關(guān)于暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析與研究

張萍萍 馬亭

【摘要】隨著我國(guó)資源的日益消耗，對(duì)各個(gè)生產(chǎn)生活進(jìn)行節(jié)能減排顯得特別重要。暖通空調(diào)系統(tǒng)是建筑行業(yè)的重要組成部分，也是消耗能量比較大的部分，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有很大意義。本文從闡述暖通空調(diào)系統(tǒng)的重要性入手分析，然后提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以供廣大讀者參考。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)系統(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì);節(jié)能

引言

暖通空調(diào)在最近幾年得到了很大普及，但是隨之而來(lái)的就是關(guān)于如何降低暖通空調(diào)系統(tǒng)能源消耗量的問(wèn)題，這既是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展的具體工作，又是確保暖通空調(diào)能夠長(zhǎng)期使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因而本文對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究有著非常大的實(shí)踐意義。

• 暖通空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

（一）暖通空調(diào)的工作原理

暖通空調(diào)主要是借助于空調(diào)制冷機(jī)蒸發(fā)器內(nèi)的制冷機(jī)與冷凍水進(jìn)行熱量交換，然后將冷凍水降低溫度，制冷劑會(huì)在空壓機(jī)的作用下形成高溫高壓的氣體，而這些氣體經(jīng)過(guò)冷卻塔時(shí)會(huì)受到冷卻水的冷去從而轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，這些液體通過(guò)水泵與混風(fēng)形成冷風(fēng)源，最后在送風(fēng)管路的作用下送到各個(gè)房間。從以上分析可以看出，暖通空調(diào)就是利用冷卻水將房間內(nèi)的熱量帶走，然后經(jīng)過(guò)冷卻塔排放到空氣中[1]。

（二）空調(diào)供水系統(tǒng)

暖通空調(diào)的冷凍水系統(tǒng)的管道為循環(huán)式系統(tǒng)，其內(nèi)部的變流量系統(tǒng)按照組成結(jié)構(gòu)不同可以劃分為相對(duì)變流量系統(tǒng)和真正變流量系統(tǒng)兩種，其中后者是變流量系統(tǒng)中具有很大節(jié)能潛力的系統(tǒng)。

（三）空氣處理單元

暖通空調(diào)向房間內(nèi)部送風(fēng)主要是在空氣處理單元內(nèi)完成，主要原理是新風(fēng)和回風(fēng)會(huì)混合成混風(fēng)，然后經(jīng)過(guò)熱交換器冷凍水混合后向室內(nèi)送風(fēng)。暖通空調(diào)可以實(shí)現(xiàn)在冬夏兩季的操作，在冬季可以依靠混風(fēng)吸收熱量向室內(nèi)排放熱風(fēng);而在夏季可以依靠混風(fēng)吸收室內(nèi)熱量，讓室內(nèi)溫度降低，與室內(nèi)的熱量保持傳遞，從而將室內(nèi)溫度調(diào)至需要的數(shù)值[2]。

熱交換器是混風(fēng)和冷凍水進(jìn)行熱量交換的過(guò)程，所以熱交換器是空氣處理單元中非常重要的組成部分，如果熱交換器工作狀態(tài)處于負(fù)荷后，就會(huì)影響暖通空調(diào)的使用壽命，但是對(duì)目前使用的暖通空調(diào)調(diào)查可以顯示，很多暖通空調(diào)的熱交換器使用都是處于部分負(fù)荷狀態(tài)的，這也就要求在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮熱交換器的這一狀況。

• 暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性分析

首先，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是確保暖通空調(diào)正常工作的保障，也是為人們提供舒適生活環(huán)境的基礎(chǔ)，從而提高人們的生活質(zhì)量和工作效率。目前很多地方使用的暖通空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障，而優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是減少在使用時(shí)各種故障的發(fā)生，延長(zhǎng)其使用壽命。

其次，暖通空調(diào)系統(tǒng)是整個(gè)建筑中消耗能量最高的部分，目前很多施工隊(duì)在施工過(guò)程中都在尋找節(jié)能減排的措施，而從暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面入手就是節(jié)約能源、提高資源使用效率的重要方式。我國(guó)近幾年也提出了可持續(xù)發(fā)展，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是落實(shí)這一政策的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。

再次，目前市場(chǎng)中流通的暖通空調(diào)系統(tǒng)都沒(méi)有考慮到季節(jié)的環(huán)保和房間的設(shè)計(jì)等問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)各種能源的浪費(fèi)，而對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)就是彌補(bǔ)這一缺陷的環(huán)境。另外一方面，很多建筑使用的暖通空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)事故，而優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是降低事故的發(fā)生率。

