朱 保 華

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京工程分院，江蘇 南京 211135)

建筑設(shè)備系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)探析

朱 保 華

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京工程分院，江蘇 南京 211135)

對(duì)建筑設(shè)備進(jìn)行了介紹，闡述了系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，并針對(duì)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(shè)備系統(tǒng)軟件的具體應(yīng)用進(jìn)行了舉例，以供廣大研究人員參考。

建筑設(shè)備，最優(yōu)化，運(yùn)行技術(shù)

近年來，隨著我國的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)水平在不斷提高，其中建筑行業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著相當(dāng)大的比重。為滿足未來社會(huì)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(dāng)前階段來說，大量的能源損耗不利于社會(huì)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，市場(chǎng)中出現(xiàn)一些新型工藝或者新型材料，極大地促進(jìn)了我國建筑行業(yè)的節(jié)能發(fā)展。為保證建筑設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，需要建立全面、科學(xué)、合理的設(shè)備系統(tǒng)對(duì)建筑進(jìn)行控制。

1 建筑設(shè)備系統(tǒng)概述

建筑設(shè)備系統(tǒng)通常負(fù)責(zé)控制建筑物中的主要設(shè)備儀器，例如建筑物中的中央空調(diào)、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(shè)空間，因此需要設(shè)計(jì)人員在建筑施工方案制定時(shí)，根據(jù)實(shí)際的施工環(huán)境確定，預(yù)留足夠的空間以便后續(xù)使用?；诮ㄖ镏性O(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集以及分析，研究設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)據(jù)分布規(guī)律。當(dāng)然，存在部分沒有能源的設(shè)備儀器需要在實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集工作，根據(jù)收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，例如溫度、時(shí)間、濕度等，確定建筑物的能量損耗。一般來說，常用的數(shù)據(jù)采集儀器有溫度記錄儀、溫度采集器、流量計(jì)量?jī)x等。

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

2 系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)

2.1 常用運(yùn)行技術(shù)

由于建筑行業(yè)中設(shè)計(jì)的技術(shù)種類較多，并且根據(jù)不同的施工環(huán)境需要采取不同的施工技術(shù)，導(dǎo)致建筑工程能源節(jié)省方面需要大量的相關(guān)技術(shù)提供支持。例如，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、計(jì)量統(tǒng)計(jì)技術(shù)、跟蹤診斷技術(shù)等。對(duì)此，建筑設(shè)備系統(tǒng)需要對(duì)所需要的技術(shù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，保證建筑物能夠提高能源的利用效率。

2.2 基本分層結(jié)構(gòu)

通過建立分層的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑾到y(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(shè)備系統(tǒng)能夠最大程度的提高建筑物的經(jīng)濟(jì)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(duì)建筑設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益，可以通過改善系統(tǒng)的節(jié)能結(jié)構(gòu)以換取更高的能源利用效率。根據(jù)建筑物設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)選擇合適的類型，制定科學(xué)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(shè)備系統(tǒng)的維修頻率，直接影響了建筑設(shè)備系統(tǒng)日常的運(yùn)行結(jié)果。為最大程度的降低設(shè)備系統(tǒng)對(duì)整個(gè)建筑物的影響程度，可以通過設(shè)置遠(yuǎn)程操控的技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期的維護(hù)，降低人力資源的損耗，提高系統(tǒng)的工作效率。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備的可靠性，因?yàn)樵O(shè)備系統(tǒng)中的大部分系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的，所以彼此之間沒有較強(qiáng)的影響。

2.3 系統(tǒng)智能控制

為提高建筑設(shè)備系統(tǒng)的操作性以及高效性，通常會(huì)在系統(tǒng)中設(shè)置智能操作系統(tǒng)。將智能操作系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理以及問題的跟蹤。另外，需要在建筑物實(shí)際環(huán)境的合適位置設(shè)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(shè)備監(jiān)控平臺(tái)對(duì)智能操作系統(tǒng)輸入命令，系統(tǒng)通過計(jì)算選擇最優(yōu)的運(yùn)行方案對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

