建筑設備系統(tǒng)最優(yōu)化運行技術探析

朱 保 華

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院南京工程分院，江蘇 南京 211135)

建筑設備系統(tǒng)最優(yōu)化運行技術探析

朱 保 華

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院南京工程分院，江蘇 南京 211135)

對建筑設備進行了介紹，闡述了系統(tǒng)最優(yōu)化運行技術，并針對給排水系統(tǒng)、建筑電氣系統(tǒng)、建筑節(jié)能系統(tǒng)以及建筑設備系統(tǒng)軟件的具體應用進行了舉例，以供廣大研究人員參考。

建筑設備，最優(yōu)化，運行技術

近年來，隨著我國的市場經濟水平在不斷提高，其中建筑行業(yè)在我國經濟發(fā)展中占據著相當大的比重。為滿足未來社會發(fā)展的需要，建筑行業(yè)仍然有較好的發(fā)展空間。但是，建筑行業(yè)的發(fā)展避免不了大量的建筑能源損耗。就當前階段來說，大量的能源損耗不利于社會的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。隨著科學技術的不斷創(chuàng)新，市場中出現(xiàn)一些新型工藝或者新型材料，極大地促進了我國建筑行業(yè)的節(jié)能發(fā)展。為保證建筑設備的穩(wěn)定運行，需要建立全面、科學、合理的設備系統(tǒng)對建筑進行控制。

1 建筑設備系統(tǒng)概述

建筑設備系統(tǒng)通常負責控制建筑物中的主要設備儀器，例如建筑物中的中央空調、提供電力的供電系統(tǒng)、提供水資源的給排水系統(tǒng)。不同的建筑系統(tǒng)在建筑物中處于不同的建設空間，因此需要設計人員在建筑施工方案制定時，根據實際的施工環(huán)境確定，預留足夠的空間以便后續(xù)使用?；诮ㄖ镏性O備運行數據的收集以及分析，研究設備穩(wěn)定運行的數據分布規(guī)律。當然，存在部分沒有能源的設備儀器需要在實際的運行環(huán)境中進行數據的采集工作，根據收集到的各項數據，例如溫度、時間、濕度等，確定建筑物的能量損耗。一般來說，常用的數據采集儀器有溫度記錄儀、溫度采集器、流量計量儀等。

為提高建筑設備系統(tǒng)對建筑物的控制力度，需要為建筑設備系統(tǒng)建立合理的系統(tǒng)模型。對于建筑物常用的設備儀器，即給水系統(tǒng)、排風系統(tǒng)可以采用通用模型。而根據生產商的要求或者建筑物的實際操作環(huán)境，例如中央空調系統(tǒng)，則需要根據建筑物自身的特點設置專用模型。值得注意的是，設置建筑物系統(tǒng)專用模型的過程中，需要對設備的核心部位進行建模處理。

2 系統(tǒng)最優(yōu)化運行技術

2.1 常用運行技術

由于建筑行業(yè)中設計的技術種類較多，并且根據不同的施工環(huán)境需要采取不同的施工技術，導致建筑工程能源節(jié)省方面需要大量的相關技術提供支持。例如，網絡通訊技術、計量統(tǒng)計技術、跟蹤診斷技術等。對此，建筑設備系統(tǒng)需要對所需要的技術進行預先設置，保證建筑物能夠提高能源的利用效率。

2.2 基本分層結構

通過建立分層的分布式系統(tǒng)結構，能夠將系統(tǒng)中軟件以及硬件各自的特征更加鮮明化，即軟件的高效化以及硬件的穩(wěn)定化，從而促使建筑設備系統(tǒng)能夠最大程度的提高建筑物的經濟效益，降低建筑物后期的維修頻率以及保證建筑物的穩(wěn)定可靠性。

