建筑暖通空調(diào)的節(jié)能及優(yōu)化處理研究

葉小剛，袁彬彬，錢波，唐國(guó)強(qiáng)

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司）

1 引言

建筑的不斷發(fā)展改變了人們的工作和生活方式，增強(qiáng)了居民的幸福感和體驗(yàn)感。節(jié)能型建筑采用先進(jìn)的智能化設(shè)備系統(tǒng)改善了業(yè)主的居住環(huán)境，采用先進(jìn)的節(jié)能措施和方法可以優(yōu)化智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，降低電能消耗，更加適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)節(jié)能、環(huán)保、低碳的發(fā)展理念。暖通空調(diào)系統(tǒng)作為智能建筑中能耗最高的系統(tǒng)，占據(jù)建筑能耗的一多半，定流量的水系統(tǒng)是傳統(tǒng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)中最常見的室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)方式。在當(dāng)前建筑中，采用了變風(fēng)量和變流量系統(tǒng)，相較傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，能耗更低、調(diào)節(jié)效率更高[1-6]。

在建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工中的節(jié)能優(yōu)化是設(shè)計(jì)人員和施工人員必須考慮的問題，因此，作者應(yīng)該從本人工作實(shí)踐出發(fā)，選擇在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一至兩個(gè)問題，深入剖析，介紹節(jié)能的先進(jìn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

2 建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)需要遵循的基本原則

2.1 節(jié)能減排基本原則

目前，建筑設(shè)備能耗較高，制定相應(yīng)節(jié)能方案才可以降低能耗，提高資源利用效率，將節(jié)能方案和措施做成標(biāo)準(zhǔn)化，成為建筑設(shè)計(jì)節(jié)能的通用原則，才可以更好地節(jié)能減排、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，更好地落實(shí)可持續(xù)發(fā)展理念。暖通空調(diào)作為建筑第一能耗設(shè)備，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要用到的設(shè)備原件有溫控器、傳感器、調(diào)節(jié)閥和氣候補(bǔ)償器等，因此，對(duì)暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)，要在滿足業(yè)主采暖供冷需求的前提下，優(yōu)化節(jié)能措施方案。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中考慮到室內(nèi)外溫差和墻體的保溫性能，充分利用地?zé)帷⒖諝饽芎吞?yáng)能等可再生綠色資源，替代電能和煤炭的傳統(tǒng)能源，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

2.2 舒適性基本原則

建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)不僅滿足于調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度和通風(fēng)量，更應(yīng)該側(cè)重提高業(yè)主居住空間的健康和舒適度，在空調(diào)系統(tǒng)中，采用綠色環(huán)保型冷媒代替?zhèn)鹘y(tǒng)氟利昂制冷劑，減少對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境的影響。

3 暖通空調(diào)高能耗的原因分析

3.1 系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行不合理

在建筑中，提高暖通空調(diào)的運(yùn)行質(zhì)量和效率才可以降低其實(shí)際能耗。空調(diào)系統(tǒng)的主要核心設(shè)備是壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和水泵等，同時(shí)這類設(shè)備也是主要耗能設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)有相關(guān)因素影響其高效率運(yùn)行，例如，系統(tǒng)運(yùn)行軌道不合理、溫度控制不合理、運(yùn)行參數(shù)不合理等都加大了這類設(shè)備的無效運(yùn)轉(zhuǎn)，造成了不必要的資源浪費(fèi)。

3.2 運(yùn)行開關(guān)智能化有待提高

暖通空調(diào)運(yùn)行中會(huì)根據(jù)室內(nèi)溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過智能開關(guān)與變頻技術(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行啟停和運(yùn)行出力大小。因此，空調(diào)系統(tǒng)配置的開關(guān)應(yīng)具有智能化、自動(dòng)化控制功能。自動(dòng)化開關(guān)可以對(duì)室內(nèi)溫濕度傳感器傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行自動(dòng)響應(yīng)，并根據(jù)溫濕度信號(hào)大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免空調(diào)系統(tǒng)過度運(yùn)行，減少不必要的電能損耗。但是，目前一些空調(diào)的開關(guān)裝置無論在靈敏度還是控制方面還是不夠智能，不能對(duì)室內(nèi)微小溫差進(jìn)行平滑控制，與預(yù)期目標(biāo)還有差距，智能化控制技術(shù)有待提高。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性不夠

