如何控制智能建筑中暖通空調和照明系統(tǒng)

姜棣

引言

當前階段，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)能的關鍵點則在于能量效率的提高。智能建筑是近些年來興起的一種新型建筑形式，其特點就是可以在保障高度現(xiàn)代化和舒適度的同時大幅度降低能源消耗，以此實現(xiàn)建筑運營成本的節(jié)省。建筑的智能化是通過其內部系統(tǒng)來實現(xiàn)的，因此探究智能建筑中暖通空調和照明系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)結構和運行方式具有一定的實踐意義。

1 智能建筑計算機控制系統(tǒng)概述

1.1 主要設備介紹

1.1.1智能建筑空調控制系統(tǒng)

建筑空調系統(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)式冷卻的空調系統(tǒng)的三階段供冷啟動順序分別是熱轉輪啟動、蒸發(fā)冷卻器啟動以及備用冷卻盤啟動。兩階段供熱啟動順序分別是熱轉輪運行進行熱回收、利用熱水盤管對空氣進行加熱處理。通過智能建筑空調控制系統(tǒng)對空調系統(tǒng)進行智能自動控制，實現(xiàn)兩個效果：分別是保障室內維持穩(wěn)定的基本溫度和保證室內空氣的清新度（即溫度控制和空氣品質控制）。在空調系統(tǒng)中，通過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溫度參數(shù)信號，經(jīng)計算機按照相應算法計算后輸出控制信號至電子控制供水流量閥門，通過調整閥門開度來調整空調供水流量，從而實現(xiàn)對室內溫度的適當調整。同時，安裝在屋頂?shù)耐L裝置中的傳感器可以對室外的溫度、濕度、降水量、室內溫度、濕度等參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，為自動控制提供準確數(shù)據(jù)，以此控制新風機輸入合理的新風量既能保證室內空氣清新，又能避免新風量過大造成額外的能耗，還可以起到輔助室內溫度和濕度調整的作用。另外該系統(tǒng)的電力供應設計還可以進一步進行節(jié)能優(yōu)化，即設計成由照明系統(tǒng)中日光反射板上的太陽能電池提供動力，具備更進一步的節(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作為照明系統(tǒng)和溫度系統(tǒng)的信號源。

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、日光強度、陽光反射程度、室內光照度等各方面的檢測信號來決定室內照明模式及調節(jié)程度，通常采用開關、遙控器或是計算程序進行控制。

對于規(guī)模較大的建筑內部空間進行分析后可以發(fā)現(xiàn)，建筑內部可以分為公共區(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)域的空調和照明需求基本一致，可以進行集中的控制，而在局部特殊工作區(qū)域中為了滿足設備運行、生產(chǎn)工藝或個人偏好往往會提出個性化的需求，需要設置相對獨立的工作環(huán)境控制系統(tǒng)對局部工作環(huán)境進行控制調節(jié)來滿足相關要求。該系統(tǒng)可視作是空調和照明控制系統(tǒng)的一部分，但是強調其獨立控制調節(jié)能力，可以在局部實現(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、空氣質量、照明狀況作為控制對象，系統(tǒng)的溫度、濕度、空氣質量、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，由設置在局部的控制裝置進行控制調節(jié)，同時將運行狀態(tài)參數(shù)通過通訊系統(tǒng)傳送到上級工作站。

1.2 控制系統(tǒng)和主配電盤

智能建筑的控制系統(tǒng)可以分成兩個部分，分別是溫度和空氣品質控制系統(tǒng)和照明控制系統(tǒng)。其中溫度和空氣品質控制系統(tǒng)的控制目標主要包括蒸發(fā)式冷卻空調系統(tǒng)、埋管式輻射墻板、屋頂通風裝置等。系統(tǒng)的傳感器主要包括室內溫度、濕度，室外溫度、濕度，房間使用狀況、空氣品質、數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的執(zhí)行機構包括蒸發(fā)冷卻器、熱轉輪、空氣處理器、加熱盤管、氣流混合調節(jié)器、水流閥門、冷卻盤管、屋頂通風裝置、水壓調節(jié)器等。

