0 引言

在商業(yè)樓宇、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校等公共建筑機(jī)電運(yùn)維場(chǎng)景中，室內(nèi)溫濕度、空氣品質(zhì)的管控長(zhǎng)期依賴(lài)固定時(shí)間表與靜態(tài)設(shè)定值的傳統(tǒng)控制模式。暖通空調(diào)、新排風(fēng)機(jī)組按照預(yù)設(shè)時(shí)段啟停，無(wú)法跟隨室內(nèi)人員變化、室外氣象條件、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱變化動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率。同一建筑內(nèi)不同朝向、不同功能分區(qū)冷熱不均衡，人員密集區(qū)域CO?累積，無(wú)人區(qū)域設(shè)備持續(xù)空載運(yùn)行，造成能源消耗增加，同時(shí)室內(nèi)舒適水平參差不齊。

室內(nèi)環(huán)境自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，依托分布式多參數(shù)傳感網(wǎng)絡(luò)、邊緣控制單元與IBMS集成平臺(tái)，采集溫濕度、CO?、顆粒物、照度、人體存在狀態(tài)等多維數(shù)據(jù)，按照空間分區(qū)建立動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略，在滿足室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)前提下，聯(lián)動(dòng)空調(diào)、閥門(mén)、新風(fēng)機(jī)、照明、電動(dòng)遮陽(yáng)協(xié)同調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)人居舒適度與能耗水平的動(dòng)態(tài)平衡。陜西觀智科技在大量公共建筑智能化改造與新建項(xiàng)目落地中，持續(xù)迭代自適應(yīng)環(huán)境調(diào)控的工程實(shí)施路徑，解決傳統(tǒng)樓宇環(huán)境管控粗放、分區(qū)工況失衡的行業(yè)痛點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)室內(nèi)環(huán)境管控方案的工程短板

1.1 靜態(tài)閾值控制，無(wú)法適配動(dòng)態(tài)熱負(fù)荷變化

傳統(tǒng)樓宇BA系統(tǒng)多采用時(shí)序調(diào)度+固定設(shè)定值的控制邏輯，僅依靠預(yù)設(shè)溫度參數(shù)完成機(jī)組啟停。建筑內(nèi)熱負(fù)荷會(huì)隨日照、室外溫濕度、房間人員數(shù)量發(fā)生持續(xù)波動(dòng)，固定策略無(wú)法跟隨負(fù)荷變化實(shí)時(shí)修正輸出。經(jīng)常出現(xiàn)房間無(wú)人時(shí)，空調(diào)、新風(fēng)保持高負(fù)荷運(yùn)行，形成無(wú)效能耗；人員進(jìn)場(chǎng)之后，環(huán)境參數(shù)無(wú)法快速達(dá)到舒適區(qū)間。

1.2 整樓統(tǒng)一調(diào)控，分區(qū)環(huán)境差異難以消除

存量建筑大量采用集中式統(tǒng)一調(diào)控，不區(qū)分樓層、朝向、房間使用屬性。向陽(yáng)房間、頂層、底層、內(nèi)區(qū)房間熱負(fù)荷差異顯著，一套控制參數(shù)難以適配全部空間，出現(xiàn)部分區(qū)域偏熱、部分區(qū)域偏冷的現(xiàn)象。運(yùn)維人員只能依靠現(xiàn)場(chǎng)人工手動(dòng)微調(diào)閥門(mén)與機(jī)組參數(shù)，運(yùn)維工作量大，調(diào)節(jié)效果滯后。

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)單一，忽視室內(nèi)空氣品質(zhì)管控

早期樓宇自控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位以溫度為主，缺少CO?、顆粒物等空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)。僅以溫度作為控制依據(jù)，會(huì)出現(xiàn)溫度達(dá)標(biāo)但通風(fēng)量不足的情況，密閉空間長(zhǎng)時(shí)間使用后空氣質(zhì)量下降。傳統(tǒng)系統(tǒng)缺少多參數(shù)聯(lián)動(dòng)邏輯，風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥不能根據(jù)室內(nèi)空氣指標(biāo)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量大小。