2.4 基于網(wǎng)絡(luò)管理

為提高建筑設(shè)備系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，降低各項(xiàng)能源的損耗，需要以遠(yuǎn)程的方式對(duì)建筑物進(jìn)行管理操作。而現(xiàn)階段常用的方法是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。通過在建筑智能系統(tǒng)與各個(gè)子系統(tǒng)建立局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)對(duì)局域網(wǎng)中各個(gè)系統(tǒng)的絕對(duì)控制。通過此種方式，可以較為方便的收集建筑設(shè)備系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)采集部分計(jì)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(shù)據(jù)參數(shù)的正確性以及穩(wěn)定性。

3 建筑設(shè)備系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 給排水系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1.1 加強(qiáng)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(shí)期促使水泵提供相同的強(qiáng)度，則會(huì)產(chǎn)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(shù)的廣泛使用，變頻技術(shù)逐漸與城市供水系統(tǒng)相結(jié)合，供水系統(tǒng)能夠通過變頻技術(shù)控制水泵，促使水泵能夠根據(jù)不同時(shí)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(shù)，能夠加強(qiáng)水泵頻率的控制力度，即根據(jù)水泵的調(diào)速確定水泵的頻率，導(dǎo)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(zhǎng)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(shù)

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(shí)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(fèi)。根據(jù)有關(guān)部門的相關(guān)規(guī)定，建筑物排水設(shè)計(jì)階段不能使用水平方式建設(shè)，必須嚴(yán)格按照豎向分區(qū)的方式進(jìn)行高樓層的用水提供。同時(shí)，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(shí)際的建設(shè)使用階段，衛(wèi)生器具的靜水壓往往不能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。造成這樣的原因是由于靜水壓力高于0.15 MPa時(shí)，水龍頭的出水量會(huì)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(fù)到正常水平。

3.1.3 增加給水網(wǎng)水頭的使用

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市中樓房的數(shù)量在不斷增加，樓層的高度也越來越高，存在城市管網(wǎng)內(nèi)部的水壓已經(jīng)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(shè)計(jì)人員在樓房供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，通常預(yù)先建立樓層的貯水池，然后利用城市的管網(wǎng)對(duì)貯水池進(jìn)行填充，而后計(jì)劃用水泵解決整個(gè)樓梯的供水問題。

雖然這種方式能夠解決管內(nèi)水壓不足的問題，但是管網(wǎng)水壓的利用效率較低。一旦將貯水池建設(shè)在樓層的地下層，則使管內(nèi)水壓值變?yōu)樨?fù)數(shù)，極大地造成了資源的浪費(fèi)。因此，為提高管內(nèi)水壓的利用率，可以采用低層住戶直接利用市政管內(nèi)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(yīng)用

3.2.1 選擇智能照明系統(tǒng)

伴隨先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)與燈具行業(yè)相結(jié)合，照明系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的不斷改革，促使當(dāng)前階段智能照明系統(tǒng)的生產(chǎn)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(chǎng)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(zhì)量，更長(zhǎng)的生命周期，并且對(duì)于電能的損耗也大大降低，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

3.2.2 改變供配電系統(tǒng)的參數(shù)

線路的功率因數(shù)也是影響電能消耗的一個(gè)因素。當(dāng)其他外部條件不變時(shí)，通過增加線路上的功率因數(shù)，能夠在一定程度上減少電能的損耗，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能減排的效果。對(duì)于大部分的建筑物來說，有功功率對(duì)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(shè)備還產(chǎn)生一些無用功率。例如，變壓器、電動(dòng)機(jī)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(shè)備系統(tǒng)中設(shè)置無功補(bǔ)償靜電電容器，即在設(shè)備運(yùn)行過程中，通過此電容器將無功電流進(jìn)行滯后處理，同時(shí)將轉(zhuǎn)換后的電能輸送至其他用電的設(shè)備當(dāng)中。另一種方法是設(shè)置帶有補(bǔ)償電容器的電感性用電設(shè)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(zhǎng)度越長(zhǎng)，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(shè)需要鋪設(shè)過萬米的線路，并且施工階段無法確定工程是否會(huì)受到外部環(huán)境因素的影響而改變線路的鋪設(shè)計(jì)劃，這就造成鋪設(shè)階段電能的大量損耗。為避免電能過多的損失，需要工程設(shè)計(jì)人員在制定工程設(shè)計(jì)方案時(shí)，根據(jù)實(shí)際的施工環(huán)境進(jìn)行鋪設(shè)。對(duì)于一些不確定的路段，應(yīng)提前預(yù)設(shè)多種方案。盡最大程度的減少線路的鋪設(shè)長(zhǎng)度，提高線路的導(dǎo)電性能。

