建筑設備電氣自動化系統的節能控制研究

賀鵬飛

(山西省農業規劃設計研究院，山西太原 030001)

建筑設備通過自動化系統控制實現智能管理，代替了人工管理方式，節省了人力工作，減少工作以外的意外事故發生。同時，也降低了環境的污染程度，提高了設備運轉的安全性。然而，自動化的建筑電力設備在我國建筑領域中正處于發展階段，還無法達到與國際接軌的目標，因此對其進行系統性的研究討論具有重要的意義。

1 節能控制的研究意義

節能控制系統功能的增加無意間也提高了投資成本和能源的消耗，因此對建筑電力系統自動化節能控制的研究探討具有重要意義。環境上:低碳、節能、環保;設備上:有效降低系統管理費用、延長設備使用壽命、提高系統的安全性和可靠性，能科學合理的維持系統設備的正常運轉工作。建筑設備電氣自動化系統可進行自動的監控和檢測，并在中央監控計算機中顯示，若被控參數超過設定值，則會發出警報。另外，自動檢測系統能根據檢測結果對系統故障原因進行分析處理，避免各種意外情況的發生，還可根據系統設備的內外情況自動調節并優化自身的運轉使其始終保持良好的狀態。如有火災發生，消防系統會自行啟動，保證整個系統自動進行模式改變的工作，實現對大樓內各種電力設備的統一的協調管理，將各種損失降到最低［1］。

2 建筑設備電氣自動化系統的現狀

近幾年來智能建筑在我國已成為建筑市場的焦點，也是國民總值的經濟增長點，在我國的總投資工程中占據著重要的地位。建筑設備一般是指建筑內的水/暖/機等機械設施，在建筑工程施工中極其關鍵。然而原有的建筑設備在運用過程中總是出現各種意外故障，常讓建筑施工無法按時進行。現代人們提出利用現代的先進電氣自動化技術來節約能源的設想，但是由于我國的智能建筑發展較遲，近幾年才敢在大型工程中使用，還存在著許多技術和設計的問題，需要我們進一步去探討研究。

3 電氣系統的構造以及工作原理

現階段的建筑設備電氣自動化系統通常使用兩級網、四級網控制裝置的集散結構模式。建筑設備電氣自動化具有中央系統監控計算機、主控制器、現場控制器和通信網絡等設備構成的體系，系統智能的對每個被控參數通過傳感器、執行器、現場控制器三類設備對現場各部分進行監控和交換信息，并依據得出的參數指令再經過執行器進行控制調整，滿足系統設備的需要。其工作原理如圖1 所示［2］。

圖1 工作原理示意圖

4 建筑電氣設備自動化系統節能控制研究

建筑電氣設備通過給水排水、照明與動力、變配電控制、通風空調控制等實現人們的個性需求，然而過高的投資成本和運行消耗是設備運行的基本，因而可在以下幾方面的控制中改進節能系統。

4.1 水、地源熱泵系統

水源熱泵是利用夏季地球淺層水源，其溫度低于地面建筑物溫度，而冬季卻高于地面建筑物溫度。基于熱傳遞原理相對保持建筑中溫度的穩定性高的原理，進而達到調控空氣溫度的目的。水源熱泵作為用戶末端系統，在為用戶供熱時，會將能源從中央空調系統中的水源中提取出來，進而為其提供動力，滿足用戶對熱水的需要。為用戶供冷時，只需利用閥門的切換便實現供冷裝置。地源熱泵系統也稱為土壤耦合式熱泵系統，根據立埋的埋管形式，將水當作冷熱量的載體，土壤與管道內的循環流動，導致彼此熱量進行傳遞交換，促使水溫的升高或者降低和空調室內供冷、供熱的程度高低等。該技術的優點在于:節能高效(土壤收集50%的太陽光的輻射能源后與水體之間的能量吸收和散失處于相對穩定的狀態可循環利用，持續發展);一體多用(設備結構簡單，無論冬季和夏季都可以提供服務，適用于各種類型建筑區，如學校、工廠、商場、別墅、住宅等);綠色環保(既沒有化學產物，廢棄碎片、殘渣也不會被電磁波干擾等，更不用進行遠距離的傳輸，方便、快捷、實用);運行穩定(采用狀態信號控制法，通過檢測得到信號識別系統運行狀態，并根據檢測結果進行一系列的優化配置，非常快速、有效)。

