淺析智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化策略

施彤濱，張曉楊

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司）

淺析智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化策略

施彤濱，張曉楊

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司）

智能建筑是建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向，通過(guò)各種計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑的智能化、自動(dòng)化控制。暖通空調(diào)系統(tǒng)是智能建筑的重要組成部分，從多個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)，完善系統(tǒng)控制功能，有利于改善智能建筑的居住和辦公環(huán)境。

智能建筑；暖通空調(diào)；系統(tǒng)控制；優(yōu)化調(diào)節(jié)

1 引言

在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，建筑工程的技術(shù)水平不斷提升，人們對(duì)于建筑的需求不再局限于基本的居住標(biāo)準(zhǔn)，而是更加強(qiáng)調(diào)便利、舒適、高效的居住環(huán)境，這就對(duì)建筑工程的整體性能提出了更高的要求。智能建筑不僅能夠提高建筑內(nèi)部各類控制系統(tǒng)的應(yīng)用性能，還能夠通過(guò)高新技術(shù)和新型材料、設(shè)備的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能化、綠色化。暖通空調(diào)系統(tǒng)作為智能建筑中的一項(xiàng)重要控制系統(tǒng)，主要涉及建筑通風(fēng)、采暖、空氣調(diào)節(jié)等方面的功能，直接關(guān)系到整個(gè)建筑的內(nèi)部應(yīng)用環(huán)境，同時(shí)，暖通空調(diào)系統(tǒng)也是耗能比較多的一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整成為智能建筑發(fā)展需要研究的重要課題。

2 智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)析

2.1 智能建筑的概念

在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人們的生活和工作與信息技術(shù)密切相關(guān)。傳統(tǒng)建筑難以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，為了提升建筑的整體應(yīng)用質(zhì)量，智能化建筑應(yīng)運(yùn)而生。智能建筑就是在現(xiàn)代建筑的基礎(chǔ)上，融入網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電氣自動(dòng)化控制技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)部各項(xiàng)環(huán)節(jié)的最優(yōu)控制。智能建筑主要通過(guò)各類控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高水平的服務(wù)功能，例如辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)、監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)、消防安保自動(dòng)化系統(tǒng)等。因此，智能建筑綜合應(yīng)用了各類電力電子設(shè)備、機(jī)電設(shè)備，將各類管理和服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，進(jìn)而提升建筑的整體性能。

2.2 暖通空調(diào)系統(tǒng)

暖通空調(diào)系統(tǒng)是智能建筑控制系統(tǒng)中的重要組成部分，主要對(duì)通風(fēng)、采暖、換氣等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)、搭配，從而為建筑用戶提供舒適、健康的辦公和生活環(huán)境。智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、管理層三個(gè)部分，其中，現(xiàn)場(chǎng)層主要由下位機(jī)完成控制，各類傳感器、執(zhí)行器、儀器儀表通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)連接，傳感器完成數(shù)據(jù)的采集和傳輸功能；控制層和管理層則需要上位機(jī)完成各項(xiàng)控制功能，控制層主要由DDC控制器組成，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的智能化控制，管理層主要由數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器、管理員站、操作員站等組成，具有人機(jī)對(duì)話、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理、操作管理等功能。在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)智能建筑的應(yīng)用要求，確保室內(nèi)溫度的控制以及空氣流通性的調(diào)節(jié)。

3 智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化策略

3.1 DDC控制器的優(yōu)化

DDC（即直接數(shù)字控制器）是智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。在智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要應(yīng)用到各種類型的DDC，其處理能力也有大小區(qū)分，這就需要根據(jù)系統(tǒng)的具體控制要求選用合適的DDC。通常而言，對(duì)于冷凍機(jī)房、熱力站等監(jiān)控點(diǎn)較為密集的場(chǎng)所需要采用大型DDC控制器，從而減少暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障發(fā)生率，同時(shí)確保各類控制器之間的良好通信質(zhì)量；對(duì)于新風(fēng)機(jī)、通分機(jī)、空氣處理機(jī)等，則可以采用小型或重型的DDC控制器。此外，隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，PLC（即可編程控制器）技術(shù)以其功能完善、體積小、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，已不再局限于工業(yè)領(lǐng)域，在智能建筑中也將發(fā)揮良好的控制作用，例如在空調(diào)通風(fēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制工程中可以取代部分DDC控制器。

3.2 PID控制的優(yōu)化

智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，空氣處理機(jī)的DDC主要采用PID控制原理進(jìn)行控制，PID參數(shù)的設(shè)置十分重要，只有合理進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)計(jì)，才能夠保障暖通空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果PID系數(shù)較高，那么暖通空調(diào)系統(tǒng)中反映室內(nèi)溫度特性的曲線就會(huì)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，進(jìn)而影響DDC控制器工作的穩(wěn)定性。如果PID系數(shù)較低，那么溫度波動(dòng)曲線變化緩慢，并且設(shè)定溫度的調(diào)節(jié)過(guò)程較長(zhǎng)。因此，在智能建筑暖通空調(diào)實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。此外，PID對(duì)于一些大型場(chǎng)所的控制系統(tǒng)，在負(fù)荷變化響應(yīng)效率方面存在諸多不足，這就需要在空調(diào)送風(fēng)道和室內(nèi)安裝溫度傳感器，由DDC主控制器發(fā)出指令調(diào)動(dòng)DDC副控制器完成水閥驅(qū)動(dòng)，提升暖通空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于溫度波動(dòng)的回應(yīng)速度。