1.4 子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，跨設(shè)備協(xié)同能力不足

空調(diào)、新排風(fēng)、智能照明、電動(dòng)遮陽(yáng)各自獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)間缺少數(shù)據(jù)互通。例如強(qiáng)光日照時(shí)段，遮陽(yáng)系統(tǒng)未聯(lián)動(dòng)，建筑冷負(fù)荷上升，空調(diào)機(jī)組無(wú)法同步下調(diào)輸出；室內(nèi)CO?超標(biāo)，新風(fēng)風(fēng)機(jī)不會(huì)自動(dòng)升頻。多設(shè)備策略相互脫節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)建筑整體用能優(yōu)化。

2 室內(nèi)環(huán)境自適應(yīng)調(diào)控四層總體架構(gòu)

整套系統(tǒng)采用分層解耦架構(gòu)，包含感知采集層、邊緣控制層、策略運(yùn)算層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層，既適配新建建筑同步配套實(shí)施，也支持存量樓宇分區(qū)輕量化改造。

2.1 感知采集層

感知層部署分布式多參數(shù)傳感終端，采集室內(nèi)溫度、相對(duì)濕度、CO?濃度、PM2.5、室內(nèi)照度，搭配人體存在感知模塊識(shí)別房間人員在場(chǎng)狀態(tài)。傳感終端支持有線或低功耗無(wú)線接入DDC控制器、異構(gòu)協(xié)議邊緣網(wǎng)關(guān)；同步采集暖通機(jī)組、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門(mén)、照明、遮陽(yáng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)、故障告警信號(hào)，兼容Modbus、BACnet等主流現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議。

2.2 邊緣控制層

現(xiàn)場(chǎng)DDC控制器與邊緣網(wǎng)關(guān)承擔(dān)底層實(shí)時(shí)控制任務(wù)，接收傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成基礎(chǔ)閥門(mén)、風(fēng)機(jī)、照明就地邏輯控制。聯(lián)動(dòng)策略下沉部署在邊緣側(cè)本地執(zhí)行，外網(wǎng)通信中斷時(shí)，房間基礎(chǔ)環(huán)境保護(hù)邏輯可持續(xù)運(yùn)行，保障機(jī)電設(shè)備穩(wěn)定工作。同時(shí)對(duì)原始傳感數(shù)據(jù)執(zhí)行異常值剔除、數(shù)據(jù)清洗、時(shí)序數(shù)據(jù)本地緩存，避免異常測(cè)點(diǎn)干擾控制邏輯。

2.3 策略運(yùn)算層

平臺(tái)端搭建自適應(yīng)控制算法模型，接收邊緣側(cè)上傳的多源時(shí)序數(shù)據(jù)，結(jié)合室外氣象信息、房間使用屬性、歷史運(yùn)行工況，針對(duì)不同管控分區(qū)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型。算法持續(xù)評(píng)估環(huán)境舒適指標(biāo)與能耗消耗水平，輸出動(dòng)態(tài)設(shè)定值下發(fā)到底層控制器，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)空調(diào)水閥開(kāi)度、新風(fēng)機(jī)風(fēng)量、照明輸出、遮陽(yáng)狀態(tài)，在預(yù)設(shè)舒適區(qū)間內(nèi)尋找更優(yōu)設(shè)備運(yùn)行策略。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

接入IBMS智慧集成平臺(tái)，提供分區(qū)環(huán)境可視化看板、實(shí)時(shí)參數(shù)面板、歷史趨勢(shì)曲線、分區(qū)能耗統(tǒng)計(jì)、異常告警推送、運(yùn)維工單管理模塊。運(yùn)維人員按照樓層、區(qū)域查看各房間環(huán)境指標(biāo)，參數(shù)超出預(yù)設(shè)區(qū)間自動(dòng)觸發(fā)告警；支持分級(jí)權(quán)限配置，不同區(qū)域運(yùn)維人員僅可查看對(duì)應(yīng)區(qū)域數(shù)據(jù)，支持瀏覽器、移動(dòng)端多終端訪問(wèn)。

