● 文 |北京星達(dá)科技發(fā)展有限公司 馬劍云 周平來 范志遠(yuǎn)

一、引言

全球絕大多數(shù)中央空調(diào)冷凍站是在高耗能的狀況下運(yùn)行的。美國是世界上使用中央空調(diào)最多的國家，美國能源辦對幾百個(gè)中央空調(diào)冷凍站進(jìn)行了實(shí)測，發(fā)現(xiàn)百分之九十以上的中央空調(diào)冷凍站的能效系數(shù)為3.5～2.9kW/kW，即使用1 kW的電能僅可提供2.9～3.5 kW的冷量，降低空調(diào)系統(tǒng)冷凍站的能耗意義重大。

2017年1月5日，國務(wù)院發(fā)布《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》（國發(fā)〔2016〕74號(hào)），提出了到2020年，全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2015年下降15%。中央空調(diào)是現(xiàn)代建筑中不可缺少的能耗運(yùn)行系統(tǒng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國建筑物能耗約占能源總消耗量的30%。在有中央空調(diào)的建筑物中，中央空調(diào)的能耗約占總能耗的70%，而且呈逐年增長的趨勢。

中央空調(diào)冷凍站主要由冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔、水處理設(shè)備、管道、管道支架、電線電纜及各類閥門、傳感器等組成，目前存在建設(shè)占地面積大、現(xiàn)場交叉施工周期長、接口協(xié)調(diào)復(fù)雜、能耗大、運(yùn)營管理困難、責(zé)任分散、單點(diǎn)控制等一系列問題。中央空調(diào)冷凍站又是由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、制冷劑循環(huán)系統(tǒng)和電器自控系統(tǒng)等分系統(tǒng)組成的一個(gè)整體，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，是典型的“系統(tǒng)的系統(tǒng)”（SOS），實(shí)質(zhì)上是一個(gè)系統(tǒng)工程技術(shù)。

以航天技術(shù)為依托，將航天系統(tǒng)工程技術(shù)、空間能源精細(xì)化管理技術(shù)、空間熱控流體回路技術(shù)、天地遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用于民用建筑暖通領(lǐng)域的集成冷熱源系統(tǒng)，是中央空調(diào)冷凍站的一種新型產(chǎn)品，填補(bǔ)國內(nèi)空白，可有效解決傳統(tǒng)冷凍站建設(shè)模式的各種弊端，可為國內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)的其他產(chǎn)品或系統(tǒng)提供參考。

二、系統(tǒng)工程技術(shù)概述

系統(tǒng)工程技術(shù)是為了最好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目的，對系統(tǒng)的組成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流、控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析研究的科學(xué)方法。它運(yùn)用各種組織管理技術(shù)，使系統(tǒng)的整體與局部之間的關(guān)系協(xié)調(diào)和相互配合，實(shí)現(xiàn)總體的最優(yōu)運(yùn)行。[1]從系統(tǒng)觀念出發(fā)，以最優(yōu)化方法求得系統(tǒng)整體的最優(yōu)的綜合化的組織、管理、技術(shù)和方法的總稱。[2]

實(shí)際系統(tǒng)工程技術(shù)是把系統(tǒng)視為一個(gè)整體，研究整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，而不更多關(guān)注其組成部分的細(xì)節(jié)。系統(tǒng)工程技術(shù)是研究一個(gè)工程系統(tǒng)的頂層綜合、研發(fā)和運(yùn)行過程，追求以優(yōu)化的方式滿足系統(tǒng)各方面的要求。系統(tǒng)工程技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性科學(xué)，它基于對問題做系統(tǒng)的思考，支持橫向的決策和持續(xù)改進(jìn)。[3]

在我國，最早應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)并取得顯著成就的是航天系統(tǒng)。[4]

三、集成冷熱源系統(tǒng)簡介

集成冷熱源系統(tǒng)是以系統(tǒng)工程技術(shù)集成航天器熱控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)[5]、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、流體傳動(dòng)與密封技術(shù)、管路焊接與測試技術(shù)等航天技術(shù)和運(yùn)用系統(tǒng)工程技術(shù)管理理念而成的機(jī)電一體化系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品，是中央空調(diào)冷凍站的新型產(chǎn)品，其主要由鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)、冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔、高效節(jié)能控制系統(tǒng)、水處理設(shè)備、管道、管道支架、電線電纜及各類閥門、傳感器等組成。集成冷熱源系統(tǒng)三維效果圖如圖1所示。

