智能控制系統(tǒng)在暖通建設(shè)工程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化研究

摘要：旨在探討智能控制系統(tǒng)在暖通建設(shè)工程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化應(yīng)用。通過(guò)綜合運(yùn)用傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理方法以及優(yōu)化控制算法與策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化調(diào)控，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低能源消耗，并為暖通建設(shè)工程的智能化發(fā)展提供技術(shù)支持?；诖?，有效地改善了暖通系統(tǒng)的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性，為智能化暖通建設(shè)提供了可行性方案和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：智能控制系統(tǒng)暖通建設(shè)工程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)優(yōu)化調(diào)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TU83

ResearchontheReal-timeMonitoringandOptimizationoftheIntelligentControlSysteminHVACConstructionProjects

HUANGAo1GONGWeilei2

1.NanningRealEstateRegistrationCenter，Nanning，GuangxiZhuangAutonomousRegion，530000China；2.ShandongQuanjianEngineeringTestingCo.，Ltd.，Jinan，ShandongProvince，250000China

Abstract：Thispaperaimstodiscussthereal-timemonitoringandoptimizationapplicationofanintelligentcontrolsysteminHVACconstructionengineering.Throughthecomprehensiveapplicationofsensortechnology，dataacquisitionandprocessingmethods，aswellasoptimalcontrolalgorithmsandstrategies，thereal-timemonitoringandoptimalregulationoftheoperationstatusoftheHVACsystemarerealized，whichimprovestheoperationefficiencyofthesystem，reducesenergyconsumption，andprovidestechnicalsupportfortheintelligentdevelopmentofHVACconstructionprojects.Basedonthis，theoperationefficiencyandstabilityoftheHVACsystemareeffectivelyimproved，andafeasibleschemeandtechnicalsupportforintelligentHVACconstructionareprovided.

KeyWords：Intelligentcontrolsystem;HVACconstructionproject;Real-timemonitoring;Optimalregulation

隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源利用效率和環(huán)境保護(hù)要求的提高，暖通建設(shè)工程在建筑領(lǐng)域的重要性日益凸顯。然而，傳統(tǒng)暖通系統(tǒng)存在運(yùn)行效率低、能源消耗高等問(wèn)題，急需通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。智能控制系統(tǒng)作為一種集成了傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和優(yōu)化算法的新型調(diào)控系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、自適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，在暖通建設(shè)工程中的應(yīng)用前景廣闊。本文將通過(guò)對(duì)智能控制系統(tǒng)在暖通領(lǐng)域中的概念、原理、應(yīng)用現(xiàn)狀以及優(yōu)化效果進(jìn)行深入研究，為推動(dòng)暖通建設(shè)工程的智能化發(fā)展提供理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。

1智能控制系統(tǒng)概述

1.1暖通建設(shè)工程的基本概念

暖通建設(shè)工程是現(xiàn)代建筑工程中的重要組成部分，通過(guò)供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)等設(shè)備調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度和空氣流動(dòng)，創(chuàng)造舒適、健康、安全的室內(nèi)環(huán)境。暖通建設(shè)工程的核心目標(biāo)是滿(mǎn)足用戶(hù)舒適性和健康需求，涉及空氣循環(huán)、熱傳遞、濕度調(diào)節(jié)等方面的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，智能溫控、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)等被廣泛應(yīng)用，通過(guò)自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境，提高能效和用戶(hù)體驗(yàn)。

1.2智能控制系統(tǒng)的定義與原理

智能控制系統(tǒng)集成了傳感器、執(zhí)行器、控制器和算法等組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定環(huán)境或設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、分析和調(diào)節(jié)。智能控制系統(tǒng)原理主要是基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、智能分析和自主決策，通過(guò)傳感器采集環(huán)境參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)處理和分析后，利用預(yù)設(shè)的控制算法進(jìn)行智能決策，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。在暖通建設(shè)工程中，智能控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和控制，提高能源利用效率，改善室內(nèi)舒適度，為建筑節(jié)能、智能化提供技術(shù)支持。

2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法

2.1傳感器技術(shù)在暖通工程中的應(yīng)用

傳感器技術(shù)在暖通工程中是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的重要手段，廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)和暖通設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，溫度、濕度和二氧化碳傳感器常用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)空氣的溫度、濕度和質(zhì)量。在設(shè)備監(jiān)測(cè)方面，溫度、壓力和流量傳感器用于監(jiān)測(cè)供暖水的溫度、管道的壓力和流量，評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能。例如：在廣西地區(qū)，某辦公樓采用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度，結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制，節(jié)能降耗的效果顯著。傳感器的選擇、布置和安裝需要考慮傳感器性能和環(huán)境特點(diǎn)，以確保監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