3 核心工程技術(shù)與控制邏輯

3.1 多參數(shù)融合感知與空間分區(qū)建模

依據(jù)建筑房間功能、朝向、人員使用規(guī)律做空間分區(qū)建模，將整棟建筑拆分為多個(gè)獨(dú)立管控分區(qū)，每個(gè)分區(qū)配套獨(dú)立感知點(diǎn)位與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)融合溫度、濕度、CO?、人員存在信號(hào)綜合評(píng)估房間環(huán)境狀態(tài)，不再依靠單一溫度測(cè)點(diǎn)判斷設(shè)備啟停，兼顧熱舒適與室內(nèi)空氣品質(zhì)。

3.2 分區(qū)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)閾值調(diào)控

摒棄全年固定溫度設(shè)定模式，依據(jù)季節(jié)、室外氣象、房間人員狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整舒適區(qū)間。傳感器識(shí)別房間無(wú)人時(shí)，自動(dòng)放寬溫濕度區(qū)間、下調(diào)新風(fēng)風(fēng)量，減少設(shè)備空載能耗；檢測(cè)人員即將進(jìn)入房間時(shí)，提前預(yù)調(diào)節(jié)，在人員到場(chǎng)時(shí)達(dá)到舒適區(qū)間，平衡使用體驗(yàn)與節(jié)能效果。

3.3 多子系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制

打通暖通、新風(fēng)、排風(fēng)、智能照明、電動(dòng)遮陽(yáng)多個(gè)子系統(tǒng)。日照強(qiáng)度高時(shí)聯(lián)動(dòng)電動(dòng)遮陽(yáng)，降低太陽(yáng)輻射帶來(lái)的冷負(fù)荷，同步微調(diào)空調(diào)輸出；室內(nèi)CO?濃度升高，自動(dòng)提升新風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，濃度回落之后降低風(fēng)量；房間無(wú)人場(chǎng)景，聯(lián)動(dòng)關(guān)閉照明、下調(diào)空調(diào)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同動(dòng)作。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放接口，支持多業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)接

系統(tǒng)配置標(biāo)準(zhǔn)化北向接口，可對(duì)接能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)、數(shù)字孿生可視化平臺(tái)、運(yùn)維工單管理平臺(tái)。項(xiàng)目采用模塊化部署，優(yōu)先改造重點(diǎn)區(qū)域，后續(xù)按需擴(kuò)容至全樓宇分區(qū)，適配不同項(xiàng)目預(yù)算。存量改造場(chǎng)景可利舊原有暖通控制器、閥門(mén)執(zhí)行器，無(wú)需大規(guī)模設(shè)備更換，降低改造成本。

4 工程實(shí)施流程與落地管控要點(diǎn)

4.1 前期現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)與分區(qū)規(guī)劃

項(xiàng)目前期收集建筑圖紙、房間功能、人員作息資料，劃分獨(dú)立管控分區(qū)，規(guī)劃傳感終端、執(zhí)行器安裝點(diǎn)位?，F(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)原有DDC、閥門(mén)、風(fēng)機(jī)的通信協(xié)議、點(diǎn)位清單，評(píng)估原有機(jī)電設(shè)備調(diào)節(jié)能力，確定改造邊界。陜西觀智科技技術(shù)團(tuán)隊(duì)同步完成通信鏈路勘測(cè)，評(píng)估有線布線或無(wú)線組網(wǎng)方案，輸出分區(qū)控制實(shí)施方案。

4.2 點(diǎn)位部署、DDC編程與算法策略配置

按分區(qū)安裝多參數(shù)傳感器、人體感知終端，完成DDC控制邏輯編寫(xiě)、邊緣網(wǎng)關(guān)協(xié)議適配，在平臺(tái)完成房間分區(qū)建模、控制策略配置，設(shè)置各分區(qū)舒適區(qū)間、告警閾值。先在模擬環(huán)境驗(yàn)證多工況聯(lián)動(dòng)邏輯、算法輸出穩(wěn)定性，降低現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)、多工況測(cè)試與參數(shù)整定

