如何控制智能建筑中暖通空调和照明系统

姜棣

引言

当前阶段，在新型理念的影响下，节能已经成为现代建筑的基本属性，而建筑节能的关键点则在于能量效率的提高。智能建筑是近些年来兴起的一种新型建筑形式，其特点就是可以在保障高度现代化和舒适度的同时大幅度降低能源消耗，以此实现建筑运营成本的节省。建筑的智能化是通过其内部系统来实现的，因此探究智能建筑中暖通空调和照明系统的计算机控制系统结构和运行方式具有一定的实践意义。

1 智能建筑计算机控制系统概述

1.1 主要设备介绍

1.1.1智能建筑空调控制系统

建筑空调系统的主体包括蒸发式冷却系统和两段式供热系统，蒸发式冷却的空调系统的三阶段供冷启动顺序分别是热转轮启动、蒸发冷却器启动以及备用冷却盘启动。两阶段供热启动顺序分别是热转轮运行进行热回收、利用热水盘管对空气进行加热处理。通过智能建筑空调控制系统对空调系统进行智能自动控制，实现两个效果：分别是保障室内维持稳定的基本温度和保证室内空气的清新度（即温度控制和空气品质控制）。在空调系统中，通过安装在埋管式辐射墙板的墙架上和直接放置在空气中的温度传感器采集相关温度参数信号，经计算机按照相应算法计算后输出控制信号至电子控制供水流量阀门，通过调整阀门开度来调整空调供水流量，从而实现对室内温度的适当调整。同时，安装在屋顶的通风装置中的传感器可以对室外的温度、湿度、降水量、室内温度、湿度等参数进行数据采集，为自动控制提供准确数据，以此控制新风机输入合理的新风量既能保证室内空气清新，又能避免新风量过大造成额外的能耗，还可以起到辅助室内温度和湿度调整的作用。另外该系统的电力供应设计还可以进一步进行节能优化，即设计成由照明系统中日光反射板上的太阳能电池提供动力，具备更进一步的节能效果。而日光反射板上也可以安装光照传感器和温度传感器来作为照明系统和温度系统的信号源。

1.1.2 智能照明控制系统

该系统依据房间使用状况检测、日光强度、阳光反射程度、室内光照度等各方面的检测信号来决定室内照明模式及调节程度，通常采用开关、遥控器或是计算程序进行控制。

对于规模较大的建筑内部空间进行分析后可以发现，建筑内部可以分为公共区域、集中工作区域和局部特殊工作区域。其中公共区域、集中工作区域的空调和照明需求基本一致，可以进行集中的控制，而在局部特殊工作区域中为了满足设备运行、生产工艺或个人偏好往往会提出个性化的需求，需要设置相对独立的工作环境控制系统对局部工作环境进行控制调节来满足相关要求。该系统可视作是空调和照明控制系统的一部分，但是强调其独立控制调节能力，可以在局部实现不同于公共区域和其他局部的环境状况。

工作环境系统在环境系统中，以建筑局部温度、湿度、空气质量、照明状况作为控制对象，系统的温度、湿度、空气质量、照明状况的期望值以及房间使用情况，通常由传感器或是人工给定，由设置在局部的控制装置进行控制调节，同时将运行状态参数通过通讯系统传送到上级工作站。

1.2 控制系统和主配电盘

智能建筑的控制系统可以分成两个部分，分别是温度和空气品质控制系统和照明控制系统。其中温度和空气品质控制系统的控制目标主要包括蒸发式冷却空调系统、埋管式辐射墙板、屋顶通风装置等。系统的传感器主要包括室内温度、湿度，室外温度、湿度，房间使用状况、空气品质、数据等。系统的执行机构包括蒸发冷却器、热转轮、空气处理器、加热盘管、气流混合调节器、水流阀门、冷却盘管、屋顶通风装置、水压调节器等。

照明控制系统的控制目标包括环境灯、工作灯、日光反射板、周边灯以及室内遮光设备等。控制系统的传感器主要是由室外日光检测器、室内照度检测器、以及房间使用状况检测器等构成。执行机构包括日光反射板的控制电机，天窗、窗户和门的遮阳设备的控制电机、数字式日光灯整流器、数字式相位灯光调节器、数字转换器。

工作环境控制系统在上述系统基础上设置局部控制核心，可以相对独立的控制局部范围内的传感器和执行器，在一定参数范围区间内，不受总控系统约束实现特殊局部工作环境。

2 智能建筑计算机控制系统的控制策略探究

（1）整体控制策略。针对总控制工作站，应该结合实际条件对控制策略进行科学制定，通过控制算法的应用保障上述设备的正常工作。例如，根据当天的室外气象参数，蒸发式冷却空调系统已经根据时间或是遥控命令，在工作人员开始工作前，就提供了基本室内温度和其它条件，当个人工作环境的房间使用状况检测传感器检测到有人工作，提供启动信号给上级计算机，这时，控制系统就会根据人为设置的期望值对个人工作环境的相关环境参数进行适当的调整。

（2）系统集成策略。温度控制系统、空气品质控制系统以及照明控制系统三者之间存在一定的联系，因此被控制目标以及设备之间存在相互干扰的情况，加之智能建筑集成系统所用设备来源于不同的厂家，因此在各个方面的标准上都存在一定的差别，如数据传输、硬件接口、软件接口等，这就使得信息流和被控制目标具备一定的不确定性和复杂性，为系统控制带来了较大的困难。例如，夏天阳光虽然可以为工作台提供光线亮度，但却会带来多余的热量，然而减少阳光照射却有可能出现工作环境照度不足的情况。因此想要创造良好舒适的工作环境，必须充分发挥所有设备的工作能力，使所有指标都能够在工作区间内作出适时的自我调整。

（3）控制算法及系统分级策略。由于温度控制系统、空气品质控制系统以及照明控制系统在控制过程中多不具备固定的控制模型，加之系统控制的慢过程、超时延迟以及非线性特点，因此最好采用不需要数学模型的算法，如预测控制或是模糊控制等。例如，温度和空气品质控制系统就是超延时反应系统，因此控制系统总工作站可以采用PID和模糊控制法，将控制系统网络拓扑结构分成三级，即现场工作级、网络控制级以及程序员操作级。其中程序员操作级负责的是控制系统总工作站的协调和控制，现场工作级及负责现场工作环境参数确定及控制调节，网络控制级负责联系现场工作级和程序员级，并可以实现远程控制协调。

3 智能控制系统优点分析

通过实施智能控制，对建筑暖通空调系统和照明系统的能量管理和控制系统进行了优化，将建筑内部所有设备有机地联系在了一起，实现了设备运行状态信息共享和对设备的综合统筹管理，这种模式具备较为显著的作用和效益。和常规设计相比，智能建筑控制系统的优化设计具备以下几个方面的优势：①结合系统的各种可能结构以及参数，找出其中的最佳匹配方式，从而获得最好的整体效果，促进系统效率的提升，以此实现投资和运行费用的降低。②通过对系统运行过程的定量化状态模拟，对控制环节进行简化，一方面提升系统运行的可靠性和稳定性，将系统故障概率控制在最低的范围内，另一方面也提升了系统的运行效率和服务效果，既提高了满意度，又节省了能耗。

4 结语

综上所述，在对智能建筑进行分析和评价时，应该以节能原则为出发点，从建筑暖通空调系统和照明系统的能量管理和控制系统的优化入手，采用更加先进的技术措施促进智能建筑节能效果的提升，进一步推动我国智能建筑的发展。

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