建筑设备系统最优化运行技术探析

朱 保 华

(江苏联合职业技术学院南京工程分院，江苏 南京 211135)

建筑设备系统最优化运行技术探析

朱 保 华

(江苏联合职业技术学院南京工程分院，江苏 南京 211135)

对建筑设备进行了介绍，阐述了系统最优化运行技术，并针对给排水系统、建筑电气系统、建筑节能系统以及建筑设备系统软件的具体应用进行了举例，以供广大研究人员参考。

建筑设备，最优化，运行技术

近年来，随着我国的市场经济水平在不断提高，其中建筑行业在我国经济发展中占据着相当大的比重。为满足未来社会发展的需要，建筑行业仍然有较好的发展空间。但是，建筑行业的发展避免不了大量的建筑能源损耗。就当前阶段来说，大量的能源损耗不利于社会的稳定可持续发展。随着科学技术的不断创新，市场中出现一些新型工艺或者新型材料，极大地促进了我国建筑行业的节能发展。为保证建筑设备的稳定运行，需要建立全面、科学、合理的设备系统对建筑进行控制。

1 建筑设备系统概述

建筑设备系统通常负责控制建筑物中的主要设备仪器，例如建筑物中的中央空调、提供电力的供电系统、提供水资源的给排水系统。不同的建筑系统在建筑物中处于不同的建设空间，因此需要设计人员在建筑施工方案制定时，根据实际的施工环境确定，预留足够的空间以便后续使用。基于建筑物中设备运行数据的收集以及分析，研究设备稳定运行的数据分布规律。当然，存在部分没有能源的设备仪器需要在实际的运行环境中进行数据的采集工作，根据收集到的各项数据，例如温度、时间、湿度等，确定建筑物的能量损耗。一般来说，常用的数据采集仪器有温度记录仪、温度采集器、流量计量仪等。

为提高建筑设备系统对建筑物的控制力度，需要为建筑设备系统建立合理的系统模型。对于建筑物常用的设备仪器，即给水系统、排风系统可以采用通用模型。而根据生产商的要求或者建筑物的实际操作环境，例如中央空调系统，则需要根据建筑物自身的特点设置专用模型。值得注意的是，设置建筑物系统专用模型的过程中，需要对设备的核心部位进行建模处理。

2 系统最优化运行技术

2.1 常用运行技术

由于建筑行业中设计的技术种类较多，并且根据不同的施工环境需要采取不同的施工技术，导致建筑工程能源节省方面需要大量的相关技术提供支持。例如，网络通讯技术、计量统计技术、跟踪诊断技术等。对此，建筑设备系统需要对所需要的技术进行预先设置，保证建筑物能够提高能源的利用效率。

2.2 基本分层结构

通过建立分层的分布式系统结构，能够将系统中软件以及硬件各自的特征更加鲜明化，即软件的高效化以及硬件的稳定化，从而促使建筑设备系统能够最大程度的提高建筑物的经济效益，降低建筑物后期的维修频率以及保证建筑物的稳定可靠性。

针对建筑设备的经济效益，可以通过改善系统的节能结构以换取更高的能源利用效率。根据建筑物设备的实际运行特点选择合适的类型，制定科学合理的系统节能体系，为后期系统的节能改善做好铺垫。设备系统的维修频率，直接影响了建筑设备系统日常的运行结果。为最大程度的降低设备系统对整个建筑物的影响程度，可以通过设置远程操控的技术对系统进行定期的维护，降低人力资源的损耗，提高系统的工作效率。对于系统设备的可靠性，因为设备系统中的大部分系统是相对独立的，所以彼此之间没有较强的影响。

2.3 系统智能控制

为提高建筑设备系统的操作性以及高效性，通常会在系统中设置智能操作系统。将智能操作系统作为整个系统的核心控制部分，利用网络传输技术实现系统的远程管理以及问题的跟踪。另外，需要在建筑物实际环境的合适位置设置子系统，需要保证子系统的操作性。通过将智能系统与子系统之间建立的联系，可以促使工作人员利用建筑设备监控平台对智能操作系统输入命令，系统通过计算选择最优的运行方案对各个子系统进行控制，实现远程操作。