4.2 變風量控制系統

一般而言，被控參數變化是由于空氣的濕度或者天氣原因造成的，然而風的大小也可以改變空氣的濕度。變風量空調系統在運行時可以改變風量的大小而不會改變風的溫度，還能根據室內人數變化而變化送風的轉數，使得送入房間的量始終控制在參數限度之內，一般不會出現太大的波動。變風量的系統末端采用風機代替風閥的形式，根據風量的需求大小將信息反饋給風機，調節風機轉速進行工作。其具有的優點有:靈活(針對不同人的需求，可以根據傳感器監控得出的參數指標，改變風機轉速而實現);節能(系統根據時間和使用人數的變化而進行的調整，不會出現系統過載現象，減少維護費用)。其示意圖見圖2。

4.3 焓值控制系統

空氣中的熱量值稱為焓值，空氣通過熱量的吸收和散失實現焓值的上升和下降。焓值控制原理是中央空調機制將處理過后的一部分冷暖氣送入室內，并將另一部分冷暖氣結合新空氣再經過處理后往室內排放的過程，這樣的混合風模式可以降低中央空調機的能源消耗量，也從而提供了高品質的冷暖空氣。其工作優勢有:可自行判斷白天與黑夜，根據不同季節輸送不一樣程度的風進而可以達到節能效果;限時轉換模式，可以合理避免頻繁的操作，給系統帶來不良影響;采用方式為Fzzy-PID復合控制方式，實際中對動態的跟蹤很是精確。其結構示意圖見圖3［3］。

圖2 變風量控制系統圖

圖3 焓值控制系統運行流程圖

4.4 照明控制

照明控制系統的用電量僅次于空調系統，因此照明系統的控制研究在節能方面也占有很大的地位。我們可以將照明的區域劃分為走廊樓梯、辦公室、陳設照明、應急照明四個區域。根據不同區域和工作性質與時間的匹配綜合性規劃好照明時間，為工作人員和住宅用戶等創造良好的生活環境，管理者可通過監控平臺制定合理照明時間表進行值班工作。智能照明系統可以通過總線納入的方式對建筑設備電氣自動化系統的監控領域和管理進行設定。通過總計算機的線路控制監控多場景，進行開關燈操作，也可以安裝紅外線探測組合開關形式實現“人來燈開，人走燈關”的聲控功能來節省電量。除此之外，還可以將其連接至空調系統，實行統一的智能管理，并以智能開關模式代替了傳統開關模式，而且每個模塊之間具有獨立的微型處理器，這也是為了支線與總線的管理上更為方便、快捷［4］。

5 結語

科學是第一生產力，面對科學技術的快速發展，建筑設備的節能控制是建筑結構復雜化的需要，也是社會發展的需要。然而，建筑設備自動化系統實現了良好的全自動監檢控制，并根據檢測結果所反映的參數對各種機電設備的啟動控制有了顯著的效果，面對突發情況也能夠及時的反應并處理等。所以說這節能系統的研究較為符合我國目前的發展狀況，如能合理的運用將會成為建筑市場的發展關鍵，也會是今后經濟增長的新“焦點”。

［1］盧建兵.智能建筑設備電氣自動化系統設計［J］.太原城市職業技術學院學報，2012，28(4)：138-139.

［2］張吉禮，趙天怡，陳永攀.大型公建空調系統節能控制研究進展［J］.建筑熱能通風空調，2011，5(6)：1-14，49.

［3］付 丹.智能建筑設備電氣自動化系統設計［J］.黑龍江科技信息，2013，15(8)：233.

［4］覃 偉.淺析建筑電氣自動化系統安裝需注意的問題［J］.企業導報，2011，15(6)：255-256.