對智能建筑暖通空調系統的優化

陳海圣

摘 要：目的：研究實現智能建筑暖通空調系統節能的有效途徑和優化方法。方法：分析比較建筑物內部主要耗能單元的節能措施。結果實現了對BA控制系統（主要是暖通空調系統）的傳感器、執行器、控制器、網絡等若干環節分級優化，從系統的各種可能結構和參數中找到最佳匹配，使整體效能最佳，從而提高系統的效率。結論：確立智能建筑暖通空調系統能量管理與控制系統優化的基本出發點、優化原則及技術措施對于智能建筑節能實現具有重要的現實意義，BAS系統是實現智能建筑節能的有效途徑之一。

關鍵詞：智能建筑；暖通空調系統；節能分析；系統優化；BAS系統

1 概述

智能建筑節能是世界性的大潮流和大趨勢，同時也是中國改革和發展的迫切要求，是21世紀中國建筑事業發展的一個重點和熱點。節能和環保是實現可持續發展的關鍵。從可持續發展理論出發，建筑節能的關鍵又在于提高能量效率，因此無論制訂建筑節能標準還是從事具體工程項目的設計，都應把提高能量效率作為建筑節能的著眼點。智能建筑也不例外，業主建設智能化大樓直接動因就是在高度現代化、高度舒適的同時能實現能源消耗大幅度降低，以達到節省大樓營運成本的目的。

2 智能建筑暖通空調系統能量管理與控制系統的優化

智能建筑樓宇自控系統將建筑內所有設備集成一個系統，實現信息共享，進行綜合管理，其作用和效益是巨大的，要實現這些作用和效益，就必須實施優化，建筑智能化工程的最優化設計與常規設計相比，有以下特點：1）可以從系統的各種可能結構和參數中找到最佳匹配，使整體效能最佳，從而提高系統的效率，降低投資和運行費用；2）可以對系統及其過程進行定量化的狀態模擬，減少控制環節，提高可靠性與穩定性，發生故障概率降到最低可能限度，系統響應輸出最優化；為通過優化控制方案達到節能目的的是一種“主動節能”，它有別于墻體結構、門窗的形式和設置的改造的“被動節能”。智能建筑暖通空調系統能量管理與控制系統優化措施見表1

3 智能建筑BA系統優化方法（主要針對暖通空調系統）

3.1 控制策略的優化

空氣處理機的DDC通常采用PID控制，選擇合適的PID參數對空調系統的穩定運行是非常關鍵的。PID系數高，空調對室內溫度波動的反應特性曲線陡，達到設定溫度的過渡過程較短；相反PID系數低，達到設定溫度的過渡過程較長。但并不是PID系數越高越好，否則易引起DDC控制系統失穩，表現為室內溫度的振蕩和水側的電動調節閥周期性的來回運動無法在固定開度上運行。PID能解決大部分場合的空調控制，但對于影劇院等大熱慣性空調場合，靠高的PID系數來提高空調機組對負荷變化的響應速度是不足以解決問題的。這時可以采用雙級控制，即分別在空調的送風道和室內安裝溫度傳感器，室內的溫度設定由主DDC控制器完成，水閥的驅動由副DDC根據風道溫度傳感器和主DDC的指令完成，由于風道溫度變化速度快于房間溫度的變化，這一控制方式加速了系統對溫度波動的響應。在實際的工程設計中，BA系統對空調的節能控制有多種手段可以采用，例如室內外焙值比較法、二氧化碳等污染物濃度檢測法確定新風量，基于日程表的定時操作等等。工程設計中可以視需要靈活運用，以達到最優的效果。例如，辦公、商場等場合，夏秋季在清晨時通過程序啟動空氣處理機域新風機），利用室外涼爽空氣對室內全面換氣預冷，既節約新風能耗又提高了室內空氣品質。

3.2 控制權的優化

通常BA遵從的是中央控制站集中管理的原則。有時也有其不便的一面。在某些場合（如會議室）將空調、通風系統的參數的設定功能放置在現場可能更符合使用者的需要。DDC本身并不提供這樣的功能，需要專門部件來實現。這類功能接近VRV控制面板的設定器給房間的使用者帶來極大的便利和舒適性，必要時應積極采用。

3.3 直接數字控制器（DDC）的優化

主流BA系統供貨商都能提供大中小不同處理能力的DDC，冷凍機房、熱力站監控點是密集場合應優先采用大型控制器，以減少故障率和控制器間的通訊。對空氣處理機、新風機、通風機一般采用中型或小型的控制器即可。近年來，可編程邏輯控制器件（P LC）進步很快，其應用不再局限于工業場合，在空調通風的現場設備控制工程中不應將其排斥在外。

3.4 控制網絡優化

在滿足擴展性和靈活性的前提下，控制網絡的拓撲結構應

盡可能簡化、清晰，無論基于RS485總線或基于LonTalk總線的控制網絡都是如此。分支、分級多的網絡管理復雜、可靠性低。LonTalk總線在理論上可以組成任意拓撲結構的網絡，這種布線設計的隨意性如果運用不當，在工程實踐中仍然是有技術風險的，并可能增加系統的投資。小型工程盡可能運用基于Rs485總線的控制網絡，采用“手拉手”的布線方式，大型工程可以考慮樓層網絡分級。

3.5 BAS監控中心

BAS監控中心負責監控整個空調、通風、動力系統，一般與消防控制、安保監控等合用一室。由于該機房通常遠離冷凍機房、鍋爐房，在這里遠程操作這些關鍵設備是不合適的。推薦的做法是在冷凍機房和鍋爐房現場控制室另設置一臺監控分站，由該分站負責冷凍機、鍋爐監控功能，并且該分站功能受權局限為冷熱源設備。

4 結論

對智能建筑的分析和評價應堅持節能的原則。確立智能建筑暖通空調系統能量管理與控制系統優化的基本出發點、優化原則及技術措施對于智能建筑節能實現具有重要的現實意義.BAS系統是實現智能建筑節能的有效途徑之一。智能建筑BAS控制方案的優化是整個智能建筑節能優化方案實施的具體體現，它包含了建筑物內部主要耗能單元的節能優化。通過對BA控制系統（主要是暖通空調系統）的傳感器、執行器、控制器、網絡等若干環節的探討，力圖使BA系統更好地服務于受控的空調通風系統，最大限度地節約建筑物能源。