綠色建筑中暖通空調(diào)節(jié)能控制方法的研究

彭 濤

(甘肅建投建設(shè)有限公司,甘肅 蘭州 730000)

隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展,在復(fù)雜多變的時(shí)代背景下,建筑工程不僅需要滿足用戶群體所需的功能性,還應(yīng)當(dāng)契合時(shí)代發(fā)展的需求?，F(xiàn)如今社會(huì)對(duì)建筑工程在綠色環(huán)保方面的要求不斷提升,想要契合現(xiàn)代化工程的發(fā)展目標(biāo),就需要切實(shí)提升建筑工程的環(huán)保特性。伴隨綠色建筑成為熱門的建筑工程類型,其中,暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制功能至關(guān)重要。由于暖通空調(diào)是必不可少的設(shè)施,為了提升綠色建筑的環(huán)保性,必須解決暖通空調(diào)能耗過大的問題。通過采取切實(shí)有效的節(jié)能控制方法減少能源消耗,能夠符合當(dāng)下的環(huán)保需求,促進(jìn)能源的利用。

1 工程案例

某建筑工程位于一線城市的中心區(qū)域,占地面積為5 266.8 m2,該建筑的主要功能是辦公與商務(wù)。為了契合社會(huì)發(fā)展的需求,響應(yīng)我國對(duì)于綠色生態(tài)建設(shè)工程項(xiàng)目的發(fā)展方針,該建筑的建設(shè)原則是綠色環(huán)保。其中,暖通空調(diào)系統(tǒng)是影響建筑環(huán)保性能的重要系統(tǒng),為了滿足建筑的基本功能特性,也為了提升人們的居住體驗(yàn)感和舒適度,暖通空調(diào)系統(tǒng)是必不可少的設(shè)施,該綠色建筑工程為了有效節(jié)約能源、降低能源消耗,采取了一系列暖通空調(diào)節(jié)能控制方法,降低了暖通空調(diào)系統(tǒng)的總體能耗。

2 綠色建筑中暖通空調(diào)節(jié)能的前期準(zhǔn)備

2.1 暖通節(jié)能能耗分析

暖通空調(diào)系統(tǒng)主要包括空調(diào)機(jī)組和換熱機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管等?？照{(diào)系統(tǒng)能耗影響因素見圖1。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)能耗影響因素

為了實(shí)現(xiàn)綠色建筑節(jié)能減排的目的,在對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制的過程中,需要采取現(xiàn)實(shí)可行的方法。首先,應(yīng)當(dāng)從能耗分析入手,明確暖通空調(diào)系統(tǒng)中的能源使用情況,針對(duì)性地調(diào)整控制方案,解決部分設(shè)備能耗過大的問題。綠色建筑中使用的暖通空調(diào)系統(tǒng),其整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,其中的換熱站為非常重要的設(shè)備集群。換熱站主要是通過換熱器進(jìn)行熱量排放,促使建筑中的熱量能夠被及時(shí)排出,排風(fēng)系統(tǒng)能循環(huán)往復(fù)地執(zhí)行。要對(duì)綠色建筑暖通空調(diào)的能耗進(jìn)行分析,應(yīng)當(dāng)清楚其運(yùn)作原理,換熱站中包含室內(nèi)外溫度采集傳感控制器,當(dāng)溫度傳感器采集到信息后,會(huì)將其傳遞給換熱站中的氣候補(bǔ)償控制器[1]。氣候補(bǔ)償控制器會(huì)結(jié)合此前設(shè)定好的參數(shù)條件輸出調(diào)節(jié)信號(hào),進(jìn)而調(diào)節(jié)內(nèi)部溫度條件,使其達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值。想要調(diào)節(jié)溫度值達(dá)到特定的數(shù)值,通常采取供水溫度采集的方式,控制換熱站送風(fēng)的溫度,以此控制熱源進(jìn)出的循環(huán)過程。因此,其中涉及的氣候補(bǔ)償控制器、換熱器、電動(dòng)三通閥、供水設(shè)備、溫度采集傳感等設(shè)備都需要消耗能量,在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的過程中,可以從降低能耗的角度出發(fā),選用能耗較低的設(shè)備,從根本上解決能源損耗過大的問題。暖通空調(diào)系統(tǒng)也會(huì)涉及室內(nèi)外環(huán)境溫濕度的調(diào)控,由于能源的損耗不可避免,想要更加契合節(jié)能目標(biāo),應(yīng)當(dāng)在降低能耗的同時(shí)進(jìn)一步計(jì)算精準(zhǔn)的負(fù)荷。