針對建筑設備的經濟效益，可以通過改善系統(tǒng)的節(jié)能結構以換取更高的能源利用效率。根據建筑物設備的實際運行特點選擇合適的類型，制定科學合理的系統(tǒng)節(jié)能體系，為后期系統(tǒng)的節(jié)能改善做好鋪墊。設備系統(tǒng)的維修頻率，直接影響了建筑設備系統(tǒng)日常的運行結果。為最大程度的降低設備系統(tǒng)對整個建筑物的影響程度，可以通過設置遠程操控的技術對系統(tǒng)進行定期的維護，降低人力資源的損耗，提高系統(tǒng)的工作效率。對于系統(tǒng)設備的可靠性，因為設備系統(tǒng)中的大部分系統(tǒng)是相對獨立的，所以彼此之間沒有較強的影響。

2.3 系統(tǒng)智能控制

為提高建筑設備系統(tǒng)的操作性以及高效性，通常會在系統(tǒng)中設置智能操作系統(tǒng)。將智能操作系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，利用網絡傳輸技術實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程管理以及問題的跟蹤。另外，需要在建筑物實際環(huán)境的合適位置設置子系統(tǒng)，需要保證子系統(tǒng)的操作性。通過將智能系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間建立的聯(lián)系，可以促使工作人員利用建筑設備監(jiān)控平臺對智能操作系統(tǒng)輸入命令，系統(tǒng)通過計算選擇最優(yōu)的運行方案對各個子系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)遠程操作。

2.4 基于網絡管理

為提高建筑設備系統(tǒng)的經濟效益，降低各項能源的損耗，需要以遠程的方式對建筑物進行管理操作。而現(xiàn)階段常用的方法是基于網絡技術構建區(qū)域性網絡來實現(xiàn)。通過在建筑智能系統(tǒng)與各個子系統(tǒng)建立局域網絡，實現(xiàn)智能系統(tǒng)對局域網中各個系統(tǒng)的絕對控制。通過此種方式，可以較為方便的收集建筑設備系統(tǒng)的各項運行數據，同時采集部分計量的屬性。通過此種方式，在一定程度上提高了人力資源的利用率，并且保證了系統(tǒng)數據參數的正確性以及穩(wěn)定性。

3 建筑設備系統(tǒng)最優(yōu)化運行技術的具體應用

3.1 給排水系統(tǒng)的應用

3.1.1 加強水泵的控制力度

城市供水系統(tǒng)的供水量在居民用水高峰期或者低谷期所提供的水量存在非常大的差別。供水系統(tǒng)在不同的時期促使水泵提供相同的強度，則會產生大量的電能損耗，不利于提高城市水資源的利用率。伴隨著科技水平的不斷提高以及變頻技術的廣泛使用，變頻技術逐漸與城市供水系統(tǒng)相結合，供水系統(tǒng)能夠通過變頻技術控制水泵，促使水泵能夠根據不同時期的需要確定不同的電能的使用，從而提高電力資源的使用效率。

此外，通過利用變頻技術，能夠加強水泵頻率的控制力度，即根據水泵的調速確定水泵的頻率，導致供水的壓力也在不斷的上升，降低了管道閥門、管路的損耗程度，延長了城市供水系統(tǒng)的生命周期。

3.1.2 采用節(jié)流降壓的技術

城市建筑給排水系統(tǒng)的核心操作便是節(jié)流降壓。通過實現(xiàn)城市給排水系統(tǒng)的節(jié)流降壓，能夠提高城市水資源的利用效率，減少水資源的浪費。根據有關部門的相關規(guī)定，建筑物排水設計階段不能使用水平方式建設，必須嚴格按照豎向分區(qū)的方式進行高樓層的用水提供。同時，在任何情況下各分區(qū)的衛(wèi)生器具的靜水壓都必須在0.2 MPa～0.55 MPa之間。然而在實際的建設使用階段，衛(wèi)生器具的靜水壓往往不能達到相關標準。造成這樣的原因是由于靜水壓力高于0.15 MPa時，水龍頭的出水量會大幅增加。這種情況下，需要通過減少壓力的方式促使水龍頭的出水量恢復到正常水平。