照明控制系統(tǒng)的控制目標包括環(huán)境燈、工作燈、日光反射板、周邊燈以及室內遮光設備等?？刂葡到y(tǒng)的傳感器主要是由室外日光檢測器、室內照度檢測器、以及房間使用狀況檢測器等構成。執(zhí)行機構包括日光反射板的控制電機，天窗、窗戶和門的遮陽設備的控制電機、數(shù)字式日光燈整流器、數(shù)字式相位燈光調節(jié)器、數(shù)字轉換器。

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

2 智能建筑計算機控制系統(tǒng)的控制策略探究

（1）整體控制策略。針對總控制工作站，應該結合實際條件對控制策略進行科學制定，通過控制算法的應用保障上述設備的正常工作。例如，根據(jù)當天的室外氣象參數(shù)，蒸發(fā)式冷卻空調系統(tǒng)已經(jīng)根據(jù)時間或是遙控命令，在工作人員開始工作前，就提供了基本室內溫度和其它條件，當個人工作環(huán)境的房間使用狀況檢測傳感器檢測到有人工作，提供啟動信號給上級計算機，這時，控制系統(tǒng)就會根據(jù)人為設置的期望值對個人工作環(huán)境的相關環(huán)境參數(shù)進行適當?shù)恼{整。

（2）系統(tǒng)集成策略。溫度控制系統(tǒng)、空氣品質控制系統(tǒng)以及照明控制系統(tǒng)三者之間存在一定的聯(lián)系，因此被控制目標以及設備之間存在相互干擾的情況，加之智能建筑集成系統(tǒng)所用設備來源于不同的廠家，因此在各個方面的標準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具備一定的不確定性和復雜性，為系統(tǒng)控制帶來了較大的困難。例如，夏天陽光雖然可以為工作臺提供光線亮度，但卻會帶來多余的熱量，然而減少陽光照射卻有可能出現(xiàn)工作環(huán)境照度不足的情況。因此想要創(chuàng)造良好舒適的工作環(huán)境，必須充分發(fā)揮所有設備的工作能力，使所有指標都能夠在工作區(qū)間內作出適時的自我調整。

（3）控制算法及系統(tǒng)分級策略。由于溫度控制系統(tǒng)、空氣品質控制系統(tǒng)以及照明控制系統(tǒng)在控制過程中多不具備固定的控制模型，加之系統(tǒng)控制的慢過程、超時延遲以及非線性特點，因此最好采用不需要數(shù)學模型的算法，如預測控制或是模糊控制等。例如，溫度和空氣品質控制系統(tǒng)就是超延時反應系統(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)絡拓撲結構分成三級，即現(xiàn)場工作級、網(wǎng)絡控制級以及程序員操作級。其中程序員操作級負責的是控制系統(tǒng)總工作站的協(xié)調和控制，現(xiàn)場工作級及負責現(xiàn)場工作環(huán)境參數(shù)確定及控制調節(jié)，網(wǎng)絡控制級負責聯(lián)系現(xiàn)場工作級和程序員級，并可以實現(xiàn)遠程控制協(xié)調。

3 智能控制系統(tǒng)優(yōu)點分析

通過實施智能控制，對建筑暖通空調系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的能量管理和控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化，將建筑內部所有設備有機地聯(lián)系在了一起，實現(xiàn)了設備運行狀態(tài)信息共享和對設備的綜合統(tǒng)籌管理，這種模式具備較為顯著的作用和效益。和常規(guī)設計相比，智能建筑控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計具備以下幾個方面的優(yōu)勢：①結合系統(tǒng)的各種可能結構以及參數(shù)，找出其中的最佳匹配方式，從而獲得最好的整體效果，促進系統(tǒng)效率的提升，以此實現(xiàn)投資和運行費用的降低。②通過對系統(tǒng)運行過程的定量化狀態(tài)模擬，對控制環(huán)節(jié)進行簡化，一方面提升系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，將系統(tǒng)故障概率控制在最低的范圍內，另一方面也提升了系統(tǒng)的運行效率和服務效果，既提高了滿意度，又節(jié)省了能耗。

4 結語

綜上所述，在對智能建筑進行分析和評價時，應該以節(jié)能原則為出發(fā)點，從建筑暖通空調系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的能量管理和控制系統(tǒng)的優(yōu)化入手，采用更加先進的技術措施促進智能建筑節(jié)能效果的提升，進一步推動我國智能建筑的發(fā)展。

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