2.2 精準(zhǔn)計(jì)算負(fù)荷的方法

綠色建筑中的暖通空調(diào)控制系統(tǒng)能源損耗較大的原因是超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),因此,需要精準(zhǔn)計(jì)算暖通空調(diào)系統(tǒng)承載的負(fù)荷,在滿足基礎(chǔ)條件的同時(shí),控制其負(fù)荷在正常范圍內(nèi),有效降低能耗、成本。很多設(shè)備在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后,其承載負(fù)荷的能力直線下降,而操作人員沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,依然采取此前的運(yùn)作方案,會(huì)導(dǎo)致這些設(shè)備無力承載過大的負(fù)荷,持續(xù)增加能源的消耗,增加不必要的支出成本,也會(huì)使運(yùn)作效果大打折扣,極大地影響了使用體驗(yàn),降低了工作效率,不利于推動(dòng)節(jié)能控制的進(jìn)程[2]。暖通空調(diào)系統(tǒng)中的空調(diào)機(jī)組進(jìn)行熱回收時(shí),需要承載排風(fēng)、送風(fēng)、回風(fēng)等任務(wù)(見圖2),不同任務(wù)對(duì)設(shè)備施加的負(fù)荷也不同,精準(zhǔn)計(jì)算負(fù)荷的方法通常要將影響綠色建筑內(nèi)部溫度變化的所有可控因素都考慮進(jìn)去,比如綠色建筑自身存在的熱損失情況,以及建筑所處區(qū)域當(dāng)下的太陽直射強(qiáng)度、當(dāng)前溫度、氣候變化因素所導(dǎo)致的溫濕度差異等,除此之外,設(shè)備的使用年限、設(shè)備的基礎(chǔ)性能條件也是影響負(fù)荷的權(quán)重因素。

圖2 暖通空調(diào)系統(tǒng)熱回收流程

3 綠色建筑中暖通空調(diào)節(jié)能控制方法分析

在綠色建筑中做好暖通空調(diào)節(jié)能控制工作,主要的原則有節(jié)約原則、循環(huán)利用原則和生態(tài)環(huán)保原則,可以采取的切實(shí)可行的控制方法有以下幾種。

3.1 應(yīng)用蓄熱技術(shù)

蓄熱技術(shù)的分類及特點(diǎn)見表1。第一種方法是基于綠色建筑暖通空調(diào)的系統(tǒng)布置情況,將蓄熱或蓄冷技術(shù)應(yīng)用在節(jié)能控制的過程里。暖通空調(diào)在運(yùn)作時(shí),其內(nèi)部的電負(fù)荷呈現(xiàn)線性波動(dòng),想要有效提高電能的使用效率,可以采取專用的蓄熱或蓄冷設(shè)備,提前積蓄一定的冷氣或熱量,降低電能的損耗,緩解總體的用電壓力,提升節(jié)能環(huán)保性。通過DDC控制器的技術(shù),融合蓄冷或蓄熱設(shè)備,共同將綠色建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的回水與冷凍水的溫度調(diào)節(jié)至最佳狀態(tài),確保在實(shí)際運(yùn)作過程中暖通空調(diào)的機(jī)組運(yùn)行數(shù)量是適宜的,保證暖通空調(diào)系統(tǒng)能夠儲(chǔ)備特定的水量,在遇到突發(fā)狀況時(shí)也能保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

表1 蓄熱技術(shù)的分類及特點(diǎn)

3.2 安設(shè)溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度變化

第二種方法是采集建筑內(nèi)部的溫度信息,根據(jù)收集到的溫度數(shù)據(jù)調(diào)整綠色建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量與出風(fēng)量,不同的暖通空調(diào)系統(tǒng)的適宜出風(fēng)量不同,因此,應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際的溫度變化進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過專業(yè)部門多次核算過后的最佳計(jì)算公式,精準(zhǔn)計(jì)算出該綠色建筑適宜的暖通空調(diào)啟動(dòng)次數(shù)以及時(shí)長(zhǎng),將其啟動(dòng)的運(yùn)作過程控制在最佳節(jié)能狀態(tài),保證運(yùn)行的穩(wěn)定性,提升整體的節(jié)能效率。結(jié)合溫度變化情況調(diào)節(jié)新風(fēng)口和出風(fēng)口的開關(guān)次數(shù),在暖通空調(diào)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí),最好將所有的通風(fēng)閥門都關(guān)閉,以此來有效地節(jié)約能量的損耗[4]。為了進(jìn)一步增強(qiáng)感應(yīng)效果,可以適當(dāng)安裝性能優(yōu)良的溫度傳感器,幫助接收更加準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù),在選定的時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié),通過電信號(hào)的形式輸出溫度數(shù)值變化情況。出風(fēng)和回風(fēng)的溫度都應(yīng)該保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi),結(jié)合此前評(píng)估的數(shù)值進(jìn)行校對(duì)和調(diào)整。溫度傳感器種類及特點(diǎn)見表2。