3.2.4 運(yùn)用合理的變壓器

建筑系統(tǒng)建設(shè)階段，需要根據(jù)變壓器運(yùn)行參數(shù)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(fù)載損耗。變壓器的制作方式以及內(nèi)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(fù)載損耗。因此，建筑設(shè)備系統(tǒng)變壓器選擇時(shí)，需要選擇具備新型節(jié)能材料，利用新型制作技術(shù)的變壓器。另外，部分區(qū)域需要使用變壓器繞組電阻數(shù)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(gè)方面因素，并且設(shè)置一定的空間為將來的變化做好準(zhǔn)備。

3.3 建筑節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用

建筑設(shè)備系統(tǒng)建設(shè)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(dāng)前社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，從根本上降低了建筑能源的損耗，提高了建筑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。值得注意的是，建筑施工原料采購階段，需要對(duì)原料的節(jié)能屬性進(jìn)行判斷，不能僅追求經(jīng)濟(jì)效益而忽略建筑物對(duì)社會(huì)資源的影響。

3.4 建筑系統(tǒng)軟件的應(yīng)用

建筑設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行操作離不開系統(tǒng)軟件的支持。對(duì)于建筑設(shè)備系統(tǒng)的作用對(duì)象來說，系統(tǒng)軟件需要包括至少以下幾個(gè)功能，即檢測(cè)報(bào)告生成功能、參數(shù)數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化功能、設(shè)備故障判斷功能以及設(shè)備問題預(yù)警功能等。

對(duì)于檢測(cè)報(bào)告生成功能來說，需要根據(jù)系統(tǒng)收集的各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)，利用統(tǒng)計(jì)計(jì)量學(xué)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并將最終的結(jié)果合成系統(tǒng)設(shè)備的診斷報(bào)告，上傳至建筑設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)之上，以供本系統(tǒng)管理人員根據(jù)上傳的報(bào)告做出相應(yīng)的操作命令。通過將報(bào)告內(nèi)容上傳建筑設(shè)備系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)及時(shí)的反映到相關(guān)人員手中，一定程度上避免了由人工因素造成的細(xì)節(jié)錯(cuò)誤，保證了數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

此外，通過系統(tǒng)的設(shè)備故障判斷功能，能夠?qū)ㄖO(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的故障檢測(cè)判斷操作。如果系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行過程中，設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)出現(xiàn)異常的情況或者設(shè)備發(fā)出問題預(yù)警時(shí)，可通過設(shè)備問題預(yù)警功能進(jìn)行問題的處理。對(duì)于建筑設(shè)備智能系統(tǒng)來說，主要基于分類計(jì)量以及統(tǒng)計(jì)的處理原則，通過對(duì)建筑設(shè)備系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤以及節(jié)能屬性的控制，從而降低電能的損耗。

關(guān)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(gè)性化差異，即在做好常用設(shè)備(或通用設(shè)備基礎(chǔ)上)，針對(duì)一些特殊細(xì)節(jié)展開建模。而通用模型在建筑設(shè)備系統(tǒng)中進(jìn)行的改動(dòng)很小，主要包括冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等，計(jì)算過程中依據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的資料。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，人們對(duì)于自身的生活環(huán)境有了新的要求。再加上國家以長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光，制定并且實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步是節(jié)能減排的意識(shí)深入人心。為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，我國市場(chǎng)中各個(gè)行業(yè)逐漸開始將發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)能減排。對(duì)于建筑設(shè)備工程來說，由于工程量較大，設(shè)計(jì)行業(yè)較多，因此對(duì)于能源的消耗方面較為嚴(yán)重。綜上所述，為提高建設(shè)階段的能源利用效率，需要將最優(yōu)運(yùn)行技術(shù)覆蓋到每一個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

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

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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