智能建筑風水聯動與SYS優化控制平臺的運行分析

楊景華 馬駿 王肖寧 石書亮 陸曉東

（1.中國鐵建電氣化局 北京 1001241；2.中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津 300222；3.四川鴻景潤科技有限公司 四川成都 610081）

隨著社會經濟的發展及大數據云平臺技術的進步，高新技術在各個行業及領域得以滲透，在這一背景下，智能建筑應運而生，其作為計算機技術與自動化技術聯合發展的產物，兼具舒適性、安全性與美學功能等多重優勢，成為建筑行業發展的潮流趨勢，同時，智能建筑對通風系統也提出了更高的要求［1］。傳統建筑風、水系統相對獨立，兩個系統需要工作人員手動調節，無法實現隨溫度變化實時調整，運營管理主要依賴管理員的經驗。風水聯動控制平臺下，更換了溫濕度傳感器、變頻器、智能電表，能夠提高用戶舒適度，不僅如此，風水聯動功能還大大降低能耗［2］。作為建筑能耗的重要組成部分，中央空調系統能耗高，大部分根據建筑的最大負荷實施設計，當處于滿負荷狀態下，會降低時間頻數，引起不必要的資源浪費。因此，構建智能建筑風水聯動與SYS 優化控制尤為重要，這不僅是智能建筑發展的內在需求，同時也是實現節能、減排的有效路徑。

1 智能建筑風水聯動與SYS 優化控制平臺設計原則與原理

1.1 設計原則

作為一種新型自動噴霧降塵裝置，風水聯動具有高效、低能耗等特點，噴霧距離遠、用水量少，傳感器接收相關信號后，主控箱能夠通過對電路氣閥的控制為出水口供壓風，將水電磁閥打開，實現風水同時噴射，達到滅塵效果。SYS控制系統通常由空調系統中的風系統與水系統組成，通過對任意參數的改變，均能夠使得系統設備的能效發生變化，表現為能耗降低或能耗上升［3］。為響應智能建筑的發展號召，滿足節能、環保的要求，在風水聯動與SYS優化控制平臺設計時，應符合如下原則。

（1）實用性與先進性。系統設計應符合智能建筑設計原則，體現先進性的同時，發揮其實用價值，兼具功能性與經濟性。

（2）標準化與結構化。系統設計要與國家相關標準相符，并結合功能需求，實現結構化設計，體現技術特點。

（3）集成性與可擴展性。在進行系統設計時，應統籌規劃，與原有的建筑控制系統接入，將監測的實時數據傳輸到原有系統，實現原有控制系統的設備自動啟停與調節。

（4）系統自我保護功能。設計的系統能夠完成自動切換、自動啟停，在設備發生故障時，可以自動停止，并將備用設備投入使用。為冷凍水系統配備低溫、低壓保護功能，為電源提供過電壓、過電流及短路保護等。

（5）系統節能特性。系統的運行應滿足無人化操作，具備一定的靈活性，用戶能夠結合實際對參數作出相應的調整，可對設備運行狀況進行相應的控制。通過節能運行算法，優化系統設備參數，進行參數預設、自動化修正，使得設備處于良好的工作狀態。

（6）運營管理的便捷性。應設置可視化操作界面，將SYS 系統工藝流程予以清晰地顯示，并實時顯示各項工藝參數。設備參數調節應便捷，直觀顯示參數控制與設置界面，管理人員可以根據系統運行環境作出相應的調整。對系統能耗、主機效率及電耗等情況，可以通過曲線反映，歷史故障與維修記錄可以隨時進行查詢［4］。各個子系統之間建立起通信關系，保障數據傳輸的安全性。

1.2 設計原理

SYS 系統設備運行是一個相互耦合、密切聯系的過程，系統可以運用多種運行方式滿足同一冷負荷需求。風水聯動系統如圖1所示，而SYS 系統則能夠通過對風水聯動系統中任一控制參數的調整，對設備運行能效產生正面或負面的影響。

圖1 風水聯動系統

變流量系統在同一負荷下會受到冷機出水溫度的影響，隨著冷機溫度的升高，效率也會進一步提升，進而使得冷機能耗下降。但這一過程也會增加對冷凍水流量與末端空調風量的需求，進而對系統除濕負荷產生一定的負面影響，因此，對冷凍水溫度、流量、送風溫度等進行優化處理尤為重要。要想降低冷機、水泵等的總體能耗，應從整體出發，對中央空調系統進行升級與優化，尋找最優的能耗優化組合，實現節能目標［5］。為實現對SYS 系統的全局優化，需要構建一個能耗模型，尋求最優的多維節能控制系統，滿足工藝要求，發揮最大的節能效應。

