杨景华 马骏 王肖宁 石书亮 陆晓东

（1.中国铁建电气化局 北京 1001241；2.中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300222；3.四川鸿景润科技有限公司 四川成都 610081）

随着社会经济的发展及大数据云平台技术的进步，高新技术在各个行业及领域得以渗透，在这一背景下，智能建筑应运而生，其作为计算机技术与自动化技术联合发展的产物，兼具舒适性、安全性与美学功能等多重优势，成为建筑行业发展的潮流趋势，同时，智能建筑对通风系统也提出了更高的要求［1］。传统建筑风、水系统相对独立，两个系统需要工作人员手动调节，无法实现随温度变化实时调整，运营管理主要依赖管理员的经验。风水联动控制平台下，更换了温湿度传感器、变频器、智能电表，能够提高用户舒适度，不仅如此，风水联动功能还大大降低能耗［2］。作为建筑能耗的重要组成部分，中央空调系统能耗高，大部分根据建筑的最大负荷实施设计，当处于满负荷状态下，会降低时间频数，引起不必要的资源浪费。因此，构建智能建筑风水联动与SYS 优化控制尤为重要，这不仅是智能建筑发展的内在需求，同时也是实现节能、减排的有效路径。

1 智能建筑风水联动与SYS 优化控制平台设计原则与原理

1.1 设计原则

作为一种新型自动喷雾降尘装置，风水联动具有高效、低能耗等特点，喷雾距离远、用水量少，传感器接收相关信号后，主控箱能够通过对电路气阀的控制为出水口供压风，将水电磁阀打开，实现风水同时喷射，达到灭尘效果。SYS控制系统通常由空调系统中的风系统与水系统组成，通过对任意参数的改变，均能够使得系统设备的能效发生变化，表现为能耗降低或能耗上升［3］。为响应智能建筑的发展号召，满足节能、环保的要求，在风水联动与SYS优化控制平台设计时，应符合如下原则。

（1）实用性与先进性。系统设计应符合智能建筑设计原则，体现先进性的同时，发挥其实用价值，兼具功能性与经济性。

（2）标准化与结构化。系统设计要与国家相关标准相符，并结合功能需求，实现结构化设计，体现技术特点。

（3）集成性与可扩展性。在进行系统设计时，应统筹规划，与原有的建筑控制系统接入，将监测的实时数据传输到原有系统，实现原有控制系统的设备自动启停与调节。

（4）系统自我保护功能。设计的系统能够完成自动切换、自动启停，在设备发生故障时，可以自动停止，并将备用设备投入使用。为冷冻水系统配备低温、低压保护功能，为电源提供过电压、过电流及短路保护等。

（5）系统节能特性。系统的运行应满足无人化操作，具备一定的灵活性，用户能够结合实际对参数作出相应的调整，可对设备运行状况进行相应的控制。通过节能运行算法，优化系统设备参数，进行参数预设、自动化修正，使得设备处于良好的工作状态。

（6）运营管理的便捷性。应设置可视化操作界面，将SYS 系统工艺流程予以清晰地显示，并实时显示各项工艺参数。设备参数调节应便捷，直观显示参数控制与设置界面，管理人员可以根据系统运行环境作出相应的调整。对系统能耗、主机效率及电耗等情况，可以通过曲线反映，历史故障与维修记录可以随时进行查询［4］。各个子系统之间建立起通信关系，保障数据传输的安全性。

1.2 设计原理

SYS 系统设备运行是一个相互耦合、密切联系的过程，系统可以运用多种运行方式满足同一冷负荷需求。风水联动系统如图1所示，而SYS 系统则能够通过对风水联动系统中任一控制参数的调整，对设备运行能效产生正面或负面的影响。

图1 风水联动系统

变流量系统在同一负荷下会受到冷机出水温度的影响，随着冷机温度的升高，效率也会进一步提升，进而使得冷机能耗下降。但这一过程也会增加对冷冻水流量与末端空调风量的需求，进而对系统除湿负荷产生一定的负面影响，因此，对冷冻水温度、流量、送风温度等进行优化处理尤为重要。要想降低冷机、水泵等的总体能耗，应从整体出发，对中央空调系统进行升级与优化，寻找最优的能耗优化组合，实现节能目标［5］。为实现对SYS 系统的全局优化，需要构建一个能耗模型，寻求最优的多维节能控制系统，满足工艺要求，发挥最大的节能效应。