2.4 基于网络管理

为提高建筑设备系统的经济效益，降低各项能源的损耗，需要以远程的方式对建筑物进行管理操作。而现阶段常用的方法是基于网络技术构建区域性网络来实现。通过在建筑智能系统与各个子系统建立局域网络，实现智能系统对局域网中各个系统的绝对控制。通过此种方式，可以较为方便的收集建筑设备系统的各项运行数据，同时采集部分计量的属性。通过此种方式，在一定程度上提高了人力资源的利用率，并且保证了系统数据参数的正确性以及稳定性。

3 建筑设备系统最优化运行技术的具体应用

3.1 给排水系统的应用

3.1.1 加强水泵的控制力度

城市供水系统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别。供水系统在不同的时期促使水泵提供相同的强度，则会产生大量的电能损耗，不利于提高城市水资源的利用率。伴随着科技水平的不断提高以及变频技术的广泛使用，变频技术逐渐与城市供水系统相结合，供水系统能够通过变频技术控制水泵，促使水泵能够根据不同时期的需要确定不同的电能的使用，从而提高电力资源的使用效率。

此外，通过利用变频技术，能够加强水泵频率的控制力度，即根据水泵的调速确定水泵的频率，导致供水的压力也在不断的上升，降低了管道阀门、管路的损耗程度，延长了城市供水系统的生命周期。

3.1.2 采用节流降压的技术

城市建筑给排水系统的核心操作便是节流降压。通过实现城市给排水系统的节流降压，能够提高城市水资源的利用效率，减少水资源的浪费。根据有关部门的相关规定，建筑物排水设计阶段不能使用水平方式建设，必须严格按照竖向分区的方式进行高楼层的用水提供。同时，在任何情况下各分区的卫生器具的静水压都必须在0.2 MPa～0.55 MPa之间。然而在实际的建设使用阶段，卫生器具的静水压往往不能达到相关标准。造成这样的原因是由于静水压力高于0.15 MPa时，水龙头的出水量会大幅增加。这种情况下，需要通过减少压力的方式促使水龙头的出水量恢复到正常水平。

3.1.3 增加给水网水头的使用

随着城市规模的不断扩大，城市中楼房的数量在不断增加，楼层的高度也越来越高，存在城市管网内部的水压已经不能满足城市的高层建筑的现象。为了解决这一难题，大部分工程设计人员在楼房供水系统设计阶段，通常预先建立楼层的贮水池，然后利用城市的管网对贮水池进行填充，而后计划用水泵解决整个楼梯的供水问题。

虽然这种方式能够解决管内水压不足的问题，但是管网水压的利用效率较低。一旦将贮水池建设在楼层的地下层，则使管内水压值变为负数，极大地造成了资源的浪费。因此，为提高管内水压的利用率，可以采用低层住户直接利用市政管内水压的压力直接供水，提高了材料的利用率。

3.2 建筑电气系统的应用

3.2.1 选择智能照明系统

伴随先进的生产技术与灯具行业相结合，照明系统生产技术的不断改革，促使当前阶段智能照明系统的生产成本在逐年降低。并且随着政府可持续发展政策的提出，智能照明系统逐渐向节能方向靠拢。通过建立良好的系统管理特性，逐渐在市场中得到广大用户的青睐。与传统的白炽灯相比，智能照明拥有更好的照明质量，更长的生命周期，并且对于电能的损耗也大大降低，具有较强的市场竞争优势。

3.2.2 改变供配电系统的参数

线路的功率因数也是影响电能消耗的一个因素。当其他外部条件不变时，通过增加线路上的功率因数，能够在一定程度上减少电能的损耗，进而达到系统节能减排的效果。对于大部分的建筑物来说，有功功率对于建筑物中的诸多装备具有十分重要的作用，但是仍然存在一些用电设备还产生一些无用功率。例如，变压器、电动机等。一般来说，降低无用功率的方法存在两种。一种是在建筑设备系统中设置无功补偿静电电容器，即在设备运行过程中，通过此电容器将无功电流进行滞后处理，同时将转换后的电能输送至其他用电的设备当中。另一种方法是设置带有补偿电容器的电感性用电设备。