現(xiàn)場(chǎng)分步開(kāi)展單點(diǎn)采集測(cè)試、分區(qū)單系統(tǒng)調(diào)試、跨子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)測(cè)試。模擬人員進(jìn)出、晝夜氣象變化、季節(jié)切換等多種工況，整定調(diào)節(jié)速率、滯回參數(shù)，減少控制震蕩。同時(shí)執(zhí)行斷網(wǎng)穩(wěn)定性測(cè)試，驗(yàn)證邊緣本地控制邏輯，保證網(wǎng)絡(luò)中斷后房間基礎(chǔ)環(huán)境管控能力正常運(yùn)行。

4.4 平臺(tái)交付、運(yùn)維培訓(xùn)與長(zhǎng)期策略迭代

項(xiàng)目驗(yàn)收交付點(diǎn)位表、控制邏輯文檔、接口文檔、操作手冊(cè)，面向運(yùn)維人員開(kāi)展實(shí)操培訓(xùn)，包含分區(qū)環(huán)境查看、告警處置、手動(dòng)干預(yù)、策略參數(shù)調(diào)整等內(nèi)容。系統(tǒng)上線持續(xù)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，迭代優(yōu)化自適應(yīng)算法參數(shù)。陜西觀智科技可提供長(zhǎng)期技術(shù)支持，可隨建筑功能調(diào)整持續(xù)優(yōu)化分區(qū)控制策略。

5 適用場(chǎng)景與工程應(yīng)用價(jià)值

5.1 典型應(yīng)用場(chǎng)景

方案適用于商業(yè)綜合體、寫(xiě)字樓、醫(yī)院診療區(qū)域、學(xué)校教學(xué)樓、產(chǎn)業(yè)園區(qū)辦公樓等公共建筑。新建項(xiàng)目可同步配套實(shí)施，存量樓宇可采用分區(qū)輕量化改造。在人員流動(dòng)頻繁、房間功能復(fù)雜、對(duì)環(huán)境舒適度有較高要求的建筑場(chǎng)景，自適應(yīng)環(huán)境調(diào)控方案優(yōu)勢(shì)突出。

5.2 落地價(jià)值分析

借助分區(qū)自適應(yīng)調(diào)控，改善建筑內(nèi)部冷熱失衡問(wèn)題，穩(wěn)定維持室內(nèi)空氣品質(zhì)，優(yōu)化人員在室體驗(yàn)；在保障環(huán)境指標(biāo)前提下，削減設(shè)備無(wú)效運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，降低建筑整體能耗。系統(tǒng)統(tǒng)一匯聚全部分區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)，運(yùn)維人員依托平臺(tái)直觀掌握建筑各區(qū)域環(huán)境狀態(tài)，異常自動(dòng)告警，減少人工巡檢工作量。打通暖通、新風(fēng)、照明、遮陽(yáng)等子系統(tǒng)，消除數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)建筑室內(nèi)環(huán)境精細(xì)化數(shù)字化管控。

6 結(jié)語(yǔ)

室內(nèi)環(huán)境自適應(yīng)調(diào)控，核心是實(shí)現(xiàn)從固定時(shí)序粗放控制，轉(zhuǎn)向基于空間分區(qū)、人員狀態(tài)、多環(huán)境參數(shù)的動(dòng)態(tài)智能調(diào)控。依托分布式感知、邊緣就地控制與平臺(tái)算法協(xié)同，在滿足室內(nèi)舒適與空氣品質(zhì)需求的基礎(chǔ)上挖掘節(jié)能潛力，解決傳統(tǒng)樓宇環(huán)境管控冷熱不均、空氣品質(zhì)管控缺失、多系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行等工程難題，在各類(lèi)公共建筑智能化項(xiàng)目中擁有廣闊落地空間。陜西觀智科技可提供現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、分區(qū)方案設(shè)計(jì)、傳感點(diǎn)位部署、DDC邏輯編程、平臺(tái)對(duì)接、運(yùn)維培訓(xùn)一體化工程服務(wù)，結(jié)合建筑使用場(chǎng)景定制室內(nèi)環(huán)境自適應(yīng)調(diào)控落地方案。