圖1 集成冷熱源系統(tǒng)三維效果圖

集成冷熱源系統(tǒng)所含的高效節(jié)能控制系統(tǒng)主要測控對象如下：冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、電動(dòng)閥門、末端壓差傳感器、供回水干管溫度傳感器、室外溫度傳感器、流量傳感器等。

系統(tǒng)工程技術(shù)在集成冷熱源系統(tǒng)中的內(nèi)涵是把中央空調(diào)冷熱源特定任務(wù)目標(biāo)的需求轉(zhuǎn)換為能最優(yōu)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的系統(tǒng)，確保方案的各方面都被充分考慮，并集成為一個(gè)高效節(jié)能的系統(tǒng)整體，以產(chǎn)品的形式進(jìn)行全生命周期管理。

四、系統(tǒng)工程技術(shù)在集成冷熱源系統(tǒng)應(yīng)用中的探索實(shí)踐

集成冷熱源系統(tǒng)在近10年發(fā)展歷程中，由起初只進(jìn)行單一設(shè)計(jì)研發(fā)，后來逐步摸索應(yīng)用系統(tǒng)工程管理理念，最終形成了行業(yè)內(nèi)獨(dú)有的全生命周期服務(wù)，從技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試到運(yùn)維服務(wù)，讓每一個(gè)環(huán)節(jié)都有成熟的解決方案。系統(tǒng)工程技術(shù)在集成冷熱源系統(tǒng)應(yīng)用中的要素如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工程技術(shù)在集成冷熱源系統(tǒng)應(yīng)用中的要素

1.改變產(chǎn)業(yè)模式

目前國內(nèi)中央空調(diào)冷凍站普遍采用各設(shè)備分開招標(biāo)，由機(jī)電總包負(fù)責(zé)在現(xiàn)場直接按照設(shè)計(jì)院初設(shè)圖紙進(jìn)行安裝，各設(shè)備之間沒有相互聯(lián)系和相互制約關(guān)系，不能從整體協(xié)調(diào)的需要出發(fā)，選擇優(yōu)化方案，沒有按照系統(tǒng)工程技術(shù)來組織實(shí)施，實(shí)際是一種單一的工程機(jī)電安裝模式。

集成冷熱源系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)是從頂層綜合、研發(fā)和運(yùn)行過程，追求以優(yōu)化的方式滿足系統(tǒng)各方面的要求，是從技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試到售后服務(wù)全生命周期負(fù)責(zé)的管理模式，是在建筑設(shè)計(jì)院初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以關(guān)聯(lián)預(yù)測控制技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)為核心，開展二次深化設(shè)計(jì)和三維仿真，取消水泥基礎(chǔ)，對各設(shè)備進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化的機(jī)電一體化系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品，提供從售前到售后的全過程一站式服務(wù)，減少客戶對機(jī)房內(nèi)所有設(shè)備從進(jìn)場安裝到后期維修產(chǎn)生的逐個(gè)溝通的繁雜過程。

作為新興的學(xué)科專業(yè)，跨境電商專業(yè)的良好發(fā)展需要各個(gè)高職院校高度重視，加大投入。高職院校應(yīng)集中財(cái)力、物力和人力努力打造多媒體互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)環(huán)境，加快各類語音室、專業(yè)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)，與此同時(shí)，高職院校還應(yīng)該積極與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司以及外貿(mào)企業(yè)合作，引進(jìn)或者開發(fā)跨境電商的專業(yè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)軟件，通過模擬真實(shí)的跨境電商業(yè)務(wù)流程以及運(yùn)用豐富的案例資源來磨煉學(xué)生的實(shí)踐技能，此外，高職院校還應(yīng)該加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)資源庫的建設(shè)，積極創(chuàng)建和豐富線上和線下的跨境電商自主學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生開展課外的跨境電商自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求，提升其專業(yè)知識(shí)水平和實(shí)踐運(yùn)用能力。

2.系統(tǒng)集成技術(shù)

為了解決中央空調(diào)冷凍站的占地面積大、現(xiàn)場施工難度大、系統(tǒng)綜合性能差等問題，將航天的系統(tǒng)集成技術(shù)[5]引入中央空調(diào)冷凍站建設(shè)，推出了集成冷熱源系統(tǒng)。

