(hào)來(lái)決定室內(nèi)照明模式及調(diào)節(jié)程度，通常采用開(kāi)關(guān)、遙控器或是計(jì)算程序進(jìn)行控制。

對(duì)于規(guī)模較大的建筑內(nèi)部空間進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，建筑內(nèi)部可以分為公共區(qū)域、集中工作區(qū)域和局部特殊工作區(qū)域。其中公共區(qū)域、集中工作區(qū)域的空調(diào)和照明需求基本一致，可以進(jìn)行集中的控制，而在局部特殊工作區(qū)域中為了滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行、生產(chǎn)工藝或個(gè)人偏好往往會(huì)提出個(gè)性化的需求，需要設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的工作環(huán)境控制系統(tǒng)對(duì)局部工作環(huán)境進(jìn)行控制調(diào)節(jié)來(lái)滿(mǎn)足相關(guān)要求。該系統(tǒng)可視作是空調(diào)和照明控制系統(tǒng)的一部分，但是強(qiáng)調(diào)其獨(dú)立控制調(diào)節(jié)能力，可以在局部實(shí)現(xiàn)不同于公共區(qū)域和其他局部的環(huán)境狀況。

工作環(huán)境系統(tǒng)在環(huán)境系統(tǒng)中，以建筑局部溫度、濕度、空氣質(zhì)量、照明狀況作為控制對(duì)象，系統(tǒng)的溫度、濕度、空氣質(zhì)量、照明狀況的期望值以及房間使用情況，通常由傳感器或是人工給定，由設(shè)置在局部的控制裝置進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，同時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過(guò)通訊系統(tǒng)傳送到上級(jí)工作站。

1.2 控制系統(tǒng)和主配電盤(pán)

智能建筑的控制系統(tǒng)可以分成兩個(gè)部分，分別是溫度和空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)和照明控制系統(tǒng)。其中溫度和空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)主要包括蒸發(fā)式冷卻空調(diào)系統(tǒng)、埋管式輻射墻板、屋頂通風(fēng)裝置等。系統(tǒng)的傳感器主要包括室內(nèi)溫度、濕度，室外溫度、濕度，房間使用狀況、空氣品質(zhì)、數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括蒸發(fā)冷卻器、熱轉(zhuǎn)輪、空氣處理器、加熱盤(pán)管、氣流混合調(diào)節(jié)器、水流閥門(mén)、冷卻盤(pán)管、屋頂通風(fēng)裝置、水壓調(diào)節(jié)器等。

照明控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)包括環(huán)境燈、工作燈、日光反射板、周邊燈以及室內(nèi)遮光設(shè)備等。控制系統(tǒng)的傳感器主要是由室外日光檢測(cè)器、室內(nèi)照度檢測(cè)器、以及房間使用狀況檢測(cè)器等構(gòu)成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括日光反射板的控制電機(jī)，天窗、窗戶(hù)和門(mén)的遮陽(yáng)設(shè)備的控制電機(jī)、數(shù)字式日光燈整流器、數(shù)字式相位燈光調(diào)節(jié)器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

工作環(huán)境控制系統(tǒng)在上述系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)置局部控制核心，可以相對(duì)獨(dú)立的控制局部范圍內(nèi)的傳感器和執(zhí)行器，在一定參數(shù)范圍區(qū)間內(nèi)，不受總控系統(tǒng)約束實(shí)現(xiàn)特殊局部工作環(huán)境。