3.2.3 提高线路的利用率

线路的损耗通常受到线路自身的阻值影响。一条线路的长度越长，其本身的线路阻值越大，电流的损耗程度也就越高。一般来说，建筑物的施工建设需要铺设过万米的线路，并且施工阶段无法确定工程是否会受到外部环境因素的影响而改变线路的铺设计划，这就造成铺设阶段电能的大量损耗。为避免电能过多的损失，需要工程设计人员在制定工程设计方案时，根据实际的施工环境进行铺设。对于一些不确定的路段，应提前预设多种方案。尽最大程度的减少线路的铺设长度，提高线路的导电性能。

3.2.4 运用合理的变压器

建筑系统建设阶段，需要根据变压器运行参数的合理性以及损耗程度等属性选择合适的变压器。通常情况下，变压器的损耗方式主要有两种，一是空载损耗，二是负载损耗。变压器的制作方式以及内部铁芯的属性直接影响空载损耗，而通过变压器绕组的电流大小以及电阻大小影响力变压器的负载损耗。因此，建筑设备系统变压器选择时，需要选择具备新型节能材料，利用新型制作技术的变压器。另外，部分区域需要使用变压器绕组电阻数值比较小的变压器，例如铜芯变压器。建筑物施工阶段，需要充分考虑各个方面因素，并且设置一定的空间为将来的变化做好准备。

3.3 建筑节能设备的应用

建筑设备系统建设阶段，为促使系统能够做到能源利用的最大化，可以选择具有环保型节能属性的原材料。通过使用节能材料，符合当前社会可持续发展的战略目标，从根本上降低了建筑能源的损耗，提高了建筑行业的经济效益，促进了我国社会经济的发展。值得注意的是，建筑施工原料采购阶段，需要对原料的节能属性进行判断，不能仅追求经济效益而忽略建筑物对社会资源的影响。

3.4 建筑系统软件的应用

建筑设备系统的运行操作离不开系统软件的支持。对于建筑设备系统的作用对象来说，系统软件需要包括至少以下几个功能，即检测报告生成功能、参数数据格式标准化功能、设备故障判断功能以及设备问题预警功能等。

对于检测报告生成功能来说，需要根据系统收集的各项设备参数，利用统计计量学的方法对数据进行统计、分析，并将最终的结果合成系统设备的诊断报告，上传至建筑设备系统的监控平台之上，以供本系统管理人员根据上传的报告做出相应的操作命令。通过将报告内容上传建筑设备系统监控平台，能够将系统的各项数据及时的反映到相关人员手中，一定程度上避免了由人工因素造成的细节错误，保证了数据信息的准确性。

此外，通过系统的设备故障判断功能，能够对建筑设备进行系统的故障检测判断操作。如果系统设备在运行过程中，设备各项参数出现异常的情况或者设备发出问题预警时，可通过设备问题预警功能进行问题的处理。对于建筑设备智能系统来说，主要基于分类计量以及统计的处理原则，通过对建筑设备系统的各项设备进行实时的跟踪以及节能属性的控制，从而降低电能的损耗。

关于系统建模方面，通常有专用模型和通用模型两种。专用模型可以充分照顾到系统的个性化差异，即在做好常用设备(或通用设备基础上)，针对一些特殊细节展开建模。而通用模型在建筑设备系统中进行的改动很小，主要包括冷水机组、水泵、冷却塔等，计算过程中依据设备生产厂家提供的资料。

4 结语

随着我国经济水平的高速发展，人民的生活水平不断提高，人们对于自身的生活环境有了新的要求。再加上国家以长远的眼光，制定并且实施可持续发展战略，进一步是节能减排的意识深入人心。为顺应时代发展的潮流，我国市场中各个行业逐渐开始将发展的侧重点转向节能减排。对于建筑设备工程来说，由于工程量较大，设计行业较多，因此对于能源的消耗方面较为严重。综上所述，为提高建设阶段的能源利用效率，需要将最优运行技术覆盖到每一个方面，实现社会的可持续发展。

[1] 陈 华.楼宇级冷热电联供系统最优化设计的加速方法研究[D].重庆：重庆大学,2016.

[2] 张务昌.基于建筑设备节能优化的控制工程研究[D].青岛：青岛理工大学,2014.

[3] 李倩如.基于TRNSYS的复合能源系统运行策略寻优模块的构建[D].天津：天津大学,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

朱保华(1973- )，男，硕士，副教授