建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率影響重大，建筑物的采光、通風(fēng)、墻體保溫效果都會(huì)影響空調(diào)的運(yùn)行能耗。建筑結(jié)構(gòu)以及墻體材料的選擇至關(guān)重要，不僅要符合美觀設(shè)計(jì)要求，還要注重材料的綠色環(huán)保。當(dāng)前，很多建筑在設(shè)計(jì)時(shí)選用了玻璃幕墻，整體玻璃幕墻采光效果好、美觀大方，但是保溫隔熱效果差，容易造成室內(nèi)溫度冷熱不均和能量流失，加大了空調(diào)的運(yùn)行能耗，不利于提高能源效率。

4 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法措施

4.1 優(yōu)化建筑物空調(diào)系統(tǒng)

節(jié)能型建筑的暖通空調(diào)具有制冷和制熱兩個(gè)功能，可根據(jù)室外溫度變化向室內(nèi)提供冷源和熱源，同時(shí)制冷和制熱過程也是整個(gè)系統(tǒng)中能耗較大的環(huán)節(jié)，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷改進(jìn)工藝和技術(shù)，提高空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)效率。在制冷功能運(yùn)行情況下，可以采用“串并聯(lián)”方式提高冷量的存儲(chǔ)能效和利用率。在制熱功能運(yùn)行時(shí)，采用更加智能靈敏的溫控閥控制水流量的動(dòng)態(tài)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)溫度控制的平滑穩(wěn)定。

4.2 合理應(yīng)用熱量回收技術(shù)

空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行和管道冷凝熱會(huì)排放出去，采用合適的熱量回收技術(shù)可以循環(huán)利用冷凝熱和排風(fēng)余熱，提高空調(diào)制熱效率。

4.3 探究可再生能源利用技術(shù)

針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)電能消耗大的特點(diǎn)，可以探究?jī)?chǔ)能設(shè)備與可再生能源相結(jié)合的方式，通過采用太陽(yáng)能制熱、地源熱泵制熱、風(fēng)光發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)綠色能源替代傳統(tǒng)石化能源。

4.4 優(yōu)化變頻空調(diào)技術(shù)

近年來，隨著變頻控制技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)壓縮電機(jī)更加靈活和平滑的運(yùn)行控制，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。

5 BA控制系統(tǒng)中暖通空調(diào)的優(yōu)化控制

通過將空調(diào)相關(guān)運(yùn)行信號(hào)接入樓宇智能控制系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)中央控制器對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況的集中監(jiān)控和控制。節(jié)能型建筑的空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備分布式運(yùn)行，且送排風(fēng)系統(tǒng)工作量大，通過對(duì)系統(tǒng)的集中監(jiān)控可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行異常，并做好系統(tǒng)整體運(yùn)行情況分析。同時(shí)，提高空調(diào)的優(yōu)化控制技術(shù)，可以降低設(shè)備故障率和運(yùn)行異常率，并及時(shí)做好設(shè)備維護(hù)檢修，避免空調(diào)系統(tǒng)帶病運(yùn)行，提高能效。

5.1 DDC與ID的合理選用

在樓宇智能控制系統(tǒng)中，總共有三個(gè)處理能級(jí)級(jí)別的DDC控制器。中小型控制器一般用在空氣處理和通風(fēng)機(jī)、新風(fēng)系統(tǒng)上，大型控制器用于冷凍機(jī)房和配電房?jī)?nèi)，通過搭配合適控制器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行和諧匹配，提高控制器運(yùn)行性能。VRV中央空調(diào)控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)末端分布式設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，末端傳感器可以采集現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，并采用TCP/IP局域網(wǎng)或者總線R485通信技術(shù)方式，將傳感器數(shù)據(jù)傳輸至中央控制器，并將中央控制器指令傳輸至終端設(shè)備進(jìn)行相關(guān)操作，例如，控制開關(guān)、風(fēng)速風(fēng)向控制、溫度調(diào)節(jié)及故障報(bào)警等。在樓宇智能控制系統(tǒng)和節(jié)能管理平臺(tái)上，設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)VRV中央空調(diào)控制器RS232/RS485接口和通信協(xié)議進(jìn)行相關(guān)功能拓展開發(fā)，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)或設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制。

