李國偉

（中國城市建設(shè)研究院有限公司）

1 引言

暖通空調(diào)能耗占到建筑能耗的30%左右，夏季則更高。在智能建筑中，通過節(jié)能措施和系統(tǒng)優(yōu)化，電能消耗可節(jié)省50%左右，充分體現(xiàn)了低碳、節(jié)能的建筑設(shè)計理念。在傳統(tǒng)建筑中，早期的暖通空調(diào)系統(tǒng)大部分都是采用定流量的水力系統(tǒng)來對室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)，而智能建筑中更多的要求是以變流量、變風量的系統(tǒng)設(shè)計來實現(xiàn)需求性的功能體現(xiàn)。高效率、低能耗，是智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計的總體思路。然而目前暖通空調(diào)在智能建筑中的實際應(yīng)用中，遠遠沒有達到設(shè)計效果，高能耗問題依然比較突出，智能化控制水平還有待進一步提高。

2 智能建筑暖通空調(diào)設(shè)計需要遵循的兩大基本原則

2.1 節(jié)能減排

節(jié)能是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，節(jié)能是智能建筑必須要考慮首要原則，既要提高資源、能源綜合利用率，還要做到減排。暖通空調(diào)設(shè)計要借助溫控器、調(diào)節(jié)閥、傳感器以及氣候補償器等設(shè)備，在滿足用戶舒適度的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)節(jié)能。優(yōu)化設(shè)計上要結(jié)合建筑形式以及室內(nèi)外溫差，秉持環(huán)境保護原則，盡量使用比如太陽能、地熱能以及空氣能等綠色能源，減少對電能、石化能源的消耗，做到節(jié)能減排。

2.2 舒適性原則

智能建筑的暖通空調(diào)不僅要實現(xiàn)通風換氣、調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度、溫度三大基本功能，而且還要打造舒適健康、宜居空間，比如采用綠色環(huán)保制冷劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氟氯代烷類制冷劑，減少對人體以及環(huán)境的破化，運行設(shè)計上要更具人性化。

3 暖通空調(diào)高能耗的原因分析

3.1 暖通空調(diào)運行系統(tǒng)的關(guān)鍵部分沒有實現(xiàn)高效運行的目標

暖通空調(diào)系統(tǒng)屬于建筑物內(nèi)的高能耗部分，節(jié)能減排的前提必須保證高效運行。在實際運用中，暖通空調(diào)系統(tǒng)中包括風機、水泵、冷機等關(guān)鍵設(shè)備的一些關(guān)鍵部位往往會發(fā)生偏離關(guān)鍵節(jié)點，運行軌跡不合理，做到不高效運行，出現(xiàn)資源浪費和不必要的能源消耗。

3.2 運行切換開關(guān)智能化不高

暖通空調(diào)要想根據(jù)實際需求實現(xiàn)高效運行，智能化切換開關(guān)配置必不可少。開關(guān)要充分體現(xiàn)自動化、智能化以及高靈敏度的特點。比如智能開關(guān)切換器可以通過感測室內(nèi)溫度變化而實現(xiàn)自動切換控制，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，這樣就在很大程度上避免了過度供應(yīng)的能源消耗。但是目前有一些自動切換開關(guān)裝置的靈敏度并不高，和理想設(shè)計還是有一點差距，不能保證整個系統(tǒng)能夠完全按照空調(diào)系統(tǒng)運行情況以及室內(nèi)溫度的變化而實現(xiàn)準確切換的自動控制管理。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計欠缺合理性

建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計也是影響暖通空調(diào)能耗的一個重要因素。室內(nèi)采光、通風設(shè)計，墻體保溫以及窗戶的朝向、開孔大小都是不可忽視的重要因素，而且在建筑材料的選擇上也要有所講究，首選綠色環(huán)保材料。玻璃幕墻是智能建筑中常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一些設(shè)計者往往只從審美角度考慮，而忽略了能源平衡和節(jié)能減排的思考，這就會加大整個系統(tǒng)的能源流失和內(nèi)外區(qū)的冷熱不均，空調(diào)系統(tǒng)要發(fā)揮調(diào)節(jié)穩(wěn)定的作用，勢必會加大能耗。