表2 溫度傳感器種類及特點(diǎn)

3.3 采用熱泵技術(shù)

第三種方法是采取熱泵技術(shù),此種技術(shù)的原理是通過循環(huán)熱源提取的方式對(duì)可再生資源進(jìn)行廢物利用,使其能夠產(chǎn)生出熱能,進(jìn)而為綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)提供能源支持,實(shí)現(xiàn)環(huán)保的目的,節(jié)約獲取能源所需要支付的成本。熱泵技術(shù)還具備更強(qiáng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性,傳統(tǒng)能源能耗大、價(jià)格高,長(zhǎng)期使用需要支付巨額的費(fèi)用,比如煤、石油都屬于較為昂貴的能源,而且不可再生,環(huán)保性較低。將城市工業(yè)中排放出的熱氣以及人們?cè)谌粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的溫室氣體、城市土壤內(nèi)部的能源、地下水中的能源等各種可再生資源利用起來,形成高效的能源產(chǎn)生系統(tǒng),通過熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的循環(huán)利用裝置。采用熱泵技術(shù)能夠通過熱力循環(huán)的方式,迫使物體中的熱量從低溫物體流向高溫物體,降低熱量損耗,利用熱能形成能源輸送體系,運(yùn)作方式簡(jiǎn)潔,環(huán)保節(jié)能,節(jié)省了一定的工作量,延長(zhǎng)了綠色建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的壽命,降低了污染[5]。太陽能熱泵原理見圖3。

圖3 太陽能熱泵原理

3.4 采用變流量技術(shù)

第四種方法是采取變流量技術(shù),針對(duì)性地調(diào)整綠色建筑暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)作方案,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)暖通空調(diào)負(fù)載,調(diào)節(jié)時(shí)可以針對(duì)室內(nèi)外溫度變化情況以及一天中不同時(shí)間段內(nèi)的實(shí)際溫度需求,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)冷凍水循環(huán)和熱水供暖等系統(tǒng)的函數(shù),通過變流量計(jì)數(shù)方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的控制。變流量技術(shù)能夠有效提升綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能控制工作的靈活性和專業(yè)性,契合節(jié)能環(huán)保的理念,降低各方面的支出成本,提升綠色建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程的協(xié)調(diào)性。

3.5 在綠色建筑中增加環(huán)保材料

第五種方法是在綠色建筑外部加設(shè)保溫隔熱材料,運(yùn)用物理形式降低溫度的劇變程度,不斷提升暖通空調(diào)系統(tǒng)對(duì)建筑內(nèi)部溫濕度的控制水平,從根本上降低能源的損耗。加設(shè)保溫隔熱材料,還能夠減少建筑材料的使用量,降低實(shí)際的維護(hù)成本,保證建筑體內(nèi)部的空氣質(zhì)量。在增加環(huán)保材料時(shí),也要考慮環(huán)保材料的材質(zhì),確保其與實(shí)際條件相符,契合節(jié)能環(huán)保的理念,依據(jù)綠色建筑的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),保證增色材料的施工質(zhì)量,基于綠色建筑暖通空調(diào)智能控制設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行材料設(shè)施建設(shè)的方案更改。

4 綠色建筑中暖通空調(diào)節(jié)能控制優(yōu)化方法

4.1 增強(qiáng)自然通風(fēng)的應(yīng)用比重

大多數(shù)的工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在對(duì)綠色建筑空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),通常只是對(duì)暖通空調(diào)中的設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制優(yōu)化,卻忽略了自然通風(fēng)在環(huán)保節(jié)能這方面所能夠施展的功效。通過自然通風(fēng),可以提升建筑室內(nèi)與室外空氣的循環(huán)效率,加速空氣流通,提升室內(nèi)的空氣質(zhì)量,降低溫差,增加空氣舒適程度,為用戶提供更良好的體驗(yàn)[6]。自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)不需要消耗能源也能夠降低污染,因此提前采取增加自然通風(fēng)的措施更加重要,在優(yōu)化節(jié)能控制方案的過程中增加空氣流通的作用力。想要加強(qiáng)自然通風(fēng)的效果,可以在綠色建筑周邊新建綠植,增加導(dǎo)風(fēng)、通風(fēng)設(shè)備,利用自然風(fēng)力,加速空氣流通,形成更加穩(wěn)定的通風(fēng)設(shè)計(jì)。