3.1.3 增加給水網水頭的使用

隨著城市規(guī)模的不斷擴大，城市中樓房的數量在不斷增加，樓層的高度也越來越高，存在城市管網內部的水壓已經不能滿足城市的高層建筑的現(xiàn)象。為了解決這一難題，大部分工程設計人員在樓房供水系統(tǒng)設計階段，通常預先建立樓層的貯水池，然后利用城市的管網對貯水池進行填充，而后計劃用水泵解決整個樓梯的供水問題。

雖然這種方式能夠解決管內水壓不足的問題，但是管網水壓的利用效率較低。一旦將貯水池建設在樓層的地下層，則使管內水壓值變?yōu)樨摂担瑯O大地造成了資源的浪費。因此，為提高管內水壓的利用率，可以采用低層住戶直接利用市政管內水壓的壓力直接供水，提高了材料的利用率。

3.2 建筑電氣系統(tǒng)的應用

3.2.1 選擇智能照明系統(tǒng)

伴隨先進的生產技術與燈具行業(yè)相結合，照明系統(tǒng)生產技術的不斷改革，促使當前階段智能照明系統(tǒng)的生產成本在逐年降低。并且隨著政府可持續(xù)發(fā)展政策的提出，智能照明系統(tǒng)逐漸向節(jié)能方向靠攏。通過建立良好的系統(tǒng)管理特性，逐漸在市場中得到廣大用戶的青睞。與傳統(tǒng)的白熾燈相比，智能照明擁有更好的照明質量，更長的生命周期，并且對于電能的損耗也大大降低，具有較強的市場競爭優(yōu)勢。

3.2.2 改變供配電系統(tǒng)的參數

線路的功率因數也是影響電能消耗的一個因素。當其他外部條件不變時，通過增加線路上的功率因數，能夠在一定程度上減少電能的損耗，進而達到系統(tǒng)節(jié)能減排的效果。對于大部分的建筑物來說，有功功率對于建筑物中的諸多裝備具有十分重要的作用，但是仍然存在一些用電設備還產生一些無用功率。例如，變壓器、電動機等。一般來說，降低無用功率的方法存在兩種。一種是在建筑設備系統(tǒng)中設置無功補償靜電電容器，即在設備運行過程中，通過此電容器將無功電流進行滯后處理，同時將轉換后的電能輸送至其他用電的設備當中。另一種方法是設置帶有補償電容器的電感性用電設備。

3.2.3 提高線路的利用率

線路的損耗通常受到線路自身的阻值影響。一條線路的長度越長，其本身的線路阻值越大，電流的損耗程度也就越高。一般來說，建筑物的施工建設需要鋪設過萬米的線路，并且施工階段無法確定工程是否會受到外部環(huán)境因素的影響而改變線路的鋪設計劃，這就造成鋪設階段電能的大量損耗。為避免電能過多的損失，需要工程設計人員在制定工程設計方案時，根據實際的施工環(huán)境進行鋪設。對于一些不確定的路段，應提前預設多種方案。盡最大程度的減少線路的鋪設長度，提高線路的導電性能。

3.2.4 運用合理的變壓器

建筑系統(tǒng)建設階段，需要根據變壓器運行參數的合理性以及損耗程度等屬性選擇合適的變壓器。通常情況下，變壓器的損耗方式主要有兩種，一是空載損耗，二是負載損耗。變壓器的制作方式以及內部鐵芯的屬性直接影響空載損耗，而通過變壓器繞組的電流大小以及電阻大小影響力變壓器的負載損耗。因此，建筑設備系統(tǒng)變壓器選擇時，需要選擇具備新型節(jié)能材料，利用新型制作技術的變壓器。另外，部分區(qū)域需要使用變壓器繞組電阻數值比較小的變壓器，例如銅芯變壓器。建筑物施工階段，需要充分考慮各個方面因素，并且設置一定的空間為將來的變化做好準備。