空調(diào)的空氣處理機(jī)是保證空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的核心設(shè)備，因此要確保其DDC控制器與PID參數(shù)相匹配。當(dāng)設(shè)置的PID參數(shù)低于實(shí)際需求時(shí)，那么空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到溫度設(shè)置值的時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)；當(dāng)設(shè)置的PID參數(shù)高于實(shí)際需求時(shí)，所需時(shí)間會(huì)縮短。PID參數(shù)設(shè)置較高時(shí)，DDC控制器系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定會(huì)降低，制冷和制熱量會(huì)有一定波動(dòng)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥會(huì)周期性運(yùn)動(dòng)。因此，必須確保PID參數(shù)控制在合適的范圍內(nèi)，才能對(duì)正常的室內(nèi)溫度實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)控。常見的設(shè)置PID的參數(shù)方法：當(dāng)調(diào)試人員已知臨界點(diǎn)的頻率，可以根據(jù)相關(guān)原則直接整定PID參數(shù)；若已知臨界頻率點(diǎn)過程對(duì)象的幅值，可以采用移動(dòng)臨界點(diǎn)的方式，將其移動(dòng)至幅值和相位裕度位置進(jìn)行PID參數(shù)正定。

設(shè)備運(yùn)行人員采用雙級(jí)控制的方式高系統(tǒng)對(duì)與室內(nèi)溫度變化的響應(yīng)速度，確保空調(diào)管道溫度與室內(nèi)溫度變化的一致性。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的環(huán)境和氣候，合理調(diào)整空調(diào)運(yùn)行方式。對(duì)于商業(yè)建筑，運(yùn)行人員可在夏秋季節(jié)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置，在清晨啟動(dòng)空氣處理機(jī)和新風(fēng)系統(tǒng)，流通室內(nèi)空氣起到預(yù)冷換氣作用。

5.2 BA控制權(quán)的合理使用

BA樓宇智能控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有系統(tǒng)的集中控制，發(fā)揮中央控制的主動(dòng)權(quán)。例如，對(duì)大型綜合場(chǎng)館和辦公建筑，會(huì)根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置不同功能區(qū)域，同時(shí)每個(gè)區(qū)域?qū)貪穸鹊男枨蟛煌强照{(diào)系統(tǒng)DDC控制器不能設(shè)置多組參數(shù)，因此，可以使用中央控制系統(tǒng)VRV控制面板對(duì)各個(gè)子設(shè)備實(shí)現(xiàn)分組控制。

5.3 控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，并建立BAS監(jiān)控中心

節(jié)能型建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜且分布廣泛，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)合理地做好空調(diào)系統(tǒng)的管網(wǎng)優(yōu)化。設(shè)計(jì)時(shí)，采用RS485總線技術(shù)為基礎(chǔ)的控制網(wǎng)絡(luò)，盡量簡(jiǎn)化其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確?？刂凭W(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單可靠。對(duì)大型建筑采用樓層網(wǎng)絡(luò)分級(jí)方式，對(duì)于小型分布式網(wǎng)絡(luò)采用“手拉手”布線方式。節(jié)能型建筑中暖通空調(diào)系統(tǒng)的核心控制位于BAS監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行控制。在某些設(shè)計(jì)中，樓宇智能化系統(tǒng)同時(shí)管控著空調(diào)監(jiān)控、安保監(jiān)控、消防系統(tǒng)等，該設(shè)計(jì)方式不太合理。例如，大型商業(yè)建筑場(chǎng)所，鍋爐房和冷凍機(jī)房單獨(dú)設(shè)置，距離較遠(yuǎn)，在對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)存在一定難度，為了提高整體的安全可靠性，應(yīng)對(duì)樓宇智能系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃。

6 結(jié)語(yǔ)

暖通空調(diào)系統(tǒng)是當(dāng)前各個(gè)節(jié)能型建筑必不可少的一部分，同時(shí)也是能耗最高系統(tǒng)。在暖通空調(diào)實(shí)際運(yùn)行中，由于各種因素影響著其運(yùn)行效率，嚴(yán)重阻礙了其高效率低能耗運(yùn)行。本文通過對(duì)影響暖通空調(diào)節(jié)能運(yùn)行的各個(gè)因素盡心分析，并提供了對(duì)應(yīng)的改善措施和優(yōu)化方案，通過對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行工況的最優(yōu)模式，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)節(jié)能減排的目標(biāo)，滿足人民群眾綠色、低碳、高效的生活方式。