本方案優化節能控制系統為基于系統行為的全局優化控制，是以能耗模型為基礎的整個中央空調系統多維、主動尋優的節能控制系統。系統是建立在冷凍機房的每個設備及風系統整體性能特性的基礎上，通過多維尋優的方法，尋找滿足工藝設計及冷量需求下整個冷凍機房及風系統的最佳能效點，從而實現最佳節能目標［6］。

2 智能建筑風水聯動與SYS 優化控制平臺整體架構

SYS 系統整體架構包括系統監控、過程控制與設備層三層結構，如圖2所示。

圖2 風水聯動與SYS 優化控制平臺系統架構

（1）系統監控層。為實現高速數據通信，研究采用100M 的ETHERNET 網站，引入工業標準數據通路，使得圖形工作站建立起與系統的聯系，工作人員能夠對設備運行情況進行實時監測，并對設定點作出相應的改變，將信息存儲到任意位置。作為SYS 系統的核心部分，中央控制服務器硬件采用的是工業控制計算機，在計算機設備上安裝了節能軟件，可滿足各個設備模型系統工況的優化，并向控制子站發送相關參數，保障各項功能與指令的順利執行。

（2）過程控制層。各系統之間通過以太網建立高速通信，能夠采集現場實時數據，并對設備進行相應的控制，即便出現突發狀況，也不會導致記憶丟失，避免錯誤操作。以太網將控制層與系統監控平臺連接在一起，使得數據通信暢通無阻［7］。

（3）設備層。主控設備為PLC，在擴展模塊作用下，能夠采集現場設備的運行參數、運行狀態，掌握其通信功能等，保障獲得數據的準確性與實時性。完成數據采集后，能夠發送至中央控制站執行優化計算。

3 智能建筑風水聯動與SYS 優化控制平臺系統功能

我司自行研發的優化控制模擬分析工具SYS，可根據輸入的中央空調系統情況（包括冷站及末端設備配置、負荷、設備性能模型、控制策略等），動態計算出中央空調系統的全年能耗情況，其能夠進行不同負荷、不同工況、不同控制策略條件下中央空調系統的能效模擬計算，從而可模擬使用節能優化控制系統前后的能耗情況，且可進行全年逐時能耗計算［8］。能耗模擬軟件中使用的優化算法與現場服務器底層優化引擎服務完全一致，其計算得到的能耗結果可完全反映現場實際情況。冷站冷機建模如圖3所示。

圖3 冷站冷機建模界面

3.1 實時監測功能

該系統能夠對室外溫度、濕度進行實時監測，實現對冷凍機房、空調末端等系統設備及運行狀況的實時監測。不僅如此，各項設備的運行狀態、流量、溫度等也能夠在系統上顯示，掌握冷凍機房及相關設備的能耗情況。

3.2 優化控制功能

通過對冷站設備、風系統的優化，SYS平臺能夠在滿足工藝設計的基礎上使得整個冷凍機房與風系統達到最佳的能效，將中央空調系統能耗降到最低［9］。系統能夠實現對冷機、冷凍水壓差、水泵臺等的變頻控制，優化系統功能，實現節能目標。

3.3 優化診斷功能

系統設備的參數均能夠通過優化系統進行采集與監控，在自主開發的設備模型支持下，能夠實時對冷戰機房、空調末端等運行情況進行在線診斷，確保設備運行安全性與穩定性，減少對設備的損耗，盡可能延長設備壽命。

3.4 報警與保護功能

當設備出現故障，系統能夠發出警報，及時被維護人員發現，積極采取措施，以維持設備的正常運轉。經過優化的系統對冷水機組、排熱量均進行了報警保護配置，系統能夠依據故障類型對故障進行分級，發出相應的提示。

3.5 能效管理功能

SYS 系統還能夠對設備能耗實時數據、歷史數據等進行實時顯示。在數據庫支持下，用戶可以登錄平臺查詢歷史數據，對改進后的能耗數據與以往的數據進行對比，為參數設置及進一步優化提供支持［10］。

4 系統驗證分析

作為智能建筑風水聯動與SYS優化控制的核心驗收環節，節能測試能夠反映出系統的可行性。在進行節能測試時，將制冷器中央空調能耗作為依據，首先對該系統進行調試，結合室外氣溫，任意選擇制冷周期的一個氣溫進行評測，在同一溫度條件下，工頻運行與優化模式運行各一天，對比兩者在相同運行時間內的能耗情況，測試結果如表1所示。可以發現，與工頻運行相比，經過優化的控制平臺冷卻泵系統與中央空調總系統實際耗電量均較低。

表1 工頻運行與優化控制平臺節能測試結果

5 結語

綜上所述，智能建筑風水聯動與SYS 優化控制平臺通過節能改造能夠滿足節能需求，且保障設備可靠性，提升了中央空調系統、水泵系統等運行效率，使得整個系統處于最佳工況，節能效率高，有利于降低能耗，具有廣闊的發展空間。