系統(tǒng)集成是系統(tǒng)工程技術(shù)的重要組成部分，決定著大型工程系統(tǒng)的成敗，航天工程是典型的大型工程系統(tǒng)，系統(tǒng)集成過程環(huán)節(jié)多且關(guān)系復(fù)雜。以系統(tǒng)集成技術(shù)為核心的集成冷熱源系統(tǒng)也不是對其組成設(shè)備進(jìn)行簡單的供貨和拼裝，而是把集成冷熱源系統(tǒng)作為一個(gè)系統(tǒng)整體來分析，在詳細(xì)了解設(shè)計(jì)院的技術(shù)要求和充分考慮了冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵等設(shè)備廠家所生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行性能的基礎(chǔ)上，分析各個(gè)部分之間的相互聯(lián)系和相互制約關(guān)系，使系統(tǒng)中的各個(gè)部分相互協(xié)調(diào)配合，服從整體優(yōu)化要求；在分析局部問題時(shí)，從整體協(xié)調(diào)的需要出發(fā)，選擇優(yōu)化方案，綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的效果。

集成冷熱源系統(tǒng)將應(yīng)用于航天的系統(tǒng)集成技術(shù)，完美地體現(xiàn)在其自身的集成工藝當(dāng)中。通過承載結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和仿真校核，將系統(tǒng)各種設(shè)備模塊化劃分并集成安裝到設(shè)計(jì)好的高精度鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上后，進(jìn)行系統(tǒng)水壓試驗(yàn)、系統(tǒng)清洗及系統(tǒng)測試，要達(dá)到的目標(biāo)是系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)。

3.模塊化建設(shè)模式

為了解決中央空調(diào)冷凍站的現(xiàn)場交叉施工周期長、接口協(xié)調(diào)復(fù)雜、現(xiàn)場施工難度大、安裝質(zhì)量不高等問題，將系統(tǒng)工程技術(shù)的模塊化設(shè)計(jì)[6-7]引入中央空調(diào)冷凍站建設(shè)，推出了集成冷熱源系統(tǒng)的模塊化建設(shè)模式。

根據(jù)現(xiàn)場情況及產(chǎn)品特點(diǎn)，應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)將集成冷熱源系統(tǒng)的各個(gè)主要組成設(shè)備模塊化分割，并實(shí)現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，使集成冷熱源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理和占地面積小。

集成冷熱源系統(tǒng)作為模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，其與傳統(tǒng)中央空調(diào)冷凍站另一個(gè)區(qū)別在于，集成冷熱源系統(tǒng)經(jīng)過水系統(tǒng)二次優(yōu)化設(shè)計(jì)、設(shè)備選型匹配、系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)仿真校核及生產(chǎn)圖紙深化設(shè)計(jì)后，已經(jīng)具備生產(chǎn)加工的基礎(chǔ)。因此可在工廠進(jìn)行集成冷熱源系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)、管道、管道支架等的預(yù)制加工，并進(jìn)行預(yù)安裝，形成完整的產(chǎn)品。

由于模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，對集成冷熱源系統(tǒng)主要設(shè)備進(jìn)行了模塊劃分，因此工廠預(yù)制完成后可以分模塊運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，并在現(xiàn)場進(jìn)行模塊化拼裝，而集成冷熱源系統(tǒng)產(chǎn)品大同小異，可實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，從而大幅減少了現(xiàn)場安裝時(shí)間以及各廠家、各專業(yè)的交叉施工，降低了施工難度，提高了施工質(zhì)量，保證整個(gè)集成冷熱源系統(tǒng)的整體性能達(dá)到最優(yōu)化。

4.高效節(jié)能控制系統(tǒng)

為了解決中央空調(diào)冷凍站的維護(hù)成本高、管理難度大、單點(diǎn)控制等問題，將系統(tǒng)工程技術(shù)的大系統(tǒng)理論和算法論[8]引入中央空調(diào)冷凍站建設(shè)中，推出了集成冷熱源系統(tǒng)的高效節(jié)能控制系統(tǒng)。

高效節(jié)能控制系統(tǒng)是通過結(jié)構(gòu)化的綜合布線系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各個(gè)分離的設(shè)備、功能和信息等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，使資源達(dá)到充分共享，實(shí)現(xiàn)集中、高效、便利的管理；是對集成冷熱源系統(tǒng)的外部環(huán)境和變化規(guī)律進(jìn)行分析，是一種全自動(dòng)、高效集成化的控制系統(tǒng)；能自動(dòng)根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化和室外溫度變化，高效協(xié)調(diào)系統(tǒng)各子設(shè)備的運(yùn)行模式，使得整個(gè)系統(tǒng)效率達(dá)到最佳，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能運(yùn)行。