3.3 能量管理的優(yōu)化

智能建筑暖通空調(diào)的一個(gè)重要方向就是節(jié)能降損，可以這就需要做好能量管理與控制技術(shù)的應(yīng)用。能量管理與控制技術(shù)通過(guò)系統(tǒng)化功能，能夠優(yōu)化智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量和變風(fēng)量的空調(diào)儲(chǔ)壓，進(jìn)而發(fā)揮節(jié)能降損的作用。能量管理與控制發(fā)揮的優(yōu)化措施包括：①將溫度裝置裝設(shè)在空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)端，實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)量以及空氣溫度的優(yōu)化調(diào)節(jié)，之后對(duì)送風(fēng)靜壓以及新風(fēng)量進(jìn)行科學(xué)、合理地設(shè)定；②對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行流量控制，進(jìn)而提高節(jié)能效果，該控制原理主要是根據(jù)水溫的實(shí)際數(shù)值，通過(guò)能源供應(yīng)的調(diào)節(jié)，例如加熱、散熱等，將溫度控制在穩(wěn)定范圍，避免溫度異常造成的能源浪費(fèi)；③感應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用，將智能化的感應(yīng)設(shè)備，例如各類傳感器，應(yīng)用到智能建筑內(nèi)部的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，根據(jù)室內(nèi)用戶的體感溫度實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而更加人性化地提高室內(nèi)的舒適度。

3.4 網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)化

智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)要更加全方位、多角度的實(shí)現(xiàn)控制功能，就需要進(jìn)一步優(yōu)化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)的同時(shí)，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量，從而為信息傳輸提供保障。在智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，基于RS485總線或Lon Talk總線的控制網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)一步優(yōu)化[2]。對(duì)于RS485類型的總線控制網(wǎng)絡(luò)，在小型工程應(yīng)用過(guò)程中，可以采用“手拉手”布線方式，而在大型工程應(yīng)用中，則需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分級(jí)管理，例如以樓層為單位進(jìn)行有效處理。對(duì)于Lon Talk總線的控制網(wǎng)絡(luò)，從理論上講可以進(jìn)行任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組合，實(shí)現(xiàn)多分支、多分級(jí)的網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，但是如果應(yīng)用不當(dāng)也會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，因此，相關(guān)技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際情況謹(jǐn)慎使用。

3.5 控制權(quán)優(yōu)先調(diào)節(jié)

智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)需要根據(jù)統(tǒng)一的控制原則進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)溫度、風(fēng)量的協(xié)調(diào)控制和集中化管理。但是，智能建筑不同區(qū)域存在著差異化的使用功能，對(duì)于溫度等方面的要求也有所不同，例如建筑內(nèi)部大型的會(huì)議廳需要設(shè)置獨(dú)立的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，這就需要對(duì)集中化管理模式進(jìn)行調(diào)整。暖通空調(diào)系統(tǒng)可以對(duì)控制權(quán)進(jìn)行優(yōu)先調(diào)節(jié)，根據(jù)需求配置專用的儀器設(shè)備，通過(guò)VRV控制面板，實(shí)現(xiàn)分項(xiàng)控制功能，從而為建筑用戶提供更加具有專屬性的室內(nèi)環(huán)境，同時(shí)提高室內(nèi)暖通空調(diào)系統(tǒng)控制的便捷性、舒適性。近年來(lái)，一些建筑中選用了相關(guān)的手控參數(shù)系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)安裝控制數(shù)字設(shè)定設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的及時(shí)調(diào)控。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，節(jié)能減排、綠色環(huán)保是現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的必然方向，符合和諧社會(huì)發(fā)展的客觀要求。智能建筑綜合了各類智能化控制系統(tǒng)，可以利用更加先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。針對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)，需要根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及控制特點(diǎn)，采取有效的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的優(yōu)化調(diào)節(jié)，進(jìn)而提高暖通空調(diào)的運(yùn)行效果，確保智能建筑的整體效益。

[1]董茂祥.智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施解析[J].建材與裝飾,2016(47):160-161.

[2]李述巖.智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施探討[J].中華民居(下旬刊),2014(2):229.

Optimization Strategy of Intelligent Building HVAC System

SHI Tong-bin, ZHANG Xiao-yang

(China Urban Construction Research Institute Co., Ltd.)

Intelligent building is an important direction of the development of the construction industry, through the application of various computer technology, information technology, electrical automation control technology, can realize the intelligent and automatic control of buildings. Hvac system is an important part of intelligent building. it is beneficial to improve the living and office environment of intelligent building by optimizing and adjusting the system from many aspects.

intelligent building; HVAC; optimization strategy