4.2 巧用變頻技術(shù)和熱回收技術(shù)

為了持續(xù)減少能源壓力,降低用電量,可以積極采用新型實(shí)用技術(shù)輔助綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的工作,其中,變頻技術(shù)能夠推進(jìn)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能減排方案,使得暖通空調(diào)在特定的時(shí)間段內(nèi)以最適宜的頻率啟動(dòng)一定的時(shí)長(zhǎng),減少不必要的能源支出。

通過內(nèi)部的溫度傳感器,識(shí)別多變化信號(hào),變頻調(diào)控。優(yōu)化變頻技術(shù)的方式有多種,例如可以從優(yōu)化風(fēng)機(jī)和風(fēng)管的壓力入手,提升空調(diào)機(jī)組的反應(yīng)速率,提升系統(tǒng)的整體送風(fēng)量,優(yōu)化負(fù)荷變化的方式。除此之外,也可以采取具備較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的熱回收技術(shù),這也是優(yōu)化綠色建筑暖通空調(diào)智能控制系統(tǒng)的重要技術(shù),尤其是在城市人口聚集的地方,有著許多能夠收集的熱源。持續(xù)優(yōu)化熱回收的效率和質(zhì)量,提高新風(fēng)系統(tǒng)的智能化水平,采用性能更強(qiáng)的排風(fēng)系統(tǒng)?；厥諒U氣帶來的熱能也是廢物利用的有效形式,熱回收技術(shù)的總體節(jié)能控制效果也會(huì)更好。

4.3 優(yōu)化節(jié)能控制方案

基礎(chǔ)條件和實(shí)際需求不同的綠色建筑,在執(zhí)行暖通空調(diào)節(jié)能控制操作時(shí),所采取的節(jié)能控制方案不同,所遇到的困境也有所區(qū)別。想要進(jìn)一步優(yōu)化節(jié)能控制的效果,就應(yīng)當(dāng)從實(shí)際出發(fā),結(jié)合此前落實(shí)節(jié)能控制方案存在的不足與困境,針對(duì)性地解決問題,不斷優(yōu)化節(jié)能控制的方案,重新調(diào)整新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),設(shè)置更適宜的空氣回收裝置,采取性能更強(qiáng)的新風(fēng)熱交換機(jī)對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行處理?？茖W(xué)設(shè)定暖通空調(diào)系統(tǒng)中的運(yùn)行參數(shù),不合理的運(yùn)行參數(shù)只會(huì)加大能源的消耗,也容易對(duì)設(shè)備造成損壞,所以,在不同的溫度條件以及不同的運(yùn)作模式下,更應(yīng)該采取專業(yè)的測(cè)算方式,科學(xué)設(shè)定暖通空調(diào)系統(tǒng)中的運(yùn)行參數(shù)。調(diào)整方案時(shí)還可以從熱源和冷源入手,選擇最佳的熱源或能源,調(diào)整能源的分配方案,采取環(huán)保性能更強(qiáng)的機(jī)組。除此之外,還要注重節(jié)能控制方案的整體性以及其與綠色建筑工程方案的契合度,加強(qiáng)綠色建筑中其他系統(tǒng)與暖通空調(diào)系統(tǒng)的配合程度,提升節(jié)能控制方案的專業(yè)性,不僅要符合建筑自身特性,還要與其他系統(tǒng)進(jìn)行更加緊密地互動(dòng),形成良好的合作模式,減少暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

5 結(jié)語

綜上所述,綠色建筑工程暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制功能是非常重要的,為了切實(shí)提升綠色建筑的環(huán)保性,必須落實(shí)暖通空調(diào)的節(jié)能控制。綠色建筑中暖通空調(diào)節(jié)能控制的前期準(zhǔn)備工作有能耗分析和精準(zhǔn)計(jì)算負(fù)荷,能夠采取的方法有以下幾種:第一種方法是將蓄熱或蓄冷技術(shù)應(yīng)用在節(jié)能控制的過程里;第二種方法是采集建筑內(nèi)部的溫度信息,利用數(shù)據(jù)調(diào)整參數(shù);第三種方法是采取熱泵技術(shù),通過循環(huán)熱源提取的方式對(duì)可再生資源進(jìn)行廢物利用,使其能夠產(chǎn)生熱能;第四種方法是采取變流量技術(shù),針對(duì)性地調(diào)整暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)作方案;第五種方法是在綠色建筑外部加設(shè)相應(yīng)的保溫隔熱材料。