3.3 建筑節(jié)能設備的應用

建筑設備系統(tǒng)建設階段，為促使系統(tǒng)能夠做到能源利用的最大化，可以選擇具有環(huán)保型節(jié)能屬性的原材料。通過使用節(jié)能材料，符合當前社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標，從根本上降低了建筑能源的損耗，提高了建筑行業(yè)的經濟效益，促進了我國社會經濟的發(fā)展。值得注意的是，建筑施工原料采購階段，需要對原料的節(jié)能屬性進行判斷，不能僅追求經濟效益而忽略建筑物對社會資源的影響。

3.4 建筑系統(tǒng)軟件的應用

建筑設備系統(tǒng)的運行操作離不開系統(tǒng)軟件的支持。對于建筑設備系統(tǒng)的作用對象來說，系統(tǒng)軟件需要包括至少以下幾個功能，即檢測報告生成功能、參數數據格式標準化功能、設備故障判斷功能以及設備問題預警功能等。

對于檢測報告生成功能來說，需要根據系統(tǒng)收集的各項設備參數，利用統(tǒng)計計量學的方法對數據進行統(tǒng)計、分析，并將最終的結果合成系統(tǒng)設備的診斷報告，上傳至建筑設備系統(tǒng)的監(jiān)控平臺之上，以供本系統(tǒng)管理人員根據上傳的報告做出相應的操作命令。通過將報告內容上傳建筑設備系統(tǒng)監(jiān)控平臺，能夠將系統(tǒng)的各項數據及時的反映到相關人員手中，一定程度上避免了由人工因素造成的細節(jié)錯誤，保證了數據信息的準確性。

此外，通過系統(tǒng)的設備故障判斷功能，能夠對建筑設備進行系統(tǒng)的故障檢測判斷操作。如果系統(tǒng)設備在運行過程中，設備各項參數出現(xiàn)異常的情況或者設備發(fā)出問題預警時，可通過設備問題預警功能進行問題的處理。對于建筑設備智能系統(tǒng)來說，主要基于分類計量以及統(tǒng)計的處理原則，通過對建筑設備系統(tǒng)的各項設備進行實時的跟蹤以及節(jié)能屬性的控制，從而降低電能的損耗。

關于系統(tǒng)建模方面，通常有專用模型和通用模型兩種。專用模型可以充分照顧到系統(tǒng)的個性化差異，即在做好常用設備(或通用設備基礎上)，針對一些特殊細節(jié)展開建模。而通用模型在建筑設備系統(tǒng)中進行的改動很小，主要包括冷水機組、水泵、冷卻塔等，計算過程中依據設備生產廠家提供的資料。

4 結語

隨著我國經濟水平的高速發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，人們對于自身的生活環(huán)境有了新的要求。再加上國家以長遠的眼光，制定并且實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，進一步是節(jié)能減排的意識深入人心。為順應時代發(fā)展的潮流，我國市場中各個行業(yè)逐漸開始將發(fā)展的側重點轉向節(jié)能減排。對于建筑設備工程來說，由于工程量較大，設計行業(yè)較多，因此對于能源的消耗方面較為嚴重。綜上所述，為提高建設階段的能源利用效率，需要將最優(yōu)運行技術覆蓋到每一個方面，實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 陳 華.樓宇級冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)最優(yōu)化設計的加速方法研究[D].重慶：重慶大學,2016.

[2] 張務昌.基于建筑設備節(jié)能優(yōu)化的控制工程研究[D].青島：青島理工大學,2014.

[3] 李倩如.基于TRNSYS的復合能源系統(tǒng)運行策略尋優(yōu)模塊的構建[D].天津：天津大學,2014.

Onoptimaloperationtechniquesinarchitecturalequipmentsystem

ZhuBaohua

(NanjingEngineeringBranch,JiangsuUnionTechnicalInstitute,Nanjing211135,China)

The paper introduces the architectural equipment, illustrates the system optimal operation technique, and takes the examples for the application of the water-supply and drainage system, architectural electronic system, architectural energy-saving system, and architectural equipment system software, so as to provide some reference for more researchers.

architectural equipment, optimization, operation technique

TU731

：A

1009-6825(2017)24-0181-03

2017-06-16

朱保華(1973- )，男，碩士，副教授