高效節(jié)能控制系統(tǒng)也采用航天的系統(tǒng)集成技術(shù)，將功能集成、網(wǎng)絡(luò)集成、軟件界面集成等多種系統(tǒng)集成，并將配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、變頻器、強(qiáng)弱電纜等均集成在鋼結(jié)構(gòu)基座上，為控制柜及變頻器提供必要的鋼支架、吊架、慣性基礎(chǔ)，并提供了運(yùn)送及安裝設(shè)備所必需的運(yùn)送支架及吊架等裝置，安裝運(yùn)輸方便，可大大節(jié)省系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝和調(diào)試周期，并使設(shè)備在運(yùn)送、儲(chǔ)存及安裝期間受到良好保護(hù)，確保設(shè)備不受破損及銹蝕。

高效節(jié)能控制系統(tǒng)內(nèi)各部件集中安裝、放置，便于操作、管理、維修、維護(hù)；控制系統(tǒng)構(gòu)架充分體現(xiàn)“分散控制、集中管理”的系統(tǒng)工程技術(shù)管理理念，對于集成冷熱源系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)功能相對獨(dú)立的設(shè)備，控制系統(tǒng)提供獨(dú)立的現(xiàn)場控制器，能各自分離實(shí)現(xiàn)控制功能；控制系統(tǒng)能提供易于操作的人機(jī)接口，采用15英寸的觸摸屏實(shí)現(xiàn)，以方便現(xiàn)場監(jiān)控，并具備權(quán)限管理功能。

5.智能運(yùn)維系統(tǒng)

為了解決中央空調(diào)冷凍站的信息封閉、運(yùn)營成本高、數(shù)據(jù)無存儲(chǔ)等問題，將系統(tǒng)工程技術(shù)的信息化建設(shè)[9]引入中央空調(diào)冷凍站建設(shè)中，推出了集成冷熱源系統(tǒng)的智能運(yùn)維系統(tǒng)。

智能運(yùn)維系統(tǒng)依托于北京的信息化服務(wù)中心，借助云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)專業(yè)分析，實(shí)現(xiàn)全國各地集成冷熱源系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析及全面監(jiān)控管理。是以信息化平臺(tái)為基礎(chǔ)，以核心資源數(shù)據(jù)庫和客戶端控制系統(tǒng)為載體，為集成冷熱源系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)營提供技術(shù)咨詢、運(yùn)營維護(hù)和節(jié)能改造的服務(wù)體系。集成冷熱源系統(tǒng)通過智能運(yùn)維系統(tǒng)，將中央空調(diào)冷凍站由建設(shè)型向服務(wù)主導(dǎo)型轉(zhuǎn)化，開辟了空調(diào)暖通行業(yè)新型咨詢服務(wù)模式，提高了中央空調(diào)冷凍站的綜合能效管理水平。

五、系統(tǒng)工程技術(shù)在集成冷熱源系統(tǒng)應(yīng)用中的體會(huì)

本文淺析系統(tǒng)工程技術(shù)在航天技術(shù)轉(zhuǎn)化而來的集成冷熱源系統(tǒng)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，可供其他采用系統(tǒng)工程技術(shù)管理理念的產(chǎn)品或系統(tǒng)參考。

1) 系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)集成冷熱源系統(tǒng)從全生命周期提供解決方案。系統(tǒng)工程技術(shù)在集成冷熱源系統(tǒng)中的應(yīng)用，表明從技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試到售后服務(wù)整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中都發(fā)揮重要作用，并在每一個(gè)環(huán)節(jié)都有成熟的解決方案，改變產(chǎn)業(yè)模式，提高產(chǎn)品競爭力，增加經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，填補(bǔ)國內(nèi)空白。

2) 系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用支撐了集成冷熱源系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)模式的快速形成。面對形勢環(huán)境的新變化、新要求，集成冷熱源系統(tǒng)必須積極謀變，主動(dòng)應(yīng)對，繼續(xù)以系統(tǒng)工程技術(shù)為指導(dǎo)原則，構(gòu)建適應(yīng)市場并服務(wù)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的組織體系，形成圍繞核心技術(shù)面向多元市場的發(fā)展格局，從中央空調(diào)行業(yè)的小系統(tǒng)向綠色建筑領(lǐng)域的大系統(tǒng)發(fā)展，形成更高、更大、更強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)模式，響應(yīng)國家軍民融合的大戰(zhàn)略。

3) 系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用始終指導(dǎo)以集成冷熱源系統(tǒng)整體最優(yōu)為目標(biāo)持續(xù)改進(jìn)。系統(tǒng)工程技術(shù)必須以系統(tǒng)整體最優(yōu)化為目標(biāo)，必須要進(jìn)行頂層決策、市場調(diào)研、科學(xué)分析、整體規(guī)劃、統(tǒng)籌安排，這些原則和方法也適用于應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)的其他產(chǎn)品或系統(tǒng)。