本方案优化节能控制系统为基于系统行为的全局优化控制，是以能耗模型为基础的整个中央空调系统多维、主动寻优的节能控制系统。系统是建立在冷冻机房的每个设备及风系统整体性能特性的基础上，通过多维寻优的方法，寻找满足工艺设计及冷量需求下整个冷冻机房及风系统的最佳能效点，从而实现最佳节能目标［6］。

2 智能建筑风水联动与SYS 优化控制平台整体架构

SYS 系统整体架构包括系统监控、过程控制与设备层三层结构，如图2所示。

图2 风水联动与SYS 优化控制平台系统架构

（1）系统监控层。为实现高速数据通信，研究采用100M 的ETHERNET 网站，引入工业标准数据通路，使得图形工作站建立起与系统的联系，工作人员能够对设备运行情况进行实时监测，并对设定点作出相应的改变，将信息存储到任意位置。作为SYS 系统的核心部分，中央控制服务器硬件采用的是工业控制计算机，在计算机设备上安装了节能软件，可满足各个设备模型系统工况的优化，并向控制子站发送相关参数，保障各项功能与指令的顺利执行。

（2）过程控制层。各系统之间通过以太网建立高速通信，能够采集现场实时数据，并对设备进行相应的控制，即便出现突发状况，也不会导致记忆丢失，避免错误操作。以太网将控制层与系统监控平台连接在一起，使得数据通信畅通无阻［7］。

（3）设备层。主控设备为PLC，在扩展模块作用下，能够采集现场设备的运行参数、运行状态，掌握其通信功能等，保障获得数据的准确性与实时性。完成数据采集后，能够发送至中央控制站执行优化计算。

3 智能建筑风水联动与SYS 优化控制平台系统功能

我司自行研发的优化控制模拟分析工具SYS，可根据输入的中央空调系统情况（包括冷站及末端设备配置、负荷、设备性能模型、控制策略等），动态计算出中央空调系统的全年能耗情况，其能够进行不同负荷、不同工况、不同控制策略条件下中央空调系统的能效模拟计算，从而可模拟使用节能优化控制系统前后的能耗情况，且可进行全年逐时能耗计算［8］。能耗模拟软件中使用的优化算法与现场服务器底层优化引擎服务完全一致，其计算得到的能耗结果可完全反映现场实际情况。冷站冷机建模如图3所示。

图3 冷站冷机建模界面

3.1 实时监测功能

该系统能够对室外温度、湿度进行实时监测，实现对冷冻机房、空调末端等系统设备及运行状况的实时监测。不仅如此，各项设备的运行状态、流量、温度等也能够在系统上显示，掌握冷冻机房及相关设备的能耗情况。

3.2 优化控制功能

通过对冷站设备、风系统的优化，SYS平台能够在满足工艺设计的基础上使得整个冷冻机房与风系统达到最佳的能效，将中央空调系统能耗降到最低［9］。系统能够实现对冷机、冷冻水压差、水泵台等的变频控制，优化系统功能，实现节能目标。

3.3 优化诊断功能

系统设备的参数均能够通过优化系统进行采集与监控，在自主开发的设备模型支持下，能够实时对冷战机房、空调末端等运行情况进行在线诊断，确保设备运行安全性与稳定性，减少对设备的损耗，尽可能延长设备寿命。

3.4 报警与保护功能

当设备出现故障，系统能够发出警报，及时被维护人员发现，积极采取措施，以维持设备的正常运转。经过优化的系统对冷水机组、排热量均进行了报警保护配置，系统能够依据故障类型对故障进行分级，发出相应的提示。

3.5 能效管理功能

SYS 系统还能够对设备能耗实时数据、历史数据等进行实时显示。在数据库支持下，用户可以登录平台查询历史数据，对改进后的能耗数据与以往的数据进行对比，为参数设置及进一步优化提供支持［10］。

4 系统验证分析

作为智能建筑风水联动与SYS优化控制的核心验收环节，节能测试能够反映出系统的可行性。在进行节能测试时，将制冷器中央空调能耗作为依据，首先对该系统进行调试，结合室外气温，任意选择制冷周期的一个气温进行评测，在同一温度条件下，工频运行与优化模式运行各一天，对比两者在相同运行时间内的能耗情况，测试结果如表1所示。可以发现，与工频运行相比，经过优化的控制平台冷却泵系统与中央空调总系统实际耗电量均较低。

表1 工频运行与优化控制平台节能测试结果

5 结语

综上所述，智能建筑风水联动与SYS 优化控制平台通过节能改造能够满足节能需求，且保障设备可靠性，提升了中央空调系统、水泵系统等运行效率，使得整个系统处于最佳工况，节能效率高，有利于降低能耗，具有广阔的发展空间。