4 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的一些方法

智能建筑對低碳環(huán)保、低能耗有著高標準的要求，經(jīng)過實踐研究工程師們也總結(jié)了一些經(jīng)驗。

①優(yōu)化蓄能系統(tǒng)。蓄熱和蓄冷是暖通空調(diào)在智能建筑中發(fā)揮調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度功用的兩個關(guān)鍵系統(tǒng)，能耗占比較大，所以首先要考慮蓄能系統(tǒng)的優(yōu)化。蓄冷方面可以在設(shè)計時考慮“串并聯(lián)”的方式，更有利于冷能的存儲和充分利用；蓄熱方面要把重點放在水加熱的環(huán)節(jié)，選擇能耗低的加熱系統(tǒng)。

②運用熱能回收技術(shù)，實現(xiàn)冷凝熱和排風余熱的重復(fù)利用。

③通過采集設(shè)備、蓄能設(shè)備，加大對地熱能、太陽能的利用，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)對電能和石化能的依賴。

④供暖系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。比如在設(shè)計建筑物單體內(nèi)的供暖系統(tǒng)時，可以通過設(shè)置溫控調(diào)節(jié)閥來對水流量進行動態(tài)控制。

⑤對變頻空調(diào)以及通風系統(tǒng)的設(shè)計進行優(yōu)化。變頻調(diào)速設(shè)計對空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能有明顯的成效。

5 智能建筑BA控制系統(tǒng)中暖通空調(diào)的優(yōu)化控制

BA系統(tǒng)系樓宇設(shè)備自動控制系統(tǒng)，以微機為中心，通過網(wǎng)絡(luò)，對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的各智能分站進行連接，并通過末端設(shè)備，實現(xiàn)對智能建筑樓宇內(nèi)的機電設(shè)備進行集中監(jiān)控與管理的自動化控制系統(tǒng)。在智能建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)運行控制中，BA系統(tǒng)能夠?qū)ㄖ?nèi)的變配電設(shè)備、電源設(shè)備、測量監(jiān)控設(shè)備、空調(diào)設(shè)備以及空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源設(shè)備、通風設(shè)備等運行情況進行監(jiān)視，并通過RTU實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)機電設(shè)備的監(jiān)控管理。

BA控制系統(tǒng)中對暖通空調(diào)控制的優(yōu)化，重在分析VAV和VRV的優(yōu)缺點，并提出優(yōu)化方案。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，新風以及送排風工作量大，節(jié)能優(yōu)化首先就應(yīng)該考慮到這一點，所以，很有必要在保證正常運行的前提下，運用DDC控制器取代日常的運行和維護，這樣能夠在很大程度上減少設(shè)備損壞和運行失控。在智能建筑中，優(yōu)化暖通空調(diào)系統(tǒng)，一要找到系統(tǒng)運行的最佳參數(shù)匹配，二要對系統(tǒng)的運行過程做狀態(tài)模擬（定量化），簡化控制環(huán)節(jié)，提升系統(tǒng)響應(yīng)速度。

5.1 DDC與PID的合理選用

BA系統(tǒng)DDC的處理能力分為大、中、小三個級別，根據(jù)建筑物要求的功能來講，新風機、通風機以及空氣處理機一般使用中小型控制器就可，但是在大型的熱力站以及冷凍機房就應(yīng)該選擇大型的控制器，這樣匹配可以降低設(shè)備使用故障并提高各個控制器之間的通訊可靠性。自控的VRV中央空調(diào)控制器，能夠遠距離實現(xiàn)對末端設(shè)備的監(jiān)視和操控。VRV中央空調(diào)調(diào)制器輸出的通訊接口RS232/RS485，通過總線R485或者TCP/IP局域網(wǎng)等組網(wǎng)傳輸方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對所有VRV末端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集以及控制，比如溫度監(jiān)測、溫度設(shè)定、模式設(shè)定、風速控制、啟停控制以及故障報警等。至于樓宇自控、中央空調(diào)的節(jié)能管理等系統(tǒng)平臺，可以根據(jù)自控VRV中央空調(diào)控制器的通訊協(xié)議，做二次開發(fā)與集成，以實現(xiàn)末端設(shè)備的集中控制管理，當然也可以選擇跟其他設(shè)備進行聯(lián)動控制。