最后，目前很多建筑公司在選擇暖通空調(diào)系統(tǒng)時(shí)都是采用那種負(fù)荷最大的設(shè)備，而在實(shí)際運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)，很多情況下，暖通空調(diào)都不是處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)的，這樣就造成了很大浪費(fèi)。另外一方面，由于各種氣候因素的影響，比如建筑外部環(huán)境的溫度影響、陽(yáng)光照射的影響等，設(shè)備的使用效率會(huì)因此而下降，能源會(huì)大量浪費(fèi)，而優(yōu)化設(shè)計(jì)就在于根據(jù)建筑的特點(diǎn)來(lái)挑戰(zhàn)系統(tǒng)，確?？照{(diào)的運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

• 暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

（一）控制策略的優(yōu)化

目前空氣處理機(jī)的直接數(shù)字控制器在控制時(shí)都是采用PID進(jìn)行的，因此PID參數(shù)選擇是否正確對(duì)空調(diào)系統(tǒng)有著非常大的影響。如果PID系數(shù)過(guò)高，那么室內(nèi)溫度會(huì)很快就可以達(dá)到設(shè)置的數(shù)值;而如果PID系數(shù)過(guò)低，那么室內(nèi)溫度就很慢才能達(dá)到，或者無(wú)法達(dá)到，這也不是說(shuō)明PID的系數(shù)越高越好，因?yàn)檫^(guò)高的PID系數(shù)會(huì)導(dǎo)致數(shù)字控制器失去穩(wěn)定性。

雖然PID對(duì)于大多數(shù)場(chǎng)合的空調(diào)控制問(wèn)題都能夠得到解決，但是對(duì)于那些對(duì)PID系統(tǒng)要求比較高的空調(diào)系統(tǒng)就很難解決，比如一些場(chǎng)合使用的大熱慣性系統(tǒng)，就需要采用雙級(jí)控制的辦法，將溫度傳感器安裝在室內(nèi)和送風(fēng)管兩個(gè)部位，由直接數(shù)字控制器來(lái)統(tǒng)一調(diào)控室內(nèi)的溫度，對(duì)于水閥方面的驅(qū)動(dòng)可以借助于其他數(shù)字控制器來(lái)完成。在雙級(jí)控制中，風(fēng)道的溫度變化應(yīng)該比室內(nèi)溫度變化快，這樣可以借助于控制方式的把握來(lái)完成，通過(guò)加速空調(diào)系統(tǒng)對(duì)溫度波動(dòng)的響應(yīng)。

為了考慮實(shí)際工程的特點(diǎn)，控制策略的優(yōu)化可以根據(jù)不同情況而發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)真正優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。對(duì)于那些對(duì)溫度要求比較高的大型場(chǎng)所可以在清晨時(shí)通過(guò)控制程序啟動(dòng)空氣處理機(jī)，同時(shí)還可以借助于室外的涼風(fēng)對(duì)室內(nèi)進(jìn)行全面換氣預(yù)冷，這也是節(jié)能減排的重要手段，同時(shí)還達(dá)到了凈化室內(nèi)空氣質(zhì)量的目的[4]。

（二）控制權(quán)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)控制權(quán)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅是確保節(jié)約能源的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，也是對(duì)室內(nèi)溫度和濕度進(jìn)行及時(shí)調(diào)整的手段，特別適用于一些小的房間，比如會(huì)議室?？刂茩?quán)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是將空調(diào)或是通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定功能放置在現(xiàn)場(chǎng)，那么就可以根據(jù)室內(nèi)使用人員的要求及時(shí)調(diào)整，從而更加符合他們的要求。數(shù)字控制器本身并不具備這方面的功能，需要在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)專門設(shè)置相應(yīng)的部件來(lái)完成，目前經(jīng)常使用的VRV控制面板就是其中非常有代表性的設(shè)定器，不僅操作方面，而且設(shè)置在室內(nèi)安全可靠。

（三）數(shù)字控制器的優(yōu)化

數(shù)字控制器在暖通空調(diào)中有各種等級(jí)的處理能力，所以在選擇數(shù)字控制器時(shí)應(yīng)該根據(jù)具體場(chǎng)合的需要而設(shè)計(jì)。對(duì)于那些比較密集的場(chǎng)合就應(yīng)該優(yōu)先選擇比較大型的數(shù)字控制器，這樣可以減少各種故障的發(fā)生，提高控制器相互間的通訊正常。而對(duì)于類似于通風(fēng)機(jī)、新風(fēng)機(jī)、空氣處理機(jī)這樣的設(shè)備就可以選擇那些中小型的數(shù)字控制器，主要是為了降低能源的消耗。為了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)暖通空調(diào)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，可以在前期過(guò)程中利用可編程邏輯控制器技術(shù)，這樣就可以充分根據(jù)安裝空調(diào)具體的情況而設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。

【參考文獻(xiàn)】

[1]聶清珍.?暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能與節(jié)支優(yōu)化策略研究[D].山東大學(xué)，2010.

[2]劉映.?暖通空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本研究[D].重慶大學(xué)，2004.

[3]楊曉平.?暖通空調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2005.

[4]李明海?，魯娟，任慶昌，李安桂.?智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化方法研究[J].?中國(guó)科技信息，2005，15：161-163.