：2.2數(shù)據(jù)采集與處理方法

數(shù)據(jù)采集與處理方法在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)中扮演著至關(guān)重要的角色，主要涉及數(shù)據(jù)的獲取、傳輸、存儲(chǔ)和分析等多個(gè)環(huán)節(jié)，具體如圖1所示。數(shù)據(jù)采集階段需要選擇合適的傳感器設(shè)備，并在監(jiān)測(cè)對(duì)象的關(guān)鍵位置部署傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳感器采集的數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)通信接口傳輸至數(shù)據(jù)采集設(shè)備。數(shù)據(jù)采集設(shè)備需要具備較高的數(shù)據(jù)處理能力，能夠?qū)鞲衅鞑杉脑紨?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取出有價(jià)值的信息。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，常采用濾波、降噪、校準(zhǔn)等技術(shù)手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以消除噪聲、提高數(shù)據(jù)精度。此外，還可以根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)和需求，采用不同的數(shù)據(jù)處理算法，如時(shí)序分析、頻譜分析、統(tǒng)計(jì)分析等，從數(shù)據(jù)中提取出有用的特征信息。在數(shù)據(jù)采集和處理完成后，需要將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)xoM4anxjKp3EuqIqxS4ERS0xZriPv/GxM7kVeQ5ZDKw=據(jù)庫(kù)或云平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)和管理。通過(guò)建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔和管理，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和挖掘提供支持。同時(shí)，還可以利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將數(shù)據(jù)以圖表、曲線等形式直觀地展現(xiàn)出來(lái)，便于用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策。

2.3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是基于傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理方法以及通信技術(shù)等多個(gè)方面的綜合應(yīng)用，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通建設(shè)工程中關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程管理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)和監(jiān)測(cè)需求，選擇合適的傳感器設(shè)備，如溫度傳感器、濕度傳感器等，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)采集與處理方面，需要搭建數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括傳感器接口模塊、數(shù)據(jù)處理單元等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析。在數(shù)據(jù)傳輸方面，可以采用有線或無(wú)線通信技術(shù)，將采集的數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器或云平臺(tái)。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和通信機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和及時(shí)響應(yīng)。同時(shí)，還需要設(shè)計(jì)用戶(hù)界面和數(shù)據(jù)展示模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化展示和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)的顯示。為了保障系統(tǒng)的安全性和可維護(hù)性，需要加強(qiáng)系統(tǒng)的安全防護(hù)措施，如數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)權(quán)限控制等，并建立健全的系統(tǒng)維護(hù)與管理機(jī)制，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和長(zhǎng)期可靠性[3]。

3優(yōu)化控制算法與策略

3.1基于模型的優(yōu)化方法

基于模型的優(yōu)化方法是一種高效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，它通過(guò)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，并利用這些模型進(jìn)行優(yōu)化控制。在暖通建設(shè)工程中，常用的基于模型的優(yōu)化方法包括模型預(yù)測(cè)控制（ModelPredictiveControl，MPC）和最優(yōu)控制理論。其中，模型預(yù)測(cè)控制是一種先進(jìn)的控制策略，在每個(gè)時(shí)刻通過(guò)求解優(yōu)化問(wèn)題來(lái)計(jì)算出未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的最優(yōu)控制序列，然后執(zhí)行第一個(gè)控制動(dòng)作，隨后在下一個(gè)時(shí)刻重新計(jì)算。模型的優(yōu)化問(wèn)題通常描述為：

式（1）—式（5）中：J是控制性能指標(biāo)；yk是系統(tǒng)的輸出變量；uk是控制輸入；N是預(yù)測(cè)時(shí)域；Q、R和P分別是狀態(tài)、控制輸入和終端權(quán)重矩陣；f（·）是系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，Δuk表示控制輸入的變化量，上下限分別為umin和umax。

最優(yōu)控制理論則是研究如何設(shè)計(jì)最優(yōu)的控制策略，使得系統(tǒng)能夠以最小的代價(jià)達(dá)到期望的控制目標(biāo)。其中，動(dòng)態(tài)規(guī)劃是最優(yōu)控制理論的一個(gè)重要方法，通過(guò)將控制問(wèn)題分解為多個(gè)子問(wèn)題，并利用遞歸的方式求解每個(gè)子問(wèn)題的最優(yōu)解，最終得到全局最優(yōu)解[4]。這一過(guò)程的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（6）

式（6）中：V（x）是狀態(tài)x下的最小代價(jià)函數(shù)；（x，u）是在狀態(tài)x下采取控制u所產(chǎn)生的即時(shí)代價(jià)；f（x，u）是狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。

3.2基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化方法

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化方法利用歷史數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，大量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被分析，并利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法揭示隱藏的模式和規(guī)律。這種方法需要收集環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)和系統(tǒng)性能等數(shù)據(jù)，通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)或監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)或云平臺(tái)中。利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化有指導(dǎo)意義的信息，如異常檢測(cè)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、故障診斷等。根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)優(yōu)化控制策略，動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、優(yōu)化控制算法或制定實(shí)時(shí)調(diào)度策略[5]。最后，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)優(yōu)化效果進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，持續(xù)改進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

4結(jié)語(yǔ)

在暖通建設(shè)工程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化是提高能源利用效率、提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。通過(guò)本文的研究，深入探討了智能控制系統(tǒng)在暖通領(lǐng)域中的應(yīng)用，從傳感器技術(shù)到數(shù)據(jù)采集與處理方法，再到優(yōu)化控制算法與策略的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，系統(tǒng)地闡述了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化的技術(shù)路徑與方法。本文的研究成果不僅為暖通建設(shè)工程提供了可行的技術(shù)方案，也為實(shí)現(xiàn)智能化、高效化管理提供了重要支撐，為建筑能耗的減少和室內(nèi)環(huán)境的改善做出更大的貢獻(xiàn)。

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