①要保證空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就必須要給空氣處理機的DDC匹配正確的PID參數(shù)。如果PID系數(shù)選擇偏低，要達到設(shè)定溫度值就需要較長的過度時間。偏高的話達到設(shè)定溫度所需要的過度時間就比較短。但他們之間并不是一種反比的曲線關(guān)系。PID系數(shù)選擇偏高，就會導(dǎo)致DDC控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致室內(nèi)溫度的波動，而水側(cè)的電動調(diào)節(jié)閥也會出現(xiàn)周期性的來回運動。PID參數(shù)選擇的合理性，可以實現(xiàn)對日常非熱慣性空調(diào)場合的控制。PID參數(shù)的確定一般有三種方式：如果已經(jīng)知道臨界點的頻率，可按照直接整定的原則確定PID參數(shù)。如果已知臨界頻率點過程對象的幅值，就要把臨界點移動到相位裕度和幅值裕度為點上來確定PID參數(shù)，可同時滿足了相位裕度與幅值裕度兩者的要求。做繼電反饋控制實驗，把控制對象一階加純滯后或二階加純滯后近似的模型計算出來，然后再按相位裕度與幅值裕度要求或靈敏度把PID計算出來。必須要提醒的是，比如在展覽中心、大劇院這些大開間的建筑內(nèi)，靠提高PID系數(shù)來提升機組對負荷改變的響應(yīng)速度的辦法是不可取的。可以將溫度傳感器分別安裝到室內(nèi)和空調(diào)送風道，由主DDC控制器來完成室內(nèi)的溫度設(shè)定，而副DDC就依據(jù)風道內(nèi)的溫度傳感器以及主DDC的指令來完成對水閥的驅(qū)動。

②要提高系統(tǒng)對于溫度波動變化的響應(yīng)速度，還可以采取雙級控制的辦法，讓室內(nèi)溫度的變化和風道溫度的變化保持一致。在實際運用中，要根據(jù)不同的功能要求，采用適當?shù)挠行Х椒ā１热?，在商業(yè)綜合體的建筑中，在夏秋季節(jié)，可以通過程序設(shè)定讓系統(tǒng)在清晨自動啟動新風機和空氣處理機，達到換氣遇冷的目的。新風量的控制可以通過室內(nèi)外二氧化碳的濃度檢測比較值來確定，通過程序日程表設(shè)置自動完成。

5.2 BA控制權(quán)的合理使用

BA一定要遵循中央控制站的集中管理，以發(fā)揮中央控制的主導(dǎo)作用，具體運用要視具體情況分析而定。比如綜合樓的大型會議室設(shè)計，一般都要對各個房間的空調(diào)通風系數(shù)參數(shù)進行獨立設(shè)置，這樣更能滿足各用戶的個性需求。但DDC本身不具有這種分項功能，用戶可通過VRV控制面板的設(shè)定器來完成操作。

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

①設(shè)計人員必須要考慮到對系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的組成以及分支進行優(yōu)化，對于基于RS485總線技術(shù)上的控制網(wǎng)絡(luò)，要盡可能的簡化其拓撲結(jié)構(gòu)，可以有效提高控制網(wǎng)絡(luò)的可靠性。小型工程的RS485總線控制網(wǎng)絡(luò)可以采用“手拉手”布線，而大型工程建議使用樓層網(wǎng)絡(luò)分級方式。

②BAS是智能建筑的核心控制室和中樞系統(tǒng)，整個暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行都受其監(jiān)控。而有的設(shè)計者為了節(jié)約空間，往往會將BAS監(jiān)控中心和安保監(jiān)控、消防控制等設(shè)計在一起，這種做法極不合理，必須給予糾正。如果在一些大型的商業(yè)建筑中，因為需要有鍋爐房、冷凍機房的單獨設(shè)置，這些場所往往相距較遠，關(guān)鍵設(shè)備的操作存在一些難度，就可在鍋爐房和冷凍機房的現(xiàn)場控制室內(nèi)安裝一臺監(jiān)控分站，專門負責鍋爐以及冷凍機的監(jiān)控，而且在授權(quán)上局限于冷熱源設(shè)備。

6 結(jié)語

智能建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，要著眼于制冷、通風和供暖的基本原理來分析，不僅要在建筑物結(jié)構(gòu)、用材上有所選擇，還要在空調(diào)系統(tǒng)中增設(shè)一些節(jié)能設(shè)備，比如傳感器、變頻設(shè)備、溫控設(shè)備等，并且要選擇好智能控制系統(tǒng)并不斷優(yōu)化，只有這樣才能全面提升風機、制冷設(shè)備、水泵等的運行效率，降低能耗，使暖通空調(diào)在智能建筑中的節(jié)能性和智能性得到充分體現(xiàn)。