2 智能建筑計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略探究

（1）整體控制策略。針對(duì)總控制工作站，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際條件對(duì)控制策略進(jìn)行科學(xué)制定，通過(guò)控制算法的應(yīng)用保障上述設(shè)備的正常工作。例如，根據(jù)當(dāng)天的室外氣象參數(shù)，蒸發(fā)式冷卻空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)根據(jù)時(shí)間或是遙控命令，在工作人員開(kāi)始工作前，就提供了基本室內(nèi)溫度和其它條件，當(dāng)個(gè)人工作環(huán)境的房間使用狀況檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有人工作，提供啟動(dòng)信號(hào)給上級(jí)計(jì)算機(jī)，這時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)人為設(shè)置的期望值對(duì)個(gè)人工作環(huán)境的相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（2）系統(tǒng)集成策略。溫度控制系統(tǒng)、空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)以及照明控制系統(tǒng)三者之間存在一定的聯(lián)系，因此被控制目標(biāo)以及設(shè)備之間存在相互干擾的情況，加之智能建筑集成系統(tǒng)所用設(shè)備來(lái)源于不同的廠(chǎng)家，因此在各個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)上都存在一定的差別，如數(shù)據(jù)傳輸、硬件接口、軟件接口等，這就使得信息流和被控制目標(biāo)具備一定的不確定性和復(fù)雜性，為系統(tǒng)控制帶來(lái)了較大的困難。例如，夏天陽(yáng)光雖然可以為工作臺(tái)提供光線(xiàn)亮度，但卻會(huì)帶來(lái)多余的熱量，然而減少陽(yáng)光照射卻有可能出現(xiàn)工作環(huán)境照度不足的情況。因此想要?jiǎng)?chuàng)造良好舒適的工作環(huán)境，必須充分發(fā)揮所有設(shè)備的工作能力，使所有指標(biāo)都能夠在工作區(qū)間內(nèi)作出適時(shí)的自我調(diào)整。

（3）控制算法及系統(tǒng)分級(jí)策略。由于溫度控制系統(tǒng)、空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)以及照明控制系統(tǒng)在控制過(guò)程中多不具備固定的控制模型，加之系統(tǒng)控制的慢過(guò)程、超時(shí)延遲以及非線(xiàn)性特點(diǎn)，因此最好采用不需要數(shù)學(xué)模型的算法，如預(yù)測(cè)控制或是模糊控制等。例如，溫度和空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)就是超延時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)，因此控制系統(tǒng)總工作站可以采用PID和模糊控制法，將控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分成三級(jí)，即現(xiàn)場(chǎng)工作級(jí)、網(wǎng)絡(luò)控制級(jí)以及程序員操作級(jí)。其中程序員操作級(jí)負(fù)責(zé)的是控制系統(tǒng)總工作站的協(xié)調(diào)和控制，現(xiàn)場(chǎng)工作級(jí)及負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境參數(shù)確定及控制調(diào)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)控制級(jí)負(fù)責(zé)聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)工作級(jí)和程序員級(jí)，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制協(xié)調(diào)。

3 智能控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)分析

通過(guò)實(shí)施智能控制，對(duì)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的能量管理和控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，將建筑內(nèi)部所有設(shè)備有機(jī)地聯(lián)系在了一起，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息共享和對(duì)設(shè)備的綜合統(tǒng)籌管理，這種模式具備較為顯著的作用和效益。和常規(guī)設(shè)計(jì)相比，智能建筑控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具備以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：①結(jié)合系統(tǒng)的各種可能結(jié)構(gòu)以及參數(shù)，找出其中的最佳匹配方式，從而獲得最好的整體效果，促進(jìn)系統(tǒng)效率的提升，以此實(shí)現(xiàn)投資和運(yùn)行費(fèi)用的降低。②通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的定量化狀態(tài)模擬，對(duì)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)化，一方面提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，將系統(tǒng)故障概率控制在最低的范圍內(nèi)，另一方面也提升了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和服務(wù)效果，既提高了滿(mǎn)意度，又節(jié)省了能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)智能建筑進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)該以節(jié)能原則為出發(fā)點(diǎn)，從建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的能量管理和控制系統(tǒng)的優(yōu)化入手，采用更加先進(jìn)的技術(shù)措施促進(jìn)智能建筑節(jié)能效果的提升，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)智能建筑的發(fā)展。

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